Adding SharC annotations
[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 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))) idt[256] = { { 0 } };
28 pseudodesc_t 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(void *) 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 ( 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 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) trap_tbl)[];
86         extern struct trapinfo (SNT 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                 SETGATE(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                 SETGATE(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 = 3;
107         idt[T_SYSCALL].gd_type = STS_TG32;
108         idt[T_BRKPT].gd_dpl = 3;
109
110         // Setup a TSS so that we get the right stack
111         // when we trap to the kernel.
112         ts.ts_esp0 = KSTACKTOP;
113         ts.ts_ss0 = GD_KD;
114
115         // Initialize the TSS field of the gdt.
116         gdt[GD_TSS >> 3] = (segdesc_t)SEG16(STS_T32A, (uint32_t) (&ts),
117                                            sizeof(taskstate_t), 0);
118         gdt[GD_TSS >> 3].sd_s = 0;
119
120         // Load the TSS
121         ltr(GD_TSS);
122
123         // Load the IDT
124         asm volatile("lidt idt_pd");
125
126         // This will go away when we start using the IOAPIC properly
127         pic_remap();
128         // set LINT0 to receive ExtINTs (KVM's default).  At reset they are 0x1000.
129         write_mmreg32(LAPIC_LVT_LINT0, 0x700);
130         // mask it to shut it up for now
131         mask_lapic_lvt(LAPIC_LVT_LINT0);
132         // and turn it on
133         lapic_enable();
134 }
135
136 void
137 print_regs(push_regs_t *regs)
138 {
139         cprintf("  edi  0x%08x\n", regs->reg_edi);
140         cprintf("  esi  0x%08x\n", regs->reg_esi);
141         cprintf("  ebp  0x%08x\n", regs->reg_ebp);
142         cprintf("  oesp 0x%08x\n", regs->reg_oesp);
143         cprintf("  ebx  0x%08x\n", regs->reg_ebx);
144         cprintf("  edx  0x%08x\n", regs->reg_edx);
145         cprintf("  ecx  0x%08x\n", regs->reg_ecx);
146         cprintf("  eax  0x%08x\n", regs->reg_eax);
147 }
148
149 void
150 print_trapframe(trapframe_t *tf)
151 {
152         cprintf("TRAP frame at %p on core %d\n", tf, core_id());
153         print_regs(&tf->tf_regs);
154         cprintf("  es   0x----%04x\n", tf->tf_es);
155         cprintf("  ds   0x----%04x\n", tf->tf_ds);
156         cprintf("  trap 0x%08x %s\n", tf->tf_trapno, trapname(tf->tf_trapno));
157         cprintf("  err  0x%08x\n", tf->tf_err);
158         cprintf("  eip  0x%08x\n", tf->tf_eip);
159         cprintf("  cs   0x----%04x\n", tf->tf_cs);
160         cprintf("  flag 0x%08x\n", tf->tf_eflags);
161         cprintf("  esp  0x%08x\n", tf->tf_esp);
162         cprintf("  ss   0x----%04x\n", tf->tf_ss);
163 }
164
165 static void
166 trap_dispatch(trapframe_t *tf)
167 {
168         // Handle processor exceptions.
169         switch(tf->tf_trapno) {
170                 case T_BRKPT:
171                         while (1)
172                                 monitor(tf);
173                         // never get to this
174                         assert(0);
175                 case T_PGFLT:
176                         page_fault_handler(tf);
177                         break;
178                 case T_SYSCALL:
179                         // check for userspace, for now
180                         assert(tf->tf_cs != GD_KT);
181                         tf->tf_regs.reg_eax =
182                                 syscall(current, tf->tf_regs.reg_eax, tf->tf_regs.reg_edx,
183                                         tf->tf_regs.reg_ecx, tf->tf_regs.reg_ebx,
184                                         tf->tf_regs.reg_edi, tf->tf_regs.reg_esi);
185                         proc_startcore(current, tf); // Note the comment in syscall.c
186                         break;
187                 default:
188                         // Unexpected trap: The user process or the kernel has a bug.
189                         print_trapframe(tf);
190                         if (tf->tf_cs == GD_KT)
191                                 panic("Damn Damn!  Unhandled trap in the kernel!");
192                         else {
193                                 warn("Unexpected trap from userspace");
194                                 proc_destroy(current);
195                                 return;
196                         }
197         }
198         return;
199 }
200
201 void
202 env_push_ancillary_state(env_t* e)
203 {
204         // Here's where you'll save FP/MMX/XMM regs
205 }
206
207 void
208 env_pop_ancillary_state(env_t* e)
209 {
210         // Here's where you'll restore FP/MMX/XMM regs
211 }
212
213 void
214 trap(trapframe_t *tf)
215 {
216         //cprintf("Incoming TRAP frame at %p\n", tf);
217
218         // TODO: do this once we know we are are not returning to the current
219         // context.  doing it now is safe. (HSS)
220         env_push_ancillary_state(current);
221
222         if ((tf->tf_cs & ~3) != GD_UT && (tf->tf_cs & ~3) != GD_KT) {
223                 print_trapframe(tf);
224                 panic("Trapframe with invalid CS!");
225         }
226
227         if ((tf->tf_cs & 3) == 3) {
228                 // Trapped from user mode.
