--- nono/m88xx0/m88100core.cpp 2026/04/29 17:04:38 1.1.1.3 +++ nono/m88xx0/m88100core.cpp 2026/04/29 17:05:05 1.1.1.10 @@ -9,60 +9,105 @@ #include "debugger.h" #include "cvprompt.h" #include "mpu.h" +#include "scheduler.h" #define OP_DEF(name) void __CONCAT(m88kcpu::op_,name)() #define OP_FUNC(name) __CONCAT(op_,name)() #include "m88100ops.cpp" +// 文字列を作る前にレベルを評価するためマクロ +#define cpulog(lv, fmt...) do { \ + if (__predict_false(gMPU->loglevel >= (lv))) { \ + gMPU->putlogn(fmt); \ + } \ +} while (0) + +void +m88kcpu::PowerOn() +{ + // 履歴は電源オン時だけ初期化。 + // (LUNA88K は ROM が正常パスで CPU リセットを行ったりするので) + exhist.Clear(); + brhist.Clear(); + + // この後起きるリセット例外で xip を初期化する前に参照することになるので + // これだけここでも初期化しておく。 + xip = 0; +} + // リセット例外のようなもの? void -m88kcpu::Reset(uint32 reset_vector) +m88kcpu::Reset() { - // TODO: 未完成 + // 例外履歴に記録 (例外発生はブランチ履歴にも記録) + // リセット例外も発生時の XIP を記録する。(LUNA88K の ROM 1.20) + exhist.AddEntry(xip | 1, 0, 0xfc000000 | 0); + brhist.AddEntry(xip | 1, 0, 0xfc000000 | 0); + // デバッガに通知 (例外ブレーク用) + debugger_notify_exception(0); + + // 内部の割り込み状態をクリア + intr_pending = 0; + atomic_reqflag &= ~(CPU_REQ_RESET | CPU_REQ_INTR | CPU_REQ_STOP); + + // Table 6-8 (p6-47) psr = 0x800003ff; - // SFD1 = 0; + // XXX ただし SFU1 は未実装なので下げておく psr &= ~PSR_SFD1; #if defined(TEST_INTERRUPT) -psr &= ~PSR_IND; -psr &= ~PSR_SFRZ; + psr &= ~PSR_IND; + psr &= ~PSR_SFRZ; #endif - SetPSR(psr); + SetPSR(); + + fip = 0; + // レジスタのうち明記されてるものをクリア。 + // 不定と明記されてるものはリセットでは触らないでおく。 + // scoreboard: cleared + nip = 0; + xip = 0; vbr = 0; + fpecr = 0; + fpcr = 0; + fpsr = 0; + // DMTx は bit0(Valid) をクリア。他は不定 + dmt0 &= ~DM_VALID; + dmt1 &= ~DM_VALID; + dmt2 &= ~DM_VALID; cmmu[0].Reset(); cmmu[1].Reset(); - // 実際には m88k MPU はリセット直後は 0 番地から実行を開始するので、 - // 大抵の場合システムでリセット直後は 0 番地付近に ROM を見せるように - // してあるのだと思うが、ここではその代わりに ROM のアドレスを指定して、 - // 直接そこから実行を開始することにする。 - fip = reset_vector; - nip = 0; - xip = 0; - fetch(); } -// request サイクル分実行する。 +// 仮想時間 delta [nsec] だけ CPU を実行する。実際には大抵行き過ぎる。 +// 戻り値は CPU 状態 (Scheduler::SCHED_CPU_*)。 uint32 -m88kcpu::Run(uint64 request) +m88kcpu::Run(uint32 delta) { - uint64 goal_cycle = total_cycle + request; bool is_release = false; bool is_intr = false; + assert(used_cycle == 0); + + goal_cycle = Vtime2Cycle(delta); + if (__predict_false(goal_cycle == 0)) { + goal_cycle = 1; + } + if ((atomic_reqflag & CPU_REQ_STOP)) { - if ((atomic_reqflag & CPU_REQ_INTR) == 0) { - // STOP 状態のままで割り込みが無ければ、 + if ((atomic_reqflag & (CPU_REQ_INTR | CPU_REQ_PROMPT | CPU_REQ_RESET))) { + // 割り込み、デバッガ、リセットが来たら STOP 解除。 + atomic_reqflag &= ~CPU_REQ_STOP; + } else { // STOP 継続として戻る。 - total_cycle = goal_cycle; - return atomic_reqflag; + used_cycle = goal_cycle; + goto exit; } - // 状態が変わったら STOP 解除。 - atomic_reqflag &= ~CPU_REQ_STOP; } while (!is_release) { @@ -78,13 +123,24 @@ m88kcpu::Run(uint64 request) if (atomic_reqflag != 0) { // 何かが起きた + if ((atomic_reqflag & CPU_REQ_RESET)) { + // リセット例外。 + Reset(); + // XIP がリセットベクタを指すためにはもう一回フェッチが必要 + // なので、ここは continue が必要。 + continue; + } + // 割り込みの認識 // 割り込みの実行は命令実行完了後、次のプリフェッチの前 if ((atomic_reqflag & CPU_REQ_INTR)) { atomic_reqflag &= ~CPU_REQ_INTR; - is_intr = true; + if (intr_pending && IsIntrEnable()) { + // この命令のあとに割り込み処理 + is_intr = true; + } #if defined(TEST_INTERRUPT) - atomic_reqflag |= CPU_REQ_PROMPT; + atomic_reqflag |= CPU_REQ_PROMPT; #endif } @@ -107,6 +163,11 @@ m88kcpu::Run(uint64 request) // プロンプトを抜けたのでここでフラグを落とす atomic_reqflag &= ~CPU_REQ_PROMPT; + + // プロンプトから戻ってきたら一旦スケジューラまで戻る(?)。 + // reset コマンドのようにデバッガからスケジューラに出した + // リクエストを(なるはやで?)回収するため。 + atomic_reqflag |= CPU_REQ_RELEASE; } if ((atomic_reqflag & CPU_REQ_RELEASE)) { @@ -132,33 +193,47 @@ m88kcpu::Run(uint64 request) break; } - if (is_intr) { - if (!(psr & PSR_IND)) { - // XXX: 割り込み信号線はレベル割り込みなのだが - // まだ処理できないのでとりあえずラッチ割り込みにしておく。 - is_intr = false; - gMPU->putlog(4, "INTR take"); - ExceptionCore(M88K_EXCEP_INTERRUPT, ExceptionKind::INTR); - continue; - } else { - gMPU->putlog(4, "INTR DISABLE"); - } + if (is_intr && IsIntrEnable()) { + // 割り込み処理要求が来ていて、 + // 直前の命令が割り込みを禁止していなければ割り込み + // XXX 実際は違う気がする + is_intr = false; + cpulog(4, "INTR take"); + ExceptionCore(M88K_EXCEP_INTERRUPT, ExceptionKind::INTR); + continue; } - total_cycle++; + used_cycle++; if ((atomic_reqflag & CPU_REQ_STOP)) { // STOP 状態は、残りサイクルを消費したことにして戻る - gMPU->putlog(2, "STOP 状態検出"); - total_cycle = goal_cycle; + cpulog(2, "STOP 状態検出"); + if (used_cycle < goal_cycle) { + used_cycle = goal_cycle; + } + } + + // XXX 命令の実行でリリースするのに、いったんループを回って + // からではタイミングが遅すぎる + if ((atomic_reqflag & CPU_REQ_RELEASE)) { + // 中断リクエスト受信 + // この命令を実行し終わったら抜ける + atomic_reqflag &= ~CPU_REQ_RELEASE; is_release = true; } - if (total_cycle >= goal_cycle) + if (used_cycle >= goal_cycle) break; } - return atomic_reqflag; + exit: + total_vtime += Cycle2Vtime(used_cycle); + used_cycle = 0; + + // HALT 状態がないので NORMAL か STOP かだけでいい + return (atomic_reqflag & CPU_REQ_STOP) + ? Scheduler::SCHED_CPU_STOP + : Scheduler::SCHED_CPU_NORMAL; } // この命令後に実行を中断して VM に戻る @@ -168,6 +243,13 @@ m88kcpu::Release() atomic_reqflag |= CPU_REQ_RELEASE; } +// リセット例外を発行する +void +m88kcpu::RequestReset() +{ + atomic_reqflag |= CPU_REQ_RESET; +} + // 通常の例外。 // DataAccessException, エラー、割り込み、TRAP からは使わない。 // vec はベクタ番号。 @@ -182,31 +264,52 @@ m88kcpu::Exception(int vec) void m88kcpu::ExceptionCore(int vec, ExceptionKind cause) { + uint syscall = 0; + // 例外履歴に記録 (例外発生はブランチ履歴にも記録) - exhist.AddEntry(xip, 0, 0xfc000000 | vec); - brhist.AddEntry(xip, 0, 0xfc000000 | vec); + // OpenBSD システムコールなら番号もついでに記録。 + // システムコール番号は tb0 発行時点で r13 にセットされている。 + // ただし 0 番は syscall(2) (間接システムコール) で、実際の番号は r2。 + // 198番 __syscall(2) だと r2:r3 (なので実質 r3)。 + if (vec == 450) { + syscall = r[13]; + if (syscall == 0) { + syscall = r[2]; + } else if (syscall == 198) { + syscall = r[3]; + } + syscall &= 0xfff; + } + uint32 from = xip | (IsSuper() ? 1 : 0); + uint32 inst = 0xfc000000 | (syscall << 12) | vec; + exhist.AddEntry(from, 0, inst); + brhist.AddEntry(from, 0, inst); // デバッガに通知 (例外ブレーク用) - debugger_notifyexception(vec); + debugger_notify_exception(vec); + + // 命令中で起きる例外はとりあえず全部2クロック追加? (Table.7-5) + if (cause != ExceptionKind::INTR) { + AddCycle(2); + } if (psr & PSR_SFRZ) { if (cause != ExceptionKind::TRAP) { - gMPU->putlog(2, "SFRZ Error Exception"); + cpulog(2, "SFRZ Error Exception"); vec = M88K_EXCEP_ERROR; cause = ExceptionKind::ERROR; } } else { - gMPU->putlog(2, "Exception %x", vec); + cpulog(2, "Exception %x", vec); if (vec != 1) { - gMPU->putlog(1, "Exception %x x=%x n=%x f=%x", vec, xip, nip, fip); + cpulog(1, "Exception %x x=%x n=%x f=%x", vec, xip, nip, fip); } sxip = xip; snip = nip; - sfip = fip; + sfip = fip; sxip |= SIP_V; snip |= SIP_V; - // XXX:実機と異なり、fip は常にフェッチ前なので V=0 - // ^^^^ コレ自体怪しい。INTERRUPT とか。 + sfip |= SIP_V; if (OpIsBusErr(opX)) { sxip |= SIP_E; // E bit @@ -282,75 +385,145 @@ m88kcpu::ExceptionCore(int vec, Exceptio } } +inline uint32 +m88kcpu::Calcdmt(uint32 flag) +{ + return + ((psr & PSR_BO_LE) ? DM_BO : 0) + | ((IsSuper() && !(flag & DM_USR)) ? DM_DAS : 0) + | DM_VALID; +} + // データアクセス例外(Read) +// ld.b, ld.h, ld.hu, ld 用 void -m88kcpu::ReadDataException(uint32 addr, uint32 flag) +m88kcpu::ReadDataException32(uint32 addr, uint32 flag) { // ミスアラインドはこの例外より前にチェックされていて、 // ここにはアラインドしかこない。 dma0 = addr & ~0x3; - dmt0 = ((psr & PSR_BO_LE) ? DM_BO : 0) - | (((psr & PSR_SUPER) && !(flag & DM_USR)) ? DM_DAS : 0) - | (flag & DM_DOUB1) // ダブルワードの第1アクセスのときセット - | (flag & DM_LOCK) // xmem でセット + dmt0 = Calcdmt(flag) | (FLD_D << 7) | (flag & DM_SIGNED) | ((flag & DM_EN_MASK) >> (addr & 0x03)) - | 0 // DM_WRITE = 0 - | DM_VALID; - gMPU->putlog(1, "ReadDAE xip=%x addr=%x", xip, addr); + ; + dmt1 &= ~DM_VALID; + dmt2 &= ~DM_VALID; + cpulog(1, "ReadDAE xip=%x addr=%x", xip, addr); + ExceptionCore(M88K_EXCEP_DATA, ExceptionKind::DATA); +} + +// データアクセス例外(Read) +// ld.d 用 +void +m88kcpu::ReadDataException64(uint32 addr, uint32 flag) +{ + // ミスアラインドはこの例外より前にチェックされていて、 + // ここにはアラインドしかこない。 + dma0 = addr; + dmt0 = Calcdmt(flag) + | DM_DOUB1 // ダブルワードの第1アクセスのときセット + | (FLD_D << 7) + | DM_EN_MASK // 32ビット有効 + ; + + dma1 = dma0 + 4; + dmt1 = Calcdmt(flag) + | (FLD_D2 << 7) + | DM_EN_MASK // 32ビット有効 + ; + + dmt2 &= ~DM_VALID; + + if ((flag & DM_DOUB1) == 0) { + // .d の2ワード目がバスエラー。第1ワードのアクセスは成功した。 + dmt0 &= ~DM_VALID; + } + + cpulog(1, "ReadDAE64 xip=%x addr=%x", xip, addr); ExceptionCore(M88K_EXCEP_DATA, ExceptionKind::DATA); } // データアクセス例外(Write) +// st.b, st.h, st.hu, st 用 void -m88kcpu::WriteDataException(uint32 addr, uint32 data, uint32 flag) +m88kcpu::WriteDataException32(uint32 addr, uint32 flag) { // ミスアラインドはこの例外より前にチェックされていて、 // ここにはアラインドしかこない。 dma0 = addr & ~0x3; - dmt0 = ((psr & PSR_BO_LE) ? DM_BO : 0) - | (((psr & PSR_SUPER) && !(flag & DM_USR)) ? DM_DAS : 0) - | (flag & DM_DOUB1) // ダブルワードの第1アクセスのときセット - | (flag & DM_LOCK) // xmem でセット + dmt0 = Calcdmt(flag) | (FLD_D << 7) - | (flag & DM_SIGNED) | ((flag & DM_EN_MASK) >> (addr & 0x03)) | DM_WRITE - | DM_VALID; + ; + dmd0 = rD; - dmd0 = data; - gMPU->putlog(1, "WriteDAE xip=%x addr=%x", xip, addr); + dmt1 &= ~DM_VALID; + dmt2 &= ~DM_VALID; + cpulog(1, "WriteDAE xip=%x addr=%x", xip, addr); + ExceptionCore(M88K_EXCEP_DATA, ExceptionKind::DATA); +} + +// データアクセス例外(Write) +// st.d 用 +void +m88kcpu::WriteDataException64(uint32 addr, uint32 flag) +{ + // ミスアラインドはこの例外より前にチェックされていて、 + // ここにはアラインドしかこない。 + dma0 = addr & ~0x3; + dmt0 = Calcdmt(flag) + | DM_DOUB1 // ダブルワードの第1アクセスのときセット + | (FLD_D << 7) + | DM_EN_MASK + | DM_WRITE + ; + dmd0 = rD; + + dma1 = dma0 + 4; + dmt1 = Calcdmt(flag) + | (FLD_D2 << 7) + | DM_EN_MASK + | DM_WRITE + ; + dmd1 = rD2; + + dmt2 &= ~DM_VALID; + + if ((flag & DM_DOUB1) == 0) { + // .d の2ワード目がバスエラー。第1ワードのアクセスは成功した。 + dmt0 &= ~DM_VALID; + } + + cpulog(1, "WriteDAE64 xip=%x addr=%x", xip, addr); ExceptionCore(M88K_EXCEP_DATA, ExceptionKind::DATA); } // データアクセス例外(xmem) +// xmem には .d は無い void -m88kcpu::XmemDataException(uint32 addr, uint32 data, uint32 flag) +m88kcpu::XmemDataException(uint32 addr, uint32 flag) { dma0 = addr & ~0x3; - dmt0 = ((psr & PSR_BO_LE) ? DM_BO : 0) - | (((psr & PSR_SUPER) && !(flag & DM_USR)) ? DM_DAS : 0) - | (flag & DM_DOUB1) // ダブルワードの第1アクセスのときセット - | (flag & DM_LOCK) // xmem でセット + dmt0 = Calcdmt(flag) + | DM_LOCK // xmem でセット | (FLD_D << 7) | (flag & DM_SIGNED) | ((flag & DM_EN_MASK) >> (addr & 0x03)) - | 0 // DM_WRITE = 0 - | DM_VALID; + ; - dma1 = addr & ~0x3; - dmt1 = ((psr & PSR_BO_LE) ? DM_BO : 0) - | (((psr & PSR_SUPER) && !