35a458df3483c30cbdb2d7f618a90ad6941e4a5e
[akaros.git] / kern / arch / i386 / trap.c
1 #ifdef __SHARC__
2 //#pragma nosharc
3 #endif
4
5 #include <arch/mmu.h>
6 #include <arch/x86.h>
7 #include <arch/arch.h>
8 #include <arch/console.h>
9 #include <arch/apic.h>
10 #include <ros/common.h>
11 #include <smp.h>
12 #include <assert.h>
13 #include <pmap.h>
14 #include <trap.h>
15 #include <monitor.h>
16 #include <process.h>
17 #include <stdio.h>
18
19 #include <syscall.h>
20
21 taskstate_t RO ts;
22
23 /* Interrupt descriptor table.  (Must be built at run time because
24  * shifted function addresses can't be represented in relocation records.)
25  */
26 // Aligned on an 8 byte boundary (SDM V3A 5-13)
27 gatedesc_t __attribute__ ((aligned (8))) (RO idt)[256] = { { 0 } };
28 pseudodesc_t RO idt_pd = {
29         sizeof(idt) - 1, (uint32_t) idt
30 };
31
32 /* global handler table, used by core0 (for now).  allows the registration
33  * of functions to be called when servicing an interrupt.  other cores
34  * can set up their own later.
35  */
36 #ifdef __IVY__
37 #pragma cilnoremove("iht_lock")
38 #endif
39 spinlock_t iht_lock;
40 handler_t TP(TV(t)) LCKD(&iht_lock) (RO interrupt_handlers)[NUM_INTERRUPT_HANDLERS];
41
42 static const char *NTS trapname(int trapno)
43 {
44     // zra: excnames is SREADONLY because Ivy doesn't trust const
45         static const char *NT const (RO excnames)[] = {
46                 "Divide error",
47                 "Debug",
48                 "Non-Maskable Interrupt",
49                 "Breakpoint",
50                 "Overflow",
51                 "BOUND Range Exceeded",
52                 "Invalid Opcode",
53                 "Device Not Available",
54                 "Double Fault",
55                 "Coprocessor Segment Overrun",
56                 "Invalid TSS",
57                 "Segment Not Present",
58                 "Stack Fault",
59                 "General Protection",
60                 "Page Fault",
61                 "(unknown trap)",
62                 "x87 FPU Floating-Point Error",
63                 "Alignment Check",
64                 "Machine-Check",
65                 "SIMD Floating-Point Exception"
66         };
67
68         if (trapno < sizeof(excnames)/sizeof(excnames[0]))
69                 return excnames[trapno];
70         if (trapno == T_SYSCALL)
71                 return "System call";
72         return "(unknown trap)";
73 }
74
75
76 void
77 idt_init(void)
78 {
79         extern segdesc_t (RO gdt)[];
80
81         // This table is made in trapentry.S by each macro in that file.
82         // It is layed out such that the ith entry is the ith's traphandler's
83         // (uint32_t) trap addr, then (uint32_t) trap number
84         struct trapinfo { uint32_t trapaddr; uint32_t trapnumber; };
85         extern struct trapinfo (BND(__this,trap_tbl_end) RO trap_tbl)[];
86         extern struct trapinfo (SNT RO trap_tbl_end)[];
87         int i, trap_tbl_size = trap_tbl_end - trap_tbl;
88         extern void ISR_default(void);
89
90         // set all to default, to catch everything
91         for(i = 0; i < 256; i++)
92                 ROSETGATE(idt[i], 0, GD_KT, &ISR_default, 0);
93
94         // set all entries that have real trap handlers
95         // we need to stop short of the last one, since the last is the default
96         // handler with a fake interrupt number (500) that is out of bounds of
97         // the idt[]
98         // if we set these to trap gates, be sure to handle the IRQs separately
99         // and we might need to break our pretty tables
100         for(i = 0; i < trap_tbl_size - 1; i++)
101                 ROSETGATE(idt[trap_tbl[i].trapnumber], 0, GD_KT, trap_tbl[i].trapaddr, 0);
102
103         // turn on syscall handling and other user-accessible ints
104         // DPL 3 means this can be triggered by the int instruction
105         // STS_TG32 sets the IDT type to a Trap Gate (interrupts enabled)
106         idt[T_SYSCALL].gd_dpl = SINIT(3);
107         idt[T_SYSCALL].gd_type = SINIT(STS_TG32);
108         idt[T_BRKPT].gd_dpl = SINIT(3);
109
110         // Setup a TSS so that we get the right stack
111         // when we trap to the kernel.
