loader/emu.c

   1 // vim:shiftwidth=2:expandtab
   2 #include <stdio.h>
   3 #include <stdlib.h>
   4 #include <sys/types.h>
   5 #include <sys/stat.h>
   6 #include <fcntl.h>
   7 #include <sys/mman.h>
   8 #include <sys/types.h>
   9 #include <unistd.h>
  10 #include <signal.h>
  11 #include <asm/ucontext.h>
  12
  13 #include "header.h"
  14 #include "sys_cacheflush.h"
  15
  16 //#define iolog printf
  17 #define iolog(...)
  18
  19 typedef unsigned int   u32;
  20 typedef unsigned short u16;
  21 typedef unsigned char  u8;
  22
  23 static int memdev;
  24 static volatile u16 *memregs, *blitter;
  25
  26
  27 static volatile void *translate_addr(u32 a, u32 *mask)
  28 {
  29   if ((a & 0xfff00000) == 0x7f000000) {
  30     *mask = 0xffff;
  31     return memregs;
  32   }
  33   if ((a & 0xfff00000) == 0x7f100000) {
  34     *mask = 0xff;
  35     return blitter;
  36   }
  37   fprintf(stderr, "bad IO @ %08x\n", a);
  38   abort();
  39 }
  40
  41 static u32 xread8(u32 a)
  42 {
  43   volatile u8 *mem;
  44   u32 mask;
  45
  46   iolog("r8  %08x\n", a);
  47   mem = translate_addr(a, &mask);
  48   return mem[a & mask];
  49 }
  50
  51 static u32 xread16(u32 a)
  52 {
  53   volatile u16 *mem;
  54   u32 mask;
  55
  56  //if ((a & 0xfff00000) == 0x7f100000) { static int a; a ^= ~1; return a & 0xffff; }
  57   iolog("r16 %08x\n", a);
  58   mem = translate_addr(a, &mask);
  59   return mem[(a & mask) / 2];
  60 }
  61
  62 static u32 xread32(u32 a)
  63 {
  64   volatile u32 *mem;
  65   u32 mask;
  66
  67  //if ((a & 0xfff00000) == 0x7f100000) { static int a; a ^= ~1; return a; }
  68   iolog("r32 %08x\n", a);
  69   mem = translate_addr(a, &mask);
  70   return mem[(a & mask) / 4];
  71 }
  72
  73 static void xwrite8(u32 a, u32 d)
  74 {
  75   volatile u8 *mem;
  76   u32 mask;
  77
  78   iolog("w8  %08x %08x\n", a, d);
  79   mem = translate_addr(a, &mask);
  80   mem[a & mask] = d;
  81 }
  82
  83 static void xwrite16(u32 a, u32 d)
  84 {
  85   volatile u16 *mem;
  86   u32 mask;
  87
  88   iolog("w16 %08x %08x\n", a, d);
  89   mem = translate_addr(a, &mask);
  90   mem[(a & mask) / 2] = d;
  91 }
  92
  93 static void xwrite32(u32 a, u32 d)
  94 {
  95   volatile u32 *mem;
  96   u32 mask;
  97
  98   iolog("w32 %08x %08x\n", a, d);
  99   mem = translate_addr(a, &mask);
 100   mem[(a & mask) / 4] = d;
 101 }
 102
 103 #define BIT_SET(v, b) (v & (1 << (b)))
 104
 105 static void handle_op(u32 pc, u32 op, u32 *regs, u32 addr_check)
 106 {
 107   u32 t, shift, ret, addr;
 108   int rn, rd;
 109
 110   rd = (op & 0x0000f000) >> 12;
 111   rn = (op & 0x000f0000) >> 16;
 112
 113   if ((op & 0x0f200090) == 0x01000090) { // AM3: LDRH, STRH
 114     if (!BIT_SET(op, 5)) // !H
 115       goto unhandled;
 116     if (BIT_SET(op, 6) && !BIT_SET(op, 20)) // S && !L
 117       goto unhandled;
 118
 119     if (BIT_SET(op, 22))                // imm offset
 120       t = ((op & 0xf00) >> 4) | (op & 0x0f);
 121     else                                // reg offset
 122       t = regs[op & 0x000f];
 123
 124     if (!BIT_SET(op, 23))
 125       t = -t;
 126     addr = regs[rn] + t;
 127
 128     if (BIT_SET(op, 20)) { // Load
 129       ret = xread16(addr);
 130       if (BIT_SET(op, 6)) { // S
 131         ret <<= 16;
 132         ret = (signed int)ret >> 16;
 133       }
 134       regs[rd] = ret;
 135     }
 136     else
 137       xwrite16(addr, regs[rd]);
 138   }
 139   else if ((op & 0x0d200000) == 0x05000000) { // AM2: LDR[B], STR[B]
 140     if (BIT_SET(op, 25)) {              // reg offs
 141       if (BIT_SET(op, 4))
 142         goto unhandled;
 143
 144       t = regs[op & 0x000f];
