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5d09caaf02
...
9160f2912e
Author | SHA1 | Date | |
---|---|---|---|
9160f2912e | |||
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1f48837af8 |
2
.gitignore
vendored
2
.gitignore
vendored
@ -1 +1 @@
|
||||
*.exe
|
||||
build
|
||||
|
14
build.bat
14
build.bat
@ -1,2 +1,14 @@
|
||||
clang main.c -o riscv.exe -std=c11
|
||||
@echo off
|
||||
|
||||
SET BUILD_OPTS= -std=c11 -D_CRT_SECURE_NO_WARNINGS -I.
|
||||
|
||||
IF NOT EXIST build mkdir build
|
||||
|
||||
clang emulator/lib.c -o build/emulator.lib %BUILD_OPTS% -fuse-ld=llvm-lib
|
||||
|
||||
clang emulator/main.c build/emulator.lib -o build/emulator.exe %BUILD_OPTS%
|
||||
|
||||
clang emulator/hart_test.c build/emulator.lib -o build/hart_test.exe %BUILD_OPTS%
|
||||
|
||||
clang --target=riscv32 -march=rv32i -e _main -nostdlib main.asm -o build/main.bin
|
||||
|
||||
|
2
compile_flags.txt
Normal file
2
compile_flags.txt
Normal file
@ -0,0 +1,2 @@
|
||||
-I.
|
||||
-D_CRT_SECURE_NO_WARNINGS
|
15
emulator/bits.h
Normal file
15
emulator/bits.h
Normal file
@ -0,0 +1,15 @@
|
||||
#pragma once
|
||||
|
||||
#include <stdint.h>
|
||||
|
||||
static inline uint32_t sign_extend(uint32_t word, uint32_t size)
|
||||
{
|
||||
const uint32_t mask = 1U << (size - 1);
|
||||
return (word ^ mask) - mask;
|
||||
}
|
||||
|
||||
static inline uint64_t sign_extend_64(uint64_t word, uint32_t size)
|
||||
{
|
||||
const uint64_t mask = 1ULL << (size - 1);
|
||||
return (word ^ mask) - mask;
|
||||
}
|
51
emulator/csr.c
Normal file
51
emulator/csr.c
Normal file
@ -0,0 +1,51 @@
|
||||
#include "emulator/csr.h"
|
||||
|
||||
#include "emulator/hart.h"
|
||||
|
||||
#include <stdbool.h>
|
||||
|
||||
static inline uint8_t csr_priv(uint16_t id)
|
||||
{
|
||||
return (id & 0x300) >> 8;
|
||||
}
|
||||
|
||||
static inline bool csr_writable(uint16_t id)
|
||||
{
|
||||
return (id & 0xC00) == 0xC00;
|
||||
}
|
||||
|
||||
uint32_t csr_action(Hart* hart, uint16_t id, uint32_t value, enum CsrAction action)
|
||||
{
|
||||
// @Todo exceptions (bad access (rw, level), non existent, etc)
|
||||
if (id > 4096 || hart->csrs[id].action)
|
||||
{
|
||||
// @Todo
|
||||
return 0;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (action > CSR_R && csr_writable(id))
|
||||
{
|
||||
// @Todo
|
||||
return 0;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (csr_priv(id) > hart->priv)
|
||||
{
|
||||
// @Todo
|
||||
return 0;
|
||||
}
|
||||
|
||||
return hart->csrs[id].action(hart, value, action);
|
||||
}
|
||||
|
||||
void csr_init_unpriv_counter_timer(Hart* hart);
|
||||
void csr_init_machine_trap_setup(Hart* hart);
|
||||
void csr_init_machine_information(Hart* hart);
|
||||
|
||||
void csr_init(Hart* hart)
|
||||
{
|
||||
csr_init_unpriv_counter_timer(hart);
|
||||
csr_init_machine_trap_setup(hart);
|
||||
csr_init_machine_information(hart);
|
||||
}
|
||||
|
36
emulator/csr.h
Normal file
36
emulator/csr.h
Normal file
@ -0,0 +1,36 @@
|
||||
#pragma once
|
||||
|
||||
#include <stdint.h>
|
||||
|
||||
typedef struct Hart Hart;
|
||||
|
||||
#define CSR_CYCLE 0xC00
|
||||
#define CSR_CYCLEH 0xC80
|
||||
#define CSR_INSTRET 0xC02
|
||||
#define CSR_INSTRETH 0xC82
|
||||
#define CSR_TIME 0xC01
|
||||
#define CSR_TIMEH 0xC81
|
||||
|
||||
#define CSR_MVENDORID 0xF11
|
||||
#define CSR_MARCHID 0xF12
|
||||
#define CSR_MIMPID 0xF13
|
||||
#define CSR_MHARTID 0xF14
|
||||
|
||||
#define CSR_MISA 0x301
|
||||
|
||||
enum CsrAction
|
||||
{
|
||||
CSR_R = 0,
|
||||
CSR_W = 1,
|
||||
CSR_RW = 3,
|
||||
CSR_RC = 5,
|
||||
CSR_RS = 7,
|
||||
};
|
||||
|
||||
struct Csr
|
||||
{
|
||||
uint32_t (*action)(Hart* hart, uint32_t value_mask, enum CsrAction action);
|
||||
};
|
||||
typedef struct Csr Csr;
|
||||
|
||||
uint32_t csr_action(Hart* hart, uint16_t id, uint32_t value, enum CsrAction action);
|
21
emulator/csr_machine_information.c
Normal file
21
emulator/csr_machine_information.c
Normal file
@ -0,0 +1,21 @@
|
||||
#include "emulator/csr.h"
|
||||
|
||||
#include "emulator/hart.h"
|
||||
|
||||
static uint32_t csr_minfo_zero(Hart* hart, uint32_t v, enum CsrAction a)
|
||||
{
|
||||
return 0;
|
||||
}
|
||||
|
||||
static uint32_t csr_mhartid(Hart* hart, uint32_t v, enum CsrAction a)
|
||||
{
|
||||
return hart->hartid;
|
||||
}
|
||||
|
||||
void csr_init_machine_information(Hart* hart)
|
||||
{
|
||||
hart->csrs[CSR_MVENDORID].action = csr_minfo_zero;
|
||||
hart->csrs[CSR_MARCHID].action = csr_minfo_zero;
|
||||
hart->csrs[CSR_MIMPID].action = csr_minfo_zero;
|
||||
hart->csrs[CSR_MHARTID].action = csr_mhartid;
|
||||
}
|
19
emulator/csr_machine_trap_setup.c
Normal file
19
emulator/csr_machine_trap_setup.c
Normal file
@ -0,0 +1,19 @@
|
||||
#include "emulator/csr.h"
|
||||
|
||||
#include "emulator/hart.h"
|
||||
|
||||
static uint32_t csr_misa(Hart* hart, uint32_t v, enum CsrAction a)
|
||||
{
|
||||
uint32_t misa = 0;
|
||||
misa |= 1 << 30; // 32-bit
|
||||
misa |= 1 << 8; // Base ISA
|
||||
misa |= 1 << 12; // M extension
|
||||
misa |= 1 << 18; // Supervisor mode
|
||||
misa |= 1 << 20; // User mode
|
||||
return misa;
|
||||
}
|
||||
|
||||
void csr_init_machine_trap_setup(Hart* hart)
|
||||
{
|
||||
hart->csrs[CSR_MISA].action = csr_misa;
|
||||
}
|
33
emulator/csr_unpriv_counter_timer.c
Normal file
33
emulator/csr_unpriv_counter_timer.c
Normal file
@ -0,0 +1,33 @@
|
||||
#include "emulator/csr.h"
|
||||
|
||||
#include "emulator/hart.h"
|
||||
|
||||
static uint32_t csr_cycle(Hart* hart, uint32_t v, enum CsrAction a)
|
||||
{
|
||||
return hart->instret & 0xFFFFFFFF;
|
||||
}
|
||||
|
||||
static uint32_t csr_cycleh(Hart* hart, uint32_t v, enum CsrAction a)
|
||||
{
|
||||
return hart->instret >> 32;
|
||||
}
|
||||
|
||||
static uint32_t csr_time(Hart* hart, uint32_t v, enum CsrAction a)
|
||||
{
|
||||
return hart->time & 0xFFFFFFFF;
|
||||
}
|
||||
|
||||
static uint32_t csr_timeh(Hart* hart, uint32_t v, enum CsrAction a)
|
||||
{
|
||||
return hart->time >> 32;
|
||||
}
|
||||
|
||||
void csr_init_unpriv_counter_timer(Hart* hart)
|
||||
{
|
||||
hart->csrs[CSR_CYCLE].action = csr_cycle;
|
||||
hart->csrs[CSR_CYCLEH].action = csr_cycleh;
|
||||
hart->csrs[CSR_INSTRET].action = csr_cycle;
|
||||
hart->csrs[CSR_INSTRETH].action = csr_cycleh;
|
||||
hart->csrs[CSR_TIME].action = csr_time;
|
||||
hart->csrs[CSR_TIMEH].action = csr_timeh;
|
||||
}
|
133
emulator/elf.c
Normal file
133
emulator/elf.c
Normal file
@ -0,0 +1,133 @@
|
||||
#include <stdint.h>
|
||||
#include <stdbool.h>
|
||||
#include <stdio.h>
|
||||
#include <string.h>
|
||||
#include <stdbool.h>
|
||||
#include <assert.h>
|
||||
|
||||
#define ET_NONE 0x00
|
||||
#define ET_REL 0x01
|
||||
#define ET_EXEC 0x02
|
||||
#define ET_DYN 0x03
|
||||
#define ET_CORE 0x04
|
||||
|
||||
struct Elf32Header
|
||||
{
|
||||
uint8_t ident[16];
|
||||
uint16_t type;
|
||||
uint16_t machine;
|
||||
uint32_t version;
|
||||
uint32_t entry;
|
||||
uint32_t phoff;
|
||||
uint32_t shoff;
|
||||
uint32_t flags;
|
||||
uint16_t ehsize;
|
||||
uint16_t phentsize;
|
||||
uint16_t phnum;
|
||||
uint16_t shentsize;
|
||||
uint16_t shnum;
|
||||
uint16_t shstrndx;
|
||||
};
|
||||
|
||||
#define PT_NULL 0x00000000
|
||||
#define PT_LOAD 0x00000001
|
||||
#define PT_DYNAMIC 0x00000002
|
||||
#define PT_INTERP 0x00000003
|
||||
#define PT_NOTE 0x00000004
|
||||
#define PT_SHLIB 0x00000005
|
||||
#define PT_PHDR 0x00000006
|
||||
#define PT_TLS 0x00000007
|
||||
|
||||
#define PF_X 0x1
|
||||
#define PF_W 0x2
|
||||
#define PF_R 0x4
|
||||
|
||||
struct Elf32ProgramHeader
|
||||
{
|
||||
uint32_t type;
|
||||
uint32_t offset;
|
||||
uint32_t vaddr;
|
||||
uint32_t paddr;
|
||||
uint32_t filesz;
|
||||
uint32_t memsz;
|
||||
uint32_t flags;
|
||||
uint32_t align;
