core+elf: Add fields for the MCU voltages
[simavr] / simavr / sim / sim_avr.h
1 /*
2         sim_avr.h
3
4         Copyright 2008, 2009 Michel Pollet <buserror@gmail.com>
5
6         This file is part of simavr.
7
8         simavr is free software: you can redistribute it and/or modify
9         it under the terms of the GNU General Public License as published by
10         the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
11         (at your option) any later version.
12
13         simavr is distributed in the hope that it will be useful,
14         but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15         MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
16         GNU General Public License for more details.
17
18         You should have received a copy of the GNU General Public License
19         along with simavr.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
20  */
21
22 #ifndef __SIM_AVR_H__
23 #define __SIM_AVR_H__
24
25 #include <stdint.h>
26
27 typedef uint64_t avr_cycle_count_t;
28 typedef uint16_t        avr_io_addr_t;
29
30 struct avr_t;
31 typedef uint8_t (*avr_io_read_t)(struct avr_t * avr, avr_io_addr_t addr, void * param);
32 typedef void (*avr_io_write_t)(struct avr_t * avr, avr_io_addr_t addr, uint8_t v, void * param);
33 typedef avr_cycle_count_t (*avr_cycle_timer_t)(struct avr_t * avr, avr_cycle_count_t when, void * param);
34
35 enum {
36         // SREG bit indexes
37         S_C = 0,S_Z,S_N,S_V,S_S,S_H,S_T,S_I,
38
39         // 16 bits register pairs
40         R_XL    = 0x1a, R_XH,R_YL,R_YH,R_ZL,R_ZH,
41         // stack pointer
42         R_SPL   = 32+0x3d, R_SPH,
43         // real SREG
44         R_SREG  = 32+0x3f,
45
46         // maximum number of IO registers, on normal AVRs
47         MAX_IOs = 256 - 32,     // minus 32 GP registers
48 };
49
50 #define AVR_DATA_TO_IO(v) ((v) - 32)
51 #define AVR_IO_TO_DATA(v) ((v) + 32)
52
53 /*
54  * Core states.
55  */
56 enum {
57         cpu_Limbo = 0,  // before initialization is finished
58         cpu_Stopped,    // all is stopped, timers included
59
60         cpu_Running,    // we're free running
61
62         cpu_Sleeping,   // we're now sleeping until an interrupt
63
64         cpu_Step,               // run ONE instruction, then...
65         cpu_StepDone,   // tell gdb it's all OK, and give it registers
66 };
67
68 /*
69  * Main AVR instance. Some of these fields are set by the AVR "Core" definition files
70  * the rest is runtime data (as little as possible)
71  */
72 typedef struct avr_t {
73         const char * mmcu;      // name of the AVR
74         // these are filled by sim_core_declare from constants in /usr/lib/avr/include/avr/io*.h
75         uint16_t        ramend;         
76         uint32_t        flashend;
77         uint32_t        e2end;
78         uint8_t         vector_size;
79         uint8_t         signature[3];
80         uint8_t         fuse[4];
81         avr_io_addr_t   rampz;  // optional, only for ELPM/SPM on >64Kb cores
82         avr_io_addr_t   eind;   // optional, only for EIJMP/EICALL on >64Kb cores
83
84         // filled by the ELF data, this allow tracking of invalid jumps
85         uint32_t                        codeend;
86
87         int                                     state;          // stopped, running, sleeping
88         uint32_t                        frequency;      // frequency we are running at
89         // mostly used by the ADC for now
90         uint32_t                        vcc,avcc,aref; // (optional) voltages
91
92         // cycles gets incremented when sleeping and when running; it corresponds
93         // not only to "cycles that runs" but also "cycles that might have run"
94         // like, sleeping.
95         avr_cycle_count_t       cycle;          // current cycle
96         
97         // called at init time
98         void (*init)(struct avr_t * avr);
99         // called at reset time
100         void (*reset)(struct avr_t * avr);
101
102         // Mirror of the SREG register, to facilitate the access to bits
103         // in the opcode decoder.
104         // This array is re-synthetized back/forth when SREG changes
105         uint8_t         sreg[8];
106         uint8_t         i_shadow;       // used to detect edges on I flag
107
108         /* 
109          * ** current PC **
110          * Note that the PC is representing /bytes/ while the AVR value is
111          * assumed to be "words". This is in line with what GDB does...
112          * this is why you will see >>1 and <<1 in the decoder to handle jumps.
113          * It CAN be a little confusing, so concentrate, young grasshopper.
114          */
115         uint32_t        pc;
116
117         /*
118          * callback when specific IO registers are read/written.
119          * There is one drawback here, there is in way of knowing what is the
120          * "beginning of useful sram" on a core, so there is no way to deduce
121          * what is the maximum IO register for a core, and thus, we can't
122          * allocate this table dynamically.
123          * If you wanted to emulate the BIG AVRs, and XMegas, this would need
124          * work.