 145       shift = (op & 0x0f80) >> 7;
 146       switch ((op & 0x0060) >> 5) {
 147         case 0: t = t << shift; break;
 148         case 1: t = t >> (shift + 1); break;
 149         case 2: t = (signed int)t >> (shift + 1); break;
 150         case 3: goto unhandled; // I'm just lazy
 151       }
 152     }
 153     else                                // imm offs
 154       t = op & 0x0fff;
 155
 156     if (!BIT_SET(op, 23))
 157       t = -t;
 158     addr = regs[rn] + t;
 159
 160     if (BIT_SET(op, 20)) { // Load
 161       if (BIT_SET(op, 22)) // Byte
 162         ret = xread8(addr);
 163       else
 164         ret = xread32(addr);
 165       regs[rd] = ret;
 166     }
 167     else {
 168       if (BIT_SET(op, 22)) // Byte
 169         xwrite8(addr, regs[rd]);
 170       else
 171         xwrite32(addr, regs[rd]);
 172     }
 173   }
 174   else
 175     goto unhandled;
 176
 177 #if 0
 178   if (addr != addr_check) {
 179     fprintf(stderr, "bad calculated addr: %08x vs %08x\n", addr, addr_check);
 180     abort();
 181   }
 182 #endif
 183   return;
 184
 185 unhandled:
 186   fprintf(stderr, "unhandled IO op %08x @ %08x\n", op, pc);
 187 }
 188
 189 #define LINKPAGE_SIZE 0x1000
 190 #define LINKPAGE_COUNT 4
 191 #define LINKPAGE_ALLOC (LINKPAGE_SIZE * LINKPAGE_COUNT)
 192
 193 struct linkpage {
 194   u32 saved_regs[15];
 195   u32 *lp_r1;
 196   void (*handler)(u32 addr_pc, u32 op, u32 *regs, u32 addr_check);
 197   u32 code[0];
 198 };
 199
 200 static struct linkpage *g_linkpage;
 201 static u32 *g_code_ptr;
 202 static int g_linkpage_count;
 203
 204 static void init_linkpage(void)
 205 {
 206   g_linkpage->lp_r1 = &g_linkpage->saved_regs[1];
 207   g_linkpage->handler = handle_op;
 208   g_code_ptr = g_linkpage->code;
 209 }
 210
 211 static u32 make_offset12(u32 *pc, u32 *target)
 212 {
 213   int lp_offs, u = 1;
 214
 215   lp_offs = (char *)target - (char *)pc - 2*4;
 216   if (lp_offs < 0) {
 217     lp_offs = -lp_offs;
 218     u = 0;
 219   }
 220   if (lp_offs >= LINKPAGE_SIZE) {
 221     fprintf(stderr, "linkpage too far: %d\n", lp_offs);
 222     abort();
 223   }
 224
 225   return (u << 23) | lp_offs;
 226 }
 227
 228 static u32 make_jmp(u32 *pc, u32 *target)
 229 {
 230   int jmp_val;
 231
 232   jmp_val = target - pc - 2;
 233   if (jmp_val < (int)0xff000000 || jmp_val > 0x00ffffff) {
 234     fprintf(stderr, "jump out of range (%p -> %p)\n", pc, target);
 235     abort();
 236   }
 237
 238   return 0xea000000 | (jmp_val & 0x00ffffff);
 239 }
 240
 241 static void emit_op(u32 op)
 242 {
 243   *g_code_ptr++ = op;
 244 }
 245
 246 static void emit_op_io(u32 op, u32 *target)
 247 {
 248   op |= make_offset12(g_code_ptr, target);
 249   emit_op(op);
 250 }
 251
 252 static void segv_sigaction(int num, siginfo_t *info, void *ctx)
 253 {
 254   struct ucontext *context = ctx;
 255   u32 *regs = (u32 *)&context->uc_mcontext.arm_r0;
 256   u32 *pc = (u32 *)regs[15];
 257   u32 old_op = *pc;
 258   u32 *pc_ptr, *old_op_ptr;
 259   int lp_size;
 260
 261   if (((regs[15] ^ (u32)&segv_sigaction) & 0xff000000) == 0 ||       // PC is in our segment or
 262       (((regs[15] ^ (u32)g_linkpage) & ~(LINKPAGE_ALLOC - 1)) == 0)) // .. in linkpage
 263   {
 264     // real crash - time to die
 265     printf("segv %d %p @ %08x\n", info->si_code, info->si_addr, regs[15]);
 266     signal(num, SIG_DFL);
 267     raise(num);
 268   }
 269   printf("segv %d %p @ %08x\n", info->si_code, info->si_addr, regs[15]);
 270
 271   // spit PC and op
 272   pc_ptr = g_code_ptr++;
 273   old_op_ptr = g_code_ptr++;
 274   *pc_ptr = (u32)pc;
 275   *old_op_ptr = old_op;
 276
 277   // emit jump to code ptr
