radixmmu: more work on segment check
[soc.git] / src / soc / decoder / isa / radixmmu.py
index edb3c8bb12a32004308658927cf50cb62a980f67..12946570ae6e18d7c72a200d1b2c04250a315344 100644 (file)
@@ -198,7 +198,6 @@ def NLS(x):
 
 """
 
-testaddr = 0x10000
 testmem = {
 
            0x10000:    # PARTITION_TABLE_2 (not implemented yet)
@@ -208,7 +207,6 @@ testmem = {
            0x30000:     # RADIX_ROOT_PTE
                         # V = 1 L = 0 NLB = 0x400 NLS = 9
            0x8000000000040009,
-########   0x4000000 #### wrong address calculated by _get_pgtable_addr
            0x40000:     # RADIX_SECOND_LEVEL
                         #         V = 1 L = 1 SW = 0 RPN = 0
                            # R = 1 C = 1 ATT = 0 EAA 0x7
@@ -218,8 +216,36 @@ testmem = {
                        # RTS1 = 0x2 RPDB = 0x300 RTS2 = 0x5 RPDS = 13
            0x40000000000300ad,
           }
-          
 
+# this one has a 2nd level RADIX with a RPN of 0x5000
+testmem2 = {
+
+           0x10000:    # PARTITION_TABLE_2 (not implemented yet)
+                       # PATB_GR=1 PRTB=0x1000 PRTS=0xb
+           0x800000000100000b,
+
+           0x30000:     # RADIX_ROOT_PTE
+                        # V = 1 L = 0 NLB = 0x400 NLS = 9
+           0x8000000000040009,
+           0x40000:     # RADIX_SECOND_LEVEL
+                        #         V = 1 L = 1 SW = 0 RPN = 0x5000
+                           # R = 1 C = 1 ATT = 0 EAA 0x7
+           0xc000000005000187,
+
+           0x1000000:   # PROCESS_TABLE_3
+                       # RTS1 = 0x2 RPDB = 0x300 RTS2 = 0x5 RPDS = 13
+           0x40000000000300ad,
+          }
+
+
+testresult = """
+    prtbl = 1000000
+    DCACHE GET 1000000 PROCESS_TABLE_3
+    DCACHE GET 30000 RADIX_ROOT_PTE V = 1 L = 0
+    DCACHE GET 40000 RADIX_SECOND_LEVEL V = 1 L = 1
+    DCACHE GET 10000 PARTITION_TABLE_2
+translated done 1 err 0 badtree 0 addr 40000 pte 0
+"""
 
 # see qemu/target/ppc/mmu-radix64.c for reference
 class RADIX:
@@ -258,8 +284,9 @@ class RADIX:
         #shift = SelectableInt(0, 32)
 
         pte = self._walk_tree(addr, pgbase, mode, mbits, shift, priv)
-        # use pte to caclculate phys address
-        return self.mem.ld(address, width, swap, check_in_mem)
+
+        # use pte to load from phys address
+        return self.mem.ld(pte.value, width, swap, check_in_mem)
 
         # XXX set SPRs on error
 
@@ -273,8 +300,8 @@ class RADIX:
         (shift, mbits, pgbase) = self._decode_prte(addr)
         pte = self._walk_tree(addr, pgbase, mode, mbits, shift, priv)
 
-        # use pte to caclculate phys address (addr)
-        return self.mem.st(addr.value, v, width, swap)
+        # use pte to store at phys address
+        return self.mem.st(pte.value, v, width, swap)
 
         # XXX set SPRs on error
 
@@ -285,13 +312,10 @@ class RADIX:
     def _next_level(self, addr, entry_width, swap, check_in_mem):
         # implement read access to mmu mem here
 
-        value = 0
-        if addr.value in testmem:
-            value = testmem[addr.value]
-        else:
-            print("not found")
+        # DO NOT perform byte-swapping: load 8 bytes (that's the entry size)
+        value = self.mem.ld(addr.value, 8, False, check_in_mem)
+        assert(value is not None, "address lookup %x not found" % addr.value)
 
