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