1305ba8181a567d29d474f95cbf42f760b6bcab1
[akaros.git] / kern / arch / i686 / trap.c
1 #ifdef __SHARC__
2 #pragma nosharc
3 #define SINIT(x) x
4 #endif
5
6 #include <arch/mmu.h>
7 #include <arch/x86.h>
8 #include <arch/arch.h>
9 #include <arch/console.h>
10 #include <arch/apic.h>
11 #include <ros/common.h>
12 #include <smp.h>
13 #include <assert.h>
14 #include <pmap.h>
15 #include <trap.h>
16 #include <monitor.h>
17 #include <process.h>
18 #include <mm.h>
19 #include <stdio.h>
20 #include <slab.h>
21 #include <syscall.h>
22
23 taskstate_t RO ts;
24
25 /* Interrupt descriptor table.  (Must be built at run time because
26  * shifted function addresses can't be represented in relocation records.)
27  */
28 // Aligned on an 8 byte boundary (SDM V3A 5-13)
29 gatedesc_t __attribute__ ((aligned (8))) (RO idt)[256] = { { 0 } };
30 pseudodesc_t RO idt_pd = {
31         sizeof(idt) - 1, (uint32_t) idt
32 };
33
34 /* global handler table, used by core0 (for now).  allows the registration
35  * of functions to be called when servicing an interrupt.  other cores
36  * can set up their own later.
37  */
38 #ifdef __IVY__
39 #pragma cilnoremove("iht_lock")
40 #endif
41 spinlock_t iht_lock;
42 handler_t TP(TV(t)) LCKD(&iht_lock) (RO interrupt_handlers)[NUM_INTERRUPT_HANDLERS];
43
44 static const char *NTS trapname(int trapno)
45 {
46     // zra: excnames is SREADONLY because Ivy doesn't trust const
47         static const char *NT const (RO excnames)[] = {
48                 "Divide error",
49                 "Debug",
50                 "Non-Maskable Interrupt",
51                 "Breakpoint",
52                 "Overflow",
53                 "BOUND Range Exceeded",
54                 "Invalid Opcode",
55                 "Device Not Available",
56                 "Double Fault",
57                 "Coprocessor Segment Overrun",
58                 "Invalid TSS",
59                 "Segment Not Present",
60                 "Stack Fault",
61                 "General Protection",
62                 "Page Fault",
63                 "(unknown trap)",
64                 "x87 FPU Floating-Point Error",
65                 "Alignment Check",
66                 "Machine-Check",
67                 "SIMD Floating-Point Exception"
68         };
69
70         if (trapno < sizeof(excnames)/sizeof(excnames[0]))
71                 return excnames[trapno];
72         if (trapno == T_SYSCALL)
73                 return "System call";
74         return "(unknown trap)";
75 }
76
77 /* Set stacktop for the current core to be the stack the kernel will start on
78  * when trapping/interrupting from userspace.  Don't use this til after
79  * smp_percpu_init().  We can probably get the TSS by reading the task register
80  * and then the GDT.  Still, it's a pain. */
81 void set_stack_top(uintptr_t stacktop)
82 {
83         struct per_cpu_info *pcpu = &per_cpu_info[core_id()];
84         /* No need to reload the task register, this takes effect immediately */
85         pcpu->tss->ts_esp0 = stacktop;
86 }
87
88 /* Note the check implies we only are on a one page stack (or the first page) */
89 uintptr_t get_stack_top(void)
90 {
91         uintptr_t stacktop = per_cpu_info[core_id()].tss->ts_esp0;
92         assert(stacktop == ROUNDUP(read_esp(), PGSIZE));
93         return stacktop;
94 }
95
96 void
97 idt_init(void)
98 {
99         extern segdesc_t (RO gdt)[];
100
101         // This table is made in trapentry.S by each macro in that file.