-        ##value = self.mem.ld(addr.value, entry_width, swap, check_in_mem)
         print("addr", hex(addr.value))
         data = SelectableInt(value, 64) # convert to SelectableInt
         print("value", hex(value))
@@ -376,9 +400,61 @@ class RADIX:
         print
 
         # get address of root entry
+        shift = selectconcat(SelectableInt(0,1), prtbl[58:63]) # TODO verify
         addr_next = self._get_prtable_addr(shift, prtbl, addr, pidr)
+        print("starting with prtable, addr_next",addr_next)
+
+        assert(addr_next.bits == 64)
+        assert(addr_next.value == 0x1000000) #TODO
+
+        # read an entry from prtable
+        swap = False
+        check_in_mem = False
+        entry_width = 8
+        data = self._next_level(addr_next, entry_width, swap, check_in_mem)
+        print("pr_table",data)
+        pgtbl = data # this is cached in microwatt (as v.pgtbl3 / v.pgtbl0)
 
-        addr_next = SelectableInt(0x30000,64) # radix root for testing
+        # rts = shift = unsigned('0' & data(62 downto 61) & data(7 downto 5));
+        shift = selectconcat(SelectableInt(0,1), data[1:3], data[55:58])
+        assert(shift.bits==6) # variable rts : unsigned(5 downto 0);
+        print("shift",shift)
+
+        # mbits := unsigned('0' & data(4 downto 0));
+        mbits = selectconcat(SelectableInt(0,1), data[58:63])
+        assert(mbits.bits==6) #variable mbits : unsigned(5 downto 0);
+
+        # WIP
+        if mbits==0:
+            return "invalid"
+
+        # mask_size := mbits(4 downto 0);
+        mask_size = mbits[0:5];
+        assert(mask_size.bits==5)
+        print("before segment check ==========")
+        print("mask_size:",bin(mask_size.value))
+        print("mbits:",bin(mbits.value))
+
+        print("calling segment_check")
+
+        mbits = selectconcat(SelectableInt(0,1), mask_size)
+        shift = self._segment_check(addr, mbits, shift)
+        print("shift",shift)
+
+        # v.pgbase := pgtbl(55 downto 8) & x"00";
+        leftzeros = SelectableInt(0,15)
+        pgbase = selectconcat(leftzeros,pgtbl[8:55],SelectableInt(0,2))
+
+        addrsh = addrshift(addr,shift)
+        print("addrsh",addrsh)
+
+        # TODO verify
+        addr_next = self._get_pgtable_addr(mask_size, pgbase, addrsh)
+        print("DONE addr_next",addr_next)
+
+        # wrong '0b000000011000000000'
+        # right '0b110000000000000000'
+        assert(addr_next==0x30000)
 
         # walk tree starts on prtbl
         while True:
@@ -396,12 +472,15 @@ class RADIX:
             if not valid:
                 return "invalid" # TODO: return error
             if leaf:
+                print ("is leaf, checking perms")
                 ok = self._check_perms(data, priv, mode)
                 if ok == True: # data was ok, found phys address, return it?
-                    return addr_next
+                    paddr = self._get_pte(addrsh, addr, data)
+                    print ("    phys addr", hex(paddr.value))
+                    return paddr
                 return ok # return the error code
             else:
-                newlookup = self._new_lookup(data, mbits, shift)
+                newlookup = self._new_lookup(data, shift)
                 if newlookup == 'badtree':
                     return newlookup
                 shift, mask, pgbase = newlookup
@@ -411,15 +490,13 @@ class RADIX:
                 print(mask)    #SelectableInt(value=0x9, bits=4)
                 print(pgbase)  #SelectableInt(value=0x40000, bits=56)
                 print(shift)   #SelectableInt(value=0x4, bits=16) #FIXME
-                pgbase = SelectableInt(pgbase.value,64)
+                pgbase = SelectableInt(pgbase.value, 64)
                 addrsh = addrshift(addr,shift)
                 addr_next = self._get_pgtable_addr(mask, pgbase, addrsh)
                 print("addr_next",addr_next)
                 print("addrsh",addrsh)
-                assert(addr_next == 0x40000)
-                return "TODO verify next level"
 
