32x: drc: new smc handling, write handlers adjusted.
[picodrive.git] / cpu / sh2 / compiler.c
1 /*
2  * vim:shiftwidth=2:expandtab
3  */
4 #include <stdio.h>
5 #include <stdlib.h>
6 #include <assert.h>
7
8 #include "../../pico/pico_int.h"
9 #include "sh2.h"
10 #include "compiler.h"
11 #include "../drc/cmn.h"
12
13 #ifndef DRC_DEBUG
14 #define DRC_DEBUG 0
15 #endif
16
17 #define dbg(l,...) { \
18   if ((l) & DRC_DEBUG) \
19     elprintf(EL_STATUS, ##__VA_ARGS__); \
20 }
21
22 #if DRC_DEBUG
23 #include "mame/sh2dasm.h"
24 #include <platform/linux/host_dasm.h>
25 static int insns_compiled, hash_collisions, host_insn_count;
26 #endif
27 #if (DRC_DEBUG & 2)
28 static u8 *tcache_dsm_ptrs[3];
29 static char sh2dasm_buff[64];
30 #define do_host_disasm(tcid) \
31   host_dasm(tcache_dsm_ptrs[tcid], tcache_ptr - tcache_dsm_ptrs[tcid]); \
32   tcache_dsm_ptrs[tcid] = tcache_ptr
33 #else
34 #define do_host_disasm(x)
35 #endif
36
37 #define BLOCK_CYCLE_LIMIT 100
38 #define MAX_BLOCK_SIZE (BLOCK_CYCLE_LIMIT * 6 * 6)
39
40 // we have 3 translation cache buffers, split from one drc/cmn buffer.
41 // BIOS shares tcache with data array because it's only used for init
42 // and can be discarded early
43 static const int tcache_sizes[3] = {
44   DRC_TCACHE_SIZE * 6 / 8, // ROM, DRAM
45   DRC_TCACHE_SIZE / 8, // BIOS, data array in master sh2
46   DRC_TCACHE_SIZE / 8, // ... slave
47 };
48
49 static u8 *tcache_bases[3];
50 static u8 *tcache_ptrs[3];
51
52 // ptr for code emiters
53 static u8 *tcache_ptr;
54
55 #include "../drc/emit_x86.c"
56
57 typedef enum {
58   SHR_R0 = 0, SHR_R15 = 15,
59   SHR_PC,  SHR_PPC, SHR_PR,   SHR_SR,
60   SHR_GBR, SHR_VBR, SHR_MACH, SHR_MACL,
61 } sh2_reg_e;
62
63 typedef struct block_desc_ {
64   u32 addr;                     // SH2 PC address
65   u32 end_addr;                 // TODO rm?
66   void *tcache_ptr;             // translated block for above PC
67   struct block_desc_ *next;     // next block with the same PC hash
68 #if (DRC_DEBUG & 1)
69   int refcount;
70 #endif
71 } block_desc;
72
73 static const int block_max_counts[3] = {
74   4*1024,
75   256,
76   256,
77 };
78 static block_desc *block_tables[3];
79 static int block_counts[3];
80
81 // ROM hash table
82 #define MAX_HASH_ENTRIES 1024
83 #define HASH_MASK (MAX_HASH_ENTRIES - 1)
84 static void **hash_table;
85
86 extern void sh2_drc_entry(SH2 *sh2, void *block);
87 extern void sh2_drc_exit(void);
88
89 // tmp
90 extern void __attribute__((regparm(2))) sh2_do_op(SH2 *sh2, int opcode);
91 static void __attribute__((regparm(1))) sh2_test_irq(SH2 *sh2);
92
93 static void flush_tcache(int tcid)
94 {
95   printf("tcache #%d flush! (%d/%d, bds %d/%d)\n", tcid,
96     tcache_ptrs[tcid] - tcache_bases[tcid], tcache_sizes[tcid],
97     block_counts[tcid], block_max_counts[tcid]);
98
99   block_counts[tcid] = 0;
100   tcache_ptrs[tcid] = tcache_bases[tcid];
101   if (tcid == 0) { // ROM, RAM
102     memset(hash_table, 0, sizeof(hash_table[0]) * MAX_HASH_ENTRIES);
103     memset(Pico32xMem->drcblk_ram, 0, sizeof(Pico32xMem->drcblk_ram));
104   }
105   else
106     memset(Pico32xMem->drcblk_da[tcid - 1], 0, sizeof(Pico32xMem->drcblk_da[0]));
107 #if (DRC_DEBUG & 2)
108   tcache_dsm_ptrs[tcid] = tcache_bases[tcid];
109 #endif
110 }
111
112 static void *dr_find_block(block_desc *tab, u32 addr)
113 {
114   for (tab = tab->next; tab != NULL; tab = tab->next)
115     if (tab->addr == addr)
116       break;
