[PATCH 22/57][Arm][GAS] Add support for MVE instructions: vmlaldav, vmlalv, vmlsldav...
[binutils-gdb.git] / sim / README-HACKING
blob26dbde2932074d925653ad6bdbf252e256f4d668
1 This is a loose collection of notes for people hacking on simulators.
2 If this document gets big enough it can be prettied up then.
4 Contents
6 - The "common" directory
7 - Common Makefile Support
8 - TAGS support
9 - Generating "configure" files
10 - C Language Assumptions
11 - "dump" commands under gdb
13 The "common" directory
14 ======================
16 The common directory contains:
18 - common documentation files (e.g. run.1, and maybe in time .texi files)
19 - common source files (e.g. run.c)
20 - common Makefile fragment and configury (e.g. Make-common.in, aclocal.m4).
22 In addition "common" contains portions of the system call support
23 (e.g. callback.c, nltvals.def).
25 Even though no files are built in this directory, it is still configured
26 so support for regenerating nltvals.def is present.
28 Common Makefile Support
29 =======================
31 A common configuration framework is available for simulators that want
32 to use it.  The common framework exists to remove a lot of duplication
33 in configure.ac and Makefile.in, and it also provides a foundation for
34 enhancing the simulators uniformly (e.g. the more they share in common
35 the easier a feature added to one is added to all).
37 The configure.ac of a simulator using the common framework should look like:
39 --- snip ---
40 dnl Process this file with autoconf to produce a configure script.
41 sinclude(../common/aclocal.m4)
42 AC_PREREQ(2.5)dnl
43 AC_INIT(Makefile.in)
45 SIM_AC_COMMON
47 ... target specific additions ...
49 SIM_AC_OUTPUT
50 --- snip ---
52 SIM_AC_COMMON:
54 - invokes the autoconf macros most often used by the simulators
55 - defines --enable/--with options usable by all simulators
56 - initializes sim_link_files/sim_link_links as the set of symbolic links
57   to set up
59 SIM_AC_OUTPUT:
61 - creates the symbolic links defined in sim_link_{files,links}
62 - creates config.h
63 - creates the Makefile
65 The Makefile.in of a simulator using the common framework should look like:
67 --- snip ---
68 # Makefile for blah ...
69 # Copyright blah ...
71 ## COMMON_PRE_CONFIG_FRAG
73 # These variables are given default values in COMMON_PRE_CONFIG_FRAG.
74 # We override the ones we need to here.
75 # Not all of these need to be mentioned, only the necessary ones.
76 # In fact it is better to *not* mention ones if the value is the default.
78 # List of object files, less common parts.
79 SIM_OBJS =
80 # List of extra dependencies.
81 # Generally this consists of simulator specific files included by sim-main.h.
82 SIM_EXTRA_DEPS =
83 # List of flags to always pass to $(CC).
84 SIM_EXTRA_CFLAGS =
85 # List of extra libraries to link with.
86 SIM_EXTRA_LIBS =
87 # List of extra program dependencies.
88 SIM_EXTRA_LIBDEPS =
89 # List of main object files for `run'.
90 SIM_RUN_OBJS = run.o
91 # Dependency of `all' to build any extra files.
92 SIM_EXTRA_ALL =
93 # Dependency of `install' to install any extra files.
94 SIM_EXTRA_INSTALL =
95 # Dependency of `clean' to clean any extra files.
96 SIM_EXTRA_CLEAN =
98 ## COMMON_POST_CONFIG_FRAG
100 # Rules need to build $(SIM_OBJS), plus whatever else the target wants.
102 ... target specific rules ...
103 --- snip ---
105 COMMON_{PRE,POST}_CONFIG_FRAG are markers for SIM_AC_OUTPUT to tell it
106 where to insert the two pieces of common/Make-common.in.
107 The resulting Makefile is created by doing autoconf substitions on
108 both the target's Makefile.in and Make-common.in, and inserting
109 the two pieces of Make-common.in into the target's Makefile.in at
110 COMMON_{PRE,POST}_CONFIG_FRAG.
112 Note that SIM_EXTRA_{INSTALL,CLEAN} could be removed and "::" targets
113 could be used instead.  However, it's not clear yet whether "::" targets
114 are portable enough.
116 TAGS support
117 ============
119 Many files generate program symbols at compile time.
120 Such symbols can't be found with grep nor do they normally appear in
121 the TAGS file.  To get around this, source files can add the comment
123 /* TAGS: foo1 foo2 */
125 where foo1, foo2 are program symbols.  Symbols found in such comments
126 are greppable and appear in the TAGS file.
