b8b51e1fbf97af5c88cbc7501b244987db8a1743
[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         cprintf("TRAP frame at %p on core %d\n", tf, core_id());
154         print_regs(&tf->tf_regs);
155         cprintf("  es   0x----%04x\n", tf->tf_es);
156         cprintf("  ds   0x----%04x\n", tf->tf_ds);
157         cprintf("  trap 0x%08x %s\n", tf->tf_trapno, trapname(tf->tf_trapno));
158         cprintf("  err  0x%08x\n", tf->tf_err);
159         cprintf("  eip  0x%08x\n", tf->tf_eip);
160         cprintf("  cs   0x----%04x\n", tf->tf_cs);
161         cprintf("  flag 0x%08x\n", tf->tf_eflags);
162         cprintf("  esp  0x%08x\n", tf->tf_esp);
163         cprintf("  ss   0x----%04x\n", tf->tf_ss);
164 }
165
166 static void
167 trap_dispatch(trapframe_t *tf)
168 {
169         // Handle processor exceptions.
170         switch(tf->tf_trapno) {
171                 case T_BRKPT:
172                         while (1)
173                                 monitor(tf);
174                         // never get to this
175                         assert(0);
176                 case T_PGFLT:
177                         page_fault_handler(tf);
178                         break;
179                 case T_SYSCALL:
180                         // check for userspace, for now
181                         assert(tf->tf_cs != GD_KT);
182                         // Note we pass the tf ptr along, in case syscall needs to block
183                         tf->tf_regs.reg_eax =
184                                 syscall(current, tf, tf->tf_regs.reg_eax, tf->tf_regs.reg_edx,
185                                         tf->tf_regs.reg_ecx, tf->tf_regs.reg_ebx,
186                                         tf->tf_regs.reg_edi, tf->tf_regs.reg_esi);
187                         proc_startcore(current, tf); // Note the comment in syscall.c
188                         break;
189                 default:
190                         // Unexpected trap: The user process or the kernel has a bug.
191                         print_trapframe(tf);
192                         if (tf->tf_cs == GD_KT)
193                                 panic("Damn Damn!  Unhandled trap in the kernel!");
194                         else {
195                                 warn("Unexpected trap from userspace");
196                                 proc_destroy(current);
197                                 return;
198                         }
199         }
200         return;
201 }
202
203 void
204 env_push_ancillary_state(env_t* e)
205 {
206         // Here's where you'll save FP/MMX/XMM regs
207 }
208
209 void
210 env_pop_ancillary_state(env_t* e)
211 {
212         // Here's where you'll restore FP/MMX/XMM regs
213 }
214
215 void
216 trap(trapframe_t *tf)
217 {
218         //printk("Incoming TRAP frame on core %d at %p\n", core_id(), tf);
219
220         // TODO: do this once we know we are are not returning to the current
221         // context.  doing it now is safe. (HSS)
222         // we also need to sort this wrt multiple contexts
223         env_push_ancillary_state(current);
224
225         if ((tf->tf_cs & ~3) != GD_UT && (tf->tf_cs & ~3) != GD_KT) {
226                 print_trapframe(tf);
227                 panic("Trapframe with invalid CS!");
228         }
229
230         // Dispatch based on what type of trap occurred
231         trap_dispatch(tf);
232
233         // should this be if == 3?  Sort out later when we handle traps.
234         // so far we never get here
235         assert(0);
236         // Return to the current environment, which should be runnable.
