Set GDB version number to 13.1.
[binutils-gdb.git] / cpu / bpf.cpu
blob13dde7094c8b2557719ab8976e424553cf7ea64e
1 ;; Linux BPF CPU description  -*- Scheme -*-
2 ;; Copyright (C) 2019 Free Software Foundation, Inc.
3 ;;
4 ;; Contributed by Oracle Inc.
5 ;;
6 ;; This file is part of the GNU Binutils and of GDB.
7 ;;
8 ;; This program is free software; you can redistribute it and/or
9 ;; modify it under the terms of the GNU General Public License as
10 ;; published by the Free Software Foundation; either version 3 of the
11 ;; License, or (at your option) any later version.
13 ;; This program is distributed in the hope that it will be useful, but
14 ;; WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15 ;; MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
16 ;; General Public License for more details.
18 ;; You should have received a copy of the GNU General Public License
19 ;; along with this program; if not, write to the Free Software
20 ;; Foundation, Inc., 51 Franklin Street - Fifth Floor, Boston, MA
21 ;; 02110-1301, USA.
23 ;; This file contains a CGEN CPU description for the Linux kernel eBPF
24 ;; instruction set.  eBPF is documented in the linux kernel source
25 ;; tree.  See linux/Documentation/networking/filter.txt, and also the
26 ;; sources in the networking subsystem, notably
27 ;; linux/net/core/filter.c.
29 (include "simplify.inc")
31 (define-arch
32   (name bpf)
33   (comment "Linux kernel BPF")
34   (insn-lsb0? #t)
35   ;; XXX explain the default-alignment setting is for the simulator.
36   ;; It is confusing that the simulator follows the emulated memory
37   ;; access conventions for fetching instructions by pieces...
38   (default-alignment unaligned)
39   (machs bpf xbpf)
40   (isas ebpfle ebpfbe xbpfle xbpfbe))
42 ;;;; The ISAs
44 ;; Logically, eBPF comforms a single instruction set featuring two
45 ;; kind of instructions: 64-bit instructions and 128-bit instructions.
47 ;; The 64-bit instructions have the form:
49 ;;      code:8 regs:8 offset:16 imm:32
51 ;; Whereas the 128-bit instructions (at the moment there is only one
52 ;; of such instructions, lddw) have the form:
54 ;;      code:8 regs:8 offset:16 imm:32 unused:32 imm:32 
56 ;; In both formats `regs' is itself composed by two fields:
58 ;;      dst:4 src:4
60 ;; The ISA is supposed to be orthogonal to endianness: the endianness
61 ;; of the instruction fields follow the endianness of the host running
62 ;; the eBPF program, and that's all.  However, this is not entirely
63 ;; true.  The definition of an eBPF code in the Linux kernel is:
65 ;; struct bpf_insn {
66 ;;      __u8    code;           /* opcode */
67 ;;      __u8    dst_reg:4;      /* dest register */
68 ;;      __u8    src_reg:4;      /* source register */
69 ;;      __s16   off;            /* signed offset */
70 ;;      __s32   imm;            /* signed immediate constant */
71 ;; };
73 ;; Since the ordering of fields in C bitmaps is defined by the
74 ;; implementation, the impact of endianness in the encoding of eBPF
75 ;; instructions is effectively defined by GCC.  In particular, GCC
76 ;; places dst_reg before src_reg in little-endian code, and the other
77 ;; way around in big-endian code.
79 ;; So, in reality, eBPF comprises two instruction sets: one for
80 ;; little-endian with instructions like:
82 ;;   code:8 src:4 dst:4 offset:16 imm:32 [unused:32 imm:32]
84 ;; and another for big-endian with instructions like:
86 ;;   code:8 dst:4 src:4 offset:16 imm:32 [unused:32 imm:32]
88 ;; where `offset' and the immediate fields are encoded in
89 ;; little-endian and big-endian byte-order, respectively.
91 (define-pmacro (define-bpf-isa x-endian)
92   (define-isa
93     (name (.sym ebpf x-endian))
94     (comment "The eBPF instruction set")
95     ;; Default length to record in ifields.  This is used in
96     ;; calculations involving bit numbers.
97     (default-insn-word-bitsize 64)
98     ;; Length of an unknown instruction.  Used by disassembly and by the
99     ;; simulator's invalid insn handler.
100     (default-insn-bitsize 64)
101     ;; Number of bits of insn that can be initially fetched.  This is
102     ;; the size of the smallest insn.