128 Generating "configure" files
129 ============================
131 For targets using the common framework, "configure" can be generated
132 by running `autoconf'.
134 To regenerate the configure files for all targets using the common framework:
136         $  cd devo/sim
137         $  make -f Makefile.in SHELL=/bin/sh autoconf-common
139 To add a change-log entry to the ChangeLog file for each updated
140 directory (WARNING - check the modified new-ChangeLog files before
141 renaming):
143         $  make -f Makefile.in SHELL=/bin/sh autoconf-changelog
144         $  more */new-ChangeLog
145         $  make -f Makefile.in SHELL=/bin/sh autoconf-install
147 In a similar vein, both the configure and config.in files can be
148 updated using the sequence:
150         $  cd devo/sim
151         $  make -f Makefile.in SHELL=/bin/sh autoheader-common
152         $  make -f Makefile.in SHELL=/bin/sh autoheader-changelog
153         $  more */new-ChangeLog
154         $  make -f Makefile.in SHELL=/bin/sh autoheader-install
156 To add the entries to an alternative ChangeLog file, use:
158         $  make ChangeLog=MyChangeLog ....
161 C Language Assumptions
162 ======================
164 The programmer may assume that the simulator is being built using an
165 ANSI C compiler that supports a 64 bit data type.  Consequently:
167         o       prototypes can be used
169         o       If sim-types.h is included, the two
170                 types signed64 and unsigned64 are
171                 available.
173         o       The type `unsigned' is valid.
175 However, the user should be aware of the following:
177         o       GCC's `<number>LL' is NOT acceptable.
178                 Microsoft-C doesn't reconize it.
180         o       MSC's `<number>i64' is NOT acceptable.
181                 GCC doesn't reconize it.
183         o       GCC's `long long' MSC's `_int64' can
184                 NOT be used to define 64 bit integer data
185                 types.
187         o       An empty array (eg int a[0]) is not valid.
189 When building with GCC it is effectivly a requirement that
190 --enable-build-warnings=,-Werror be specified during configuration.
192 "dump" commands under gdb
193 =========================
195 gdbinit.in contains the following
197 define dump
198 set sim_debug_dump ()
201 Simulators that define the sim_debug_dump function can then have their
202 internal state pretty printed from gdb.
204 FIXME: This can obviously be made more elaborate.  As needed it will be.
206 Rebuilding nltvals.def
207 ======================
209 Checkout a copy of the SIM and LIBGLOSS modules (Unless you've already
210 got one to hand):
212         $  mkdir /tmp/$$
213         $  cd /tmp/$$
214         $  cvs checkout sim-no-testsuite libgloss-no-testsuite newlib-no-testsuite
216 Configure things for an arbitrary simulator target (I've d10v for
217 convenience):
219         $  mkdir /tmp/$$/build
220         $  cd /tmp/$$/build
221         $  /tmp/$$/devo/configure --target=d10v-elf
223 In the sim/common directory rebuild the headers:
225         $  cd sim/common
226         $  make headers
228 To add a new target:
230         devo/sim/common/gennltvals.sh
232                 Add your new processor target (you'll need to grub
233                 around to find where your syscall.h lives).
235         devo/sim/<processor>/Makefile.in
237                 Add the definition:
239                         ``NL_TARGET = -DNL_TARGET_d10v''
241                 just before the line COMMON_POST_CONFIG_FRAG.
243         devo/sim/<processor>/*.[ch]
245                 Include targ-vals.h instead of syscall.h.
247 Tracing
248 =======
250 For ports based on CGEN, tracing instrumentation should largely be for free,
251 so we will cover the basic non-CGEN setup here.  The assumption is that your
252 target is using the common autoconf macros and so the build system already
253 includes the sim-trace configure flag.
255 The full tracing API is covered in sim-trace.h, so this section is an overview.
257 Before calling any trace function, you should make a call to the trace_prefix()
258 function.  This is usually done in the main sim_engine_run() loop before
259 simulating the next instruction.  You should make this call before every
260 simulated insn.  You can probably copy & paste this:
261   if (TRACE_ANY_P (cpu))
262     trace_prefix (sd, cpu, NULL_CIA, oldpc, TRACE_LINENUM_P (cpu), NULL, 0, "");
264 You will then need to instrument your simulator code with calls to the
265 trace_generic() function with the appropriate trace index.  Typically, this
266 will take a form similar to the above snippet.  So to trace instructions, you
267 would use something like:
268   if (TRACE_INSN_P (cpu))
269     trace_generic (sd, cpu, TRACE_INSN_IDX, "NOP;");
271 The exact output format is up to you.  See the trace index enum in sim-trace.h
272 to see the different tracing info available.
