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[akaros.git] / kern / arch / i386 / trap.c
1
2 #include <arch/mmu.h>
3 #include <arch/x86.h>
4 #include <arch/arch.h>
5 #include <arch/console.h>
6 #include <arch/apic.h>
7 #include <smp.h>
8 #include <assert.h>
9 #include <pmap.h>
10 #include <trap.h>
11 #include <monitor.h>
12 #include <process.h>
13 #include <stdio.h>
14
15 #include <syscall.h>
16
17 taskstate_t ts;
18
19 /* Interrupt descriptor table.  (Must be built at run time because
20  * shifted function addresses can't be represented in relocation records.)
21  */
22 // Aligned on an 8 byte boundary (SDM V3A 5-13)
23 gatedesc_t __attribute__ ((aligned (8))) idt[256] = { { 0 } };
24 pseudodesc_t idt_pd = {
25         sizeof(idt) - 1, (uint32_t) idt
26 };
27
28 /* global handler table, used by core0 (for now).  allows the registration
29  * of functions to be called when servicing an interrupt.  other cores
30  * can set up their own later.
31  */
32 handler_t TP(void *) interrupt_handlers[NUM_INTERRUPT_HANDLERS];
33
34 static const char *NTS (IN_HANDLER trapname)(int trapno)
35 {
36     // zra: excnames is NORACE because Ivy doesn't trust const
37         static const char *NT const (NORACE excnames)[] = {
38                 "Divide error",
39                 "Debug",
40                 "Non-Maskable Interrupt",
41                 "Breakpoint",
42                 "Overflow",
43                 "BOUND Range Exceeded",
44                 "Invalid Opcode",
45                 "Device Not Available",
46                 "Double Fault",
47                 "Coprocessor Segment Overrun",
48                 "Invalid TSS",
49                 "Segment Not Present",
50                 "Stack Fault",
51                 "General Protection",
52                 "Page Fault",
53                 "(unknown trap)",
54                 "x87 FPU Floating-Point Error",
55                 "Alignment Check",
56                 "Machine-Check",
57                 "SIMD Floating-Point Exception"
58         };
59
60         if (trapno < sizeof(excnames)/sizeof(excnames[0]))
61                 return excnames[trapno];
62         if (trapno == T_SYSCALL)
63                 return "System call";
64         return "(unknown trap)";
65 }
66
67
68 void
69 idt_init(void)
70 {
71         extern segdesc_t gdt[];
72
73         // This table is made in trapentry.S by each macro in that file.
74         // It is layed out such that the ith entry is the ith's traphandler's
75         // (uint32_t) trap addr, then (uint32_t) trap number
76         struct trapinfo { uint32_t trapaddr; uint32_t trapnumber; };
77         extern struct trapinfo (BND(__this,trap_tbl_end) trap_tbl)[];
78         extern struct trapinfo (SNT trap_tbl_end)[];
79         int i, trap_tbl_size = trap_tbl_end - trap_tbl;
80         extern void ISR_default(void);
81
82         // set all to default, to catch everything
83         for(i = 0; i < 256; i++)
84                 SETGATE(idt[i], 0, GD_KT, &ISR_default, 0);
85
86         // set all entries that have real trap handlers
87         // we need to stop short of the last one, since the last is the default
88         // handler with a fake interrupt number (500) that is out of bounds of
89         // the idt[]
90         // if we set these to trap gates, be sure to handle the IRQs separately
91         // and we might need to break our pretty tables
92         for(i = 0; i < trap_tbl_size - 1; i++)
93                 SETGATE(idt[trap_tbl[i].trapnumber], 0, GD_KT, trap_tbl[i].trapaddr, 0);
94
95         // turn on syscall handling and other user-accessible ints
96         // DPL 3 means this can be triggered by the int instruction
97         // STS_TG32 sets the IDT type to a Trap Gate (interrupts enabled)
98         idt[T_SYSCALL].gd_dpl = 3;
99         idt[T_SYSCALL].gd_type = STS_TG32;
100         idt[T_BRKPT].gd_dpl = 3;
101
102         // Setup a TSS so that we get the right stack
103         // when we trap to the kernel.
104         ts.ts_esp0 = KSTACKTOP;
105         ts.ts_ss0 = GD_KD;
106
107         // Initialize the TSS field of the gdt.
108         gdt[GD_TSS >> 3] = SEG16(STS_T32A, (uint32_t) (&ts),
109                                         sizeof(taskstate_t), 0);
110         gdt[GD_TSS >> 3].sd_s = 0;
111
112         // Load the TSS
113         ltr(GD_TSS);
114
115         // Load the IDT
116         asm volatile("lidt idt_pd");
117
118         // This will go away when we start using the IOAPIC properly
119         pic_remap();
120         // set LINT0 to receive ExtINTs (KVM's default).  At reset they are 0x1000.
