* * *
mem: support for gpu-style RMWs in ruby

This patch adds support for GPU-style read-modify-write (RMW) operations in
ruby. Such atomic operations are traditionally executed at the memory controller
(instead of through an L1 cache using cache-line locking).

Currently, this patch works by propogating operation functors through the memory
system.

mem: misc flags for AMD gpu model

This patch add support to mark memory requests/packets with attributes defined
in HSA, such as memory order and scope.

sim: fix redundant --debug-start help string

Just changes the metavar for --debug-start from TIME
to TICK in cset 72046b9b3323 and didn't notice that the
comment "must be in ticks" is now redundant.

cpu. arch: add initiateMemRead() to ExecContext interface

For historical reasons, the ExecContext interface had a single
function, readMem(), that did two different things depending on
whether the ExecContext supported atomic memory mode (i.e.,
AtomicSimpleCPU) or timing memory mode (all the other models).
In the former case, it actually performed a memory read; in the
latter case, it merely initiated a read access, and the read
completion did not happen until later when a response packet
arrived from the memory system.

This led to some confusing things, including timing accesses
being required to provide a pointer for the return data even
though that pointer was only used in atomic mode.

This patch splits this interface, adding a new initiateMemRead()
function to the ExecContext interface to replace the timing-mode
use of readMem().

For consistency and clarity, the readMemTiming() helper function
in the ISA definitions is renamed to initiateMemRead() as well.
For x86, where the access size is passed in explicitly, we can
also get rid of the data parameter at this level.  For other ISAs,
where the access size is determined from the type of the data
parameter, we have to keep the parameter for that purpose.

cpu: remove unnecessary data ptr from O3 internal read() funcs

The read() function merely initiates a memory read operation; the
data doesn't arrive until the access completes and a response packet
is received from the memory system.  Thus there's no need to provide
a data pointer; its existence is historical.

Getting this pointer out of this internal o3 interface sets the
stage for similar cleanup in the ExecContext interface.  Also
found that we were pointlessly setting the contents at this pointer
on a store forward (the useful memcpy happens just a few lines
below the deleted one).

arch: don't call *Timing functions from *Atomic versions

The readMemAtomic/writeMemAtomic helper functions were calling
readMemTiming/writeMemTiming respectively.  This is functionally
correct, since the *Timing functions are doing the same access
initiation operation as the *Atomic functions (just that the
*Atomic versions also complete the access in line).  It also
provides for some (very minimal) code reuse.  Unfortunately,
it's potentially pretty confusing, since it makes it look like
the atomic accesses are somehow being converted to timing
accesses.  It also gets in the way of specializing the timing
interface (as will be done in a future patch).

arch: get rid of unused LargestRead typedef

sim: don't ignore SIG_TRAP

By ignoring SIG_TRAP, using --debug-break <N> when not connected to
a debugger becomes a no-op.  Apparently this was intended to be a
feature, though the rationale is not clear.

If we don't ignore SIG_TRAP, then using --debug-break <N> when not
connected to a debugger causes the simulation process to terminate
at tick N.  This is occasionally useful, e.g., if you just want to
collect a trace for a specific window of execution then you can combine
this with --debug-start to do exactly that.

In addition to not ignoring the signal, this patch also updates
the --debug-break help message and deletes a handful of unprotected
calls to Debug::breakpoint() that relied on the prior behavior.

stats: update SPARC FS stats

The fs/80.solaris-boot/sparc/solaris/t1000-simple-atomic test was
broken for so long that, now that it's working again, the stats
output is out of date.  This changeset updates the outputs, on
the assumption that the stats changes are all valid differences
due to other changes made while it was broken.

dev, arm: Add a platform with support for both aarch32 and aarch64

Add a platform with support for both aarch32 and aarch64. This
platform implements a subset of the devices in a real Versatile
Express and extends it with some gem5-specific functionality. It is in
many ways similar to the old VExpress_EMM64 platform, but supports the
following new features:

  * Automatic PCI interrupt assignment
  * PCI interrupts allocated in a contiguous range.
  * Automatic boot loader selection (32-bit / 64-bit)
  * Cleaner memory map where gem5-specific devices live in CS5 which
    isn't used by current Versatile Express platforms.
  * No fake devices. Devices that were previously faked will be
    removed from the device tree instead.
  * Support for 510 GiB contiguous memory

dev, arm: Add support for automatic PCI interrupt routing

Add support for automatic PCI interrupt routing using a device's ID on
the PCI bus. Our current DTBs typically tell the kernel that we do
this or something similar when declaring the PCI controller. This
changeset adds an option to make the simulator behave in the same way.

Interrupt routing can be selected by setting the int_policy parameter
in the GenericArmPciHost. The following values are supported:

  * ARM_PCI_INT_STATIC: Use the old static routing policy using the
    interrupt line from a device's configurtion space.