274 To utilize the tracing features at runtime, simply use the --trace-xxx flags.
275   run --trace-insn ./some-program
277 Profiling
278 =========
280 Similar to the tracing section, this is merely an overview for non-CGEN based
281 ports.  The full API may be found in sim-profile.h.  Its API is also similar
282 to the tracing API.
284 Note that unlike the tracing command line options, in addition to the profile
285 flags, you have to use the --verbose option to view the summary report after
286 execution.  Tracing output is displayed on the fly, but the profile output is
287 only summarized.
289 To profile core accesses (such as data reads/writes and insn fetches), add
290 calls to PROFILE_COUNT_CORE() to your read/write functions.  So in your data
291 fetch function, you'd use something like:
292   PROFILE_COUNT_CORE (cpu, target_addr, size_in_bytes, map_read);
293 Then in your data write function:
294   PROFILE_COUNT_CORE (cpu, target_addr, size_in_bytes, map_write);
295 And in your insn fetcher:
296   PROFILE_COUNT_CORE (cpu, target_addr, size_in_bytes, map_exec);
298 To use the PC profiling code, you simply have to tell the system where to find
299 your simulator's PC and its size.  So in your sim_open() function:
300   STATE_WATCHPOINTS (sd)->pc = address_of_cpu0_pc;
301   STATE_WATCHPOINTS (sd)->sizeof_pc = number_of_bytes_for_pc_storage;
302 In a typical 32bit system, the sizeof_pc will be 4 bytes.
304 To profile branches, in every location where a branch insn is executed, call
305 one of the related helpers:
306   PROFILE_BRANCH_TAKEN (cpu);
307   PROFILE_BRANCH_UNTAKEN (cpu);
308 If you have stall information, you can utilize the other helpers too.
310 Environment Simulation
311 ======================
313 The simplest simulator doesn't include environment support -- it merely
314 simulates the Instruction Set Architecture (ISA).  Once you're ready to move
315 on to the next level, call the common macro in your configure.ac:
316 SIM_AC_OPTION_ENVIRONMENT
318 This will support for the user, virtual, and operating environments.  See the
319 sim-config.h header for a more detailed description of them.  The former are
320 pretty straight forward as things like exceptions (making system calls) are
321 handled in the simulator.  Which is to say, an exception does not trigger an
322 exception handler in the simulator target -- that is what the operating env
323 is about.  See the following userspace section for more information.
325 Userspace System Calls
326 ======================
328 By default, the libgloss userspace is simulated.  That means the system call
329 numbers and calling convention matches that of libgloss.  Simulating other
330 userspaces (such as Linux) is pretty straightforward, but let's first focus
331 on the basics.  The basic API is covered in include/gdb/callback.h.
333 When an instruction is simulated that invokes the system call method (such as
334 forcing a hardware trap or exception), your simulator code should set up the
335 CB_SYSCALL data structure before calling the common cb_syscall() function.
336 For example:
337 static int
338 syscall_read_mem (host_callback *cb, struct cb_syscall *sc,
339                   unsigned long taddr, char *buf, int bytes)
341   SIM_DESC sd = (SIM_DESC) sc->p1;
342   SIM_CPU *cpu = (SIM_CPU *) sc->p2;
343   return sim_core_read_buffer (sd, cpu, read_map, buf, taddr, bytes);
345 static int
346 syscall_write_mem (host_callback *cb, struct cb_syscall *sc,
347                   unsigned long taddr, const char *buf, int bytes)
349   SIM_DESC sd = (SIM_DESC) sc->p1;
350   SIM_CPU *cpu = (SIM_CPU *) sc->p2;
351   return sim_core_write_buffer (sd, cpu, write_map, buf, taddr, bytes);
353 void target_sim_syscall (SIM_CPU *cpu)
355   SIM_DESC sd = CPU_STATE (cpu);
356   host_callback *cb = STATE_CALLBACK (sd);
357   CB_SYSCALL sc;
359   CB_SYSCALL_INIT (&sc);
361   sc.func = <fetch system call number>;
362   sc.arg1 = <fetch first system call argument>;
363   sc.arg2 = <fetch second system call argument>;
364   sc.arg3 = <fetch third system call argument>;
365   sc.arg4 = <fetch fourth system call argument>;
366   sc.p1 = (PTR) sd;
367   sc.p2 = (PTR) cpu;
368   sc.read_mem = syscall_read_mem;
369   sc.write_mem = syscall_write_mem;
371   cb_syscall (cb, &sc);
373   <store system call result from sc.result>;
374   <store system call error from sc.errcode>;
376 Some targets store the result and error code in different places, while others
377 only store the error code when the result is an error.