 278   *pc = make_jmp(pc, g_code_ptr);
 279
 280   // generate code:
 281   // TODO: our own stack
 282   emit_op_io(0xe50f0000, &g_linkpage->saved_regs[0]);  // str r0, [saved_regs[0]] @ save r0
 283   emit_op_io(0xe51f0000, (u32 *)&g_linkpage->lp_r1);   // ldr r0, =lp_r1
 284   emit_op   (0xe8807ffe);                              // stmia r0, {r1-r14}
 285   emit_op   (0xe2402004);                              // sub r2, r0, #4
 286   emit_op_io(0xe51f0000, pc_ptr);                      // ldr r0, =pc
 287   emit_op_io(0xe51f1000, old_op_ptr);                  // ldr r1, =old_op
 288   emit_op   (0xe1a04002);                              // mov r4, r2
 289   emit_op   (0xe1a0e00f);                              // mov lr, pc
 290   emit_op_io(0xe51ff000, (u32 *)&g_linkpage->handler); // ldr pc, =handle_op
 291   emit_op   (0xe8947fff);                              // ldmia r4, {r0-r14}
 292   emit_op   (make_jmp(g_code_ptr, pc + 1));            // jmp <back>
 293
 294   // sync caches
 295   sys_cacheflush(pc, pc + 1);
 296   sys_cacheflush(g_linkpage, g_code_ptr);
 297
 298   lp_size = (char *)g_code_ptr - (char *)g_linkpage;
 299   printf("code #%d %d/%d\n", g_linkpage_count, lp_size, LINKPAGE_SIZE);
 300
 301   if (lp_size + 13*4 > LINKPAGE_SIZE) {
 302     g_linkpage_count++;
 303     if (g_linkpage_count >= LINKPAGE_COUNT) {
 304       fprintf(stderr, "too many linkpages needed\n");
 305       abort();
 306     }
 307     g_linkpage = (void *)((char *)g_linkpage + LINKPAGE_SIZE);
 308     init_linkpage();
 309   }
 310   //handle_op(regs[15], op, regs, (u32)info->si_addr);
 311   //regs[15] += 4;
 312 }
 313
 314 void emu_init(void *map_bottom)
 315 {
 316   struct sigaction segv_action = {
 317     .sa_sigaction = segv_sigaction,
 318     .sa_flags = SA_SIGINFO,
 319   };
 320   void *ret;
 321
 322   sigemptyset(&segv_action.sa_mask);
 323   sigaction(SIGSEGV, &segv_action, NULL);
 324
 325   g_linkpage = (void *)(((u32)map_bottom - LINKPAGE_ALLOC) & ~0xfff);
 326   ret = mmap(g_linkpage, LINKPAGE_ALLOC, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
 327   if (ret != g_linkpage) {
 328     perror("mmap linkpage");
 329     exit(1);
 330   }
 331   printf("linkpages @ %p\n", g_linkpage);
 332   init_linkpage();
 333
 334   memdev = open("/dev/mem", O_RDWR);
 335   memregs = mmap(NULL, 0x10000, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, memdev, 0xc0000000);
 336   blitter = mmap(NULL, 0x100, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, memdev, 0xe0020000);
 337   //blitter = mmap(NULL, 0x100, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
 338   printf("mapped %d %p %p\n", memdev, memregs, blitter);
 339 }
 340
 341 void *emu_mmap_dev(unsigned int length, int prot, int flags, unsigned int offset)
 342 {
 343   char name[32];
 344   int fd;
 345
 346   if ((offset & ~0xffff) == 0xc0000000) {
 347     return mmap((void *)0x7f000000, length, PROT_NONE,
 348       MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS|MAP_FIXED|MAP_NORESERVE, -1, 0);
 349   }
 350   if ((offset & ~0xffff) == 0xe0020000) {
 351     return mmap((void *)0x7f100000, length, PROT_NONE,
 352       MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS|MAP_FIXED|MAP_NORESERVE, -1, 0);
 353   }
 354   // pass through
 355   if ((offset & 0xfe000000) == 0x02000000)
 356     return mmap(NULL, length, prot, flags, memdev, offset);
 357
 358   sprintf(name, "m%08x", offset);
 359   fd = open(name, O_CREAT|O_RDWR, 0644);
 360   lseek(fd, length - 1, SEEK_SET);
 361   name[0] = 0;
 362   write(fd, name, 1);
 363
 364   return mmap(NULL, length, prot, MAP_SHARED, fd, 0);
 365 }
 366