121         write_mmreg32(LAPIC_LVT_LINT0, 0x700);
122         // mask it to shut it up for now
123         mask_lapic_lvt(LAPIC_LVT_LINT0);
124         // and turn it on
125         lapic_enable();
126 }
127
128 void
129 (IN_HANDLER print_regs)(push_regs_t *regs)
130 {
131         cprintf("  edi  0x%08x\n", regs->reg_edi);
132         cprintf("  esi  0x%08x\n", regs->reg_esi);
133         cprintf("  ebp  0x%08x\n", regs->reg_ebp);
134         cprintf("  oesp 0x%08x\n", regs->reg_oesp);
135         cprintf("  ebx  0x%08x\n", regs->reg_ebx);
136         cprintf("  edx  0x%08x\n", regs->reg_edx);
137         cprintf("  ecx  0x%08x\n", regs->reg_ecx);
138         cprintf("  eax  0x%08x\n", regs->reg_eax);
139 }
140
141 void
142 (IN_HANDLER print_trapframe)(trapframe_t *tf)
143 {
144         cprintf("TRAP frame at %p on core %d\n", tf, core_id());
145         print_regs(&tf->tf_regs);
146         cprintf("  es   0x----%04x\n", tf->tf_es);
147         cprintf("  ds   0x----%04x\n", tf->tf_ds);
148         cprintf("  trap 0x%08x %s\n", tf->tf_trapno, trapname(tf->tf_trapno));
149         cprintf("  err  0x%08x\n", tf->tf_err);
150         cprintf("  eip  0x%08x\n", tf->tf_eip);
151         cprintf("  cs   0x----%04x\n", tf->tf_cs);
152         cprintf("  flag 0x%08x\n", tf->tf_eflags);
153         cprintf("  esp  0x%08x\n", tf->tf_esp);
154         cprintf("  ss   0x----%04x\n", tf->tf_ss);
155 }
156
157 static void
158 (IN_HANDLER trap_dispatch)(trapframe_t *tf)
159 {
160         // Handle processor exceptions.
161         switch(tf->tf_trapno) {
162                 case T_BRKPT:
163                         while (1)
164                                 monitor(tf);
165                         // never get to this
166                         assert(0);
167                 case T_PGFLT:
168                         page_fault_handler(tf);
169                         break;
170                 case T_SYSCALL:
171                         // check for userspace, for now
172                         assert(tf->tf_cs != GD_KT);
173                         tf->tf_regs.reg_eax =
174                                 syscall(current, tf->tf_regs.reg_eax, tf->tf_regs.reg_edx,
175                                         tf->tf_regs.reg_ecx, tf->tf_regs.reg_ebx,
176                                         tf->tf_regs.reg_edi, tf->tf_regs.reg_esi);
177                         proc_startcore(current, tf); // Note the comment in syscall.c
178                         break;
179                 default:
180                         // Unexpected trap: The user process or the kernel has a bug.
181                         print_trapframe(tf);
182                         if (tf->tf_cs == GD_KT)
183                                 panic("Damn Damn!  Unhandled trap in the kernel!");
184                         else {
185                                 warn("Unexpected trap from userspace");
186                                 proc_destroy(current);
187                                 return;
188                         }
189         }
190         return;
191 }
192
193 void
194 (IN_HANDLER env_push_ancillary_state)(env_t* e)
195 {
196         // Here's where you'll save FP/MMX/XMM regs
197 }
198
199 void
200 (IN_HANDLER env_pop_ancillary_state)(env_t* e)
201 {
202         // Here's where you'll restore FP/MMX/XMM regs
203 }
204
205 void
206 (IN_HANDLER trap)(trapframe_t *tf)
207 {
208         //cprintf("Incoming TRAP frame at %p\n", tf);
209
210         // TODO: do this once we know we are are not returning to the current
211         // context.  doing it now is safe.
212         env_push_ancillary_state(current);
213
214         if ((tf->tf_cs & ~3) != GD_UT && (tf->tf_cs & ~3) != GD_KT) {
215                 print_trapframe(tf);
216                 panic("Trapframe with invalid CS!");
217         }
218
219         if ((tf->tf_cs & 3) == 3) {
220                 // Trapped from user mode.
221                 // TODO: this will change when an env has more than one context
222                 // Copy trap frame (which is currently on the stack)
223                 // into 'current->env_tf', so that running the environment
224                 // will restart at the trap point.
225                 assert(current);
226                 current->env_tf = *tf;
227                 // The trapframe on the stack should be ignored from here on.
228                 tf = &current->env_tf;
229         }
230
231         // Dispatch based on what type of trap occurred
232         trap_dispatch(tf);
233
234         // should this be if == 3?  Sort out later when we handle traps.
235         // so far we never get here
236         assert(0);
237         // Return to the current environment, which should be runnable.