112         ts.ts_esp0 = SINIT(KSTACKTOP);
113         ts.ts_ss0 = SINIT(GD_KD);
114
115         // Initialize the TSS field of the gdt.
116         SEG16ROINIT(gdt[GD_TSS >> 3],STS_T32A, (uint32_t)(&ts),sizeof(taskstate_t),0);
117         //gdt[GD_TSS >> 3] = (segdesc_t)SEG16(STS_T32A, (uint32_t) (&ts),
118         //                                 sizeof(taskstate_t), 0);
119         gdt[GD_TSS >> 3].sd_s = SINIT(0);
120
121         // Load the TSS
122         ltr(GD_TSS);
123
124         // Load the IDT
125         asm volatile("lidt idt_pd");
126
127         // This will go away when we start using the IOAPIC properly
128         pic_remap();
129         // set LINT0 to receive ExtINTs (KVM's default).  At reset they are 0x1000.
130         write_mmreg32(LAPIC_LVT_LINT0, 0x700);
131         // mask it to shut it up for now
132         mask_lapic_lvt(LAPIC_LVT_LINT0);
133         // and turn it on
134         lapic_enable();
135 }
136
137 void
138 print_regs(push_regs_t *regs)
139 {
140         cprintf("  edi  0x%08x\n", regs->reg_edi);
141         cprintf("  esi  0x%08x\n", regs->reg_esi);
142         cprintf("  ebp  0x%08x\n", regs->reg_ebp);
143         cprintf("  oesp 0x%08x\n", regs->reg_oesp);
144         cprintf("  ebx  0x%08x\n", regs->reg_ebx);
145         cprintf("  edx  0x%08x\n", regs->reg_edx);
146         cprintf("  ecx  0x%08x\n", regs->reg_ecx);
147         cprintf("  eax  0x%08x\n", regs->reg_eax);
148 }
149
150 void
151 print_trapframe(trapframe_t *tf)
152 {
153         static spinlock_t ptf_lock;
154
155         spin_lock_irqsave(&ptf_lock);
156         cprintf("TRAP frame at %p on core %d\n", tf, core_id());
157         print_regs(&tf->tf_regs);
158         cprintf("  es   0x----%04x\n", tf->tf_es);
159         cprintf("  ds   0x----%04x\n", tf->tf_ds);
160         cprintf("  trap 0x%08x %s\n", tf->tf_trapno, trapname(tf->tf_trapno));
161         cprintf("  err  0x%08x\n", tf->tf_err);
162         cprintf("  eip  0x%08x\n", tf->tf_eip);
163         cprintf("  cs   0x----%04x\n", tf->tf_cs);
164         cprintf("  flag 0x%08x\n", tf->tf_eflags);
165         cprintf("  esp  0x%08x\n", tf->tf_esp);
166         cprintf("  ss   0x----%04x\n", tf->tf_ss);
167         spin_unlock_irqsave(&ptf_lock);
168 }
169
170 static void
171 trap_dispatch(trapframe_t *tf)
172 {
173         // Handle processor exceptions.
