13ebbf861SJiaxun Yang /* 23ebbf861SJiaxun Yang * Utility for QEMU MIPS to generate it's simple bootloader 33ebbf861SJiaxun Yang * 43ebbf861SJiaxun Yang * Instructions used here are carefully selected to keep compatibility with 53ebbf861SJiaxun Yang * MIPS Release 6. 63ebbf861SJiaxun Yang * 73ebbf861SJiaxun Yang * Copyright (C) 2020 Jiaxun Yang <jiaxun.yang@flygoat.com> 83ebbf861SJiaxun Yang * 93ebbf861SJiaxun Yang * SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later 103ebbf861SJiaxun Yang */ 113ebbf861SJiaxun Yang 123ebbf861SJiaxun Yang #include "qemu/osdep.h" 133ebbf861SJiaxun Yang #include "qemu/bitops.h" 143ebbf861SJiaxun Yang #include "cpu.h" 153ebbf861SJiaxun Yang #include "hw/mips/bootloader.h" 163ebbf861SJiaxun Yang 173ebbf861SJiaxun Yang typedef enum bl_reg { 183ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_ZERO = 0, 193ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_AT = 1, 203ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_V0 = 2, 213ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_V1 = 3, 223ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_A0 = 4, 233ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_A1 = 5, 243ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_A2 = 6, 253ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_A3 = 7, 263ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_T0 = 8, 273ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_T1 = 9, 283ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_T2 = 10, 293ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_T3 = 11, 303ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_T4 = 12, 313ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_T5 = 13, 323ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_T6 = 14, 333ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_T7 = 15, 343ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_S0 = 16, 353ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_S1 = 17, 363ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_S2 = 18, 373ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_S3 = 19, 383ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_S4 = 20, 393ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_S5 = 21, 403ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_S6 = 22, 413ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_S7 = 23, 423ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_T8 = 24, 433ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_T9 = 25, 443ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_K0 = 26, 453ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_K1 = 27, 463ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_GP = 28, 473ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_SP = 29, 483ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_FP = 30, 493ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_RA = 31, 503ebbf861SJiaxun Yang } bl_reg; 513ebbf861SJiaxun Yang 523ebbf861SJiaxun Yang static bool bootcpu_supports_isa(uint64_t isa_mask) 533ebbf861SJiaxun Yang { 543ebbf861SJiaxun Yang return cpu_supports_isa(&MIPS_CPU(first_cpu)->env, isa_mask); 553ebbf861SJiaxun Yang } 563ebbf861SJiaxun Yang 573ebbf861SJiaxun Yang /* Base types */ 583ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_nop(uint32_t **p) 593ebbf861SJiaxun Yang { 603ebbf861SJiaxun Yang stl_p(*p, 0); 613ebbf861SJiaxun Yang *p = *p + 1; 623ebbf861SJiaxun Yang } 633ebbf861SJiaxun Yang 643ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_r_type(uint32_t **p, uint8_t opcode, 653ebbf861SJiaxun Yang bl_reg rs, bl_reg rt, bl_reg rd, 663ebbf861SJiaxun Yang uint8_t shift, uint8_t funct) 673ebbf861SJiaxun Yang { 683ebbf861SJiaxun Yang uint32_t insn = 0; 693ebbf861SJiaxun Yang 703ebbf861SJiaxun Yang insn = deposit32(insn, 26, 6, opcode); 713ebbf861SJiaxun Yang insn = deposit32(insn, 21, 5, rs); 723ebbf861SJiaxun Yang insn = deposit32(insn, 16, 5, rt); 733ebbf861SJiaxun Yang insn = deposit32(insn, 11, 5, rd); 743ebbf861SJiaxun Yang insn = deposit32(insn, 6, 5, shift); 753ebbf861SJiaxun Yang insn = deposit32(insn, 0, 6, funct); 763ebbf861SJiaxun Yang 773ebbf861SJiaxun Yang stl_p(*p, insn); 783ebbf861SJiaxun Yang *p = *p + 1; 793ebbf861SJiaxun Yang } 803ebbf861SJiaxun Yang 813ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_i_type(uint32_t **p, uint8_t opcode, 823ebbf861SJiaxun Yang bl_reg rs, bl_reg rt, uint16_t imm) 833ebbf861SJiaxun Yang { 843ebbf861SJiaxun Yang uint32_t insn = 0; 853ebbf861SJiaxun Yang 863ebbf861SJiaxun Yang insn = deposit32(insn, 26, 6, opcode); 873ebbf861SJiaxun Yang insn = deposit32(insn, 21, 5, rs); 883ebbf861SJiaxun Yang insn = deposit32(insn, 16, 5, rt); 893ebbf861SJiaxun Yang insn = deposit32(insn, 0, 16, imm); 903ebbf861SJiaxun Yang 913ebbf861SJiaxun Yang stl_p(*p, insn); 923ebbf861SJiaxun Yang *p = *p + 1; 933ebbf861SJiaxun Yang } 943ebbf861SJiaxun Yang 953ebbf861SJiaxun Yang /* Single instructions */ 963ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_dsll(uint32_t **p, bl_reg rd, bl_reg rt, uint8_t sa) 973ebbf861SJiaxun Yang { 983ebbf861SJiaxun Yang if (bootcpu_supports_isa(ISA_MIPS3)) { 993ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_r_type(p, 0, 0, rt, rd, sa, 0x38); 1003ebbf861SJiaxun Yang } else { 1013ebbf861SJiaxun Yang g_assert_not_reached(); /* unsupported */ 1023ebbf861SJiaxun Yang } 1033ebbf861SJiaxun Yang } 1043ebbf861SJiaxun Yang 1053ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_jalr(uint32_t **p, bl_reg rs) 1063ebbf861SJiaxun Yang { 1073ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_r_type(p, 0, rs, 0, BL_REG_RA, 0, 0x09); 1083ebbf861SJiaxun Yang } 1093ebbf861SJiaxun Yang 1103ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_lui(uint32_t **p, bl_reg rt, uint16_t imm) 1113ebbf861SJiaxun Yang { 1123ebbf861SJiaxun Yang /* R6: It's a alias of AUI with RS = 0 */ 1133ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_i_type(p, 0x0f, 0, rt, imm); 1143ebbf861SJiaxun Yang } 1153ebbf861SJiaxun Yang 1163ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_ori(uint32_t **p, bl_reg rt, bl_reg rs, uint16_t imm) 1173ebbf861SJiaxun Yang { 1183ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_i_type(p, 0x0d, rs, rt, imm); 1193ebbf861SJiaxun Yang } 1203ebbf861SJiaxun Yang 1213ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_sw(uint32_t **p, bl_reg rt, uint8_t base, uint16_t offset) 1223ebbf861SJiaxun Yang { 1233ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_i_type(p, 0x2b, base, rt, offset); 1243ebbf861SJiaxun Yang } 1253ebbf861SJiaxun Yang 1263ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_sd(uint32_t **p, bl_reg rt, uint8_t base, uint16_t offset) 1273ebbf861SJiaxun Yang { 1283ebbf861SJiaxun Yang if (bootcpu_supports_isa(ISA_MIPS3)) { 1293ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_i_type(p, 0x3f, base, rt, offset); 1303ebbf861SJiaxun Yang } else { 1313ebbf861SJiaxun Yang g_assert_not_reached(); /* unsupported */ 1323ebbf861SJiaxun Yang } 1333ebbf861SJiaxun Yang } 1343ebbf861SJiaxun Yang 1353ebbf861SJiaxun Yang /* Pseudo instructions */ 1363ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_li(uint32_t **p, bl_reg rt, uint32_t imm) 1373ebbf861SJiaxun Yang { 1383ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_lui(p, rt, extract32(imm, 16, 16)); 1393ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_ori(p, rt, rt, extract32(imm, 0, 16)); 1403ebbf861SJiaxun Yang } 1413ebbf861SJiaxun Yang 1423ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_dli(uint32_t **p, bl_reg rt, uint64_t imm) 1433ebbf861SJiaxun