  * ARM_PCI_INT_DEV: Use device number on the PCI bus to map to an
    interrupt in the GIC. The interrupt is computed as:

    gic_int = int_base + (pci_dev % int_count)

  * ARM_PCI_INT_PIN: Use device interrupt pin on the PCI bus to map to
    an interrupt in the GIC. The PCI specification reserves pin ID 0
    for devices without interrupts, the interrupt therefore computed
    as:

    gic_int = int_base + ((pin - 1) % int_count)

mem: fix bug in packet access endianness changes

The new Packet::setRaw() method incorrectly still contained
an htog() conversion.  As a result, calls to the old set()
method (now defined as setRaw(htog(v))) underwent two htog
conversions, which breaks things when htog() is not a no-op.

Interestingly the only test that caught this was a SPARC
boot test, where an IsaFake device with a non-zero return
value was getting swapped twice resulting in a register
getting loaded with 0x100000000000000 instead of 1.
(Good reason for keeping SPARC around, perhaps?)

scons: Enable -Wextra by default

Make best use of the compiler, and enable -Wextra as well as
-Wall. There are a few issues that had to be resolved, but they are
all trivial.

ext: Replace gzstream with iostream3 from zlib to avoid LGPL

This patch replaces the gzstream zlib wrapper with the iostream3
wrapper provided as part of zlib contributions. The main reason for
the switch is to avoid including LGPL in the default gem5
build. iostream3 is provided under a more permissive license:

The code is provided "as is", with the permission to use, copy,
modify, distribute and sell it for any purpose without fee.

configs: Fix inheritance of HMCSystem and cleanup spacing

Minor fix to ensure the HMCSystem can actually be instantiated
(SimObject cannot be created). Also address some spacing issues.

config: Updates for distributed gem5 simulations

dev: Distributed Ethernet link for distributed gem5 simulations

Distributed gem5 (abbreviated dist-gem5) is the result of the
convergence effort between multi-gem5 and pd-gem5 (from Univ. of
Wisconsin). It relies on the base multi-gem5 infrastructure for packet
forwarding, synchronisation and checkpointing but combines those with
the elaborated network switch model from pd-gem5.

--HG--
rename : src/dev/net/multi_etherlink.cc => src/dev/net/dist_etherlink.cc
rename : src/dev/net/multi_etherlink.hh => src/dev/net/dist_etherlink.hh
rename : src/dev/net/multi_iface.cc => src/dev/net/dist_iface.cc
rename : src/dev/net/multi_iface.hh => src/dev/net/dist_iface.hh
rename : src/dev/net/multi_packet.hh => src/dev/net/dist_packet.hh

pseudo inst,util: Add optional key to initparam pseudo instruction

The key parameter can be used to read out various config parameters from
within the simulated software.

mem: add CacheVerbose debug flag, filter noisy DPRINTFs

Some of the DPRINTFs added to the classic cache in cset 45df88079f04,
while useful to those unfamiliar with the cache code, end up being
noise when you're familiar with the code but are trying to debug tricky
protocol issues.  (Particularly getting two messages from each cache
as it receives a snoop request then declares that there was no match.)

This patch introduces a CacheVerbose debug flag, and moves a subset of
the added DPRINTFs into that category, so that Cache by itself returns
to being a more succinct summary of cache activity.

Also added a CacheAll compound flag to turn on all the cache-related
debug flags (other than CacheTags, which you *really* have to want badly
to turn it on, IMO).

mem: Do not rely on the NeedsWritable flag for responses

This patch removes the NeedsWritable flag for all responses, as it is
really only the request that needs a writable response. The response,
on the other hand, should in these cases always provide the line in a
writable state, as indicated by the hasSharers flag not being set.

When we send requests that has NeedsWritable set, the response will
always have the hasSharers flag not set. Additionally, there are cases
where the request did not have NeedsWritable set, and we still get a
writable response with the hasSharers flag not set. This never happens
on snoops, but is used by downstream caches to pass ownership
upstream.

As part of this patch, the affected response types are updated, and
the snoop filter is similarly modified to check only the hasSharers
flag (as it should). A sanity check is also added to the packet class,
asserting that we never look at the NeedsWritable flag for responses.

No regressions are affected.

mem: Do not allocate space for packet data if not needed

This patch looks at the request and response command to determine if
either actually has any data payload, and if not, we do not allocate
any space for packet data.

The only tricky case is where the command type is changed as part of
the MSHR functionality. In these cases where the original packet had
no data, but the new packet does, we need to explicitly call
allocate().

mem: Do not alter cache block state on uncacheable snoops

This patch ensures we do not respond with a Modified (dirty and
writable) line if the request is uncacheable, and that the cache
responding retains the line without modifying the state (even if
responding).

mem: Make cache terminology easier to understand

This patch changes the name of a bunch of packet flags and MSHR member
functions and variables to make the coherency protocol easier to
understand. In addition the patch adds and updates lots of
descriptions, explicitly spelling out assumptions.

The following name changes are made:

* the packet memInhibit flag is renamed to cacheResponding

* the packet sharedAsserted flag is renamed to hasSharers

* the packet NeedsExclusive attribute is renamed to NeedsWritable

* the packet isSupplyExclusive is renamed responderHadWritable

* the MSHR pendingDirty is renamed to pendingModified

The cache states, Modified, Owned, Exclusive, Shared are also called
out in the cache and MSHR code to make it easier to understand.

ruby: slicc: have a static MachineType

This patch is imported from reviewboard patch 2551 by Nilay.
This patch moves from a dynamically defined MachineType to a statically
defined one.  The need for this patch was felt since a dynamically defined
type prevents us from having types for which no machine definition may
exist.