117
118   if (tab != NULL)
119     return tab->tcache_ptr;
120
121   printf("block miss for %08x\n", addr);
122   return NULL;
123 }
124
125 static block_desc *dr_add_block(u32 addr, int tcache_id, int *blk_id)
126 {
127   int *bcount = &block_counts[tcache_id];
128   block_desc *bd;
129
130   if (*bcount >= block_max_counts[tcache_id])
131     return NULL;
132
133   bd = &block_tables[tcache_id][*bcount];
134   bd->addr = addr;
135   bd->tcache_ptr = tcache_ptr;
136   *blk_id = *bcount;
137   (*bcount)++;
138
139   return bd;
140 }
141
142 #define HASH_FUNC(hash_tab, addr) \
143   ((block_desc **)(hash_tab))[(addr) & HASH_MASK]
144
145 // ---------------------------------------------------------------
146
147 static void emit_move_r_imm32(sh2_reg_e dst, u32 imm)
148 {
149   int host_dst = reg_map_g2h[dst];
150   int tmp = 0;
151
152   if (host_dst != -1)
153     tmp = host_dst;
154   emith_move_r_imm(tmp, imm);
155   if (host_dst == -1)
156     emith_ctx_write(tmp, dst * 4);
157 }
158
159 static void emit_move_r_r(sh2_reg_e dst, sh2_reg_e src)
160 {
161   int host_dst = reg_map_g2h[dst], host_src = reg_map_g2h[src];
162   int tmp = 0;
163
164   if (host_dst != -1 && host_src != -1) {
165     emith_move_r_r(host_dst, host_src);
166     return;
167   }
168
169   if (host_src != -1)
170     tmp = host_src;
171   if (host_dst != -1)
172     tmp = host_dst;
173
174   if (host_src == -1)
175     emith_ctx_read(tmp, src * 4);
176   if (host_dst == -1)
177     emith_ctx_write(tmp, dst * 4);
178 }
179
180 static void emit_braf(sh2_reg_e reg, u32 pc)
181 {
182   int host_reg = reg_map_g2h[reg];
183   if (host_reg == -1) {
184     emith_ctx_read(0, reg * 4);
185   } else
186     emith_move_r_r(0, host_reg);
187   emith_add_r_imm(0, pc);
188
189   emith_ctx_write(0, SHR_PPC * 4);
190 }
191
192 /*
193 static int sh2_translate_op4(int op)
194 {
195   switch (op & 0x000f)
196   {
197   case 0x0b:
198   default:
199     emith_pass_arg(2, sh2, op);
200     emith_call(sh2_do_op);
201     break;
202   }
203
204   return 0;
205 }
206 */
207
208 #define DELAYED_OP \
209   delayed_op = 2
210
211 #define CHECK_UNHANDLED_BITS(mask) { \
212   if ((op & (mask)) != 0) \
213     goto default_; \
214 }
215
216 static void *sh2_translate(SH2 *sh2, block_desc *other_block)
217 {
218   void *block_entry;
219   block_desc *this_block;
220   unsigned int pc = sh2->pc;
221   int op, delayed_op = 0, test_irq = 0;
222   int tcache_id = 0, blkid = 0;
223   int cycles = 0;
224   u32 tmp, tmp2;
225
226   // validate PC
227   tmp = sh2->pc >> 29;
228   if ((tmp != 0 && tmp != 1 && tmp != 6) || sh2->pc == 0) {
229     printf("invalid PC, aborting: %08x\n", sh2->pc);
230     // FIXME: be less destructive
231     exit(1);
232   }
233
234   if ((sh2->pc & 0xe0000000) == 0xc0000000 || (sh2->pc & ~0xfff) == 0) {
235     // data_array, BIOS have separate tcache (shared)
236     tcache_id = 1 + sh2->is_slave;
237   }
238
239   tcache_ptr = tcache_ptrs[tcache_id];
240   this_block = dr_add_block(pc, tcache_id, &blkid);
241
242   tmp = tcache_ptr - tcache_bases[tcache_id];
243   if (tmp > tcache_sizes[tcache_id] - MAX_BLOCK_SIZE || this_block == NULL) {
244     flush_tcache(tcache_id);
245     tcache_ptr = tcache_ptrs[tcache_id];
246     other_block = NULL; // also gone too due to flush
247     this_block = dr_add_block(pc, tcache_id, &blkid);
248   }
249
250   this_block->next = other_block;