103     (base-insn-bitsize 64)))
105 (define-bpf-isa le)
106 (define-bpf-isa be)
108 (define-pmacro (define-xbpf-isa x-endian)
109   (define-isa
110     (name (.sym xbpf x-endian))
111     (comment "The xBPF instruction set")
112     (default-insn-word-bitsize 64)
113     (default-insn-bitsize 64)
114     (base-insn-bitsize 64)))
116 (define-xbpf-isa le)
117 (define-xbpf-isa be)
119 (define-pmacro all-isas () (ISA ebpfle,ebpfbe,xbpfle,xbpfbe))
120 (define-pmacro xbpf-isas () (ISA xbpfle,xbpfbe))
122 (define-pmacro (endian-isas x-endian)
123   ((ISA (.sym ebpf x-endian) (.sym xbpf x-endian))))
125 ;;;; Hardware Hierarchy
128 ;;         bpf            architecture
129 ;;          |
130 ;;        bpfbf           cpu-family
131 ;;      /       \
132 ;;     bpf     xbpf       machine
133 ;;      |       |
134 ;;   bpf-def  xbpf-def    model
136 (define-cpu
137   (name bpfbf)
138   (comment "Linux kernel eBPF virtual CPU")
139   (insn-endian big)
140   (word-bitsize 64))
142 (define-mach
143   (name bpf)
144   (comment "Linux eBPF")
145   (cpu bpfbf)
146   (isas ebpfle ebpfbe))
148 (define-model
149   (name bpf-def)
150   (comment "Linux eBPF default model")
151   (mach bpf)
152   (unit u-exec "execution unit" ()
153     1 ; issue
154     1 ; done
155     () ; state
156     () ; inputs
157     () ; outputs
158     () ; profile action (default)
159     ))
161 (define-mach
162   (name xbpf)
163   (comment "Experimental BPF")
164   (cpu bpfbf)
165   (isas ebpfle ebpfbe xbpfle xbpfbe))
167 (define-model
168   (name xbpf-def)
169   (comment "xBPF default model")
170   (mach xbpf)
171   (unit u-exec "execution unit" ()
172     1 ; issue
173     1 ; done
174     () ; state
175     () ; inputs
176     () ; outputs
177     () ; profile action (default)
178     ))
180 ;;;; Hardware Elements
182 ;; eBPF programs can access 10 general-purpose registers which are
183 ;; 64-bit.
185 (define-hardware
186   (name h-gpr)
187   (comment "General Purpose Registers")
188   (attrs all-isas (MACH bpf xbpf))
189   (type register DI (16))
190   (indices keyword "%"
191            ;; XXX the frame pointer fp is read-only, so it should
192            ;; go in a different hardware.
193            (;; ABI names.  Take priority when disassembling.
194             (r0 0) (r1 1) (r2 2) (r3 3) (r4 4) (r5 5) (r6 6)
195             (r7 7) (r8 8) (r9 9) (fp 10)
196             ;; Additional names recognized when assembling.
197             (r0 0) (r6 6) (r10 10))))
199 ;; The program counter.  CGEN requires it, even if it is not visible
200 ;; to eBPF programs.
202 (define-hardware
203   (name h-pc)
204   (comment "program counter")
205   (attrs PC PROFILE all-isas)
206   (type pc UDI)
207   (get () (raw-reg h-pc))
208   (set (newval) (set (raw-reg h-pc) newval)))
209   
210 ;; A 64-bit h-sint to be used by the imm64 operand below.  XXX this
211 ;; shouldn't be needed, as h-sint is supposed to be able to hold
212 ;; 64-bit values.  However, in practice CGEN limits h-sint to 32 bits
213 ;; in 32-bit hosts.  To be fixed in CGEN.
215 (dnh h-sint64 "signed 64-bit integer" (all-isas) (immediate DI)
216      () () ())
218 ;;;; The Instruction Sets
220 ;;; Fields and Opcodes
222 ;; Convenience macro to shorten the definition of the fields below.
223 (define-pmacro (dwf x-name x-comment x-attrs
224                     x-word-offset x-word-length x-start x-length
225                     x-mode)
226   "Define a field including its containing word."
227   (define-ifield
228     (name x-name)
229     (comment x-comment)
230     (.splice attrs (.unsplice x-attrs))
231     (word-offset x-word-offset)
232     (word-length x-word-length)
233     (start x-start)
234     (length x-length)
235     (mode x-mode)))
237 ;; For arithmetic and jump instructions the 8-bit code field is
238 ;; subdivided in:
240 ;;  op-code:4 op-src:1 op-class:3
242 (dwf f-op-code "eBPF opcode code" (all-isas) 0 8 7 4 UINT)
243 (dwf f-op-src "eBPF opcode source" (all-isas) 0 8 3 1 UINT)
244 (dwf f-op-class "eBPF opcode instruction class" (all-isas) 0 8 2 3 UINT)
246 (define-normal-insn-enum insn-op-code-alu "eBPF instruction codes"
247   (all-isas) OP_CODE_ f-op-code
248   (;; Codes for OP_CLASS_ALU and OP_CLASS_ALU64
249    (ADD #x0) (SUB #x1) (MUL #x2) (DIV #x3) (OR #x4) (AND #x5)
250    (LSH #x6) (RSH #x7) (NEG #x8) (MOD #x9) (XOR #xa) (MOV #xb)
251    (ARSH #xc) (END #xd)
252    ;; xBPF-only: signed div, signed mod
253    (SDIV #xe) (SMOD #xf)
254    ;; Codes for OP_CLASS_JMP
255    (JA #x0) (JEQ #x1) (JGT #x2) (JGE #x3) (JSET #x4)
256    (JNE #x5) (JSGT #x6) (JSGE #x7) (CALL #x8) (EXIT #x9)
257    (JLT #xa) (JLE #xb) (JSLT #xc) (JSLE #xd)))
259 (define-normal-insn-enum insn-op-src "eBPF instruction source"
260   (all-isas) OP_SRC_ f-op-src
261   ;; X => use `src' as source operand.
