treewide: remove redundant IS_ERR() before error code check
[linux/fpc-iii.git] / arch / nios2 / kernel / insnemu.S
bloba027cc68bbca15e6ce5bfd33a26735e7c9492b89
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later */
2 /*
3  *  Copyright (C) 2003-2013 Altera Corporation
4  *  All rights reserved.
5  */
8 #include <linux/linkage.h>
9 #include <asm/entry.h>
11 .set noat
12 .set nobreak
15 * Explicitly allow the use of r1 (the assembler temporary register)
16 * within this code. This register is normally reserved for the use of
17 * the compiler.
20 ENTRY(instruction_trap)
21         ldw     r1, PT_R1(sp)           // Restore registers
22         ldw     r2, PT_R2(sp)
23         ldw     r3, PT_R3(sp)
24         ldw     r4, PT_R4(sp)
25         ldw     r5, PT_R5(sp)
26         ldw     r6, PT_R6(sp)
27         ldw     r7, PT_R7(sp)
28         ldw     r8, PT_R8(sp)
29         ldw     r9, PT_R9(sp)
30         ldw     r10, PT_R10(sp)
31         ldw     r11, PT_R11(sp)
32         ldw     r12, PT_R12(sp)
33         ldw     r13, PT_R13(sp)
34         ldw     r14, PT_R14(sp)
35         ldw     r15, PT_R15(sp)
36         ldw     ra, PT_RA(sp)
37         ldw     fp, PT_FP(sp)
38         ldw     gp, PT_GP(sp)
39         ldw     et, PT_ESTATUS(sp)
40         wrctl   estatus, et
41         ldw     ea, PT_EA(sp)
42         ldw     et, PT_SP(sp)           /* backup sp in et */
44         addi    sp, sp, PT_REGS_SIZE
46         /* INSTRUCTION EMULATION
47         *  ---------------------
48         *
49         * Nios II processors generate exceptions for unimplemented instructions.
50         * The routines below emulate these instructions.  Depending on the
51         * processor core, the only instructions that might need to be emulated
52         * are div, divu, mul, muli, mulxss, mulxsu, and mulxuu.
53         *
54         * The emulations match the instructions, except for the following
55         * limitations:
56         *
57         * 1) The emulation routines do not emulate the use of the exception
58         *    temporary register (et) as a source operand because the exception
59         *    handler already has modified it.
60         *
61         * 2) The routines do not emulate the use of the stack pointer (sp) or
62         *    the exception return address register (ea) as a destination because
63         *    modifying these registers crashes the exception handler or the
64         *    interrupted routine.
65         *
66         * Detailed Design
67         * ---------------
68         *
69         * The emulation routines expect the contents of integer registers r0-r31
70         * to be on the stack at addresses sp, 4(sp), 8(sp), ... 124(sp).  The
71         * routines retrieve source operands from the stack and modify the
72         * destination register's value on the stack prior to the end of the
73         * exception handler.  Then all registers except the destination register
74         * are restored to their previous values.
75         *
76         * The instruction that causes the exception is found at address -4(ea).
77         * The instruction's OP and OPX fields identify the operation to be
78         * performed.
79         *
80         * One instruction, muli, is an I-type instruction that is identified by
81         * an OP field of 0x24.
82         *
83         * muli   AAAAA,BBBBB,IIIIIIIIIIIIIIII,-0x24-
84         *           27    22                6      0    <-- LSB of field
85         *
86         * The remaining emulated instructions are R-type and have an OP field
87         * of 0x3a.  Their OPX fields identify them.
88         *
89         * R-type AAAAA,BBBBB,CCCCC,XXXXXX,NNNNN,-0x3a-
90         *           27    22    17     11     6      0  <-- LSB of field
91         *
92         *
93         * Opcode Encoding.  muli is identified by its OP value.  Then OPX & 0x02
94         * is used to differentiate between the division opcodes and the
95         * remaining multiplication opcodes.
