/* * besm6_mmu.c: BESM-6 fast write cache and TLB registers *（стойка БРУС) * * Copyright (c) 2009, Leonid Broukhis * * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a * copy of this software and associated documentation files (the "Software"), * to deal in the Software without restriction, including without limitation * the rights to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, * and/or sell copies of the Software, and to permit persons to whom the * Software is furnished to do so, subject to the following conditions: * The above copyright notice and this permission notice shall be included in * all copies or substantial portions of the Software. * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY, * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL * SERGE VAKULENKO OR LEONID BROUKHIS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES * OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, * ARISING FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE * OR OTHER DEALINGS IN THE SOFTWARE. * Except as contained in this notice, the name of Leonid Broukhis or * Serge Vakulenko shall not be used in advertising or otherwise to promote * the sale, use or other dealings in this Software without prior written * authorization from Leonid Broukhis and Serge Vakulenko. */ #include "besm6_defs.h" /* * MMU data structures * * mmu_dev MMU device descriptor * mmu_unit MMU unit descriptor * mmu_reg MMU register list */ UNIT mmu_unit = { UDATA (NULL, UNIT_FIX, 8) }; t_value BRZ[8]; uint32 BAZ[8], TABST, RZ, OLDEST, FLUSH; t_value BRS[4]; uint32 BAS[4]; uint32 BRSLRU; /* * 64-битные регистры RP0-RP7 - для отображения регистров приписки, * группами по 4 ради компактности, 12 бит на страницу. * TLB0-TLB31 - постраничные регистры приписки, копии RPi. * Обращение к памяти должно вестись через TLBi. */ t_value RP[8]; uint32 TLB[32]; unsigned iintr_data; /* protected page number or parity check location */ t_value pult[8]; REG mmu_reg[] = { { "БРЗ0", &BRZ[0], 8, 50, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, /* Буферные регистры записи */ { "БРЗ1", &BRZ[1], 8, 50, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "БРЗ2", &BRZ[2], 8, 50, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "БРЗ3", &BRZ[3], 8, 50, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "БРЗ4", &BRZ[4], 8, 50, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "БРЗ5", &BRZ[5], 8, 50, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "БРЗ6", &BRZ[6], 8, 50, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "БРЗ7", &BRZ[7], 8, 50, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "БАЗ0", &BAZ[0], 8, 16, 0, 1 }, /* Буферные адреса записи */ { "БАЗ1", &BAZ[1], 8, 16, 0, 1 }, { "БАЗ2", &BAZ[2], 8, 16, 0, 1 }, { "БАЗ3", &BAZ[3], 8, 16, 0, 1 }, { "БАЗ4", &BAZ[4], 8, 16, 0, 1 }, { "БАЗ5", &BAZ[5], 8, 16, 0, 1 }, { "БАЗ6", &BAZ[6], 8, 16, 0, 1 }, { "БАЗ7", &BAZ[7], 8, 16, 0, 1 }, { "ТАБСТ", &TABST, 8, 28, 0, 1, NULL, NULL, REG_HIDDEN },/* Таблица старшинства БРЗ */ { "ЗпТР", &FLUSH, 8, 4, 0, 1, NULL, NULL, REG_HIDDEN },/* Признак выталкивания БРЗ */ { "Старш", &OLDEST, 8, 3, 0, 1 }, /* Номер вытолкнутого БРЗ */ { "РП0", &RP[0], 8, 48, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, /* Регистры приписки, по 12 бит */ { "РП1", &RP[1], 8, 48, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "РП2", &RP[2], 8, 48, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "РП3", &RP[3], 8, 48, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "РП4", &RP[4], 8, 48, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "РП5", &RP[5], 8, 48, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "РП6", &RP[6], 8, 48, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "РП7", &RP[7], 8, 48, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "РЗ", &RZ, 8, 32, 0, 1 }, /* Регистр защиты */ { "ТР1", &pult[1], 8, 50, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, /* Тумблерные регистры */ { "ТР2", &pult[2], 8, 50, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "ТР3", &pult[3], 8, 50, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "ТР4", &pult[4], 8, 50, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "ТР5", &pult[5], 8, 50, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "ТР6", &pult[6], 8, 50, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "ТР7", &pult[7], 8, 50, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "БРС0", &BRS[0], 8, 50, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, /* Буферные регистры слов */ { "БРС1", &BRS[1], 8, 50, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "БРС2", &BRS[2], 8, 50, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "БРС3", &BRS[3], 8, 50, 0, 1, NULL, NULL, REG_VMIO}, { "БАС0", &BAS[0], 8, 16, 0, 1 }, /* Буферные адреса слов */ { "БАС1", &BAS[1], 8, 16, 0, 1 }, { "БАС2", &BAS[2], 8, 16, 0, 1 }, { "БАС3", &BAS[3], 8, 16, 0, 1 }, { "БРСст", &BRSLRU, 8, 6, 0, 1, NULL, NULL, REG_HIDDEN}, { 0 } }; #define CACHE_ENB 1 MTAB mmu_mod[] = { { 1, 0, "NOCACHE", "NOCACHE" }, { 1, 1, "CACHE", "CACHE" }, { 0 } }; t_stat mmu_reset (DEVICE *dptr); t_stat mmu_examine (t_value *vptr, t_addr addr, UNIT *uptr, int32 sw) { mmu_print_brz(); return SCPE_NOFNC; } DEVICE mmu_dev = { "MMU", &mmu_unit, mmu_reg, mmu_mod, 1, 8, 3, 1, 8, 50, &mmu_examine, NULL, &mmu_reset, NULL, NULL, NULL, NULL, DEV_DEBUG }; /* * Reset routine */ t_stat mmu_reset (DEVICE *dptr) { int i; for (i = 0; i < 8; ++i) { BRZ[i] = RP[i] = BAZ[i] = 0; } TABST = 0; OLDEST = 0; FLUSH = 0; RZ = 0; /* * Front panel switches survive the reset */ sim_cancel (&mmu_unit); return SCPE_OK; } #define loses_to_all(i) ((TABST & win_mask[i]) == 0 && \ (TABST & lose_mask[i]) == lose_mask[i]) /* * N wins over M if the bit is set * M=1 2 3 4 5 6 7 * N ------------------------- * 0| 0 1 2 3 4 5 6 * 1| 7 8 9 10 11 12 * 2| 13 14 15 16 17 * 3| 18 19 20 21 * 4| 22 23 24 * 5| 25 26 * 6| 27 */ static unsigned win_mask[8] = { 0177, 0077 << 7, 0037 << 13, 0017 << 18, 0007 << 22, 0003 << 25, 0001 << 27, 0 }; static unsigned lose_mask[8] = { 0, 1<<0, 1<<1|1<<7, 1<<2|1<<8|1<<13, 1<<3|1<<9|1<<14|1<<18, 1<<4|1<<10|1<<15|1<<19|1<<22, 