mem-cache: Add multiple eviction stats
[gem5.git] / src / arch / x86 / system.cc
index 1594cc3752d0e6949c531a3aacebdc55fc5cff84..096f10f5e2153273ca122aa6e679e91198f2cb5d 100644 (file)
@@ -1,44 +1,27 @@
 /*
  * Copyright (c) 2007 The Hewlett-Packard Development Company
+ * Copyright (c) 2018 TU Dresden
  * All rights reserved.
  *
- * Redistribution and use of this software in source and binary forms,
- * with or without modification, are permitted provided that the
- * following conditions are met:
+ * The license below extends only to copyright in the software and shall
+ * not be construed as granting a license to any other intellectual
+ * property including but not limited to intellectual property relating
+ * to a hardware implementation of the functionality of the software
+ * licensed hereunder.  You may use the software subject to the license
+ * terms below provided that you ensure that this notice is replicated
+ * unmodified and in its entirety in all distributions of the software,
+ * modified or unmodified, in source code or in binary form.
  *
- * The software must be used only for Non-Commercial Use which means any
- * use which is NOT directed to receiving any direct monetary
- * compensation for, or commercial advantage from such use.  Illustrative
- * examples of non-commercial use are academic research, personal study,
- * teaching, education and corporate research & development.
- * Illustrative examples of commercial use are distributing products for
- * commercial advantage and providing services using the software for
- * commercial advantage.
- *
- * If you wish to use this software or functionality therein that may be
- * covered by patents for commercial use, please contact:
- *     Director of Intellectual Property Licensing
- *     Office of Strategy and Technology
- *     Hewlett-Packard Company
- *     1501 Page Mill Road
- *     Palo Alto, California  94304
- *
- * Redistributions of source code must retain the above copyright notice,
- * this list of conditions and the following disclaimer.  Redistributions
- * in binary form must reproduce the above copyright notice, this list of
- * conditions and the following disclaimer in the documentation and/or
- * other materials provided with the distribution.  Neither the name of
- * the COPYRIGHT HOLDER(s), HEWLETT-PACKARD COMPANY, nor the names of its
+ * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
+ * modification, are permitted provided that the following conditions are
+ * met: redistributions of source code must retain the above copyright
+ * notice, this list of conditions and the following disclaimer;
+ * redistributions in binary form must reproduce the above copyright
+ * notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
+ * documentation and/or other materials provided with the distribution;
+ * neither the name of the copyright holders nor the names of its
  * contributors may be used to endorse or promote products derived from
- * this software without specific prior written permission.  No right of
- * sublicense is granted herewith.  Derivatives of the software and
- * output created using the software may be prepared, but only for
- * Non-Commercial Uses.  Derivatives of the software may be shared with
- * others provided: (i) the others agree to abide by the list of
- * conditions herein which includes the Non-Commercial Use restrictions;
- * and (ii) such Derivatives of the software include the above copyright
- * notice to acknowledge the contribution from this software where
- * applicable, this list of conditions and the disclaimer below.
+ * this software without specific prior written permission.
  *
  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  * "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  * OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  *
  * Authors: Gabe Black
+ *          Maximilian Stein
  */
 
-#include "arch/x86/bios/smbios.hh"
-#include "arch/x86/bios/intelmp.hh"
-#include "arch/x86/miscregs.hh"
 #include "arch/x86/system.hh"
-#include "arch/vtophys.hh"
-#include "base/intmath.hh"
+
+#include "arch/x86/bios/intelmp.hh"
+#include "arch/x86/bios/smbios.hh"
+#include "arch/x86/isa_traits.hh"
 #include "base/loader/object_file.hh"
-#include "base/loader/symtab.hh"
-#include "base/remote_gdb.hh"
-#include "base/trace.hh"
 #include "cpu/thread_context.hh"
-#include "mem/physical.hh"
 #include "params/X86System.hh"
-#include "sim/byteswap.hh"
 
-
-using namespace LittleEndianGuest;
 using namespace X86ISA;
 