96         *
97         * Instruction   OP      OPX    OPX & 0x02
98         * -----------   ----    ----   ----------
99         * muli          0x24
100         * divu          0x3a    0x24         0
101         * div           0x3a    0x25         0
102         * mul           0x3a    0x27      != 0
103         * mulxuu        0x3a    0x07      != 0
104         * mulxsu        0x3a    0x17      != 0
105         * mulxss        0x3a    0x1f      != 0
106         */
109         /*
110         * Save everything on the stack to make it easy for the emulation
111         * routines to retrieve the source register operands.
112         */
114         addi sp, sp, -128
115         stw zero, 0(sp) /* Save zero on stack to avoid special case for r0. */
116         stw r1, 4(sp)
117         stw r2,  8(sp)
118         stw r3, 12(sp)
119         stw r4, 16(sp)
120         stw r5, 20(sp)
121         stw r6, 24(sp)
122         stw r7, 28(sp)
123         stw r8, 32(sp)
124         stw r9, 36(sp)
125         stw r10, 40(sp)
126         stw r11, 44(sp)
127         stw r12, 48(sp)
128         stw r13, 52(sp)
129         stw r14, 56(sp)
130         stw r15, 60(sp)
131         stw r16, 64(sp)
132         stw r17, 68(sp)
133         stw r18, 72(sp)
134         stw r19, 76(sp)
135         stw r20, 80(sp)
136         stw r21, 84(sp)
137         stw r22, 88(sp)
138         stw r23, 92(sp)
139                 /* Don't bother to save et.  It's already been changed. */
140         rdctl r5, estatus
141         stw r5,  100(sp)
143         stw gp, 104(sp)
144         stw et, 108(sp) /* et contains previous sp value. */
145         stw fp, 112(sp)
146         stw ea, 116(sp)
147         stw ra, 120(sp)
150         /*
151         * Split the instruction into its fields.  We need 4*A, 4*B, and 4*C as
152         * offsets to the stack pointer for access to the stored register values.
153         */
154         ldw r2,-4(ea)   /* r2 = AAAAA,BBBBB,IIIIIIIIIIIIIIII,PPPPPP */
155         roli r3, r2, 7  /* r3 = BBB,IIIIIIIIIIIIIIII,PPPPPP,AAAAA,BB */
156         roli r4, r3, 3  /* r4 = IIIIIIIIIIIIIIII,PPPPPP,AAAAA,BBBBB */
157         roli r5, r4, 2  /* r5 = IIIIIIIIIIIIII,PPPPPP,AAAAA,BBBBB,II */
158         srai r4, r4, 16 /* r4 = (sign-extended) IMM16 */
159         roli r6, r5, 5  /* r6 = XXXX,NNNNN,PPPPPP,AAAAA,BBBBB,CCCCC,XX */
160         andi r2, r2, 0x3f       /* r2 = 00000000000000000000000000,PPPPPP */
161         andi r3, r3, 0x7c       /* r3 = 0000000000000000000000000,AAAAA,00 */
162         andi r5, r5, 0x7c       /* r5 = 0000000000000000000000000,BBBBB,00 */
163         andi r6, r6, 0x7c       /* r6 = 0000000000000000000000000,CCCCC,00 */
165         /* Now
166         * r2 = OP
167         * r3 = 4*A
168         * r4 = IMM16 (sign extended)
169         * r5 = 4*B
170         * r6 = 4*C
171         */
173         /*
174         * Get the operands.
175         *
176         * It is necessary to check for muli because it uses an I-type
177         * instruction format, while the other instructions are have an R-type
178         * format.
179         *
180         *  Prepare for either multiplication or division loop.
181         *  They both loop 32 times.
