]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/fpu.c
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[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / fpu.c
1 /*-
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27  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
28  * SUCH DAMAGE.
29  *
30  *      from: @(#)npx.c 7.2 (Berkeley) 5/12/91
31  */
32
33 #include <sys/cdefs.h>
34 __FBSDID("$FreeBSD$");
35
36 #include <sys/param.h>
37 #include <sys/systm.h>
38 #include <sys/bus.h>
39 #include <sys/kernel.h>
40 #include <sys/lock.h>
41 #include <sys/malloc.h>
42 #include <sys/module.h>
43 #include <sys/mutex.h>
44 #include <sys/mutex.h>
45 #include <sys/proc.h>
46 #include <sys/sysctl.h>
47 #include <machine/bus.h>
48 #include <sys/rman.h>
49 #include <sys/signalvar.h>
50
51 #include <machine/cputypes.h>
52 #include <machine/frame.h>
53 #include <machine/intr_machdep.h>
54 #include <machine/md_var.h>
55 #include <machine/pcb.h>
56 #include <machine/psl.h>
57 #include <machine/resource.h>
58 #include <machine/specialreg.h>
59 #include <machine/segments.h>
60 #include <machine/ucontext.h>
61
62 /*
63  * Floating point support.
64  */
65
66 #if defined(__GNUCLIKE_ASM) && !defined(lint)
67
68 #define fldcw(addr)             __asm("fldcw %0" : : "m" (*(addr)))
69 #define fnclex()                __asm("fnclex")
70 #define fninit()                __asm("fninit")
71 #define fnstcw(addr)            __asm __volatile("fnstcw %0" : "=m" (*(addr)))
72 #define fnstsw(addr)            __asm __volatile("fnstsw %0" : "=m" (*(addr)))
73 #define fxrstor(addr)           __asm("fxrstor %0" : : "m" (*(addr)))
74 #define fxsave(addr)            __asm __volatile("fxsave %0" : "=m" (*(addr)))
75 #define ldmxcsr(r)              __asm __volatile("ldmxcsr %0" : : "m" (r))
76 #define start_emulating()       __asm("smsw %%ax; orb %0,%%al; lmsw %%ax" \
77                                       : : "n" (CR0_TS) : "ax")
78 #define stop_emulating()        __asm("clts")
79
80 #else   /* !(__GNUCLIKE_ASM && !lint) */
81
82 void    fldcw(caddr_t addr);
83 void    fnclex(void);
84 void    fninit(void);
85 void    fnstcw(caddr_t addr);
86 void    fnstsw(caddr_t addr);
87 void    fxsave(caddr_t addr);
88 void    fxrstor(caddr_t addr);
89 void    start_emulating(void);
90 void    stop_emulating(void);
91
92 #endif  /* __GNUCLIKE_ASM && !lint */
93
94 #define GET_FPU_CW(thread) ((thread)->td_pcb->pcb_save.sv_env.en_cw)
95 #define GET_FPU_SW(thread) ((thread)->td_pcb->pcb_save.sv_env.en_sw)
96
97 typedef u_char bool_t;
98
99 int     hw_float = 1;
100 SYSCTL_INT(_hw,HW_FLOATINGPT, floatingpoint,
101         CTLFLAG_RD, &hw_float, 0, 
102         "Floatingpoint instructions executed in hardware");
103
104 static  struct savefpu          fpu_cleanstate;
105 static  bool_t                  fpu_cleanstate_ready;
106
107 /*
108  * Initialize floating point unit.
109  */
110 void
111 fpuinit(void)
112 {
113         register_t savecrit;
114         u_int mxcsr;
115         u_short control;
116
117         savecrit = intr_disable();
118         PCPU_SET(fpcurthread, 0);
119         stop_emulating();
120         fninit();
121         control = __INITIAL_FPUCW__;
122         fldcw(&control);
123         mxcsr = __INITIAL_MXCSR__;
124         ldmxcsr(mxcsr);
125         fxsave(&fpu_cleanstate);
126         start_emulating();
127         bzero(fpu_cleanstate.sv_fp, sizeof(fpu_cleanstate.sv_fp));
128         bzero(fpu_cleanstate.sv_xmm, sizeof(fpu_cleanstate.sv_xmm));
129         fpu_cleanstate_ready = 1;
130         intr_restore(savecrit);
131 }
132
133 /*
134  * Free coprocessor (if we have it).
