1*3ebbf861SJiaxun Yang /* 2*3ebbf861SJiaxun Yang * Utility for QEMU MIPS to generate it's simple bootloader 3*3ebbf861SJiaxun Yang * 4*3ebbf861SJiaxun Yang * Instructions used here are carefully selected to keep compatibility with 5*3ebbf861SJiaxun Yang * MIPS Release 6. 6*3ebbf861SJiaxun Yang * 7*3ebbf861SJiaxun Yang * Copyright (C) 2020 Jiaxun Yang <jiaxun.yang@flygoat.com> 8*3ebbf861SJiaxun Yang * 9*3ebbf861SJiaxun Yang * SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later 10*3ebbf861SJiaxun Yang */ 11*3ebbf861SJiaxun Yang 12*3ebbf861SJiaxun Yang #include "qemu/osdep.h" 13*3ebbf861SJiaxun Yang #include "qemu/bitops.h" 14*3ebbf861SJiaxun Yang #include "cpu.h" 15*3ebbf861SJiaxun Yang #include "hw/mips/bootloader.h" 16*3ebbf861SJiaxun Yang 17*3ebbf861SJiaxun Yang typedef enum bl_reg { 18*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_ZERO = 0, 19*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_AT = 1, 20*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_V0 = 2, 21*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_V1 = 3, 22*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_A0 = 4, 23*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_A1 = 5, 24*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_A2 = 6, 25*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_A3 = 7, 26*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_T0 = 8, 27*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_T1 = 9, 28*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_T2 = 10, 29*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_T3 = 11, 30*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_T4 = 12, 31*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_T5 = 13, 32*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_T6 = 14, 33*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_T7 = 15, 34*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_S0 = 16, 35*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_S1 = 17, 36*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_S2 = 18, 37*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_S3 = 19, 38*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_S4 = 20, 39*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_S5 = 21, 40*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_S6 = 22, 41*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_S7 = 23, 42*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_T8 = 24, 43*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_T9 = 25, 44*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_K0 = 26, 45*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_K1 = 27, 46*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_GP = 28, 47*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_SP = 29, 48*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_FP = 30, 49*3ebbf861SJiaxun Yang BL_REG_RA = 31, 50*3ebbf861SJiaxun Yang } bl_reg; 51*3ebbf861SJiaxun Yang 52*3ebbf861SJiaxun Yang static bool bootcpu_supports_isa(uint64_t isa_mask) 53*3ebbf861SJiaxun Yang { 54*3ebbf861SJiaxun Yang return cpu_supports_isa(&MIPS_CPU(first_cpu)->env, isa_mask); 55*3ebbf861SJiaxun Yang } 56*3ebbf861SJiaxun Yang 57*3ebbf861SJiaxun Yang /* Base types */ 58*3ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_nop(uint32_t **p) 59*3ebbf861SJiaxun Yang { 60*3ebbf861SJiaxun Yang stl_p(*p, 0); 61*3ebbf861SJiaxun Yang *p = *p + 1; 62*3ebbf861SJiaxun Yang } 63*3ebbf861SJiaxun Yang 64*3ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_r_type(uint32_t **p, uint8_t opcode, 65*3ebbf861SJiaxun Yang bl_reg rs, bl_reg rt, bl_reg rd, 66*3ebbf861SJiaxun Yang uint8_t shift, uint8_t funct) 67*3ebbf861SJiaxun Yang { 68*3ebbf861SJiaxun Yang uint32_t insn = 0; 