182         */
183         movi r14, 32
185         add  r3, r3, sp         /* r3 = address of A-operand. */
186         ldw  r3, 0(r3)          /* r3 = A-operand. */
187         movi r7, 0x24           /* muli opcode (I-type instruction format) */
188         beq r2, r7, mul_immed /* muli doesn't use the B register as a source */
190         add  r5, r5, sp         /* r5 = address of B-operand. */
191         ldw  r5, 0(r5)          /* r5 = B-operand. */
192                                 /* r4 = SSSSSSSSSSSSSSSS,-----IMM16------ */
193                                 /* IMM16 not needed, align OPX portion */
194                                 /* r4 = SSSSSSSSSSSSSSSS,CCCCC,-OPX--,00000 */
195         srli r4, r4, 5          /* r4 = 00000,SSSSSSSSSSSSSSSS,CCCCC,-OPX-- */
196         andi r4, r4, 0x3f       /* r4 = 00000000000000000000000000,-OPX-- */
198         /* Now
199         * r2 = OP
200         * r3 = src1
201         * r5 = src2
202         * r4 = OPX (no longer can be muli)
203         * r6 = 4*C
204         */
207         /*
208         *  Multiply or Divide?
209         */
210         andi r7, r4, 0x02       /* For R-type multiply instructions,
211                                    OPX & 0x02 != 0 */
212         bne r7, zero, multiply
215         /* DIVISION
216         *
217         * Divide an unsigned dividend by an unsigned divisor using
218         * a shift-and-subtract algorithm.  The example below shows
219         * 43 div 7 = 6 for 8-bit integers.  This classic algorithm uses a
220         * single register to store both the dividend and the quotient,
221         * allowing both values to be shifted with a single instruction.
222         *
223         *                               remainder dividend:quotient
224         *                               --------- -----------------
225         *   initialize                   00000000     00101011:
226         *   shift                        00000000     0101011:_
227         *   remainder >= divisor? no     00000000     0101011:0
228         *   shift                        00000000     101011:0_
229         *   remainder >= divisor? no     00000000     101011:00
230         *   shift                        00000001     01011:00_
231         *   remainder >= divisor? no     00000001     01011:000
232         *   shift                        00000010     1011:000_
233         *   remainder >= divisor? no     00000010     1011:0000
234         *   shift                        00000101     011:0000_
235         *   remainder >= divisor? no     00000101     011:00000
236         *   shift                        00001010     11:00000_
237         *   remainder >= divisor? yes    00001010     11:000001
238         *       remainder -= divisor   - 00000111
239         *                              ----------
240         *                                00000011     11:000001
241         *   shift                        00000111     1:000001_
242         *   remainder >= divisor? yes    00000111     1:0000011
243         *       remainder -= divisor   - 00000111
244         *                              ----------
245         *                                00000000     1:0000011
246         *   shift                        00000001     :0000011_
247         *   remainder >= divisor? no     00000001     :00000110
248         *
249         * The quotient is 00000110.
250         */
252 divide:
253         /*
254         *  Prepare for division by assuming the result
255         *  is unsigned, and storing its "sign" as 0.
256         */
257         movi r17, 0
260         /* Which division opcode? */
261         xori r7, r4, 0x25               /* OPX of div */
262         bne r7, zero, unsigned_division
265         /*
266         *  OPX is div.  Determine and store the sign of the quotient.
267         *  Then take the absolute value of both operands.
268         */
269         xor r17, r3, r5         /* MSB contains sign of quotient */
270         bge r3,zero,dividend_is_nonnegative
271         sub r3, zero, r3        /* -r3 */
272 dividend_is_nonnegative:
273         bge r5, zero, divisor_is_nonnegative
274         sub r5, zero, r5        /* -r5 */
275 divisor_is_nonnegative:
278 unsigned_division:
279         /* Initialize the unsigned-division loop. */
280         movi r13, 0     /* remainder = 0 */
282         /* Now
283         * r3 = dividend : quotient
284         * r4 = 0x25 for div, 0x24 for divu
285         * r5 = divisor
286         * r13 = remainder
287         * r14 = loop counter (already initialized to 32)
288         * r17 = MSB contains sign of quotient
289         */
292         /*
293         *   for (count = 32; count > 0; --count)
294         *   {
295         */
296 divide_loop:
298         /*
299         *       Division:
300         *
301         *       (remainder:dividend:quotient) <<= 1;
302         */
303         slli r13, r13, 1
304         cmplt r7, r3, zero      /* r7 = MSB of r3 */
305         or r13, r13, r7
306         slli r3, r3, 1
309         /*
310         *       if (remainder >= divisor)
311         *       {
312         *           set LSB of quotient
313         *           remainder -= divisor;
314         *       }
315         */
316         bltu r13, r5, div_skip
317         ori r3, r3, 1
318         sub r13, r13, r5
319 div_skip:
321         /*
322         *   }
323         */
324         subi r14, r14, 1
325         bne r14, zero, divide_loop
328         /* Now
329         * r3 = quotient
330         * r4 = 0x25 for div, 0x24 for divu
331         * r6 = 4*C
332         * r17 = MSB contains sign of quotient
333         */
336         /*
337         *  Conditionally negate signed quotient.  If quotient is unsigned,
338         *  the sign already is initialized to 0.
