loader/emu.c

   1 // vim:shiftwidth=2:expandtab
   2 #include <stdio.h>
   3 #include <stdlib.h>
   4 #include <string.h>
   5 #include <sys/types.h>
   6 #include <sys/stat.h>
   7 #include <fcntl.h>
   8 #include <sys/mman.h>
   9 #include <sys/types.h>
  10 #include <unistd.h>
  11 #include <signal.h>
  12 #include <asm/ucontext.h>
  13
  14 #include "header.h"
  15 #include "sys_cacheflush.h"
  16
  17 //#define iolog printf
  18 #define iolog(...)
  19
  20 typedef unsigned int   u32;
  21 typedef unsigned short u16;
  22 typedef unsigned char  u8;
  23
  24 struct uppermem_block {
  25   u32 addr; // physical
  26   u32 size;
  27   void *mem;
  28   struct uppermem_block *next;
  29 };
  30
  31 static struct uppermem_block *upper_mem;
  32
  33 static struct {
  34   u32 dstctrl;
  35   u32 dstaddr;
  36   u32 dststride;
  37   u32 srcctrl;
  38   u32 srcaddr;          //
  39   u32 srcstride;
  40   u32 srcforcolor;
  41   u32 srcbackcolor;
  42   u32 patctrl;          //
  43   u32 patforcolor;
  44   u32 patbackcolor;
  45   u32 size;
  46   u32 ctrl;             //
  47   u32 run;
  48   u32 intc;
  49   u32 srcfifo;
  50 } blitter;
  51
  52 static struct {
  53   union {
  54     u32 mlc_stl_eadr;
  55     struct {
  56       u16 mlc_stl_eadrl;
  57       u16 mlc_stl_eadrh;
  58     };
  59   };
  60 } mmsp2;
  61
  62 static u16 *host_screen;
  63 static int host_stride;
  64
  65
  66 static void *upper_lookup(u32 addr, u8 **mem_end, int *stride_override)
  67 {
  68   struct uppermem_block *ub;
  69
  70   // maybe the screen?
  71   if (mmsp2.mlc_stl_eadr <= addr && addr < mmsp2.mlc_stl_eadr + 320*240*2) {
  72     host_screen = host_video_flip(); // HACK
  73     *mem_end = (u8 *)host_screen + host_stride * 240;
  74     *stride_override = host_stride;
  75     return (u8 *)host_screen + addr - mmsp2.mlc_stl_eadr;
  76   }
  77
  78   for (ub = upper_mem; ub != NULL; ub = ub->next) {
  79     if (ub->addr <= addr && addr < ub->addr + ub->size) {
  80       *mem_end = (u8 *)ub->mem + ub->size;
  81       return (u8 *)ub->mem + addr - ub->addr;
  82     }
  83   }
  84
  85   return NULL;
  86 }
  87
  88 static void blitter_do(void)
  89 {
  90   u8 *dst, *dste, *src, *srce;
  91   int w, h, sstrd, dstrd;
  92
  93   if (blitter.srcaddr == blitter.dstaddr)
  94     return; // dummy blit?
  95
  96   w = blitter.size & 0x7ff;
  97   h = (blitter.size >> 16) & 0x7ff;
  98   sstrd = blitter.srcstride;
  99   dstrd = blitter.dststride;
 100
 101   dst = upper_lookup(blitter.dstaddr, &dste, &dstrd);
 102   src = upper_lookup(blitter.srcaddr, &srce, &sstrd);
 103
 104   if (dst == NULL || src == NULL) {
 105     printf("blit %08x->%08x %dx%d translated to %p->%p\n",
 106       blitter.srcaddr, blitter.dstaddr, w, h, src, dst);
 107     return;
 108   }
 109
 110   if (dst + dstrd * h > dste) {
 111     printf("blit %08x->%08x %dx%d did not fit dst\n",
 112       blitter.srcaddr, blitter.dstaddr, w, h);
 113     h = (dste - dst) / dstrd;
 114   }
 115
 116   if (src + sstrd * h > srce) {
 117     printf("blit %08x->%08x %dx%d did not fit src\n",
 118       blitter.srcaddr, blitter.dstaddr, w, h);
 119     h = (srce - src) / sstrd;
 120   }
 121
 122   for (; h > 0; h--, dst += dstrd, src += sstrd)
 123     memcpy(dst, src, w * 2);
 124 }
 125
 126 static u32 xread8(u32 a)
 127 {
 128   iolog("r8  %08x\n", a);
 129   return 0;
 130 }
 131
 132 static u32 xread16(u32 a)
 133 {
 134 // if ((a & 0xfff00000) == 0x7f100000) { static int a; a ^= ~1; return a & 0xffff; }
 135   iolog("r16 %08x\n", a);
 136   return 0;
 137 }