251   if ((sh2->pc & 0xc6000000) == 0x02000000) // ROM
252     HASH_FUNC(hash_table, pc) = this_block;
253
254   block_entry = tcache_ptr;
255 #if (DRC_DEBUG & 1)
256   printf("== %csh2 block #%d,%d %08x -> %p\n", sh2->is_slave ? 's' : 'm',
257     tcache_id, block_counts[tcache_id], pc, block_entry);
258   if (other_block != NULL) {
259     printf(" hash collision with %08x\n", other_block->addr);
260     hash_collisions++;
261   }
262 #endif
263
264   while (cycles < BLOCK_CYCLE_LIMIT || delayed_op)
265   {
266     if (delayed_op > 0)
267       delayed_op--;
268
269     op = p32x_sh2_read16(pc, sh2);
270
271 #if (DRC_DEBUG & 3)
272     insns_compiled++;
273 #if (DRC_DEBUG & 2)
274     DasmSH2(sh2dasm_buff, pc, op);
275     printf("%08x %04x %s\n", pc, op, sh2dasm_buff);
276 #endif
277 #endif
278
279     pc += 2;
280     cycles++;
281
282     switch ((op >> 12) & 0x0f)
283     {
284     case 0x00:
285       switch (op & 0x0f) {
286       case 0x03:
287         CHECK_UNHANDLED_BITS(0xd0);
288         // BRAF Rm    0000mmmm00100011
289         // BSRF Rm    0000mmmm00000011
290         DELAYED_OP;
291         if (!(op & 0x20))
292           emit_move_r_imm32(SHR_PR, pc + 2);
293         emit_braf((op >> 8) & 0x0f, pc + 2);
294         cycles++;
295         goto end_op;
296       case 0x09:
297         CHECK_UNHANDLED_BITS(0xf0);
298         // NOP        0000000000001001
299         goto end_op;
300       case 0x0b:
301         CHECK_UNHANDLED_BITS(0xd0);
302         DELAYED_OP;
303         if (!(op & 0x20)) {
304           // RTS        0000000000001011
305           emit_move_r_r(SHR_PPC, SHR_PR);
306           cycles++;
307         } else {
308           // RTE        0000000000101011
309           //emit_move_r_r(SHR_PC, SHR_PR);
310           emit_move_r_imm32(SHR_PC, pc - 2);
311           emith_pass_arg_r(0, CONTEXT_REG);
312           emith_pass_arg_imm(1, op);
313           emith_call(sh2_do_op);
314           emit_move_r_r(SHR_PPC, SHR_PC);
315           test_irq = 1;
316           cycles += 3;
317         }
318         goto end_op;
319       }
320       goto default_;
321
322     case 0x04:
323       switch (op & 0x0f) {
324       case 0x07:
325         if ((op & 0xf0) != 0)
326           goto default_;
327         // LDC.L @Rm+,SR  0100mmmm00000111
328         test_irq = 1;
329         goto default_;
330       case 0x0b:
331         if ((op & 0xd0) != 0)
332           goto default_;
333         // JMP  @Rm   0100mmmm00101011
334         // JSR  @Rm   0100mmmm00001011
335         DELAYED_OP;
336         if (!(op & 0x20))
337           emit_move_r_imm32(SHR_PR, pc + 2);
338         emit_move_r_r(SHR_PPC, (op >> 8) & 0x0f);
339         cycles++;
340         goto end_op;
341       case 0x0e:
342         if ((op & 0xf0) != 0)
343           goto default_;
344         // LDC Rm,SR  0100mmmm00001110
345         test_irq = 1;
346         goto default_;
347       }
348       goto default_;
349
350     case 0x08:
351       switch (op & 0x0f00) {
352       // BT/S label 10001101dddddddd
353       case 0x0d00:
354       // BF/S label 10001111dddddddd
355       case 0x0f00:
356         DELAYED_OP;
357         cycles--;
358         // fallthrough
359       // BT   label 10001001dddddddd
360       case 0x0900:
361       // BF   label 10001011dddddddd
362       case 0x0b00:
363         tmp = ((signed int)(op << 24) >> 23);
364         tmp2 = delayed_op ? SHR_PPC : SHR_PC;