 X86System::X86System(Params *p) :
@@ -79,18 +55,17 @@ X86System::X86System(Params *p) :
     mpFloatingPointer(p->intel_mp_pointer),
     mpConfigTable(p->intel_mp_table),
     rsdp(p->acpi_description_table_pointer)
-{}
+{
+}
 
-static void
-installSegDesc(ThreadContext *tc, SegmentRegIndex seg,
+void
+X86ISA::installSegDesc(ThreadContext *tc, SegmentRegIndex seg,
         SegDescriptor desc, bool longmode)
 {
-    uint64_t base = desc.baseLow + (desc.baseHigh << 24);
     bool honorBase = !longmode || seg == SEGMENT_REG_FS ||
                                   seg == SEGMENT_REG_GS ||
                                   seg == SEGMENT_REG_TSL ||
                                   seg == SYS_SEGMENT_REG_TR;
-    uint64_t limit = desc.limitLow | (desc.limitHigh << 16);
 
     SegAttr attr = 0;
 
@@ -121,16 +96,23 @@ installSegDesc(ThreadContext *tc, SegmentRegIndex seg,
         attr.expandDown = 0;
     }
 
-    tc->setMiscReg(MISCREG_SEG_BASE(seg), base);
-    tc->setMiscReg(MISCREG_SEG_EFF_BASE(seg), honorBase ? base : 0);
-    tc->setMiscReg(MISCREG_SEG_LIMIT(seg), limit);
-    tc->setMiscReg(MISCREG_SEG_ATTR(seg), (MiscReg)attr);
+    tc->setMiscReg(MISCREG_SEG_BASE(seg), desc.base);
+    tc->setMiscReg(MISCREG_SEG_EFF_BASE(seg), honorBase ? desc.base : 0);
+    tc->setMiscReg(MISCREG_SEG_LIMIT(seg), desc.limit);
+    tc->setMiscReg(MISCREG_SEG_ATTR(seg), (RegVal)attr);
 }
 
 void
-X86System::startup()
+X86System::initState()
 {
-    System::startup();
+    System::initState();
+
+    if (!kernel)
+        fatal("No kernel to load.\n");
+
+    if (kernel->getArch() == ObjectFile::I386)
+        fatal("Loading a 32 bit x86 kernel is not supported.\n");
+
     ThreadContext *tc = threadContexts[0];
     // This is the boot strap processor (BSP). Initialize it to look like
     // the boot loader has just turned control over to the 64 bit OS. We
@@ -152,97 +134,76 @@ X86System::startup()
     const int PDPTBits = 9;
     const int PDTBits = 9;
 
-    // Get a port to write the page tables and descriptor tables.
-    FunctionalPort * physPort = tc->getPhysPort();
-
     /*
      * Set up the gdt.
      */
     uint8_t numGDTEntries = 0;
     // Place holder at selector 0
     uint64_t nullDescriptor = 0;
-    physPort->writeBlob(GDTBase + numGDTEntries * 8,
-            (uint8_t *)(&nullDescriptor), 8);
+    physProxy.writeBlob(GDTBase + numGDTEntries * 8, &nullDescriptor, 8);
     numGDTEntries++;
 