The following changes have been made:
i. each machine definition now uses a type from the MachineType enumeration
instead of any random identifier.  This required changing the grammar and the
*.sm files.
ii. MachineType enumeration defined statically in RubySlicc_Exports.sm.
* * *
normal protocol fixes for nilay's parser machine type fix

ruby: slicc: remove support for single machine, multiple types

This patch is imported from reviewboard patch 2550 by Nilay.
It was possible to specify multiple machine types with a single state machine.
This seems unnecessary and is being removed.

stats: more updates due to PCI changes

A couple of the long regressions have been showing as CHANGED
since 11244:a2af58a06c4e despite the updates in 11245:1c5102c0a7a9.
The x86 regression looks like it was just missed, but it's not clear
why the ARM one is giving different results (perhaps a non-determinism
between zizzer and wherever the updated results were run?).

tests: update EIO reference outputs

mem: Explicitly check MSHR snoops for cases not dealt with

Add a sanity check to make it explicit that we currently do not allow
an I/O coherent agent to directly issue writes into the coherent part
of the memory system (it has to go via a cache, and get transformed
into a read ex, upgrade or invalidation).

mem: Remove unused cache squash functionality

This patch removes the unused squash function from the MSHR queue, and
the associated (and also unused) threadNum member from the MSHR.

mem: Avoid unecessary checks when creating HardPFReq in cache

The checks made before sending out a HardPFReq were unecessarily
complex, and checked for cases that never occur. This patch
tidies it up.

mem: Do not use sender state to track forwarded snoops in cache

This patch changes how the cache tracks which snoops are forwarded,
and which ones are created locally. Previously the identification was
based on an empty sender state of a specific class, but this method
fails to distinguish which cache actually attached the sender
state. Instead we use the same mechanism as the crossbar, and keep
track of the requests that have outstanding snoops.

mem: Fix cache sender state handling and add clarification

This patch addresses a bug in how the cache attached the MSHR as a
sender state. Rather than overwriting any existing sender state it now
pushes a new one. The handling of upward snoops is also clarified.

arm: remote GDB: rationalize structure of register offsets

Currently, the wire format of register values in g- and G-packets is
modelled using a union of uint8/16/32/64 arrays.  The offset positions
of each register are expressed as a "register count" scaled according
to the width of the register in question.  This results in counter-
intuitive and error-prone "register count arithmetic", and some
formats would even be altogether unrepresentable in such model, e.g.
a 64-bit register following a 32-bit one would have a fractional index
in the regs64 array.
Another difficulty is that the array is allocated before the actual
architecture of the workload is known (and therefore before the correct
size for the array can be calculated).

With this patch I propose a simpler mechanism for expressing the
register set structure.  In the new code, GdbRegCache is an abstract
class; its subclasses contain straightforward structs reflecting the
register representation.  The determination whether to use e.g. the
AArch32 vs. AArch64 register set (or SPARCv8 vs SPARCv9, etc.) is made
by polymorphically dispatching getregs() to the concrete subclass.
The subclass is not instantiated until it is needed for actual
g-/G-packet processing, when the mode is already known.

This patch is not meant to be merged in on its own, because it changes
the contract between src/base/remote_gdb.* and src/arch/*/remote_gdb.*,
so as it stands right now, it would break the other architectures.
In this patch only the base and the ARM code are provided for review;
once we agree on the structure, I will provide src/arch/*/remote_gdb.*
for the other architectures; those patches could then be merged in
together.

Review Request: http://reviews.gem5.org/r/3207/
Pushed by Joel Hestness <jthestness@gmail.com>

sim: Use the old work item behavior by default

When adding an option to forward work items to the Python environment,
the new behavior was accidentally enabled by default. Set the value of
exit_on_work_items to False by default to revert to the old behavior
unless the simulation scripts explicitly requests work item
forwarding.

configs: Make the default memtest behaviour more complex

Add functional and uncacheable accesses by default.

mem: Fix memory allocation bug in deferred snoop handling

This patch fixes a corner case in the deferred snoop handling, where
requests ended up being used by multiple packets with different
lifetimes, and inadvertently got deleted while they were still in use.

sim: Add an option to forward work items to Python

There are cases where we want the Python world to handle work items
instead of the C++ world. However, that's currently not possible. This
changeset adds the forward_work_items option to the System class. Then
it is set to True, work items will generate workbegin/workend
simulation exists with the work item ID as the exit code and the old
C++ handling is completely bypassed.