229                 // TODO: this will change when an env has more than one context
230                 // Copy trap frame (which is currently on the stack)
231                 // into 'current->env_tf', so that running the environment
232                 // will restart at the trap point.
233                 assert(current);
234                 current->env_tf = *tf;
235                 // The trapframe on the stack should be ignored from here on.
236                 tf = &current->env_tf;
237         }
238
239         // Dispatch based on what type of trap occurred
240         trap_dispatch(tf);
241
242         // should this be if == 3?  Sort out later when we handle traps.
243         // so far we never get here
244         assert(0);
245         // Return to the current environment, which should be runnable.
246         proc_startcore(current, tf); // Note the comment in syscall.c
247 }
248
249 void
250 irq_handler(trapframe_t *tf)
251 {
252         //if (core_id())
253         //      cprintf("Incoming IRQ, ISR: %d on core %d\n", tf->tf_trapno, core_id());
254         // merge this with alltraps?  other than the EOI... or do the same in all traps
255
256         // TODO: do this once we know we are are not returning to the current
257         // context.  doing it now is safe. (HSS)
258         env_push_ancillary_state(current);
259
260         extern handler_wrapper_t handler_wrappers[NUM_HANDLER_WRAPPERS];
261
262         // determine the interrupt handler table to use.  for now, pick the global
263         handler_t TP(void *) * handler_tbl = interrupt_handlers;
264
265         if (handler_tbl[tf->tf_trapno].isr != 0)
266                 handler_tbl[tf->tf_trapno].isr(tf, handler_tbl[tf->tf_trapno].data);
267         // if we're a general purpose IPI function call, down the cpu_list
268         if ((I_SMP_CALL0 <= tf->tf_trapno) && (tf->tf_trapno <= I_SMP_CALL_LAST))
269                 down_checklist(handler_wrappers[tf->tf_trapno & 0x0f].cpu_list);
270
271         // Send EOI.  might want to do this in assembly, and possibly earlier
272         // This is set up to work with an old PIC for now
273         // Convention is that all IRQs between 32 and 47 are for the PIC.
274         // All others are LAPIC (timer, IPIs, perf, non-ExtINT LINTS, etc)
275         // For now, only 235-255 are available
276         assert(tf->tf_trapno >= 32); // slows us down, but we should never have this
277         if (tf->tf_trapno < 48)
278                 pic_send_eoi(tf->tf_trapno - PIC1_OFFSET);
279         else
280                 lapic_send_eoi();
281 }
282
283 void
284 register_interrupt_handler(handler_t TP(TV(t)) table[],
285                            uint8_t int_num, poly_isr_t handler, void* data)
286 {
287         table[int_num].isr = handler;
288         table[int_num].data = data;
289 }
290
291 void
292 page_fault_handler(trapframe_t *tf)
293 {
294         uint32_t fault_va;
295
296         // Read processor's CR2 register to find the faulting address
297         fault_va = rcr2();
298
299         // Handle kernel-mode page faults.
300
301         // TODO - one day, we'll want to handle this.
302         if ((tf->tf_cs & 3) == 0) {
303                 print_trapframe(tf);
304                 panic("Page Fault in the Kernel at 0x%08x!", fault_va);
305         }
306
307         // We've already handled kernel-mode exceptions, so if we get here,
308         // the page fault happened in user mode.
309
310         // Call the environment's page fault upcall, if one exists.  Set up a
311         // page fault stack frame on the user exception stack (below
312         // UXSTACKTOP), then branch to current->env_pgfault_upcall.
313         //
314         // The page fault upcall might cause another page fault, in which case
315         // we branch to the page fault upcall recursively, pushing another
316         // page fault stack frame on top of the user exception stack.
317         //
318         // The trap handler needs one word of scratch space at the top of the
319         // trap-time stack in order to return.  In the non-recursive case, we
320         // don't have to worry about this because the top of the regular user
321         // stack is free.  In the recursive case, this means we have to leave
322         // an extra word between the current top of the exception stack and
323         // the new stack frame because the exception stack _is_ the trap-time
324         // stack.
325         //
326         // If there's no page fault upcall, the environment didn't allocate a
327         // page for its exception stack, or the exception stack overflows,
328         // then destroy the environment that caused the fault.
329         //
330         // Hints:
331         //   user_mem_assert() and env_run() are useful here.
332         //   To change what the user environment runs, modify 'current->env_tf'
333         //   (the 'tf' variable points at 'current->env_tf').
334
335         // LAB 4: Your code here.