Yang { 1443ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_li(p, rt, extract64(imm, 32, 32)); 1453ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_dsll(p, rt, rt, 16); 1463ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_ori(p, rt, rt, extract64(imm, 16, 16)); 1473ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_dsll(p, rt, rt, 16); 1483ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_ori(p, rt, rt, extract64(imm, 0, 16)); 1493ebbf861SJiaxun Yang } 1503ebbf861SJiaxun Yang 1513ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_load_ulong(uint32_t **p, bl_reg rt, target_ulong imm) 1523ebbf861SJiaxun Yang { 1533ebbf861SJiaxun Yang if (bootcpu_supports_isa(ISA_MIPS3)) { 1543ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_dli(p, rt, imm); /* 64bit */ 1553ebbf861SJiaxun Yang } else { 1563ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_li(p, rt, imm); /* 32bit */ 1573ebbf861SJiaxun Yang } 1583ebbf861SJiaxun Yang } 1593ebbf861SJiaxun Yang 1603ebbf861SJiaxun Yang /* Helpers */ 1613ebbf861SJiaxun Yang void bl_gen_jump_to(uint32_t **p, target_ulong jump_addr) 1623ebbf861SJiaxun Yang { 1633ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_load_ulong(p, BL_REG_T9, jump_addr); 1643ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_jalr(p, BL_REG_T9); 1653ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_nop(p); /* delay slot */ 1663ebbf861SJiaxun Yang } 1673ebbf861SJiaxun Yang 1683ebbf861SJiaxun Yang void bl_gen_jump_kernel(uint32_t **p, target_ulong sp, target_ulong a0, 1693ebbf861SJiaxun Yang target_ulong a1, target_ulong a2, target_ulong a3, 1703ebbf861SJiaxun Yang target_ulong kernel_addr) 1713ebbf861SJiaxun Yang { 1723ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_load_ulong(p, BL_REG_SP, sp); 1733ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_load_ulong(p, BL_REG_A0, a0); 1743ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_load_ulong(p, BL_REG_A1, a1); 1753ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_load_ulong(p, BL_REG_A2, a2); 1763ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_load_ulong(p, BL_REG_A3, a3); 1773ebbf861SJiaxun Yang 1783ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_jump_to(p, kernel_addr); 1793ebbf861SJiaxun Yang } 1803ebbf861SJiaxun Yang 1813ebbf861SJiaxun Yang void bl_gen_write_ulong(uint32_t **p, target_ulong addr, target_ulong val) 1823ebbf861SJiaxun Yang { 1833ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_load_ulong(p, BL_REG_K0, val); 1843ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_load_ulong(p, BL_REG_K1, addr); 185*24ade8c5SJiaxun Yang if (bootcpu_supports_isa(ISA_MIPS3)) { 1863ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_sd(p, BL_REG_K0, BL_REG_K1, 0x0); 187*24ade8c5SJiaxun Yang } else { 188*24ade8c5SJiaxun Yang bl_gen_sw(p, BL_REG_K0, BL_REG_K1, 0x0); 189*24ade8c5SJiaxun Yang } 1903ebbf861SJiaxun Yang } 1913ebbf861SJiaxun Yang 1923ebbf861SJiaxun Yang void bl_gen_write_u32(uint32_t **p, target_ulong addr, uint32_t val) 1933ebbf861SJiaxun Yang { 1943ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_li(p, BL_REG_K0, val); 1953ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_load_ulong(p, BL_REG_K1, addr); 1963ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_sw(p, BL_REG_K0, BL_REG_K1, 0x0); 1973ebbf861SJiaxun Yang } 1983ebbf861SJiaxun Yang 1993ebbf861SJiaxun Yang void bl_gen_write_u64(uint32_t **p, target_ulong addr, uint64_t val) 2003ebbf861SJiaxun Yang { 2013ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_dli(p, BL_REG_K0, val); 2023ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_load_ulong(p, BL_REG_K1, addr); 2033ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_sd(p, BL_REG_K0, BL_REG_K1, 0x0); 2043ebbf861SJiaxun Yang } 205