]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/i386/i386/npx.c
i386: Make setidt_disp a size_t instead of uintptr_t
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / i386 / i386 / npx.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1990 William Jolitz.
3  * Copyright (c) 1991 The Regents of the University of California.
4  * All rights reserved.
5  *
6  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
7  * modification, are permitted provided that the following conditions
8  * are met:
9  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
10  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
13  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
14  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
15  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
16  *    without specific prior written permission.
17  *
18  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
19  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
20  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
21  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
22  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
23  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
24  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
25  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
26  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
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 "opt_cpu.h"
37 #include "opt_isa.h"
38 #include "opt_npx.h"
39
40 #include <sys/param.h>
41 #include <sys/systm.h>
42 #include <sys/bus.h>
43 #include <sys/kernel.h>
44 #include <sys/lock.h>
45 #include <sys/malloc.h>
46 #include <sys/module.h>
47 #include <sys/mutex.h>
48 #include <sys/mutex.h>
49 #include <sys/proc.h>
50 #include <sys/smp.h>
51 #include <sys/sysctl.h>
52 #include <machine/bus.h>
53 #include <sys/rman.h>
54 #ifdef NPX_DEBUG
55 #include <sys/syslog.h>
56 #endif
57 #include <sys/signalvar.h>
58 #include <vm/uma.h>
59
60 #include <machine/asmacros.h>
61 #include <machine/cputypes.h>
62 #include <machine/frame.h>
63 #include <machine/md_var.h>
64 #include <machine/pcb.h>
65 #include <machine/psl.h>
66 #include <machine/resource.h>
67 #include <machine/specialreg.h>
68 #include <machine/segments.h>
69 #include <machine/ucontext.h>
70 #include <x86/ifunc.h>
71
72 #include <machine/intr_machdep.h>
73
74 #ifdef DEV_ISA
75 #include <isa/isavar.h>
76 #endif
77
78 /*
79  * 387 and 287 Numeric Coprocessor Extension (NPX) Driver.
80  */
81
82 #if defined(__GNUCLIKE_ASM) && !defined(lint)
83
84 #define fldcw(cw)               __asm __volatile("fldcw %0" : : "m" (cw))
85 #define fnclex()                __asm __volatile("fnclex")
86 #define fninit()                __asm __volatile("fninit")
87 #define fnsave(addr)            __asm __volatile("fnsave %0" : "=m" (*(addr)))
88 #define fnstcw(addr)            __asm __volatile("fnstcw %0" : "=m" (*(addr)))
89 #define fnstsw(addr)            __asm __volatile("fnstsw %0" : "=am" (*(addr)))
90 #define fp_divide_by_0()        __asm __volatile( \
91                                     "fldz; fld1; fdiv %st,%st(1); fnop")
92 #define frstor(addr)            __asm __volatile("frstor %0" : : "m" (*(addr)))
93 #define fxrstor(addr)           __asm __volatile("fxrstor %0" : : "m" (*(addr)))
94 #define fxsave(addr)            __asm __volatile("fxsave %0" : "=m" (*(addr)))
95 #define ldmxcsr(csr)            __asm __volatile("ldmxcsr %0" : : "m" (csr))
96 #define stmxcsr(addr)           __asm __volatile("stmxcsr %0" : : "m" (*(addr)))
97
98 static __inline void
99 xrstor(char *addr, uint64_t mask)
100 {
101         uint32_t low, hi;
102
103         low = mask;
104         hi = mask >> 32;
105         __asm __volatile("xrstor %0" : : "m" (*addr), "a" (low), "d" (hi));
106 }
107
108 static __inline void
109 xsave(char *addr, uint64_t mask)
110 {
111         uint32_t low, hi;
112
113         low = mask;
114         hi = mask >> 32;
115         __asm __volatile("xsave %0" : "=m" (*addr) : "a" (low), "d" (hi) :
116             "memory");
117 }
118
119 static __inline void
120 xsaveopt(char *addr, uint64_t mask)
121 {
122         uint32_t low, hi;
123
124         low = mask;
125         hi = mask >> 32;
126         __asm __volatile("xsaveopt %0" : "=m" (*addr) : "a" (low), "d" (hi) :
127             "memory");
128 }
129 #else   /* !(__GNUCLIKE_ASM && !lint) */
130
131 void    fldcw(u_short cw);
132 void    fnclex(void);
133 void    fninit(void);
134 void    fnsave(caddr_t addr);
135 void    fnstcw(caddr_t addr);
136 void    fnstsw(caddr_t addr);
137 void    fp_divide_by_0(void);
138 void    frstor(caddr_t addr);
139 void    fxsave(caddr_t addr);
140 void    fxrstor(caddr_t addr);
141 void    ldmxcsr(u_int csr);
142 void    stmxcsr(u_int *csr);
143 void    xrstor(char *addr, uint64_t mask);
144 void    xsave(char *addr, uint64_t mask);
145 void    xsaveopt(char *addr, uint64_t mask);
146
147 #endif  /* __GNUCLIKE_ASM && !lint */
148
149 #define start_emulating()       load_cr0(rcr0() | CR0_TS)
150 #define stop_emulating()        clts()
151
152 #define GET_FPU_CW(thread) \
153         (cpu_fxsr ? \
154                 (thread)->td_pcb->pcb_save->sv_xmm.sv_env.en_cw : \
155                 (thread)->td_pcb->pcb_save->sv_87.sv_env.en_cw)
156 #define GET_FPU_SW(thread) \
157         (cpu_fxsr ? \
158                 (thread)->td_pcb->pcb_save->sv_xmm.sv_env.en_sw : \
159                 (thread)->td_pcb->pcb_save->sv_87.sv_env.en_sw)
160 #define SET_FPU_CW(savefpu, value) do { \
161         if (cpu_fxsr) \
162                 (savefpu)->sv_xmm.sv_env.en_cw = (value); \
163         else \
164                 (savefpu)->sv_87.sv_env.en_cw = (value); \
165 } while (0)
166
167 CTASSERT(sizeof(union savefpu) == 512);
168 CTASSERT(sizeof(struct xstate_hdr) == 64);
169 CTASSERT(sizeof(struct savefpu_ymm) == 832);
170
171 /*
172  * This requirement is to make it easier for asm code to calculate
173  * offset of the fpu save area from the pcb address. FPU save area
174  * must be 64-byte aligned.