--HG--
extra : rebase_source : 8de637a744fc4b6ff2bc763f00cdf8ddf2bff885

mem: add request types for acquire and release

Add support for acquire and release requests.  These synchronization operations
are commonly supported by several modern instruction sets.

stats: bump stats to reflect ruby tester changes

regress: updates required for the compute-gpu patches

ruby: more flexible ruby tester support

This patch allows the ruby random tester to use ruby ports that may only
support instr or data requests.  This patch is similar to a previous changeset
(8932:1b2c17565ac8) that was unfortunately broken by subsequent changesets.
This current patch implements the support in a more straight-forward way.
Since retries are now tested when running the ruby random tester, this patch
splits up the retry and drain check behavior so that RubyPort children, such
as the GPUCoalescer, can perform those operations correctly without having to
duplicate code.  Finally, the patch also includes better DPRINTFs for
debugging the tester.

dev: Add missing SConscript in src/dev/i2c

dev: Move storage devices to src/dev/storage/

Move the IDE controller and the disk implementations to
src/dev/storage.

--HG--
rename : src/dev/DiskImage.py => src/dev/storage/DiskImage.py
rename : src/dev/Ide.py => src/dev/storage/Ide.py
rename : src/dev/SimpleDisk.py => src/dev/storage/SimpleDisk.py
rename : src/dev/disk_image.cc => src/dev/storage/disk_image.cc
rename : src/dev/disk_image.hh => src/dev/storage/disk_image.hh
rename : src/dev/ide_atareg.h => src/dev/storage/ide_atareg.h
rename : src/dev/ide_ctrl.cc => src/dev/storage/ide_ctrl.cc
rename : src/dev/ide_ctrl.hh => src/dev/storage/ide_ctrl.hh
rename : src/dev/ide_disk.cc => src/dev/storage/ide_disk.cc
rename : src/dev/ide_disk.hh => src/dev/storage/ide_disk.hh
rename : src/dev/ide_wdcreg.h => src/dev/storage/ide_wdcreg.h
rename : src/dev/simple_disk.cc => src/dev/storage/simple_disk.cc
rename : src/dev/simple_disk.hh => src/dev/storage/simple_disk.hh

dev: Move network devices to src/dev/net/

--HG--
rename : src/dev/Ethernet.py => src/dev/net/Ethernet.py
rename : src/dev/etherbus.cc => src/dev/net/etherbus.cc
rename : src/dev/etherbus.hh => src/dev/net/etherbus.hh
rename : src/dev/etherdevice.cc => src/dev/net/etherdevice.cc
rename : src/dev/etherdevice.hh => src/dev/net/etherdevice.hh
rename : src/dev/etherdump.cc => src/dev/net/etherdump.cc
rename : src/dev/etherdump.hh => src/dev/net/etherdump.hh
rename : src/dev/etherint.cc => src/dev/net/etherint.cc
rename : src/dev/etherint.hh => src/dev/net/etherint.hh
rename : src/dev/etherlink.cc => src/dev/net/etherlink.cc
rename : src/dev/etherlink.hh => src/dev/net/etherlink.hh
rename : src/dev/etherobject.hh => src/dev/net/etherobject.hh
rename : src/dev/etherpkt.cc => src/dev/net/etherpkt.cc
rename : src/dev/etherpkt.hh => src/dev/net/etherpkt.hh
rename : src/dev/ethertap.cc => src/dev/net/ethertap.cc
rename : src/dev/ethertap.hh => src/dev/net/ethertap.hh
rename : src/dev/i8254xGBe.cc => src/dev/net/i8254xGBe.cc
rename : src/dev/i8254xGBe.hh => src/dev/net/i8254xGBe.hh
rename : src/dev/i8254xGBe_defs.hh => src/dev/net/i8254xGBe_defs.hh
rename : src/dev/multi_etherlink.cc => src/dev/net/multi_etherlink.cc
rename : src/dev/multi_etherlink.hh => src/dev/net/multi_etherlink.hh
rename : src/dev/multi_iface.cc => src/dev/net/multi_iface.cc
rename : src/dev/multi_iface.hh => src/dev/net/multi_iface.hh
rename : src/dev/multi_packet.cc => src/dev/net/multi_packet.cc
rename : src/dev/multi_packet.hh => src/dev/net/multi_packet.hh
rename : src/dev/ns_gige.cc => src/dev/net/ns_gige.cc
rename : src/dev/ns_gige.hh => src/dev/net/ns_gige.hh
rename : src/dev/ns_gige_reg.h => src/dev/net/ns_gige_reg.h
rename : src/dev/pktfifo.cc => src/dev/net/pktfifo.cc
rename : src/dev/pktfifo.hh => src/dev/net/pktfifo.hh
rename : src/dev/sinic.cc => src/dev/net/sinic.cc
rename : src/dev/sinic.hh => src/dev/net/sinic.hh
rename : src/dev/sinicreg.hh => src/dev/net/sinicreg.hh
rename : src/dev/tcp_iface.cc => src/dev/net/tcp_iface.cc
rename : src/dev/tcp_iface.hh => src/dev/net/tcp_iface.hh

dev: Move i2c functionality to src/dev/i2c/

--HG--
rename : src/dev/I2C.py => src/dev/i2c/I2C.py
rename : src/dev/i2cbus.cc => src/dev/i2c/bus.cc
rename : src/dev/i2cbus.hh => src/dev/i2c/bus.hh
rename : src/dev/i2cdev.hh => src/dev/i2c/device.hh