336
337         // Destroy the environment that caused the fault.
338         cprintf("[%08x] user fault va %08x ip %08x from core %d\n",
339                 current->env_id, fault_va, tf->tf_eip, core_id());
340         print_trapframe(tf);
341         proc_destroy(current);
342 }
343
344 void sysenter_init(void)
345 {
346         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_CS, GD_KT);
347         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_ESP, ts.ts_esp0);
348         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_EIP, (uint32_t) &sysenter_handler);
349 }
350
351 /* This is called from sysenter's asm, with the tf on the kernel stack. */
352 void sysenter_callwrapper(struct Trapframe *tf)
353 {
354         current->env_tf = *tf;
355
356         // The trapframe on the stack should be ignored from here on.
357         tf = &current->env_tf;
358         tf->tf_regs.reg_eax = (intreg_t) syscall(current,
359                                                  tf->tf_regs.reg_eax,
360                                                  tf->tf_regs.reg_edx,
361                                                  tf->tf_regs.reg_ecx,
362                                                  tf->tf_regs.reg_ebx,
363                                                  tf->tf_regs.reg_edi,
364                                                  0);
365         /*
366          * careful here - we need to make sure that this current is the right
367          * process, which could be weird if the syscall blocked.  it would need to
368          * restore the proper value in current before returning to here.
369          * likewise, tf could be pointing to random gibberish.
370          */
371         proc_startcore(current, tf);
372 }
373
374 uint32_t send_active_message(uint32_t dst, amr_t pc,
375                              TV(a0t) arg0, TV(a1t) arg1, TV(a2t) arg2)
376 {
377         error_t retval = -EBUSY;
378         spin_lock_irqsave(&per_cpu_info[dst].amsg_lock);
379         size_t current_amsg = per_cpu_info[dst].amsg_current;
380         // If there's a PC there, then that means it's an outstanding message
381         FOR_CIRC_BUFFER(current_amsg, NUM_ACTIVE_MESSAGES, i) {
382                 if (per_cpu_info[dst].active_msgs[i].pc)
383                         continue;
384                 per_cpu_info[dst].active_msgs[i].pc = pc;
385                 per_cpu_info[dst].active_msgs[i].arg0 = arg0;
386                 per_cpu_info[dst].active_msgs[i].arg1 = arg1;
387                 per_cpu_info[dst].active_msgs[i].arg2 = arg2;
388                 per_cpu_info[dst].active_msgs[i].srcid = core_id();
389                 retval = 0;
390                 break;
391         }
392         spin_unlock_irqsave(&per_cpu_info[dst].amsg_lock);
393         // since we touched memory the other core will touch (the lock), we don't
394         // need an wmb_f()
395         if (!retval)
396                 send_ipi(dst, 0, I_ACTIVE_MSG);
397         return retval;
398 }
399
400 /* Active message handler.  We don't want to block other AMs from coming in, so
401  * we'll copy out the message and let go of the lock.  This won't return until
402  * all pending AMs are executed.  If the PC is 0, then this was an extra IPI and
403  * we already handled the message (or someone is sending IPIs without loading
404  * the active message...)
405  * Note that all of this happens from interrupt context, and interrupts are
406  * currently disabled for this gate. */
407 void __active_message(trapframe_t *tf)
408 {
409         per_cpu_info_t *myinfo = &per_cpu_info[core_id()];
410         active_message_t amsg;
411
412         lapic_send_eoi();
413         while (1) { // will break out when we find an empty amsg
414                 /* Get the message */
415                 spin_lock_irqsave(&myinfo->amsg_lock);
416                 if (myinfo->active_msgs[myinfo->amsg_current].pc) {
417                         amsg = myinfo->active_msgs[myinfo->amsg_current];
418                         myinfo->active_msgs[myinfo->amsg_current].pc = 0;
419                         myinfo->amsg_current = (myinfo->amsg_current + 1) %
420                                                NUM_ACTIVE_MESSAGES;
421                 } else { // was no PC in the current active message, meaning we do nothing
422                         spin_unlock_irqsave(&myinfo->amsg_lock);
423                         return;
424                 }
425                 /* In case the function doesn't return (which is common: __startcore,
426                  * __death, etc), there is a chance we could lose an amsg.  We can only
427                  * have up to two interrupts outstanding, and if we never return, we
428                  * never deal with any other amsgs.  This extra IPI hurts performance
429                  * but is only necessary if there is another outstanding message in the
430                  * buffer, but makes sure we never miss out on an amsg. */
431                 if (myinfo->active_msgs[myinfo->amsg_current].pc)
432                         send_ipi(core_id(), 0, I_ACTIVE_MSG);
433                 spin_unlock_irqsave(&myinfo->amsg_lock);
434                 /* Execute the active message */
435                 amsg.pc(tf, amsg.srcid, amsg.arg0, amsg.arg1, amsg.arg2);
436         }
437 }