|
||||
};
|
||||
|
||||
bool load_elf(const char* file, char* mem, uint32_t mem_size, uint32_t* start_address)
|
||||
{
|
||||
FILE* fp = fopen(file, "rb");
|
||||
if (fp == NULL)
|
||||
{
|
||||
printf("Couldn't open input file\n");
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
|
||||
struct Elf32Header header;
|
||||
size_t read = fread(&header, sizeof(struct Elf32Header), 1, fp);
|
||||
if (read != 1)
|
||||
{
|
||||
printf("ELF header too small\n");
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
|
||||
static uint8_t kValidIdent[7] = {
|
||||
0x7f, 0x45, 0x4c, 0x46,
|
||||
1, 1, 1
|
||||
};
|
||||
if (memcmp(kValidIdent, header.ident, 7) != 0)
|
||||
{
|
||||
printf("Invalid ELF header\n");
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (header.type != ET_EXEC)
|
||||
{
|
||||
printf("Can only link EXEC ELF files\n");
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
|
||||
memset(mem, 0, mem_size);
|
||||
|
||||
assert(header.phnum == 0 || header.phentsize == sizeof(struct Elf32ProgramHeader));
|
||||
for (uint32_t i = 0; i < header.phnum; ++i)
|
||||
{
|
||||
struct Elf32ProgramHeader pheader;
|
||||
|
||||
fseek(fp, header.phoff + i * header.phentsize, SEEK_SET);
|
||||
read = fread(&pheader, sizeof(struct Elf32ProgramHeader), 1, fp);
|
||||
if (read != 1)
|
||||
{
|
||||
printf("Error reading program header at index %u\n", i);
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (pheader.type == PT_LOAD)
|
||||
{
|
||||
if (pheader.paddr + pheader.memsz > mem_size)
|
||||
{
|
||||
printf("Memory not large enough for ELF file\n");
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
|
||||
fseek(fp, pheader.offset, SEEK_SET);
|
||||
read = fread(mem + pheader.paddr, pheader.filesz, 1, fp);
|
||||
if (read != 1)
|
||||
{
|
||||
printf("Error when copying ELF segment\n");
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (header.entry > mem_size)
|
||||
{
|
||||
printf("Entry address out of bounds\n");
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
|
||||
*start_address = header.entry;
|
||||
fclose(fp);
|
||||
|
||||
return true;
|
||||
}
|
6
emulator/elf.h
Normal file
6
emulator/elf.h
Normal file
@ -0,0 +1,6 @@
|
||||
#pragma once
|
||||
|
||||
#include <stdint.h>
|
||||
#include <stdbool.h>
|
||||
|
||||
bool load_elf(const char* file, char* mem, uint32_t mem_size, uint32_t* start_address);
|
638
emulator/hart.c
Normal file
638
emulator/hart.c
Normal file
@ -0,0 +1,638 @@
|
||||
#include "emulator/hart.h"
|
||||
|
||||
#include "emulator/bits.h"
|
||||
#include "emulator/instruction.h"
|
||||
#include "emulator/csr.h"
|
||||
|
||||
#include <stdio.h>
|
||||
#include <inttypes.h>
|
||||
#include <assert.h>
|
||||
#include <stdbool.h>
|
||||
#include <string.h>
|
||||
|
||||
#define REG_ZERO 0
|
||||
#define REG_RA 1
|
||||
#define REG_SP 2
|
||||
#define REG_GP 3
|
||||
#define REG_TP 4
|
||||
#define REG_T0 5
|
||||
#define REG_T1 6
|
||||
#define REG_T2 7
|
||||
#define REG_S0 8
|
||||
#define REG_S1 9
|
||||
#define REG_A0 10
|
||||
#define REG_A1 11
|
||||
#define REG_A2 12
|
||||
#define REG_A3 13
|
||||
#define REG_A4 14
|
||||
#define REG_A5 15
|
||||
#define REG_A6 16
|
||||
#define REG_A7 17
|
||||
#define REG_S2 18
|
||||
#define REG_S3 19
|
||||
#define REG_S4 20
|
||||
#define REG_S5 21
|
||||
#define REG_S6 22
|
||||
#define REG_S7 23
|
||||
#define REG_S8 24
|
||||
#define REG_S9 25
|
||||
#define REG_S10 26
|
||||
#define REG_S11 27
|
||||
#define REG_T3 28
|
||||
#define REG_T4 29
|
||||
#define REG_T5 30
|
||||
#define REG_T6 31
|
||||
|
||||
static void handle_ecall(Hart* hart)
|
||||
{
|
||||
}
|
||||
|
||||
static inline uint32_t load_size(Hart* hart, uint32_t address, uint32_t size)
|
||||
{
|
||||
if ((address & 0x80000000) == 0)
|
||||
{
|
||||
assert(address + size < hart->mem_size);
|
||||
uint32_t value = 0;
|
||||
memcpy(&value, hart->mem + address, size);
|
||||
return value;
|
||||
}
|
||||
|
||||
return 0;
|
||||
}
|
||||
|
||||
static uint32_t load_byte(Hart* hart, uint32_t address)
|
||||
{
|
||||
return load_size(hart, address, 1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
static uint32_t load_half(Hart* hart, uint32_t address)
|
||||
{
|
||||
return load_size(hart, address, 2);
|
||||
}
|
||||
|
||||
static uint32_t load_word(Hart* hart, uint32_t address)
|
||||
{
|
||||
return load_size(hart, address, 4);
|
||||
}
|
||||
|
||||
static inline void store_size(Hart* hart, uint32_t address, uint32_t value, uint32_t size)
|
||||
{
|
||||
if ((address & 0x80000000) == 0)
|
||||
{
|
||||
assert(address + size < hart->mem_size);
|
||||
memcpy(hart->mem + address, &value, size);
|
||||
}
|
||||
else if (address == 0x80000000)
|
||||
{
|
||||
fwrite(&value, 1, size, stdout);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void store_byte(Hart* hart, uint32_t address, uint8_t value)
|
||||
{
|
||||
store_size(hart, address, value, 1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void store_half(Hart* hart, uint32_t address, uint16_t value)
|
||||
{
|
||||
store_size(hart, address, value, 2);
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void store_word(Hart* hart, uint32_t address, uint32_t value)
|
||||
{
|
||||
store_size(hart, address, value, 4);
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void execute_op_imm(Hart* hart, uint32_t instruction)
|
||||
{
|
||||
const Instruction inst = decode_i_type(instruction);
|
||||
if (inst.rd == 0) return;
|
||||
|
||||
switch (inst.funct3)
|
||||
{
|
||||
case 0: // ADDI
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] + inst.imm;
|
||||
break;
|
||||
case 1: // SLLI
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] << (inst.imm & 0x1F);
|
||||
break;
|
||||
case 2: // SLTI
|
||||
hart->regs[inst.rd] = (int32_t)hart->regs[inst.rs1] < (int32_t)inst.imm ? 1 : 0;
|
||||
break;
|
||||
case 3: // SLTIU
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] < inst.imm ? 1 : 0;
|
||||
break;
|
||||
case 4: // XORI
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] ^ inst.imm;
|
||||
break;
|
||||
case 5: // SRLI, SRAI
|
||||
{
|
||||
const uint32_t shamt = inst.imm & 0x1F;
|
||||
uint32_t res = hart->regs[inst.rs1] >> shamt;
|
||||
if ((inst.imm & 0x400) && shamt > 0) { res = sign_extend(res, 32 - shamt); }
|
||||
hart->regs[inst.rd] = res;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 6: // ORI
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] | inst.imm;
|
||||
break;
|
||||
case 7: // ANDI
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] & inst.imm;
|
||||
break;
|
||||
default:
|
||||
assert(!"Unhandled OP-IMM");
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void execute_op(Hart* hart, uint32_t instruction)
|
||||
{
|
||||
const Instruction inst = decode_r_type(instruction);
|
||||
if (inst.rd == 0) return;
|
||||
|
||||
uint32_t bank = inst.funct7 & 0x5F;
|
||||
if (bank == 0)
|
||||
{
|
||||
switch (inst.funct3)
|
||||
{
|
||||
case 0: // ADD, SUB
|
||||
if (inst.funct7 & 0x20)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] - hart->regs[inst.rs2];
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] + hart->regs[inst.rs2];
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
case 1: // SLL
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] << (hart->regs[inst.rs2] & 0x1F);
|
||||
break;
|
||||
case 2: // SLT
|
||||
hart->regs[inst.rd] = (int32_t)hart->regs[inst.rs1] < (int32_t)hart->regs[inst.rs2] ? 1 : 0;
|
||||
break;
|
||||
case 3: // SLTU
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] < hart->regs[inst.rs2] ? 1 : 0;
|
||||
break;
|
||||
case 4: // XOR
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] ^ hart->regs[inst.rs2];
|
||||
break;
|
||||
case 5: // SRL, SRA
|
