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