365         emit_move_r_imm32(tmp2, pc + (delayed_op ? 2 : 0));
366         emith_test_t();
367         EMIT_CONDITIONAL(emit_move_r_imm32(tmp2, pc + tmp + 2), (op & 0x0200) ? 1 : 0);
368         cycles += 2;
369         if (!delayed_op)
370           goto end_block;
371         goto end_op;
372       }
373       goto default_;
374
375     case 0x0a:
376       // BRA  label 1010dddddddddddd
377       DELAYED_OP;
378     do_bra:
379       tmp = ((signed int)(op << 20) >> 19);
380       emit_move_r_imm32(SHR_PPC, pc + tmp + 2);
381       cycles++;
382       break;
383
384     case 0x0b:
385       // BSR  label 1011dddddddddddd
386       DELAYED_OP;
387       emit_move_r_imm32(SHR_PR, pc + 2);
388       goto do_bra;
389
390     default:
391     default_:
392       emit_move_r_imm32(SHR_PC, pc - 2);
393       emith_pass_arg_r(0, CONTEXT_REG);
394       emith_pass_arg_imm(1, op);
395       emith_call(sh2_do_op);
396       break;
397     }
398
399 end_op:
400     if (delayed_op == 1)
401       emit_move_r_r(SHR_PC, SHR_PPC);
402
403     if (test_irq && delayed_op != 2) {
404       emith_pass_arg_r(0, CONTEXT_REG);
405       emith_call(sh2_test_irq);
406       break;
407     }
408     if (delayed_op == 1)
409       break;
410
411     do_host_disasm(tcache_id);
412   }
413
414 end_block:
415   this_block->end_addr = pc;
416
417   // mark memory blocks as containing compiled code
418   if ((sh2->pc & 0xe0000000) == 0xc0000000 || (sh2->pc & ~0xfff) == 0) {
419     // data array, BIOS
420     u16 *drcblk = Pico32xMem->drcblk_da[sh2->is_slave];
421     tmp =  (this_block->addr & 0xfff) >> SH2_DRCBLK_DA_SHIFT;
422     tmp2 = (this_block->end_addr & 0xfff) >> SH2_DRCBLK_DA_SHIFT;
423     Pico32xMem->drcblk_da[sh2->is_slave][tmp] = (blkid << 1) | 1;
424     for (++tmp; tmp < tmp2; tmp++) {
425       if (drcblk[tmp])
426         break; // dont overwrite overlay block
427       drcblk[tmp] = blkid << 1;
428     }
429   }
430   else if ((this_block->addr & 0xc7fc0000) == 0x06000000) { // DRAM
431     tmp =  (this_block->addr & 0x3ffff) >> SH2_DRCBLK_RAM_SHIFT;
432     tmp2 = (this_block->end_addr & 0x3ffff) >> SH2_DRCBLK_RAM_SHIFT;
433     Pico32xMem->drcblk_ram[tmp] = (blkid << 1) | 1;
434     for (++tmp; tmp < tmp2; tmp++) {
435       if (Pico32xMem->drcblk_ram[tmp])
436         break;
437       Pico32xMem->drcblk_ram[tmp] = blkid << 1;
438     }
439   }
440
441   if (reg_map_g2h[SHR_SR] == -1) {
442     emith_ctx_sub(cycles << 12, SHR_SR * 4);
443   } else
444     emith_sub_r_imm(reg_map_g2h[SHR_SR], cycles << 12);
445   emith_jump(sh2_drc_exit);
446   tcache_ptrs[tcache_id] = tcache_ptr;
447
448   do_host_disasm(tcache_id);
449   dbg(1, " block #%d,%d tcache %d/%d, insns %d -> %d %.3f",
450     tcache_id, block_counts[tcache_id],
451     tcache_ptr - tcache_bases[tcache_id], tcache_sizes[tcache_id],
452     insns_compiled, host_insn_count, (double)host_insn_count / insns_compiled);
453   if ((sh2->pc & 0xc6000000) == 0x02000000) // ROM
454     dbg(1, "  hash collisions %d/%d", hash_collisions, block_counts[tcache_id]);
455   return block_entry;
456 /*
457 unimplemented:
458   // last op
459   do_host_disasm(tcache_id);
460   exit(1);
461 */
462 }
463
464 void __attribute__((noinline)) sh2_drc_dispatcher(SH2 *sh2)
465 {
466   while (((signed int)sh2->sr >> 12) > 0)
467   {
468     void *block = NULL;
469     block_desc *bd = NULL;
470
471     // FIXME: must avoid doing it so often..