102         // It is layed out such that the ith entry is the ith's traphandler's
103         // (uint32_t) trap addr, then (uint32_t) trap number
104         struct trapinfo { uint32_t trapaddr; uint32_t trapnumber; };
105         extern struct trapinfo (BND(__this,trap_tbl_end) RO trap_tbl)[];
106         extern struct trapinfo (SNT RO trap_tbl_end)[];
107         int i, trap_tbl_size = trap_tbl_end - trap_tbl;
108         extern void ISR_default(void);
109
110         // set all to default, to catch everything
111         for(i = 0; i < 256; i++)
112                 ROSETGATE(idt[i], 0, GD_KT, &ISR_default, 0);
113
114         // set all entries that have real trap handlers
115         // we need to stop short of the last one, since the last is the default
116         // handler with a fake interrupt number (500) that is out of bounds of
117         // the idt[]
118         // if we set these to trap gates, be sure to handle the IRQs separately
119         // and we might need to break our pretty tables
120         for(i = 0; i < trap_tbl_size - 1; i++)
121                 ROSETGATE(idt[trap_tbl[i].trapnumber], 0, GD_KT, trap_tbl[i].trapaddr, 0);
122
123         // turn on syscall handling and other user-accessible ints
124         // DPL 3 means this can be triggered by the int instruction
125         // STS_TG32 sets the IDT type to a Trap Gate (interrupts enabled)
126         idt[T_SYSCALL].gd_dpl = SINIT(3);
127         idt[T_SYSCALL].gd_type = SINIT(STS_TG32);
128         idt[T_BRKPT].gd_dpl = SINIT(3);
129
130         // Setup a TSS so that we get the right stack
131         // when we trap to the kernel.
132         ts.ts_esp0 = SINIT(KSTACKTOP);
133         ts.ts_ss0 = SINIT(GD_KD);
134
135         // Initialize the TSS field of the gdt.
136         SEG16ROINIT(gdt[GD_TSS >> 3],STS_T32A, (uint32_t)(&ts),sizeof(taskstate_t),0);
137         //gdt[GD_TSS >> 3] = (segdesc_t)SEG16(STS_T32A, (uint32_t) (&ts),
138         //                                 sizeof(taskstate_t), 0);
139         gdt[GD_TSS >> 3].sd_s = SINIT(0);
140
141         // Load the TSS
142         ltr(GD_TSS);
143
144         // Load the IDT
145         asm volatile("lidt idt_pd");
146
147         // This will go away when we start using the IOAPIC properly
148         pic_remap();
149         // set LINT0 to receive ExtINTs (KVM's default).  At reset they are 0x1000.
150         write_mmreg32(LAPIC_LVT_LINT0, 0x700);
151         // mask it to shut it up for now
152         mask_lapic_lvt(LAPIC_LVT_LINT0);
153         // and turn it on
154         lapic_enable();
155         /* register the generic timer_interrupt() handler for the per-core timers */
156         register_interrupt_handler(interrupt_handlers, LAPIC_TIMER_DEFAULT_VECTOR,
157                                    timer_interrupt, NULL);
158 }
159
160 void
161 print_regs(push_regs_t *regs)
162 {
163         cprintf("  edi  0x%08x\n", regs->reg_edi);
164         cprintf("  esi  0x%08x\n", regs->reg_esi);
165         cprintf("  ebp  0x%08x\n", regs->reg_ebp);
166         cprintf("  oesp 0x%08x\n", regs->reg_oesp);
167         cprintf("  ebx  0x%08x\n", regs->reg_ebx);
168         cprintf("  edx  0x%08x\n", regs->reg_edx);
169         cprintf("  ecx  0x%08x\n", regs->reg_ecx);
170         cprintf("  eax  0x%08x\n", regs->reg_eax);
171 }
172
173 void
174 print_trapframe(trapframe_t *tf)
175 {
176         static spinlock_t ptf_lock;
177
178         spin_lock_irqsave(&ptf_lock);
179         printk("TRAP frame at %p on core %d\n", tf, core_id());
180         print_regs(&tf->tf_regs);
181         printk("  gs   0x----%04x\n", tf->tf_gs);
182         printk("  fs   0x----%04x\n", tf->tf_fs);
183         printk("  es   0x----%04x\n", tf->tf_es);
184         printk("  ds   0x----%04x\n", tf->tf_ds);
185         printk("  trap 0x%08x %s\n", tf->tf_trapno, trapname(tf->tf_trapno));
186         printk("  err  0x%08x\n", tf->tf_err);
187         printk("  eip  0x%08x\n", tf->tf_eip);
188         printk("  cs   0x----%04x\n", tf->tf_cs);
189         printk("  flag 0x%08x\n", tf->tf_eflags);
190         /* Prevents us from thinking these mean something for nested interrupts. */
191         if (tf->tf_cs != GD_KT) {
192                 printk("  esp  0x%08x\n", tf->tf_esp);
193                 printk("  ss   0x----%04x\n", tf->tf_ss);
194         }
195         spin_unlock_irqsave(&ptf_lock);
196 }
197
198 static void
199 trap_dispatch(trapframe_t *tf)
200 {
201         // Handle processor exceptions.
