Ensures __notify took the user trapframe as an arg
[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 }
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         if (!in_kernel(tf))
239                 set_current_tf(tf);
240
241         if ((tf->tf_cs & ~3) != GD_UT && (tf->tf_cs & ~3) != GD_KT) {
242                 print_trapframe(tf);
243                 panic("Trapframe with invalid CS!");
244         }
245
246         // Dispatch based on what type of trap occurred
247         trap_dispatch(tf);
248
249         // Return to the current process, which should be runnable.
250         proc_restartcore(current, tf); // Note the comment in syscall.c
251 }
252
253 void
254 irq_handler(trapframe_t *tf)
255 {
256         if (!in_kernel(tf))
257                 set_current_tf(tf);
258         //if (core_id())
259         //      cprintf("Incoming IRQ, ISR: %d on core %d\n", tf->tf_trapno, core_id());
260         // merge this with alltraps?  other than the EOI... or do the same in all traps
261
262         extern handler_wrapper_t (RO handler_wrappers)[NUM_HANDLER_WRAPPERS];
263
264         // determine the interrupt handler table to use.  for now, pick the global
265         handler_t TP(TV(t)) LCKD(&iht_lock) * handler_tbl = interrupt_handlers;
266
267         if (handler_tbl[tf->tf_trapno].isr != 0)
268                 handler_tbl[tf->tf_trapno].isr(tf, handler_tbl[tf->tf_trapno].data);
269         // if we're a general purpose IPI function call, down the cpu_list
270         if ((I_SMP_CALL0 <= tf->tf_trapno) && (tf->tf_trapno <= I_SMP_CALL_LAST))
271                 down_checklist(handler_wrappers[tf->tf_trapno & 0x0f].cpu_list);
272
273         // Send EOI.  might want to do this in assembly, and possibly earlier
274         // This is set up to work with an old PIC for now
275         // Convention is that all IRQs between 32 and 47 are for the PIC.
276         // All others are LAPIC (timer, IPIs, perf, non-ExtINT LINTS, etc)
277         // For now, only 235-255 are available
278         assert(tf->tf_trapno >= 32); // slows us down, but we should never have this
279         
280         lapic_send_eoi();
281         
282         /*
283         //Old PIC relatd code. Should be gone for good, but leaving it just incase.
284         if (tf->tf_trapno < 48)
285                 pic_send_eoi(tf->tf_trapno - PIC1_OFFSET);
286         else
287                 lapic_send_eoi();
288         */
289
290 }
291
292 void
293 register_interrupt_handler(handler_t TP(TV(t)) table[],
294                            uint8_t int_num, poly_isr_t handler, TV(t) data)
295 {
296         table[int_num].isr = handler;
297         table[int_num].data = data;
298 }
299
300 void
301 page_fault_handler(trapframe_t *tf)
302 {
303         uint32_t fault_va;
304
305         // Read processor's CR2 register to find the faulting address
306         fault_va = rcr2();
307
308         // Handle kernel-mode page faults.
309
310         // TODO - one day, we'll want to handle this.
311         if ((tf->tf_cs & 3) == 0) {
312                 print_trapframe(tf);
313                 panic("Page Fault in the Kernel at 0x%08x!", fault_va);
314         }
315
316         // We've already handled kernel-mode exceptions, so if we get here,
317         // the page fault happened in user mode.
318
319         // Call the environment's page fault upcall, if one exists.  Set up a
320         // page fault stack frame on the user exception stack (below
321         // UXSTACKTOP), then branch to current->env_pgfault_upcall.
322         //
323         // The page fault upcall might cause another page fault, in which case
324         // we branch to the page fault upcall recursively, pushing another
325         // page fault stack frame on top of the user exception stack.
326         //
327         // The trap handler needs one word of scratch space at the top of the
328         // trap-time stack in order to return.  In the non-recursive case, we
329         // don't have to worry about this because the top of the regular user
330         // stack is free.  In the recursive case, this means we have to leave
331         // an extra word between the current top of the exception stack and
332         // the new stack frame because the exception stack _is_ the trap-time
333         // stack.
334         //
335         // If there's no page fault upcall, the environment didn't allocate a
336         // page for its exception stack, or the exception stack overflows,
337         // then destroy the environment that caused the fault.
338         //
339         // Hints:
340         //   user_mem_assert() and env_run() are useful here.