135  */
136 void
137 fpuexit(struct thread *td)
138 {
139         register_t savecrit;
140
141         savecrit = intr_disable();
142         if (curthread == PCPU_GET(fpcurthread)) {
143                 stop_emulating();
144                 fxsave(&PCPU_GET(curpcb)->pcb_save);
145                 start_emulating();
146                 PCPU_SET(fpcurthread, 0);
147         }
148         intr_restore(savecrit);
149 }
150
151 int
152 fpuformat()
153 {
154
155         return (_MC_FPFMT_XMM);
156 }
157
158 /* 
159  * The following mechanism is used to ensure that the FPE_... value
160  * that is passed as a trapcode to the signal handler of the user
161  * process does not have more than one bit set.
162  * 
163  * Multiple bits may be set if the user process modifies the control
164  * word while a status word bit is already set.  While this is a sign
165  * of bad coding, we have no choise than to narrow them down to one
166  * bit, since we must not send a trapcode that is not exactly one of
167  * the FPE_ macros.
168  *
169  * The mechanism has a static table with 127 entries.  Each combination
170  * of the 7 FPU status word exception bits directly translates to a
171  * position in this table, where a single FPE_... value is stored.
172  * This FPE_... value stored there is considered the "most important"
173  * of the exception bits and will be sent as the signal code.  The
174  * precedence of the bits is based upon Intel Document "Numerical
175  * Applications", Chapter "Special Computational Situations".
176  *
177  * The macro to choose one of these values does these steps: 1) Throw
178  * away status word bits that cannot be masked.  2) Throw away the bits
179  * currently masked in the control word, assuming the user isn't
180  * interested in them anymore.  3) Reinsert status word bit 7 (stack
181  * fault) if it is set, which cannot be masked but must be presered.
182  * 4) Use the remaining bits to point into the trapcode table.
183  *
184  * The 6 maskable bits in order of their preference, as stated in the
185  * above referenced Intel manual:
186  * 1  Invalid operation (FP_X_INV)
187  * 1a   Stack underflow
188  * 1b   Stack overflow
189  * 1c   Operand of unsupported format
190  * 1d   SNaN operand.
191  * 2  QNaN operand (not an exception, irrelavant here)
192  * 3  Any other invalid-operation not mentioned above or zero divide
193  *      (FP_X_INV, FP_X_DZ)
194  * 4  Denormal operand (FP_X_DNML)
195  * 5  Numeric over/underflow (FP_X_OFL, FP_X_UFL)
196  * 6  Inexact result (FP_X_IMP) 
197  */
198 static char fpetable[128] = {
199         0,
200         FPE_FLTINV,     /*  1 - INV */
201         FPE_FLTUND,     /*  2 - DNML */
202         FPE_FLTINV,     /*  3 - INV | DNML */
203         FPE_FLTDIV,     /*  4 - DZ */
204         FPE_FLTINV,     /*  5 - INV | DZ */
205         FPE_FLTDIV,     /*  6 - DNML | DZ */
206         FPE_FLTINV,     /*  7 - INV | DNML | DZ */
207         FPE_FLTOVF,     /*  8 - OFL */
208         FPE_FLTINV,     /*  9 - INV | OFL */
209         FPE_FLTUND,     /*  A - DNML | OFL */
210         FPE_FLTINV,     /*  B - INV | DNML | OFL */
211         FPE_FLTDIV,     /*  C - DZ | OFL */
212         FPE_FLTINV,     /*  D - INV | DZ | OFL */
213         FPE_FLTDIV,     /*  E - DNML | DZ | OFL */
214         FPE_FLTINV,     /*  F - INV | DNML | DZ | OFL */
215         FPE_FLTUND,     /* 10 - UFL */