339         */
340         bge r17, zero, quotient_is_nonnegative
341         sub r3, zero, r3                /* -r3 */
342         quotient_is_nonnegative:
345         /*
346         *  Final quotient is in r3.
347         */
348         add r6, r6, sp
349         stw r3, 0(r6)   /* write quotient to stack */
350         br restore_registers
355         /* MULTIPLICATION
356         *
357         * A "product" is the number that one gets by summing a "multiplicand"
358         * several times.  The "multiplier" specifies the number of copies of the
359         * multiplicand that are summed.
360         *
361         * Actual multiplication algorithms don't use repeated addition, however.
362         * Shift-and-add algorithms get the same answer as repeated addition, and
363         * they are faster.  To compute the lower half of a product (pppp below)
364         * one shifts the product left before adding in each of the partial
365         * products (a * mmmm) through (d * mmmm).
366         *
367         * To compute the upper half of a product (PPPP below), one adds in the
368         * partial products (d * mmmm) through (a * mmmm), each time following
369         * the add by a right shift of the product.
370         *
371         *     mmmm
372         *   * abcd
373         *   ------
374         *     ####  = d * mmmm
375         *    ####   = c * mmmm
376         *   ####    = b * mmmm
377         *  ####     = a * mmmm
378         * --------
379         * PPPPpppp
380         *
381         * The example above shows 4 partial products.  Computing actual Nios II
382         * products requires 32 partials.
383         *
384         * It is possible to compute the result of mulxsu from the result of
385         * mulxuu because the only difference between the results of these two
386         * opcodes is the value of the partial product associated with the sign
387         * bit of rA.
388         *
389         *   mulxsu = mulxuu - (rA < 0) ? rB : 0;
390         *
391         * It is possible to compute the result of mulxss from the result of
392         * mulxsu because the only difference between the results of these two
393         * opcodes is the value of the partial product associated with the sign
394         * bit of rB.
395         *
396         *   mulxss = mulxsu - (rB < 0) ? rA : 0;
397         *
398         */
400 mul_immed:
401         /* Opcode is muli.  Change it into mul for remainder of algorithm. */
402         mov r6, r5              /* Field B is dest register, not field C. */
403         mov r5, r4              /* Field IMM16 is src2, not field B. */
404         movi r4, 0x27           /* OPX of mul is 0x27 */
406 multiply:
407         /* Initialize the multiplication loop. */
408         movi r9, 0      /* mul_product    = 0 */
409         movi r10, 0     /* mulxuu_product = 0 */
410         mov r11, r5     /* save original multiplier for mulxsu and mulxss */
411         mov r12, r5     /* mulxuu_multiplier (will be shifted) */
412         movi r16, 1     /* used to create "rori B,A,1" from "ror B,A,r16" */
414         /* Now
415         * r3 = multiplicand
416         * r5 = mul_multiplier
417         * r6 = 4 * dest_register (used later as offset to sp)
418         * r7 = temp
419         * r9 = mul_product
420         * r10 = mulxuu_product
421         * r11 = original multiplier
422         * r12 = mulxuu_multiplier
423         * r14 = loop counter (already initialized)
424         * r16 = 1
425         */
428         /*
429         *   for (count = 32; count > 0; --count)
430         *   {
431         */
432 multiply_loop:
434         /*
435         *       mul_product <<= 1;
436         *       lsb = multiplier & 1;
437         */
