Add qemu 2.4.0
[kvmfornfv.git] / qemu / target-arm / cpu.h
1 /*
2  * ARM virtual CPU header
3  *
4  *  Copyright (c) 2003 Fabrice Bellard
5  *
6  * This library is free software; you can redistribute it and/or
7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
8  * License as published by the Free Software Foundation; either
9  * version 2 of the License, or (at your option) any later version.
10  *
11  * This library is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
14  * Lesser General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
17  * License along with this library; if not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18  */
19 #ifndef CPU_ARM_H
20 #define CPU_ARM_H
21
22 #include "config.h"
23
24 #include "kvm-consts.h"
25
26 #if defined(TARGET_AARCH64)
27   /* AArch64 definitions */
28 #  define TARGET_LONG_BITS 64
29 #  define ELF_MACHINE EM_AARCH64
30 #else
31 #  define TARGET_LONG_BITS 32
32 #  define ELF_MACHINE EM_ARM
33 #endif
34
35 #define TARGET_IS_BIENDIAN 1
36
37 #define CPUArchState struct CPUARMState
38
39 #include "qemu-common.h"
40 #include "exec/cpu-defs.h"
41
42 #include "fpu/softfloat.h"
43
44 #define EXCP_UDEF            1   /* undefined instruction */
45 #define EXCP_SWI             2   /* software interrupt */
46 #define EXCP_PREFETCH_ABORT  3
47 #define EXCP_DATA_ABORT      4
48 #define EXCP_IRQ             5
49 #define EXCP_FIQ             6
50 #define EXCP_BKPT            7
51 #define EXCP_EXCEPTION_EXIT  8   /* Return from v7M exception.  */
52 #define EXCP_KERNEL_TRAP     9   /* Jumped to kernel code page.  */
53 #define EXCP_STREX          10
54 #define EXCP_HVC            11   /* HyperVisor Call */
55 #define EXCP_HYP_TRAP       12
56 #define EXCP_SMC            13   /* Secure Monitor Call */
57 #define EXCP_VIRQ           14
58 #define EXCP_VFIQ           15
59
60 #define ARMV7M_EXCP_RESET   1
61 #define ARMV7M_EXCP_NMI     2
62 #define ARMV7M_EXCP_HARD    3
63 #define ARMV7M_EXCP_MEM     4
64 #define ARMV7M_EXCP_BUS     5
65 #define ARMV7M_EXCP_USAGE   6
66 #define ARMV7M_EXCP_SVC     11
67 #define ARMV7M_EXCP_DEBUG   12
68 #define ARMV7M_EXCP_PENDSV  14
69 #define ARMV7M_EXCP_SYSTICK 15
70
71 /* ARM-specific interrupt pending bits.  */
72 #define CPU_INTERRUPT_FIQ   CPU_INTERRUPT_TGT_EXT_1
73 #define CPU_INTERRUPT_VIRQ  CPU_INTERRUPT_TGT_EXT_2
74 #define CPU_INTERRUPT_VFIQ  CPU_INTERRUPT_TGT_EXT_3
75
76 /* The usual mapping for an AArch64 system register to its AArch32
77  * counterpart is for the 32 bit world to have access to the lower
78  * half only (with writes leaving the upper half untouched). It's
79  * therefore useful to be able to pass TCG the offset of the least
80  * significant half of a uint64_t struct member.
81  */
82 #ifdef HOST_WORDS_BIGENDIAN
83 #define offsetoflow32(S, M) (offsetof(S, M) + sizeof(uint32_t))
84 #define offsetofhigh32(S, M) offsetof(S, M)
85 #else
86 #define offsetoflow32(S, M) offsetof(S, M)
87 #define offsetofhigh32(S, M) (offsetof(S, M) + sizeof(uint32_t))
88 #endif
89
90 /* Meanings of the ARMCPU object's four inbound GPIO lines */
91 #define ARM_CPU_IRQ 0
92 #define ARM_CPU_FIQ 1
93 #define ARM_CPU_VIRQ 2
94 #define ARM_CPU_VFIQ 3
95
96 struct arm_boot_info;
97
98 #define NB_MMU_MODES 7
99
100 /* We currently assume float and double are IEEE single and double
101    precision respectively.
102    Doing runtime conversions is tricky because VFP registers may contain
103    integer values (eg. as the result of a FTOSI instruction).
104    s<2n> maps to the least significant half of d<n>
105    s<2n+1> maps to the most significant half of d<n>
106  */
107
108 /* CPU state for each instance of a generic timer (in cp15 c14) */
109 typedef struct ARMGenericTimer {
110     uint64_t cval; /* Timer CompareValue register */
111     uint64_t ctl; /* Timer Control register */
112 } ARMGenericTimer;
113
114 #define GTIMER_PHYS 0
115 #define GTIMER_VIRT 1
116 #define NUM_GTIMERS 2
117
118 typedef struct {
119     uint64_t raw_tcr;
120     uint32_t mask;
121     uint32_t base_mask;
122 } TCR;
123
124 typedef struct CPUARMState {
125     /* Regs for current mode.  */
126     uint32_t regs[16];
127
128     /* 32/64 switch only happens when taking and returning from
129      * exceptions so the overlap semantics are taken care of then
130      * instead of having a complicated union.
131      */
132     /* Regs for A64 mode.  */
133     uint64_t xregs[32];
134     uint64_t pc;
135     /* PSTATE isn't an architectural register for ARMv8. However, it is
136      * convenient for us to assemble the underlying state into a 32 bit format
137      * identical to the architectural format used for the SPSR. (This is also
138      * what the Linux kernel's 'pstate' field in signal handlers and KVM's
139      * 'pstate' register are.) Of the PSTATE bits:
140      *  NZCV are kept in the split out env->CF/VF/NF/ZF, (which have the same
141      *    semantics as for AArch32, as described in the comments on each field)
142      *  nRW (also known as M[4]) is kept, inverted, in env->aarch64
143      *  DAIF (exception masks) are kept in env->daif
144      *  all other bits are stored in their correct places in env->pstate
145      */
146     uint32_t pstate;
147     uint32_t aarch64; /* 1 if CPU is in aarch64 state; inverse of PSTATE.nRW */
148
149     /* Frequently accessed CPSR bits are stored separately for efficiency.
150        This contains all the other bits.  Use cpsr_{read,write} to access
151        the whole CPSR.  */
152     uint32_t uncached_cpsr;
153     uint32_t spsr;
154
155     /* Banked registers.  */
156     uint64_t banked_spsr[8];
157     uint32_t banked_r13[8];
158     uint32_t banked_r14[8];
159
160     /* These hold r8-r12.  */
161     uint32_t usr_regs[5];
162     uint32_t fiq_regs[5];
163
164     /* cpsr flag cache for faster execution */
165     uint32_t CF; /* 0 or 1 */
166     uint32_t VF; /* V is the bit 31. All other bits are undefined */
167     uint32_t NF; /* N is bit 31. All other bits are undefined.  */
168     uint32_t ZF; /* Z set if zero.  */
169     uint32_t QF; /* 0 or 1 */
170     uint32_t GE; /* cpsr[19:16] */
171     uint32_t thumb; /* cpsr[5]. 0 = arm mode, 1 = thumb mode. */
172     uint32_t condexec_bits; /* IT bits.  cpsr[15:10,26:25].  */
173     uint64_t daif; /* exception masks, in the bits they are in in PSTATE */
174
175     uint64_t elr_el[4]; /* AArch64 exception link regs  */
176     uint64_t sp_el[4]; /* AArch64 banked stack pointers */
177
178     /* System control coprocessor (cp15) */
179     struct {
180         uint32_t c0_cpuid;
181         union { /* Cache size selection */
182             struct {
183                 uint64_t _unused_csselr0;
184                 uint64_t csselr_ns;
185                 uint64_t _unused_csselr1;
186                 uint64_t csselr_s;
187             };
188             uint64_t csselr_el[4];
189         };
190         union { /* System control register. */
191             struct {
192                 uint64_t _unused_sctlr;
193                 uint64_t sctlr_ns;
194                 uint64_t hsctlr;
195                 uint64_t sctlr_s;
196             };
197             uint64_t sctlr_el[4];
198         };
199         uint64_t cpacr_el1; /* Architectural feature access control register */
200         uint64_t cptr_el[4];  /* ARMv8 feature trap registers */
201         uint32_t c1_xscaleauxcr; /* XScale auxiliary control register.  */
202         uint64_t sder; /* Secure debug enable register. */
203         uint32_t nsacr; /* Non-secure access control register. */
204         union { /* MMU translation table base 0. */
205             struct {
206                 uint64_t _unused_ttbr0_0;
207                 uint64_t ttbr0_ns;
208                 uint64_t _unused_ttbr0_1;
209                 uint64_t ttbr0_s;
210             };
211             uint64_t ttbr0_el[4];
212         };
213         union { /* MMU translation table base 1. */
214             struct {
215                 uint64_t _unused_ttbr1_0;
216                 uint64_t ttbr1_ns;
217                 uint64_t _unused_ttbr1_1;
218                 uint64_t ttbr1_s;
219             };
220             uint64_t ttbr1_el[4];
221         };
222         /* MMU translation table base control. */
223         TCR tcr_el[4];
224         uint32_t c2_data; /* MPU data cachable bits.  */
225         uint32_t c2_insn; /* MPU instruction cachable bits.  */
226         union { /* MMU domain access control register
227                  * MPU write buffer control.