216         FPE_FLTINV,     /* 11 - INV | UFL */
217         FPE_FLTUND,     /* 12 - DNML | UFL */
218         FPE_FLTINV,     /* 13 - INV | DNML | UFL */
219         FPE_FLTDIV,     /* 14 - DZ | UFL */
220         FPE_FLTINV,     /* 15 - INV | DZ | UFL */
221         FPE_FLTDIV,     /* 16 - DNML | DZ | UFL */
222         FPE_FLTINV,     /* 17 - INV | DNML | DZ | UFL */
223         FPE_FLTOVF,     /* 18 - OFL | UFL */
224         FPE_FLTINV,     /* 19 - INV | OFL | UFL */
225         FPE_FLTUND,     /* 1A - DNML | OFL | UFL */
226         FPE_FLTINV,     /* 1B - INV | DNML | OFL | UFL */
227         FPE_FLTDIV,     /* 1C - DZ | OFL | UFL */
228         FPE_FLTINV,     /* 1D - INV | DZ | OFL | UFL */
229         FPE_FLTDIV,     /* 1E - DNML | DZ | OFL | UFL */
230         FPE_FLTINV,     /* 1F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL */
231         FPE_FLTRES,     /* 20 - IMP */
232         FPE_FLTINV,     /* 21 - INV | IMP */
233         FPE_FLTUND,     /* 22 - DNML | IMP */
234         FPE_FLTINV,     /* 23 - INV | DNML | IMP */
235         FPE_FLTDIV,     /* 24 - DZ | IMP */
236         FPE_FLTINV,     /* 25 - INV | DZ | IMP */
237         FPE_FLTDIV,     /* 26 - DNML | DZ | IMP */
238         FPE_FLTINV,     /* 27 - INV | DNML | DZ | IMP */
239         FPE_FLTOVF,     /* 28 - OFL | IMP */
240         FPE_FLTINV,     /* 29 - INV | OFL | IMP */
241         FPE_FLTUND,     /* 2A - DNML | OFL | IMP */
242         FPE_FLTINV,     /* 2B - INV | DNML | OFL | IMP */
243         FPE_FLTDIV,     /* 2C - DZ | OFL | IMP */
244         FPE_FLTINV,     /* 2D - INV | DZ | OFL | IMP */
245         FPE_FLTDIV,     /* 2E - DNML | DZ | OFL | IMP */
246         FPE_FLTINV,     /* 2F - INV | DNML | DZ | OFL | IMP */
247         FPE_FLTUND,     /* 30 - UFL | IMP */
248         FPE_FLTINV,     /* 31 - INV | UFL | IMP */
249         FPE_FLTUND,     /* 32 - DNML | UFL | IMP */
250         FPE_FLTINV,     /* 33 - INV | DNML | UFL | IMP */
251         FPE_FLTDIV,     /* 34 - DZ | UFL | IMP */
252         FPE_FLTINV,     /* 35 - INV | DZ | UFL | IMP */
253         FPE_FLTDIV,     /* 36 - DNML | DZ | UFL | IMP */
254         FPE_FLTINV,     /* 37 - INV | DNML | DZ | UFL | IMP */
255         FPE_FLTOVF,     /* 38 - OFL | UFL | IMP */
256         FPE_FLTINV,     /* 39 - INV | OFL | UFL | IMP */
257         FPE_FLTUND,     /* 3A - DNML | OFL | UFL | IMP */
258         FPE_FLTINV,     /* 3B - INV | DNML | OFL | UFL | IMP */
259         FPE_FLTDIV,     /* 3C - DZ | OFL | UFL | IMP */
260         FPE_FLTINV,     /* 3D - INV | DZ | OFL | UFL | IMP */
261         FPE_FLTDIV,     /* 3E - DNML | DZ | OFL | UFL | IMP */
262         FPE_FLTINV,     /* 3F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | IMP */
263         FPE_FLTSUB,     /* 40 - STK */
264         FPE_FLTSUB,     /* 41 - INV | STK */
265         FPE_FLTUND,     /* 42 - DNML | STK */
266         FPE_FLTSUB,     /* 43 - INV | DNML | STK */
267         FPE_FLTDIV,     /* 44 - DZ | STK */
268         FPE_FLTSUB,     /* 45 - INV | DZ | STK */
269         FPE_FLTDIV,     /* 46 - DNML | DZ | STK */
270         FPE_FLTSUB,     /* 47 - INV | DNML | DZ | STK */
271         FPE_FLTOVF,     /* 48 - OFL | STK */
272         FPE_FLTSUB,     /* 49 - INV | OFL | STK */
273         FPE_FLTUND,     /* 4A - DNML | OFL | STK */
274         FPE_FLTSUB,     /* 4B - INV | DNML | OFL | STK */
275         FPE_FLTDIV,     /* 4C - DZ | OFL | STK */