262   ;; K => use `imm32' as source operand.
263   ((K #b0) (X #b1)))
265 (define-normal-insn-enum insn-op-class "eBPF instruction class"
266   (all-isas) OP_CLASS_ f-op-class
267   ((LD    #b000) (LDX   #b001) (ST    #b010) (STX   #b011)
268    (ALU   #b100) (JMP   #b101) (JMP32 #b110) (ALU64 #b111)))
270 ;; For load/store instructions, the 8-bit code field is subdivided in:
272 ;; op-mode:3 op-size:2 op-class:3
274 (dwf f-op-mode "eBPF opcode mode" (all-isas) 0 8 7 3 UINT)
275 (dwf f-op-size "eBPF opcode size" (all-isas) 0 8 4 2 UINT)
277 (define-normal-insn-enum insn-op-mode "eBPF load/store instruction modes"
278   (all-isas) OP_MODE_ f-op-mode
279   ((IMM #b000) (ABS #b001) (IND #b010) (MEM #b011)
280    ;; #b100 and #b101 are used in classic BPF only, reserved in eBPF.
281    (XADD #b110)))
283 (define-normal-insn-enum insn-op-size "eBPF load/store instruction sizes"
284   (all-isas) OP_SIZE_ f-op-size
285   ((W  #b00)   ;; Word:        4 byte
286    (H  #b01)   ;; Half-word:   2 byte
287    (B  #b10)   ;; Byte:        1 byte
288    (DW #b11))) ;; Double-word: 8 byte
290 ;; The fields for the source and destination registers are a bit
291 ;; tricky.  Due to the bizarre nibble swap between little-endian and
292 ;; big-endian ISAs we need to keep different variants of the fields.
294 ;; Note that f-regs is used in the format spec of instructions that do
295 ;; NOT use registers, where endianness is irrelevant i.e. f-regs is a
296 ;; constant 0 opcode.
298 (dwf f-dstle "eBPF dst register field" ((ISA ebpfle xbpfle)) 8 8 3 4 UINT)
299 (dwf f-srcle "eBPF source register field" ((ISA ebpfle xbpfle)) 8 8 7 4 UINT)
301 (dwf f-dstbe "eBPF dst register field" ((ISA ebpfbe xbpfbe)) 8 8 7 4 UINT)
302 (dwf f-srcbe "eBPF source register field" ((ISA ebpfbe xbpfbe)) 8 8 3 4 UINT)
304 (dwf f-regs "eBPF registers field" (all-isas) 8 8 7 8 UINT)
306 ;; Finally, the fields for the immediates.
308 ;; The 16-bit offsets and 32-bit immediates do not present any special
309 ;; difficulty: we put them in their own instruction word so the
310 ;; byte-endianness will be properly applied.
312 (dwf f-offset16 "eBPF offset field" (all-isas) 16 16 15 16 HI)
313 (dwf f-imm32 "eBPF 32-bit immediate field" (all-isas) 32 32 31 32 INT)
315 ;; For the disjoint 64-bit signed immediate, however, we need to use a
316 ;; multi-ifield.
318 (dwf f-imm64-a "eBPF 64-bit immediate a" (all-isas) 32 32 31 32 UINT)
319 (dwf f-imm64-b "eBPF 64-bit immediate b" (all-isas) 64 32 31 32 UINT)
320 (dwf f-imm64-c "eBPF 64-bit immediate c" (all-isas) 96 32 31 32 UINT)
322 (define-multi-ifield
323   (name f-imm64)
324   (comment "eBPF 64-bit immediate field")
325   (attrs all-isas)
326   (mode DI)
327   (subfields f-imm64-a f-imm64-b f-imm64-c)
328   (insert (sequence ()
329                     (set (ifield f-imm64-b) (const 0))
330                     (set (ifield f-imm64-c) (srl (ifield f-imm64) (const 32)))
331                     (set (ifield f-imm64-a) (and (ifield f-imm64) (const #xffffffff)))))
332   (extract (sequence ()
333                      (set (ifield f-imm64)
334                           (or (sll UDI (zext UDI (ifield f-imm64-c)) (const 32))
335                               (zext UDI (ifield f-imm64-a)))))))
337 ;;; Operands
339 ;; A couple of source and destination register operands are defined
340 ;; for each ISA: ebpfle and ebpfbe.
