Merge branch 'master' into net-dev
[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 <env.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, lapic_get_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         env_t* curenv = curenvs[core_id()];
163
164         // Handle processor exceptions.
165         switch(tf->tf_trapno) {
166                 case T_BRKPT:
167                         while (1)
168                                 monitor(tf);
169                         // never get to this
170                         assert(0);
171                 case T_PGFLT:
172                         page_fault_handler(tf);
173                         break;
174                 case T_SYSCALL:
175                         // check for userspace, for now
176                         assert(tf->tf_cs != GD_KT);
177                         tf->tf_regs.reg_eax =
178                                 syscall(curenv, tf->tf_regs.reg_eax, tf->tf_regs.reg_edx,
179                                         tf->tf_regs.reg_ecx, tf->tf_regs.reg_ebx,
180                                         tf->tf_regs.reg_edi, tf->tf_regs.reg_esi);
181                         env_run(curenv);
182                         break;
183                 default:
184                         // Unexpected trap: The user process or the kernel has a bug.
185                         print_trapframe(tf);
186                         if (tf->tf_cs == GD_KT)
187                                 panic("Damn Damn!  Unhandled trap in the kernel!");
188                         else {
189                                 warn("Unexpected trap from userspace");
190                                 env_destroy(curenv);
191                                 return;
192                         }
193         }
194         return;
195 }
196
197 void
198 (IN_HANDLER env_push_ancillary_state)(env_t* e)
199 {
200         // Here's where you'll save FP/MMX/XMM regs
201 }
202
203 void
204 (IN_HANDLER env_pop_ancillary_state)(env_t* e)
205 {
206         // Here's where you'll restore FP/MMX/XMM regs
207 }
208
209 void
210 (IN_HANDLER trap)(trapframe_t *tf)
211 {
212         //cprintf("Incoming TRAP frame at %p\n", tf);
213
214         env_t* curenv = curenvs[lapic_get_id()];
215
216         env_push_ancillary_state(curenv);
217
218         if ((tf->tf_cs & ~3) != GD_UT && (tf->tf_cs & ~3) != GD_KT) {
219                 print_trapframe(tf);
220                 panic("Trapframe with invalid CS!");
221         }
222
223         if ((tf->tf_cs & 3) == 3) {
224                 // Trapped from user mode.
225                 // TODO: this will change when an env has more than one context
226                 // Copy trap frame (which is currently on the stack)
227                 // into 'curenv->env_tf', so that running the environment
228                 // will restart at the trap point.
229                 assert(curenv);
230                 curenv->env_tf = *tf;
231                 // The trapframe on the stack should be ignored from here on.
232                 tf = &curenv->env_tf;
233         }
234
235         // Dispatch based on what type of trap occurred
236         trap_dispatch(tf);
237
238         // should this be if == 3?  Sort out later when we handle traps.
239         // so far we never get here
240         assert(0);
241         // Return to the current environment, which should be runnable.
242         assert(curenv && curenv->env_status == ENV_RUNNABLE);
243         env_run(curenv);
244 }
245
246 void
247 (IN_HANDLER irq_handler)(trapframe_t *tf)
248 {
249         //if (lapic_get_id())
250         //      cprintf("Incoming IRQ, ISR: %d on core %d\n", tf->tf_trapno, lapic_get_id());           
251         // merge this with alltraps?  other than the EOI... or do the same in all traps
252
253         extern handler_wrapper_t handler_wrappers[NUM_HANDLER_WRAPPERS];
254
255         // determine the interrupt handler table to use.  for now, pick the global
256         handler_t* handler_tbl = interrupt_handlers;
257
258         if (handler_tbl[tf->tf_trapno].isr != 0)
259                 handler_tbl[tf->tf_trapno].isr(tf, handler_tbl[tf->tf_trapno].data);
260         // if we're a general purpose IPI function call, down the cpu_list
261         if ((0xf0 <= tf->tf_trapno) && (tf->tf_trapno < 0xf0 +NUM_HANDLER_WRAPPERS))
262                 down_checklist(handler_wrappers[tf->tf_trapno & 0x0f].cpu_list);
263
264         // Send EOI.  might want to do this in assembly, and possibly earlier
265         // This is set up to work with an old PIC for now
266         // Convention is that all IRQs between 32 and 47 are for the PIC.