202         switch(tf->tf_trapno) {
203                 case T_BRKPT:
204                         monitor(tf);
205                         break;
206                 case T_PGFLT:
207                         page_fault_handler(tf);
208                         break;
209                 case T_SYSCALL:
210                         // check for userspace, for now
211                         assert(tf->tf_cs != GD_KT);
212                         struct per_cpu_info* coreinfo = &per_cpu_info[core_id()];
213                         coreinfo->cur_ret.returnloc = &(tf->tf_regs.reg_eax);
214                         coreinfo->cur_ret.errno_loc = &(tf->tf_regs.reg_esi);
215                         // syscall code wants an edible reference for current
216                         kref_get(&coreinfo->cur_proc->kref, 1);
217                         tf->tf_regs.reg_eax =
218                                 syscall(coreinfo->cur_proc, tf->tf_regs.reg_eax, tf->tf_regs.reg_edx,
219                                         tf->tf_regs.reg_ecx, tf->tf_regs.reg_ebx,
220                                         tf->tf_regs.reg_edi, tf->tf_regs.reg_esi);
221                         kref_put(&coreinfo->cur_proc->kref);
222                         break;
223                 default:
224                         // Unexpected trap: The user process or the kernel has a bug.
225                         print_trapframe(tf);
226                         if (tf->tf_cs == GD_KT)
227                                 panic("Damn Damn!  Unhandled trap in the kernel!");
228                         else {
229                                 warn("Unexpected trap from userspace");
230                                 kref_get(&current->kref, 1);
231                                 proc_destroy(current);
232                                 return;
233                         }
234         }
235         return;
236 }
237
238 void
239 env_push_ancillary_state(env_t* e)
240 {
241         // TODO: (HSS) handle silly state (don't really want this per-process)
242         // Here's where you'll save FP/MMX/XMM regs
243 }
244
245 void
246 env_pop_ancillary_state(env_t* e)
247 {
248         // Here's where you'll restore FP/MMX/XMM regs
249 }
250
251 void trap(struct trapframe *tf)
252 {
253         printd("Incoming TRAP %d on core %d, TF at %p\n", tf->tf_trapno, core_id(),
254                tf);
255         /* Note we are not preemptively saving the TF in the env_tf.  We do maintain
256          * a reference to it in current_tf (a per-cpu pointer).
