ISSのシステムレジスタ値を設定できるようにする

xv6の解析中に、システムレジスタの初期値によって割り込みを発生させたりさせなかったりする設定が間違っており、うまく動作していない点があった。そう考えてみると、今のISSにはシステムレジスタの初期値を設定できていないので、システムレジスタテーブルを利用して、自動的に生成してみるようにした。

システムレジスタテーブルの拡張により、初期化ルーチンを自動生成する。

現在の、MIPSのシステムレジスタアクセスのルーチンを生成するためのテーブルは、以下のようになっている。

#                        ['Number', 'Privilege', 'Name']
$sysreg_table[ 0] = Array[0x00, 'RW', 'Index',         Array[Array[31,31,'P','R'],
                                                             Array[ 4, 0,'Index','RW']]]
$sysreg_table[ 1] = Array[0x10, 'R' , 'Random',        Array[Array[ 4, 0,'Index','R']]]
$sysreg_table[ 2] = Array[0x20, 'RW', 'EntryLo0',      Array[Array[31,30,'Fill','R'],
                                                             Array[29, 6,'PFN','R'],
                                                             Array[ 5, 3,'C', 'RW'],
                                                             Array[ 2, 2,'D', 'RW'],
                                                             Array[ 1, 1,'V', 'RW'],
                                                             Array[ 0, 0,'G', 'RW']]]
$sysreg_table[ 3] = Array[0x30, 'RW', 'EntryLo1',      Array[Array[31,30,'Fill','R'],
                                                             Array[29, 6,'PFN','R'],
                                                             Array[ 5, 3,'C', 'RW'],
                                                             Array[ 2, 2,'D', 'RW'],
                                                             Array[ 1, 1,'V', 'RW'],
                                                             Array[ 0, 0,'G', 'RW']]]
$sysreg_table[ 4] = Array[0x40, 'RW', 'Context',       Array[Array[31,23,'PTEBase','RW'],
                                                             Array[22, 4,'BadVPN2','R']]]
$sysreg_table[ 5] = Array[0x41, 'RW', 'ContextConfig', Array[Array[31, 0,'VirtualIndex','RW']]]
$sysreg_table[ 6] = Array[0x42, 'RW', 'UserLocal',     Array[Array[31, 0,'UserInformation','RW']]]
$sysreg_table[ 7] = Array[0x50, 'RW', 'PageMask',      Array[Array[29,13,'Mask','RW'],
                                                             Array[12,11,'MaskX','RW']]]
...

システムレジスタのビットフィールドをそれぞれ記述し、名前とビット位置、書き込みの許可などを設定できるようにしている。これを以下のように拡張し、初期値を設定した。

#                        ['Number', 'Privilege', 'Name']
$sysreg_table[ 0] = Array[0x00, 'RW', 'Index',         Array[Array[31,31,'P',    'R',  0],
                                                             Array[ 4, 0,'Index','RW', 0]]]
$sysreg_table[ 1] = Array[0x10, 'R' , 'Random',        Array[Array[ 4, 0,'Index','R', 0]]]
$sysreg_table[ 2] = Array[0x20, 'RW', 'EntryLo0',      Array[Array[31,30,'Fill','R',  0],
                                                             Array[29, 6,'PFN', 'R',  0],
                                                             Array[ 5, 3,'C',   'RW', 0],
                                                             Array[ 2, 2,'D',   'RW', 0],
                                                             Array[ 1, 1,'V',   'RW', 0],
                                                             Array[ 0, 0,'G',   'RW', 0]]]
$sysreg_table[ 3] = Array[0x30, 'RW', 'EntryLo1',      Array[Array[31,30,'Fill','R' , 0],
                                                             Array[29, 6,'PFN', 'R' , 0],
                                                             Array[ 5, 3,'C',   'RW', 0],
                                                             Array[ 2, 2,'D',   'RW', 0],
                                                             Array[ 1, 1,'V',   'RW', 0],
                                                             Array[ 0, 0,'G',   'RW', 0]]]
$sysreg_table[ 4] = Array[0x40, 'RW', 'Context',       Array[Array[31,23,'PTEBase','RW', 0],
                                                             Array[22, 4,'BadVPN2','R' , 0]]]
$sysreg_table[ 5] = Array[0x41, 'RW', 'ContextConfig', Array[Array[31, 0,'VirtualIndex', 'RW', 0x007ffff0]]]
$sysreg_table[ 6] = Array[0x42, 'RW', 'UserLocal',     Array[Array[31, 0,'UserInformation','RW', 0]]]
...

github.com

このように各ビットフィールドの初期値を設定するようにした。これに伴い、システムレジスタの初期化ルーチンを以下のように作成する。

  sysreg_bitfields.each {|sysreg_bitfield|
    msb = sysreg_bitfield[SYSREG_BITFIELD::MAX]
    lsb = sysreg_bitfield[SYSREG_BITFIELD::MIN]
    bitwidth = msb - lsb + 1

    value = ((1 << bitwidth) - 1) && sysreg_bitfield[SYSREG_BITFIELD::INIT].to_i
    field = value << lsb

    init_val = init_val | field
  }
  sysreg_init_c_fp.printf("%08x;\n", init_val)

つまり、ビットフィールドを一つづつ取り出し、それぞれをシフトしてORを取ることで、システムレジスタの初期値を作り出すようにしている。これにより、mips_sysreg_init.cppは以下のように生成される。

void CsrEnv::MIPS_CSR_Init (void)
{
    m_csr_index.Index = 0x00000000;
    m_csr_random.Random = 0x00000000;
    m_csr_entrylo0.EntryLo0 = 0x00000000;
    m_csr_entrylo1.EntryLo1 = 0x00000000;
    m_csr_context.Context = 0x00000000;
    m_csr_contextconfig.VirtualIndex = 0x007ffff0;
    m_csr_userlocal.UserInformation = 0x00000000;
    m_csr_pagemask.PageMask = 0x00000000;
    m_csr_pagegrain.PageGrain = 0x00000000;
    m_csr_segctl0.SegCtl0 = 0x00000000;
    m_csr_segctl1.SegCtl1 = 0x00000000;
    m_csr_segctl2.SegCtl2 = 0x00000000;
    m_csr_pwbase.PWBase = 0x00000000;
    m_csr_pwfield.PWField = 0x00000000;
    m_csr_pwsize.PWSize = 0x00000000;
    m_csr_wired.Wired = 0x00000000;
    m_csr_pwctl.PWCtl = 0x00000000;
    m_csr_hwrena.HWRena = 0x00000000;
    m_csr_badvaddr.BadVAddr = 0x00000000;
    m_csr_badinstr.BadInstr = 0x00000000;
...