342 (dno dstle "destination register" ((ISA ebpfle xbpfle)) h-gpr f-dstle)
343 (dno srcle "source register" ((ISA ebpfle xbpfle)) h-gpr f-srcle)
345 (dno dstbe "destination register" ((ISA ebpfbe xbpfbe)) h-gpr f-dstbe)
346 (dno srcbe "source register" ((ISA ebpfbe xbpfbe)) h-gpr f-srcbe)
348 ;; Jump instructions have a 16-bit PC-relative address.
349 ;; CALL instructions have a 32-bit PC-relative address.
351 (dno disp16 "16-bit PC-relative address" (all-isas PCREL-ADDR) h-sint
352      f-offset16)
353 (dno disp32 "32-bit PC-relative address" (all-isas PCREL-ADDR) h-sint
354      f-imm32)
356 ;; Immediate operands in eBPF are signed, and we want the disassembler
357 ;; to print negative values in a sane way.  Therefore we use the macro
358 ;; below to register a printer, which is itself defined as a C
359 ;; function in bpf.opc.
361 ;; define-normal-signed-immediate-operand
362 (define-pmacro (dnsio x-name x-comment x-attrs x-type x-index)
363   (define-operand
364     (name x-name)
365     (comment x-comment)
366     (.splice attrs (.unsplice x-attrs))
367     (type x-type)
368     (index x-index)
369     (handlers (print "immediate"))))
371 (dnsio imm32 "32-bit immediate" (all-isas) h-sint f-imm32)
372 (dnsio offset16 "16-bit offset" (all-isas) h-sint f-offset16)
374 ;; The 64-bit immediate cannot use the default
375 ;; cgen_parse_signed_integer, because it assumes operands are at much
376 ;; 32-bit wide.  Use our own.
378 (define-operand
379   (name imm64)
380   (comment "64-bit immediate")
381   (attrs all-isas)
382   (type h-sint64)
383   (index f-imm64)
384   (handlers (parse "imm64") (print "immediate")))
386 ;; The endle/endbe instructions take an operand to specify the word
387 ;; width in endianness conversions.  We use both a parser and printer,
388 ;; which are defined as C functions in bpf.opc.
390 (define-operand
391   (name endsize)
392   (comment "endianness size immediate: 16, 32 or 64")
393   (attrs all-isas)
394   (type h-uint)
395   (index f-imm32)
396   (handlers (parse "endsize") (print "endsize")))
398 ;;; ALU instructions
400 ;; For each opcode in insn-op-code-alu representing and integer
401 ;; arithmetic instruction (ADD, SUB, etc) we define a bunch of
402 ;; instruction variants:
404 ;;   ADD[32]{i,r}le for the little-endian ISA
405 ;;   ADD[32]{i,r}be for the big-endian ISA
407 ;; The `i' variants perform `dst OP imm32 -> dst' operations.
408 ;; The `r' variants perform `dst OP src -> dst' operations.
410 ;; The variants with 32 in their name are of ALU class.  Otherwise
411 ;; they are ALU64 class.
413 (define-pmacro (define-alu-insn-un x-basename x-suffix x-op-class x-op-code
414                  x-endian x-mode x-semop)
415   (dni (.sym x-basename x-suffix x-endian)
416        (.str x-basename x-suffix)
417        (endian-isas x-endian)
418        (.str x-basename x-suffix " $dst" x-endian)
419        (+ (f-imm32 0) (f-offset16 0) ((.sym f-src x-endian) 0) (.sym dst x-endian)
420           x-op-class OP_SRC_K x-op-code)
421        (set x-mode (.sym dst x-endian) (x-semop x-mode (.sym dst x-endian)))
422        ()))
424 (define-pmacro (define-alu-insn-bin x-basename x-suffix x-op-class x-op-code
425                  x-endian x-mode x-semop x-isas)
426   (begin
427     ;; dst = dst OP immediate
428     (dni (.sym x-basename x-suffix "i" x-endian)
429          (.str x-basename x-suffix " immediate")
430          (.splice (.unsplice x-isas))
431          (.str x-basename x-suffix " $dst" x-endian ",$imm32")
432          (+ imm32 (f-offset16 0) ((.sym f-src x-endian) 0) (.sym dst x-endian)
433             x-op-class OP_SRC_K x-op-code)
434          (set x-mode (.sym dst x-endian) (x-semop x-mode (.sym dst x-endian) imm32))
435          ())
436     ;; dst = dst OP src
437     (dni (.sym x-basename x-suffix "r" x-endian)
438          (.str x-basename x-suffix " register")
439          (.splice (.unsplice x-isas))