257          * In general, only save the tf and any silly state once you know it
258          * is necessary (blocking).  And only save it in env_tf when you know you
259          * are single core (PROC_RUNNING_S) */
260         if (!in_kernel(tf))
261                 set_current_tf(tf);
262         if ((tf->tf_cs & ~3) != GD_UT && (tf->tf_cs & ~3) != GD_KT) {
263                 print_trapframe(tf);
264                 panic("Trapframe with invalid CS!");
265         }
266         trap_dispatch(tf);
267         /* Return to the current process, which should be runnable.  If we're the
268          * kernel, we should just return naturally.  Note that current and tf need
269          * to still be okay (might not be after blocking) */
270         if (in_kernel(tf))
271                 return;
272         proc_restartcore(current, tf);
273         assert(0);
274 }
275
276 void irq_handler(struct trapframe *tf)
277 {
278         if (!in_kernel(tf))
279                 set_current_tf(tf);
280         //if (core_id())
281                 printd("Incoming IRQ, ISR: %d on core %d\n", tf->tf_trapno, core_id());
282
283         extern handler_wrapper_t (RO handler_wrappers)[NUM_HANDLER_WRAPPERS];
284
285         // determine the interrupt handler table to use.  for now, pick the global
286         handler_t TP(TV(t)) LCKD(&iht_lock) * handler_tbl = interrupt_handlers;
287
288         if (handler_tbl[tf->tf_trapno].isr != 0)
289                 handler_tbl[tf->tf_trapno].isr(tf, handler_tbl[tf->tf_trapno].data);
290         // if we're a general purpose IPI function call, down the cpu_list
291         if ((I_SMP_CALL0 <= tf->tf_trapno) && (tf->tf_trapno <= I_SMP_CALL_LAST))
292                 down_checklist(handler_wrappers[tf->tf_trapno & 0x0f].cpu_list);
293
294         // Send EOI.  might want to do this in assembly, and possibly earlier
295         // This is set up to work with an old PIC for now
296         // Convention is that all IRQs between 32 and 47 are for the PIC.
297         // All others are LAPIC (timer, IPIs, perf, non-ExtINT LINTS, etc)
298         // For now, only 235-255 are available
299         assert(tf->tf_trapno >= 32); // slows us down, but we should never have this
300
301 #ifndef __CONFIG_DISABLE_MPTABLES__
302         lapic_send_eoi();
303 #else
304         //Old PIC relatd code. Should be gone for good, but leaving it just incase.
305         if (tf->tf_trapno < 48)
306                 pic_send_eoi(tf->tf_trapno - PIC1_OFFSET);
307         else
308                 lapic_send_eoi();
309 #endif
310
311 }
312
313 void
314 register_interrupt_handler(handler_t TP(TV(t)) table[],
315                            uint8_t int_num, poly_isr_t handler, TV(t) data)
316 {
317         table[int_num].isr = handler;
318         table[int_num].data = data;
319 }
320
321 void page_fault_handler(struct trapframe *tf)
322 {
323         uint32_t fault_va = rcr2();
324         int prot = tf->tf_err & PF_ERROR_WRITE ? PROT_WRITE : PROT_READ;
325         int err;
326
327         /* TODO - handle kernel page faults */
328         if ((tf->tf_cs & 3) == 0) {
329                 print_trapframe(tf);
330                 panic("Page Fault in the Kernel at 0x%08x!", fault_va);
331         }
332         if ((err = handle_page_fault(current, fault_va, prot))) {
333                 /* Destroy the faulting process */
334                 printk("[%08x] user %s fault va %08x ip %08x on core %d with err %d\n",
335                        current->pid, prot & PROT_READ ? "READ" : "WRITE", fault_va,
336                        tf->tf_eip, core_id(), err);
337                 print_trapframe(tf);
338                 kref_get(&current->kref, 1);
339                 proc_destroy(current);
340         }
341 }
342
343 void sysenter_init(void)
344 {
345         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_CS, GD_KT);
346         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_ESP, ts.ts_esp0);
347         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_EIP, (uint32_t) &sysenter_handler);
348 }
349
350 /* This is called from sysenter's asm, with the tf on the kernel stack. */
351 void sysenter_callwrapper(struct trapframe *tf)
352 {
353         struct per_cpu_info* coreinfo = &per_cpu_info[core_id()];
354         if (!in_kernel(tf))
355                 coreinfo->cur_tf = tf;
356         coreinfo->cur_ret.returnloc = &(tf->tf_regs.reg_eax);
357         coreinfo->cur_ret.errno_loc = &(tf->tf_regs.reg_esi);
358
359         // syscall code wants an edible reference for current
360         kref_get(&current->kref, 1);
361         tf->tf_regs.reg_eax = (intreg_t) syscall(current,
362                                                  tf->tf_regs.reg_eax,
363                                                  tf->tf_regs.reg_esi,
364                                                  tf->tf_regs.reg_ecx,
365                                                  tf->tf_regs.reg_ebx,
366                                                  tf->tf_regs.reg_edi,
367                                                  0);
368         kref_put(&current->kref);
369         /*
370          * careful here - we need to make sure that this current is the right
371          * process, which could be weird if the syscall blocked.  it would need to
372          * restore the proper value in current before returning to here.