228                  */
229             struct {
230                 uint64_t dacr_ns;
231                 uint64_t dacr_s;
232             };
233             struct {
234                 uint64_t dacr32_el2;
235             };
236         };
237         uint32_t pmsav5_data_ap; /* PMSAv5 MPU data access permissions */
238         uint32_t pmsav5_insn_ap; /* PMSAv5 MPU insn access permissions */
239         uint64_t hcr_el2; /* Hypervisor configuration register */
240         uint64_t scr_el3; /* Secure configuration register.  */
241         union { /* Fault status registers.  */
242             struct {
243                 uint64_t ifsr_ns;
244                 uint64_t ifsr_s;
245             };
246             struct {
247                 uint64_t ifsr32_el2;
248             };
249         };
250         union {
251             struct {
252                 uint64_t _unused_dfsr;
253                 uint64_t dfsr_ns;
254                 uint64_t hsr;
255                 uint64_t dfsr_s;
256             };
257             uint64_t esr_el[4];
258         };
259         uint32_t c6_region[8]; /* MPU base/size registers.  */
260         union { /* Fault address registers. */
261             struct {
262                 uint64_t _unused_far0;
263 #ifdef HOST_WORDS_BIGENDIAN
264                 uint32_t ifar_ns;
265                 uint32_t dfar_ns;
266                 uint32_t ifar_s;
267                 uint32_t dfar_s;
268 #else
269                 uint32_t dfar_ns;
270                 uint32_t ifar_ns;
271                 uint32_t dfar_s;
272                 uint32_t ifar_s;
273 #endif
274                 uint64_t _unused_far3;
275             };
276             uint64_t far_el[4];
277         };
278         union { /* Translation result. */
279             struct {
280                 uint64_t _unused_par_0;
281                 uint64_t par_ns;
282                 uint64_t _unused_par_1;
283                 uint64_t par_s;
284             };
285             uint64_t par_el[4];
286         };
287
288         uint32_t c6_rgnr;
289
290         uint32_t c9_insn; /* Cache lockdown registers.  */
291         uint32_t c9_data;
292         uint64_t c9_pmcr; /* performance monitor control register */
293         uint64_t c9_pmcnten; /* perf monitor counter enables */
294         uint32_t c9_pmovsr; /* perf monitor overflow status */
295         uint32_t c9_pmxevtyper; /* perf monitor event type */
296         uint32_t c9_pmuserenr; /* perf monitor user enable */
297         uint32_t c9_pminten; /* perf monitor interrupt enables */
298         union { /* Memory attribute redirection */
299             struct {
300 #ifdef HOST_WORDS_BIGENDIAN
301                 uint64_t _unused_mair_0;
302                 uint32_t mair1_ns;
303                 uint32_t mair0_ns;
304                 uint64_t _unused_mair_1;
305                 uint32_t mair1_s;
306                 uint32_t mair0_s;
307 #else
308                 uint64_t _unused_mair_0;
309                 uint32_t mair0_ns;
310                 uint32_t mair1_ns;
311                 uint64_t _unused_mair_1;
312                 uint32_t mair0_s;
313                 uint32_t mair1_s;
314 #endif
315             };
316             uint64_t mair_el[4];
317         };
318         union { /* vector base address register */
319             struct {
320                 uint64_t _unused_vbar;
321                 uint64_t vbar_ns;
322                 uint64_t hvbar;
323                 uint64_t vbar_s;
324             };
325             uint64_t vbar_el[4];
326         };
327         uint32_t mvbar; /* (monitor) vector base address register */
328         struct { /* FCSE PID. */
329             uint32_t fcseidr_ns;
330             uint32_t fcseidr_s;
331         };
332         union { /* Context ID. */
333             struct {
334                 uint64_t _unused_contextidr_0;
335                 uint64_t contextidr_ns;
336                 uint64_t _unused_contextidr_1;
337                 uint64_t contextidr_s;
338             };
339             uint64_t contextidr_el[4];
340         };
341         union { /* User RW Thread register. */
342             struct {
343                 uint64_t tpidrurw_ns;
344                 uint64_t tpidrprw_ns;
345                 uint64_t htpidr;
346                 uint64_t _tpidr_el3;
347             };
348             uint64_t tpidr_el[4];
349         };
350         /* The secure banks of these registers don't map anywhere */
351         uint64_t tpidrurw_s;
352         uint64_t tpidrprw_s;
353         uint64_t tpidruro_s;
354
355         union { /* User RO Thread register. */
356             uint64_t tpidruro_ns;
357             uint64_t tpidrro_el[1];
358         };
359         uint64_t c14_cntfrq; /* Counter Frequency register */
360         uint64_t c14_cntkctl; /* Timer Control register */
361         ARMGenericTimer c14_timer[NUM_GTIMERS];
362         uint32_t c15_cpar; /* XScale Coprocessor Access Register */
363         uint32_t c15_ticonfig; /* TI925T configuration byte.  */
364         uint32_t c15_i_max; /* Maximum D-cache dirty line index.  */
365         uint32_t c15_i_min; /* Minimum D-cache dirty line index.  */
366         uint32_t c15_threadid; /* TI debugger thread-ID.  */
367         uint32_t c15_config_base_address; /* SCU base address.  */
368         uint32_t c15_diagnostic; /* diagnostic register */
369         uint32_t c15_power_diagnostic;
370         uint32_t c15_power_control; /* power control */
371         uint64_t dbgbvr[16]; /* breakpoint value registers */
372         uint64_t dbgbcr[16]; /* breakpoint control registers */
373         uint64_t dbgwvr[16]; /* watchpoint value registers */
374         uint64_t dbgwcr[16]; /* watchpoint control registers */
375         uint64_t mdscr_el1;
376         /* If the counter is enabled, this stores the last time the counter
377          * was reset. Otherwise it stores the counter value
378          */
379         uint64_t c15_ccnt;
380         uint64_t pmccfiltr_el0; /* Performance Monitor Filter Register */
381     } cp15;
382
383     struct {
384         uint32_t other_sp;
385         uint32_t vecbase;
386         uint32_t basepri;
387         uint32_t control;
388         int current_sp;
389         int exception;
390     } v7m;
391
392     /* Information associated with an exception about to be taken:
393      * code which raises an exception must set cs->exception_index and
394      * the relevant parts of this structure; the cpu_do_interrupt function
395      * will then set the guest-visible registers as part of the exception
396      * entry process.
397      */
398     struct {
399         uint32_t syndrome; /* AArch64 format syndrome register */
400         uint32_t fsr; /* AArch32 format fault status register info */
401         uint64_t vaddress; /* virtual addr associated with exception, if any */
402         uint32_t target_el; /* EL the exception should be targeted for */
403         /* If we implement EL2 we will also need to store information
404          * about the intermediate physical address for stage 2 faults.
405          */
406     } exception;
407
408     /* Thumb-2 EE state.  */
409     uint32_t teecr;
410     uint32_t teehbr;
411
412     /* VFP coprocessor state.  */
413     struct {
414         /* VFP/Neon register state. Note that the mapping between S, D and Q
415          * views of the register bank differs between AArch64 and AArch32:
416          * In AArch32:
417          *  Qn = regs[2n+1]:regs[2n]
418          *  Dn = regs[n]
419          *  Sn = regs[n/2] bits 31..0 for even n, and bits 63..32 for odd n
420          * (and regs[32] to regs[63] are inaccessible)
421          * In AArch64:
422          *  Qn = regs[2n+1]:regs[2n]
423          *  Dn = regs[2n]
424          *  Sn = regs[2n] bits 31..0
425          * This corresponds to the architecturally defined mapping between
426          * the two execution states, and means we do not need to explicitly
427          * map these registers when changing states.
428          */
429         float64 regs[64];
430
431         uint32_t xregs[16];
432         /* We store these fpcsr fields separately for convenience.  */
433         int vec_len;
434         int vec_stride;
435
436         /* scratch space when Tn are not sufficient.  */
437         uint32_t scratch[8];
438
439         /* fp_status is the "normal" fp status. standard_fp_status retains
440          * values corresponding to the ARM "Standard FPSCR Value", ie
441          * default-NaN, flush-to-zero, round-to-nearest and is used by
442          * any operations (generally Neon) which the architecture defines
443          * as controlled by the standard FPSCR value rather than the FPSCR.
444          *
445          * To avoid having to transfer exception bits around, we simply
446          * say that the FPSCR cumulative exception flags are the logical
447          * OR of the flags in the two fp statuses. This relies on the
448          * only thing which needs to read the exception flags being
449          * an explicit FPSCR read.
450          */
451         float_status fp_status;
452         float_status standard_fp_status;
453     } vfp;
454     uint64_t exclusive_addr;
455     uint64_t exclusive_val;
456     uint64_t exclusive_high;
457 #if defined(CONFIG_USER_ONLY)
458     uint64_t exclusive_test;
459     uint32_t exclusive_info;
460 #endif
461
462     /* iwMMXt coprocessor state.  */
463     struct {
464         uint64_t regs[16];
465         uint64_t val;
466
467         uint32_t cregs[16];
468     } iwmmxt;
469
470     /* For mixed endian mode.  */
471     bool bswap_code;
472
473 #if defined(CONFIG_USER_ONLY)
474     /* For usermode syscall translation.  */
475     int eabi;
476 #endif
477
478     struct CPUBreakpoint *cpu_breakpoint[16];
479     struct CPUWatchpoint *cpu_watchpoint[16];
480
481     CPU_COMMON
482
483     /* These fields after the common ones so they are preserved on reset.  */
484
485     /* Internal CPU feature flags.  */
486     uint64_t features;
487
488     /* PMSAv7 MPU */
489     struct {
490         uint32_t *drbar;
491         uint32_t *drsr;
492         uint32_t *dracr;
493     } pmsav7;
494
495     void *nvic;
496     const struct arm_boot_info *boot_info;
497 } CPUARMState;
498
499 #include "cpu-qom.h"
500
501 ARMCPU *cpu_arm_init(const char *cpu_model);
502 int cpu_arm_exec(CPUState *cpu);
503 uint32_t do_arm_semihosting(CPUARMState *env);
504 void aarch64_sync_32_to_64(CPUARMState *env);
505 void aarch64_sync_64_to_32(CPUARMState *env);
506
507 static inline bool is_a64(CPUARMState *env)
508 {
509     return env->aarch64;
510 }
511
512 /* you can call this signal handler from your SIGBUS and SIGSEGV
513    signal handlers to inform the virtual CPU of exceptions. non zero
514    is returned if the signal was handled by the virtual CPU.  */
515 int cpu_arm_signal_handler(int host_signum, void *pinfo,
516                            void *puc);
517
518 /**
519  * pmccntr_sync
520  * @env: CPUARMState
521  *
522  * Synchronises the counter in the PMCCNTR. This must always be called twice,
523  * once before any action that might affect the timer and again afterwards.
524  * The function is used to swap the state of the register if required.
525  * This only happens when not in user mode (!CONFIG_USER_ONLY)
526  */
527 void pmccntr_sync(CPUARMState *env);
528
529 /* SCTLR bit meanings. Several bits have been reused in newer
530  * versions of the architecture; in that case we define constants
531  * for both old and new bit meanings. Code which tests against those
532  * bits should probably check or otherwise arrange that the CPU
533  * is the architectural version it expects.
534  */
535 #define SCTLR_M       (1U << 0)
536 #define SCTLR_A       (1U << 1)
537 #define SCTLR_C       (1U << 2)
538 #define SCTLR_W       (1U << 3) /* up to v6; RAO in v7 */
539 #define SCTLR_SA      (1U << 3)
540 #define SCTLR_P       (1U << 4) /* up to v5; RAO in v6 and v7 */
541 #define SCTLR_SA0     (1U << 4) /* v8 onward, AArch64 only */
542 #define SCTLR_D       (1U << 5) /* up to v5; RAO in v6 */
543 #define SCTLR_CP15BEN (1U << 5) /* v7 onward */
544 #define SCTLR_L       (1U << 6) /* up to v5; RAO in v6 and v7; RAZ in v8 */
545 #define SCTLR_B       (1U << 7) /* up to v6; RAZ in v7 */
546 #define SCTLR_ITD     (1U << 7) /* v8 onward */
547 #define SCTLR_S       (1U << 8) /* up to v6; RAZ in v7 */
548 #define SCTLR_SED     (1U << 8) /* v8 onward */
549 #define SCTLR_R       (1U << 9) /* up to v6; RAZ in v7 */
550 #define SCTLR_UMA     (1U << 9) /* v8 onward, AArch64 only */
551 #define SCTLR_F       (1U << 10) /* up to v6 */
552 #define SCTLR_SW      (1U << 10) /* v7 onward */
553 #define SCTLR_Z       (1U << 11)
554 #define SCTLR_I       (1U << 12)
555 #define SCTLR_V       (1U << 13)
556 #define SCTLR_RR      (1U << 14) /* up to v7 */
557 #define SCTLR_DZE     (1U << 14) /* v8 onward, AArch64 only */
558 #define SCTLR_L4      (1U << 15) /* up to v6; RAZ in v7 */
559 #define SCTLR_UCT     (1U << 15) /* v8 onward, AArch64 only */
560 #define SCTLR_DT      (1U << 16) /* up to ??, RAO in v6 and v7 */
561 #define SCTLR_nTWI    (1U << 16) /* v8 onward */
562 #define SCTLR_HA      (1U << 17)
563 #define SCTLR_BR      (1U << 17) /* PMSA only */
564 #define SCTLR_IT      (1U << 18) /* up to ??, RAO in v6 and v7 */
565 #define SCTLR_nTWE    (1U << 18) /* v8 onward */
566 #define SCTLR_WXN     (1U << 19)
567 #define SCTLR_ST      (1U << 20) /* up to ??, RAZ in v6 */
568 #define SCTLR_UWXN    (1U << 20) /* v7 onward */
569 #define SCTLR_FI      (1U << 21)
570 #define SCTLR_U       (1U << 22)
571 #define SCTLR_XP      (1U << 23) /* up to v6; v7 onward RAO */
572 #define SCTLR_VE      (1U << 24) /* up to v7 */
573 #define SCTLR_E0E     (1U << 24) /* v8 onward, AArch64 only */
574 #define SCTLR_EE      (1U << 25)
575 #define SCTLR_L2      (1U << 26) /* up to v6, RAZ in v7 */
576 #define SCTLR_UCI     (1U << 26) /* v8 onward, AArch64 only */
577 #define SCTLR_NMFI    (1U << 27)
578 #define SCTLR_TRE     (1U << 28)
579 #define SCTLR_AFE     (1U << 29)
580 #define SCTLR_TE      (1U << 30)
581
582 #define CPTR_TCPAC    (1U << 31)
583 #define CPTR_TTA      (1U << 20)
584 #define CPTR_TFP      (1U << 10)
585
586 #define CPSR_M (0x1fU)
587 #define CPSR_T (1U << 5)
588 #define CPSR_F (1U << 6)
589 #define CPSR_I (1U << 7)
590 #define CPSR_A (1U << 8)
591 #define CPSR_E (1U << 9)
592 #define CPSR_IT_2_7 (0xfc00U)
593 #define CPSR_GE (0xfU << 16)
594 #define CPSR_IL (1U << 20)
595 /* Note that the RESERVED bits include bit 21, which is PSTATE_SS in
596  * an AArch64 SPSR but RES0 in AArch32 SPSR and CPSR. In QEMU we use
597  * env->uncached_cpsr bit 21 to store PSTATE.SS when executing in AArch32,
598  * where it is live state but not accessible to the AArch32 code.