440          (.str x-basename x-suffix " $dst" x-endian ",$src" x-endian)
441          (+ (f-imm32 0) (f-offset16 0) (.sym src x-endian) (.sym dst x-endian)
442             x-op-class OP_SRC_X x-op-code)
443          (set x-mode (.sym dst x-endian)
444                       (x-semop x-mode (.sym dst x-endian) (.sym src x-endian)))
445          ())))
447 (define-pmacro (define-alu-insn-mov x-basename x-suffix x-op-class x-op-code
448                  x-endian x-mode)
449   (begin
450     (dni (.sym mov x-suffix "i" x-endian)
451          (.str mov x-suffix " immediate")
452          (endian-isas x-endian)
453          (.str x-basename x-suffix " $dst" x-endian ",$imm32")
454          (+ imm32 (f-offset16 0) ((.sym f-src x-endian) 0) (.sym dst x-endian)
455             x-op-class OP_SRC_K x-op-code)
456          (set x-mode (.sym dst x-endian) imm32)
457          ())
458     (dni (.sym mov x-suffix "r" x-endian)
459          (.str mov x-suffix " register")
460          (endian-isas x-endian)
461          (.str x-basename x-suffix " $dst" x-endian ",$src" x-endian)
462          (+ (f-imm32 0) (f-offset16 0) (.sym src x-endian) (.sym dst x-endian)
463             x-op-class OP_SRC_X x-op-code)
464          (set x-mode (.sym dst x-endian) (.sym src x-endian))
465          ())))
468 ;; Unary ALU instructions (neg)
469 (define-pmacro (daiu x-basename x-op-code x-endian x-semop)
470   (begin
471     (define-alu-insn-un x-basename "" OP_CLASS_ALU64 x-op-code x-endian DI x-semop)
472     (define-alu-insn-un x-basename "32" OP_CLASS_ALU x-op-code x-endian USI x-semop)))
474 ;; Binary ALU instructions (all the others)
475 ;; For ALU32: DST = (u32) DST OP (u32) SRC is correct semantics
476 (define-pmacro (daib x-basename x-op-code x-endian x-semop x-isas)
477   (begin
478     (define-alu-insn-bin x-basename "" OP_CLASS_ALU64 x-op-code x-endian DI x-semop x-isas)
479     (define-alu-insn-bin x-basename "32" OP_CLASS_ALU x-op-code x-endian USI x-semop x-isas)))
481 ;; Move ALU instructions (mov)
482 (define-pmacro (daim x-basename x-op-code x-endian)
483   (begin
484     (define-alu-insn-mov x-basename "" OP_CLASS_ALU64 x-op-code x-endian DI)
485     (define-alu-insn-mov x-basename "32" OP_CLASS_ALU x-op-code x-endian USI)))
487 (define-pmacro (define-alu-instructions x-endian)
488   (begin
489     (daib add OP_CODE_ADD x-endian add (endian-isas x-endian))
490     (daib sub OP_CODE_SUB x-endian sub (endian-isas x-endian))
491     (daib mul OP_CODE_MUL x-endian mul (endian-isas x-endian))
492     (daib div OP_CODE_DIV x-endian udiv (endian-isas x-endian))
493     (daib or  OP_CODE_OR x-endian or (endian-isas x-endian))
494     (daib and OP_CODE_AND x-endian and (endian-isas x-endian))
495     (daib lsh OP_CODE_LSH x-endian sll (endian-isas x-endian))
496     (daib rsh OP_CODE_RSH x-endian srl (endian-isas x-endian))
497     (daib mod OP_CODE_MOD x-endian umod (endian-isas x-endian))
498     (daib xor OP_CODE_XOR x-endian xor (endian-isas x-endian))
499     (daib arsh OP_CODE_ARSH x-endian sra (endian-isas x-endian))
500     (daib sdiv OP_CODE_SDIV x-endian div ((ISA (.sym xbpf x-endian))))
501     (daib smod OP_CODE_SMOD x-endian mod ((ISA (.sym xbpf x-endian))))
502     (daiu neg OP_CODE_NEG x-endian neg)
503     (daim mov OP_CODE_MOV x-endian)))
505 (define-alu-instructions le)
506 (define-alu-instructions be)
508 ;;; Endianness conversion instructions
510 ;; The endianness conversion instructions come in several variants:
512 ;;  END{le,be}le for the little-endian ISA
513 ;;  END{le,be}be for the big-endian ISA
515 ;; Please do not be confused by the repeated `be' and `le' here.  Each
516 ;; ISA has both endle and endbe instructions.  It is the disposition
517 ;; of the source and destination register fields that change between
518 ;; ISAs, not the semantics of the instructions themselves (see section
519 ;; "The ISAs" above in this very file.)