373          * likewise, tf could be pointing to random gibberish.
374          */
375         proc_restartcore(current, tf);
376 }
377
378 struct kmem_cache *kernel_msg_cache;
379 void kernel_msg_init(void)
380 {
381         kernel_msg_cache = kmem_cache_create("kernel_msgs",
382                            sizeof(struct kernel_message), HW_CACHE_ALIGN, 0, 0, 0);
383 }
384
385 uint32_t send_kernel_message(uint32_t dst, amr_t pc, TV(a0t) arg0, TV(a1t) arg1,
386                              TV(a2t) arg2, int type)
387 {
388         kernel_message_t *k_msg;
389         assert(pc);
390         // note this will be freed on the destination core
391         k_msg = (kernel_message_t *CT(1))TC(kmem_cache_alloc(kernel_msg_cache, 0));
392         k_msg->srcid = core_id();
393         k_msg->pc = pc;
394         k_msg->arg0 = arg0;
395         k_msg->arg1 = arg1;
396         k_msg->arg2 = arg2;
397         switch (type) {
398                 case KMSG_IMMEDIATE:
399                         spin_lock_irqsave(&per_cpu_info[dst].immed_amsg_lock);
400                         STAILQ_INSERT_TAIL(&per_cpu_info[dst].immed_amsgs, k_msg, link);
401                         spin_unlock_irqsave(&per_cpu_info[dst].immed_amsg_lock);
402                         break;
403                 case KMSG_ROUTINE:
404                         spin_lock_irqsave(&per_cpu_info[dst].routine_amsg_lock);
405                         STAILQ_INSERT_TAIL(&per_cpu_info[dst].routine_amsgs, k_msg, link);
406                         spin_unlock_irqsave(&per_cpu_info[dst].routine_amsg_lock);
407                         break;
408                 default:
409                         panic("Unknown type of kernel message!");
410         }
411         // since we touched memory the other core will touch (the lock), we don't
412         // need an wmb_f()
413         send_ipi(get_hw_coreid(dst), I_KERNEL_MSG);
414         return 0;
415 }
416
417 /* Helper function.  Returns 0 if the list was empty. */
418 static kernel_message_t *get_next_amsg(struct kernel_msg_list *list_head,
419                                        spinlock_t *list_lock)
420 {
421         kernel_message_t *k_msg;
422         spin_lock_irqsave(list_lock);
423         k_msg = STAILQ_FIRST(list_head);
424         if (k_msg)
425                 STAILQ_REMOVE_HEAD(list_head, link);
426         spin_unlock_irqsave(list_lock);
427         return k_msg;
428 }
429
430 /* Kernel message handler.  Extensive documentation is in
431  * Documentation/kernel_messages.txt.
432  *
433  * In general: this processes immediate messages, then routine messages.
434  * Routine messages might not return (__startcore, etc), so we need to be
435  * careful about a few things.