 138
 139 static u32 xread32(u32 a)
 140 {
 141   u32 d = 0;
 142   if ((a & 0xfff00000) == 0x7f100000) {
 143     u32 *bl = &blitter.dstctrl;
 144     a &= 0xfff;
 145     if (a < 0x40)
 146       d = bl[a / 4];
 147     if (a == 0x34)
 148       d = 0; // not busy
 149   }
 150   iolog("r32 %08x\n", a);
 151   return d;
 152 }
 153
 154 static void xwrite8(u32 a, u32 d)
 155 {
 156   iolog("w8  %08x %08x\n", a, d);
 157 }
 158
 159 static void xwrite16(u32 a, u32 d)
 160 {
 161   iolog("w16 %08x %08x\n", a, d);
 162   if ((a & 0xfff00000) == 0x7f000000) {
 163     a &= 0xffff;
 164     switch (a) {
 165       case 0x2912: mmsp2.mlc_stl_eadrl = d; break;
 166       case 0x2914: mmsp2.mlc_stl_eadrh = d; break;
 167     }
 168     printf("w16 %08x %08x\n", a, d);
 169   }
 170 }
 171
 172 static void xwrite32(u32 a, u32 d)
 173 {
 174   iolog("w32 %08x %08x\n", a, d);
 175   if ((a & 0xfff00000) == 0x7f000000) {
 176     printf("w32 %08x %08x\n", a, d);
 177     return;
 178   }
 179   if ((a & 0xfff00000) == 0x7f100000) {
 180     u32 *bl = &blitter.dstctrl;
 181     a &= 0xfff;
 182     if (a < 0x40)
 183       bl[a / 4] = d;
 184     if (a == 0x34 && (d & 1))
 185       blitter_do();
 186     return;
 187   }
 188 }
 189
 190 #define BIT_SET(v, b) (v & (1 << (b)))
 191
 192 static void handle_op(u32 pc, u32 op, u32 *regs, u32 addr_check)
 193 {
 194   u32 t, shift, ret, addr;
 195   int rn, rd;
 196
 197   rd = (op & 0x0000f000) >> 12;
 198   rn = (op & 0x000f0000) >> 16;
 199
 200   if ((op & 0x0f200090) == 0x01000090) { // AM3: LDRH, STRH
 201     if (!BIT_SET(op, 5)) // !H
 202       goto unhandled;
 203     if (BIT_SET(op, 6) && !BIT_SET(op, 20)) // S && !L
 204       goto unhandled;
 205
 206     if (BIT_SET(op, 22))                // imm offset
 207       t = ((op & 0xf00) >> 4) | (op & 0x0f);
 208     else                                // reg offset
 209       t = regs[op & 0x000f];
 210
 211     if (!BIT_SET(op, 23))
 212       t = -t;
 213     addr = regs[rn] + t;
 214
 215     if (BIT_SET(op, 20)) { // Load
 216       ret = xread16(addr);
 217       if (BIT_SET(op, 6)) { // S
 218         ret <<= 16;
 219         ret = (signed int)ret >> 16;
 220       }
 221       regs[rd] = ret;
 222     }
 223     else
 224       xwrite16(addr, regs[rd]);
 225   }
 226   else if ((op & 0x0d200000) == 0x05000000) { // AM2: LDR[B], STR[B]
 227     if (BIT_SET(op, 25)) {              // reg offs
 228       if (BIT_SET(op, 4))
 229         goto unhandled;
 230
 231       t = regs[op & 0x000f];
 232       shift = (op & 0x0f80) >> 7;
 233       switch ((op & 0x0060) >> 5) {
 234         case 0: t = t << shift; break;
 235         case 1: t = t >> (shift + 1); break;
 236         case 2: t = (signed int)t >> (shift + 1); break;
 237         case 3: goto unhandled; // I'm just lazy
 238       }
 239     }
 240     else                                // imm offs
 241       t = op & 0x0fff;
 242
 243     if (!BIT_SET(op, 23))
 244       t = -t;
 245     addr = regs[rn] + t;
 246
 247     if (BIT_SET(op, 20)) { // Load
 248       if (BIT_SET(op, 22)) // Byte
 249         ret = xread8(addr);
 250       else
 251         ret = xread32(addr);
 252       regs[rd] = ret;
 253     }
 254     else {
 255       if (BIT_SET(op, 22)) // Byte
 256         xwrite8(addr, regs[rd]);
 257       else
 258         xwrite32(addr, regs[rd]);
 259     }
 260   }
 261   else
 262     goto unhandled;
 263
 264 #if 0
 265   if (addr != addr_check) {
 266     fprintf(stderr, "bad calculated addr: %08x vs %08x\n", addr, addr_check);
 267     abort();
 268   }
 269 #endif