521 (define-pmacro (define-endian-insn x-suffix x-op-src x-endian)
522   (dni (.sym "end" x-suffix x-endian)
523        (.str "end" x-suffix " register")
524        (endian-isas x-endian)
525        (.str "end" x-suffix " $dst" x-endian ",$endsize")
526        (+  (f-offset16 0) ((.sym f-src x-endian) 0) (.sym dst x-endian) endsize
527            OP_CLASS_ALU x-op-src OP_CODE_END)
528        (set (.sym dst x-endian)
529             (c-call DI (.str "bpfbf_end" x-suffix) (.sym dst x-endian) endsize))
530        ()))
532 (define-endian-insn "le" OP_SRC_K le)
533 (define-endian-insn "be" OP_SRC_X le)
534 (define-endian-insn "le" OP_SRC_K be)
535 (define-endian-insn "be" OP_SRC_X be)
537 ;;; Load/Store instructions
539 ;; The lddw instruction takes a 64-bit immediate as an operand.  Since
540 ;; this instruction also takes a `dst' operand, we need to define a
541 ;; variant for each ISA:
543 ;;  LDDWle for the little-endian ISA
544 ;;  LDDWbe for the big-endian ISA  
546 (define-pmacro (define-lddw x-endian)
547   (dni (.sym lddw x-endian)
548        (.str "lddw" x-endian)
549        (endian-isas x-endian)
550        (.str "lddw $dst" x-endian ",$imm64")
551        (+ imm64 (f-offset16 0) ((.sym f-src x-endian) 0)
552           (.sym dst x-endian)
553           OP_CLASS_LD OP_SIZE_DW OP_MODE_IMM)
554        (set DI (.sym dst x-endian) imm64)
555        ()))
557 (define-lddw le)
558 (define-lddw be)
560 ;; The absolute load instructions are non-generic loads designed to be
561 ;; used in socket filters.  They come in several variants:
563 ;; LDABS{w,h,b,dw}
565 (define-pmacro (dlabs x-suffix x-size x-smode)
566   (dni (.sym "ldabs" x-suffix)
567        (.str "ldabs" x-suffix)
568        (all-isas)
569        (.str "ldabs" x-suffix " $imm32")
570        (+ imm32 (f-offset16 0) (f-regs 0)
571           OP_CLASS_LD OP_MODE_ABS (.sym OP_SIZE_ x-size))
572        (set x-smode
573             (reg x-smode h-gpr 0)
574             (mem x-smode
575                  (add DI
576                       (mem DI
577                            (add DI
578                                 (reg DI h-gpr 6) ;; Pointer to struct sk_buff
579                                 (c-call "bpfbf_skb_data_offset")))
580                       imm32)))
581        ;; XXX this clobbers R1-R5
582        ()))
584 (dlabs "w" W SI)
585 (dlabs "h" H HI)
586 (dlabs "b" B QI)
587 (dlabs "dw" DW DI)
589 ;; The indirect load instructions are non-generic loads designed to be
590 ;; used in socket filters.  They come in several variants:
592 ;; LDIND{w,h,b,dw}le for the little-endian ISA
593 ;; LDIND[w,h,b,dw}be for the big-endian ISA
595 (define-pmacro (dlind x-suffix x-size x-endian x-smode)
596   (dni (.sym "ldind" x-suffix x-endian)
597        (.str "ldind" x-suffix)
598        (endian-isas x-endian)
599        (.str "ldind" x-suffix " $src" x-endian ",$imm32")
600        (+ imm32 (f-offset16 0) ((.sym f-dst x-endian) 0) (.sym src x-endian)
601           OP_CLASS_LD OP_MODE_IND (.sym OP_SIZE_ x-size))
602        (set x-smode
603             (reg x-smode h-gpr 0)
604             (mem x-smode
605                  (add DI
606                       (mem DI
607                            (add DI
608                                 (reg DI h-gpr 6) ;; Pointer to struct sk_buff
609                                 (c-call "bpfbf_skb_data_offset")))
610                       (add DI
611                            (.sym src x-endian)
612                            imm32))))
613        ;; XXX this clobbers R1-R5
614        ()))
616 (define-pmacro (define-ldind x-endian)
617   (begin    
618     (dlind "w" W x-endian SI)
619     (dlind "h" H x-endian HI)
620     (dlind "b" B x-endian QI)
621     (dlind "dw" DW x-endian DI)))
623 (define-ldind le)
624 (define-ldind be)
626 ;; Generic load and store instructions are provided for several word
627 ;; sizes.  They come in several variants:
629 ;;  LDX{b,h,w,dw}le, STX{b,h,w,dw}le for the little-endian ISA
631 ;;  LDX{b,h,w,dw}be, STX{b,h,w,dw}be for the big-endian ISA
633 ;; Loads operate on [$SRC+-OFFSET] -> $DST
634 ;; Stores operate on $SRC -> [$DST+-OFFSET]
636 (define-pmacro (dxli x-basename x-suffix x-size x-endian x-mode)
637   (dni (.sym x-basename x-suffix x-endian)
638        (.str x-basename x-suffix)
639        (endian-isas x-endian)
640        (.str x-basename x-suffix " $dst" x-endian ",[$src" x-endian "+$offset16]")
641        (+ (f-imm32 0) offset16 (.sym src x-endian) (.sym dst x-endian)
642           OP_CLASS_LDX (.sym OP_SIZE_ x-size) OP_MODE_MEM)
643        (set x-mode
644             (.sym dst x-endian)
645             (mem x-mode (add DI (.sym src x-endian) offset16)))
646        ()))