379 Keep in mind that the CB_SYS_xxx defines are normalized values with no real
380 meaning with respect to the target.  They provide a unique map on the host so
381 that it can parse things sanely.  For libgloss, the common/nltvals.def file
382 creates the target's system call numbers to the CB_SYS_xxx values.
384 To simulate other userspace targets, you really only need to update the maps
385 pointers that are part of the callback interface.  So create CB_TARGET_DEFS_MAP
386 arrays for each set (system calls, errnos, open bits, etc...) and in a place
387 you find useful, do something like:
390 static CB_TARGET_DEFS_MAP cb_linux_syscall_map[] = {
391 # define TARGET_LINUX_SYS_open 5
392   { CB_SYS_open, TARGET_LINUX_SYS_open },
393   ...
394   { -1, -1 },
397   host_callback *cb = STATE_CALLBACK (sd);
398   cb->syscall_map = cb_linux_syscall_map;
399   cb->errno_map = cb_linux_errno_map;
400   cb->open_map = cb_linux_open_map;
401   cb->signal_map = cb_linux_signal_map;
402   cb->stat_map = cb_linux_stat_map;
405 Each of these cb_linux_*_map's are manually declared by the arch target.
407 The target_sim_syscall() example above will then work unchanged (ignoring the
408 system call convention) because all of the callback functions go through these
409 mapping arrays.
411 Events
412 ======
414 Events are scheduled and executed on behalf of either a cpu or hardware devices.
415 The API is pretty much the same and can be found in common/sim-events.h and
416 common/hw-events.h.
418 For simulator targets, you really just have to worry about the schedule and
419 deschedule functions.
421 Device Trees
422 ============
424 The device tree model is based on the OpenBoot specification.  Since this is
425 largely inherited from the psim code, consult the existing psim documentation
426 for some in-depth details.
427         http://sourceware.org/psim/manual/
429 Hardware Devices
430 ================
432 The simplest simulator doesn't include hardware device support.  Once you're
433 ready to move on to the next level, call the common macro in your configure.ac:
434 SIM_AC_OPTION_HARDWARE(yes,,devone devtwo devthree)
436 The basic hardware API is documented in common/hw-device.h.
438 Each device has to have a matching file name with a "dv-" prefix.  So there has
439 to be a dv-devone.c, dv-devtwo.c, and dv-devthree.c files.  Further, each file
440 has to have a matching hw_descriptor structure.  So the dv-devone.c file has to
441 have something like:
442   const struct hw_descriptor dv_devone_descriptor[] = {
443     {"devone", devone_finish,},
444     {NULL, NULL},
445   };
447 The "devone" string as well as the "devone_finish" function are not hard
448 requirements, just common conventions.  The structure name is a hard
449 requirement.
451 The devone_finish() callback function is used to instantiate this device by
452 parsing the corresponding properties in the device tree.
454 Hardware devices typically attach address ranges to themselves.  Then when
455 accesses to those addresses are made, the hardware will have its callback
456 invoked.  The exact callback could be a normal I/O read/write access, as
457 well as a DMA access.  This makes it easy to simulate memory mapped registers.
459 Keep in mind that like a proper device driver, it may be instantiated many
460 times over.  So any device state it needs to be maintained should be allocated
461 during the finish callback and attached to the hardware device via set_hw_data.
462 Any hardware functions can access this private data via the hw_data function.
464 Ports (Interrupts / IRQs)
465 =========================
467 First, a note on terminology.  A "port" is an aspect of a hardware device that
468 accepts or generates interrupts.  So devices with input ports may be the target
469 of an interrupt (accept it), and/or they have output ports so that they may be
470 the source of an interrupt (generate it).
472 Each port has a symbolic name and a unique number.  These are used to identify
473 the port in different contexts.  The output port name has no hard relationship
474 to the input port name (same for the unique number).  The callback that accepts
475 the interrupt uses the name/id of its input port, while the generator function
476 uses the name/id of its output port.
478 The device tree is used to connect the output port of a device to the input
479 port of another device.  There are no limits on the number of inputs connected
480 to an output, or outputs to an input, or the devices attached to the ports.
481 In other words, the input port and output port could be the same device.
483 The basics are:
484  - each hardware device declares an array of ports (hw_port_descriptor).
485    any mix of input and output ports is allowed.
486  - when setting up the device, attach the array (set_hw_ports).
487  - if the device accepts interrupts, it will have to attach a port callback
488    function (set_hw_port_event)
489  - connect ports with the device tree
490  - handle incoming interrupts with the callback
491  - generate outgoing interrupts with hw_port_event