175  */
176 CTASSERT(sizeof(struct pcb) % XSAVE_AREA_ALIGN == 0);
177
178 /*
179  * Ensure the copy of XCR0 saved in a core is contained in the padding
180  * area.
181  */
182 CTASSERT(X86_XSTATE_XCR0_OFFSET >= offsetof(struct savexmm, sv_pad) &&
183     X86_XSTATE_XCR0_OFFSET + sizeof(uint64_t) <= sizeof(struct savexmm));
184
185 static  void    fpu_clean_state(void);
186
187 static  void    fpurstor(union savefpu *);
188
189 int     hw_float;
190
191 SYSCTL_INT(_hw, HW_FLOATINGPT, floatingpoint, CTLFLAG_RD,
192     &hw_float, 0, "Floating point instructions executed in hardware");
193
194 int lazy_fpu_switch = 0;
195 SYSCTL_INT(_hw, OID_AUTO, lazy_fpu_switch, CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
196     &lazy_fpu_switch, 0,
197     "Lazily load FPU context after context switch");
198
199 int use_xsave;
200 uint64_t xsave_mask;
201 static  uma_zone_t fpu_save_area_zone;
202 static  union savefpu *npx_initialstate;
203
204 static struct xsave_area_elm_descr {
205         u_int   offset;
206         u_int   size;
207 } *xsave_area_desc;
208
209 static  volatile u_int          npx_traps_while_probing;
210
211 alias_for_inthand_t probetrap;
212 __asm("                                                         \n\
213         .text                                                   \n\
214         .p2align 2,0x90                                         \n\
215         .type   " __XSTRING(CNAME(probetrap)) ",@function       \n\
216 " __XSTRING(CNAME(probetrap)) ":                                \n\
217         ss                                                      \n\
218         incl    " __XSTRING(CNAME(npx_traps_while_probing)) "   \n\
219         fnclex                                                  \n\
220         iret                                                    \n\
221 ");
222
223 /*
224  * Determine if an FPU is present and how to use it.
225  */
226 static int
227 npx_probe(void)
228 {
229         struct gate_descriptor save_idt_npxtrap;
230         u_short control, status;
231
232         /*
233          * Modern CPUs all have an FPU that uses the INT16 interface
234          * and provide a simple way to verify that, so handle the
235          * common case right away.
236          */
237         if (cpu_feature & CPUID_FPU) {
238                 hw_float = 1;
239                 return (1);
240         }
241
242         save_idt_npxtrap = idt[IDT_MF];
243         setidt(IDT_MF, probetrap, SDT_SYS386TGT, SEL_KPL,
244             GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
245
246         /*
247          * Don't trap while we're probing.
248          */
249         stop_emulating();
250
251         /*
252          * Finish resetting the coprocessor, if any.  If there is an error
253          * pending, then we may get a bogus IRQ13, but npx_intr() will handle
254          * it OK.  Bogus halts have never been observed, but we enabled
255          * IRQ13 and cleared the BUSY# latch early to handle them anyway.
256          */
257         fninit();
258
259         /*
260          * Don't use fwait here because it might hang.
261          * Don't use fnop here because it usually hangs if there is no FPU.
262          */
263         DELAY(1000);            /* wait for any IRQ13 */
264 #ifdef DIAGNOSTIC
265         if (npx_traps_while_probing != 0)
266                 printf("fninit caused %u bogus npx trap(s)\n",
267                        npx_traps_while_probing);
268 #endif
269         /*
270          * Check for a status of mostly zero.
271          */
272         status = 0x5a5a;
273         fnstsw(&status);
274         if ((status & 0xb8ff) == 0) {
275                 /*
276                  * Good, now check for a proper control word.
277                  */
278                 control = 0x5a5a;
279                 fnstcw(&control);
280                 if ((control & 0x1f3f) == 0x033f) {
281                         /*
282                          * We have an npx, now divide by 0 to see if exception
283                          * 16 works.
284                          */
285                         control &= ~(1 << 2);   /* enable divide by 0 trap */
286                         fldcw(control);
287                         npx_traps_while_probing = 0;
288                         fp_divide_by_0();
289                         if (npx_traps_while_probing != 0) {
290                                 /*
291                                  * Good, exception 16 works.
292                                  */
293                                 hw_float = 1;
294                                 goto cleanup;
295                         }
296                         printf(
297         "FPU does not use exception 16 for error reporting\n");
298                         goto cleanup;
299                 }
300         }
301
302         /*
303          * Probe failed.  Floating point simply won't work.
304          * Notify user and disable FPU/MMX/SSE instruction execution.
305          */
306         printf("WARNING: no FPU!\n");
307         __asm __volatile("smsw %%ax; orb %0,%%al; lmsw %%ax" : :
308             "n" (CR0_EM | CR0_MP) : "ax");
309
310 cleanup:
311         idt[IDT_MF] = save_idt_npxtrap;
312         return (hw_float);
313 }
314
315 static void
316 fpusave_xsaveopt(union savefpu *addr)
317 {
318
319         xsaveopt((char *)addr, xsave_mask);
320 }
321
322 static void
323 fpusave_xsave(union savefpu *addr)
324 {
325
326         xsave((char *)addr, xsave_mask);
327 }
328
329 static void
330 fpusave_fxsave(union savefpu *addr)
331 {
332
333         fxsave((char *)addr);
334 }
335
336 static void
337 fpusave_fnsave(union savefpu *addr)
338 {
339
340         fnsave((char *)addr);
341 }
342
343 static void
344 init_xsave(void)
345 {
346
347         if (use_xsave)
348                 return;
349         if (!cpu_fxsr || (cpu_feature2 & CPUID2_XSAVE) == 0)
350                 return;
351         use_xsave = 1;
352         TUNABLE_INT_FETCH("hw.use_xsave", &use_xsave);
353 }
354
355 DEFINE_IFUNC(, void, fpusave, (union savefpu *))
356 {
357
358         init_xsave();
359         if (use_xsave)
360                 return ((cpu_stdext_feature & CPUID_EXTSTATE_XSAVEOPT) != 0 ?