-    //64 bit code segment
-    SegDescriptor csDesc = 0;
+    SegDescriptor initDesc = 0;
+    initDesc.type.codeOrData = 0; // code or data type
+    initDesc.type.c = 0;          // conforming
+    initDesc.type.r = 1;          // readable
+    initDesc.dpl = 0;             // privilege
+    initDesc.p = 1;               // present
+    initDesc.l = 1;               // longmode - 64 bit
+    initDesc.d = 0;               // operand size
+    initDesc.g = 1;               // granularity
+    initDesc.s = 1;               // system segment
+    initDesc.limit = 0xFFFFFFFF;
+    initDesc.base = 0;
+
+    // 64 bit code segment
+    SegDescriptor csDesc = initDesc;
     csDesc.type.codeOrData = 1;
-    csDesc.type.c = 0; // Not conforming
-    csDesc.type.r = 1; // Readable
-    csDesc.dpl = 0; // Privelege level 0
-    csDesc.p = 1; // Present
-    csDesc.l = 1; // 64 bit
-    csDesc.d = 0; // default operand size
-    csDesc.g = 1; // Page granularity
-    csDesc.s = 1; // Not a system segment
-    csDesc.limitHigh = 0xF;
-    csDesc.limitLow = 0xFF;
-    //Because we're dealing with a pointer and I don't think it's
-    //guaranteed that there isn't anything in a nonvirtual class between
-    //it's beginning in memory and it's actual data, we'll use an
-    //intermediary.
+    csDesc.dpl = 0;
+    // Because we're dealing with a pointer and I don't think it's
+    // guaranteed that there isn't anything in a nonvirtual class between
+    // it's beginning in memory and it's actual data, we'll use an
+    // intermediary.
     uint64_t csDescVal = csDesc;
-    physPort->writeBlob(GDTBase + numGDTEntries * 8,
-            (uint8_t *)(&csDescVal), 8);
+    physProxy.writeBlob(GDTBase + numGDTEntries * 8, (&csDescVal), 8);
 
     numGDTEntries++;
 
     SegSelector cs = 0;
     cs.si = numGDTEntries - 1;
 
-    tc->setMiscReg(MISCREG_CS, (MiscReg)cs);
-
-    //32 bit data segment
-    SegDescriptor dsDesc = 0;
-    dsDesc.type.codeOrData = 0;
-    dsDesc.type.e = 0; // Not expand down
-    dsDesc.type.w = 1; // Writable
-    dsDesc.dpl = 0; // Privelege level 0
-    dsDesc.p = 1; // Present
-    dsDesc.d = 1; // default operand size
-    dsDesc.g = 1; // Page granularity
-    dsDesc.s = 1; // Not a system segment
-    dsDesc.limitHigh = 0xF;
-    dsDesc.limitLow = 0xFF;
+    tc->setMiscReg(MISCREG_CS, (RegVal)cs);
+
+    // 32 bit data segment
+    SegDescriptor dsDesc = initDesc;
     uint64_t dsDescVal = dsDesc;
-    physPort->writeBlob(GDTBase + numGDTEntries * 8,
-            (uint8_t *)(&dsDescVal), 8);
+    physProxy.writeBlob(GDTBase + numGDTEntries * 8, (&dsDescVal), 8);
 
     numGDTEntries++;
 
-    SegSelector ds;
+    SegSelector ds = 0;
     ds.si = numGDTEntries - 1;
 
-    tc->setMiscReg(MISCREG_DS, (MiscReg)ds);
-    tc->setMiscReg(MISCREG_ES, (MiscReg)ds);
-    tc->setMiscReg(MISCREG_FS, (MiscReg)ds);
-    tc->setMiscReg(MISCREG_GS, (MiscReg)ds);
-    tc->setMiscReg(MISCREG_SS, (MiscReg)ds);
+    tc->setMiscReg(MISCREG_DS, (RegVal)ds);
+    tc->setMiscReg(MISCREG_ES, (RegVal)ds);
+    tc->setMiscReg(MISCREG_FS, (RegVal)ds);
+    tc->setMiscReg(MISCREG_GS, (RegVal)ds);
+    tc->setMiscReg(MISCREG_SS, (RegVal)ds);
 
     tc->setMiscReg(MISCREG_TSL, 0);
     tc->setMiscReg(MISCREG_TSG_BASE, GDTBase);
     tc->setMiscReg(MISCREG_TSG_LIMIT, 8 * numGDTEntries - 1);
 
-    SegDescriptor tssDesc = 0;
-    tssDesc.type = 0xB;
-    tssDesc.dpl = 0; // Privelege level 0
-    tssDesc.p = 1; // Present
-    tssDesc.d = 1; // default operand size
-    tssDesc.g = 1; // Page granularity
-    tssDesc.s = 1; // Not a system segment
-    tssDesc.limitHigh = 0xF;
-    tssDesc.limitLow = 0xFF;
+    SegDescriptor tssDesc = initDesc;
     uint64_t tssDescVal = tssDesc;
-    physPort->writeBlob(GDTBase + numGDTEntries * 8,
-            (uint8_t *)(&tssDescVal), 8);
+    physProxy.writeBlob(GDTBase + numGDTEntries * 8, (&tssDescVal), 8);
 
     numGDTEntries++;
 