341         //   To change what the user environment runs, modify 'current->env_tf'
342         //   (the 'tf' variable points at 'current->env_tf').
343
344         // LAB 4: Your code here.
345
346         // TODO: compute correct access type
347         if(handle_page_fault(current,fault_va,PROT_READ))
348         {
349                 // Destroy the environment that caused the fault.
350                 cprintf("[%08x] user fault va %08x ip %08x from core %d\n",
351                         current->pid, fault_va, tf->tf_eip, core_id());
352                 print_trapframe(tf);
353                 proc_incref(current, 1);
354                 proc_destroy(current);
355         }
356 }
357
358 void sysenter_init(void)
359 {
360         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_CS, GD_KT);
361         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_ESP, ts.ts_esp0);
362         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_EIP, (uint32_t) &sysenter_handler);
363 }
364
365 /* This is called from sysenter's asm, with the tf on the kernel stack. */
366 void sysenter_callwrapper(struct trapframe *tf)
367 {
368         if (!in_kernel(tf))
369                 set_current_tf(tf);
370
371         // syscall code wants an edible reference for current
372         proc_incref(current, 1);
373         tf->tf_regs.reg_eax = (intreg_t) syscall(current,
374                                                  tf->tf_regs.reg_eax,
375                                                  tf->tf_regs.reg_esi,
376                                                  tf->tf_regs.reg_ecx,
377                                                  tf->tf_regs.reg_ebx,
378                                                  tf->tf_regs.reg_edi,
379                                                  0);
380         proc_decref(current, 1);
381         /*
382          * careful here - we need to make sure that this current is the right
383          * process, which could be weird if the syscall blocked.  it would need to
384          * restore the proper value in current before returning to here.
385          * likewise, tf could be pointing to random gibberish.
386          */
387         proc_restartcore(current, tf);
388 }
389
390 struct kmem_cache *kernel_msg_cache;
391 void kernel_msg_init(void)
392 {
393         kernel_msg_cache = kmem_cache_create("kernel_msgs",
394                            sizeof(struct kernel_message), HW_CACHE_ALIGN, 0, 0, 0);
395 }
396
397 uint32_t send_kernel_message(uint32_t dst, amr_t pc, TV(a0t) arg0, TV(a1t) arg1,
398                              TV(a2t) arg2, int type)
399 {
400         kernel_message_t *k_msg;
401         assert(pc);
402         // note this will be freed on the destination core
403         k_msg = (kernel_message_t *CT(1))TC(kmem_cache_alloc(kernel_msg_cache, 0));
404         k_msg->srcid = core_id();
405         k_msg->pc = pc;
406         k_msg->arg0 = arg0;
407         k_msg->arg1 = arg1;
408         k_msg->arg2 = arg2;
409         switch (type) {
410                 case KMSG_IMMEDIATE:
411                         spin_lock_irqsave(&per_cpu_info[dst].immed_amsg_lock);
412                         STAILQ_INSERT_TAIL(&per_cpu_info[dst].immed_amsgs, k_msg, link);
413                         spin_unlock_irqsave(&per_cpu_info[dst].immed_amsg_lock);
414                         break;
415                 case KMSG_ROUTINE:
416                         spin_lock_irqsave(&per_cpu_info[dst].routine_amsg_lock);
417                         STAILQ_INSERT_TAIL(&per_cpu_info[dst].routine_amsgs, k_msg, link);
418                         spin_unlock_irqsave(&per_cpu_info[dst].routine_amsg_lock);
419                         break;
420                 default:
421                         panic("Unknown type of kernel message!");
422         }
423         // since we touched memory the other core will touch (the lock), we don't
424         // need an wmb_f()
425         send_ipi(get_hw_coreid(dst), I_KERNEL_MSG);
426         return 0;
427 }
428
429 /* Helper function.  Returns 0 if the list was empty. */
430 static kernel_message_t *get_next_amsg(struct kernel_msg_list *list_head,
431                                        spinlock_t *list_lock)
432 {
433         kernel_message_t *k_msg;
434         spin_lock_irqsave(list_lock);
435         k_msg = STAILQ_FIRST(list_head);
436         if (k_msg)
437                 STAILQ_REMOVE_HEAD(list_head, link);
438         spin_unlock_irqsave(list_lock);
439         return k_msg;
440 }
441
442 /* Kernel message handler.  Extensive documentation is in
443  * Documentation/kernel_messages.txt.