361                     fpusave_xsaveopt : fpusave_xsave);
362         if (cpu_fxsr)
363                 return (fpusave_fxsave);
364         return (fpusave_fnsave);
365 }
366
367 /*
368  * Enable XSAVE if supported and allowed by user.
369  * Calculate the xsave_mask.
370  */
371 static void
372 npxinit_bsp1(void)
373 {
374         u_int cp[4];
375         uint64_t xsave_mask_user;
376
377         TUNABLE_INT_FETCH("hw.lazy_fpu_switch", &lazy_fpu_switch);
378         if (!use_xsave)
379                 return;
380         cpuid_count(0xd, 0x0, cp);
381         xsave_mask = XFEATURE_ENABLED_X87 | XFEATURE_ENABLED_SSE;
382         if ((cp[0] & xsave_mask) != xsave_mask)
383                 panic("CPU0 does not support X87 or SSE: %x", cp[0]);
384         xsave_mask = ((uint64_t)cp[3] << 32) | cp[0];
385         xsave_mask_user = xsave_mask;
386         TUNABLE_QUAD_FETCH("hw.xsave_mask", &xsave_mask_user);
387         xsave_mask_user |= XFEATURE_ENABLED_X87 | XFEATURE_ENABLED_SSE;
388         xsave_mask &= xsave_mask_user;
389         if ((xsave_mask & XFEATURE_AVX512) != XFEATURE_AVX512)
390                 xsave_mask &= ~XFEATURE_AVX512;
391         if ((xsave_mask & XFEATURE_MPX) != XFEATURE_MPX)
392                 xsave_mask &= ~XFEATURE_MPX;
393 }
394
395 /*
396  * Calculate the fpu save area size.
397  */
398 static void
399 npxinit_bsp2(void)
400 {
401         u_int cp[4];
402
403         if (use_xsave) {
404                 cpuid_count(0xd, 0x0, cp);
405                 cpu_max_ext_state_size = cp[1];
406
407                 /*
408                  * Reload the cpu_feature2, since we enabled OSXSAVE.
409                  */
410                 do_cpuid(1, cp);
411                 cpu_feature2 = cp[2];
412         } else
413                 cpu_max_ext_state_size = sizeof(union savefpu);
414 }
415
416 /*
417  * Initialize floating point unit.
418  */
419 void
420 npxinit(bool bsp)
421 {
422         static union savefpu dummy;
423         register_t saveintr;
424         u_int mxcsr;
425         u_short control;
426
427         if (bsp) {
428                 if (!npx_probe())
429                         return;
430                 npxinit_bsp1();
431         }
432
433         if (use_xsave) {
434                 load_cr4(rcr4() | CR4_XSAVE);
435                 load_xcr(XCR0, xsave_mask);
436         }
437
438         /*
439          * XCR0 shall be set up before CPU can report the save area size.
440          */
441         if (bsp)
442                 npxinit_bsp2();
443
444         /*
445          * fninit has the same h/w bugs as fnsave.  Use the detoxified
446          * fnsave to throw away any junk in the fpu.  fpusave() initializes
447          * the fpu.
448          *
449          * It is too early for critical_enter() to work on AP.
450          */
451         saveintr = intr_disable();
452         stop_emulating();
453         if (cpu_fxsr)
454                 fninit();
455         else
456                 fnsave(&dummy);
457         control = __INITIAL_NPXCW__;
458         fldcw(control);
459         if (cpu_fxsr) {
460                 mxcsr = __INITIAL_MXCSR__;
461                 ldmxcsr(mxcsr);
462         }
463         start_emulating();
464         intr_restore(saveintr);
465 }
466
467 /*
468  * On the boot CPU we generate a clean state that is used to
469  * initialize the floating point unit when it is first used by a
470  * process.
471  */
472 static void
473 npxinitstate(void *arg __unused)
474 {
475         uint64_t *xstate_bv;
476         register_t saveintr;
477         int cp[4], i, max_ext_n;
478
479         if (!hw_float)
480                 return;
481
482         /* Do potentially blocking operations before disabling interrupts. */
483         fpu_save_area_zone = uma_zcreate("FPU_save_area",
484             cpu_max_ext_state_size, NULL, NULL, NULL, NULL,
485             XSAVE_AREA_ALIGN - 1, 0);
486         npx_initialstate = uma_zalloc(fpu_save_area_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
487         if (use_xsave) {
488                 if (xsave_mask >> 32 != 0)
489                         max_ext_n = fls(xsave_mask >> 32) + 32;
490                 else
491                         max_ext_n = fls(xsave_mask);
492                 xsave_area_desc = malloc(max_ext_n * sizeof(struct
493                     xsave_area_elm_descr), M_DEVBUF, M_WAITOK | M_ZERO);
494         }
495
496         saveintr = intr_disable();
497         stop_emulating();
498
499         if (cpu_fxsr)
500                 fpusave_fxsave(npx_initialstate);
501         else
502                 fpusave_fnsave(npx_initialstate);
503         if (cpu_fxsr) {
504                 if (npx_initialstate->sv_xmm.sv_env.en_mxcsr_mask)
505                         cpu_mxcsr_mask = 
506                             npx_initialstate->sv_xmm.sv_env.en_mxcsr_mask;
507                 else
508                         cpu_mxcsr_mask = 0xFFBF;
509
510                 /*
511                  * The fninit instruction does not modify XMM
512                  * registers or x87 registers (MM/ST).  The fpusave
513                  * call dumped the garbage contained in the registers
514                  * after reset to the initial state saved.  Clear XMM
515                  * and x87 registers file image to make the startup
516                  * program state and signal handler XMM/x87 register
517                  * content predictable.