174         switch(tf->tf_trapno) {
175                 case T_BRKPT:
176                         while (1)
177                                 monitor(tf);
178                         // never get to this
179                         assert(0);
180                 case T_PGFLT:
181                         page_fault_handler(tf);
182                         break;
183                 case T_SYSCALL:
184                         // check for userspace, for now
185                         assert(tf->tf_cs != GD_KT);
186                         // Note we pass the tf ptr along, in case syscall needs to block
187                         tf->tf_regs.reg_eax =
188                                 syscall(current, tf, tf->tf_regs.reg_eax, tf->tf_regs.reg_edx,
189                                         tf->tf_regs.reg_ecx, tf->tf_regs.reg_ebx,
190                                         tf->tf_regs.reg_edi, tf->tf_regs.reg_esi);
191                         proc_startcore(current, tf); // Note the comment in syscall.c
192                         break;
193                 default:
194                         // Unexpected trap: The user process or the kernel has a bug.
195                         print_trapframe(tf);
196                         if (tf->tf_cs == GD_KT)
197                                 panic("Damn Damn!  Unhandled trap in the kernel!");
198                         else {
199                                 warn("Unexpected trap from userspace");
200                                 proc_destroy(current);
201                                 return;
202                         }
203         }
204         return;
205 }
206
207 void
208 env_push_ancillary_state(env_t* e)
209 {
210         // Here's where you'll save FP/MMX/XMM regs
211 }
212
213 void
214 env_pop_ancillary_state(env_t* e)
215 {
216         // Here's where you'll restore FP/MMX/XMM regs
217 }
218
219 void
220 trap(trapframe_t *tf)
221 {
222         //printk("Incoming TRAP frame on core %d at %p\n", core_id(), tf);
223
224         // TODO: do this once we know we are are not returning to the current
225         // context.  doing it now is safe. (HSS)
226         // we also need to sort this wrt multiple contexts
227         env_push_ancillary_state(current);
228
229         if ((tf->tf_cs & ~3) != GD_UT && (tf->tf_cs & ~3) != GD_KT) {
230                 print_trapframe(tf);
231                 panic("Trapframe with invalid CS!");
232         }
233
234         /* If we're vcore0, save the trapframe in the proc's env_tf.  make sure
235          * silly state is sorted (HSS). This applies to any RUNNING_* state. */
236         if (current->vcoremap[0] == core_id()) {
237                 current->env_tf = *tf;
238                 tf = &current->env_tf;
239         }
240         // Dispatch based on what type of trap occurred
241         trap_dispatch(tf);
242
243         // should this be if == 3?  Sort out later when we handle traps.
244         // so far we never get here.  managed to get here once when a MCP took two
245         // page faults and both called proc_destroy().  one of which returned since
246         // it was already DYING (though it should have waited for it's death IPI).
247         assert(0);
248         // Return to the current environment, which should be runnable.
249         proc_startcore(current, tf); // Note the comment in syscall.c
250 }
251
252 void
253 irq_handler(trapframe_t *tf)
254 {
255         //if (core_id())
256         //      cprintf("Incoming IRQ, ISR: %d on core %d\n", tf->tf_trapno, core_id());
257         // merge this with alltraps?  other than the EOI... or do the same in all traps
258
259         // TODO: do this once we know we are are not returning to the current
260         // context.  doing it now is safe. (HSS)
261         env_push_ancillary_state(current);
262
263         extern handler_wrapper_t (RO handler_wrappers)[NUM_HANDLER_WRAPPERS];
264
265         // determine the interrupt handler table to use.  for now, pick the global
266         handler_t TP(TV(t)) LCKD(&iht_lock) * handler_tbl = interrupt_handlers;
267
268         if (handler_tbl[tf->tf_trapno].isr != 0)
269                 handler_tbl[tf->tf_trapno].isr(tf, handler_tbl[tf->tf_trapno].data);
270         // if we're a general purpose IPI function call, down the cpu_list
271         if ((I_SMP_CALL0 <= tf->tf_trapno) && (tf->tf_trapno <= I_SMP_CALL_LAST))
272                 down_checklist(handler_wrappers[tf->tf_trapno & 0x0f].cpu_list);
273
274         // Send EOI.  might want to do this in assembly, and possibly earlier
275         // This is set up to work with an old PIC for now
276         // Convention is that all IRQs between 32 and 47 are for the PIC.