dev: Move the CopyEngine class to src/dev/pci

--HG--
rename : src/dev/CopyEngine.py => src/dev/pci/CopyEngine.py
rename : src/dev/copy_engine.cc => src/dev/pci/copy_engine.cc
rename : src/dev/copy_engine.hh => src/dev/pci/copy_engine.hh
rename : src/dev/copy_engine_defs.hh => src/dev/pci/copy_engine_defs.hh

dev: Move existing PCI device functionality to src/dev/pci

Move pcidev.(hh|cc) to src/dev/pci/device.(hh|cc) and update existing
devices to use the new header location. This also renames the PCIDEV
debug flag to have a capitalization that is consistent with the PCI
host and other devices.

--HG--
rename : src/dev/Pci.py => src/dev/pci/PciDevice.py
rename : src/dev/pcidev.cc => src/dev/pci/device.cc
rename : src/dev/pcidev.hh => src/dev/pci/device.hh
rename : src/dev/pcireg.h => src/dev/pci/pcireg.h

sim: Disable gzip compression for writefile pseudo instruction

The writefile pseudo instruction uses OutputDirectory::create and
OutputDirectory::openFile to create the output files. However, by
default these will check the file extention for .gz, and create a gzip
compressed stream if the file ending matches. When writing out files,
we want to write them out exactly as they are in the guest simulation,
and never want to compress them with gzio. Additionally, this causes
m5 writefile to fail when checking the error flags for the output
steam.

With this patch we add an additional no_gz argument to
OutputDirectory::create and OutputDirectory::openFile which allows us
to override the gzip compression.  Therefore, for m5 writefile we
disable the filename check, and always create a standard ostream.

arm: Bootloader fix for v8 over 16 cores

Previous code used a smaller 4 bit mask to test the MPIDR-EL1 register.
The bitmask was extended to support greater than 16 cores.

dev, arm: Add gem5 extensions to support more than 8 cores

Previous ARM-based simulations were limited to 8 cores due to
limitations in GICv2 and earlier. This changeset adds a set of
gem5-specific extensions that enable support for up to 256 cores.

When the gem5 extensions are enabled, the GIC uses CPU IDs instead of
a CPU bitmask in the GIC's register interface. To OS can enable the
extensions by setting bit 0x200 in ICDICTR.

This changeset is based on previous work by Matt Evans.

mem: remove acq/rel cmds from packet and add mem fence req

syscall_emul: don't check host fd when allocating target fd

There's a well-meaning check in Process::allocFD() to return an invalid
target fd (-1) if the incoming host fd is -1.  However, this means that
emulated drivers, which want to allocate a target fd that doesn't
correspond to a host fd, can't use -1 to indicate an intentionally
invalid host fd.

It turns out the allocFD() check is redundant, as callers always test
the host fd for validity before calling.  Also, callers never test the
return value of allocFD() for validity, so even if the test failed,
it would likely have the undesirable result of returning -1 to the
target app as a file descriptor without setting errno.

Thus the check is pointless and is now getting in the way, so it seems
we should just get rid of it.

ext: fix SST connector

Writeback no longer a MemCmd.

cpu: Support virtual addr in elastic traces

This patch adds support to optionally capture the virtual address and asid
for load/store instructions in the elastic traces. If they are present in
the traces, Trace CPU will set those fields of the request during replay.

cpu: Create record type enum for elastic traces

This patch replaces the booleans that specified the elastic trace record
type with an enum type. The source of change is the proto message for
elastic trace where the enum is introduced. The struct definitions in the
elastic trace probe listener as well as the Trace CPU replace the boleans
with the proto message enum.

The patch does not impact functionality, but traces are not compatible with
previous version. This is preparation for adding new types of records in
subsequent patches.

config: Enable elastic trace capture and replay in se/fs

This patch adds changes to the configuration scripts to support elastic
tracing and replay.

The patch adds a command line option to enable elastic tracing in SE mode
and FS mode. When enabled the Elastic Trace cpu probe is attached to O3CPU
and a few O3 CPU parameters are tuned. The Elastic Trace probe writes out
both instruction fetch and data dependency traces. The patch also enables
configuring the TraceCPU to replay traces using the SE and FS script.

The replay run is designed to resume from checkpoint using atomic cpu to
restore state keeping it consistent with FS run flow. It then switches to
TraceCPU to replay the input traces.

util: Add decode and encode scripts for elastic traces

This patch adds python scripts to parse a protobuf encoded O3CPU
elastic trace and convert it to a text file output and vice versa.

cpu: Add TraceCPU to playback elastic traces

This patch defines a TraceCPU that replays trace generated using the elastic
trace probe attached to the O3 CPU model. The elastic trace is an execution
trace with data dependencies and ordering dependencies annoted to it. It also
replays fixed timestamp instruction fetch trace that is also generated by the
elastic trace probe.