518                  */
519                 bzero(npx_initialstate->sv_xmm.sv_fp,
520                     sizeof(npx_initialstate->sv_xmm.sv_fp));
521                 bzero(npx_initialstate->sv_xmm.sv_xmm,
522                     sizeof(npx_initialstate->sv_xmm.sv_xmm));
523
524         } else
525                 bzero(npx_initialstate->sv_87.sv_ac,
526                     sizeof(npx_initialstate->sv_87.sv_ac));
527
528         /*
529          * Create a table describing the layout of the CPU Extended
530          * Save Area.
531          */
532         if (use_xsave) {
533                 xstate_bv = (uint64_t *)((char *)(npx_initialstate + 1) +
534                     offsetof(struct xstate_hdr, xstate_bv));
535                 *xstate_bv = XFEATURE_ENABLED_X87 | XFEATURE_ENABLED_SSE;
536
537                 /* x87 state */
538                 xsave_area_desc[0].offset = 0;
539                 xsave_area_desc[0].size = 160;
540                 /* XMM */
541                 xsave_area_desc[1].offset = 160;
542                 xsave_area_desc[1].size = 288 - 160;
543
544                 for (i = 2; i < max_ext_n; i++) {
545                         cpuid_count(0xd, i, cp);
546                         xsave_area_desc[i].offset = cp[1];
547                         xsave_area_desc[i].size = cp[0];
548                 }
549         }
550
551         start_emulating();
552         intr_restore(saveintr);
553 }
554 SYSINIT(npxinitstate, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, npxinitstate, NULL);
555
556 /*
557  * Free coprocessor (if we have it).
558  */
559 void
560 npxexit(struct thread *td)
561 {
562
563         critical_enter();
564         if (curthread == PCPU_GET(fpcurthread)) {
565                 stop_emulating();
566                 fpusave(curpcb->pcb_save);
567                 start_emulating();
568                 PCPU_SET(fpcurthread, NULL);
569         }
570         critical_exit();
571 #ifdef NPX_DEBUG
572         if (hw_float) {
573                 u_int   masked_exceptions;
574
575                 masked_exceptions = GET_FPU_CW(td) & GET_FPU_SW(td) & 0x7f;
576                 /*
577                  * Log exceptions that would have trapped with the old
578                  * control word (overflow, divide by 0, and invalid operand).
579                  */
580                 if (masked_exceptions & 0x0d)
581                         log(LOG_ERR,
582         "pid %d (%s) exited with masked floating point exceptions 0x%02x\n",
583                             td->td_proc->p_pid, td->td_proc->p_comm,
584                             masked_exceptions);
585         }
586 #endif
587 }
588
589 int
590 npxformat(void)
591 {
592
593         if (!hw_float)
594                 return (_MC_FPFMT_NODEV);
595         if (cpu_fxsr)
596                 return (_MC_FPFMT_XMM);
597         return (_MC_FPFMT_387);
598 }
599
600 /* 
601  * The following mechanism is used to ensure that the FPE_... value
602  * that is passed as a trapcode to the signal handler of the user
603  * process does not have more than one bit set.
604  * 
605  * Multiple bits may be set if the user process modifies the control
606  * word while a status word bit is already set.  While this is a sign
607  * of bad coding, we have no choise than to narrow them down to one
608  * bit, since we must not send a trapcode that is not exactly one of
609  * the FPE_ macros.
610  *
611  * The mechanism has a static table with 127 entries.  Each combination
612  * of the 7 FPU status word exception bits directly translates to a
613  * position in this table, where a single FPE_... value is stored.
614  * This FPE_... value stored there is considered the "most important"
615  * of the exception bits and will be sent as the signal code.  The
616  * precedence of the bits is based upon Intel Document "Numerical
617  * Applications", Chapter "Special Computational Situations".
618  *
619  * The macro to choose one of these values does these steps: 1) Throw
620  * away status word bits that cannot be masked.  2) Throw away the bits
621  * currently masked in the control word, assuming the user isn't
622  * interested in them anymore.  3) Reinsert status word bit 7 (stack
623  * fault) if it is set, which cannot be masked but must be presered.
624  * 4) Use the remaining bits to point into the trapcode table.
625  *
626  * The 6 maskable bits in order of their preference, as stated in the
627  * above referenced Intel manual:
628  * 1  Invalid operation (FP_X_INV)
629  * 1a   Stack underflow
630  * 1b   Stack overflow
631  * 1c   Operand of unsupported format
632  * 1d   SNaN operand.