69*3ebbf861SJiaxun Yang 70*3ebbf861SJiaxun Yang insn = deposit32(insn, 26, 6, opcode); 71*3ebbf861SJiaxun Yang insn = deposit32(insn, 21, 5, rs); 72*3ebbf861SJiaxun Yang insn = deposit32(insn, 16, 5, rt); 73*3ebbf861SJiaxun Yang insn = deposit32(insn, 11, 5, rd); 74*3ebbf861SJiaxun Yang insn = deposit32(insn, 6, 5, shift); 75*3ebbf861SJiaxun Yang insn = deposit32(insn, 0, 6, funct); 76*3ebbf861SJiaxun Yang 77*3ebbf861SJiaxun Yang stl_p(*p, insn); 78*3ebbf861SJiaxun Yang *p = *p + 1; 79*3ebbf861SJiaxun Yang } 80*3ebbf861SJiaxun Yang 81*3ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_i_type(uint32_t **p, uint8_t opcode, 82*3ebbf861SJiaxun Yang bl_reg rs, bl_reg rt, uint16_t imm) 83*3ebbf861SJiaxun Yang { 84*3ebbf861SJiaxun Yang uint32_t insn = 0; 85*3ebbf861SJiaxun Yang 86*3ebbf861SJiaxun Yang insn = deposit32(insn, 26, 6, opcode); 87*3ebbf861SJiaxun Yang insn = deposit32(insn, 21, 5, rs); 88*3ebbf861SJiaxun Yang insn = deposit32(insn, 16, 5, rt); 89*3ebbf861SJiaxun Yang insn = deposit32(insn, 0, 16, imm); 90*3ebbf861SJiaxun Yang 91*3ebbf861SJiaxun Yang stl_p(*p, insn); 92*3ebbf861SJiaxun Yang *p = *p + 1; 93*3ebbf861SJiaxun Yang } 94*3ebbf861SJiaxun Yang 95*3ebbf861SJiaxun Yang /* Single instructions */ 96*3ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_dsll(uint32_t **p, bl_reg rd, bl_reg rt, uint8_t sa) 97*3ebbf861SJiaxun Yang { 98*3ebbf861SJiaxun Yang if (bootcpu_supports_isa(ISA_MIPS3)) { 99*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_r_type(p, 0, 0, rt, rd, sa, 0x38); 100*3ebbf861SJiaxun Yang } else { 101*3ebbf861SJiaxun Yang g_assert_not_reached(); /* unsupported */ 102*3ebbf861SJiaxun Yang } 103*3ebbf861SJiaxun Yang } 104*3ebbf861SJiaxun Yang 105*3ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_jalr(uint32_t **p, bl_reg rs) 106*3ebbf861SJiaxun Yang { 107*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_r_type(p, 0, rs, 0, BL_REG_RA, 0, 0x09); 108*3ebbf861SJiaxun Yang } 109*3ebbf861SJiaxun Yang 110*3ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_lui(uint32_t **p, bl_reg rt, uint16_t imm) 111*3ebbf861SJiaxun Yang { 112*3ebbf861SJiaxun Yang /* R6: It's a alias of AUI with RS = 0 */ 113*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_i_type(p, 0x0f, 0, rt, imm); 114*3ebbf861SJiaxun Yang } 115*3ebbf861SJiaxun Yang 116*3ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_ori(uint32_t **p, bl_reg rt, bl_reg rs, uint16_t imm) 117*3ebbf861SJiaxun Yang { 118*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_i_type(p, 0x0d, rs, rt, imm); 119*3ebbf861SJiaxun Yang } 120*3ebbf861SJiaxun Yang 121*3ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_sw(uint32_t **p, bl_reg rt, uint8_t base, uint16_t offset) 122*3ebbf861SJiaxun Yang { 123*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_i_type(p, 0x2b, base, rt, offset); 124*3ebbf861SJiaxun Yang } 125*3ebbf861SJiaxun Yang 126*3ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_sd(uint32_t **p, bl_reg rt, uint8_t base, uint16_t offset) 127*3ebbf861SJiaxun Yang { 128*3ebbf861SJiaxun Yang if (bootcpu_supports_isa(ISA_MIPS3)) { 129*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_i_type(p, 0x3f, base, rt, offset); 130*3ebbf861SJiaxun Yang } else { 131*3ebbf861SJiaxun Yang g_assert_not_reached(); /* unsupported */ 132*3ebbf861SJiaxun Yang } 133*3ebbf861SJiaxun Yang } 134*3ebbf861SJiaxun Yang 135*3ebbf861SJiaxun Yang /* Pseudo instructions */ 136*3ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_li(uint32_t **p, bl_reg rt, uint32_t imm) 137*3ebbf861SJiaxun Yang { 138*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_lui(p, rt, extract32(imm, 16, 16)); 139*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_ori(p, rt, rt, extract32(imm, 0, 16)); 