     SegSelector tss = 0;
     tss.si = numGDTEntries - 1;
 
-    tc->setMiscReg(MISCREG_TR, (MiscReg)tss);
+    tc->setMiscReg(MISCREG_TR, (RegVal)tss);
     installSegDesc(tc, SYS_SEGMENT_REG_TR, tssDesc, true);
 
     /*
@@ -262,27 +223,24 @@ X86System::startup()
     // Page Map Level 4
 
     // read/write, user, not present
-    uint64_t pml4e = X86ISA::htog(0x6);
+    uint64_t pml4e = htole<uint64_t>(0x6);
     for (int offset = 0; offset < (1 << PML4Bits) * 8; offset += 8) {
-        physPort->writeBlob(PageMapLevel4 + offset, (uint8_t *)(&pml4e), 8);
+        physProxy.writeBlob(PageMapLevel4 + offset, (&pml4e), 8);
     }
     // Point to the only PDPT
-    pml4e = X86ISA::htog(0x7 | PageDirPtrTable);
-    physPort->writeBlob(PageMapLevel4, (uint8_t *)(&pml4e), 8);
+    pml4e = htole<uint64_t>(0x7 | PageDirPtrTable);
+    physProxy.writeBlob(PageMapLevel4, (&pml4e), 8);
 
     // Page Directory Pointer Table
 
     // read/write, user, not present
-    uint64_t pdpe = X86ISA::htog(0x6);
-    for (int offset = 0; offset < (1 << PDPTBits) * 8; offset += 8) {
-        physPort->writeBlob(PageDirPtrTable + offset,
-                (uint8_t *)(&pdpe), 8);
-    }
+    uint64_t pdpe = htole<uint64_t>(0x6);
+    for (int offset = 0; offset < (1 << PDPTBits) * 8; offset += 8)
+        physProxy.writeBlob(PageDirPtrTable + offset, &pdpe, 8);
     // Point to the PDTs
     for (int table = 0; table < NumPDTs; table++) {
-        pdpe = X86ISA::htog(0x7 | PageDirTable[table]);
-        physPort->writeBlob(PageDirPtrTable + table * 8,
-                (uint8_t *)(&pdpe), 8);
+        pdpe = htole<uint64_t>(0x7 | PageDirTable[table]);
+        physProxy.writeBlob(PageDirPtrTable + table * 8, &pdpe, 8);
     }
 
     // Page Directory Tables
@@ -292,9 +250,8 @@ X86System::startup()
     for (int table = 0; table < NumPDTs; table++) {
         for (int offset = 0; offset < (1 << PDTBits) * 8; offset += 8) {
             // read/write, user, present, 4MB
-            uint64_t pdte = X86ISA::htog(0x87 | base);
-            physPort->writeBlob(PageDirTable[table] + offset,
-                    (uint8_t *)(&pdte), 8);
+            uint64_t pdte = htole(0x87 | base);
+            physProxy.writeBlob(PageDirTable[table] + offset, &pdte, 8);
             base += pageSize;
         }
     }
@@ -303,27 +260,27 @@ X86System::startup()
      * Transition from real mode all the way up to Long mode
      */
     CR0 cr0 = tc->readMiscRegNoEffect(MISCREG_CR0);
-    //Turn off paging.
+    // Turn off paging.
     cr0.pg = 0;
     tc->setMiscReg(MISCREG_CR0, cr0);
-    //Turn on protected mode.
+    // Turn on protected mode.
     cr0.pe = 1;
     tc->setMiscReg(MISCREG_CR0, cr0);
 
     CR4 cr4 = tc->readMiscRegNoEffect(MISCREG_CR4);
-    //Turn on pae.
+    // Turn on pae.
     cr4.pae = 1;
     tc->setMiscReg(MISCREG_CR4, cr4);
 