633  * 2  QNaN operand (not an exception, irrelavant here)
634  * 3  Any other invalid-operation not mentioned above or zero divide
635  *      (FP_X_INV, FP_X_DZ)
636  * 4  Denormal operand (FP_X_DNML)
637  * 5  Numeric over/underflow (FP_X_OFL, FP_X_UFL)
638  * 6  Inexact result (FP_X_IMP) 
639  */
640 static char fpetable[128] = {
641         0,
642         FPE_FLTINV,     /*  1 - INV */
643         FPE_FLTUND,     /*  2 - DNML */
644         FPE_FLTINV,     /*  3 - INV | DNML */
645         FPE_FLTDIV,     /*  4 - DZ */
646         FPE_FLTINV,     /*  5 - INV | DZ */
647         FPE_FLTDIV,     /*  6 - DNML | DZ */
648         FPE_FLTINV,     /*  7 - INV | DNML | DZ */
649         FPE_FLTOVF,     /*  8 - OFL */
650         FPE_FLTINV,     /*  9 - INV | OFL */
651         FPE_FLTUND,     /*  A - DNML | OFL */
652         FPE_FLTINV,     /*  B - INV | DNML | OFL */
653         FPE_FLTDIV,     /*  C - DZ | OFL */
654         FPE_FLTINV,     /*  D - INV | DZ | OFL */
655         FPE_FLTDIV,     /*  E - DNML | DZ | OFL */
656         FPE_FLTINV,     /*  F - INV | DNML | DZ | OFL */
657         FPE_FLTUND,     /* 10 - UFL */
658         FPE_FLTINV,     /* 11 - INV | UFL */
659         FPE_FLTUND,     /* 12 - DNML | UFL */
660         FPE_FLTINV,     /* 13 - INV | DNML | UFL */
661         FPE_FLTDIV,     /* 14 - DZ | UFL */
662         FPE_FLTINV,     /* 15 - INV | DZ | UFL */
663         FPE_FLTDIV,     /* 16 - DNML | DZ | UFL */
664         FPE_FLTINV,     /* 17 - INV | DNML | DZ | UFL */
665         FPE_FLTOVF,     /* 18 - OFL | UFL */
666         FPE_FLTINV,     /* 19 - INV | OFL | UFL */
667         FPE_FLTUND,     /* 1A - DNML | OFL | UFL */
668         FPE_FLTINV,     /* 1B - INV | DNML | OFL | UFL */
669         FPE_FLTDIV,     /* 1C - DZ | OFL | UFL */
670         FPE_FLTINV,     /* 1D - INV | DZ | OFL | UFL */
671         FPE_FLTDIV,     /* 1E - DNML | DZ | OFL | UFL */
672         FPE_FLTINV,     /* 1F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL */
673         FPE_FLTRES,     /* 20 - IMP */
674         FPE_FLTINV,     /* 21 - INV | IMP */
675         FPE_FLTUND,     /* 22 - DNML | IMP */
676         FPE_FLTINV,     /* 23 - INV | DNML | IMP */
677         FPE_FLTDIV,     /* 24 - DZ | IMP */
678         FPE_FLTINV,     /* 25 - INV | DZ | IMP */
679         FPE_FLTDIV,     /* 26 - DNML | DZ | IMP */
680         FPE_FLTINV,     /* 27 - INV | DNML | DZ | IMP */
681         FPE_FLTOVF,     /* 28 - OFL | IMP */
682         FPE_FLTINV,     /* 29 - INV | OFL | IMP */
683         FPE_FLTUND,     /* 2A - DNML | OFL | IMP */
684         FPE_FLTINV,     /* 2B - INV | DNML | OFL | IMP */
685         FPE_FLTDIV,     /* 2C - DZ | OFL | IMP */
686         FPE_FLTINV,     /* 2D - INV | DZ | OFL | IMP */
687         FPE_FLTDIV,     /* 2E - DNML | DZ | OFL | IMP */
688         FPE_FLTINV,     /* 2F - INV | DNML | DZ | OFL | IMP */
689         FPE_FLTUND,     /* 30 - UFL | IMP */
690         FPE_FLTINV,     /* 31 - INV | UFL | IMP */
691         FPE_FLTUND,     /* 32 - DNML | UFL | IMP */
692         FPE_FLTINV,     /* 33 - INV | DNML | UFL | IMP */
693         FPE_FLTDIV,     /* 34 - DZ | UFL | IMP */
694         FPE_FLTINV,     /* 35 - INV | DZ | UFL | IMP */
695         FPE_FLTDIV,     /* 36 - DNML | DZ | UFL | IMP */
696         FPE_FLTINV,     /* 37 - INV | DNML | DZ | UFL | IMP */
697         FPE_FLTOVF,     /* 38 - OFL | UFL | IMP */
698         FPE_FLTINV,     /* 39 - INV | OFL | UFL | IMP */
699         FPE_FLTUND,     /* 3A - DNML | OFL | UFL | IMP */
700         FPE_FLTINV,     /* 3B - INV | DNML | OFL | UFL | IMP */
701         FPE_FLTDIV,     /* 3C - DZ | OFL | UFL | IMP */
702         FPE_FLTINV,     /* 3D - INV | DZ | OFL | UFL | IMP */
703         FPE_FLTDIV,     /* 3E - DNML | DZ | OFL | UFL | IMP */
704         FPE_FLTINV,     /* 3F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | IMP */
705         FPE_FLTSUB,     /* 40 - STK */
706         FPE_FLTSUB,     /* 41 - INV | STK */
707         FPE_FLTUND,     /* 42 - DNML | STK */
708         FPE_FLTSUB,     /* 43 - INV | DNML | STK */
709         FPE_FLTDIV,     /* 44 - DZ | STK */
710         FPE_FLTSUB,     /* 45 - INV | DZ | STK */
711         FPE_FLTDIV,     /* 46 - DNML | DZ | STK */
712         FPE_FLTSUB,     /* 47 - INV | DNML | DZ | STK */
713         FPE_FLTOVF,     /* 48 - OFL | STK */
714         FPE_FLTSUB,     /* 49 - INV | OFL | STK */
715         FPE_FLTUND,     /* 4A - DNML | OFL | STK */
716         FPE_FLTSUB,     /* 4B - INV | DNML | OFL | STK */
717         FPE_FLTDIV,     /* 4C - DZ | OFL | STK */
718         FPE_FLTSUB,     /* 4D - INV | DZ | OFL | STK */
719         FPE_FLTDIV,     /* 4E - DNML | DZ | OFL | STK */
720         FPE_FLTSUB,     /* 4F - INV | DNML | DZ | OFL | STK */
721         FPE_FLTUND,     /* 50 - UFL | STK */
722         FPE_FLTSUB,     /* 51 - INV | UFL | STK */
723         FPE_FLTUND,     /* 52 - DNML | UFL | STK */
724         FPE_FLTSUB,     /* 53 - INV | DNML | UFL | STK */
725         FPE_FLTDIV,     /* 54 - DZ | UFL | STK */
726         FPE_FLTSUB,     /* 55 - INV | DZ | UFL | STK */
727         FPE_FLTDIV,     /* 56 - DNML | DZ | UFL | STK */
728         FPE_FLTSUB,     /* 57 - INV | DNML | DZ | UFL | STK */
729         FPE_FLTOVF,     /* 58 - OFL | UFL | STK */
730         FPE_FLTSUB,     /* 59 - INV | OFL | UFL | STK */
731         FPE_FLTUND,     /* 5A - DNML | OFL | UFL | STK */
732         FPE_FLTSUB,     /* 5B - INV | DNML | OFL | UFL | STK */
733         FPE_FLTDIV,     /* 5C - DZ | OFL | UFL | STK */