||||
{
|
||||
const uint32_t shamt = hart->regs[inst.rs2] & 0x1F;
|
||||
uint32_t res = hart->regs[inst.rs1] >> shamt;
|
||||
if ((inst.funct7 & 0x20) && shamt > 0) { res = sign_extend(res, 32 - shamt); }
|
||||
hart->regs[inst.rd] = res;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 6: // OR
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] | hart->regs[inst.rs2];
|
||||
break;
|
||||
case 7: // AND
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] & hart->regs[inst.rs2];
|
||||
break;
|
||||
default:
|
||||
assert(!"Unhandled OP, bank = 0");
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
else if (bank == 1)
|
||||
{
|
||||
if ((inst.funct3 & 0x4) == 0)
|
||||
{
|
||||
uint64_t a = hart->regs[inst.rs1];
|
||||
uint64_t b = hart->regs[inst.rs2];
|
||||
|
||||
switch (inst.funct3 & 0x3)
|
||||
{
|
||||
case 1: // MULH
|
||||
b = sign_extend_64(b, 32);
|
||||
case 2: // MULHSU
|
||||
a = sign_extend_64(a, 32);
|
||||
case 0: // MUL
|
||||
case 3: // MULHU
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
|
||||
uint64_t r = a * b;
|
||||
hart->regs[inst.rd] = (inst.funct3 == 0) ? r & 0xFFFFFFFF : r >> 32;
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
uint32_t a = hart->regs[inst.rs1];
|
||||
uint32_t b = hart->regs[inst.rs2];
|
||||
|
||||
switch (inst.funct3 & 0x3)
|
||||
{
|
||||
case 0: // DIV
|
||||
{
|
||||
if (b == 0)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = 0xFFFFFFFF;
|
||||
}
|
||||
else if (a == 0x80000000 && b == 0xFFFFFFFF)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = 0x80000000;
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = (uint32_t)((int32_t)a / (int32_t)b);
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 1: // DIVU
|
||||
{
|
||||
if (b == 0)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = 0xFFFFFFFF;
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = a / b;
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 2: // REM
|
||||
{
|
||||
if (b == 0)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = a;
|
||||
}
|
||||
else if (a == 0x80000000 && b == 0xFFFFFFFF)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = 0;
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = (uint32_t)((int32_t)a % (int32_t)b);
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 3: // REMU
|
||||
{
|
||||
if (b == 0)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = a;
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = a % b;
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
assert(!"Unhandled OP bank");
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void execute_branch(Hart* hart, uint32_t instruction)
|
||||
{
|
||||
const Instruction inst = decode_b_type(instruction);
|
||||
const uint32_t r1 = hart->regs[inst.rs1];
|
||||
const uint32_t r2 = hart->regs[inst.rs2];
|
||||
bool take_branch = false;
|
||||
|
||||
switch (inst.funct3)
|
||||
{
|
||||
case 0: take_branch = (r1 == r2); break;
|
||||
case 1: take_branch = (r1 != r2); break;
|
||||
case 4: take_branch = (r1 < r2); break;
|
||||
case 5: take_branch = (r1 >= r2); break;
|
||||
case 6: take_branch = ((int32_t)r1 < (int32_t)r2); break;
|
||||
case 7: take_branch = ((int32_t)r1 >= (int32_t)r2); break;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (take_branch)
|
||||
{
|
||||
hart->pc += inst.imm;
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
hart->pc += 4;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void execute_load(Hart* hart, uint32_t instruction)
|
||||
{
|
||||
const Instruction inst = decode_i_type(instruction);
|
||||
const uint32_t address = hart->regs[inst.rs1] + inst.imm;
|
||||
|
||||
uint32_t value = 0;
|
||||
|
||||
switch (inst.funct3 & 0x03)
|
||||
{
|
||||
case 0:
|
||||
value = load_byte(hart, address);
|
||||
if ((inst.funct3 & 0x40) == 0)
|
||||
{
|
||||
value = sign_extend(value, 8);
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
case 1:
|
||||
value = load_half(hart, address);
|
||||
if ((inst.funct3 & 0x40) == 0)
|
||||
{
|
||||
value = sign_extend(value, 16);
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
case 2:
|
||||
value = load_byte(hart, address);
|
||||
break;
|
||||
default:
|
||||
assert(!"Unhandled load size");
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (inst.rd != 0)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = value;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void execute_store(Hart* hart, uint32_t instruction)
|
||||
{
|
||||
const Instruction inst = decode_s_type(instruction);
|
||||
const uint32_t address = hart->regs[inst.rs1] + inst.imm;
|
||||
const uint32_t value = hart->regs[inst.rs2];
|
||||
|
||||
switch (inst.funct3 & 0x03)
|
||||
{
|
||||
case 0: store_byte(hart, address, value & 0xFF); break;
|
||||
case 1: store_half(hart, address, value & 0xFFFF); break;
|
||||
case 2: store_word(hart, address, value); break;
|
||||
default:
|
||||
assert(!"Unhandled store size");
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void execute_misc_mem(Hart* hart, uint32_t instruction)
|
||||
{
|
||||
const Instruction inst = decode_i_type(instruction);
|
||||
|
||||
if (inst.funct3 == 0)
|
||||
{
|
||||
// FENCE
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
assert(!"Unhandled MISC-MEM instruction");
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void execute_system(Hart* hart, uint32_t instruction)
|
||||
{
|
||||
const Instruction inst = decode_i_type(instruction);
|
||||
|
||||
switch (inst.funct3)
|
||||
{
|
||||
case 0:
|
||||
{
|
||||
if (inst.rs1 == 0 && inst.rd == 0)
|
||||
{
|
||||
if (inst.imm == 0)
|
||||
{
|
||||
handle_ecall(hart);
|
||||
}
|
||||
else if (inst.imm == 1)
|
||||
{
|
||||
// EBREAK
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
assert(!"Unhandled SYSTEM/PRIV instruction");
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
assert(!"Unhandled SYSTEM/PRIV instruction");
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 1: // CSRRW
|
||||
{
|
||||
uint16_t csr_id = inst.imm & 0xFFF;
|
||||
|
||||
if (inst.rd == 0)
|
||||
{
|
||||
csr_action(hart, csr_id, hart->regs[inst.rs1], CSR_W);
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = csr_action(hart, csr_id, hart->regs[inst.rs1], CSR_RW);
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 2: // CSRRS
|
||||
{
|
||||
uint16_t csr_id = inst.imm & 0xFFF;
|
||||
uint32_t value = 0;
|
||||
|
||||
if (inst.rs1 == 0)
|
||||
{
|
||||
value = csr_action(hart, csr_id, 0, CSR_R);
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
value = csr_action(hart, csr_id, hart->regs[inst.rs1], CSR_RS);
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (inst.rd != 0)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = value;
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 3: // CSRRC
|
||||
{
|
||||
uint16_t csr_id = inst.imm & 0xFFF;
|
||||
uint32_t value = 0;
|
||||
|
||||
if (inst.rs1 == 0)
|
||||
{
|
||||
value = csr_action(hart, csr_id, 0, CSR_R);
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
value = csr_action(hart, csr_id, hart->regs[inst.rs1], CSR_RC);
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (inst.rd != 0)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = value;
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 5: // CSRRWI
|
||||
{
|
||||
uint16_t csr_id = inst.imm & 0xFFF;
|
||||
|
||||
if (inst.rd == 0)
|
||||
{
|
||||
csr_action(hart, csr_id, inst.rs1, CSR_W);
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = csr_action(hart, csr_id, inst.rs1, CSR_RW);
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 6: // CSRRSI
|
||||
{
|
||||
uint16_t csr_id = inst.imm & 0xFFF;
|
||||
uint32_t value = 0;
|
||||
|
||||
if (inst.rs1 == 0)
|
||||
{
|
||||
value = csr_action(hart, csr_id, 0, CSR_R);