The TraceCPU inherits from BaseCPU as a result of which some methods need
to be defined. It has two port subclasses inherited from MasterPort for
instruction and data ports. It issues the memory requests deducing the
timing from the trace and without performing real execution of micro-ops.
As soon as the last dependency for an instruction is complete,
its computational delay, also provided in the input trace is added. The
dependency-free nodes are maintained in a list, called 'ReadyList',
ordered by ready time. Instructions which depend on load stall until the
responses for read requests are received thus achieving elastic replay. If
the dependency is not found when adding a new node, it is assumed complete.
Thus, if this node is found to be completely dependency-free its issue time is
calculated and it is added to the ready list immediately. This is encapsulated
in the subclass ElasticDataGen.

If ready nodes are issued in an unconstrained way there can be more nodes
outstanding which results in divergence in timing compared to the O3CPU.
Therefore, the Trace CPU also models hardware resources. A sub-class to model
hardware resources is added which contains the maximum sizes of load buffer,
store buffer and ROB. If resources are not available, the node is not issued.
The 'depFreeQueue' structure holds nodes that are pending issue.

Modeling the ROB size in the Trace CPU as a resource limitation is arguably the
most important parameter of all resources. The ROB occupancy is estimated using
the newly added field 'robNum'. We need to use ROB number as sequence number is
at times much higher due to squashing and trace replay is focused on correct
path modeling.

A map called 'inFlightNodes' is added to track nodes that are not only in
the readyList but also load nodes that are executed (and thus removed from
readyList) but are not complete. ReadyList handles what and when to execute
next node while the inFlightNodes is used for resource modelling. The oldest
ROB number is updated when any node occupies the ROB or when an entry in the
ROB is released. The ROB occupancy is equal to the difference in the ROB number
of the newly dependency-free node and the oldest ROB number in flight.

If no node dependends on a non load/store node then there is no reason to track
it in the dependency graph. We filter out such nodes but count them and add a
weight field to the subsequent node that we do include in the trace. The weight
field is used to model ROB occupancy during replay.

The depFreeQueue is chosen to be FIFO so that child nodes which are in
program order get pushed into it in that order and thus issued in the in
program order, like in the O3CPU. This is also why the dependents is made a
sequential container, std::set to std::vector. We only check head of the
depFreeQueue as nodes are issued in order and blocking on head models that
better than looping the entire queue. An alternative choice would be to inspect
top N pending nodes where N is the issue-width. This is left for future as the
timing correlation looks good as it is.

At the start of an execution event, first we attempt to issue such pending
nodes by checking if appropriate resources have become available. If yes, we
compute the execute tick with respect to the time then. Then we proceed to
complete nodes from the readyList.

When a read response is received, sometimes a dependency on it that was
supposed to be released when it was issued is still not released. This occurs
because the dependent gets added to the graph after the read was sent. So the
check is made less strict and the dependency is marked complete on read
response instead of insisting that it should have been removed on read sent.

There is a check for requests spanning two cache lines as this condition
triggers an assert fail in the L1 cache. If it does then truncate the size
to access only until the end of that line and ignore the remainder.
Strictly-ordered requests are skipped and the dependencies on such requests
are handled by simply marking them complete immediately.

The simulated seconds can be calculated as the difference between the
final_tick stat and the tickOffset stat. A CountedExitEvent that contains
a static int belonging to the Trace CPU class as a down counter is used to
implement multi Trace CPU simulation exit.

mem: Add instruction sequence number to request

This patch adds the instruction sequence number to the request and provides a
request constructor that accepts a sequence number for initialization.

proto, probe: Add elastic trace probe to o3 cpu

The elastic trace is a type of probe listener and listens to probe points
in multiple stages of the O3CPU. The notify method is called on a probe
point typically when an instruction successfully progresses through that
stage.

As different listener methods mapped to the different probe points execute,
relevant information about the instruction, e.g. timestamps and register
accesses, are captured and stored in temporary InstExecInfo class objects.
When the instruction progresses through the commit stage, the timing and the
dependency information about the instruction is finalised and encapsulated in
a struct called TraceInfo. TraceInfo objects are collected in a list instead
of writing them out to the trace file one a time. This is required as the
trace is processed in chunks to evaluate order dependencies and computational
delay in case an instruction does not have any register dependencies. By this
we achieve a simpler algorithm during replay because every record in the
trace can be hooked onto a record in its past. The instruction dependency
trace is written out as a protobuf format file. A second trace containing
fetch requests at absolute timestamps is written to a separate protobuf
format file.

If the instruction is not executed then it is not added to the trace.
The code checks if the instruction had a fault, if it predicated
false and thus previous register values were restored or if it was a
load/store that did not have a request (e.g. when the size of the
request is zero). In all these cases the instruction is set as
executed by the Execute stage and is picked up by the commit probe
listener. But a request is not issued and registers are not written.
So practically, skipping these should not hurt the dependency modelling.

If squashing results in squashing younger instructions, it may happen that
the squash probe discards the inst and removes it from the temporary
store but execute stage deals with the instruction in the next cycle which
results in the execute probe seeing this inst as 'new' inst. A sequence
number of the last processed trace record is used to trap these cases and
not add to the temporary store.