237         proc_startcore(current, tf); // Note the comment in syscall.c
238 }
239
240 void
241 irq_handler(trapframe_t *tf)
242 {
243         //if (core_id())
244         //      cprintf("Incoming IRQ, ISR: %d on core %d\n", tf->tf_trapno, core_id());
245         // merge this with alltraps?  other than the EOI... or do the same in all traps
246
247         // TODO: do this once we know we are are not returning to the current
248         // context.  doing it now is safe. (HSS)
249         env_push_ancillary_state(current);
250
251         extern handler_wrapper_t (RO handler_wrappers)[NUM_HANDLER_WRAPPERS];
252
253         // determine the interrupt handler table to use.  for now, pick the global
254         handler_t TP(TV(t)) LCKD(&iht_lock) * handler_tbl = interrupt_handlers;
255
256         if (handler_tbl[tf->tf_trapno].isr != 0)
257                 handler_tbl[tf->tf_trapno].isr(tf, handler_tbl[tf->tf_trapno].data);
258         // if we're a general purpose IPI function call, down the cpu_list
259         if ((I_SMP_CALL0 <= tf->tf_trapno) && (tf->tf_trapno <= I_SMP_CALL_LAST))
260                 down_checklist(handler_wrappers[tf->tf_trapno & 0x0f].cpu_list);
261
262         // Send EOI.  might want to do this in assembly, and possibly earlier
263         // This is set up to work with an old PIC for now
264         // Convention is that all IRQs between 32 and 47 are for the PIC.
265         // All others are LAPIC (timer, IPIs, perf, non-ExtINT LINTS, etc)
266         // For now, only 235-255 are available
267         assert(tf->tf_trapno >= 32); // slows us down, but we should never have this
268         
269         lapic_send_eoi();
270         
271         /*
272         //Old PIC relatd code. Should be gone for good, but leaving it just incase.
273         if (tf->tf_trapno < 48)
274                 pic_send_eoi(tf->tf_trapno - PIC1_OFFSET);
275         else
276                 lapic_send_eoi();
277         */
278
279 }
280
281 void
282 register_interrupt_handler(handler_t TP(TV(t)) table[],
283                            uint8_t int_num, poly_isr_t handler, TV(t) data)
284 {
285         table[int_num].isr = handler;
286         table[int_num].data = data;
287 }
288
289 void
290 page_fault_handler(trapframe_t *tf)
291 {
292         uint32_t fault_va;
293
294         // Read processor's CR2 register to find the faulting address
295         fault_va = rcr2();
296
297         // Handle kernel-mode page faults.
298
299         // TODO - one day, we'll want to handle this.
300         if ((tf->tf_cs & 3) == 0) {
301                 print_trapframe(tf);
302                 panic("Page Fault in the Kernel at 0x%08x!", fault_va);
303         }
304
305         // We've already handled kernel-mode exceptions, so if we get here,
306         // the page fault happened in user mode.
307
308         // Call the environment's page fault upcall, if one exists.  Set up a
309         // page fault stack frame on the user exception stack (below
310         // UXSTACKTOP), then branch to current->env_pgfault_upcall.
311         //
312         // The page fault upcall might cause another page fault, in which case
313         // we branch to the page fault upcall recursively, pushing another
314         // page fault stack frame on top of the user exception stack.
315         //
316         // The trap handler needs one word of scratch space at the top of the
317         // trap-time stack in order to return.  In the non-recursive case, we
318         // don't have to worry about this because the top of the regular user
319         // stack is free.  In the recursive case, this means we have to leave
320         // an extra word between the current top of the exception stack and
321         // the new stack frame because the exception stack _is_ the trap-time
322         // stack.
323         //
324         // If there's no page fault upcall, the environment didn't allocate a
325         // page for its exception stack, or the exception stack overflows,
326         // then destroy the environment that caused the fault.
327         //
328         // Hints:
329         //   user_mem_assert() and env_run() are useful here.
330         //   To change what the user environment runs, modify 'current->env_tf'
331         //   (the 'tf' variable points at 'current->env_tf').
332
333         // LAB 4: Your code here.
334
335         // Destroy the environment that caused the fault.
