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