Trigger the monitor with an interrupt
[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
78 void
79 idt_init(void)
80 {
81         extern segdesc_t (RO gdt)[];
82
83         // This table is made in trapentry.S by each macro in that file.
84         // It is layed out such that the ith entry is the ith's traphandler's
85         // (uint32_t) trap addr, then (uint32_t) trap number
86         struct trapinfo { uint32_t trapaddr; uint32_t trapnumber; };
87         extern struct trapinfo (BND(__this,trap_tbl_end) RO trap_tbl)[];
88         extern struct trapinfo (SNT RO trap_tbl_end)[];
89         int i, trap_tbl_size = trap_tbl_end - trap_tbl;
90         extern void ISR_default(void);
91
92         // set all to default, to catch everything
93         for(i = 0; i < 256; i++)
94                 ROSETGATE(idt[i], 0, GD_KT, &ISR_default, 0);
95
96         // set all entries that have real trap handlers
97         // we need to stop short of the last one, since the last is the default
98         // handler with a fake interrupt number (500) that is out of bounds of
99         // the idt[]
100         // if we set these to trap gates, be sure to handle the IRQs separately
101         // and we might need to break our pretty tables
102         for(i = 0; i < trap_tbl_size - 1; i++)
103                 ROSETGATE(idt[trap_tbl[i].trapnumber], 0, GD_KT, trap_tbl[i].trapaddr, 0);
104
105         // turn on syscall handling and other user-accessible ints
106         // DPL 3 means this can be triggered by the int instruction
107         // STS_TG32 sets the IDT type to a Trap Gate (interrupts enabled)
108         idt[T_SYSCALL].gd_dpl = SINIT(3);
109         idt[T_SYSCALL].gd_type = SINIT(STS_TG32);
110         idt[T_BRKPT].gd_dpl = SINIT(3);
111
112         // Setup a TSS so that we get the right stack
113         // when we trap to the kernel.
114         ts.ts_esp0 = SINIT(KSTACKTOP);
115         ts.ts_ss0 = SINIT(GD_KD);
116
117         // Initialize the TSS field of the gdt.
118         SEG16ROINIT(gdt[GD_TSS >> 3],STS_T32A, (uint32_t)(&ts),sizeof(taskstate_t),0);
119         //gdt[GD_TSS >> 3] = (segdesc_t)SEG16(STS_T32A, (uint32_t) (&ts),
120         //                                 sizeof(taskstate_t), 0);
121         gdt[GD_TSS >> 3].sd_s = SINIT(0);
122
123         // Load the TSS
124         ltr(GD_TSS);
125
126         // Load the IDT
127         asm volatile("lidt idt_pd");
128
129         // This will go away when we start using the IOAPIC properly
130         pic_remap();
131         // set LINT0 to receive ExtINTs (KVM's default).  At reset they are 0x1000.
132         write_mmreg32(LAPIC_LVT_LINT0, 0x700);
133         // mask it to shut it up for now
134         mask_lapic_lvt(LAPIC_LVT_LINT0);
135         // and turn it on
136         lapic_enable();
137         /* register the generic timer_interrupt() handler for the per-core timers */
138         register_interrupt_handler(interrupt_handlers, LAPIC_TIMER_DEFAULT_VECTOR,
139                                    timer_interrupt, NULL);
140 }
141
142 void
143 print_regs(push_regs_t *regs)
144 {
145         cprintf("  edi  0x%08x\n", regs->reg_edi);
146         cprintf("  esi  0x%08x\n", regs->reg_esi);
147         cprintf("  ebp  0x%08x\n", regs->reg_ebp);
148         cprintf("  oesp 0x%08x\n", regs->reg_oesp);
149         cprintf("  ebx  0x%08x\n", regs->reg_ebx);
150         cprintf("  edx  0x%08x\n", regs->reg_edx);
151         cprintf("  ecx  0x%08x\n", regs->reg_ecx);
152         cprintf("  eax  0x%08x\n", regs->reg_eax);
153 }
154
155 void
156 print_trapframe(trapframe_t *tf)
157 {
158         static spinlock_t ptf_lock;
159
160         spin_lock_irqsave(&ptf_lock);
161         printk("TRAP frame at %p on core %d\n", tf, core_id());
162         print_regs(&tf->tf_regs);
163         printk("  gs   0x----%04x\n", tf->tf_gs);