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
value = csr_action(hart, csr_id, inst.rs1, CSR_RS);
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (inst.rd != 0)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = value;
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 7: // CSRRCI
|
||||
{
|
||||
uint16_t csr_id = inst.imm & 0xFFF;
|
||||
uint32_t value = 0;
|
||||
|
||||
if (inst.rs1 == 0)
|
||||
{
|
||||
value = csr_action(hart, csr_id, 0, CSR_R);
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
value = csr_action(hart, csr_id, inst.rs1, CSR_RC);
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (inst.rd != 0)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = value;
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
default:
|
||||
assert(!"Unhandled SYSTEM instruction");
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
void execute(Hart* hart, uint32_t instruction)
|
||||
{
|
||||
// @Todo Better time (same on all cores)
|
||||
// @Todo Memory-map mtime and mtimecmp
|
||||
hart->time = __rdtsc();
|
||||
|
||||
switch (instruction & 0x7f)
|
||||
{
|
||||
case 0x03:
|
||||
execute_load(hart, instruction);
|
||||
hart->pc += 4;
|
||||
break;
|
||||
case 0x0F:
|
||||
execute_misc_mem(hart, instruction);
|
||||
hart->pc += 4;
|
||||
break;
|
||||
case 0x13:
|
||||
execute_op_imm(hart, instruction);
|
||||
hart->pc += 4;
|
||||
break;
|
||||
case 0x17: // AUIPC
|
||||
{
|
||||
Instruction inst = decode_u_type(instruction);
|
||||
if (inst.rd != 0)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = inst.imm + hart->pc;
|
||||
}
|
||||
hart->pc += 4;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 0x23:
|
||||
execute_store(hart, instruction);
|
||||
hart->pc += 4;
|
||||
break;
|
||||
case 0x33:
|
||||
execute_op(hart, instruction);
|
||||
hart->pc += 4;
|
||||
break;
|
||||
case 0x37: // LUI
|
||||
{
|
||||
Instruction inst = decode_u_type(instruction);
|
||||
if (inst.rd != 0)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = inst.imm;
|
||||
}
|
||||
hart->pc += 4;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 0x63:
|
||||
execute_branch(hart, instruction);
|
||||
break;
|
||||
case 0x67: // JALR
|
||||
{
|
||||
Instruction inst = decode_i_type(instruction);
|
||||
assert(inst.funct3 == 0);
|
||||
if (inst.rd != 0)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->pc + 4;
|
||||
}
|
||||
hart->pc = (hart->regs[inst.rs1] + inst.imm) & 0xFFFFFFFE;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 0x6F: // JAL
|
||||
{
|
||||
Instruction inst = decode_j_type(instruction);
|
||||
if (inst.rd != 0)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->pc + 4;
|
||||
}
|
||||
hart->pc += inst.imm;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 0x73:
|
||||
{
|
||||
execute_system(hart, instruction);
|
||||
hart->pc += 4;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
default:
|
||||
assert(!"Unhandled opcode");
|
||||
}
|
||||
|
||||
assert(hart->regs[0] == 0);
|
||||
|
||||
hart->instret += 1;
|
||||
}
|
||||
|
||||
void execute_from(Hart* hart, uint32_t start_address)
|
||||
{
|
||||
hart->pc = start_address;
|
||||
|
||||
while (true)
|
||||
{
|
||||
uint32_t instruction = load_word(hart, hart->pc);
|
||||
execute(hart, instruction);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
void csr_init(Hart* hart);
|
||||
|
||||
void hart_init(Hart* hart, uint32_t id, char* mem, uint32_t mem_size)
|
||||
{
|
||||
memset(hart, 0, sizeof(Hart));
|
||||
hart->hartid = id;
|
||||
hart->priv = PRIV_M;
|
||||
hart->mem = mem;
|
||||
hart->mem_size = mem_size;
|
||||
|
||||
csr_init(hart);
|
||||
}
|
38
emulator/hart.h
Normal file
38
emulator/hart.h
Normal file
@ -0,0 +1,38 @@
|
||||
#pragma once
|
||||
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||||
#include "emulator/csr.h"
|
||||
|
||||
#include <stdint.h>
|
||||
#include <stdbool.h>
|
||||
|
||||
#define PRIV_U 0
|
||||
#define PRIV_S 1
|
||||
#define PRIV_M 3
|
||||
|
||||
struct Hart
|
||||
{
|
||||
uint32_t hartid;
|
||||
|
||||
uint32_t regs[32];
|
||||
|
||||
uint32_t pc;
|
||||
uint8_t priv;
|
||||
|
||||
// @Todo Proper memory system
|
||||
char* mem;
|
||||
uint32_t mem_size;
|
||||
|
||||
// @Todo Deduplicate per machine
|
||||
Csr csrs[4096];
|
||||
|
||||
uint64_t instret;
|
||||
|
||||
// @Todo Deduplicate per machine
|
||||
uint64_t time;
|
||||
};
|
||||
typedef struct Hart Hart;
|
||||
|
||||
void hart_init(Hart* hart, uint32_t id, char* mem, uint32_t mem_size);
|
||||
|
||||
void execute(Hart* hart, uint32_t instruction);
|
||||
void execute_from(Hart* hart, uint32_t start_address);
|
311
emulator/hart_test.c
Normal file
311
emulator/hart_test.c
Normal file
@ -0,0 +1,311 @@
|
||||
#include <stdlib.h>
|
||||
#include <inttypes.h>
|
||||
#include <assert.h>
|
||||
#include <stdbool.h>
|
||||
#include <stdio.h>
|
||||
|
||||
#include "emulator/hart.h"
|
||||
|
||||
static void test_addi()
|
||||
{
|
||||
struct Hart hart = {0};
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x00500093); // addi x1, x0, 5
|
||||
assert(hart.regs[1] == 5);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0xffe00093); // addi, x1, x0, -2
|
||||
assert(hart.regs[1] == 0xfffffffe);
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void test_slti_sltiu()
|
||||
{
|
||||
struct Hart hart = {0};
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = 5;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x00f0b113); // sltiu x2, x1, 15
|
||||
assert(hart.regs[2] == 1);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0050b113); // sltiu x2, x1, 15
|
||||
assert(hart.regs[2] == 0);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0010b113); // sltiu x2, x1, 15
|
||||
assert(hart.regs[2] == 0);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x00f0a113); // slti x2, x1, 15
|
||||
assert(hart.regs[2] == 1);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0050a113); // slti x2, x1, 15
|
||||
assert(hart.regs[2] == 0);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0010a113); // slti x2, x1, 15
|
||||
assert(hart.regs[2] == 0);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0xffb0a113); // slti x2, x1, -5
|
||||
assert(hart.regs[2] == 0);
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = (uint32_t)-20;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0xffb0a113); // slti x2, x1, -5
|
||||
assert(hart.regs[2] == 1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void test_andi_ori_xori()
|
||||
{
|
||||
struct Hart hart = {0};
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = 6;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x00c0c113); // xori x2, x1, 12
|
||||
assert(hart.regs[2] == 10);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x00c0e113); // ori x2, x1, 12
|
||||
assert(hart.regs[2] == 14);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x00c0f113); // andi x2, x1, 12
|
||||
assert(hart.regs[2] == 4);
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void test_slli_srli_srai()
|
||||
{
|
||||
struct Hart hart = {0};
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = 6;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x00209113); // slli x2, x1, 2
|
||||
assert(hart.regs[2] == 24);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0020d113); // srli x2, x1, 2
|
||||
assert(hart.regs[2] == 1);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x4020d113); // srai x2, x1, 2
|
||||
assert(hart.regs[2] == 1);
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = (uint32_t)-6;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0020d113); // srli x2, x1, 2
|
||||
assert(hart.regs[2] == 0x3FFFFFFE);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x4020d113); // srai x2, x1, 2
|
||||