The elastic instruction trace and fetch request trace can be read in and
played back by the TraceCPU.

probe: Add probe in Fetch, IEW, Rename and Commit

This patch adds probe points in Fetch, IEW, Rename and Commit stages as follows.

A probe point is added in the Fetch stage for probing when a fetch request is
sent. Notify is fired on the probe point when a request is sent succesfully in
the first attempt as well as on a retry attempt.

Probe points are added in the IEW stage when an instruction begins to execute
and when execution is complete. This points can be used for monitoring the
execution time of an instruction.

Probe points are added in the Rename stage to probe renaming of source and
destination registers and when there is squashing. These probe points can be
used to track register dependencies and remove when there is squashing.

A probe point for squashing is added in Commit to probe squashed instructions.

stats: Update to reflect changes to PCI handling

dev: Rewrite PCI host functionality

The gem5's current PCI host functionality is very ad hoc. The current
implementations require PCI devices to be hooked up to the
configuration space via a separate configuration port. Devices query
the platform to get their config-space address range. Un-mapped parts
of the config space are intercepted using the XBar's default port
mechanism and a magic catch-all device (PciConfigAll).

This changeset redesigns the PCI host functionality to improve code
reuse and make config-space and interrupt mapping more
transparent. Existing platform code has been updated to use the new
PCI host and configured to stay backwards compatible (i.e., no
guest-side visible changes). The current implementation does not
expose any new functionality, but it can easily be extended with
features such as automatic interrupt mapping.

PCI devices now register themselves with a PCI host controller. The
host controller interface is defined in the abstract base class
PciHost. Registration is done by PciHost::registerDevice() which takes
the device, its bus position (bus/dev/func tuple), and its interrupt
pin (INTA-INTC) as a parameter. The registration interface returns a
PciHost::DeviceInterface that the PCI device can use to query memory
mappings and signal interrupts.

The host device manages the entire PCI configuration space. Accesses
to devices decoded into the devices bus position and then forwarded to
the correct device.

Basic PCI host functionality is implemented in the GenericPciHost base
class. Most platforms can use this class as a basic PCI controller. It
provides the following functionality:

  * Configurable configuration space decoding. The number of bits
    dedicated to a device is a prameter, making it possible to support
    both CAM, ECAM, and legacy mappings.

  * Basic interrupt mapping using the interruptLine value from a
    device's configuration space. This behavior is the same as in the
    old implementation. More advanced controllers can override the
    interrupt mapping method to dynamically assign host interrupts to
    PCI devices.

  * Simple (base + addr) remapping from the PCI bus's address space to
    physical addresses for PIO, memory, and DMA.

cpu: fix unitialized variable which may cause assertion failure

The assert in lsq_unit_impl.hh line 963 needs pktPending to be initialized to
NULL (I got the assertion failure several times without the fix).

Committed by: Nilay Vaish <nilay@cs.wisc.edu>

util: term: drop CC from Makefile

With clang there are systems without gcc being installed anymore and we should
not rely on that.  This patch drops CC so that system's default compiler is
invoked.

Committed by: Nilay Vaish <nilay@cs.wisc.edu>

util: DrainManager/Checkpoint changes in SystemC coupling

Due to changes in Drain Manager, the lastest systemc coupling doesn't work. The
code for handling Checkpoint has been modified and it is now compatiable with
new drain manager.

Testing is being done on systemC coupling. It needs more testing to verify
checkpointing feature.

Committed by: Nilay Vaish <nilay@cs.wisc.edu>

sim: Get rid of the non-const serialize() method

The last SimObject using the legacy serialize API with non-const
methods has now been transitioned to the new API. This changeset
removes the serializeOld() methods from the serialization base class
as they are no longer used.

stats: Update to reflect changes to RealView platform code

arm, config: Automatically discover available platforms

Add support for automatically discover available platforms. The
Python-side uses functionality similar to what we use when
auto-detecting available CPU models. The machine IDs have been updated
to match the platform configurations. If there isn't a matching
machine ID, the configuration scripts default to -1 which Linux uses
for device tree only platforms.

dev, arm: Disable R/B swap in HDLCD by default

The HDLCD model implements a workaround that swaps the red and blue
channels. This works around an issue in certain old kernels. The new
driver doesn't seem to have this behavior, so disable the workaround
by default and enable it in the affected platforms.

dev, arm: Split MCC and DCC subsystems

Devices behind the Versatile Express configuration controllers are
currently all lumped into one SimObject. This will make DTB generation
challenging since the DTB assumes them to be in different parts of the
hierarchy. It also makes it hard to model other CoreTiles without also
replicating devices from the motherboard.

This changeset splits the VExpressCoreTileCtrl into two subsystems:
VExpressMCC for all motherboard-related devices and CoreTile2A15DCC
for Core Tile specific devices.

sim: Add support for generating back traces on errors

Add functionality to generate a back trace if gem5 crashes (SIGABRT or
SIGSEGV). The current implementation uses glibc's stack traversal
support if available and stubs out the call to print_backtrace()
otherwise.

arm: Add support for automatic boot loader selection

Add support for automatically selecting a boot loader that matches the
guest system's kernel. Instead of accepting a single boot loader, the
ArmSystem class now accepts a vector of boot loaders. When
initializing a system, the we now look for the first boot loader with
an architecture that matches the kernel.