 270   return;
 271
 272 unhandled:
 273   fprintf(stderr, "unhandled IO op %08x @ %08x\n", op, pc);
 274 }
 275
 276 #define LINKPAGE_SIZE 0x1000
 277 #define LINKPAGE_COUNT 4
 278 #define LINKPAGE_ALLOC (LINKPAGE_SIZE * LINKPAGE_COUNT)
 279
 280 struct linkpage {
 281   u32 saved_regs[15];
 282   u32 *lp_r1;
 283   void (*handler)(u32 addr_pc, u32 op, u32 *regs, u32 addr_check);
 284   u32 code[0];
 285 };
 286
 287 static struct linkpage *g_linkpage;
 288 static u32 *g_code_ptr;
 289 static int g_linkpage_count;
 290
 291 static void init_linkpage(void)
 292 {
 293   g_linkpage->lp_r1 = &g_linkpage->saved_regs[1];
 294   g_linkpage->handler = handle_op;
 295   g_code_ptr = g_linkpage->code;
 296 }
 297
 298 static u32 make_offset12(u32 *pc, u32 *target)
 299 {
 300   int lp_offs, u = 1;
 301
 302   lp_offs = (char *)target - (char *)pc - 2*4;
 303   if (lp_offs < 0) {
 304     lp_offs = -lp_offs;
 305     u = 0;
 306   }
 307   if (lp_offs >= LINKPAGE_SIZE) {
 308     fprintf(stderr, "linkpage too far: %d\n", lp_offs);
 309     abort();
 310   }
 311
 312   return (u << 23) | lp_offs;
 313 }
 314
 315 static u32 make_jmp(u32 *pc, u32 *target)
 316 {
 317   int jmp_val;
 318
 319   jmp_val = target - pc - 2;
 320   if (jmp_val < (int)0xff000000 || jmp_val > 0x00ffffff) {
 321     fprintf(stderr, "jump out of range (%p -> %p)\n", pc, target);
 322     abort();
 323   }
 324
 325   return 0xea000000 | (jmp_val & 0x00ffffff);
 326 }
 327
 328 static void emit_op(u32 op)
 329 {
 330   *g_code_ptr++ = op;
 331 }
 332
 333 static void emit_op_io(u32 op, u32 *target)
 334 {
 335   op |= make_offset12(g_code_ptr, target);
 336   emit_op(op);
 337 }
 338
 339 static void segv_sigaction(int num, siginfo_t *info, void *ctx)
 340 {
 341   struct ucontext *context = ctx;
 342   u32 *regs = (u32 *)&context->uc_mcontext.arm_r0;
 343   u32 *pc = (u32 *)regs[15];
 344   u32 old_op = *pc;
 345   u32 *pc_ptr, *old_op_ptr;
 346   int lp_size;
 347
 348   if (((regs[15] ^ (u32)&segv_sigaction) & 0xff000000) == 0 ||       // PC is in our segment or
 349       (((regs[15] ^ (u32)g_linkpage) & ~(LINKPAGE_ALLOC - 1)) == 0)) // .. in linkpage
 350   {
 351     // real crash - time to die
 352     printf("segv %d %p @ %08x\n", info->si_code, info->si_addr, regs[15]);
 353     signal(num, SIG_DFL);
 354     raise(num);
 355   }
 356   printf("segv %d %p @ %08x\n", info->si_code, info->si_addr, regs[15]);
 357
 358   // spit PC and op
 359   pc_ptr = g_code_ptr++;
 360   old_op_ptr = g_code_ptr++;
 361   *pc_ptr = (u32)pc;
 362   *old_op_ptr = old_op;
 363
 364   // emit jump to code ptr
 365   *pc = make_jmp(pc, g_code_ptr);
 366
 367   // generate code:
 368   // TODO: our own stack
 369   emit_op_io(0xe50f0000, &g_linkpage->saved_regs[0]);  // str r0, [saved_regs[0]] @ save r0
 370   emit_op_io(0xe51f0000, (u32 *)&g_linkpage->lp_r1);   // ldr r0, =lp_r1
 371   emit_op   (0xe8807ffe);                              // stmia r0, {r1-r14}
 372   emit_op   (0xe2402004);                              // sub r2, r0, #4
 373   emit_op_io(0xe51f0000, pc_ptr);                      // ldr r0, =pc
 374   emit_op_io(0xe51f1000, old_op_ptr);                  // ldr r1, =old_op
 375   emit_op   (0xe1a04002);                              // mov r4, r2
 376   emit_op   (0xe1a0e00f);                              // mov lr, pc
 377   emit_op_io(0xe51ff000, (u32 *)&g_linkpage->handler); // ldr pc, =handle_op
 378   emit_op   (0xe8947fff);                              // ldmia r4, {r0-r14}
 379   emit_op   (make_jmp(g_code_ptr, pc + 1));            // jmp <back>
 380