125          */
126         struct {
127                 struct avr_irq_t * irq; // optional, used only if asked for with avr_iomem_getirq()
128                 struct {
129                         void * param;
130                         avr_io_read_t c;
131                 } r;
132                 struct {
133                         void * param;
134                         avr_io_write_t c;
135                 } w;
136         } io[MAX_IOs];
137
138         // flash memory (initialized to 0xff, and code loaded into it)
139         uint8_t *       flash;
140         // this is the general purpose registers, IO registers, and SRAM
141         uint8_t *       data;
142
143         // queue of io modules
144         struct avr_io_t *io_port;
145
146         // cycle timers are callbacks that will be called when "when" cycle is reached
147         // the bitmap allows quick knowledge of whether there is anything to call
148         // these timers are one shots, then get cleared if the timer function returns zero,
149         // they get reset if the callback function returns a new cycle number
150         uint32_t        cycle_timer_map;
151         struct {
152                 avr_cycle_count_t       when;
153                 avr_cycle_timer_t       timer;
154                 void * param;
155         } cycle_timer[32];
156
157         // interrupt vectors, and their enable/clear registers
158         struct avr_int_vector_t * vector[64];
159         uint8_t         pending_wait;   // number of cycles to wait for pending
160         uint32_t        pending[2];             // pending interrupts
161
162         // DEBUG ONLY -- value ignored if CONFIG_SIMAVR_TRACE = 0
163         int             trace;
164
165 #if CONFIG_SIMAVR_TRACE
166         struct avr_symbol_t ** codeline;
167
168         /* DEBUG ONLY
169          * this keeps track of "jumps" ie, call,jmp,ret,reti and so on
170          * allows dumping of a meaningful data even if the stack is
171          * munched and so on
172          */
173         #define OLD_PC_SIZE     32
174         struct {
175                 uint32_t pc;
176                 uint16_t sp;
177         } old[OLD_PC_SIZE]; // catches reset..
178         int                     old_pci;
179
180 #if AVR_STACK_WATCH
181         #define STACK_FRAME_SIZE        32
182         // this records the call/ret pairs, to try to catch
183         // code that munches the stack -under- their own frame
184         struct {
185                 uint32_t        pc;
186                 uint16_t        sp;             
187         } stack_frame[STACK_FRAME_SIZE];
188         int                     stack_frame_index;
189 #endif
190
191         // DEBUG ONLY
192         // keeps track of which registers gets touched by instructions
193         // reset before each new instructions. Allows meaningful traces
194         uint32_t        touched[256 / 32];      // debug
195 #endif
196
197         // VALUE CHANGE DUMP file (waveforms)
198         // this is the VCD file that gets allocated if the 
199         // firmware that is loaded explicitly asks for a trace
200         // to be generated, and allocates it's own symbols
201         // using AVR_MMCU_TAG_VCD_TRACE (see avr_mcu_section.h)
202         struct avr_vcd_t * vcd;
203         
204         // gdb hooking structure. Only present when gdb server is active
205         struct avr_gdb_t * gdb;
206
207         // if non-zero, the gdb server will be started when the core
208         // crashed even if not activated at startup
209         // if zero, the simulator will just exit() in case of a crash
210         int             gdb_port;
211 } avr_t;
212
213
214 // this is a static constructor for each of the AVR devices
215 typedef struct avr_kind_t {
216         const char * names[4];  // name aliases
217         avr_t * (*make)();
218 } avr_kind_t;
219
220 // a symbol loaded from the .elf file
221 typedef struct avr_symbol_t {
222         const char * symbol;
223         uint32_t        addr;
224 } avr_symbol_t;
225
226 // locate the maker for mcu "name" and allocates a new avr instance
227 avr_t * avr_make_mcu_by_name(const char *name);
228 // initializes a new AVR instance. Will call the IO registers init(), and then reset()
229 int avr_init(avr_t * avr);
230 // resets the AVR, and the IO modules
231 void avr_reset(avr_t * avr);
232 // run one cycle of the AVR, sleep if necessary
233 int avr_run(avr_t * avr);
234 // finish any pending operations 
235 void avr_terminate(avr_t * avr);
236
237 // set an IO register to receive commands from the AVR firmware
238 // it's optional, and uses the ELF tags
239 void avr_set_command_register(avr_t * avr, avr_io_addr_t addr);
240 // load code in the "flash"
241 void avr_loadcode(avr_t * avr, uint8_t * code, uint32_t size, uint32_t address);
242
243
244 /*
245  * these are accessors for avr->data but allows watchpoints to be set for gdb
246  * IO modules use that to set values to registers, and the AVR core decoder uses
247  * that to register "public" read by instructions.
248  */
249 void avr_core_watch_write(avr_t *avr, uint16_t addr, uint8_t v);
250 uint8_t avr_core_watch_read(avr_t *avr, uint16_t addr);
251
252 // called when the core has detected a crash somehow.
253 // this might activate gdb server
254 void avr_sadly_crashed(avr_t *avr, uint8_t signal);
255
256 #include "sim_io.h"
257 #include "sim_regbit.h"
258 #include "sim_interrupts.h"
259 #include "sim_irq.h"
260 #include "sim_cycle_timers.h"
261
262 #endif /*__SIM_AVR_H__*/
263