(flag & DM_USR)) ? DM_DAS : 0) - | (flag & DM_DOUB1) // ダブルワードの第1アクセスのときセット - | (flag & DM_LOCK) // xmem でセット + dma1 = dma0; + dmt1 = Calcdmt(flag) + | DM_LOCK // xmem でセット | (FLD_D << 7) | (flag & DM_SIGNED) | ((flag & DM_EN_MASK) >> (addr & 0x03)) | DM_WRITE - | DM_VALID; + ; + dmd1 = rD; - dmd1 = data; + dmt2 &= ~DM_VALID; // ミスアラインドはこの例外より前にチェックされていて、 // ここにはアラインドしかこない。 @@ -360,32 +533,196 @@ m88kcpu::XmemDataException(uint32 addr, // nop } else { // xmem の write 時点 - dma0 = dma1; - dmt0 = dmt1; - dmd0 = dmd1; - dmt1 &= ~DM_VALID; + dmt0 &= ~DM_VALID; } - gMPU->putlog(1, "xmemDAE xip=%x addr=%x", xip, addr); + cpulog(1, "xmemDAE xip=%x addr=%x", xip, addr); ExceptionCore(M88K_EXCEP_DATA, ExceptionKind::DATA); } +// FPxS レジスタをセット +void +m88kcpu::SetFPxS(uint32& h, uint32& l, double src, uint32 ts) +{ + // FPHS[12]、FPLS[12] は以下の構造 + // + // 3 2 1 0 + // 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 + // +-+---------------------+---------------------------------------+ + // |S| Exponent(11bit) | High Order 20 bits of Mantissa | FPHSn + // +-+---------------------+---------------------------------------+ + // + // +---------------------------------------------------------------+ + // | Low Order bits of Mantissa, or Integer | FPLSn + // +---------------------------------------------------------------+ + // + // ts が 1 (double) の場合は IEEE754 double と同じ。 + // ts が 0 (single) の場合は float を double にキャスト (拡大変換) した + // ものではないことに注意。 + // S(符号ビット)はそのまま。float の Mantissa (23bit) のうち上位 20bit + // を FPHSn に、残り 3bit を FPLSn の上位 3bit に。ここまではいい。 + // Exponent は float の指数部(8bit、バイアス=127) の値を *そのまま* + // 符号拡張(?)する。 + // (float)1.0 は 1.0 * 2^0 なのでバイアス込みの指数部は 127、 + // (float)2.0 は 1.0 * 2^1 なのでバイアス込みの指数部は 128。 + // バイアス込みにした値は符号なし数のはずだが、ここではこれを 11bit に + // 符号拡張して FPHSn の Exponent 部に格納するようだ。取り出す際に下位 + // 8bit しか取り出さなければ害はないし、符号拡張する方がハードウェア的に + // 都合がよかったとかだろうか。 + // 仮に普通に double に変換すると double の指数部バイアスは 1023 なので + // バイアス込みの指数部は先程の例だとそれぞれ 1023、1024 になるが + // これではないということ。 + + union64 u; + u.q = d2u(src); + if (ts == 0) { + // single + + uint32 exp; + // src は普通の double なのでこの指数部を取り出す + uint32 double_biased = (u.h >> 20) & 0x7ff; + if (double_biased == 0x7ff) { + // Inf, NAN + exp = 0x7ff00000; + } else { + // double のバイアスを外して float のバイアスを足す + int float_biased = (double_biased - 1023) + 127; + // この 8bit 値を 11bit に符号拡張して所定の位置へ + exp = ((int32)(float_biased << 24)) >> 4; + exp &= 0x7ff00000; + } + + h = (u.h & 0x800fffff) | exp; + l = u.l; + } else { + // double + h = u.h; + l = u.l; + } +} + +// FPR[HL] レジスタに double 値をセット +// - それ以外のフィールドは保存する XXX ここでクリアしてもいいか? +// - XXX Guard, Round, Sticky (, AddOne) はまだない +void +m88kcpu::SetFPRx(double src) +{ + union64 u; + uint32 exp; + + u.q = d2u(src); + + // Sign は FPRH + fprh &= ~(FPRH_SIGN | FPRH_MANT); // Mantissa もついでにクリア + fprh |= u.h & 0x80000000; + + // Exp は FPIT。 + // double は 11bit だが FPIT::RESEXP は 12bit なので 1bit 符号拡張する。 + // 符号付き数(正確には負数)の右シフトは実装依存だが gcc, clang は + // 算術右シフトになる。 + // + // 3 2 + // 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9 + // +-+---------------------+- + // double |S| Exponent(11bit) | + // +-+---------------------+- + // + // +---------------------+-+- + // u.h<<1 | Exponent(11bit) |X| + // +---------------------+-+- + // + // +-----------------------+- + // exp>>1 | Exponent(12bit) | + // +-----------------------+- + exp = u.h << 1; + exp = (int32)exp >> 1; + fpit &= ~FPIT_RESEXP; + fpit |= exp & FPIT_RESEXP; + + // Mantissa は FPRH, FPRL + // 上位側(FPRH)には最上位(実数桁)の隠しビットを含む。 + fprh |= (u.h & 0x000fffff); + fprh |= FPRH_1; + fprl = u.l; +} + +// FP Precise 例外。浮動小数点数1つの場合。 +void +m88kcpu::FPPreciseException(uint32 cause, double s2) +{ + SetFPS2(s2, m88100opf_FP_T2(opX)); + FPPreciseException(cause); +} + +// FP Precise 例外。浮動小数点数2つの場合。 +void +m88kcpu::FPPreciseException(uint32 cause, double s1, double s2) +{ + SetFPS1(s1, m88100opf_FP_T1(opX)); + SetFPS2(s2, m88100opf_FP_T2(opX)); + FPPreciseException(cause); +} + +// FP Precise 例外。 +void +m88kcpu::FPPreciseException(uint32 cause) +{ + assert(cause == FPECR_FIOV || + cause == FPECR_FUNIMP || + cause == FPECR_FPRV || + cause == FPECR_FROP || + cause == FPECR_FDVZ); + + fpecr = cause; + + // FPPT(FP Precise operation Type Register) + fppt = opX & 0xffe0; // Opcode, T1, T2, TD は opX と同じ位置 + fppt |= m88100opf_D(opX); // DEST + + Exception(M88K_EXCEP_SFU1_PRECISE); +} + +// FP Imprecise 例外。 +void +m88kcpu::FPImpreciseException(uint32 cause) +{ + assert(cause == FPECR_FUNF || + cause == FPECR_FOVF || + cause == FPECR_FINX); + + fpecr = cause; + + // FPIT(FP Imprecise operation Type Register) + fpit &= FPIT_RESEXP; + fpit |= opX & FPIT_OPCODE; + fpit |= (opX & 0x00000020) << 5; // DESTSIZ + fpit |= (fpcr & 0x0000001f) << 5; // EFINV,EFDVZ,EFUNF,EFOVR,EFINX + fpit |= m88100opf_D(opX); // DEST + + // FPRH(FP Result High Register) + fprh &= ~FPRH_RNDMODE; + fprh |= (fpcr & FPCR_RM) << 14; + + Exception(M88K_EXCEP_SFU1_IMPRECISE); +} + void -m88kcpu::Interrupt() +m88kcpu::Interrupt(int level) { + // level は 0 か 1。 + intr_pending = level; atomic_reqflag |= CPU_REQ_INTR; -// gMPU->putlog(1, "INTERRUPT IGNORED"); - gMPU->putlog(4, "INTERRUPT ACK (アドレスは不正確)"); } void m88kcpu::fpu_unimpl() { printf("%s\n", __func__); + FPPreciseException(FPECR_FUNIMP); } OP_DEF(illegal) { // 本来は不当命令例外? - gMPU->putlog(0, "Illegal instruction %08x", (uint32)opX); + cpulog(0, "Illegal instruction %08x", (uint32)opX); }