164         printk("  fs   0x----%04x\n", tf->tf_fs);
165         printk("  es   0x----%04x\n", tf->tf_es);
166         printk("  ds   0x----%04x\n", tf->tf_ds);
167         printk("  trap 0x%08x %s\n", tf->tf_trapno, trapname(tf->tf_trapno));
168         printk("  err  0x%08x\n", tf->tf_err);
169         printk("  eip  0x%08x\n", tf->tf_eip);
170         printk("  cs   0x----%04x\n", tf->tf_cs);
171         printk("  flag 0x%08x\n", tf->tf_eflags);
172         /* Prevents us from thinking these mean something for nested interrupts. */
173         if (tf->tf_cs != GD_KT) {
174                 printk("  esp  0x%08x\n", tf->tf_esp);
175                 printk("  ss   0x----%04x\n", tf->tf_ss);
176         }
177         spin_unlock_irqsave(&ptf_lock);
178 }
179
180 static void
181 trap_dispatch(trapframe_t *tf)
182 {
183         // Handle processor exceptions.
184         switch(tf->tf_trapno) {
185                 case T_BRKPT:
186                         monitor(tf);
187                         break;
188                 case T_PGFLT:
189                         page_fault_handler(tf);
190                         break;
191                 case T_SYSCALL:
192                         // check for userspace, for now
193                         assert(tf->tf_cs != GD_KT);
194
195                         // syscall code wants an edible reference for current
196                         proc_incref(current, 1);
197                         tf->tf_regs.reg_eax =
198                                 syscall(current, tf->tf_regs.reg_eax, tf->tf_regs.reg_edx,
199                                         tf->tf_regs.reg_ecx, tf->tf_regs.reg_ebx,
200                                         tf->tf_regs.reg_edi, tf->tf_regs.reg_esi);
201                         proc_decref(current, 1);
202                         break;
203                 default:
204                         // Unexpected trap: The user process or the kernel has a bug.
205                         print_trapframe(tf);
206                         if (tf->tf_cs == GD_KT)
207                                 panic("Damn Damn!  Unhandled trap in the kernel!");
208                         else {
209                                 warn("Unexpected trap from userspace");
210                                 proc_incref(current, 1);
211                                 proc_destroy(current);
212                                 return;
213                         }
214         }
215         return;
216 }
217
218 void save_fp_state(struct ancillary_state *silly)
219 {
220 }
221
222 void restore_fp_state(struct ancillary_state *silly)
223 {
224 }
225
226 void
227 env_push_ancillary_state(env_t* e)
228 {
229         // TODO: (HSS) handle silly state (don't really want this per-process)
230         // Here's where you'll save FP/MMX/XMM regs
231 }
232
233 void
234 env_pop_ancillary_state(env_t* e)
235 {
236         // Here's where you'll restore FP/MMX/XMM regs
237 }
238
239 void
240 trap(trapframe_t *tf)
241 {
242         printd("Incoming TRAP frame on core %d at %p\n", core_id(), tf);
243
244         /* Note we are not preemptively saving the TF in the env_tf.  We do maintain
245          * a reference to it in current_tf (a per-cpu pointer).
246          * In general, only save the tf and any silly state once you know it
247          * is necessary (blocking).  And only save it in env_tf when you know you
248          * are single core (PROC_RUNNING_S) */
249         if (!in_kernel(tf))
250                 set_current_tf(tf);
251
252         if ((tf->tf_cs & ~3) != GD_UT && (tf->tf_cs & ~3) != GD_KT) {
253                 print_trapframe(tf);
254                 panic("Trapframe with invalid CS!");
255         }
256
257         // Dispatch based on what type of trap occurred
258         trap_dispatch(tf);
259
260         // Return to the current process, which should be runnable.