599  */
600 #define CPSR_RESERVED (0x7U << 21)
601 #define CPSR_J (1U << 24)
602 #define CPSR_IT_0_1 (3U << 25)
603 #define CPSR_Q (1U << 27)
604 #define CPSR_V (1U << 28)
605 #define CPSR_C (1U << 29)
606 #define CPSR_Z (1U << 30)
607 #define CPSR_N (1U << 31)
608 #define CPSR_NZCV (CPSR_N | CPSR_Z | CPSR_C | CPSR_V)
609 #define CPSR_AIF (CPSR_A | CPSR_I | CPSR_F)
610
611 #define CPSR_IT (CPSR_IT_0_1 | CPSR_IT_2_7)
612 #define CACHED_CPSR_BITS (CPSR_T | CPSR_AIF | CPSR_GE | CPSR_IT | CPSR_Q \
613     | CPSR_NZCV)
614 /* Bits writable in user mode.  */
615 #define CPSR_USER (CPSR_NZCV | CPSR_Q | CPSR_GE)
616 /* Execution state bits.  MRS read as zero, MSR writes ignored.  */
617 #define CPSR_EXEC (CPSR_T | CPSR_IT | CPSR_J | CPSR_IL)
618 /* Mask of bits which may be set by exception return copying them from SPSR */
619 #define CPSR_ERET_MASK (~CPSR_RESERVED)
620
621 #define TTBCR_N      (7U << 0) /* TTBCR.EAE==0 */
622 #define TTBCR_T0SZ   (7U << 0) /* TTBCR.EAE==1 */
623 #define TTBCR_PD0    (1U << 4)
624 #define TTBCR_PD1    (1U << 5)
625 #define TTBCR_EPD0   (1U << 7)
626 #define TTBCR_IRGN0  (3U << 8)
627 #define TTBCR_ORGN0  (3U << 10)
628 #define TTBCR_SH0    (3U << 12)
629 #define TTBCR_T1SZ   (3U << 16)
630 #define TTBCR_A1     (1U << 22)
631 #define TTBCR_EPD1   (1U << 23)
632 #define TTBCR_IRGN1  (3U << 24)
633 #define TTBCR_ORGN1  (3U << 26)
634 #define TTBCR_SH1    (1U << 28)
635 #define TTBCR_EAE    (1U << 31)
636
637 /* Bit definitions for ARMv8 SPSR (PSTATE) format.
638  * Only these are valid when in AArch64 mode; in
639  * AArch32 mode SPSRs are basically CPSR-format.
640  */
641 #define PSTATE_SP (1U)
642 #define PSTATE_M (0xFU)
643 #define PSTATE_nRW (1U << 4)
644 #define PSTATE_F (1U << 6)
645 #define PSTATE_I (1U << 7)
646 #define PSTATE_A (1U << 8)
647 #define PSTATE_D (1U << 9)
648 #define PSTATE_IL (1U << 20)
649 #define PSTATE_SS (1U << 21)
650 #define PSTATE_V (1U << 28)
651 #define PSTATE_C (1U << 29)
652 #define PSTATE_Z (1U << 30)
653 #define PSTATE_N (1U << 31)
654 #define PSTATE_NZCV (PSTATE_N | PSTATE_Z | PSTATE_C | PSTATE_V)
655 #define PSTATE_DAIF (PSTATE_D | PSTATE_A | PSTATE_I | PSTATE_F)
656 #define CACHED_PSTATE_BITS (PSTATE_NZCV | PSTATE_DAIF)
657 /* Mode values for AArch64 */
658 #define PSTATE_MODE_EL3h 13
659 #define PSTATE_MODE_EL3t 12
660 #define PSTATE_MODE_EL2h 9
661 #define PSTATE_MODE_EL2t 8
662 #define PSTATE_MODE_EL1h 5
663 #define PSTATE_MODE_EL1t 4
664 #define PSTATE_MODE_EL0t 0
665
666 /* Map EL and handler into a PSTATE_MODE.  */
667 static inline unsigned int aarch64_pstate_mode(unsigned int el, bool handler)
668 {
669     return (el << 2) | handler;
670 }
671
672 /* Return the current PSTATE value. For the moment we don't support 32<->64 bit
673  * interprocessing, so we don't attempt to sync with the cpsr state used by
674  * the 32 bit decoder.
675  */
676 static inline uint32_t pstate_read(CPUARMState *env)
677 {
678     int ZF;
679
680     ZF = (env->ZF == 0);
681     return (env->NF & 0x80000000) | (ZF << 30)
682         | (env->CF << 29) | ((env->VF & 0x80000000) >> 3)
683         | env->pstate | env->daif;
684 }
685
686 static inline void pstate_write(CPUARMState *env, uint32_t val)
687 {
688     env->ZF = (~val) & PSTATE_Z;
689     env->NF = val;
690     env->CF = (val >> 29) & 1;
691     env->VF = (val << 3) & 0x80000000;
692     env->daif = val & PSTATE_DAIF;
693     env->pstate = val & ~CACHED_PSTATE_BITS;
694 }
695
696 /* Return the current CPSR value.  */
697 uint32_t cpsr_read(CPUARMState *env);
698 /* Set the CPSR.  Note that some bits of mask must be all-set or all-clear.  */
699 void cpsr_write(CPUARMState *env, uint32_t val, uint32_t mask);
700
701 /* Return the current xPSR value.  */
702 static inline uint32_t xpsr_read(CPUARMState *env)
703 {
704     int ZF;
705     ZF = (env->ZF == 0);
706     return (env->NF & 0x80000000) | (ZF << 30)
707         | (env->CF << 29) | ((env->VF & 0x80000000) >> 3) | (env->QF << 27)
708         | (env->thumb << 24) | ((env->condexec_bits & 3) << 25)
709         | ((env->condexec_bits & 0xfc) << 8)
710         | env->v7m.exception;
711 }
712
713 /* Set the xPSR.  Note that some bits of mask must be all-set or all-clear.  */
714 static inline void xpsr_write(CPUARMState *env, uint32_t val, uint32_t mask)
715 {
716     if (mask & CPSR_NZCV) {
717         env->ZF = (~val) & CPSR_Z;
718         env->NF = val;
719         env->CF = (val >> 29) & 1;
720         env->VF = (val << 3) & 0x80000000;
721     }
722     if (mask & CPSR_Q)
723         env->QF = ((val & CPSR_Q) != 0);
724     if (mask & (1 << 24))
725         env->thumb = ((val & (1 << 24)) != 0);
726     if (mask & CPSR_IT_0_1) {
727         env->condexec_bits &= ~3;
728         env->condexec_bits |= (val >> 25) & 3;
729     }
730     if (mask & CPSR_IT_2_7) {
731         env->condexec_bits &= 3;
732         env->condexec_bits |= (val >> 8) & 0xfc;
733     }
734     if (mask & 0x1ff) {
735         env->v7m.exception = val & 0x1ff;
736     }
737 }
738
739 #define HCR_VM        (1ULL << 0)
740 #define HCR_SWIO      (1ULL << 1)
741 #define HCR_PTW       (1ULL << 2)
742 #define HCR_FMO       (1ULL << 3)
743 #define HCR_IMO       (1ULL << 4)
744 #define HCR_AMO       (1ULL << 5)
745 #define HCR_VF        (1ULL << 6)
746 #define HCR_VI        (1ULL << 7)
747 #define HCR_VSE       (1ULL << 8)
748 #define HCR_FB        (1ULL << 9)
749 #define HCR_BSU_MASK  (3ULL << 10)
750 #define HCR_DC        (1ULL << 12)
751 #define HCR_TWI       (1ULL << 13)
752 #define HCR_TWE       (1ULL << 14)
753 #define HCR_TID0      (1ULL << 15)
754 #define HCR_TID1      (1ULL << 16)
755 #define HCR_TID2      (1ULL << 17)
756 #define HCR_TID3      (1ULL << 18)
757 #define HCR_TSC       (1ULL << 19)
758 #define HCR_TIDCP     (1ULL << 20)
759 #define HCR_TACR      (1ULL << 21)
760 #define HCR_TSW       (1ULL << 22)
761 #define HCR_TPC       (1ULL << 23)
762 #define HCR_TPU       (1ULL << 24)
763 #define HCR_TTLB      (1ULL << 25)
764 #define HCR_TVM       (1ULL << 26)
765 #define HCR_TGE       (1ULL << 27)
766 #define HCR_TDZ       (1ULL << 28)
767 #define HCR_HCD       (1ULL << 29)
768 #define HCR_TRVM      (1ULL << 30)
769 #define HCR_RW        (1ULL << 31)
770 #define HCR_CD        (1ULL << 32)
771 #define HCR_ID        (1ULL << 33)
772 #define HCR_MASK      ((1ULL << 34) - 1)
773
774 #define SCR_NS                (1U << 0)
775 #define SCR_IRQ               (1U << 1)
776 #define SCR_FIQ               (1U << 2)
777 #define SCR_EA                (1U << 3)
778 #define SCR_FW                (1U << 4)
779 #define SCR_AW                (1U << 5)
780 #define SCR_NET               (1U << 6)
781 #define SCR_SMD               (1U << 7)
782 #define SCR_HCE               (1U << 8)
783 #define SCR_SIF               (1U << 9)
784 #define SCR_RW                (1U << 10)
785 #define SCR_ST                (1U << 11)
786 #define SCR_TWI               (1U << 12)
787 #define SCR_TWE               (1U << 13)
788 #define SCR_AARCH32_MASK      (0x3fff & ~(SCR_RW | SCR_ST))
789 #define SCR_AARCH64_MASK      (0x3fff & ~SCR_NET)
790
791 /* Return the current FPSCR value.  */
792 uint32_t vfp_get_fpscr(CPUARMState *env);
793 void vfp_set_fpscr(CPUARMState *env, uint32_t val);
794
795 /* For A64 the FPSCR is split into two logically distinct registers,
796  * FPCR and FPSR. However since they still use non-overlapping bits
797  * we store the underlying state in fpscr and just mask on read/write.