assert(hart.regs[2] == 0xFFFFFFFE);
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void test_lui_auipc()
|
||||
{
|
||||
struct Hart hart = {0};
|
||||
|
||||
hart.pc = 0;
|
||||
execute(&hart, 0x0007b0b7); // lui x1, 503808
|
||||
assert(hart.regs[1] == 503808);
|
||||
|
||||
hart.pc = 0;
|
||||
execute(&hart, 0x0007b097); // auipc x1, 503808
|
||||
assert(hart.regs[1] == 503808);
|
||||
|
||||
hart.pc = 12;
|
||||
execute(&hart, 0x0007b097); // auipc x1, 503808
|
||||
assert(hart.regs[1] == 503820);
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void test_op()
|
||||
{
|
||||
struct Hart hart = {0};
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = 3;
|
||||
hart.regs[2] = 4;
|
||||
hart.regs[4] = (uint32_t)-1;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x002081b3); // add, x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 7);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x402081b3); // sub x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0xFFFFFFFF);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0020a1b3); // slt x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 1);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x001121b3); // slt x3, x2, 1
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x001131b3); // sltu x3, x2, x1
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0020b1b3); // sltu x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 1);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0040a1b3); // slt x3, x1, x4
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0);
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = 6;
|
||||
hart.regs[2] = 12;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0020e1b3); // or x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 14);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0020c1b3); // xor x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 10);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0020f1b3); // and x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 4);
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = 6;
|
||||
hart.regs[2] = 2;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x002091b3); // sll x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 24);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0020d1b3); // srl x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 1);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x4020d1b3); // sra x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 1);
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = (uint32_t)-6;
|
||||
hart.regs[2] = 2;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x4020d1b3); // sra x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0xFFFFFFFE);
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void test_jal()
|
||||
{
|
||||
struct Hart hart = {0};
|
||||
|
||||
hart.pc = 12;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x12c000ef); // jal x1, 300
|
||||
assert(hart.regs[1] == 16);
|
||||
assert(hart.pc == 312);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0xed5ff0ef); // jal x1, -300
|
||||
assert(hart.regs[1] == 316);
|
||||
assert(hart.pc == 12);
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void test_jalr()
|
||||
{
|
||||
struct Hart hart = {0};
|
||||
|
||||
hart.pc = 12;
|
||||
hart.regs[1] = 300;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x00a08167); // jalr x2, 10(x1)
|
||||
assert(hart.regs[2] == 16);
|
||||
assert(hart.pc == 310);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0xff608167); // jalr x2, -10(x1)
|
||||
assert(hart.regs[2] == 314);
|
||||
assert(hart.pc == 290);
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void test_branch()
|
||||
{
|
||||
struct Hart hart = {0};
|
||||
|
||||
hart.pc = 100;
|
||||
hart.regs[1] = 2;
|
||||
hart.regs[2] = 0xFFFFFFFC;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x00208c63); // beq x1, x2, 24
|
||||
assert(hart.pc == 104);
|
||||
|
||||
hart.pc = 100;
|
||||
execute(&hart, 0x00209c63); // bne x1, x2, 24
|
||||
assert(hart.pc == 124);
|
||||
|
||||
hart.pc = 100;
|
||||
execute(&hart, 0x0020cc63); // blt x1, x2, 24
|
||||
assert(hart.pc == 124);
|
||||
|
||||
hart.pc = 100;
|
||||
execute(&hart, 0x0020dc63); // bge x1, x2, 24
|
||||
assert(hart.pc == 104);
|
||||
|
||||
hart.pc = 100;
|
||||
execute(&hart, 0x0020ec63); // bltu x1, x2, 24
|
||||
assert(hart.pc == 104);
|
||||
|
||||
hart.pc = 100;
|
||||
execute(&hart, 0x0020fc63); // bgeu x1, x2, 24
|
||||
assert(hart.pc == 124);
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void test_m()
|
||||
{
|
||||
struct Hart hart = {0};
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = 0xFFFFFFFE;
|
||||
hart.regs[2] = 4;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x022081b3); // mul x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0xFFFFFFF8);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0220b1b3); // mulhu x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0x00000003);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0220a1b3); // mulhsu x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0xFFFFFFFF);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x022091b3); // mulh x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0xFFFFFFFF);
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = 0xFFFFFFFE;
|
||||
hart.regs[2] = 0xFFFFFFFE;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x022081b3); // mul x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0x00000004);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0220b1b3); // mulhu x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0xFFFFFFFC);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0220a1b3); // mulhsu x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0xFFFFFFFE);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x022091b3); // mulh x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0x00000000);
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = (uint32_t)-63;
|
||||
hart.regs[2] = 4;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0220c1b3); // div x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == (uint32_t)-15);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0220d1b3); // divu x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0x3FFFFFF0);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0220e1b3); // rem x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == (uint32_t)-3);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0220f1b3); // remu x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 1);
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = 30;
|
||||
hart.regs[2] = 0;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0220c1b3); // div x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0xFFFFFFFF);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0220d1b3); // divu x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0xFFFFFFFF);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0220e1b3); // rem x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 30);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0220f1b3); // remu x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 30);
|
||||
}
|
||||
|
||||
int main(int argc, char* argv[])
|
||||
{
|
||||
test_addi();
|
||||
test_slti_sltiu();
|
||||
test_andi_ori_xori();
|
||||
test_slli_srli_srai();
|
||||
test_lui_auipc();
|
||||
test_op();
|
||||
test_jal();
|
||||
test_jalr();
|
||||
test_branch();
|
||||
test_m();
|
||||
return EXIT_SUCCESS;
|
||||
}
|
80
emulator/instruction.h
Normal file
80
emulator/instruction.h
Normal file
@ -0,0 +1,80 @@
|
||||
#pragma once
|
||||
|
||||
#include <stdint.h>
|
||||
|
||||
#include "emulator/bits.h"
|