436  *
437  * Note that all of this happens from interrupt context, and interrupts are
438  * currently disabled for this gate.  Interrupts need to be disabled so that the
439  * self-ipi doesn't preempt the execution of this kernel message. */
440 void __kernel_message(struct trapframe *tf)
441 {
442         per_cpu_info_t *myinfo = &per_cpu_info[core_id()];
443         kernel_message_t msg_cp, *k_msg;
444
445         lapic_send_eoi();
446         while (1) { // will break out when there are no more messages
447                 /* Try to get an immediate message.  Exec and free it. */
448                 k_msg = get_next_amsg(&myinfo->immed_amsgs, &myinfo->immed_amsg_lock);
449                 if (k_msg) {
450                         assert(k_msg->pc);
451                         k_msg->pc(tf, k_msg->srcid, k_msg->arg0, k_msg->arg1, k_msg->arg2);
452                         kmem_cache_free(kernel_msg_cache, (void*)k_msg);
453                 } else { // no immediate, might be a routine
454                         if (in_kernel(tf))
455                                 return; // don't execute routine msgs if we were in the kernel
456                         k_msg = get_next_amsg(&myinfo->routine_amsgs,
457                                               &myinfo->routine_amsg_lock);
458                         if (!k_msg) // no routines either
459                                 return;
460                         /* copy in, and then free, in case we don't return */
461                         msg_cp = *k_msg;
462                         kmem_cache_free(kernel_msg_cache, (void*)k_msg);
463                         /* make sure an IPI is pending if we have more work */
464                         /* techincally, we don't need to lock when checking */
465                         if (!STAILQ_EMPTY(&myinfo->routine_amsgs) &&
466                                !ipi_is_pending(I_KERNEL_MSG))
467                                 send_self_ipi(I_KERNEL_MSG);
468                         /* Execute the kernel message */
469                         assert(msg_cp.pc);
470                         msg_cp.pc(tf, msg_cp.srcid, msg_cp.arg0, msg_cp.arg1, msg_cp.arg2);
471                 }
472         }
473 }
474
475 /* Runs any outstanding routine kernel messages from within the kernel.  Will
476  * make sure immediates still run first (or when they arrive, if processing a
477  * bunch of these messages).  This will disable interrupts, and restore them to
478  * whatever state you left them. */
479 void process_routine_kmsg(void)
480 {
481         per_cpu_info_t *myinfo = &per_cpu_info[core_id()];
482         kernel_message_t msg_cp, *k_msg;
483         int8_t irq_state = 0;
484
485         disable_irqsave(&irq_state);
486         while (1) {
487                 /* normally, we want ints disabled, so we don't have an empty self-ipi
488                  * for every routine message. (imagine a long list of routines).  But we
489                  * do want immediates to run ahead of routines.  This enabling should
490                  * work (might not in some shitty VMs).  Also note we can receive an
491                  * extra self-ipi for routine messages before we turn off irqs again.
492                  * Not a big deal, since we will process it right away. 
493                  * TODO: consider calling __kernel_message() here. */
494                 if (!STAILQ_EMPTY(&myinfo->immed_amsgs)) {
495                         enable_irq();
496                         cpu_relax();
497                         disable_irq();
498                 }
499                 k_msg = get_next_amsg(&myinfo->routine_amsgs,
500                                       &myinfo->routine_amsg_lock);
501                 if (!k_msg) {
502                         enable_irqsave(&irq_state);
503                         return;
504                 }
505                 /* copy in, and then free, in case we don't return */
506                 msg_cp = *k_msg;
507                 kmem_cache_free(kernel_msg_cache, (void*)k_msg);
508                 /* make sure an IPI is pending if we have more work */
509                 if (!STAILQ_EMPTY(&myinfo->routine_amsgs) &&
510                        !ipi_is_pending(I_KERNEL_MSG))
511                         send_self_ipi(I_KERNEL_MSG);
512                 /* Execute the kernel message */
513                 assert(msg_cp.pc);
514                 msg_cp.pc(current_tf, msg_cp.srcid, msg_cp.arg0, msg_cp.arg1,
515                           msg_cp.arg2);
516         }
517 }