438         slli r9, r9, 1
439         andi r7, r12, 1
441         /*
442         *       if (lsb == 1)
443         *       {
444         *           mulxuu_product += multiplicand;
445         *       }
446         */
447         beq r7, zero, mulx_skip
448         add r10, r10, r3
449         cmpltu r7, r10, r3 /* Save the carry from the MSB of mulxuu_product. */
450         ror r7, r7, r16 /* r7 = 0x80000000 on carry, or else 0x00000000 */
451 mulx_skip:
453         /*
454         *       if (MSB of mul_multiplier == 1)
455         *       {
456         *           mul_product += multiplicand;
457         *       }
458         */
459         bge r5, zero, mul_skip
460         add r9, r9, r3
461 mul_skip:
463         /*
464         *       mulxuu_product >>= 1;           logical shift
465         *       mul_multiplier <<= 1;           done with MSB
466         *       mulx_multiplier >>= 1;          done with LSB
467         */
468         srli r10, r10, 1
469         or r10, r10, r7         /* OR in the saved carry bit. */
470         slli r5, r5, 1
471         srli r12, r12, 1
474         /*
475         *   }
476         */
477         subi r14, r14, 1
478         bne r14, zero, multiply_loop
481         /*
482         *  Multiply emulation loop done.
483         */
485         /* Now
486         * r3 = multiplicand
487         * r4 = OPX
488         * r6 = 4 * dest_register (used later as offset to sp)
489         * r7 = temp
490         * r9 = mul_product
491         * r10 = mulxuu_product
492         * r11 = original multiplier
493         */
496         /* Calculate address for result from 4 * dest_register */
497         add r6, r6, sp
500         /*
501         * Select/compute the result based on OPX.
502         */
505         /* OPX == mul?  Then store. */
506         xori r7, r4, 0x27
507         beq r7, zero, store_product
509         /* It's one of the mulx.. opcodes.  Move over the result. */
510         mov r9, r10
512         /* OPX == mulxuu?  Then store. */
513         xori r7, r4, 0x07
514         beq r7, zero, store_product
516         /* Compute mulxsu
517          *
518          * mulxsu = mulxuu - (rA < 0) ? rB : 0;
519          */
520         bge r3, zero, mulxsu_skip
521         sub r9, r9, r11
522 mulxsu_skip:
524         /* OPX == mulxsu?  Then store. */
525         xori r7, r4, 0x17
526         beq r7, zero, store_product
528         /* Compute mulxss
529          *
530          * mulxss = mulxsu - (rB < 0) ? rA : 0;
531          */
532         bge r11,zero,mulxss_skip
533         sub r9, r9, r3
534 mulxss_skip:
535         /* At this point, assume that OPX is mulxss, so store*/
538 store_product:
539         stw r9, 0(r6)
542 restore_registers:
543                         /* No need to restore r0. */
544         ldw r5, 100(sp)
545         wrctl estatus, r5
547         ldw r1, 4(sp)
548         ldw r2, 8(sp)
549         ldw r3, 12(sp)
550         ldw r4, 16(sp)
551         ldw r5, 20(sp)
552         ldw r6, 24(sp)
553         ldw r7, 28(sp)
554         ldw r8, 32(sp)
555         ldw r9, 36(sp)
556         ldw r10, 40(sp)
557         ldw r11, 44(sp)
558         ldw r12, 48(sp)
559         ldw r13, 52(sp)
560         ldw r14, 56(sp)
561         ldw r15, 60(sp)
562         ldw r16, 64(sp)
563         ldw r17, 68(sp)
564         ldw r18, 72(sp)
565         ldw r19, 76(sp)
566         ldw r20, 80(sp)
567         ldw r21, 84(sp)
568         ldw r22, 88(sp)
569         ldw r23, 92(sp)
570                         /* Does not need to restore et */
571         ldw gp, 104(sp)
573         ldw fp, 112(sp)
574         ldw ea, 116(sp)
575         ldw ra, 120(sp)
576         ldw sp, 108(sp) /* last restore sp */
577         eret
579 .set at
580 .set break