276         FPE_FLTSUB,     /* 4D - INV | DZ | OFL | STK */
277         FPE_FLTDIV,     /* 4E - DNML | DZ | OFL | STK */
278         FPE_FLTSUB,     /* 4F - INV | DNML | DZ | OFL | STK */
279         FPE_FLTUND,     /* 50 - UFL | STK */
280         FPE_FLTSUB,     /* 51 - INV | UFL | STK */
281         FPE_FLTUND,     /* 52 - DNML | UFL | STK */
282         FPE_FLTSUB,     /* 53 - INV | DNML | UFL | STK */
283         FPE_FLTDIV,     /* 54 - DZ | UFL | STK */
284         FPE_FLTSUB,     /* 55 - INV | DZ | UFL | STK */
285         FPE_FLTDIV,     /* 56 - DNML | DZ | UFL | STK */
286         FPE_FLTSUB,     /* 57 - INV | DNML | DZ | UFL | STK */
287         FPE_FLTOVF,     /* 58 - OFL | UFL | STK */
288         FPE_FLTSUB,     /* 59 - INV | OFL | UFL | STK */
289         FPE_FLTUND,     /* 5A - DNML | OFL | UFL | STK */
290         FPE_FLTSUB,     /* 5B - INV | DNML | OFL | UFL | STK */
291         FPE_FLTDIV,     /* 5C - DZ | OFL | UFL | STK */
292         FPE_FLTSUB,     /* 5D - INV | DZ | OFL | UFL | STK */
293         FPE_FLTDIV,     /* 5E - DNML | DZ | OFL | UFL | STK */
294         FPE_FLTSUB,     /* 5F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | STK */
295         FPE_FLTRES,     /* 60 - IMP | STK */
296         FPE_FLTSUB,     /* 61 - INV | IMP | STK */
297         FPE_FLTUND,     /* 62 - DNML | IMP | STK */
298         FPE_FLTSUB,     /* 63 - INV | DNML | IMP | STK */
299         FPE_FLTDIV,     /* 64 - DZ | IMP | STK */
300         FPE_FLTSUB,     /* 65 - INV | DZ | IMP | STK */
301         FPE_FLTDIV,     /* 66 - DNML | DZ | IMP | STK */
302         FPE_FLTSUB,     /* 67 - INV | DNML | DZ | IMP | STK */
303         FPE_FLTOVF,     /* 68 - OFL | IMP | STK */
304         FPE_FLTSUB,     /* 69 - INV | OFL | IMP | STK */
305         FPE_FLTUND,     /* 6A - DNML | OFL | IMP | STK */
306         FPE_FLTSUB,     /* 6B - INV | DNML | OFL | IMP | STK */
307         FPE_FLTDIV,     /* 6C - DZ | OFL | IMP | STK */
308         FPE_FLTSUB,     /* 6D - INV | DZ | OFL | IMP | STK */
309         FPE_FLTDIV,     /* 6E - DNML | DZ | OFL | IMP | STK */
310         FPE_FLTSUB,     /* 6F - INV | DNML | DZ | OFL | IMP | STK */
311         FPE_FLTUND,     /* 70 - UFL | IMP | STK */
312         FPE_FLTSUB,     /* 71 - INV | UFL | IMP | STK */
313         FPE_FLTUND,     /* 72 - DNML | UFL | IMP | STK */
314         FPE_FLTSUB,     /* 73 - INV | DNML | UFL | IMP | STK */
315         FPE_FLTDIV,     /* 74 - DZ | UFL | IMP | STK */
316         FPE_FLTSUB,     /* 75 - INV | DZ | UFL | IMP | STK */
317         FPE_FLTDIV,     /* 76 - DNML | DZ | UFL | IMP | STK */
318         FPE_FLTSUB,     /* 77 - INV | DNML | DZ | UFL | IMP | STK */
319         FPE_FLTOVF,     /* 78 - OFL | UFL | IMP | STK */
320         FPE_FLTSUB,     /* 79 - INV | OFL | UFL | IMP | STK */
321         FPE_FLTUND,     /* 7A - DNML | OFL | UFL | IMP | STK */
322         FPE_FLTSUB,     /* 7B - INV | DNML | OFL | UFL | IMP | STK */
323         FPE_FLTDIV,     /* 7C - DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
324         FPE_FLTSUB,     /* 7D - INV | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
325         FPE_FLTDIV,     /* 7E - DNML | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
326         FPE_FLTSUB,     /* 7F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
327 };
328
329 /*
330  * Preserve the FP status word, clear FP exceptions, then generate a SIGFPE.