-    def _new_lookup(self, data, mbits, shift):
+    def _new_lookup(self, data, shift):
         """
         mbits := unsigned('0' & data(4 downto 0));
         if mbits < 5 or mbits > 16 or mbits > r.shift then
@@ -483,15 +560,16 @@ class RADIX:
         # below *directly* match the spec, unlike microwatt which
         # has to turn them around (to LE)
         mask = genmask(shift, 44)
-        nonzero = addr[1:32] & mask[13:44] # mask 31 LSBs (BE numbered 13:44)
+        nonzero = addr[2:33] & mask[13:44] # mask 31 LSBs (BE numbered 13:44)
         print ("RADIX _segment_check nonzero", bin(nonzero.value))
         print ("RADIX _segment_check addr[0-1]", addr[0].value, addr[1].value)
         if addr[0] != addr[1] or nonzero != 0:
             return "segerror"
         limit = shift + (31 - 12)
-        if mbits < 5 or mbits > 16 or mbits > limit:
-            return "badtree"
+        if mbits.value < 5 or mbits.value > 16 or mbits.value > limit.value:
+            return "badtree mbits="+str(mbits.value)+" limit="+str(limit.value)
         new_shift = shift + (31 - 12) - mbits
+        # TODO verify that returned result is correct
         return new_shift
 
     def _check_perms(self, data, priv, mode):
@@ -572,16 +650,16 @@ class RADIX:
                 (effpid(31 downto 8) and finalmask(23 downto 0))) &
                 effpid(7 downto 0) & "0000";
         """
-        print ("_get_prtable_addr_", shift, prtbl, addr, pid)
+        print ("_get_prtable_addr", shift, prtbl, addr, pid)
         finalmask = genmask(shift, 44)
         finalmask24 = finalmask[20:44]
         if addr[0].value == 1:
             effpid = SelectableInt(0, 32)
         else:
             effpid = pid #self.pid # TODO, check on this
-        zero16 = SelectableInt(0, 16)
+        zero8 = SelectableInt(0, 8)
         zero4 = SelectableInt(0, 4)
-        res = selectconcat(zero16,
+        res = selectconcat(zero8,
                            prtbl[8:28],                        #
                            (prtbl[28:52] & ~finalmask24) |     #
                            (effpid[0:24] & finalmask24),       #
@@ -614,16 +692,22 @@ class RADIX:
          (r.addr(55 downto 12) and finalmask))
         & r.pde(11 downto 0);
         """
+        shift.value = 12
         finalmask = genmask(shift, 44)
         zero8 = SelectableInt(0, 8)
+        rpn = pde[8:52]       # RPN = Real Page Number
+        abits = addr[8:52] # non-masked address bits
+        print("     get_pte RPN", hex(rpn.value))
+        print("             abits", hex(abits.value))
+        print("             shift", shift.value)
+        print("             finalmask", bin(finalmask.value))
         res = selectconcat(zero8,
-                           (pde[8:52]  & ~finalmask) | #
-                           (addr[8:52] & finalmask),   #
-                           pde[52:64],
+                           (rpn  & ~finalmask) | #
+                           (abits & finalmask),   #
+                           addr[52:64],
                            )
         return res
 
-
 class TestRadixMMU(unittest.TestCase):
 
     def test_genmask(self):
@@ -631,7 +715,7 @@ class TestRadixMMU(unittest.TestCase):
         mask = genmask(shift, 43)
         print ("    mask", bin(mask.value))
 
-        self.assertEqual(sum([1, 2, 3]), 6, "Should be 6")
+        self.assertEqual(mask.value, 0b11111, "mask should be 5 1s")
 
     def test_get_pgtable_addr(self):
 