336         cprintf("[%08x] user fault va %08x ip %08x from core %d\n",
337                 current->env_id, fault_va, tf->tf_eip, core_id());
338         print_trapframe(tf);
339         proc_destroy(current);
340 }
341
342 void sysenter_init(void)
343 {
344         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_CS, GD_KT);
345         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_ESP, ts.ts_esp0);
346         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_EIP, (uint32_t) &sysenter_handler);
347 }
348
349 /* This is called from sysenter's asm, with the tf on the kernel stack. */
350 void sysenter_callwrapper(struct Trapframe *tf)
351 {
352         // Note we pass the tf ptr along, in case syscall needs to block
353         tf->tf_regs.reg_eax = (intreg_t) syscall(current, tf,
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 }
368
369 uint32_t send_active_message(uint32_t dst, amr_t pc,
370                              TV(a0t) arg0, TV(a1t) arg1, TV(a2t) arg2)
371 {
372         error_t retval = -EBUSY;
373         spin_lock_irqsave(&per_cpu_info[dst].amsg_lock);
374         size_t current_amsg = per_cpu_info[dst].amsg_current;
375         // If there's a PC there, then that means it's an outstanding message
376         FOR_CIRC_BUFFER(current_amsg, NUM_ACTIVE_MESSAGES, i) {
377                 if (per_cpu_info[dst].active_msgs[i].pc)
378                         continue;
379                 per_cpu_info[dst].active_msgs[i].pc = pc;
380                 per_cpu_info[dst].active_msgs[i].arg0 = arg0;
381                 per_cpu_info[dst].active_msgs[i].arg1 = arg1;
382                 per_cpu_info[dst].active_msgs[i].arg2 = arg2;
383                 per_cpu_info[dst].active_msgs[i].srcid = core_id();
384                 retval = 0;
385                 break;
386         }
387         spin_unlock_irqsave(&per_cpu_info[dst].amsg_lock);
388         // since we touched memory the other core will touch (the lock), we don't
389         // need an wmb_f()
390         if (!retval)
391                 send_ipi(dst, 0, I_ACTIVE_MSG);
392         return retval;
393 }
394
395 /* Active message handler.  We don't want to block other AMs from coming in, so
396  * we'll copy out the message and let go of the lock.  This won't return until
397  * all pending AMs are executed.  If the PC is 0, then this was an extra IPI and
398  * we already handled the message (or someone is sending IPIs without loading
399  * the active message...)
400  * Note that all of this happens from interrupt context, and interrupts are
401  * currently disabled for this gate. */
402 void __active_message(trapframe_t *tf)
403 {
404         per_cpu_info_t RO*myinfo = &per_cpu_info[core_id()];
405         active_message_t amsg;
406
407         lapic_send_eoi();
408         while (1) { // will break out when we find an empty amsg
409                 /* Get the message */
410                 spin_lock_irqsave(&myinfo->amsg_lock);
411                 if (myinfo->active_msgs[myinfo->amsg_current].pc) {
412                         amsg = myinfo->active_msgs[myinfo->amsg_current];
413                         myinfo->active_msgs[myinfo->amsg_current].pc = 0;
414                         myinfo->amsg_current = (myinfo->amsg_current + 1) %
415                                                NUM_ACTIVE_MESSAGES;
416                 } else { // was no PC in the current active message, meaning we do nothing
417                         spin_unlock_irqsave(&myinfo->amsg_lock);
418                         return;
419                 }
420                 /* In case the function doesn't return (which is common: __startcore,
421                  * __death, etc), there is a chance we could lose an amsg.  We can only
422                  * have up to two interrupts outstanding, and if we never return, we
423                  * never deal with any other amsgs.  This extra IPI hurts performance
424                  * but is only necessary if there is another outstanding message in the
425                  * buffer, but makes sure we never miss out on an amsg. */
426                 if (myinfo->active_msgs[myinfo->amsg_current].pc)
427                         send_ipi(core_id(), 0, I_ACTIVE_MSG);
428                 spin_unlock_irqsave(&myinfo->amsg_lock);
429                 /* Execute the active message */
430                 amsg.pc(tf, amsg.srcid, amsg.arg0, amsg.arg1, amsg.arg2);
431         }
432 }