734         FPE_FLTSUB,     /* 5D - INV | DZ | OFL | UFL | STK */
735         FPE_FLTDIV,     /* 5E - DNML | DZ | OFL | UFL | STK */
736         FPE_FLTSUB,     /* 5F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | STK */
737         FPE_FLTRES,     /* 60 - IMP | STK */
738         FPE_FLTSUB,     /* 61 - INV | IMP | STK */
739         FPE_FLTUND,     /* 62 - DNML | IMP | STK */
740         FPE_FLTSUB,     /* 63 - INV | DNML | IMP | STK */
741         FPE_FLTDIV,     /* 64 - DZ | IMP | STK */
742         FPE_FLTSUB,     /* 65 - INV | DZ | IMP | STK */
743         FPE_FLTDIV,     /* 66 - DNML | DZ | IMP | STK */
744         FPE_FLTSUB,     /* 67 - INV | DNML | DZ | IMP | STK */
745         FPE_FLTOVF,     /* 68 - OFL | IMP | STK */
746         FPE_FLTSUB,     /* 69 - INV | OFL | IMP | STK */
747         FPE_FLTUND,     /* 6A - DNML | OFL | IMP | STK */
748         FPE_FLTSUB,     /* 6B - INV | DNML | OFL | IMP | STK */
749         FPE_FLTDIV,     /* 6C - DZ | OFL | IMP | STK */
750         FPE_FLTSUB,     /* 6D - INV | DZ | OFL | IMP | STK */
751         FPE_FLTDIV,     /* 6E - DNML | DZ | OFL | IMP | STK */
752         FPE_FLTSUB,     /* 6F - INV | DNML | DZ | OFL | IMP | STK */
753         FPE_FLTUND,     /* 70 - UFL | IMP | STK */
754         FPE_FLTSUB,     /* 71 - INV | UFL | IMP | STK */
755         FPE_FLTUND,     /* 72 - DNML | UFL | IMP | STK */
756         FPE_FLTSUB,     /* 73 - INV | DNML | UFL | IMP | STK */
757         FPE_FLTDIV,     /* 74 - DZ | UFL | IMP | STK */
758         FPE_FLTSUB,     /* 75 - INV | DZ | UFL | IMP | STK */
759         FPE_FLTDIV,     /* 76 - DNML | DZ | UFL | IMP | STK */
760         FPE_FLTSUB,     /* 77 - INV | DNML | DZ | UFL | IMP | STK */
761         FPE_FLTOVF,     /* 78 - OFL | UFL | IMP | STK */
762         FPE_FLTSUB,     /* 79 - INV | OFL | UFL | IMP | STK */
763         FPE_FLTUND,     /* 7A - DNML | OFL | UFL | IMP | STK */
764         FPE_FLTSUB,     /* 7B - INV | DNML | OFL | UFL | IMP | STK */
765         FPE_FLTDIV,     /* 7C - DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
766         FPE_FLTSUB,     /* 7D - INV | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
767         FPE_FLTDIV,     /* 7E - DNML | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
768         FPE_FLTSUB,     /* 7F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
769 };
770
771 /*
772  * Read the FP status and control words, then generate si_code value
773  * for SIGFPE.  The error code chosen will be one of the
774  * FPE_... macros.  It will be sent as the second argument to old
775  * BSD-style signal handlers and as "siginfo_t->si_code" (second
776  * argument) to SA_SIGINFO signal handlers.
777  *
778  * Some time ago, we cleared the x87 exceptions with FNCLEX there.
779  * Clearing exceptions was necessary mainly to avoid IRQ13 bugs.  The
780  * usermode code which understands the FPU hardware enough to enable
781  * the exceptions, can also handle clearing the exception state in the
782  * handler.  The only consequence of not clearing the exception is the
783  * rethrow of the SIGFPE on return from the signal handler and
784  * reexecution of the corresponding instruction.
785  *
786  * For XMM traps, the exceptions were never cleared.
787  */
788 int
789 npxtrap_x87(void)
790 {
791         u_short control, status;
792
793         if (!hw_float) {
794                 printf(
795         "npxtrap_x87: fpcurthread = %p, curthread = %p, hw_float = %d\n",
796                        PCPU_GET(fpcurthread), curthread, hw_float);
797                 panic("npxtrap from nowhere");
798         }
799         critical_enter();
800
801         /*
802          * Interrupt handling (for another interrupt) may have pushed the
803          * state to memory.  Fetch the relevant parts of the state from
804          * wherever they are.
805          */
806         if (PCPU_GET(fpcurthread) != curthread) {
807                 control = GET_FPU_CW(curthread);
808                 status = GET_FPU_SW(curthread);
809         } else {
810                 fnstcw(&control);
811                 fnstsw(&status);
812         }
813         critical_exit();
814         return (fpetable[status & ((~control & 0x3f) | 0x40)]);
815 }
816
817 int
818 npxtrap_sse(void)
819 {
820         u_int mxcsr;
821
822         if (!hw_float) {
823                 printf(
824         "npxtrap_sse: fpcurthread = %p, curthread = %p, hw_float = %d\n",
825                        PCPU_GET(fpcurthread), curthread, hw_float);
826                 panic("npxtrap from nowhere");
827         }
828         critical_enter();
829         if (PCPU_GET(fpcurthread) != curthread)
830                 mxcsr = curthread->td_pcb->pcb_save->sv_xmm.sv_env.en_mxcsr;
831         else
832                 stmxcsr(&mxcsr);
833         critical_exit();
834         return (fpetable[(mxcsr & (~mxcsr >> 7)) & 0x3f]);
835 }
836
837 static void
838 restore_npx_curthread(struct thread *td, struct pcb *pcb)
839 {
840
841         /*
842          * Record new context early in case frstor causes a trap.
843          */
844         PCPU_SET(fpcurthread, td);
845
846         stop_emulating();
847         if (cpu_fxsr)
848                 fpu_clean_state();
849
850         if ((pcb->pcb_flags & PCB_NPXINITDONE) == 0) {
851                 /*
852                  * This is the first time this thread has used the FPU or
853                  * the PCB doesn't contain a clean FPU state.  Explicitly
854                  * load an initial state.