261         proc_restartcore(current, tf); // Note the comment in syscall.c
262 }
263
264 void
265 irq_handler(trapframe_t *tf)
266 {
267         if (!in_kernel(tf))
268                 set_current_tf(tf);
269         //if (core_id())
270                 printd("Incoming IRQ, ISR: %d on core %d\n", tf->tf_trapno, core_id());
271
272         extern handler_wrapper_t (RO handler_wrappers)[NUM_HANDLER_WRAPPERS];
273
274         // determine the interrupt handler table to use.  for now, pick the global
275         handler_t TP(TV(t)) LCKD(&iht_lock) * handler_tbl = interrupt_handlers;
276
277         if (handler_tbl[tf->tf_trapno].isr != 0)
278                 handler_tbl[tf->tf_trapno].isr(tf, handler_tbl[tf->tf_trapno].data);
279         // if we're a general purpose IPI function call, down the cpu_list
280         if ((I_SMP_CALL0 <= tf->tf_trapno) && (tf->tf_trapno <= I_SMP_CALL_LAST))
281                 down_checklist(handler_wrappers[tf->tf_trapno & 0x0f].cpu_list);
282
283         // Send EOI.  might want to do this in assembly, and possibly earlier
284         // This is set up to work with an old PIC for now
285         // Convention is that all IRQs between 32 and 47 are for the PIC.
286         // All others are LAPIC (timer, IPIs, perf, non-ExtINT LINTS, etc)
287         // For now, only 235-255 are available
288         assert(tf->tf_trapno >= 32); // slows us down, but we should never have this
289
290 #ifndef __CONFIG_DISABLE_MPTABLES__
291         lapic_send_eoi();
292 #else
293         //Old PIC relatd code. Should be gone for good, but leaving it just incase.
294         if (tf->tf_trapno < 48)
295                 pic_send_eoi(tf->tf_trapno - PIC1_OFFSET);
296         else
297                 lapic_send_eoi();
298 #endif
299
300 }
301
302 void
303 register_interrupt_handler(handler_t TP(TV(t)) table[],
304                            uint8_t int_num, poly_isr_t handler, TV(t) data)
305 {
306         table[int_num].isr = handler;
307         table[int_num].data = data;
308 }
309
310 void
311 page_fault_handler(trapframe_t *tf)
312 {
313         uint32_t fault_va;
314
315         // Read processor's CR2 register to find the faulting address
316         fault_va = rcr2();
317
318         // Handle kernel-mode page faults.
319
320         // TODO - one day, we'll want to handle this.
321         if ((tf->tf_cs & 3) == 0) {
322                 print_trapframe(tf);
323                 panic("Page Fault in the Kernel at 0x%08x!", fault_va);
324         }
325
326         // We've already handled kernel-mode exceptions, so if we get here,
327         // the page fault happened in user mode.
328
329         // Call the environment's page fault upcall, if one exists.  Set up a
330         // page fault stack frame on the user exception stack (below
331         // UXSTACKTOP), then branch to current->env_pgfault_upcall.
332         //
333         // The page fault upcall might cause another page fault, in which case
334         // we branch to the page fault upcall recursively, pushing another
335         // page fault stack frame on top of the user exception stack.
336         //
337         // The trap handler needs one word of scratch space at the top of the
338         // trap-time stack in order to return.  In the non-recursive case, we
339         // don't have to worry about this because the top of the regular user
340         // stack is free.  In the recursive case, this means we have to leave
341         // an extra word between the current top of the exception stack and
342         // the new stack frame because the exception stack _is_ the trap-time
343         // stack.
344         //
345         // If there's no page fault upcall, the environment didn't allocate a
346         // page for its exception stack, or the exception stack overflows,
347         // then destroy the environment that caused the fault.
348         //
349         // Hints:
350         //   user_mem_assert() and env_run() are useful here.
351         //   To change what the user environment runs, modify 'current->env_tf'
352         //   (the 'tf' variable points at 'current->env_tf').
353
354         // LAB 4: Your code here.
355
356         // TODO: compute correct access type
357         if(handle_page_fault(current,fault_va,PROT_READ))
358         {
359                 // Destroy the environment that caused the fault.