648 (define-pmacro (dxsi x-basename x-suffix x-size x-endian x-mode)
649   (dni (.sym x-basename x-suffix x-endian)
650        (.str x-basename x-suffix)
651        (endian-isas x-endian)
652        (.str x-basename x-suffix " [$dst" x-endian "+$offset16],$src" x-endian)
653        (+ (f-imm32 0) offset16 (.sym src x-endian) (.sym dst x-endian)
654           OP_CLASS_STX (.sym OP_SIZE_ x-size) OP_MODE_MEM)
655        (set x-mode
656             (mem x-mode (add DI (.sym dst x-endian) offset16))
657             (.sym src x-endian)) ;; XXX address is section-relative
658        ()))
660 (define-pmacro (define-ldstx-insns x-endian)
661   (begin
662     (dxli "ldx" "w" W x-endian SI)
663     (dxli "ldx" "h" H x-endian HI)
664     (dxli "ldx" "b" B x-endian QI)
665     (dxli "ldx" "dw" DW x-endian DI)
667     (dxsi "stx" "w" W x-endian SI)
668     (dxsi "stx" "h" H x-endian HI)
669     (dxsi "stx" "b" B x-endian QI)
670     (dxsi "stx" "dw" DW x-endian DI)))
672 (define-ldstx-insns le)
673 (define-ldstx-insns be)
675 ;; Generic store instructions of the form IMM32 -> [$DST+OFFSET] are
676 ;; provided in several variants:
678 ;;  ST{b,h,w,dw}le for the little-endian ISA
679 ;;  ST{b,h,w,dw}be for the big-endian ISA
681 (define-pmacro (dsti x-suffix x-size x-endian x-mode)
682   (dni (.sym "st" x-suffix x-endian)
683        (.str "st" x-suffix)
684        (endian-isas x-endian)
685        (.str "st" x-suffix " [$dst" x-endian "+$offset16],$imm32")
686        (+ imm32 offset16 ((.sym f-src x-endian) 0) (.sym dst x-endian)
687           OP_CLASS_ST (.sym OP_SIZE_ x-size) OP_MODE_MEM)
688        (set x-mode
689             (mem x-mode (add DI (.sym dst x-endian) offset16))
690             imm32) ;; XXX address is section-relative
691        ()))
693 (define-pmacro (define-st-insns x-endian)
694   (begin
695     (dsti "b" B x-endian QI)
696     (dsti "h" H x-endian HI)
697     (dsti "w" W x-endian SI)
698     (dsti "dw" DW x-endian DI)))
700 (define-st-insns le)
701 (define-st-insns be)
703 ;;; Jump instructions
705 ;; Compare-and-jump instructions, on the other hand, make use of
706 ;; registers.  Therefore, we need to define several variants in both
707 ;; ISAs:
709 ;;   J{eq,gt,ge,lt,le,set,ne,sgt,sge,slt,sle}[32]{i,r}le for the
710 ;;   little-endian ISA.
711 ;;   J{eq,gt,ge,lt,le,set,ne.sgt,sge,slt,sle}[32]{i,r}be for the
712 ;;   big-endian ISA.
714 (define-pmacro (define-cond-jump-insn x-cond x-suffix x-op-class x-op-code x-endian x-mode x-semop)
715   (begin
716     (dni (.sym j x-cond x-suffix i x-endian)
717          (.str j x-cond x-suffix " i")
718          (endian-isas x-endian)
719          (.str "j" x-cond x-suffix " $dst" x-endian ",$imm32,$disp16")
720          (+ imm32 disp16 ((.sym f-src x-endian) 0) (.sym dst x-endian)
721             x-op-class OP_SRC_K (.sym OP_CODE_ x-op-code))
722          (if VOID (x-semop x-mode (.sym dst x-endian) imm32)
723              (set DI
724                   (reg DI h-pc) (add DI (reg DI h-pc)
725                                      (mul DI (add HI disp16 1) 8))))
726          ())
727     (dni (.sym j x-cond x-suffix r x-endian)
728          (.str j x-cond x-suffix " r")
729          (endian-isas x-endian)
730          (.str "j" x-cond x-suffix " $dst" x-endian ",$src" x-endian ",$disp16")
731          (+ (f-imm32 0) disp16 (.sym src x-endian) (.sym dst x-endian)
732             x-op-class OP_SRC_X (.sym OP_CODE_ x-op-code))
733          (if VOID (x-semop x-mode (.sym dst x-endian) (.sym src x-endian))
734              (set DI
735                   (reg DI h-pc) (add DI (reg DI h-pc)
736                                      (mul DI (add HI disp16 1) 8))))
737          ())))
739 (define-pmacro (dcji x-cond x-op-code x-endian x-semop)
740   (begin
741     (define-cond-jump-insn x-cond "" OP_CLASS_JMP x-op-code x-endian DI x-semop)
742     (define-cond-jump-insn x-cond "32" OP_CLASS_JMP32 x-op-code x-endian SI x-semop )))
744 (define-pmacro (define-condjump-insns x-endian)
745   (begin
746     (dcji "eq" JEQ x-endian eq)
747     (dcji "gt" JGT x-endian gtu)
748     (dcji "ge" JGE x-endian geu)
749     (dcji "lt" JLT x-endian ltu)
750     (dcji "le" JLE x-endian leu)
751     (dcji "set" JSET x-endian and)
752     (dcji "ne" JNE x-endian ne)
753     (dcji "sgt" JSGT x-endian gt)
754     (dcji "sge" JSGE x-endian ge)
755     (dcji "slt" JSLT x-endian lt)
756     (dcji "sle" JSLE x-endian le)))
758 (define-condjump-insns le)
759 (define-condjump-insns be)
761 ;; The `call' instruction doesn't make use of registers, but the
762 ;; semantic routine should have access to the src register in order to
763 ;; properly interpret the meaning of disp32.  Therefore we need one
764 ;; version per ISA.