855                  *
856                  * We prefer to restore the state from the actual save
857                  * area in PCB instead of directly loading from
858                  * npx_initialstate, to ignite the XSAVEOPT
859                  * tracking engine.
860                  */
861                 bcopy(npx_initialstate, pcb->pcb_save, cpu_max_ext_state_size);
862                 fpurstor(pcb->pcb_save);
863                 if (pcb->pcb_initial_npxcw != __INITIAL_NPXCW__)
864                         fldcw(pcb->pcb_initial_npxcw);
865                 pcb->pcb_flags |= PCB_NPXINITDONE;
866                 if (PCB_USER_FPU(pcb))
867                         pcb->pcb_flags |= PCB_NPXUSERINITDONE;
868         } else {
869                 fpurstor(pcb->pcb_save);
870         }
871 }
872
873 /*
874  * Implement device not available (DNA) exception
875  *
876  * It would be better to switch FP context here (if curthread != fpcurthread)
877  * and not necessarily for every context switch, but it is too hard to
878  * access foreign pcb's.
879  */
880 int
881 npxdna(void)
882 {
883         struct thread *td;
884
885         if (!hw_float)
886                 return (0);
887         td = curthread;
888         critical_enter();
889
890         KASSERT((curpcb->pcb_flags & PCB_NPXNOSAVE) == 0,
891             ("npxdna while in fpu_kern_enter(FPU_KERN_NOCTX)"));
892         if (__predict_false(PCPU_GET(fpcurthread) == td)) {
893                 /*
894                  * Some virtual machines seems to set %cr0.TS at
895                  * arbitrary moments.  Silently clear the TS bit
896                  * regardless of the eager/lazy FPU context switch
897                  * mode.
898                  */
899                 stop_emulating();
900         } else {
901                 if (__predict_false(PCPU_GET(fpcurthread) != NULL)) {
902                         printf(
903                     "npxdna: fpcurthread = %p (%d), curthread = %p (%d)\n",
904                             PCPU_GET(fpcurthread),
905                             PCPU_GET(fpcurthread)->td_proc->p_pid,
906                             td, td->td_proc->p_pid);
907                         panic("npxdna");
908                 }
909                 restore_npx_curthread(td, td->td_pcb);
910         }
911         critical_exit();
912         return (1);
913 }
914
915 /*
916  * Wrapper for fpusave() called from context switch routines.
917  *
918  * npxsave() must be called with interrupts disabled, so that it clears
919  * fpcurthread atomically with saving the state.  We require callers to do the
920  * disabling, since most callers need to disable interrupts anyway to call
921  * npxsave() atomically with checking fpcurthread.
922  */
923 void
924 npxsave(union savefpu *addr)
925 {
926
927         stop_emulating();
928         fpusave(addr);
929 }
930
931 void npxswitch(struct thread *td, struct pcb *pcb);
932 void
933 npxswitch(struct thread *td, struct pcb *pcb)
934 {
935
936         if (lazy_fpu_switch || (td->td_pflags & TDP_KTHREAD) != 0 ||
937             !PCB_USER_FPU(pcb)) {
938                 start_emulating();
939                 PCPU_SET(fpcurthread, NULL);
940         } else if (PCPU_GET(fpcurthread) != td) {
941                 restore_npx_curthread(td, pcb);
942         }
943 }
944
945 /*
946  * Unconditionally save the current co-processor state across suspend and
947  * resume.
948  */
949 void
950 npxsuspend(union savefpu *addr)
951 {
952         register_t cr0;
953
954         if (!hw_float)
955                 return;
956         if (PCPU_GET(fpcurthread) == NULL) {
957                 bcopy(npx_initialstate, addr, cpu_max_ext_state_size);
958                 return;
959         }
960         cr0 = rcr0();
961         stop_emulating();
962         fpusave(addr);
963         load_cr0(cr0);
964 }
965
966 void
967 npxresume(union savefpu *addr)
968 {
969         register_t cr0;
970
971         if (!hw_float)
972                 return;
973
974         cr0 = rcr0();
975         npxinit(false);
976         stop_emulating();
977         fpurstor(addr);
978         load_cr0(cr0);
979 }
980
981 void
982 npxdrop(void)
983 {
984         struct thread *td;
985
986         /*
987          * Discard pending exceptions in the !cpu_fxsr case so that unmasked
988          * ones don't cause a panic on the next frstor.
989          */
990         if (!cpu_fxsr)
991                 fnclex();
992
993         td = PCPU_GET(fpcurthread);
994         KASSERT(td == curthread, ("fpudrop: fpcurthread != curthread"));
995         CRITICAL_ASSERT(td);
996         PCPU_SET(fpcurthread, NULL);
997         td->td_pcb->pcb_flags &= ~PCB_NPXINITDONE;
998         start_emulating();
999 }
1000
1001 /*
1002  * Get the user state of the FPU into pcb->pcb_user_save without
1003  * dropping ownership (if possible).  It returns the FPU ownership
1004  * status.
1005  */
1006 int
1007 npxgetregs(struct thread *td)
1008 {
1009         struct pcb *pcb;
1010         uint64_t *xstate_bv, bit;
1011         char *sa;
1012         int max_ext_n, i;
1013         int owned;
1014
1015         if (!hw_float)
1016                 return (_MC_FPOWNED_NONE);
1017
1018         pcb = td->td_pcb;
1019         critical_enter();
1020         if ((pcb->pcb_flags & PCB_NPXINITDONE) == 0) {
1021                 bcopy(npx_initialstate, get_pcb_user_save_pcb(pcb),
1022                     cpu_max_ext_state_size);
1023                 SET_FPU_CW(get_pcb_user_save_pcb(pcb), pcb->pcb_initial_npxcw);
1024                 npxuserinited(td);
1025                 critical_exit();
1026                 return (_MC_FPOWNED_PCB);
1027         }
1028         if (td == PCPU_GET(fpcurthread)) {
1029                 fpusave(get_pcb_user_save_pcb(pcb));
1030                 if (!cpu_fxsr)
1031                         /*
1032                          * fnsave initializes the FPU and destroys whatever
1033                          * context it contains.  Make sure the FPU owner
1034                          * starts with a clean state next time.