1<<5|1<<11|1<<16|1<<20|1<<23|1<<25, 1<<6|1<<12|1<<17|1<<21|1<<24|1<<26|1<<27 }; #define set_wins(i) TABST = (TABST & ~lose_mask[i]) | win_mask[i] void mmu_protection_check (int addr) { /* Защита блокируется в режиме супервизора для физических (!) адресов 1-7 (ТО-8) - WTF? */ int tmp_prot_disabled = (M[PSW] & PSW_PROT_DISABLE) || (IS_SUPERVISOR (RUU) && (M[PSW] & PSW_MMAP_DISABLE) && addr < 010); /* Защита не заблокирована, а лист закрыт */ if (! tmp_prot_disabled && (RZ & (1 << (addr >> 10)))) { iintr_data = addr >> 10; if (mmu_dev.dctrl) besm6_debug ("--- (%05o) защита числа", addr); longjmp (cpu_halt, STOP_OPERAND_PROT); } } void mmu_flush (int idx) { int waddr = BAZ[idx]; if (! BAZ[idx]) { /* Был пуст после сброса или выталкивания */ return; } /* Вычисляем физический адрес выталкиваемого БРЗ */ waddr = (waddr > 0100000) ? (waddr - 0100000) : (waddr & 01777) | (TLB[waddr >> 10] << 10); memory[waddr] = BRZ[idx]; BAZ[idx] = 0; if (sim_log && mmu_dev.dctrl) { fprintf (sim_log, "--- (%05o) запись ", waddr); fprint_sym (sim_log, 0, &BRZ[idx], 0, 0); fprintf (sim_log, " из БРЗ[%d]\n", idx); } } void mmu_update_oldest () { int i; for (i = 0; i < 8; ++i) { if (loses_to_all(i)) { OLDEST = i; // fprintf(stderr, "Oldest = %d\r\n", i); return; } } } int mmu_match (int addr, int fail) { int i; for (i = 0; i < 8; ++i) { if (addr == BAZ[i]) { return i; } } return fail; } /* * Разнообразные алгоритмы выталкивания БРЗ путем записи * по адресам пультовых регистров. Тест УУ проходит дальше всего * с mmu_flush_by_age(). */ void mmu_flush_by_age() { switch (FLUSH) { case 0: break; case 1: case 2: case 3: case 4: case 5: case 6: case 7: case 8: set_wins (OLDEST); mmu_update_oldest (); mmu_flush (OLDEST); if (FLUSH == 7) { TABST = 0; OLDEST = 0; } break; } ++FLUSH; } void mmu_flush_by_number() { switch (FLUSH) { case 0: break; case 1: case 2: case 3: case 4: case 5: case 6: case 7: case 8: mmu_flush (FLUSH-1); set_wins (FLUSH-1); if (FLUSH-1 == OLDEST) mmu_update_oldest (); if (FLUSH == 7) { TABST = 0; OLDEST = 0; } break; } ++FLUSH; } /* * Запись слова в память */ void mmu_store (int addr, t_value val) { int matching; addr &= BITS(15); if (addr == 0) return; if (sim_log && mmu_dev.dctrl) { fprintf (sim_log, "--- (%05o) запись ", addr); fprint_sym (sim_log, 0, &val, 0, 0); fprintf (sim_log, "\n"); } mmu_protection_check (addr); /* Различаем адреса с припиской и без */ if (M[PSW] & PSW_MMAP_DISABLE) addr |= 0100000; /* ЗПСЧ: ЗП */ if (M[DWP] == addr && (M[PSW] & PSW_WRITE_WATCH)) longjmp(cpu_halt, STOP_STORE_ADDR_MATCH); if (sim_brk_summ & SWMASK('W') && sim_brk_test (addr, SWMASK('W'))) longjmp(cpu_halt, STOP_WWATCH); if (!