360                 cprintf("[%08x] user fault va %08x ip %08x from core %d\n",
361                         current->pid, fault_va, tf->tf_eip, core_id());
362                 print_trapframe(tf);
363                 proc_incref(current, 1);
364                 proc_destroy(current);
365         }
366 }
367
368 void sysenter_init(void)
369 {
370         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_CS, GD_KT);
371         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_ESP, ts.ts_esp0);
372         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_EIP, (uint32_t) &sysenter_handler);
373 }
374
375 /* This is called from sysenter's asm, with the tf on the kernel stack. */
376 void sysenter_callwrapper(struct trapframe *tf)
377 {
378         if (!in_kernel(tf))
379                 set_current_tf(tf);
380
381         // syscall code wants an edible reference for current
382         proc_incref(current, 1);
383         tf->tf_regs.reg_eax = (intreg_t) syscall(current,
384                                                  tf->tf_regs.reg_eax,
385                                                  tf->tf_regs.reg_esi,
386                                                  tf->tf_regs.reg_ecx,
387                                                  tf->tf_regs.reg_ebx,
388                                                  tf->tf_regs.reg_edi,
389                                                  0);
390         proc_decref(current, 1);
391         /*
392          * careful here - we need to make sure that this current is the right
393          * process, which could be weird if the syscall blocked.  it would need to
394          * restore the proper value in current before returning to here.
395          * likewise, tf could be pointing to random gibberish.
396          */
397         proc_restartcore(current, tf);
398 }
399
400 struct kmem_cache *kernel_msg_cache;
401 void kernel_msg_init(void)
402 {
403         kernel_msg_cache = kmem_cache_create("kernel_msgs",
404                            sizeof(struct kernel_message), HW_CACHE_ALIGN, 0, 0, 0);
405 }
406
407 uint32_t send_kernel_message(uint32_t dst, amr_t pc, TV(a0t) arg0, TV(a1t) arg1,
408                              TV(a2t) arg2, int type)
409 {
410         kernel_message_t *k_msg;
411         assert(pc);
412         // note this will be freed on the destination core
413         k_msg = (kernel_message_t *CT(1))TC(kmem_cache_alloc(kernel_msg_cache, 0));
414         k_msg->srcid = core_id();
415         k_msg->pc = pc;
416         k_msg->arg0 = arg0;
417         k_msg->arg1 = arg1;
418         k_msg->arg2 = arg2;
419         switch (type) {
420                 case KMSG_IMMEDIATE:
421                         spin_lock_irqsave(&per_cpu_info[dst].immed_amsg_lock);
422                         STAILQ_INSERT_TAIL(&per_cpu_info[dst].immed_amsgs, k_msg, link);
423                         spin_unlock_irqsave(&per_cpu_info[dst].immed_amsg_lock);
424                         break;
425                 case KMSG_ROUTINE:
426                         spin_lock_irqsave(&per_cpu_info[dst].routine_amsg_lock);
427                         STAILQ_INSERT_TAIL(&per_cpu_info[dst].routine_amsgs, k_msg, link);
428                         spin_unlock_irqsave(&per_cpu_info[dst].routine_amsg_lock);
429                         break;
430                 default:
431                         panic("Unknown type of kernel message!");
432         }
433         // since we touched memory the other core will touch (the lock), we don't
434         // need an wmb_f()
435         send_ipi(get_hw_coreid(dst), I_KERNEL_MSG);
436         return 0;
437 }
438
439 /* Helper function.  Returns 0 if the list was empty. */
440 static kernel_message_t *get_next_amsg(struct kernel_msg_list *list_head,
441                                        spinlock_t *list_lock)
442 {
443         kernel_message_t *k_msg;
444         spin_lock_irqsave(list_lock);
445         k_msg = STAILQ_FIRST(list_head);
446         if (k_msg)
447                 STAILQ_REMOVE_HEAD(list_head, link);
448         spin_unlock_irqsave(list_lock);
449         return k_msg;
450 }
451
452 /* Kernel message handler.  Extensive documentation is in
453  * Documentation/kernel_messages.txt.
454  *
455  * In general: this processes immediate messages, then routine messages.
456  * Routine messages might not return (__startcore, etc), so we need to be
457  * careful about a few things.