-    //Point to the page tables.
+    // Point to the page tables.
     tc->setMiscReg(MISCREG_CR3, PageMapLevel4);
 
     Efer efer = tc->readMiscRegNoEffect(MISCREG_EFER);
-    //Enable long mode.
+    // Enable long mode.
     efer.lme = 1;
     tc->setMiscReg(MISCREG_EFER, efer);
 
-    //Start using longmode segments.
+    // Start using longmode segments.
     installSegDesc(tc, SEGMENT_REG_CS, csDesc, true);
     installSegDesc(tc, SEGMENT_REG_DS, dsDesc, true);
     installSegDesc(tc, SEGMENT_REG_ES, dsDesc, true);
@@ -331,24 +288,23 @@ X86System::startup()
     installSegDesc(tc, SEGMENT_REG_GS, dsDesc, true);
     installSegDesc(tc, SEGMENT_REG_SS, dsDesc, true);
 
-    //Activate long mode.
+    // Activate long mode.
     cr0.pg = 1;
     tc->setMiscReg(MISCREG_CR0, cr0);
 
-    tc->setPC(tc->getSystemPtr()->kernelEntry);
-    tc->setNextPC(tc->readPC());
+    tc->pcState(tc->getSystemPtr()->kernelEntry);
 
     // We should now be in long mode. Yay!
 
     Addr ebdaPos = 0xF0000;
     Addr fixed, table;
 
-    //Write out the SMBios/DMI table
+    // Write out the SMBios/DMI table.
     writeOutSMBiosTable(ebdaPos, fixed, table);
     ebdaPos += (fixed + table);
     ebdaPos = roundUp(ebdaPos, 16);
 
-    //Write out the Intel MP Specification configuration table
+    // Write out the Intel MP Specification configuration table.
     writeOutMPTable(ebdaPos, fixed, table);
     ebdaPos += (fixed + table);
 }
@@ -357,16 +313,13 @@ void
 X86System::writeOutSMBiosTable(Addr header,
         Addr &headerSize, Addr &structSize, Addr table)
 {
-    // Get a port to write the table and header to memory.
-    FunctionalPort * physPort = threadContexts[0]->getPhysPort();
-
     // If the table location isn't specified, just put it after the header.
-    // The header size as of the 2.5 SMBios specification is 0x1F bytes
+    // The header size as of the 2.5 SMBios specification is 0x1F bytes.
     if (!table)
         table = header + 0x1F;
     smbiosTable->setTableAddr(table);
 
-    smbiosTable->writeOut(physPort, header, headerSize, structSize);
+    smbiosTable->writeOut(physProxy, header, headerSize, structSize);
 
     // Do some bounds checking to make sure we at least didn't step on
     // ourselves.
@@ -378,9 +331,6 @@ void
 X86System::writeOutMPTable(Addr fp,
         Addr &fpSize, Addr &tableSize, Addr table)
 {
-    // Get a port to write the table and header to memory.
-    FunctionalPort * physPort = threadContexts[0]->getPhysPort();
-
     // If the table location isn't specified and it exists, just put
     // it after the floating pointer. The fp size as of the 1.4 Intel MP
     // specification is 0x10 bytes.
@@ -390,9 +340,9 @@ X86System::writeOutMPTable(Addr fp,
         mpFloatingPointer->setTableAddr(table);
     }
 
-    fpSize = mpFloatingPointer->writeOut(physPort, fp);
+    fpSize = mpFloatingPointer->writeOut(physProxy, fp);
     if (mpConfigTable)
-        tableSize = mpConfigTable->writeOut(physPort, table);
+        tableSize = mpConfigTable->writeOut(physProxy, table);
     else
         tableSize = 0;
 
@@ -409,19 +359,6 @@ X86System::~X86System()
     delete smbiosTable;
 }
 
-void
-X86System::serialize(std::ostream &os)
-{
-    System::serialize(os);
-}
-
-
-void
-X86System::unserialize(Checkpoint *cp, const std::string &section)
-{
-    System::unserialize(cp,section);
-}
-
 X86System *
 X86SystemParams::create()
 {