||||
|
||||
struct Instruction
|
||||
{
|
||||
uint8_t opcode;
|
||||
uint8_t rs1;
|
||||
uint8_t rs2;
|
||||
uint8_t rd;
|
||||
uint8_t funct3;
|
||||
uint8_t funct7;
|
||||
uint32_t imm;
|
||||
};
|
||||
typedef struct Instruction Instruction;
|
||||
|
||||
static Instruction decode_r_type(uint32_t word)
|
||||
{
|
||||
Instruction instruction = {0};
|
||||
instruction.opcode = word & 0x7F;
|
||||
instruction.rd = (word >> 7) & 0x1F;
|
||||
instruction.funct3 = (word >> 12) & 0x07;
|
||||
instruction.rs1 = (word >> 15) & 0x1F;
|
||||
instruction.rs2 = (word >> 20) & 0x1F;
|
||||
instruction.funct7 = word >> 25;
|
||||
return instruction;
|
||||
};
|
||||
|
||||
static Instruction decode_i_type(uint32_t word)
|
||||
{
|
||||
Instruction instruction = {0};
|
||||
instruction.opcode = word & 0x7F;
|
||||
instruction.rd = (word >> 7) & 0x1F;
|
||||
instruction.funct3 = (word >> 12) & 0x07;
|
||||
instruction.rs1 = (word >> 15) & 0x1F;
|
||||
instruction.imm = sign_extend(word >> 20, 12);
|
||||
return instruction;
|
||||
};
|
||||
|
||||
static Instruction decode_s_type(uint32_t word)
|
||||
{
|
||||
Instruction instruction = {0};
|
||||
instruction.opcode = word & 0x7F;
|
||||
instruction.funct3 = (word >> 12) & 0x07;
|
||||
instruction.rs1 = (word >> 15) & 0x1F;
|
||||
instruction.rs2 = (word >> 20) & 0x1F;
|
||||
instruction.imm = sign_extend(((word >> 7) & 0x1F) | (word >> 25), 12);
|
||||
return instruction;
|
||||
};
|
||||
|
||||
static Instruction decode_b_type(uint32_t word)
|
||||
{
|
||||
Instruction instruction = decode_s_type(word);
|
||||
instruction.imm = ((instruction.imm << 11) & 0x800) | (instruction.imm & 0xfffff7ff);
|
||||
return instruction;
|
||||
};
|
||||
|
||||
static Instruction decode_u_type(uint32_t word)
|
||||
{
|
||||
Instruction instruction = {0};
|
||||
instruction.opcode = word & 0x7F;
|
||||
instruction.rd = (word >> 7) & 0x1F;
|
||||
instruction.imm = word & 0xFFFFF000;
|
||||
return instruction;
|
||||
};
|
||||
|
||||
static Instruction decode_j_type(uint32_t word)
|
||||
{
|
||||
Instruction instruction = {0};
|
||||
instruction.opcode = word & 0x7F;
|
||||
instruction.rd = (word >> 7) & 0x1F;
|
||||
instruction.imm = sign_extend(
|
||||
((word & 0x80000000) >> 11) |
|
||||
((word & 0x000FF000) >> 0) |
|
||||
((word & 0x00100000) >> 9) |
|
||||
((word & 0x7FE00000) >> 20), 21);
|
||||
return instruction;
|
||||
}
|
7
emulator/lib.c
Normal file
7
emulator/lib.c
Normal file
@ -0,0 +1,7 @@
|
||||
#include "hart.c"
|
||||
#include "elf.c"
|
||||
#include "csr.c"
|
||||
#include "csr_unpriv_counter_timer.c"
|
||||
#include "csr_machine_trap_setup.c"
|
||||
#include "csr_machine_information.c"
|
||||
|
32
emulator/main.c
Normal file
32
emulator/main.c
Normal file
@ -0,0 +1,32 @@
|
||||
#include <stdio.h>
|
||||
#include <stdlib.h>
|
||||
#include <inttypes.h>
|
||||
|
||||
#include "emulator/hart.h"
|
||||
#include "emulator/elf.h"
|
||||
|
||||
int main(int argc, char* argv[])
|
||||
{
|
||||
if (argc < 2)
|
||||
{
|
||||
printf("Usage: %s <input elf>\n", argv[0]);
|
||||
return EXIT_FAILURE;
|
||||
}
|
||||
|
||||
uint32_t mem_size = 16 * 1024 * 1024;
|
||||
char* mem = (char*)malloc(mem_size);
|
||||
uint32_t start_address = 0;
|
||||
|
||||
if (!load_elf(argv[1], mem, mem_size, &start_address))
|
||||
{
|
||||
printf("Error loading ELF into memory\n");
|
||||
return EXIT_FAILURE;
|
||||
}
|
||||
|
||||
struct Hart hart = {0};
|
||||
hart_init(&hart, 0, mem, mem_size);
|
||||
|
||||
execute_from(&hart, start_address);
|
||||
|
||||
return EXIT_SUCCESS;
|
||||
}
|
22
main.asm
Normal file
22
main.asm
Normal file
@ -0,0 +1,22 @@
|
||||
.section .text
|
||||
.global _main
|
||||
|
||||
print:
|
||||
li t1, 0x80000000
|
||||
l0:
|
||||
lb t0, 0(a0)
|
||||
beqz t0, l1
|
||||
sb t0, 0(t1)
|
||||
addi a0, a0, 1
|
||||
j l0
|
||||
l1:
|
||||
ret
|
||||
|
||||
_main:
|
||||
la a0, my_str
|
||||
call print
|
||||
|
||||
halt: j halt
|
||||
|
||||
.section .rodata
|
||||
my_str: .string "Hello, world!\n"
|
513
main.c
513
main.c
@ -1,513 +0,0 @@
|
||||
#include <stdio.h>
|
||||
#include <stdlib.h>
|
||||
#include <inttypes.h>
|
||||
#include <assert.h>
|
||||
#include <stdbool.h>
|
||||
|
||||
inline uint32_t sign_extend(uint32_t word, uint32_t size)
|
||||
{
|
||||
const uint32_t mask = 1U << (size - 1);
|
||||
return (word ^ mask) - mask;
|
||||
}
|
||||
|
||||
struct Instruction
|
||||
{
|
||||
uint8_t opcode;
|
||||
uint8_t rs1;
|
||||
uint8_t rs2;
|
||||
uint8_t rd;
|
||||
uint8_t funct3;
|
||||
uint8_t funct7;
|
||||
uint32_t imm;
|
||||
};
|
||||
|
||||
struct Instruction decode_r_type(uint32_t word)
|
||||
{
|
||||
struct Instruction instruction = {0};
|
||||
instruction.opcode = word & 0x7F;
|
||||
instruction.rd = (word >> 7) & 0x1F;
|
||||
instruction.funct3 = (word >> 12) & 0x07;
|
||||
instruction.rs1 = (word >> 15) & 0x1F;
|
||||
instruction.rs2 = (word >> 20) & 0x1F;
|
||||
instruction.funct7 = word >> 25;
|
||||
return instruction;
|
||||
};
|
||||
|
||||
struct Instruction decode_i_type(uint32_t word)
|
||||
{
|
||||
struct Instruction instruction = {0};
|
||||
instruction.opcode = word & 0x7F;
|
||||
instruction.rd = (word >> 7) & 0x1F;
|
||||
instruction.funct3 = (word >> 12) & 0x07;
|
||||
instruction.rs1 = (word >> 15) & 0x1F;
|
||||
instruction.imm = sign_extend(word >> 20, 12);
|
||||
return instruction;
|
||||
};
|
||||
|
||||
struct Instruction decode_s_type(uint32_t word)
|
||||
{
|
||||
struct Instruction instruction = {0};
|
||||
instruction.opcode = word & 0x7F;
|
||||
instruction.funct3 = (word >> 12) & 0x07;
|
||||
instruction.rs1 = (word >> 15) & 0x1F;
|
||||
instruction.rs2 = (word >> 20) & 0x1F;
|
||||
instruction.imm = sign_extend(((word >> 7) & 0x1F) | (word >> 25), 12);
|
||||
return instruction;
|
||||
};
|
||||
|
||||
struct Instruction decode_b_type(uint32_t word)
|
||||
{
|
||||
struct Instruction instruction = decode_s_type(word);
|
||||
instruction.imm = ((instruction.imm << 11) & 0x800) | (instruction.imm & 0xfffff7ff);
|
||||
return instruction;
|
||||
};
|
||||
|
||||
struct Instruction decode_u_type(uint32_t word)
|
||||
{
|
||||
struct Instruction instruction = {0};
|
||||
instruction.opcode = word & 0x7F;
|
||||
instruction.rd = (word >> 7) & 0x1F;
|
||||
instruction.imm = word & 0xFFFFF000;
|
||||
return instruction;
|
||||
};
|
||||
|
||||
struct Instruction decode_j_type(uint32_t word)
|
||||
{
|
||||
struct Instruction instruction = {0};
|
||||
instruction.opcode = word & 0x7F;
|
||||
instruction.rd = (word >> 7) & 0x1F;
|
||||
instruction.imm = sign_extend(
|
||||
((word & 0x80000000) >> 11) |
|
||||
((word & 0x000FF000) >> 0) |
|
||||
((word & 0x00100000) >> 9) |
|
||||
((word & 0x7FE00000) >> 20), 21);
|
||||
return instruction;
|
||||
}
|
||||
|
||||
struct Hart
|
||||
{
|
||||
uint32_t pc;
|
||||
uint32_t regs[32];
|
||||
};
|
||||
|
||||
void execute_op_imm(struct Hart* hart, uint32_t instruction)
|
||||
{
|
||||
const struct Instruction inst = decode_i_type(instruction);
|
||||
if (inst.rd == 0) return;
|
||||
|
||||
switch (inst.funct3)
|
||||
{
|
||||
case 0: // ADDI
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] + inst.imm;
|
||||
break;
|
||||
case 1: // SLLI
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] << (inst.imm & 0x1F);
|
||||
break;
|
||||
case 2: // SLTI
|
||||
hart->regs[inst.rd] = (int32_t)hart->regs[inst.rs1] < (int32_t)inst.imm ? 1 : 0;
|
||||
break;
|
||||
case 3: // SLTIU
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] < inst.imm ? 1 : 0;
|
||||
break;
|
||||
case 4: // XORI
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] ^ inst.imm;
|
||||
break;
|
||||
case 5: // SRLI, SRAI
|
||||
{
|
||||
const uint32_t shamt = inst.imm & 0x1F;
|
||||