798  */
799 #define FPSR_MASK 0xf800009f
800 #define FPCR_MASK 0x07f79f00
801 static inline uint32_t vfp_get_fpsr(CPUARMState *env)
802 {
803     return vfp_get_fpscr(env) & FPSR_MASK;
804 }
805
806 static inline void vfp_set_fpsr(CPUARMState *env, uint32_t val)
807 {
808     uint32_t new_fpscr = (vfp_get_fpscr(env) & ~FPSR_MASK) | (val & FPSR_MASK);
809     vfp_set_fpscr(env, new_fpscr);
810 }
811
812 static inline uint32_t vfp_get_fpcr(CPUARMState *env)
813 {
814     return vfp_get_fpscr(env) & FPCR_MASK;
815 }
816
817 static inline void vfp_set_fpcr(CPUARMState *env, uint32_t val)
818 {
819     uint32_t new_fpscr = (vfp_get_fpscr(env) & ~FPCR_MASK) | (val & FPCR_MASK);
820     vfp_set_fpscr(env, new_fpscr);
821 }
822
823 enum arm_cpu_mode {
824   ARM_CPU_MODE_USR = 0x10,
825   ARM_CPU_MODE_FIQ = 0x11,
826   ARM_CPU_MODE_IRQ = 0x12,
827   ARM_CPU_MODE_SVC = 0x13,
828   ARM_CPU_MODE_MON = 0x16,
829   ARM_CPU_MODE_ABT = 0x17,
830   ARM_CPU_MODE_HYP = 0x1a,
831   ARM_CPU_MODE_UND = 0x1b,
832   ARM_CPU_MODE_SYS = 0x1f
833 };
834
835 /* VFP system registers.  */
836 #define ARM_VFP_FPSID   0
837 #define ARM_VFP_FPSCR   1
838 #define ARM_VFP_MVFR2   5
839 #define ARM_VFP_MVFR1   6
840 #define ARM_VFP_MVFR0   7
841 #define ARM_VFP_FPEXC   8
842 #define ARM_VFP_FPINST  9
843 #define ARM_VFP_FPINST2 10
844
845 /* iwMMXt coprocessor control registers.  */
846 #define ARM_IWMMXT_wCID         0
847 #define ARM_IWMMXT_wCon         1
848 #define ARM_IWMMXT_wCSSF        2
849 #define ARM_IWMMXT_wCASF        3
850 #define ARM_IWMMXT_wCGR0        8
851 #define ARM_IWMMXT_wCGR1        9
852 #define ARM_IWMMXT_wCGR2        10
853 #define ARM_IWMMXT_wCGR3        11
854
855 /* If adding a feature bit which corresponds to a Linux ELF
856  * HWCAP bit, remember to update the feature-bit-to-hwcap
857  * mapping in linux-user/elfload.c:get_elf_hwcap().
858  */
859 enum arm_features {
860     ARM_FEATURE_VFP,
861     ARM_FEATURE_AUXCR,  /* ARM1026 Auxiliary control register.  */
862     ARM_FEATURE_XSCALE, /* Intel XScale extensions.  */
863     ARM_FEATURE_IWMMXT, /* Intel iwMMXt extension.  */
864     ARM_FEATURE_V6,
865     ARM_FEATURE_V6K,
866     ARM_FEATURE_V7,
867     ARM_FEATURE_THUMB2,
868     ARM_FEATURE_MPU,    /* Only has Memory Protection Unit, not full MMU.  */
869     ARM_FEATURE_VFP3,
870     ARM_FEATURE_VFP_FP16,
871     ARM_FEATURE_NEON,
872     ARM_FEATURE_THUMB_DIV, /* divide supported in Thumb encoding */
873     ARM_FEATURE_M, /* Microcontroller profile.  */
874     ARM_FEATURE_OMAPCP, /* OMAP specific CP15 ops handling.  */
875     ARM_FEATURE_THUMB2EE,
876     ARM_FEATURE_V7MP,    /* v7 Multiprocessing Extensions */
877     ARM_FEATURE_V4T,
878     ARM_FEATURE_V5,
879     ARM_FEATURE_STRONGARM,
880     ARM_FEATURE_VAPA, /* cp15 VA to PA lookups */
881     ARM_FEATURE_ARM_DIV, /* divide supported in ARM encoding */
882     ARM_FEATURE_VFP4, /* VFPv4 (implies that NEON is v2) */
883     ARM_FEATURE_GENERIC_TIMER,
884     ARM_FEATURE_MVFR, /* Media and VFP Feature Registers 0 and 1 */
885     ARM_FEATURE_DUMMY_C15_REGS, /* RAZ/WI all of cp15 crn=15 */
886     ARM_FEATURE_CACHE_TEST_CLEAN, /* 926/1026 style test-and-clean ops */
887     ARM_FEATURE_CACHE_DIRTY_REG, /* 1136/1176 cache dirty status register */
888     ARM_FEATURE_CACHE_BLOCK_OPS, /* v6 optional cache block operations */
889     ARM_FEATURE_MPIDR, /* has cp15 MPIDR */
890     ARM_FEATURE_PXN, /* has Privileged Execute Never bit */
891     ARM_FEATURE_LPAE, /* has Large Physical Address Extension */
892     ARM_FEATURE_V8,
893     ARM_FEATURE_AARCH64, /* supports 64 bit mode */
894     ARM_FEATURE_V8_AES, /* implements AES part of v8 Crypto Extensions */
895     ARM_FEATURE_CBAR, /* has cp15 CBAR */
896     ARM_FEATURE_CRC, /* ARMv8 CRC instructions */
897     ARM_FEATURE_CBAR_RO, /* has cp15 CBAR and it is read-only */
898     ARM_FEATURE_EL2, /* has EL2 Virtualization support */
899     ARM_FEATURE_EL3, /* has EL3 Secure monitor support */
900     ARM_FEATURE_V8_SHA1, /* implements SHA1 part of v8 Crypto Extensions */
901     ARM_FEATURE_V8_SHA256, /* implements SHA256 part of v8 Crypto Extensions */
902     ARM_FEATURE_V8_PMULL, /* implements PMULL part of v8 Crypto Extensions */
903     ARM_FEATURE_THUMB_DSP, /* DSP insns supported in the Thumb encodings */
904 };
905
906 static inline int arm_feature(CPUARMState *env, int feature)
907 {
908     return (env->features & (1ULL << feature)) != 0;
909 }
910
911 #if !defined(CONFIG_USER_ONLY)
912 /* Return true if exception levels below EL3 are in secure state,
913  * or would be following an exception return to that level.
914  * Unlike arm_is_secure() (which is always a question about the
915  * _current_ state of the CPU) this doesn't care about the current
916  * EL or mode.
917  */
918 static inline bool arm_is_secure_below_el3(CPUARMState *env)
919 {
920     if (arm_feature(env, ARM_FEATURE_EL3)) {
921         return !(env->cp15.scr_el3 & SCR_NS);
922     } else {
923         /* If EL2 is not supported then the secure state is implementation
924          * defined, in which case QEMU defaults to non-secure.
925          */
926         return false;
927     }
928 }
929
930 /* Return true if the processor is in secure state */
931 static inline bool arm_is_secure(CPUARMState *env)
932 {
933     if (arm_feature(env, ARM_FEATURE_EL3)) {
934         if (is_a64(env) && extract32(env->pstate, 2, 2) == 3) {
935             /* CPU currently in AArch64 state and EL3 */
936             return true;
937         } else if (!is_a64(env) &&
938                 (env->uncached_cpsr & CPSR_M) == ARM_CPU_MODE_MON) {
939             /* CPU currently in AArch32 state and monitor mode */
940             return true;
941         }
942     }
943     return arm_is_secure_below_el3(env);
944 }
945
946 #else
947 static inline bool arm_is_secure_below_el3(CPUARMState *env)
948 {
949     return false;
950 }
951
952 static inline bool arm_is_secure(CPUARMState *env)
953 {
954     return false;
955 }
956 #endif
957
958 /* Return true if the specified exception level is running in AArch64 state. */
959 static inline bool arm_el_is_aa64(CPUARMState *env, int el)
960 {
961     /* We don't currently support EL2, and this isn't valid for EL0
962      * (if we're in EL0, is_a64() is what you want, and if we're not in EL0
963      * then the state of EL0 isn't well defined.)
964      */
965     assert(el == 1 || el == 3);
966
967     /* AArch64-capable CPUs always run with EL1 in AArch64 mode. This
968      * is a QEMU-imposed simplification which we may wish to change later.
969      * If we in future support EL2 and/or EL3, then the state of lower
970      * exception levels is controlled by the HCR.RW and SCR.RW bits.
971      */
972     return arm_feature(env, ARM_FEATURE_AARCH64);
973 }
974
975 /* Function for determing whether guest cp register reads and writes should
976  * access the secure or non-secure bank of a cp register.  When EL3 is
977  * operating in AArch32 state, the NS-bit determines whether the secure
978  * instance of a cp register should be used. When EL3 is AArch64 (or if
979  * it doesn't exist at all) then there is no register banking, and all
980  * accesses are to the non-secure version.
981  */
982 static inline bool access_secure_reg(CPUARMState *env)
983 {
984     bool ret = (arm_feature(env, ARM_FEATURE_EL3) &&
985                 !arm_el_is_aa64(env, 3) &&
986                 !(env->cp15.scr_el3 & SCR_NS));
987
988     return ret;
989 }
990
991 /* Macros for accessing a specified CP register bank */
992 #define A32_BANKED_REG_GET(_env, _regname, _secure)    \
993     ((_secure) ? (_env)->cp15._regname##_s : (_env)->cp15._regname##_ns)
994
995 #define A32_BANKED_REG_SET(_env, _regname, _secure, _val)   \
996     do {                                                \
997         if (_secure) {                                   \
998             (_env)->cp15._regname##_s = (_val);            \
999         } else {                                        \
1000             (_env)->cp15._regname##_ns = (_val);           \
1001         }                                               \
1002     } while (0)
1003
1004 /* Macros for automatically accessing a specific CP register bank depending on
1005  * the current secure state of the system.  These macros are not intended for
1006  * supporting instruction translation reads/writes as these are dependent
1007  * solely on the SCR.NS bit and not the mode.
1008  */
1009 #define A32_BANKED_CURRENT_REG_GET(_env, _regname)        \
1010     A32_BANKED_REG_GET((_env), _regname,                \
1011                        ((!arm_el_is_aa64((_env), 3) && arm_is_secure(_env))))
1012
1013 #define A32_BANKED_CURRENT_REG_SET(_env, _regname, _val)                       \
1014     A32_BANKED_REG_SET((_env), _regname,                                    \
1015                        ((!arm_el_is_aa64((_env), 3) && arm_is_secure(_env))),  \
1016                        (_val))
1017
1018 void arm_cpu_list(FILE *f, fprintf_function cpu_fprintf);
1019 uint32_t arm_phys_excp_target_el(CPUState *cs, uint32_t excp_idx,
1020                                  uint32_t cur_el, bool secure);
1021
1022 /* Interface between CPU and Interrupt controller.  */
1023 void armv7m_nvic_set_pending(void *opaque, int irq);
1024 int armv7m_nvic_acknowledge_irq(void *opaque);
1025 void armv7m_nvic_complete_irq(void *opaque, int irq);
1026
1027 /* Interface for defining coprocessor registers.