331  *
332  * Clearing exceptions is necessary mainly to avoid IRQ13 bugs.  We now
333  * depend on longjmp() restoring a usable state.  Restoring the state
334  * or examining it might fail if we didn't clear exceptions.
335  *
336  * The error code chosen will be one of the FPE_... macros. It will be
337  * sent as the second argument to old BSD-style signal handlers and as
338  * "siginfo_t->si_code" (second argument) to SA_SIGINFO signal handlers.
339  *
340  * XXX the FP state is not preserved across signal handlers.  So signal
341  * handlers cannot afford to do FP unless they preserve the state or
342  * longjmp() out.  Both preserving the state and longjmp()ing may be
343  * destroyed by IRQ13 bugs.  Clearing FP exceptions is not an acceptable
344  * solution for signals other than SIGFPE.
345  */
346 int
347 fputrap()
348 {
349         register_t savecrit;
350         u_short control, status;
351
352         savecrit = intr_disable();
353
354         /*
355          * Interrupt handling (for another interrupt) may have pushed the
356          * state to memory.  Fetch the relevant parts of the state from
357          * wherever they are.
358          */
359         if (PCPU_GET(fpcurthread) != curthread) {
360                 control = GET_FPU_CW(curthread);
361                 status = GET_FPU_SW(curthread);
362         } else {
363                 fnstcw(&control);
364                 fnstsw(&status);
365         }
366
367         if (PCPU_GET(fpcurthread) == curthread)
368                 fnclex();
369         intr_restore(savecrit);
370         return (fpetable[status & ((~control & 0x3f) | 0x40)]);
371 }
372
373 /*
374  * Implement device not available (DNA) exception
375  *
376  * It would be better to switch FP context here (if curthread != fpcurthread)
377  * and not necessarily for every context switch, but it is too hard to
378  * access foreign pcb's.
379  */
380
381 static int err_count = 0;
382
383 int
384 fpudna()
385 {
386         struct pcb *pcb;
387         register_t s;
388
389         if (PCPU_GET(fpcurthread) == curthread) {
390                 printf("fpudna: fpcurthread == curthread %d times\n",
391                     ++err_count);
392                 stop_emulating();
393                 return (1);
394         }
395         if (PCPU_GET(fpcurthread) != NULL) {
396                 printf("fpudna: fpcurthread = %p (%d), curthread = %p (%d)\n",
397                        PCPU_GET(fpcurthread),
398                        PCPU_GET(fpcurthread)->td_proc->p_pid,
399                        curthread, curthread->td_proc->p_pid);
400                 panic("fpudna");
401         }
402         s = intr_disable();
403         stop_emulating();
404         /*
405          * Record new context early in case frstor causes a trap.
406          */
407         PCPU_SET(fpcurthread, curthread);
408         pcb = PCPU_GET(curpcb);
409
410         if ((pcb->pcb_flags & PCB_FPUINITDONE) == 0) {
411                 /*
412                  * This is the first time this thread has used the FPU,
413                  * explicitly load sanitized registers.