(mmu_unit.flags & CACHE_ENB)) { static int roundrobin; int faked = (++roundrobin ^ addr ^ val) & 7; if (addr > 0100000 && addr < 0100010) return; BRZ[faked] = SET_CONVOL (val, RUU ^ CONVOL_INSN); BAZ[faked] = addr; mmu_flush (faked); return; } /* Запись в тумблерные регистры - выталкивание БРЗ */ if (addr > 0100000 && addr < 0100010) { mmu_flush_by_age(); return; } else FLUSH = 0; matching = mmu_match(addr, OLDEST); BRZ[matching] = SET_CONVOL (val, RUU ^ CONVOL_INSN); BAZ[matching] = addr; set_wins (matching); if (matching == OLDEST) { mmu_update_oldest (); mmu_flush (OLDEST); } } t_value mmu_memaccess (int addr) { t_value val; /* Вычисляем физический адрес слова */ addr = (addr > 0100000) ? (addr - 0100000) : (addr & 01777) | (TLB[addr >> 10] << 10); if (addr >= 010) { /* Из памяти */ val = memory[addr]; } else { /* С тумблерных регистров */ if (mmu_dev.dctrl) besm6_debug("--- (%05o) чтение ТР%o", PC, addr); val = pult[addr]; } if (sim_log && (mmu_dev.dctrl || (cpu_dev.dctrl && sim_deb))) { fprintf (sim_log, "--- (%05o) чтение ", addr & BITS(15)); fprint_sym (sim_log, 0, &val, 0, 0); fprintf (sim_log, "\n"); } /* На тумблерных регистрах контроля числа не бывает */ if (addr >= 010 && ! IS_NUMBER (val)) { iintr_data = addr & 7; besm6_debug ("--- (%05o) контроль числа", addr); longjmp (cpu_halt, STOP_RAM_CHECK); } return val; } /* * Чтение операнда */ t_value mmu_load (int addr) { int matching = -1; t_value val; addr &= BITS(15); if (addr == 0) return 0; mmu_protection_check (addr); /* Различаем адреса с припиской и без */ if (M[PSW] & PSW_MMAP_DISABLE) addr |= 0100000; /* ЗПСЧ: СЧ */ if (M[DWP] == addr && !(M[PSW] & PSW_WRITE_WATCH)) longjmp(cpu_halt, STOP_LOAD_ADDR_MATCH); if (sim_brk_summ & SWMASK('R') && sim_brk_test (addr, SWMASK('R'))) longjmp(cpu_halt, STOP_RWATCH); if (!(mmu_unit.flags & CACHE_ENB)) { return mmu_memaccess (addr) & BITS48; } matching = mmu_match(addr, -1); if (matching == -1) { val = mmu_memaccess (addr); } else { /* старшинство обновляется, только если оно не затрагивает * старший БРЗ (ТО-2). */ if (matching != OLDEST) set_wins (matching); val = BRZ[matching]; if (sim_log && (mmu_dev.dctrl || (cpu_dev.dctrl && sim_deb))) { fprintf (sim_log, "--- (%05o) чтение ", addr & BITS(15)); fprint_sym (sim_log, 0, &val, 0, 0); fprintf (sim_log, " из БРЗ\n"); } if (! IS_NUMBER (val)) { iintr_data = matching; besm6_debug ("--- (%05o) контроль числа БРЗ", addr); longjmp (cpu_halt, STOP_CACHE_CHECK); } } return val & BITS48; } /* A little BRS LRU table */ #define brs_loses_to_all(i) ((BRSLRU & brs_win_mask[i]) == 0 && \ (BRSLRU & brs_lose_mask[i]) == brs_lose_mask[i]) /* * N wins over M if the bit is set * M=1 2 3 * N --------- * 0| 0 1 2 * 1| 3 4 * 2| 5 */ static unsigned brs_win_mask[4] = { 07, 03 << 3, 01 << 5, 0 }; static unsigned brs_lose_mask[8] = { 0, 1<<0, 1<<1|1<<3, 1<<2|1<<4|1<<5 }; #define brs_set_wins(i) BRSLRU = (BRSLRU & ~brs_lose_mask[i]) | brs_win_mask[i] void mmu_fetch_check (int addr) { /* В режиме супервизора защиты нет */ if (! IS_SUPERVISOR(RUU)) { int page = TLB[addr >> 10]; /* * Для команд в режиме пользователя признак защиты - * 0 в регистре приписки. */ if (page == 0) { iintr_data = addr >> 10; if (mmu_dev.dctrl) besm6_debug ("--- (%05o) защита команды", addr); longjmp (cpu_halt, STOP_INSN_PROT); } } } /* * Предвыборка команды на БРС */ t_value mmu_prefetch (int addr, int actual) { t_value val; int i; if (mmu_unit.flags & CACHE_ENB) { for (i = 0; i < 4; ++i) { if (BAS[i] == addr) { if (actual) { brs_set_wins (i); } return BRS[i]; } } for (i = 0; i < 4; ++i) { if (brs_loses_to_all (i)) { BAS[i] = addr; if (actual) { brs_set_wins (i); } break; } } } else if (!actual) { return 0; } else { /* Чтобы лампочки мигали */ i = addr & 3; } if (addr < 0100000) { int page = TLB[addr >> 10]; /* Вычисляем физический адрес слова */ addr = (addr & 01777) | (page << 10); } else { addr = addr & BITS(15); } if (addr < 010) val = pult[addr]; else val = memory[addr]; BRS[i] = val; return val; } /* * Выборка команды */ t_value mmu_fetch (int addr) { t_value val; if (addr == 0) { if (mmu_dev.dctrl) besm6_debug ("--- передача управления на 0"); longjmp (cpu_halt, STOP_INSN_CHECK); } mmu_fetch_check(addr); /* Различаем адреса с припиской и без */ if (IS_SUPERVISOR (RUU)) addr |= 0100000; /* КРА */ if (M[IBP] == addr) longjmp(cpu_halt, STOP_INSN_ADDR_MATCH); val = mmu_prefetch(addr, 1); if (sim_log && mmu_dev.dctrl) { fprintf (sim_log, "--- (%05o) выборка ", addr); fprint_sym (sim_log, 0, &val, 0, SWMASK ('I')); fprintf (sim_log, "\n"); } /* Тумблерные регистры пока только с командной сверткой */ if (addr >= 010 && ! IS_INSN (val)) { besm6_debug ("--- (%05o) контроль команды", addr); longjmp (cpu_halt, STOP_INSN_CHECK); } return val & BITS48; } void mmu_setrp (int idx, t_value val) { uint32 p0, p1, p2, p3; const uint32 mask = (MEMSIZE >> 10) - 1; /* Младшие 5 разрядов 4-х регистров приписки упакованы * по 5 в 1-20 рр, 6-е разряды - в 29-32 рр, 7-е разряды - в 33-36 рр и т.п. */ p0 = (val & 037) | (((val>>28) & 1) << 5) | (((val>>32) & 1) << 6) | (((val>>36) & 1) << 7) | (((val>>40) & 1) << 8) | (((val>>44) & 1) << 9); p1 = ((val>>5) & 037) | (((val>>29) & 1) << 5) | (((val>>33) & 1) << 6) | (((val>>37) & 1) << 7) | (((val>>41) & 1) << 8) | (((val>>45) & 1) << 9); p2 = ((val>>10) & 037) | (((val>>30) & 1) << 5) | (((val>>34) & 1) << 6) | (((val>>38) & 1) << 7) | (((val>>42) & 1) << 8) | (((val>>46) & 1) << 9); p3 = ((val>>15) & 037) | (((val>>31) & 1) << 5) | (((val>>35) & 1) << 6) | (((val>>39) & 1) << 7) | (((val>>43) & 1) << 8) | (((val>>47) & 1) << 9); p0 &= mask; p1 &= mask; p2 &= mask; p3 &= mask; RP[idx] = p0 | p1 << 12 | p2 << 24 | (t_value) p3 << 36; TLB[idx*4] = p0; TLB[idx*4+1] = p1; TLB[idx*4+2] = p2; TLB[idx*4+3] = p3; } void mmu_setup () { const uint32 mask = (MEMSIZE >> 10) - 1; int i; /* Перепись РПi в TLBj. */ for (i=0; i<8; ++i) { TLB[i*4] = RP[i] & mask; TLB[i*4+1] = RP[i] >> 12 & mask; TLB[i*4+2] = RP[i] >> 24 & mask; TLB[i*4+3] = RP[i] >> 36 & mask; } } void mmu_setprotection (int idx, t_value val) { /* Разряды сумматора, записываемые в регистр защиты - 21-28 */ int mask = 0xff << (idx * 8); val = ((val >> 20) & 0xff) << (idx * 8); RZ = (uint32)((RZ & ~mask) | val); } void mmu_setcache (int idx, t_value val) { BRZ[idx] = SET_CONVOL (val, RUU ^ CONVOL_INSN); } t_value mmu_getcache (int idx) { return BRZ[idx] & BITS48; } void mmu_print_brz () { int i, k; for (i=7; i>=0; --i) { besm6_log_cont ("БРЗ [%d] = '", i); for (k=47; k>=0; --k) besm6_log_cont ("%c", (BRZ[i] >> k & 1) ? '*' : ' '); besm6_log ("'"); } }