444  *
445  * In general: this processes immediate messages, then routine messages.
446  * Routine messages might not return (__startcore, etc), so we need to be
447  * careful about a few things.
448  *
449  * Note that all of this happens from interrupt context, and interrupts are
450  * currently disabled for this gate.  Interrupts need to be disabled so that the
451  * self-ipi doesn't preempt the execution of this kernel message. */
452 void __kernel_message(struct trapframe *tf)
453 {
454         per_cpu_info_t *myinfo = &per_cpu_info[core_id()];
455         kernel_message_t msg_cp, *k_msg;
456
457         lapic_send_eoi();
458         while (1) { // will break out when there are no more messages
459                 /* Try to get an immediate message.  Exec and free it. */
460                 k_msg = get_next_amsg(&myinfo->immed_amsgs, &myinfo->immed_amsg_lock);
461                 if (k_msg) {
462                         assert(k_msg->pc);
463                         k_msg->pc(tf, k_msg->srcid, k_msg->arg0, k_msg->arg1, k_msg->arg2);
464                         kmem_cache_free(kernel_msg_cache, (void*)k_msg);
465                 } else { // no immediate, might be a routine
466                         if (in_kernel(tf))
467                                 return; // don't execute routine msgs if we were in the kernel
468                         k_msg = get_next_amsg(&myinfo->routine_amsgs,
469                                               &myinfo->routine_amsg_lock);
470                         if (!k_msg) // no routines either
471                                 return;
472                         /* copy in, and then free, in case we don't return */
473                         msg_cp = *k_msg;
474                         kmem_cache_free(kernel_msg_cache, (void*)k_msg);
475                         /* make sure an IPI is pending if we have more work */
476                         /* techincally, we don't need to lock when checking */
477                         if (!STAILQ_EMPTY(&myinfo->routine_amsgs) &&
478                                !ipi_is_pending(I_KERNEL_MSG))
479                                 send_self_ipi(I_KERNEL_MSG);
480                         /* Execute the kernel message */
481                         assert(msg_cp.pc);
482                         msg_cp.pc(tf, msg_cp.srcid, msg_cp.arg0, msg_cp.arg1, msg_cp.arg2);
483                 }
484         }
485 }
486
487 /* Runs any outstanding routine kernel messages from within the kernel.  Will
488  * make sure immediates still run first (or when they arrive, if processing a
489  * bunch of these messages).  This will disable interrupts, and restore them to
490  * whatever state you left them. */
491 void process_routine_kmsg(void)
492 {
493         per_cpu_info_t *myinfo = &per_cpu_info[core_id()];
494         kernel_message_t msg_cp, *k_msg;
495         int8_t irq_state = 0;
496
497         disable_irqsave(&irq_state);
498         while (1) {
499                 /* normally, we want ints disabled, so we don't have an empty self-ipi
500                  * for every routine message. (imagine a long list of routines).  But we
501                  * do want immediates to run ahead of routines.  This enabling should
502                  * work (might not in some shitty VMs).  Also note we can receive an
503                  * extra self-ipi for routine messages before we turn off irqs again.
504                  * Not a big deal, since we will process it right away. 
505                  * TODO: consider calling __kernel_message() here. */
506                 if (!STAILQ_EMPTY(&myinfo->immed_amsgs)) {
507                         enable_irq();
508                         cpu_relax();
509                         disable_irq();
510                 }
511                 k_msg = get_next_amsg(&myinfo->routine_amsgs,
512                                       &myinfo->routine_amsg_lock);
513                 if (!k_msg) {
514                         enable_irqsave(&irq_state);
515                         return;
516                 }
517                 /* copy in, and then free, in case we don't return */
518                 msg_cp = *k_msg;
519                 kmem_cache_free(kernel_msg_cache, (void*)k_msg);
520                 /* make sure an IPI is pending if we have more work */
521                 if (!STAILQ_EMPTY(&myinfo->routine_amsgs) &&
522                        !ipi_is_pending(I_KERNEL_MSG))
523                         send_self_ipi(I_KERNEL_MSG);
524                 /* Execute the kernel message */
525                 assert(msg_cp.pc);
526                 msg_cp.pc(current_tf, msg_cp.srcid, msg_cp.arg0, msg_cp.arg1,
527                           msg_cp.arg2);
528         }
529 }