766 (define-pmacro (define-call-insn x-endian)
767   (dni (.sym call x-endian)
768        "call"
769        (endian-isas x-endian)
770        "call $disp32"
771        (+ disp32 (f-offset16 0) (f-regs 0)
772           OP_CLASS_JMP OP_SRC_K OP_CODE_CALL)
773        (c-call VOID
774                "bpfbf_call" disp32 (ifield (.sym f-src x-endian)))
775        ()))
777 (define-call-insn le)
778 (define-call-insn be)
780 (define-pmacro (define-callr-insn x-endian)
781   (dni (.sym callr x-endian)
782        "callr"
783        ((ISA (.sym xbpf x-endian)))
784        (.str "call $dst" x-endian)
785        (+ (f-imm32 0) (f-offset16 0) ((.sym f-src x-endian) 0) (.sym dst x-endian)
786           OP_CLASS_JMP OP_SRC_X OP_CODE_CALL)
787        (c-call VOID
788                "bpfbf_callr" (ifield (.sym f-dst x-endian)))
789        ()))
791 (define-callr-insn le)
792 (define-callr-insn be)
794 ;; The jump-always and `exit' instructions dont make use of either
795 ;; source nor destination registers, so only one variant per
796 ;; instruction is defined.
798 (dni ja "ja" (all-isas) "ja $disp16"
799      (+ (f-imm32 0) disp16 (f-regs 0)
800         OP_CLASS_JMP OP_SRC_K OP_CODE_JA)
801      (set DI (reg DI h-pc) (add DI (reg DI h-pc)
802                                 (mul DI (add HI disp16 1) 8)))
803      ())
805 (dni "exit" "exit" (all-isas) "exit"
806      (+ (f-imm32 0) (f-offset16 0) (f-regs 0)
807         OP_CLASS_JMP (f-op-src 0) OP_CODE_EXIT)
808      (c-call VOID "bpfbf_exit")
809      ())
811 ;;; Atomic instructions
813 ;; The atomic exchange-and-add instructions come in two flavors: one
814 ;; for swapping 64-bit quantities and another for 32-bit quantities.
816 (define-pmacro (sem-exchange-and-add x-endian x-mode)
817   (sequence VOID ((x-mode tmp))
818             ;; XXX acquire lock in simulator...  as a hardware element?
819             (set x-mode tmp (mem x-mode (add DI (.sym dst x-endian) offset16)))
820             (set x-mode
821                  (mem x-mode (add DI (.sym dst x-endian) offset16))
822                  (add x-mode tmp (.sym src x-endian)))))
824 (define-pmacro (define-atomic-insns x-endian)
825   (begin
826     (dni (.str "xadddw" x-endian)
827          "xadddw"
828          (endian-isas x-endian)
829          (.str "xadddw [$dst" x-endian "+$offset16],$src" x-endian)
830          (+ (f-imm32 0) (.sym src x-endian) (.sym dst x-endian)
831             offset16 OP_MODE_XADD OP_SIZE_DW OP_CLASS_STX)
832          (sem-exchange-and-add x-endian DI)
833          ())
834     (dni (.str "xaddw" x-endian)
835          "xaddw"
836          (endian-isas x-endian)
837          (.str "xaddw [$dst" x-endian "+$offset16],$src" x-endian)
838          (+ (f-imm32 0) (.sym src x-endian) (.sym dst x-endian)
839             offset16 OP_MODE_XADD OP_SIZE_W OP_CLASS_STX)
840          (sem-exchange-and-add x-endian SI)
841          ())))
843 (define-atomic-insns le)
844 (define-atomic-insns be)
846 ;;; Breakpoint instruction
848 ;; The brkpt instruction is used by the BPF simulator and it doesn't
849 ;; really belong to the eBPF instruction set.
851 (dni "brkpt" "brkpt" (all-isas)  "brkpt"
852      (+ (f-imm32 0) (f-offset16 0) (f-regs 0)
853         OP_CLASS_ALU OP_SRC_X OP_CODE_NEG)
854      (c-call VOID "bpfbf_breakpoint")
855      ())