 381   // sync caches
 382   sys_cacheflush(pc, pc + 1);
 383   sys_cacheflush(g_linkpage, g_code_ptr);
 384
 385   lp_size = (char *)g_code_ptr - (char *)g_linkpage;
 386   printf("code #%d %d/%d\n", g_linkpage_count, lp_size, LINKPAGE_SIZE);
 387
 388   if (lp_size + 13*4 > LINKPAGE_SIZE) {
 389     g_linkpage_count++;
 390     if (g_linkpage_count >= LINKPAGE_COUNT) {
 391       fprintf(stderr, "too many linkpages needed\n");
 392       abort();
 393     }
 394     g_linkpage = (void *)((char *)g_linkpage + LINKPAGE_SIZE);
 395     init_linkpage();
 396   }
 397   //handle_op(regs[15], op, regs, (u32)info->si_addr);
 398   //regs[15] += 4;
 399 }
 400
 401 void emu_init(void *map_bottom)
 402 {
 403   struct sigaction segv_action = {
 404     .sa_sigaction = segv_sigaction,
 405     .sa_flags = SA_SIGINFO,
 406   };
 407   void *ret;
 408
 409   sigemptyset(&segv_action.sa_mask);
 410   sigaction(SIGSEGV, &segv_action, NULL);
 411
 412   g_linkpage = (void *)(((u32)map_bottom - LINKPAGE_ALLOC) & ~0xfff);
 413   ret = mmap(g_linkpage, LINKPAGE_ALLOC, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
 414   if (ret != g_linkpage) {
 415     perror("mmap linkpage");
 416     exit(1);
 417   }
 418   printf("linkpages @ %p\n", g_linkpage);
 419   init_linkpage();
 420
 421   // host stuff
 422   host_screen = host_video_init(&host_stride);
 423   if (host_screen == NULL) {
 424     printf("can't alloc screen\n");
 425     exit(1);
 426   }
 427 }
 428
 429 int emu_read_gpiodev(void *buf, int count)
 430 {
 431   unsigned int btns;
 432
 433   if (count < 4) {
 434     printf("gpiodev read %d?\n", count);
 435     return -1;
 436   }
 437
 438   btns = host_read_btns();
 439   memcpy(buf, &btns, 4);
 440   return 4;
 441 }
 442
 443 void *emu_mmap_dev(unsigned int length, int prot, int flags, unsigned int offset)
 444 {
 445   struct uppermem_block *umem;
 446   char name[32];
 447   int fd;
 448
 449   // SoC regs
 450   if ((offset & ~0xffff) == 0xc0000000) {
 451     return mmap((void *)0x7f000000, length, PROT_NONE,
 452       MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS|MAP_FIXED|MAP_NORESERVE, -1, 0);
 453   }
 454   // blitter
 455   if ((offset & ~0xffff) == 0xe0020000) {
 456     return mmap((void *)0x7f100000, length, PROT_NONE,
 457       MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS|MAP_FIXED|MAP_NORESERVE, -1, 0);
 458   }
 459   // upper mem
 460   if ((offset & 0xfe000000) != 0x02000000)
 461     printf("unexpected devmem mmap @ %08x\n", offset);
 462
 463   // return mmap(NULL, length, prot, flags, memdev, offset);
 464
 465   umem = calloc(1, sizeof(*umem));
 466   if (umem == NULL) {
 467     printf("OOM\n");
 468     return MAP_FAILED;
 469   }
 470
 471   umem->addr = offset;
 472   umem->size = length;
 473   umem->mem = mmap(NULL, length, prot, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
 474   if (umem->mem != MAP_FAILED)
 475     goto done;
 476
 477   printf("upper mem @ %08x %d mmap fail, trying backing file\n", offset, length);
 478   sprintf(name, "m%08x", offset);
 479   fd = open(name, O_CREAT|O_RDWR, 0644);
 480   lseek(fd, length - 1, SEEK_SET);
 481   name[0] = 0;
 482   write(fd, name, 1);
 483
 484   umem->mem = mmap(NULL, length, prot, MAP_SHARED, fd, 0);
 485   if (umem->mem == MAP_FAILED) {
 486     printf("failed, giving up\n");
 487     close(fd);
 488     free(umem);
 489     return MAP_FAILED;
 490   }
 491
 492 done:
 493   printf("upper mem @ %08x %d\n", offset, length);
 494   umem->next = upper_mem;
 495   upper_mem = umem;
 496   return umem->mem;
 497 }
 498