This changeset makes it possible to use the same system for both
64-bit and 32-bit kernels.

dev, mips: Remove the unused MaltaPChip class

The MaltaPChip class is currently unused and identical (except for the
class name) to the TsunamiPChip. If someone decides to implement PCI
for Malta, they should make sure to share code with the Tsunami
implementation if they are similar.

stats: Bump stats to match current behaviour

config: Fix broken SimObject listing

The gem5 option '--list-sim-objects' is supposed to list all available
SimObjects and their parameters. It currently chokes on SimObjects
with parameters that have an object instance as their default
value. This is caused by __str__ in SimObject trying to resolve its
complete path. When the path resolution method reaches the parent
object (a MetaSimObject since it hasn't been instantiated), it dies
with a Python exception.

This changeset adds a guard to stop path resolution if the parent
object is a MetaSimObject.

dev: Remove unnecessary header include

--HG--
extra : rebase_source : 64046371962e98413757bc3ab0c0d48dfb11ff1e

mem: Fix search-replace issues in DRAMPower wrapper license

Fix a number of unintentional insertions of 'const'.

config: Added missing types to JSON/INI Python reader

Added the missing types EthernetAddr and Current to the JSON/INI file
reader example configs/example/read_config.py.

Also added __str__ to EthernetAddr to make values appear in the same form
in JSON an INI files.

sim: Update C++ config example to match SystemC example

Update the use of the drain manager, and checkpointing to
match changes to gem5 since the example was written.

arm, dev: Fix flash model serialization code typos

The flash model has typos in its serialization code for
unknownPages, locationTable, blockValidEntries, and blockEmptyEntries
arrays where it would save each entry in the array under the same
name in the checkpoint.  This patch fixes these typos.

cpu: Fix base FP and CC register index in o3 insertThread()

Note that the method is not used, and could possibly be deleted.

arm: Fix fplib 128-bit shift operators

Appease clang.

config: Minor fixes to the DRAM utilisation sweep

cpu: Fix memory leak in traffic generator

In cases where we discard the packet, make sure to also delete it and
the associated request.

cpu: Enforce 1 interrupt controller per thread

Consider it a fatal configuration error if the number of interrupt
controllers doesn't match the number of threads in an SMT
configuration.

Merged changesets: 47e2adf7fb1a and b65d4e878ed2

--HG--
extra : amend_source : c51de9ae5387aba6fae8403677054678beceb2ab

stats: updates due to recent chagnesets

x86: Invalidating TLB entry on page fault

As per the x86 architecture specification, matching TLB entries need to be
invalidated on a page fault. For instance, after a page fault due to inadequate
protection bits on a TLB hit, the TLB entry needs to be invalidated. This
behavior is clearly specified in the x86 architecture manuals from both AMD and
Intel.  This invalidation is missing currently in gem5, due to which linux
kernel versions 3.8 and up cannot be simulated efficiently. This is exposed by
a linux optimisation in commit e4a1cc56e4d728eb87072c71c07581524e5160b1, which
removes a tlb flush on updating page table entries in x86.

Testing: Linux kernel versions 3.8 onwards were booting very slowly in FS mode,
due to repeated page faults (~300000 before the first print statement in a
bash file). Ensured that page fault rate drops drastically and observed
reduction in boot time from order of hours to minutes for linux kernel v3.8
and v3.11

x86: cpuid: add family to warn() message

doCpuid() has to identical warn messages about unimplemented functions.  Add
the family to the log message to make them distinguishable.

Committed by: Nilay Vaish <nilay@cs.wisc.edu>

x86: pagetable walker: fix typo in comment

sparc: Make remote debugging with gdb work
Remove sparc V8 TBR register from list of registers since it is not part of
sparc V9. This brings the number of registers in sync with what gdb expects

Without this patch gdb complains about receoved packet too long.

with this patch gdb is able to work properly with gem5 for remote debugging.

Note: gdb is version 7.8
Note: gdb is configured with --target=sparc64-sun-solaris2.8

Committed by: Nilay Vaish <nilay@cs.wisc.edu>

stats: remove wb_penalized and wb_penalized_rate

o3: drop unused statistic wbPenalized and wbPenalizedRate

sim: support for distcc pump server settings

arm: Add missing explicit overrides for classic caches

Make clang when compiling on OSX.

ruby: added stl vector of ints to be used by SLICC

slicc: fixes for the Address to Addr changeset (11025)

misc changes now that Address has become Addr including int to address util
function

ruby: add BoolVec

The BoolVec typedef and insertion operator overload function simplify usage of
vectors of type bool

mem: add boolean to disable PacketQueue's size sanity check

the sanity check, while generally useful for exposing memory system bugs,
may be spurious with respect to GPU workloads, which may generate many more
requests than typical CPU workloads. the large number of requests generated
by the GPU may cause the req/resp queues to back up, thus queueing more than
100 packets.