uint32_t res = hart->regs[inst.rs1] >> shamt;
|
||||
if ((inst.imm & 0x400) && shamt > 0) { res = sign_extend(res, 32 - shamt); }
|
||||
hart->regs[inst.rd] = res;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 6: // ORI
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] | inst.imm;
|
||||
break;
|
||||
case 7: // ANDI
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] & inst.imm;
|
||||
break;
|
||||
default:
|
||||
assert(!"Unhandled OP-IMM");
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
void execute_op(struct Hart* hart, uint32_t instruction)
|
||||
{
|
||||
const struct Instruction inst = decode_r_type(instruction);
|
||||
if (inst.rd == 0) return;
|
||||
|
||||
switch (inst.funct3)
|
||||
{
|
||||
case 0: // ADD, SUB
|
||||
if (instruction & 0x40000000)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] - hart->regs[inst.rs2];
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] + hart->regs[inst.rs2];
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
case 1: // SLL
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] << (hart->regs[inst.rs2] & 0x1F);
|
||||
break;
|
||||
case 2: // SLT
|
||||
hart->regs[inst.rd] = (int32_t)hart->regs[inst.rs1] < (int32_t)hart->regs[inst.rs2] ? 1 : 0;
|
||||
break;
|
||||
case 3: // SLTU
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] < hart->regs[inst.rs2] ? 1 : 0;
|
||||
break;
|
||||
case 4: // XOR
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] ^ hart->regs[inst.rs2];
|
||||
break;
|
||||
case 5: // SRL, SRA
|
||||
{
|
||||
const uint32_t shamt = hart->regs[inst.rs2] & 0x1F;
|
||||
uint32_t res = hart->regs[inst.rs1] >> shamt;
|
||||
if ((instruction & 0x40000000) && shamt > 0) { res = sign_extend(res, 32 - shamt); }
|
||||
hart->regs[inst.rd] = res;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 6: // OR
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] | hart->regs[inst.rs2];
|
||||
break;
|
||||
case 7: // AND
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->regs[inst.rs1] & hart->regs[inst.rs2];
|
||||
break;
|
||||
default:
|
||||
assert(!"Unhandled OP-IMM");
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
void execute_branch(struct Hart* hart, uint32_t instruction)
|
||||
{
|
||||
const struct Instruction inst = decode_b_type(instruction);
|
||||
const uint32_t r1 = hart->regs[inst.rs1];
|
||||
const uint32_t r2 = hart->regs[inst.rs2];
|
||||
bool take_branch = false;
|
||||
|
||||
switch (inst.funct3)
|
||||
{
|
||||
case 0: take_branch = (r1 == r2); break;
|
||||
case 1: take_branch = (r1 != r2); break;
|
||||
case 4: take_branch = (r1 < r2); break;
|
||||
case 5: take_branch = (r1 >= r2); break;
|
||||
case 6: take_branch = ((int32_t)r1 < (int32_t)r2); break;
|
||||
case 7: take_branch = ((int32_t)r1 >= (int32_t)r2); break;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (take_branch)
|
||||
{
|
||||
hart->pc += inst.imm;
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
hart->pc += 4;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
void execute(struct Hart* hart, uint32_t instruction)
|
||||
{
|
||||
switch (instruction & 0x7f)
|
||||
{
|
||||
case 0x13:
|
||||
execute_op_imm(hart, instruction);
|
||||
hart->pc += 4;
|
||||
break;
|
||||
case 0x17: // AUIPC
|
||||
{
|
||||
struct Instruction inst = decode_u_type(instruction);
|
||||
if (inst.rd != 0)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = inst.imm + hart->pc;
|
||||
}
|
||||
hart->pc += 4;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 0x33:
|
||||
execute_op(hart, instruction);
|
||||
hart->pc += 4;
|
||||
break;
|
||||
case 0x37: // LUI
|
||||
{
|
||||
struct Instruction inst = decode_u_type(instruction);
|
||||
if (inst.rd != 0)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = inst.imm;
|
||||
}
|
||||
hart->pc += 4;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 0x63:
|
||||
execute_branch(hart, instruction);
|
||||
break;
|
||||
case 0x67: // JALR
|
||||
{
|
||||
struct Instruction inst = decode_i_type(instruction);
|
||||
assert(inst.funct3 == 0);
|
||||
if (inst.rd != 0)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->pc + 4;
|
||||
}
|
||||
hart->pc = (hart->regs[inst.rs1] + inst.imm) & 0xFFFFFFFE;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 0x6F: // JAL
|
||||
{
|
||||
struct Instruction inst = decode_j_type(instruction);
|
||||
if (inst.rd != 0)
|
||||
{
|
||||
hart->regs[inst.rd] = hart->pc + 4;
|
||||
}
|
||||
hart->pc += inst.imm;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
default:
|
||||
assert(!"Unhandled opcode");
|
||||
}
|
||||
|
||||
assert(hart->regs[0] == 0);
|
||||
}
|
||||
|
||||
void test_addi()
|
||||
{
|
||||
struct Hart hart = {0};
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x00500093); // addi x1, x0, 5
|
||||
assert(hart.regs[1] == 5);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0xffe00093); // addi, x1, x0, -2
|
||||
assert(hart.regs[1] == 0xfffffffe);
|
||||
}
|
||||
|
||||
void test_slti_sltiu()
|
||||
{
|
||||
struct Hart hart = {0};
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = 5;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x00f0b113); // sltiu x2, x1, 15
|
||||
assert(hart.regs[2] == 1);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0050b113); // sltiu x2, x1, 15
|
||||
assert(hart.regs[2] == 0);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0010b113); // sltiu x2, x1, 15
|
||||
assert(hart.regs[2] == 0);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x00f0a113); // slti x2, x1, 15
|
||||
assert(hart.regs[2] == 1);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0050a113); // slti x2, x1, 15
|
||||
assert(hart.regs[2] == 0);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0010a113); // slti x2, x1, 15
|
||||
assert(hart.regs[2] == 0);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0xffb0a113); // slti x2, x1, -5
|
||||
assert(hart.regs[2] == 0);
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = (uint32_t)-20;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0xffb0a113); // slti x2, x1, -5
|
||||
assert(hart.regs[2] == 1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
void test_andi_ori_xori()
|
||||
{
|
||||
struct Hart hart = {0};
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = 6;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x00c0c113); // xori x2, x1, 12
|
||||
assert(hart.regs[2] == 10);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x00c0e113); // ori x2, x1, 12
|
||||
assert(hart.regs[2] == 14);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x00c0f113); // andi x2, x1, 12
|
||||
assert(hart.regs[2] == 4);
|
||||
}
|
||||
|
||||
void test_slli_srli_srai()
|
||||
{
|
||||
struct Hart hart = {0};
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = 6;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x00209113); // slli x2, x1, 2
|
||||
assert(hart.regs[2] == 24);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0020d113); // srli x2, x1, 2
|
||||
assert(hart.regs[2] == 1);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x4020d113); // srai x2, x1, 2
|
||||
assert(hart.regs[2] == 1);
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = (uint32_t)-6;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0020d113); // srli x2, x1, 2
|
||||
assert(hart.regs[2] == 0x3FFFFFFE);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x4020d113); // srai x2, x1, 2
|
||||
assert(hart.regs[2] == 0xFFFFFFFE);
|
||||
}
|
||||
|
||||
void test_lui_auipc()
|
||||
{
|
||||
struct Hart hart = {0};
|
||||
|
||||
hart.pc = 0;
|
||||
execute(&hart, 0x0007b0b7); // lui x1, 503808
|
||||
assert(hart.regs[1] == 503808);
|
||||
|
||||
hart.pc = 0;
|
||||
execute(&hart, 0x0007b097); // auipc x1, 503808
|
||||
assert(hart.regs[1] == 503808);