1028  * Registers are defined in tables of arm_cp_reginfo structs
1029  * which are passed to define_arm_cp_regs().
1030  */
1031
1032 /* When looking up a coprocessor register we look for it
1033  * via an integer which encodes all of:
1034  *  coprocessor number
1035  *  Crn, Crm, opc1, opc2 fields
1036  *  32 or 64 bit register (ie is it accessed via MRC/MCR
1037  *    or via MRRC/MCRR?)
1038  *  non-secure/secure bank (AArch32 only)
1039  * We allow 4 bits for opc1 because MRRC/MCRR have a 4 bit field.
1040  * (In this case crn and opc2 should be zero.)
1041  * For AArch64, there is no 32/64 bit size distinction;
1042  * instead all registers have a 2 bit op0, 3 bit op1 and op2,
1043  * and 4 bit CRn and CRm. The encoding patterns are chosen
1044  * to be easy to convert to and from the KVM encodings, and also
1045  * so that the hashtable can contain both AArch32 and AArch64
1046  * registers (to allow for interprocessing where we might run
1047  * 32 bit code on a 64 bit core).
1048  */
1049 /* This bit is private to our hashtable cpreg; in KVM register
1050  * IDs the AArch64/32 distinction is the KVM_REG_ARM/ARM64
1051  * in the upper bits of the 64 bit ID.
1052  */
1053 #define CP_REG_AA64_SHIFT 28
1054 #define CP_REG_AA64_MASK (1 << CP_REG_AA64_SHIFT)
1055
1056 /* To enable banking of coprocessor registers depending on ns-bit we
1057  * add a bit to distinguish between secure and non-secure cpregs in the
1058  * hashtable.
1059  */
1060 #define CP_REG_NS_SHIFT 29
1061 #define CP_REG_NS_MASK (1 << CP_REG_NS_SHIFT)
1062
1063 #define ENCODE_CP_REG(cp, is64, ns, crn, crm, opc1, opc2)   \
1064     ((ns) << CP_REG_NS_SHIFT | ((cp) << 16) | ((is64) << 15) |   \
1065      ((crn) << 11) | ((crm) << 7) | ((opc1) << 3) | (opc2))
1066
1067 #define ENCODE_AA64_CP_REG(cp, crn, crm, op0, op1, op2) \
1068     (CP_REG_AA64_MASK |                                 \
1069      ((cp) << CP_REG_ARM_COPROC_SHIFT) |                \
1070      ((op0) << CP_REG_ARM64_SYSREG_OP0_SHIFT) |         \
1071      ((op1) << CP_REG_ARM64_SYSREG_OP1_SHIFT) |         \
1072      ((crn) << CP_REG_ARM64_SYSREG_CRN_SHIFT) |         \
1073      ((crm) << CP_REG_ARM64_SYSREG_CRM_SHIFT) |         \
1074      ((op2) << CP_REG_ARM64_SYSREG_OP2_SHIFT))
1075
1076 /* Convert a full 64 bit KVM register ID to the truncated 32 bit
1077  * version used as a key for the coprocessor register hashtable
1078  */
1079 static inline uint32_t kvm_to_cpreg_id(uint64_t kvmid)
1080 {
1081     uint32_t cpregid = kvmid;
1082     if ((kvmid & CP_REG_ARCH_MASK) == CP_REG_ARM64) {
1083         cpregid |= CP_REG_AA64_MASK;
1084     } else {
1085         if ((kvmid & CP_REG_SIZE_MASK) == CP_REG_SIZE_U64) {
1086             cpregid |= (1 << 15);
1087         }
1088
1089         /* KVM is always non-secure so add the NS flag on AArch32 register
1090          * entries.
1091          */
1092          cpregid |= 1 << CP_REG_NS_SHIFT;
1093     }
1094     return cpregid;
1095 }
1096
1097 /* Convert a truncated 32 bit hashtable key into the full
1098  * 64 bit KVM register ID.
1099  */
1100 static inline uint64_t cpreg_to_kvm_id(uint32_t cpregid)
1101 {
1102     uint64_t kvmid;
1103
1104     if (cpregid & CP_REG_AA64_MASK) {
1105         kvmid = cpregid & ~CP_REG_AA64_MASK;
1106         kvmid |= CP_REG_SIZE_U64 | CP_REG_ARM64;
1107     } else {
1108         kvmid = cpregid & ~(1 << 15);
1109         if (cpregid & (1 << 15)) {
1110             kvmid |= CP_REG_SIZE_U64 | CP_REG_ARM;
1111         } else {
1112             kvmid |= CP_REG_SIZE_U32 | CP_REG_ARM;
1113         }
1114     }
1115     return kvmid;
1116 }
1117
1118 /* ARMCPRegInfo type field bits. If the SPECIAL bit is set this is a
1119  * special-behaviour cp reg and bits [15..8] indicate what behaviour
1120  * it has. Otherwise it is a simple cp reg, where CONST indicates that
1121  * TCG can assume the value to be constant (ie load at translate time)
1122  * and 64BIT indicates a 64 bit wide coprocessor register. SUPPRESS_TB_END
1123  * indicates that the TB should not be ended after a write to this register
1124  * (the default is that the TB ends after cp writes). OVERRIDE permits
1125  * a register definition to override a previous definition for the
1126  * same (cp, is64, crn, crm, opc1, opc2) tuple: either the new or the
1127  * old must have the OVERRIDE bit set.
1128  * ALIAS indicates that this register is an alias view of some underlying
1129  * state which is also visible via another register, and that the other
1130  * register is handling migration and reset; registers marked ALIAS will not be
1131  * migrated but may have their state set by syncing of register state from KVM.
1132  * NO_RAW indicates that this register has no underlying state and does not
1133  * support raw access for state saving/loading; it will not be used for either
1134  * migration or KVM state synchronization. (Typically this is for "registers"
1135  * which are actually used as instructions for cache maintenance and so on.)
1136  * IO indicates that this register does I/O and therefore its accesses
1137  * need to be surrounded by gen_io_start()/gen_io_end(). In particular,
1138  * registers which implement clocks or timers require this.
1139  */
1140 #define ARM_CP_SPECIAL 1
1141 #define ARM_CP_CONST 2
1142 #define ARM_CP_64BIT 4
1143 #define ARM_CP_SUPPRESS_TB_END 8
1144 #define ARM_CP_OVERRIDE 16
1145 #define ARM_CP_ALIAS 32
1146 #define ARM_CP_IO 64
1147 #define ARM_CP_NO_RAW 128
1148 #define ARM_CP_NOP (ARM_CP_SPECIAL | (1 << 8))
1149 #define ARM_CP_WFI (ARM_CP_SPECIAL | (2 << 8))
1150 #define ARM_CP_NZCV (ARM_CP_SPECIAL | (3 << 8))
1151 #define ARM_CP_CURRENTEL (ARM_CP_SPECIAL | (4 << 8))
1152 #define ARM_CP_DC_ZVA (ARM_CP_SPECIAL | (5 << 8))
1153 #define ARM_LAST_SPECIAL ARM_CP_DC_ZVA
1154 /* Used only as a terminator for ARMCPRegInfo lists */
1155 #define ARM_CP_SENTINEL 0xffff
1156 /* Mask of only the flag bits in a type field */
1157 #define ARM_CP_FLAG_MASK 0xff
1158
1159 /* Valid values for ARMCPRegInfo state field, indicating which of
1160  * the AArch32 and AArch64 execution states this register is visible in.
1161  * If the reginfo doesn't explicitly specify then it is AArch32 only.
1162  * If the reginfo is declared to be visible in both states then a second
1163  * reginfo is synthesised for the AArch32 view of the AArch64 register,
1164  * such that the AArch32 view is the lower 32 bits of the AArch64 one.
1165  * Note that we rely on the values of these enums as we iterate through
1166  * the various states in some places.
1167  */
1168 enum {
1169     ARM_CP_STATE_AA32 = 0,
1170     ARM_CP_STATE_AA64 = 1,
1171     ARM_CP_STATE_BOTH = 2,
1172 };
1173
1174 /* ARM CP register secure state flags.  These flags identify security state
1175  * attributes for a given CP register entry.
1176  * The existence of both or neither secure and non-secure flags indicates that
1177  * the register has both a secure and non-secure hash entry.  A single one of
1178  * these flags causes the register to only be hashed for the specified
1179  * security state.
1180  * Although definitions may have any combination of the S/NS bits, each
1181  * registered entry will only have one to identify whether the entry is secure
1182  * or non-secure.
1183  */
1184 enum {
1185     ARM_CP_SECSTATE_S =   (1 << 0), /* bit[0]: Secure state register */
1186     ARM_CP_SECSTATE_NS =  (1 << 1), /* bit[1]: Non-secure state register */
1187 };
1188
1189 /* Return true if cptype is a valid type field. This is used to try to
1190  * catch errors where the sentinel has been accidentally left off the end
1191  * of a list of registers.
1192  */
1193 static inline bool cptype_valid(int cptype)
1194 {
1195     return ((cptype & ~ARM_CP_FLAG_MASK) == 0)
1196         || ((cptype & ARM_CP_SPECIAL) &&
1197             ((cptype & ~ARM_CP_FLAG_MASK) <= ARM_LAST_SPECIAL));
1198 }
1199
1200 /* Access rights:
1201  * We define bits for Read and Write access for what rev C of the v7-AR ARM ARM
1202  * defines as PL0 (user), PL1 (fiq/irq/svc/abt/und/sys, ie privileged), and
1203  * PL2 (hyp). The other level which has Read and Write bits is Secure PL1
1204  * (ie any of the privileged modes in Secure state, or Monitor mode).
1205  * If a register is accessible in one privilege level it's always accessible
1206  * in higher privilege levels too. Since "Secure PL1" also follows this rule
1207  * (ie anything visible in PL2 is visible in S-PL1, some things are only
1208  * visible in S-PL1) but "Secure PL1" is a bit of a mouthful, we bend the
1209  * terminology a little and call this PL3.
1210  * In AArch64 things are somewhat simpler as the PLx bits line up exactly
1211  * with the ELx exception levels.
1212  *
1213  * If access permissions for a register are more complex than can be
1214  * described with these bits, then use a laxer set of restrictions, and
1215  * do the more restrictive/complex check inside a helper function.
1216  */
1217 #define PL3_R 0x80
1218 #define PL3_W 0x40
1219 #define PL2_R (0x20 | PL3_R)
1220 #define PL2_W (0x10 | PL3_W)
1221 #define PL1_R (0x08 | PL2_R)
1222 #define PL1_W (0x04 | PL2_W)
1223 #define PL0_R (0x02 | PL1_R)
1224 #define PL0_W (0x01 | PL1_W)
1225
1226 #define PL3_RW (PL3_R | PL3_W)
1227 #define PL2_RW (PL2_R | PL2_W)
1228 #define PL1_RW (PL1_R | PL1_W)
1229 #define PL0_RW (PL0_R | PL0_W)
1230
1231 /* Return the current Exception Level (as per ARMv8; note that this differs
1232  * from the ARMv7 Privilege Level).