277         // All others are LAPIC (timer, IPIs, perf, non-ExtINT LINTS, etc)
278         // For now, only 235-255 are available
279         assert(tf->tf_trapno >= 32); // slows us down, but we should never have this
280         
281         lapic_send_eoi();
282         
283         /*
284         //Old PIC relatd code. Should be gone for good, but leaving it just incase.
285         if (tf->tf_trapno < 48)
286                 pic_send_eoi(tf->tf_trapno - PIC1_OFFSET);
287         else
288                 lapic_send_eoi();
289         */
290
291 }
292
293 void
294 register_interrupt_handler(handler_t TP(TV(t)) table[],
295                            uint8_t int_num, poly_isr_t handler, TV(t) data)
296 {
297         table[int_num].isr = handler;
298         table[int_num].data = data;
299 }
300
301 void
302 page_fault_handler(trapframe_t *tf)
303 {
304         uint32_t fault_va;
305
306         // Read processor's CR2 register to find the faulting address
307         fault_va = rcr2();
308
309         // Handle kernel-mode page faults.
310
311         // TODO - one day, we'll want to handle this.
312         if ((tf->tf_cs & 3) == 0) {
313                 print_trapframe(tf);
314                 panic("Page Fault in the Kernel at 0x%08x!", fault_va);
315         }
316
317         // We've already handled kernel-mode exceptions, so if we get here,
318         // the page fault happened in user mode.
319
320         // Call the environment's page fault upcall, if one exists.  Set up a
321         // page fault stack frame on the user exception stack (below
322         // UXSTACKTOP), then branch to current->env_pgfault_upcall.
323         //
324         // The page fault upcall might cause another page fault, in which case
325         // we branch to the page fault upcall recursively, pushing another
326         // page fault stack frame on top of the user exception stack.
327         //
328         // The trap handler needs one word of scratch space at the top of the
329         // trap-time stack in order to return.  In the non-recursive case, we
330         // don't have to worry about this because the top of the regular user
331         // stack is free.  In the recursive case, this means we have to leave
332         // an extra word between the current top of the exception stack and
333         // the new stack frame because the exception stack _is_ the trap-time
334         // stack.
335         //
336         // If there's no page fault upcall, the environment didn't allocate a
337         // page for its exception stack, or the exception stack overflows,
338         // then destroy the environment that caused the fault.
339         //
340         // Hints:
341         //   user_mem_assert() and env_run() are useful here.
342         //   To change what the user environment runs, modify 'current->env_tf'
343         //   (the 'tf' variable points at 'current->env_tf').
344
345         // LAB 4: Your code here.
346
347         // Destroy the environment that caused the fault.
348         cprintf("[%08x] user fault va %08x ip %08x from core %d\n",
349                 current->env_id, fault_va, tf->tf_eip, core_id());
350         print_trapframe(tf);
351         proc_destroy(current);
352 }
353
354 void sysenter_init(void)
355 {
356         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_CS, GD_KT);
357         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_ESP, ts.ts_esp0);
358         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_EIP, (uint32_t) &sysenter_handler);
359 }
360
361 /* This is called from sysenter's asm, with the tf on the kernel stack. */
362 void sysenter_callwrapper(struct Trapframe *tf)
363 {
364         /* If we're vcore0, save the trapframe in the proc's env_tf.  make sure
365          * silly state is sorted (HSS). This applies to any RUNNING_* state. */
366         if (current->vcoremap[0] == core_id()) {
367                 current->env_tf = *tf;
368                 tf = &current->env_tf;
369         }
370         // Note we pass the tf ptr along, in case syscall needs to block
371         tf->tf_regs.reg_eax = (intreg_t) syscall(current, tf,
372                                                  tf->tf_regs.reg_eax,
373                                                  tf->tf_regs.reg_edx,
374                                                  tf->tf_regs.reg_ecx,
375                                                  tf->tf_regs.reg_ebx,
376                                                  tf->tf_regs.reg_edi,
377                                                  0);
378         /*
379          * careful here - we need to make sure that this current is the right
380          * process, which could be weird if the syscall blocked.  it would need to
381          * restore the proper value in current before returning to here.