|
||||
|
||||
hart.pc = 12;
|
||||
execute(&hart, 0x0007b097); // auipc x1, 503808
|
||||
assert(hart.regs[1] == 503820);
|
||||
}
|
||||
|
||||
void test_op()
|
||||
{
|
||||
struct Hart hart = {0};
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = 3;
|
||||
hart.regs[2] = 4;
|
||||
hart.regs[4] = (uint32_t)-1;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x002081b3); // add, x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 7);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x402081b3); // sub x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0xFFFFFFFF);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0020a1b3); // slt x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 1);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x001121b3); // slt x3, x2, 1
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x001131b3); // sltu x3, x2, x1
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0020b1b3); // sltu x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 1);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0040a1b3); // slt x3, x1, x4
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0);
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = 6;
|
||||
hart.regs[2] = 12;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0020e1b3); // or x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 14);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0020c1b3); // xor x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 10);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0020f1b3); // and x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 4);
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = 6;
|
||||
hart.regs[2] = 2;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x002091b3); // sll x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 24);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x0020d1b3); // srl x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 1);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x4020d1b3); // sra x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 1);
|
||||
|
||||
hart.regs[1] = (uint32_t)-6;
|
||||
hart.regs[2] = 2;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x4020d1b3); // sra x3, x1, x2
|
||||
assert(hart.regs[3] == 0xFFFFFFFE);
|
||||
}
|
||||
|
||||
void test_jal()
|
||||
{
|
||||
struct Hart hart = {0};
|
||||
|
||||
hart.pc = 12;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x12c000ef); // jal x1, 300
|
||||
assert(hart.regs[1] == 16);
|
||||
assert(hart.pc == 312);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0xed5ff0ef); // jal x1, -300
|
||||
assert(hart.regs[1] == 316);
|
||||
assert(hart.pc == 12);
|
||||
}
|
||||
|
||||
void test_jalr()
|
||||
{
|
||||
struct Hart hart = {0};
|
||||
|
||||
hart.pc = 12;
|
||||
hart.regs[1] = 300;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x00a08167); // jalr x2, 10(x1)
|
||||
assert(hart.regs[2] == 16);
|
||||
assert(hart.pc == 310);
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0xff608167); // jalr x2, -10(x1)
|
||||
assert(hart.regs[2] == 314);
|
||||
assert(hart.pc == 290);
|
||||
}
|
||||
|
||||
void test_branch()
|
||||
{
|
||||
struct Hart hart = {0};
|
||||
|
||||
hart.pc = 100;
|
||||
hart.regs[1] = 2;
|
||||
hart.regs[2] = 0xFFFFFFFC;
|
||||
|
||||
execute(&hart, 0x00208c63); // beq x1, x2, 24
|
||||
assert(hart.pc == 104);
|
||||
|
||||
hart.pc = 100;
|
||||
execute(&hart, 0x00209c63); // bne x1, x2, 24
|
||||
assert(hart.pc == 124);
|
||||
|
||||
hart.pc = 100;
|
||||
execute(&hart, 0x0020cc63); // blt x1, x2, 24
|
||||
assert(hart.pc == 124);
|
||||
|
||||
hart.pc = 100;
|
||||
execute(&hart, 0x0020dc63); // bge x1, x2, 24
|
||||
assert(hart.pc == 104);
|
||||
|
||||
hart.pc = 100;
|
||||
execute(&hart, 0x0020ec63); // bltu x1, x2, 24
|
||||
assert(hart.pc == 104);
|
||||
|
||||
hart.pc = 100;
|
||||
execute(&hart, 0x0020fc63); // bgeu x1, x2, 24
|
||||
assert(hart.pc == 124);
|
||||
}
|
||||
|
||||
void test()
|
||||
{
|
||||
test_addi();
|
||||
test_slti_sltiu();
|
||||
test_andi_ori_xori();
|
||||
test_slli_srli_srai();
|
||||
test_lui_auipc();
|
||||
test_op();
|
||||
test_jal();
|
||||
test_jalr();
|
||||
test_branch();
|
||||
}
|
||||
|
||||
int main(int argc, char* argv[])
|
||||
{
|
||||
test();
|
||||
return EXIT_SUCCESS;
|
||||
}
|
1
os/.gitignore
vendored
Normal file
1
os/.gitignore
vendored
Normal file
@ -0,0 +1 @@
|
||||
build/
|
31
os/boot.S
Normal file
31
os/boot.S
Normal file
@ -0,0 +1,31 @@
|
||||
.option norvc
|
||||
|
||||
.section .init
|
||||
|
||||
.equ UART_BASE, 0x10000000
|
||||
|
||||
.global kstart
|
||||
kstart:
|
||||
la a0, _str
|
||||
call _println
|
||||
|
||||
_halt:
|
||||
wfi
|
||||
j _halt
|
||||
|
||||
_println:
|
||||
li t0, UART_BASE
|
||||
_println_loop:
|
||||
lb t1, 0(a0)
|
||||
beqz t1, _end_println_loop
|
||||
sb t1, 0(t0)
|
||||
addi a0, a0, 1
|
||||
j _println_loop
|
||||
_end_println_loop:
|
||||
li t1, '\n'
|
||||
sb t1, 0(t0)
|
||||
ret
|
||||
|
||||
.section .rodata
|
||||
|
||||
_str: .string "Hello, world!"
|
7
os/build.bat
Normal file
7
os/build.bat
Normal file
@ -0,0 +1,7 @@
|
||||
@echo off
|
||||
|
||||
IF NOT EXIST build mkdir build
|
||||
|
||||
clang --target=riscv32 -march=rv32im -nostdlib boot.S -c -o build\boot.o
|
||||
|
||||
ld.lld -T linker.ld build\boot.o -o build\kernel.elf
|
23
os/linker.ld
Normal file
23
os/linker.ld
Normal file
@ -0,0 +1,23 @@
|
||||
ENTRY(kstart);
|
||||
|
||||
MEMORY {
|
||||
ram (wxa) : ORIGIN = 0x80000000, LENGTH = 128M
|
||||
}
|
||||
|
||||
PHDRS {
|
||||
text PT_LOAD;
|
||||
rodata PT_LOAD;
|
||||
}
|
||||
|
||||
SECTIONS {
|
||||
.text : ALIGN(4K) {
|
||||
*(.init);
|
||||
*(.text);
|
||||
} >ram AT>ram :text
|
||||
|
||||
.rodata : ALIGN(4K) {
|
||||
*(.rodata);
|
||||
} >ram AT>ram :rodata
|
||||
}
|
||||
|
||||
# @Todo .bss (clear), .data, etc
|
32
os/notes.txt
Normal file
32
os/notes.txt
Normal file
@ -0,0 +1,32 @@
|
||||
qemu-system-riscv32 -machine virt -cpu rv32 -smp 1 -m 128M -nographic -serial mon:stdio -bios none -kernel kernel.elf
|
||||
|
||||
qemu-system-riscv32 -machine virt -cpu rv32 -smp 1 -m 128M -bios none -kernel kernel.elf
|
||||
|
||||
cmd /c exit
|
||||
|
||||
clang --target=riscv32 -march=rv32im -nostdlib boot.S -c -o boot.o
|
||||
|
||||
ld.lld -T linker.ld boot.o -o kernel.elf
|
||||
|
||||
static const MemMapEntry virt_memmap[] = {
|
||||
[VIRT_DEBUG] = { 0x0, 0x100 },
|
||||
[VIRT_MROM] = { 0x1000, 0xf000 },
|
||||
[VIRT_TEST] = { 0x100000, 0x1000 },
|
||||
[VIRT_RTC] = { 0x101000, 0x1000 },
|
||||
[VIRT_CLINT] = { 0x2000000, 0x10000 },
|
||||
[VIRT_ACLINT_SSWI] = { 0x2F00000, 0x4000 },
|
||||
[VIRT_PCIE_PIO] = { 0x3000000, 0x10000 },
|
||||
[VIRT_PLATFORM_BUS] = { 0x4000000, 0x2000000 },
|
||||
[VIRT_PLIC] = { 0xc000000, VIRT_PLIC_SIZE(VIRT_CPUS_MAX * 2) },
|
||||
[VIRT_APLIC_M] = { 0xc000000, APLIC_SIZE(VIRT_CPUS_MAX) },
|
||||
[VIRT_APLIC_S] = { 0xd000000, APLIC_SIZE(VIRT_CPUS_MAX) },
|
||||
[VIRT_UART0] = { 0x10000000, 0x100 },
|
||||
[VIRT_VIRTIO] = { 0x10001000, 0x1000 },
|
||||
[VIRT_FW_CFG] = { 0x10100000, 0x18 },
|
||||
[VIRT_FLASH] = { 0x20000000, 0x4000000 },
|
||||
[VIRT_IMSIC_M] = { 0x24000000, VIRT_IMSIC_MAX_SIZE },
|
||||
[VIRT_IMSIC_S] = { 0x28000000, VIRT_IMSIC_MAX_SIZE },
|
||||
[VIRT_PCIE_ECAM] = { 0x30000000, 0x10000000 },
|
||||
[VIRT_PCIE_MMIO] = { 0x40000000, 0x40000000 },
|
||||
[VIRT_DRAM] = { 0x80000000, 0x0 },
|
||||
};
|
5
os/run.bat
Normal file
5
os/run.bat
Normal file
@ -0,0 +1,5 @@
|
||||
@echo off
|
||||
|
||||
qemu-system-riscv32 -machine virt -cpu rv32 -smp 1 -m 128M -nographic -serial mon:stdio -bios none -kernel build\kernel.elf
|
||||
|
||||
cmd /c exit
|
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