1233  */
1234 static inline int arm_current_el(CPUARMState *env)
1235 {
1236     if (arm_feature(env, ARM_FEATURE_M)) {
1237         return !((env->v7m.exception == 0) && (env->v7m.control & 1));
1238     }
1239
1240     if (is_a64(env)) {
1241         return extract32(env->pstate, 2, 2);
1242     }
1243
1244     switch (env->uncached_cpsr & 0x1f) {
1245     case ARM_CPU_MODE_USR:
1246         return 0;
1247     case ARM_CPU_MODE_HYP:
1248         return 2;
1249     case ARM_CPU_MODE_MON:
1250         return 3;
1251     default:
1252         if (arm_is_secure(env) && !arm_el_is_aa64(env, 3)) {
1253             /* If EL3 is 32-bit then all secure privileged modes run in
1254              * EL3
1255              */
1256             return 3;
1257         }
1258
1259         return 1;
1260     }
1261 }
1262
1263 typedef struct ARMCPRegInfo ARMCPRegInfo;
1264
1265 typedef enum CPAccessResult {
1266     /* Access is permitted */
1267     CP_ACCESS_OK = 0,
1268     /* Access fails due to a configurable trap or enable which would
1269      * result in a categorized exception syndrome giving information about
1270      * the failing instruction (ie syndrome category 0x3, 0x4, 0x5, 0x6,
1271      * 0xc or 0x18). The exception is taken to the usual target EL (EL1 or
1272      * PL1 if in EL0, otherwise to the current EL).
1273      */
1274     CP_ACCESS_TRAP = 1,
1275     /* Access fails and results in an exception syndrome 0x0 ("uncategorized").
1276      * Note that this is not a catch-all case -- the set of cases which may
1277      * result in this failure is specifically defined by the architecture.
1278      */
1279     CP_ACCESS_TRAP_UNCATEGORIZED = 2,
1280     /* As CP_ACCESS_TRAP, but for traps directly to EL2 or EL3 */
1281     CP_ACCESS_TRAP_EL2 = 3,
1282     CP_ACCESS_TRAP_EL3 = 4,
1283 } CPAccessResult;
1284
1285 /* Access functions for coprocessor registers. These cannot fail and
1286  * may not raise exceptions.
1287  */
1288 typedef uint64_t CPReadFn(CPUARMState *env, const ARMCPRegInfo *opaque);
1289 typedef void CPWriteFn(CPUARMState *env, const ARMCPRegInfo *opaque,
1290                        uint64_t value);
1291 /* Access permission check functions for coprocessor registers. */
1292 typedef CPAccessResult CPAccessFn(CPUARMState *env, const ARMCPRegInfo *opaque);
1293 /* Hook function for register reset */
1294 typedef void CPResetFn(CPUARMState *env, const ARMCPRegInfo *opaque);
1295
1296 #define CP_ANY 0xff
1297
1298 /* Definition of an ARM coprocessor register */
1299 struct ARMCPRegInfo {
1300     /* Name of register (useful mainly for debugging, need not be unique) */
1301     const char *name;
1302     /* Location of register: coprocessor number and (crn,crm,opc1,opc2)
1303      * tuple. Any of crm, opc1 and opc2 may be CP_ANY to indicate a
1304      * 'wildcard' field -- any value of that field in the MRC/MCR insn
1305      * will be decoded to this register. The register read and write
1306      * callbacks will be passed an ARMCPRegInfo with the crn/crm/opc1/opc2
1307      * used by the program, so it is possible to register a wildcard and
1308      * then behave differently on read/write if necessary.
1309      * For 64 bit registers, only crm and opc1 are relevant; crn and opc2
1310      * must both be zero.
1311      * For AArch64-visible registers, opc0 is also used.
1312      * Since there are no "coprocessors" in AArch64, cp is purely used as a
1313      * way to distinguish (for KVM's benefit) guest-visible system registers
1314      * from demuxed ones provided to preserve the "no side effects on
1315      * KVM register read/write from QEMU" semantics. cp==0x13 is guest
1316      * visible (to match KVM's encoding); cp==0 will be converted to
1317      * cp==0x13 when the ARMCPRegInfo is registered, for convenience.
1318      */
1319     uint8_t cp;
1320     uint8_t crn;
1321     uint8_t crm;
1322     uint8_t opc0;
1323     uint8_t opc1;
1324     uint8_t opc2;
1325     /* Execution state in which this register is visible: ARM_CP_STATE_* */
1326     int state;
1327     /* Register type: ARM_CP_* bits/values */
1328     int type;
1329     /* Access rights: PL*_[RW] */
1330     int access;
1331     /* Security state: ARM_CP_SECSTATE_* bits/values */
1332     int secure;
1333     /* The opaque pointer passed to define_arm_cp_regs_with_opaque() when
1334      * this register was defined: can be used to hand data through to the
1335      * register read/write functions, since they are passed the ARMCPRegInfo*.
1336      */
1337     void *opaque;
1338     /* Value of this register, if it is ARM_CP_CONST. Otherwise, if
1339      * fieldoffset is non-zero, the reset value of the register.
1340      */
1341     uint64_t resetvalue;
1342     /* Offset of the field in CPUARMState for this register.
1343      *
1344      * This is not needed if either:
1345      *  1. type is ARM_CP_CONST or one of the ARM_CP_SPECIALs
1346      *  2. both readfn and writefn are specified
1347      */
1348     ptrdiff_t fieldoffset; /* offsetof(CPUARMState, field) */
1349
1350     /* Offsets of the secure and non-secure fields in CPUARMState for the
1351      * register if it is banked.  These fields are only used during the static
1352      * registration of a register.  During hashing the bank associated
1353      * with a given security state is copied to fieldoffset which is used from
1354      * there on out.
1355      *
1356      * It is expected that register definitions use either fieldoffset or
1357      * bank_fieldoffsets in the definition but not both.  It is also expected
1358      * that both bank offsets are set when defining a banked register.  This
1359      * use indicates that a register is banked.
1360      */
1361     ptrdiff_t bank_fieldoffsets[2];
1362
1363     /* Function for making any access checks for this register in addition to
1364      * those specified by the 'access' permissions bits. If NULL, no extra
1365      * checks required. The access check is performed at runtime, not at
1366      * translate time.
1367      */
1368     CPAccessFn *accessfn;
1369     /* Function for handling reads of this register. If NULL, then reads
1370      * will be done by loading from the offset into CPUARMState specified
1371      * by fieldoffset.
1372      */
1373     CPReadFn *readfn;
1374     /* Function for handling writes of this register. If NULL, then writes
1375      * will be done by writing to the offset into CPUARMState specified
1376      * by fieldoffset.
1377      */
1378     CPWriteFn *writefn;
1379     /* Function for doing a "raw" read; used when we need to copy
1380      * coprocessor state to the kernel for KVM or out for
1381      * migration. This only needs to be provided if there is also a
1382      * readfn and it has side effects (for instance clear-on-read bits).
1383      */
1384     CPReadFn *raw_readfn;
1385     /* Function for doing a "raw" write; used when we need to copy KVM
1386      * kernel coprocessor state into userspace, or for inbound
1387      * migration. This only needs to be provided if there is also a
1388      * writefn and it masks out "unwritable" bits or has write-one-to-clear
1389      * or similar behaviour.
1390      */
1391     CPWriteFn *raw_writefn;
1392     /* Function for resetting the register. If NULL, then reset will be done
1393      * by writing resetvalue to the field specified in fieldoffset. If
1394      * fieldoffset is 0 then no reset will be done.
1395      */
1396     CPResetFn *resetfn;
1397 };
1398
1399 /* Macros which are lvalues for the field in CPUARMState for the
1400  * ARMCPRegInfo *ri.
1401  */
1402 #define CPREG_FIELD32(env, ri) \
1403     (*(uint32_t *)((char *)(env) + (ri)->fieldoffset))
1404 #define CPREG_FIELD64(env, ri) \
1405     (*(uint64_t *)((char *)(env) + (ri)->fieldoffset))
1406
1407 #define REGINFO_SENTINEL { .type = ARM_CP_SENTINEL }
1408
1409 void define_arm_cp_regs_with_opaque(ARMCPU *cpu,
1410                                     const ARMCPRegInfo *regs, void *opaque);
1411 void define_one_arm_cp_reg_with_opaque(ARMCPU *cpu,
1412                                        const ARMCPRegInfo *regs, void *opaque);
1413 static inline void define_arm_cp_regs(ARMCPU *cpu, const ARMCPRegInfo *regs)
1414 {
1415     define_arm_cp_regs_with_opaque(cpu, regs, 0);
1416 }
1417 static inline void define_one_arm_cp_reg(ARMCPU *cpu, const ARMCPRegInfo *regs)
1418 {
1419     define_one_arm_cp_reg_with_opaque(cpu, regs, 0);
1420 }
1421 const ARMCPRegInfo *get_arm_cp_reginfo(GHashTable *cpregs, uint32_t encoded_cp);
1422
1423 /* CPWriteFn that can be used to implement writes-ignored behaviour */
1424 void arm_cp_write_ignore(CPUARMState *env, const ARMCPRegInfo *ri,
1425                          uint64_t value);
1426 /* CPReadFn that can be used for read-as-zero behaviour */
1427 uint64_t arm_cp_read_zero(CPUARMState *env, const ARMCPRegInfo *ri);
1428
1429 /* CPResetFn that does nothing, for use if no reset is required even
1430  * if fieldoffset is non zero.
1431  */
1432 void arm_cp_reset_ignore(CPUARMState *env, const ARMCPRegInfo *opaque);
1433
1434 /* Return true if this reginfo struct's field in the cpu state struct
1435  * is 64 bits wide.
1436  */
1437 static inline bool cpreg_field_is_64bit(const ARMCPRegInfo *ri)
1438 {
1439     return (ri->state == ARM_CP_STATE_AA64) || (ri->type & ARM_CP_64BIT);
1440 }
1441
1442 static inline bool cp_access_ok(int current_el,
1443                                 const ARMCPRegInfo *ri, int isread)
1444 {
1445     return (ri->access >> ((current_el * 2) + isread)) & 1;
1446 }
1447
1448 /**
1449  * write_list_to_cpustate
1450  * @cpu: ARMCPU
1451  *
1452  * For each register listed in the ARMCPU cpreg_indexes list, write
1453  * its value from the cpreg_values list into the ARMCPUState structure.
1454  * This updates TCG's working data structures from KVM data or
1455  * from incoming migration state.
1456  *
1457  * Returns: true if all register values were updated correctly,
1458  * false if some register was unknown or could not be written.
1459  * Note that we do not stop early on failure -- we will attempt
1460  * writing all registers in the list.
1461  */
1462 bool write_list_to_cpustate(ARMCPU *cpu);
1463
1464 /**
1465  * write_cpustate_to_list:
1466  * @cpu: ARMCPU
1467  *
1468  * For each register listed in the ARMCPU cpreg_indexes list, write
1469  * its value from the ARMCPUState structure into the cpreg_values list.
1470  * This is used to copy info from TCG's working data structures into
1471  * KVM or for outbound migration.
1472  *
1473  * Returns: true if all register values were read correctly,
1474  * false if some register was unknown or could not be read.
1475  * Note that we do not stop early on failure -- we will attempt
1476  * reading all registers in the list.
1477  */
1478 bool write_cpustate_to_list(ARMCPU *cpu);
1479
1480 /* Does the core conform to the the "MicroController" profile. e.g. Cortex-M3.