140*3ebbf861SJiaxun Yang } 141*3ebbf861SJiaxun Yang 142*3ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_dli(uint32_t **p, bl_reg rt, uint64_t imm) 143*3ebbf861SJiaxun Yang { 144*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_li(p, rt, extract64(imm, 32, 32)); 145*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_dsll(p, rt, rt, 16); 146*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_ori(p, rt, rt, extract64(imm, 16, 16)); 147*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_dsll(p, rt, rt, 16); 148*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_ori(p, rt, rt, extract64(imm, 0, 16)); 149*3ebbf861SJiaxun Yang } 150*3ebbf861SJiaxun Yang 151*3ebbf861SJiaxun Yang static void bl_gen_load_ulong(uint32_t **p, bl_reg rt, target_ulong imm) 152*3ebbf861SJiaxun Yang { 153*3ebbf861SJiaxun Yang if (bootcpu_supports_isa(ISA_MIPS3)) { 154*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_dli(p, rt, imm); /* 64bit */ 155*3ebbf861SJiaxun Yang } else { 156*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_li(p, rt, imm); /* 32bit */ 157*3ebbf861SJiaxun Yang } 158*3ebbf861SJiaxun Yang } 159*3ebbf861SJiaxun Yang 160*3ebbf861SJiaxun Yang /* Helpers */ 161*3ebbf861SJiaxun Yang void bl_gen_jump_to(uint32_t **p, target_ulong jump_addr) 162*3ebbf861SJiaxun Yang { 163*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_load_ulong(p, BL_REG_T9, jump_addr); 164*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_jalr(p, BL_REG_T9); 165*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_nop(p); /* delay slot */ 166*3ebbf861SJiaxun Yang } 167*3ebbf861SJiaxun Yang 168*3ebbf861SJiaxun Yang void bl_gen_jump_kernel(uint32_t **p, target_ulong sp, target_ulong a0, 169*3ebbf861SJiaxun Yang target_ulong a1, target_ulong a2, target_ulong a3, 170*3ebbf861SJiaxun Yang target_ulong kernel_addr) 171*3ebbf861SJiaxun Yang { 172*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_load_ulong(p, BL_REG_SP, sp); 173*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_load_ulong(p, BL_REG_A0, a0); 174*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_load_ulong(p, BL_REG_A1, a1); 175*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_load_ulong(p, BL_REG_A2, a2); 176*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_load_ulong(p, BL_REG_A3, a3); 177*3ebbf861SJiaxun Yang 178*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_jump_to(p, kernel_addr); 179*3ebbf861SJiaxun Yang } 180*3ebbf861SJiaxun Yang 181*3ebbf861SJiaxun Yang void bl_gen_write_ulong(uint32_t **p, target_ulong addr, target_ulong val) 182*3ebbf861SJiaxun Yang { 183*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_load_ulong(p, BL_REG_K0, val); 184*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_load_ulong(p, BL_REG_K1, addr); 185*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_sd(p, BL_REG_K0, BL_REG_K1, 0x0); 186*3ebbf861SJiaxun Yang } 187*3ebbf861SJiaxun Yang 188*3ebbf861SJiaxun Yang void bl_gen_write_u32(uint32_t **p, target_ulong addr, uint32_t val) 189*3ebbf861SJiaxun Yang { 190*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_li(p, BL_REG_K0, val); 191*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_load_ulong(p, BL_REG_K1, addr); 192*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_sw(p, BL_REG_K0, BL_REG_K1, 0x0); 193*3ebbf861SJiaxun Yang } 194*3ebbf861SJiaxun Yang 195*3ebbf861SJiaxun Yang void bl_gen_write_u64(uint32_t **p, target_ulong addr, uint64_t val) 196*3ebbf861SJiaxun Yang { 197*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_dli(p, BL_REG_K0, val); 198*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_load_ulong(p, BL_REG_K1, addr); 199*3ebbf861SJiaxun Yang bl_gen_sd(p, BL_REG_K0, BL_REG_K1, 0x0); 200*3ebbf861SJiaxun Yang } 201