472     sh2_test_irq(sh2);
473
474     // we have full block id tables for data_array and RAM
475     // BIOS goes to data_array table too
476     if ((sh2->pc & 0xff000000) == 0xc0000000 || (sh2->pc & ~0xfff) == 0) {
477       int blkid = Pico32xMem->drcblk_da[sh2->is_slave][(sh2->pc & 0xfff) >> SH2_DRCBLK_DA_SHIFT];
478       if (blkid & 1) {
479         bd = &block_tables[1 + sh2->is_slave][blkid >> 1];
480         block = bd->tcache_ptr;
481       }
482     }
483     // RAM
484     else if ((sh2->pc & 0xc6000000) == 0x06000000) {
485       int blkid = Pico32xMem->drcblk_ram[(sh2->pc & 0x3ffff) >> SH2_DRCBLK_RAM_SHIFT];
486       if (blkid & 1) {
487         bd = &block_tables[0][blkid >> 1];
488         block = bd->tcache_ptr;
489       }
490     }
491     // ROM
492     else if ((sh2->pc & 0xc6000000) == 0x02000000) {
493       bd = HASH_FUNC(hash_table, sh2->pc);
494
495       if (bd != NULL) {
496         if (bd->addr == sh2->pc)
497           block = bd->tcache_ptr;
498         else
499           block = dr_find_block(bd, sh2->pc);
500       }
501     }
502
503     if (block == NULL)
504       block = sh2_translate(sh2, bd);
505
506     dbg(4, "= %csh2 enter %08x %p, c=%d", sh2->is_slave ? 's' : 'm',
507       sh2->pc, block, (signed int)sh2->sr >> 12);
508 #if (DRC_DEBUG & 1)
509     if (bd != NULL)
510       bd->refcount++;
511 #endif
512     sh2_drc_entry(sh2, block);
513   }
514 }
515
516 static void sh2_smc_rm_block(u16 *drcblk, u16 *p, block_desc *btab, u32 a)
517 {
518   u16 id = *p >> 1;
519   block_desc *bd = btab + id;
520
521   dbg(1, "  killing block %08x", bd->addr);
522   bd->addr = bd->end_addr = 0;
523
524   while (p > drcblk && (p[-1] >> 1) == id)
525     p--;
526
527   // check for possible overlay block
528   if (p > 0 && p[-1] != 0) {
529     bd = btab + (p[-1] >> 1);
530     if (bd->addr <= a && a < bd->end_addr)
531       sh2_smc_rm_block(drcblk, p - 1, btab, a);
532   }
533
534   do {
535     *p++ = 0;
536   }
537   while ((*p >> 1) == id);
538 }
539
540 void sh2_drc_wcheck_ram(unsigned int a, int val, int cpuid)
541 {
542   u16 *drcblk = Pico32xMem->drcblk_ram;
543   u16 *p = drcblk + ((a & 0x3ffff) >> SH2_DRCBLK_RAM_SHIFT);
544
545   dbg(1, "%csh2 smc check @%08x", cpuid ? 's' : 'm', a);
546   sh2_smc_rm_block(drcblk, p, block_tables[0], a);
547 }
548
549 void sh2_drc_wcheck_da(unsigned int a, int val, int cpuid)
550 {
551   u16 *drcblk = Pico32xMem->drcblk_da[cpuid];
552   u16 *p = drcblk + ((a & 0xfff) >> SH2_DRCBLK_DA_SHIFT);
553
554   dbg(1, "%csh2 smc check @%08x", cpuid ? 's' : 'm', a);
555   sh2_smc_rm_block(drcblk, p, block_tables[1 + cpuid], a);
556 }
557
558 void sh2_execute(SH2 *sh2, int cycles)
559 {
560   sh2->cycles_aim += cycles;
561   cycles = sh2->cycles_aim - sh2->cycles_done;
562
563   // cycles are kept in SHR_SR unused bits (upper 20)
564   sh2->sr &= 0x3f3;
565   sh2->sr |= cycles << 12;