382          * likewise, tf could be pointing to random gibberish.
383          */
384         proc_startcore(current, tf);
385 }
386
387 uint32_t send_active_message(uint32_t dst, amr_t pc,
388                              TV(a0t) arg0, TV(a1t) arg1, TV(a2t) arg2)
389 {
390         error_t retval = -EBUSY;
391         assert(pc);
392         spin_lock_irqsave(&per_cpu_info[dst].amsg_lock);
393         size_t current_amsg = per_cpu_info[dst].amsg_current;
394         // If there's a PC there, then that means it's an outstanding message
395         FOR_CIRC_BUFFER(current_amsg, NUM_ACTIVE_MESSAGES, i) {
396                 if (per_cpu_info[dst].active_msgs[i].pc)
397                         continue;
398                 per_cpu_info[dst].active_msgs[i].pc = pc;
399                 per_cpu_info[dst].active_msgs[i].arg0 = arg0;
400                 per_cpu_info[dst].active_msgs[i].arg1 = arg1;
401                 per_cpu_info[dst].active_msgs[i].arg2 = arg2;
402                 per_cpu_info[dst].active_msgs[i].srcid = core_id();
403                 retval = 0;
404                 break;
405         }
406         spin_unlock_irqsave(&per_cpu_info[dst].amsg_lock);
407         // since we touched memory the other core will touch (the lock), we don't
408         // need an wmb_f()
409         if (!retval)
410                 send_ipi(dst, 0, I_ACTIVE_MSG);
411         return retval;
412 }
413
414 /* Active message handler.  We don't want to block other AMs from coming in, so
415  * we'll copy out the message and let go of the lock.  This won't return until
416  * all pending AMs are executed.  If the PC is 0, then this was an extra IPI and
417  * we already handled the message (or someone is sending IPIs without loading
418  * the active message...)
419  * Note that all of this happens from interrupt context, and interrupts are
420  * currently disabled for this gate. */
421 void __active_message(trapframe_t *tf)
422 {
423         per_cpu_info_t RO*myinfo = &per_cpu_info[core_id()];
424         active_message_t amsg;
425
426         lapic_send_eoi();
427         while (1) { // will break out when we find an empty amsg
428                 /* Get the message */
429                 spin_lock_irqsave(&myinfo->amsg_lock);
430                 if (myinfo->active_msgs[myinfo->amsg_current].pc) {
431                         amsg = myinfo->active_msgs[myinfo->amsg_current];
432                         myinfo->active_msgs[myinfo->amsg_current].pc = 0;
433                         myinfo->amsg_current = (myinfo->amsg_current + 1) %
434                                                NUM_ACTIVE_MESSAGES;
435                 } else { // was no PC in the current active message, meaning we do nothing
436                         spin_unlock_irqsave(&myinfo->amsg_lock);
437                         return;
438                 }
439                 /* In case the function doesn't return (which is common: __startcore,
440                  * __death, etc), there is a chance we could lose an amsg.  We can only
441                  * have up to two interrupts outstanding, and if we never return, we
442                  * never deal with any other amsgs.  This extra IPI hurts performance
443                  * but is only necessary if there is another outstanding message in the
444                  * buffer, but makes sure we never miss out on an amsg. */
445                 if (myinfo->active_msgs[myinfo->amsg_current].pc)
446                         send_ipi(core_id(), 0, I_ACTIVE_MSG);
447                 spin_unlock_irqsave(&myinfo->amsg_lock);
448                 /* Execute the active message */
449                 amsg.pc(tf, amsg.srcid, amsg.arg0, amsg.arg1, amsg.arg2);
450         }
451 }