458  *
459  * Note that all of this happens from interrupt context, and interrupts are
460  * currently disabled for this gate.  Interrupts need to be disabled so that the
461  * self-ipi doesn't preempt the execution of this kernel message. */
462 void __kernel_message(struct trapframe *tf)
463 {
464         per_cpu_info_t *myinfo = &per_cpu_info[core_id()];
465         kernel_message_t msg_cp, *k_msg;
466
467         lapic_send_eoi();
468         while (1) { // will break out when there are no more messages
469                 /* Try to get an immediate message.  Exec and free it. */
470                 k_msg = get_next_amsg(&myinfo->immed_amsgs, &myinfo->immed_amsg_lock);
471                 if (k_msg) {
472                         assert(k_msg->pc);
473                         k_msg->pc(tf, k_msg->srcid, k_msg->arg0, k_msg->arg1, k_msg->arg2);
474                         kmem_cache_free(kernel_msg_cache, (void*)k_msg);
475                 } else { // no immediate, might be a routine
476                         if (in_kernel(tf))
477                                 return; // don't execute routine msgs if we were in the kernel
478                         k_msg = get_next_amsg(&myinfo->routine_amsgs,
479                                               &myinfo->routine_amsg_lock);
480                         if (!k_msg) // no routines either
481                                 return;
482                         /* copy in, and then free, in case we don't return */
483                         msg_cp = *k_msg;
484                         kmem_cache_free(kernel_msg_cache, (void*)k_msg);
485                         /* make sure an IPI is pending if we have more work */
486                         /* techincally, we don't need to lock when checking */
487                         if (!STAILQ_EMPTY(&myinfo->routine_amsgs) &&
488                                !ipi_is_pending(I_KERNEL_MSG))
489                                 send_self_ipi(I_KERNEL_MSG);
490                         /* Execute the kernel message */
491                         assert(msg_cp.pc);
492                         msg_cp.pc(tf, msg_cp.srcid, msg_cp.arg0, msg_cp.arg1, msg_cp.arg2);
493                 }
494         }
495 }
496
497 /* Runs any outstanding routine kernel messages from within the kernel.  Will
498  * make sure immediates still run first (or when they arrive, if processing a
499  * bunch of these messages).  This will disable interrupts, and restore them to
500  * whatever state you left them. */
501 void process_routine_kmsg(void)
502 {
503         per_cpu_info_t *myinfo = &per_cpu_info[core_id()];
504         kernel_message_t msg_cp, *k_msg;
505         int8_t irq_state = 0;
506
507         disable_irqsave(&irq_state);
508         while (1) {
509                 /* normally, we want ints disabled, so we don't have an empty self-ipi
510                  * for every routine message. (imagine a long list of routines).  But we
511                  * do want immediates to run ahead of routines.  This enabling should
512                  * work (might not in some shitty VMs).  Also note we can receive an
513                  * extra self-ipi for routine messages before we turn off irqs again.
514                  * Not a big deal, since we will process it right away. 
515                  * TODO: consider calling __kernel_message() here. */
516                 if (!STAILQ_EMPTY(&myinfo->immed_amsgs)) {
517                         enable_irq();
518                         cpu_relax();
519                         disable_irq();
520                 }
521                 k_msg = get_next_amsg(&myinfo->routine_amsgs,
522                                       &myinfo->routine_amsg_lock);
523                 if (!k_msg) {
524                         enable_irqsave(&irq_state);
525                         return;
526                 }
527                 /* copy in, and then free, in case we don't return */
528                 msg_cp = *k_msg;
529                 kmem_cache_free(kernel_msg_cache, (void*)k_msg);
530                 /* make sure an IPI is pending if we have more work */
531                 if (!STAILQ_EMPTY(&myinfo->routine_amsgs) &&
532                        !ipi_is_pending(I_KERNEL_MSG))
533                         send_self_ipi(I_KERNEL_MSG);
534                 /* Execute the kernel message */
535                 assert(msg_cp.pc);
536                 msg_cp.pc(current_tf, msg_cp.srcid, msg_cp.arg0, msg_cp.arg1,
537                           msg_cp.arg2);
538         }
539 }