414                  */
415                 fxrstor(&fpu_cleanstate);
416                 pcb->pcb_flags |= PCB_FPUINITDONE;
417         } else
418                 fxrstor(&pcb->pcb_save);
419         intr_restore(s);
420
421         return (1);
422 }
423
424 /*
425  * This should be called with interrupts disabled and only when the owning
426  * FPU thread is non-null.
427  */
428 void
429 fpudrop()
430 {
431         struct thread *td;
432
433         td = PCPU_GET(fpcurthread);
434         PCPU_SET(fpcurthread, NULL);
435         td->td_pcb->pcb_flags &= ~PCB_FPUINITDONE;
436         start_emulating();
437 }
438
439 /*
440  * Get the state of the FPU without dropping ownership (if possible).
441  * It returns the FPU ownership status.
442  */
443 int
444 fpugetregs(struct thread *td, struct savefpu *addr)
445 {
446         register_t s;
447
448         if ((td->td_pcb->pcb_flags & PCB_FPUINITDONE) == 0) {
449                 if (fpu_cleanstate_ready)
450                         bcopy(&fpu_cleanstate, addr, sizeof(fpu_cleanstate));
451                 else
452                         bzero(addr, sizeof(*addr));
453                 return (_MC_FPOWNED_NONE);
454         }
455         s = intr_disable();
456         if (td == PCPU_GET(fpcurthread)) {
457                 fxsave(addr);
458                 intr_restore(s);
459                 return (_MC_FPOWNED_FPU);
460         } else {
461                 intr_restore(s);
462                 bcopy(&td->td_pcb->pcb_save, addr, sizeof(*addr));
463                 return (_MC_FPOWNED_PCB);
464         }
465 }
466
467 /*
468  * Set the state of the FPU.
469  */
470 void
471 fpusetregs(struct thread *td, struct savefpu *addr)
472 {
473         register_t s;
474
475         s = intr_disable();
476         if (td == PCPU_GET(fpcurthread)) {
477                 fxrstor(addr);
478                 intr_restore(s);
479         } else {
480                 intr_restore(s);
481                 bcopy(addr, &td->td_pcb->pcb_save, sizeof(*addr));
482         }
483         curthread->td_pcb->pcb_flags |= PCB_FPUINITDONE;
484 }
485
486 /*
487  * This really sucks.  We want the acpi version only, but it requires
488  * the isa_if.h file in order to get the definitions.
489  */
490 #include "opt_isa.h"
491 #ifdef DEV_ISA
492 #include <isa/isavar.h>
493 /*
494  * This sucks up the legacy ISA support assignments from PNPBIOS/ACPI.
495  */
496 static struct isa_pnp_id fpupnp_ids[] = {
497         { 0x040cd041, "Legacy ISA coprocessor support" }, /* PNP0C04 */
498         { 0 }
499 };
500
501 static int
502 fpupnp_probe(device_t dev)
503 {
504         int result;
505
506         result = ISA_PNP_PROBE(device_get_parent(dev), dev, fpupnp_ids);
507         if (result <= 0)
508                 device_quiet(dev);
509         return (result);
510 }
511
512 static int
513 fpupnp_attach(device_t dev)
514 {
515
516         return (0);
517 }
518
519 static device_method_t fpupnp_methods[] = {
520         /* Device interface */
521         DEVMETHOD(device_probe,         fpupnp_probe),
522         DEVMETHOD(device_attach,        fpupnp_attach),
523         DEVMETHOD(device_detach,        bus_generic_detach),
524         DEVMETHOD(device_shutdown,      bus_generic_shutdown),
525         DEVMETHOD(device_suspend,       bus_generic_suspend),
526         DEVMETHOD(device_resume,        bus_generic_resume),
527         
528         { 0, 0 }
529 };
530
531 static driver_t fpupnp_driver = {
532         "fpupnp",
533         fpupnp_methods,
534         1,                      /* no softc */
535 };
536
537 static devclass_t fpupnp_devclass;
538
539 DRIVER_MODULE(fpupnp, acpi, fpupnp_driver, fpupnp_devclass, 0, 0);
540 #endif  /* DEV_ISA */