MIPSのシステムレジスタをISSに実装する(1)

という訳で、MIPSのシステムレジスタをISSに実装し始めた。といっても、中身は空っぽで、読み出しと書き込みの機構を接続する。

github.com

MIPSでは、MFC0/MTC0という命令を使ってシステムレジスタ(コプロセッサ0)にアクセスする。この機構は、RISC-VのCSRへのアクセスの機構をそのまま利用している。

void InstEnv::MIPS_INST_MFC0 (Word_t inst_hex)
{
    RegAddr_t rt_addr  = ExtractRTField (inst_hex);
    RegAddr_t rd_addr  = ExtractRDField (inst_hex);
    RegAddr_t sel_addr = ExtractBitField (inst_hex, 2, 0);

    Word_t csr_addr = ((rd_addr & 0x01FUL) << 4) | (0x07U & sel_addr);
    Word_t csr_val;

    if (m_env->CSRRead (csr_addr, &csr_val) == -1) {
        m_env->DebugPrint ("<Exception>\n");
        // m_env->GenerateException (Except_IllegalInst);
        return;
    }
    m_env->GRegWrite (rt_addr, csr_val);
}


void InstEnv::MIPS_INST_MTC0 (Word_t inst_hex)
{
    RegAddr_t rt_addr  = ExtractRTField (inst_hex);
    RegAddr_t rd_addr  = ExtractRDField (inst_hex);
    RegAddr_t sel_addr = ExtractBitField (inst_hex, 2, 0);

    Word_t csr_addr = ((rd_addr & 0x01FUL) << 4) | (0x07U & sel_addr);
    Word_t csr_val;
    m_env->GRegRead (rt_addr);

    if (m_env->CSRWrite (csr_addr, csr_val) == -1) {
        m_env->DebugPrint ("<Exception>\n");
        // m_env->GenerateException (Except_IllegalInst);
        return;
    }
}

CSRReadとCSRWriteによって、登録されたコプロセッサのレジスタにアクセスする機構を追加した。 これにより、xv6のスタートアップルーチンでも、コプロセッサにアクセスしている様子が確認できる。

swimmer_mips --binfile kernel --debug --out debug.log --debug_func --debug_gvar  --init_pc 0x80100000
less debug.log
...
<BSF_Global: 0x8010a228 vector146
<BSF_Global: 0x8010a228 vector191
<BSF_Global: 0x8010a228 vector103
<BSF_Global: 0x8010a228 vector11
<BSF_Global: 0x8010a228 vector14
<Finish loading global variable table>
<CsrAddr = 00c0>
<MIPS_Read_CSR(000000c0)>
<Read_STATUS is called.>
<csr_status = 0>
         0 : [80100000] 40086000 : mfc0    r12,0x0c,0x0            Status=>03c77750 r08<=03c77750
         1 : [80100004] 24090001 : addiu   r09,r00,0x0001          r00=>00000000 r09<=00000001
         2 : [80100008] 01294025 : or      r08,r09,r09             r09=>00000001 r09=>00000001 r08<=00000001
         3 : [8010000c] 01094026 : xor     r08,r08,r09             r08=>00000001 r09=>00000001 r08<=00000000
         4 : [80100010] 3508ff00 : ori     r08,r08,0xff00          r08=>00000000 r08<=0000ff00
         5 : [80100014] 3c091000 : lui     r09,0x1000              r09<=10000000
         6 : [80100018] 01094025 : or      r08,r08,r09             r08=>0000ff00 r09=>10000000 r08<=1000ff00
<CsrAddr = 00c0>
         7 : [8010001c] 40886000 : mtc0    r12,0x0c,0x0            r08=>1000ff00 Status<=40886000
         8 : [80100020] 3c1d8051 : lui     r29,0x8051              r29<=80510000
         9 : [80100024] 27bdd6e0 : addiu   r29,r29,0xd6e0          r29=>80510000 r29<=8050d6e0
        10 : [80100028] 3c088010 : lui     r08,0x8010              r08<=80100000
        11 : [8010002c] 2508516c : addiu   r08,r08,0x516c          r08=>80100000 r08<=8010516c
        12 : [80100030] 01000008 : jr      r08                     r08=>8010516c pc<=80100034 pc<=8010516c
        13 : [80100034] 00000000 : sll     r00,r00,0x00            r00=>00000000
<Func: main>
...

最初の"Status"システムレジスタの初期値はなんだこりゃ？って感じだが、これはRead_CSR_STATUSの中身が空っぽのため、ポインタがゴミを差していることによる。

int32_t CsrEnv::Read_STATUS (Word_t *data)
{
    return 0;
}

ここは必要に応じてどんどん実装していく。まずは、システムレジスタへのアクセスがまともに動くようになった。