@@ -643,15 +727,84 @@ class TestRadixMMU(unittest.TestCase):
         pgbase = SelectableInt(0,64)
         addrsh = SelectableInt(0,16)
         ret = dut._get_pgtable_addr(mask_size, pgbase, addrsh)
-        print("ret=",ret)
-        assert(ret==0)
+        print("ret=", ret)
+        self.assertEqual(ret, 0, "pgtbl_addr should be 0")
+
+    def test_walk_tree_1(self):
+
+        # test address as in
+        # https://github.com/power-gem5/gem5/blob/gem5-experimental/src/arch/power/radix_walk_example.txt#L65
+        testaddr = 0x1000
+        expected = 0x1000
+
+        # starting prtbl
+        prtbl = 0x1000000
+
+        # set up dummy minimal ISACaller
+        spr = {'DSISR': SelectableInt(0, 64),
+               'DAR': SelectableInt(0, 64),
+               'PIDR': SelectableInt(0, 64),
+               'PRTBL': SelectableInt(prtbl, 64)
+        }
+        # set problem state == 0 (other unit tests, set to 1)
+        msr = SelectableInt(0, 64)
+        msr[MSRb.PR] = 0
+        class ISACaller: pass
+        caller = ISACaller()
+        caller.spr = spr
+        caller.msr = msr
+
+        shift = SelectableInt(5, 6)
+        mask = genmask(shift, 43)
+        print ("    mask", bin(mask.value))
+
+        mem = Mem(row_bytes=8, initial_mem=testmem)
+        mem = RADIX(mem, caller)
+        # -----------------------------------------------
+        # |/|RTS1|/|     RPDB          | RTS2 |  RPDS   |
+        # -----------------------------------------------
+        # |0|1  2|3|4                55|56  58|59     63|
+        data = SelectableInt(0, 64)
+        data[1:3] = 0b01
+        data[56:59] = 0b11
+        data[59:64] = 0b01101 # mask
+        data[55] = 1
+        (rts, mbits, pgbase) = mem._decode_prte(data)
+        print ("    rts", bin(rts.value), rts.bits)
+        print ("    mbits", bin(mbits.value), mbits.bits)
+        print ("    pgbase", hex(pgbase.value), pgbase.bits)
+        addr = SelectableInt(0x1000, 64)
+        check = mem._segment_check(addr, mbits, shift)
+        print ("    segment check", check)
+
+        print("walking tree")
+        addr = SelectableInt(testaddr,64)
+        # pgbase = None
+        mode = None
+        #mbits = None
+        shift = rts
+        result = mem._walk_tree(addr, pgbase, mode, mbits, shift)
+        print("     walking tree result", result)
+        print("should be", testresult)
+        self.assertEqual(result.value, expected,
+                             "expected 0x%x got 0x%x" % (expected,
+                                                    result.value))
+
+
+    def test_walk_tree_2(self):
+
+        # test address slightly different
+        testaddr = 0x1101
+        expected = 0x5001101
+
+        # starting prtbl
+        prtbl = 0x1000000
 
-    def test_walk_tree(self):
         # set up dummy minimal ISACaller
         spr = {'DSISR': SelectableInt(0, 64),
                'DAR': SelectableInt(0, 64),
                'PIDR': SelectableInt(0, 64),
-               'PRTBL': SelectableInt(0, 64)
+               'PRTBL': SelectableInt(prtbl, 64)
         }
         # set problem state == 0 (other unit tests, set to 1)
         msr = SelectableInt(0, 64)
@@ -665,7 +818,7 @@ class TestRadixMMU(unittest.TestCase):
         mask = genmask(shift, 43)
         print ("    mask", bin(mask.value))
 
-        mem = Mem(row_bytes=8)
+        mem = Mem(row_bytes=8, initial_mem=testmem2)
         mem = RADIX(mem, caller)
         # -----------------------------------------------
         # |/|RTS1|/|     RPDB          | RTS2 |  RPDS   |
@@ -692,6 +845,10 @@ class TestRadixMMU(unittest.TestCase):
         shift = rts
         result = mem._walk_tree(addr, pgbase, mode, mbits, shift)
         print("     walking tree result", result)
+        print("should be", testresult)
+        self.assertEqual(result.value, expected,
+                             "expected 0x%x got 0x%x" % (expected,
+                                                    result.value))
 
 
 if __name__ == '__main__':