1481    Note the M in older cores (eg. ARM7TDMI) stands for Multiply. These are
1482    conventional cores (ie. Application or Realtime profile).  */
1483
1484 #define IS_M(env) arm_feature(env, ARM_FEATURE_M)
1485
1486 #define ARM_CPUID_TI915T      0x54029152
1487 #define ARM_CPUID_TI925T      0x54029252
1488
1489 #if defined(CONFIG_USER_ONLY)
1490 #define TARGET_PAGE_BITS 12
1491 #else
1492 /* The ARM MMU allows 1k pages.  */
1493 /* ??? Linux doesn't actually use these, and they're deprecated in recent
1494    architecture revisions.  Maybe a configure option to disable them.  */
1495 #define TARGET_PAGE_BITS 10
1496 #endif
1497
1498 #if defined(TARGET_AARCH64)
1499 #  define TARGET_PHYS_ADDR_SPACE_BITS 48
1500 #  define TARGET_VIRT_ADDR_SPACE_BITS 64
1501 #else
1502 #  define TARGET_PHYS_ADDR_SPACE_BITS 40
1503 #  define TARGET_VIRT_ADDR_SPACE_BITS 32
1504 #endif
1505
1506 static inline bool arm_excp_unmasked(CPUState *cs, unsigned int excp_idx,
1507                                      unsigned int target_el)
1508 {
1509     CPUARMState *env = cs->env_ptr;
1510     unsigned int cur_el = arm_current_el(env);
1511     bool secure = arm_is_secure(env);
1512     uint32_t scr;
1513     uint32_t hcr;
1514     bool pstate_unmasked;
1515     int8_t unmasked = 0;
1516
1517     /* Don't take exceptions if they target a lower EL.
1518      * This check should catch any exceptions that would not be taken but left
1519      * pending.
1520      */
1521     if (cur_el > target_el) {
1522         return false;
1523     }
1524
1525     switch (excp_idx) {
1526     case EXCP_FIQ:
1527         /* If FIQs are routed to EL3 or EL2 then there are cases where we
1528          * override the CPSR.F in determining if the exception is masked or
1529          * not.  If neither of these are set then we fall back to the CPSR.F
1530          * setting otherwise we further assess the state below.
1531          */
1532         hcr = (env->cp15.hcr_el2 & HCR_FMO);
1533         scr = (env->cp15.scr_el3 & SCR_FIQ);
1534
1535         /* When EL3 is 32-bit, the SCR.FW bit controls whether the CPSR.F bit
1536          * masks FIQ interrupts when taken in non-secure state.  If SCR.FW is
1537          * set then FIQs can be masked by CPSR.F when non-secure but only
1538          * when FIQs are only routed to EL3.
1539          */
1540         scr &= !((env->cp15.scr_el3 & SCR_FW) && !hcr);
1541         pstate_unmasked = !(env->daif & PSTATE_F);
1542         break;
1543
1544     case EXCP_IRQ:
1545         /* When EL3 execution state is 32-bit, if HCR.IMO is set then we may
1546          * override the CPSR.I masking when in non-secure state.  The SCR.IRQ
1547          * setting has already been taken into consideration when setting the
1548          * target EL, so it does not have a further affect here.
1549          */
1550         hcr = (env->cp15.hcr_el2 & HCR_IMO);
1551         scr = false;
1552         pstate_unmasked = !(env->daif & PSTATE_I);
1553         break;
1554
1555     case EXCP_VFIQ:
1556         if (secure || !(env->cp15.hcr_el2 & HCR_FMO)) {
1557             /* VFIQs are only taken when hypervized and non-secure.  */
1558             return false;
1559         }
1560         return !(env->daif & PSTATE_F);
1561     case EXCP_VIRQ:
1562         if (secure || !(env->cp15.hcr_el2 & HCR_IMO)) {
1563             /* VIRQs are only taken when hypervized and non-secure.  */
1564             return false;
1565         }
1566         return !(env->daif & PSTATE_I);
1567     default:
1568         g_assert_not_reached();
1569     }
1570
1571     /* Use the target EL, current execution state and SCR/HCR settings to
1572      * determine whether the corresponding CPSR bit is used to mask the
1573      * interrupt.
1574      */
1575     if ((target_el > cur_el) && (target_el != 1)) {
1576         if (arm_el_is_aa64(env, 3) || ((scr || hcr) && (!secure))) {
1577             unmasked = 1;
1578         }
1579     }
1580
1581     /* The PSTATE bits only mask the interrupt if we have not overriden the
1582      * ability above.
1583      */
1584     return unmasked || pstate_unmasked;
1585 }
1586
1587 #define cpu_init(cpu_model) CPU(cpu_arm_init(cpu_model))
1588
1589 #define cpu_exec cpu_arm_exec
1590 #define cpu_gen_code cpu_arm_gen_code
1591 #define cpu_signal_handler cpu_arm_signal_handler
1592 #define cpu_list arm_cpu_list
1593
1594 /* ARM has the following "translation regimes" (as the ARM ARM calls them):
1595  *
1596  * If EL3 is 64-bit:
1597  *  + NonSecure EL1 & 0 stage 1
1598  *  + NonSecure EL1 & 0 stage 2
1599  *  + NonSecure EL2
1600  *  + Secure EL1 & EL0
1601  *  + Secure EL3
1602  * If EL3 is 32-bit:
1603  *  + NonSecure PL1 & 0 stage 1
1604  *  + NonSecure PL1 & 0 stage 2
1605  *  + NonSecure PL2
1606  *  + Secure PL0 & PL1
1607  * (reminder: for 32 bit EL3, Secure PL1 is *EL3*, not EL1.)
1608  *
1609  * For QEMU, an mmu_idx is not quite the same as a translation regime because:
1610  *  1. we need to split the "EL1 & 0" regimes into two mmu_idxes, because they
1611  *     may differ in access permissions even if the VA->PA map is the same
1612  *  2. we want to cache in our TLB the full VA->IPA->PA lookup for a stage 1+2
1613  *     translation, which means that we have one mmu_idx that deals with two
1614  *     concatenated translation regimes [this sort of combined s1+2 TLB is
1615  *     architecturally permitted]
1616  *  3. we don't need to allocate an mmu_idx to translations that we won't be
1617  *     handling via the TLB. The only way to do a stage 1 translation without
1618  *     the immediate stage 2 translation is via the ATS or AT system insns,
1619  *     which can be slow-pathed and always do a page table walk.
1620  *  4. we can also safely fold together the "32 bit EL3" and "64 bit EL3"
1621  *     translation regimes, because they map reasonably well to each other
1622  *     and they can't both be active at the same time.
1623  * This gives us the following list of mmu_idx values:
1624  *
1625  * NS EL0 (aka NS PL0) stage 1+2
1626  * NS EL1 (aka NS PL1) stage 1+2
1627  * NS EL2 (aka NS PL2)
1628  * S EL3 (aka S PL1)
1629  * S EL0 (aka S PL0)
1630  * S EL1 (not used if EL3 is 32 bit)
1631  * NS EL0+1 stage 2
1632  *
1633  * (The last of these is an mmu_idx because we want to be able to use the TLB
1634  * for the accesses done as part of a stage 1 page table walk, rather than
1635  * having to walk the stage 2 page table over and over.)
1636  *
1637  * Our enumeration includes at the end some entries which are not "true"
1638  * mmu_idx values in that they don't have corresponding TLBs and are only
1639  * valid for doing slow path page table walks.
1640  *
1641  * The constant names here are patterned after the general style of the names
1642  * of the AT/ATS operations.
1643  * The values used are carefully arranged to make mmu_idx => EL lookup easy.
1644  */
1645 typedef enum ARMMMUIdx {
1646     ARMMMUIdx_S12NSE0 = 0,
1647     ARMMMUIdx_S12NSE1 = 1,
1648     ARMMMUIdx_S1E2 = 2,
1649     ARMMMUIdx_S1E3 = 3,
1650     ARMMMUIdx_S1SE0 = 4,
1651     ARMMMUIdx_S1SE1 = 5,
1652     ARMMMUIdx_S2NS = 6,
1653     /* Indexes below here don't have TLBs and are used only for AT system
1654      * instructions or for the first stage of an S12 page table walk.
1655      */
1656     ARMMMUIdx_S1NSE0 = 7,
1657     ARMMMUIdx_S1NSE1 = 8,
1658 } ARMMMUIdx;
1659
1660 #define MMU_USER_IDX 0
1661
1662 /* Return the exception level we're running at if this is our mmu_idx */
1663 static inline int arm_mmu_idx_to_el(ARMMMUIdx mmu_idx)
1664 {
1665     assert(mmu_idx < ARMMMUIdx_S2NS);
1666     return mmu_idx & 3;
1667 }
1668
1669 /* Determine the current mmu_idx to use for normal loads/stores */
1670 static inline int cpu_mmu_index(CPUARMState *env)
1671 {
1672     int el = arm_current_el(env);
1673
1674     if (el < 2 && arm_is_secure_below_el3(env)) {
1675         return ARMMMUIdx_S1SE0 + el;
1676     }
1677     return el;
1678 }
1679
1680 /* Return the Exception Level targeted by debug exceptions;
1681  * currently always EL1 since we don't implement EL2 or EL3.
1682  */
1683 static inline int arm_debug_target_el(CPUARMState *env)
1684 {
1685     return 1;
1686 }
1687
1688 static inline bool aa64_generate_debug_exceptions(CPUARMState *env)
1689 {
1690     if (arm_current_el(env) == arm_debug_target_el(env)) {
1691         if ((extract32(env->cp15.mdscr_el1, 13, 1) == 0)
1692             || (env->daif & PSTATE_D)) {
1693             return false;
1694         }
1695     }
1696     return true;
1697 }
1698
1699 static inline bool aa32_generate_debug_exceptions(CPUARMState *env)
1700 {
1701     if (arm_current_el(env) == 0 && arm_el_is_aa64(env, 1)) {
1702         return aa64_generate_debug_exceptions(env);
1703     }
1704     return arm_current_el(env) != 2;
1705 }
1706
1707 /* Return true if debugging exceptions are currently enabled.
1708  * This corresponds to what in ARM ARM pseudocode would be
1709  *    if UsingAArch32() then
1710  *        return AArch32.GenerateDebugExceptions()
1711  *    else
1712  *        return AArch64.GenerateDebugExceptions()
1713  * We choose to push the if() down into this function for clarity,
1714  * since the pseudocode has it at all callsites except for the one in
1715  * CheckSoftwareStep(), where it is elided because both branches would
1716  * always return the same value.
1717  *
1718  * Parts of the pseudocode relating to EL2 and EL3 are omitted because we
1719  * don't yet implement those exception levels or their associated trap bits.
1720  */
1721 static inline bool arm_generate_debug_exceptions(CPUARMState *env)
1722 {
1723     if (env->aarch64) {
1724         return aa64_generate_debug_exceptions(env);
1725     } else {
1726         return aa32_generate_debug_exceptions(env);
1727     }
1728 }
1729
1730 /* Is single-stepping active? (Note that the "is EL_D AArch64?" check
1731  * implicitly means this always returns false in pre-v8 CPUs.)
1732  */
1733 static inline bool arm_singlestep_active(CPUARMState *env)
1734 {
1735     return extract32(env->cp15.mdscr_el1, 0, 1)
1736         && arm_el_is_aa64(env, arm_debug_target_el(env))
1737         && arm_generate_debug_exceptions(env);
1738 }
1739
1740 #include "exec/cpu-all.h"
1741
1742 /* Bit usage in the TB flags field: bit 31 indicates whether we are
1743  * in 32 or 64 bit mode. The meaning of the other bits depends on that.