267         // All others are LAPIC (timer, IPIs, perf, non-ExtINT LINTS, etc)
268         // For now, only 235-255 are available
269         assert(tf->tf_trapno >= 32); // slows us down, but we should never have this
270         
271         lapic_send_eoi();
272         
273 /*      Old PIC relatd code. Should be gone for good, but leaving it just incase.
274         if (tf->tf_trapno < 48)
275                 //pic_send_eoi(tf->tf_trapno - PIC1_OFFSET);
276                 ioapic_send_eoi(tf->tf_trapno); // Quick hack. Fix.
277         else
278                 lapic_send_eoi();
279 */
280 }
281
282 void
283 register_interrupt_handler(handler_t table[], uint8_t int_num, isr_t handler,
284                            void* data)
285 {
286         table[int_num].isr = handler;
287         table[int_num].data = data;
288 }
289
290 void
291 page_fault_handler(trapframe_t *tf)
292 {
293         uint32_t fault_va;
294
295         // Read processor's CR2 register to find the faulting address
296         fault_va = rcr2();
297
298         // Handle kernel-mode page faults.
299
300         // TODO - one day, we'll want to handle this.
301         if ((tf->tf_cs & 3) == 0) {
302                 print_trapframe(tf);
303                 panic("Page Fault in the Kernel at 0x%08x!", fault_va);
304         }
305
306         // We've already handled kernel-mode exceptions, so if we get here,
307         // the page fault happened in user mode.
308
309         // Call the environment's page fault upcall, if one exists.  Set up a
310         // page fault stack frame on the user exception stack (below
311         // UXSTACKTOP), then branch to curenv->env_pgfault_upcall.
312         //
313         // The page fault upcall might cause another page fault, in which case
314         // we branch to the page fault upcall recursively, pushing another
315         // page fault stack frame on top of the user exception stack.
316         //
317         // The trap handler needs one word of scratch space at the top of the
318         // trap-time stack in order to return.  In the non-recursive case, we
319         // don't have to worry about this because the top of the regular user
320         // stack is free.  In the recursive case, this means we have to leave
321         // an extra word between the current top of the exception stack and
322         // the new stack frame because the exception stack _is_ the trap-time
323         // stack.
324         //
325         // If there's no page fault upcall, the environment didn't allocate a
326         // page for its exception stack, or the exception stack overflows,
327         // then destroy the environment that caused the fault.
328         //
329         // Hints:
330         //   user_mem_assert() and env_run() are useful here.
331         //   To change what the user environment runs, modify 'curenv->env_tf'
332         //   (the 'tf' variable points at 'curenv->env_tf').
333
334         // LAB 4: Your code here.
335
336         // Destroy the environment that caused the fault.
337         env_t* curenv = curenvs[lapic_get_id()];
338         cprintf("[%08x] user fault va %08x ip %08x from core %d\n",
339                 curenv->env_id, fault_va, tf->tf_eip, lapic_get_id());
340         print_trapframe(tf);
341         env_destroy(curenv);
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         env_t* curenv = curenvs[lapic_get_id()];
355         curenv->env_tf = *tf;
356         
357         // The trapframe on the stack should be ignored from here on.
358         tf = &curenv->env_tf;
359         tf->tf_regs.reg_eax = (intreg_t) syscall(curenv,
360                                                  tf->tf_regs.reg_eax,
361                                                  tf->tf_regs.reg_edx,
362                                                  tf->tf_regs.reg_ecx,
363                                                  tf->tf_regs.reg_ebx,
364                                                  tf->tf_regs.reg_edi,
365                                                  0);
366         env_run(curenv);
367 }