238         proc_startcore(current, tf); // Note the comment in syscall.c
239 }
240
241 void
242 (IN_HANDLER irq_handler)(trapframe_t *tf)
243 {
244         //if (core_id())
245         //      cprintf("Incoming IRQ, ISR: %d on core %d\n", tf->tf_trapno, core_id());
246         // merge this with alltraps?  other than the EOI... or do the same in all traps
247
248         extern handler_wrapper_t handler_wrappers[NUM_HANDLER_WRAPPERS];
249
250         // determine the interrupt handler table to use.  for now, pick the global
251         handler_t TP(void *) * handler_tbl = interrupt_handlers;
252
253         if (handler_tbl[tf->tf_trapno].isr != 0)
254                 handler_tbl[tf->tf_trapno].isr(tf, handler_tbl[tf->tf_trapno].data);
255         // if we're a general purpose IPI function call, down the cpu_list
256         if ((0xf0 <= tf->tf_trapno) && (tf->tf_trapno < 0xf0 +NUM_HANDLER_WRAPPERS))
257                 down_checklist(handler_wrappers[tf->tf_trapno & 0x0f].cpu_list);
258
259         // Send EOI.  might want to do this in assembly, and possibly earlier
260         // This is set up to work with an old PIC for now
261         // Convention is that all IRQs between 32 and 47 are for the PIC.
262         // All others are LAPIC (timer, IPIs, perf, non-ExtINT LINTS, etc)
263         // For now, only 235-255 are available
264         assert(tf->tf_trapno >= 32); // slows us down, but we should never have this
265         
266         lapic_send_eoi();
267         
268         /*
269         //Old PIC relatd code. Should be gone for good, but leaving it just incase.
270         if (tf->tf_trapno < 48)
271                 pic_send_eoi(tf->tf_trapno - PIC1_OFFSET);
272         else
273                 lapic_send_eoi();
274         */
275
276 }
277
278 void
279 register_interrupt_handler(handler_t TP(TV(t)) table[], uint8_t int_num, poly_isr_t handler,
280                            void* data)
281 {
282         table[int_num].isr = handler;
283         table[int_num].data = data;
284 }
285
286 void
287 page_fault_handler(trapframe_t *tf)
288 {
289         uint32_t fault_va;
290
291         // Read processor's CR2 register to find the faulting address
292         fault_va = rcr2();
293
294         // Handle kernel-mode page faults.
295
296         // TODO - one day, we'll want to handle this.
297         if ((tf->tf_cs & 3) == 0) {
298                 print_trapframe(tf);
299                 panic("Page Fault in the Kernel at 0x%08x!", fault_va);
300         }
301
302         // We've already handled kernel-mode exceptions, so if we get here,
303         // the page fault happened in user mode.
304
305         // Call the environment's page fault upcall, if one exists.  Set up a
306         // page fault stack frame on the user exception stack (below
307         // UXSTACKTOP), then branch to current->env_pgfault_upcall.
308         //
309         // The page fault upcall might cause another page fault, in which case
310         // we branch to the page fault upcall recursively, pushing another
311         // page fault stack frame on top of the user exception stack.
312         //
313         // The trap handler needs one word of scratch space at the top of the
314         // trap-time stack in order to return.  In the non-recursive case, we
315         // don't have to worry about this because the top of the regular user
316         // stack is free.  In the recursive case, this means we have to leave
317         // an extra word between the current top of the exception stack and
318         // the new stack frame because the exception stack _is_ the trap-time
319         // stack.
320         //
321         // If there's no page fault upcall, the environment didn't allocate a
322         // page for its exception stack, or the exception stack overflows,
323         // then destroy the environment that caused the fault.
324         //
325         // Hints:
326         //   user_mem_assert() and env_run() are useful here.
327         //   To change what the user environment runs, modify 'current->env_tf'
328         //   (the 'tf' variable points at 'current->env_tf').
329
330         // LAB 4: Your code here.
331
332         // Destroy the environment that caused the fault.
333         cprintf("[%08x] user fault va %08x ip %08x from core %d\n",
334                 current->env_id, fault_va, tf->tf_eip, core_id());
335         print_trapframe(tf);
336         proc_destroy(current);
337 }
338
339 void sysenter_init(void)
340 {
341         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_CS, GD_KT);
342         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_ESP, ts.ts_esp0);
343         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_EIP, (uint32_t) &sysenter_handler);
344 }
345
346 /* This is called from sysenter's asm, with the tf on the kernel stack. */
347 void sysenter_callwrapper(struct Trapframe *tf)
348 {
349         current->env_tf = *tf;
350         
351         // The trapframe on the stack should be ignored from here on.
352         tf = &current->env_tf;
353         tf->tf_regs.reg_eax = (intreg_t) syscall(current,
354                                                  tf->tf_regs.reg_eax,
355                                                  tf->tf_regs.reg_edx,
356                                                  tf->tf_regs.reg_ecx,
357                                                  tf->tf_regs.reg_ebx,
358                                                  tf->tf_regs.reg_edi,
359                                                  0);
360         /*
361          * careful here - we need to make sure that this current is the right
362          * process, which could be weird if the syscall blocked.  it would need to
363          * restore the proper value in current before returning to here.
364          * likewise, tf could be pointing to random gibberish.
365          */
366         proc_startcore(current, tf);
367 }