566   sh2_drc_dispatcher(sh2);
567
568   sh2->cycles_done += cycles - ((signed int)sh2->sr >> 12);
569 }
570
571 static void __attribute__((regparm(1))) sh2_test_irq(SH2 *sh2)
572 {
573   if (sh2->pending_level > ((sh2->sr >> 4) & 0x0f))
574   {
575     if (sh2->pending_irl > sh2->pending_int_irq)
576       sh2_do_irq(sh2, sh2->pending_irl, 64 + sh2->pending_irl/2);
577     else {
578       sh2_do_irq(sh2, sh2->pending_int_irq, sh2->pending_int_vector);
579       sh2->pending_int_irq = 0; // auto-clear
580       sh2->pending_level = sh2->pending_irl;
581     }
582   }
583 }
584
585 #if (DRC_DEBUG & 1)
586 static void block_stats(void)
587 {
588   int c, b, i, total = 0;
589
590   for (b = 0; b < ARRAY_SIZE(block_tables); b++)
591     for (i = 0; i < block_counts[b]; i++)
592       if (block_tables[b][i].addr != 0)
593         total += block_tables[b][i].refcount;
594
595   for (c = 0; c < 10; c++) {
596     block_desc *blk, *maxb = NULL;
597     int max = 0;
598     for (b = 0; b < ARRAY_SIZE(block_tables); b++) {
599       for (i = 0; i < block_counts[b]; i++) {
600         blk = &block_tables[b][i];
601         if (blk->addr != 0 && blk->refcount > max) {
602           max = blk->refcount;
603           maxb = blk;
604         }
605       }
606     }
607     if (maxb == NULL)
608       break;
609     printf("%08x %9d %2.3f%%\n", maxb->addr, maxb->refcount,
610       (double)maxb->refcount / total * 100.0);
611     maxb->refcount = 0;
612   }
613 }
614 #endif
615
616 int sh2_drc_init(SH2 *sh2)
617 {
618   if (block_tables[0] == NULL) {
619     int i, cnt;
620     cnt = block_max_counts[0] + block_max_counts[1] + block_max_counts[2];
621     block_tables[0] = calloc(cnt, sizeof(*block_tables[0]));
622     if (block_tables[0] == NULL)
623       return -1;
624
625     memset(block_counts, 0, sizeof(block_counts));
626     tcache_bases[0] = tcache_ptrs[0] = tcache;
627
628     for (i = 1; i < ARRAY_SIZE(block_tables); i++) {
629       block_tables[i] = block_tables[i - 1] + block_max_counts[i - 1];
630       tcache_bases[i] = tcache_ptrs[i] = tcache_bases[i - 1] + tcache_sizes[i - 1];
631     }
632
633 #if (DRC_DEBUG & 2)
634     for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(block_tables); i++)
635       tcache_dsm_ptrs[i] = tcache_bases[i];
636 #endif
637 #if (DRC_DEBUG & 1)
638     hash_collisions = 0;
639 #endif
640   }
641
642   if (hash_table == NULL) {
643     hash_table = calloc(sizeof(hash_table[0]), MAX_HASH_ENTRIES);
644     if (hash_table == NULL)
645       return -1;
646   }
647
648   return 0;
649 }
650
651 void sh2_drc_finish(SH2 *sh2)
652 {
653   if (block_tables[0] != NULL) {
654 #if (DRC_DEBUG & 1)
655     block_stats();
656 #endif
657     free(block_tables[0]);
658     memset(block_tables, 0, sizeof(block_tables));
659   }
660
661   if (hash_table != NULL) {
662     free(hash_table);
663     hash_table = NULL;
664   }
665 }