1744  * We put flags which are shared between 32 and 64 bit mode at the top
1745  * of the word, and flags which apply to only one mode at the bottom.
1746  */
1747 #define ARM_TBFLAG_AARCH64_STATE_SHIFT 31
1748 #define ARM_TBFLAG_AARCH64_STATE_MASK  (1U << ARM_TBFLAG_AARCH64_STATE_SHIFT)
1749 #define ARM_TBFLAG_MMUIDX_SHIFT 28
1750 #define ARM_TBFLAG_MMUIDX_MASK (0x7 << ARM_TBFLAG_MMUIDX_SHIFT)
1751 #define ARM_TBFLAG_SS_ACTIVE_SHIFT 27
1752 #define ARM_TBFLAG_SS_ACTIVE_MASK (1 << ARM_TBFLAG_SS_ACTIVE_SHIFT)
1753 #define ARM_TBFLAG_PSTATE_SS_SHIFT 26
1754 #define ARM_TBFLAG_PSTATE_SS_MASK (1 << ARM_TBFLAG_PSTATE_SS_SHIFT)
1755 /* Target EL if we take a floating-point-disabled exception */
1756 #define ARM_TBFLAG_FPEXC_EL_SHIFT 24
1757 #define ARM_TBFLAG_FPEXC_EL_MASK (0x3 << ARM_TBFLAG_FPEXC_EL_SHIFT)
1758
1759 /* Bit usage when in AArch32 state: */
1760 #define ARM_TBFLAG_THUMB_SHIFT      0
1761 #define ARM_TBFLAG_THUMB_MASK       (1 << ARM_TBFLAG_THUMB_SHIFT)
1762 #define ARM_TBFLAG_VECLEN_SHIFT     1
1763 #define ARM_TBFLAG_VECLEN_MASK      (0x7 << ARM_TBFLAG_VECLEN_SHIFT)
1764 #define ARM_TBFLAG_VECSTRIDE_SHIFT  4
1765 #define ARM_TBFLAG_VECSTRIDE_MASK   (0x3 << ARM_TBFLAG_VECSTRIDE_SHIFT)
1766 #define ARM_TBFLAG_VFPEN_SHIFT      7
1767 #define ARM_TBFLAG_VFPEN_MASK       (1 << ARM_TBFLAG_VFPEN_SHIFT)
1768 #define ARM_TBFLAG_CONDEXEC_SHIFT   8
1769 #define ARM_TBFLAG_CONDEXEC_MASK    (0xff << ARM_TBFLAG_CONDEXEC_SHIFT)
1770 #define ARM_TBFLAG_BSWAP_CODE_SHIFT 16
1771 #define ARM_TBFLAG_BSWAP_CODE_MASK  (1 << ARM_TBFLAG_BSWAP_CODE_SHIFT)
1772 /* We store the bottom two bits of the CPAR as TB flags and handle
1773  * checks on the other bits at runtime
1774  */
1775 #define ARM_TBFLAG_XSCALE_CPAR_SHIFT 17
1776 #define ARM_TBFLAG_XSCALE_CPAR_MASK (3 << ARM_TBFLAG_XSCALE_CPAR_SHIFT)
1777 /* Indicates whether cp register reads and writes by guest code should access
1778  * the secure or nonsecure bank of banked registers; note that this is not
1779  * the same thing as the current security state of the processor!
1780  */
1781 #define ARM_TBFLAG_NS_SHIFT         19
1782 #define ARM_TBFLAG_NS_MASK          (1 << ARM_TBFLAG_NS_SHIFT)
1783
1784 /* Bit usage when in AArch64 state: currently we have no A64 specific bits */
1785
1786 /* some convenience accessor macros */
1787 #define ARM_TBFLAG_AARCH64_STATE(F) \
1788     (((F) & ARM_TBFLAG_AARCH64_STATE_MASK) >> ARM_TBFLAG_AARCH64_STATE_SHIFT)
1789 #define ARM_TBFLAG_MMUIDX(F) \
1790     (((F) & ARM_TBFLAG_MMUIDX_MASK) >> ARM_TBFLAG_MMUIDX_SHIFT)
1791 #define ARM_TBFLAG_SS_ACTIVE(F) \
1792     (((F) & ARM_TBFLAG_SS_ACTIVE_MASK) >> ARM_TBFLAG_SS_ACTIVE_SHIFT)
1793 #define ARM_TBFLAG_PSTATE_SS(F) \
1794     (((F) & ARM_TBFLAG_PSTATE_SS_MASK) >> ARM_TBFLAG_PSTATE_SS_SHIFT)
1795 #define ARM_TBFLAG_FPEXC_EL(F) \
1796     (((F) & ARM_TBFLAG_FPEXC_EL_MASK) >> ARM_TBFLAG_FPEXC_EL_SHIFT)
1797 #define ARM_TBFLAG_THUMB(F) \
1798     (((F) & ARM_TBFLAG_THUMB_MASK) >> ARM_TBFLAG_THUMB_SHIFT)
1799 #define ARM_TBFLAG_VECLEN(F) \
1800     (((F) & ARM_TBFLAG_VECLEN_MASK) >> ARM_TBFLAG_VECLEN_SHIFT)
1801 #define ARM_TBFLAG_VECSTRIDE(F) \
1802     (((F) & ARM_TBFLAG_VECSTRIDE_MASK) >> ARM_TBFLAG_VECSTRIDE_SHIFT)
1803 #define ARM_TBFLAG_VFPEN(F) \
1804     (((F) & ARM_TBFLAG_VFPEN_MASK) >> ARM_TBFLAG_VFPEN_SHIFT)
1805 #define ARM_TBFLAG_CONDEXEC(F) \
1806     (((F) & ARM_TBFLAG_CONDEXEC_MASK) >> ARM_TBFLAG_CONDEXEC_SHIFT)
1807 #define ARM_TBFLAG_BSWAP_CODE(F) \
1808     (((F) & ARM_TBFLAG_BSWAP_CODE_MASK) >> ARM_TBFLAG_BSWAP_CODE_SHIFT)
1809 #define ARM_TBFLAG_XSCALE_CPAR(F) \
1810     (((F) & ARM_TBFLAG_XSCALE_CPAR_MASK) >> ARM_TBFLAG_XSCALE_CPAR_SHIFT)
1811 #define ARM_TBFLAG_NS(F) \
1812     (((F) & ARM_TBFLAG_NS_MASK) >> ARM_TBFLAG_NS_SHIFT)
1813
1814 /* Return the exception level to which FP-disabled exceptions should
1815  * be taken, or 0 if FP is enabled.
1816  */
1817 static inline int fp_exception_el(CPUARMState *env)
1818 {
1819     int fpen;
1820     int cur_el = arm_current_el(env);
1821
1822     /* CPACR and the CPTR registers don't exist before v6, so FP is
1823      * always accessible
1824      */
1825     if (!arm_feature(env, ARM_FEATURE_V6)) {
1826         return 0;
1827     }
1828
1829     /* The CPACR controls traps to EL1, or PL1 if we're 32 bit:
1830      * 0, 2 : trap EL0 and EL1/PL1 accesses
1831      * 1    : trap only EL0 accesses
1832      * 3    : trap no accesses
1833      */
1834     fpen = extract32(env->cp15.cpacr_el1, 20, 2);
1835     switch (fpen) {
1836     case 0:
1837     case 2:
1838         if (cur_el == 0 || cur_el == 1) {
1839             /* Trap to PL1, which might be EL1 or EL3 */
1840             if (arm_is_secure(env) && !arm_el_is_aa64(env, 3)) {
1841                 return 3;
1842             }
1843             return 1;
1844         }
1845         if (cur_el == 3 && !is_a64(env)) {
1846             /* Secure PL1 running at EL3 */
1847             return 3;
1848         }
1849         break;
1850     case 1:
1851         if (cur_el == 0) {
1852             return 1;
1853         }
1854         break;
1855     case 3:
1856         break;
1857     }
1858
1859     /* For the CPTR registers we don't need to guard with an ARM_FEATURE
1860      * check because zero bits in the registers mean "don't trap".
1861      */
1862
1863     /* CPTR_EL2 : present in v7VE or v8 */
1864     if (cur_el <= 2 && extract32(env->cp15.cptr_el[2], 10, 1)
1865         && !arm_is_secure_below_el3(env)) {
1866         /* Trap FP ops at EL2, NS-EL1 or NS-EL0 to EL2 */
1867         return 2;
1868     }
1869
1870     /* CPTR_EL3 : present in v8 */
1871     if (extract32(env->cp15.cptr_el[3], 10, 1)) {
1872         /* Trap all FP ops to EL3 */
1873         return 3;
1874     }
1875
1876     return 0;
1877 }
1878
1879 static inline void cpu_get_tb_cpu_state(CPUARMState *env, target_ulong *pc,
1880                                         target_ulong *cs_base, int *flags)
1881 {
1882     if (is_a64(env)) {
1883         *pc = env->pc;
1884         *flags = ARM_TBFLAG_AARCH64_STATE_MASK;
1885     } else {
1886         *pc = env->regs[15];
1887         *flags = (env->thumb << ARM_TBFLAG_THUMB_SHIFT)
1888             | (env->vfp.vec_len << ARM_TBFLAG_VECLEN_SHIFT)
1889             | (env->vfp.vec_stride << ARM_TBFLAG_VECSTRIDE_SHIFT)
1890             | (env->condexec_bits << ARM_TBFLAG_CONDEXEC_SHIFT)
1891             | (env->bswap_code << ARM_TBFLAG_BSWAP_CODE_SHIFT);
1892         if (!(access_secure_reg(env))) {
1893             *flags |= ARM_TBFLAG_NS_MASK;
1894         }
1895         if (env->vfp.xregs[ARM_VFP_FPEXC] & (1 << 30)
1896             || arm_el_is_aa64(env, 1)) {
1897             *flags |= ARM_TBFLAG_VFPEN_MASK;
1898         }
1899         *flags |= (extract32(env->cp15.c15_cpar, 0, 2)
1900                    << ARM_TBFLAG_XSCALE_CPAR_SHIFT);
1901     }
1902
1903     *flags |= (cpu_mmu_index(env) << ARM_TBFLAG_MMUIDX_SHIFT);
1904     /* The SS_ACTIVE and PSTATE_SS bits correspond to the state machine
1905      * states defined in the ARM ARM for software singlestep:
1906      *  SS_ACTIVE   PSTATE.SS   State
1907      *     0            x       Inactive (the TB flag for SS is always 0)
1908      *     1            0       Active-pending
1909      *     1            1       Active-not-pending
1910      */
1911     if (arm_singlestep_active(env)) {
1912         *flags |= ARM_TBFLAG_SS_ACTIVE_MASK;
1913         if (is_a64(env)) {
1914             if (env->pstate & PSTATE_SS) {
1915                 *flags |= ARM_TBFLAG_PSTATE_SS_MASK;
1916             }
1917         } else {
1918             if (env->uncached_cpsr & PSTATE_SS) {
1919                 *flags |= ARM_TBFLAG_PSTATE_SS_MASK;
1920             }
1921         }
1922     }
1923     *flags |= fp_exception_el(env) << ARM_TBFLAG_FPEXC_EL_SHIFT;
1924
1925     *cs_base = 0;
1926 }
1927
1928 #include "exec/exec-all.h"
1929
1930 enum {
1931     QEMU_PSCI_CONDUIT_DISABLED = 0,
1932     QEMU_PSCI_CONDUIT_SMC = 1,
1933     QEMU_PSCI_CONDUIT_HVC = 2,
1934 };
1935
1936 #endif