1035                          */
1036                         npxdrop();
1037                 owned = _MC_FPOWNED_FPU;
1038         } else {
1039                 owned = _MC_FPOWNED_PCB;
1040         }
1041         if (use_xsave) {
1042                 /*
1043                  * Handle partially saved state.
1044                  */
1045                 sa = (char *)get_pcb_user_save_pcb(pcb);
1046                 xstate_bv = (uint64_t *)(sa + sizeof(union savefpu) +
1047                     offsetof(struct xstate_hdr, xstate_bv));
1048                 if (xsave_mask >> 32 != 0)
1049                         max_ext_n = fls(xsave_mask >> 32) + 32;
1050                 else
1051                         max_ext_n = fls(xsave_mask);
1052                 for (i = 0; i < max_ext_n; i++) {
1053                         bit = 1ULL << i;
1054                         if ((xsave_mask & bit) == 0 || (*xstate_bv & bit) != 0)
1055                                 continue;
1056                         bcopy((char *)npx_initialstate +
1057                             xsave_area_desc[i].offset,
1058                             sa + xsave_area_desc[i].offset,
1059                             xsave_area_desc[i].size);
1060                         *xstate_bv |= bit;
1061                 }
1062         }
1063         critical_exit();
1064         return (owned);
1065 }
1066
1067 void
1068 npxuserinited(struct thread *td)
1069 {
1070         struct pcb *pcb;
1071
1072         CRITICAL_ASSERT(td);
1073         pcb = td->td_pcb;
1074         if (PCB_USER_FPU(pcb))
1075                 pcb->pcb_flags |= PCB_NPXINITDONE;
1076         pcb->pcb_flags |= PCB_NPXUSERINITDONE;
1077 }
1078
1079 int
1080 npxsetxstate(struct thread *td, char *xfpustate, size_t xfpustate_size)
1081 {
1082         struct xstate_hdr *hdr, *ehdr;
1083         size_t len, max_len;
1084         uint64_t bv;
1085
1086         /* XXXKIB should we clear all extended state in xstate_bv instead ? */
1087         if (xfpustate == NULL)
1088                 return (0);
1089         if (!use_xsave)
1090                 return (EOPNOTSUPP);
1091
1092         len = xfpustate_size;
1093         if (len < sizeof(struct xstate_hdr))
1094                 return (EINVAL);
1095         max_len = cpu_max_ext_state_size - sizeof(union savefpu);
1096         if (len > max_len)
1097                 return (EINVAL);
1098
1099         ehdr = (struct xstate_hdr *)xfpustate;
1100         bv = ehdr->xstate_bv;
1101
1102         /*
1103          * Avoid #gp.
1104          */
1105         if (bv & ~xsave_mask)
1106                 return (EINVAL);
1107
1108         hdr = (struct xstate_hdr *)(get_pcb_user_save_td(td) + 1);
1109
1110         hdr->xstate_bv = bv;
1111         bcopy(xfpustate + sizeof(struct xstate_hdr),
1112             (char *)(hdr + 1), len - sizeof(struct xstate_hdr));
1113
1114         return (0);
1115 }
1116
1117 int
1118 npxsetregs(struct thread *td, union savefpu *addr, char *xfpustate,
1119         size_t xfpustate_size)
1120 {
1121         struct pcb *pcb;
1122         int error;
1123
1124         if (!hw_float)
1125                 return (ENXIO);
1126
1127         if (cpu_fxsr)
1128                 addr->sv_xmm.sv_env.en_mxcsr &= cpu_mxcsr_mask;
1129         pcb = td->td_pcb;
1130         error = 0;
1131         critical_enter();
1132         if (td == PCPU_GET(fpcurthread) && PCB_USER_FPU(pcb)) {
1133                 error = npxsetxstate(td, xfpustate, xfpustate_size);
1134                 if (error == 0) {
1135                         if (!cpu_fxsr)
1136                                 fnclex();       /* As in npxdrop(). */
1137                         bcopy(addr, get_pcb_user_save_td(td), sizeof(*addr));
1138                         fpurstor(get_pcb_user_save_td(td));
1139                         pcb->pcb_flags |= PCB_NPXUSERINITDONE | PCB_NPXINITDONE;
1140                 }
1141         } else {
1142                 error = npxsetxstate(td, xfpustate, xfpustate_size);
1143                 if (error == 0) {
1144                         bcopy(addr, get_pcb_user_save_td(td), sizeof(*addr));
1145                         npxuserinited(td);
1146                 }
1147         }
1148         critical_exit();
1149         return (error);
1150 }
1151
1152 static void
1153 npx_fill_fpregs_xmm1(struct savexmm *sv_xmm, struct save87 *sv_87)
1154 {
1155         struct env87 *penv_87;
1156         struct envxmm *penv_xmm;
1157         struct fpacc87 *fx_reg;
1158         int i, st;
1159         uint64_t mantissa;
1160         uint16_t tw, exp;
1161         uint8_t ab_tw;
1162
1163         penv_87 = &sv_87->sv_env;
1164         penv_xmm = &sv_xmm->sv_env;
1165
1166         /* FPU control/status */
1167         penv_87->en_cw = penv_xmm->en_cw;
1168         penv_87->en_sw = penv_xmm->en_sw;
1169         penv_87->en_fip = penv_xmm->en_fip;
1170         penv_87->en_fcs = penv_xmm->en_fcs;
1171         penv_87->en_opcode = penv_xmm->en_opcode;
1172         penv_87->en_foo = penv_xmm->en_foo;
1173         penv_87->en_fos = penv_xmm->en_fos;
1174
1175         /*
1176          * FPU registers and tags.
1177          * For ST(i), i = fpu_reg - top; we start with fpu_reg=7.
1178          */
1179         st = 7 - ((penv_xmm->en_sw >> 11) & 7);
1180         ab_tw = penv_xmm->en_tw;
1181         tw = 0;
1182         for (i = 0x80; i != 0; i >>= 1) {
1183                 sv_87->sv_ac[st] = sv_xmm->sv_fp[st].fp_acc;
1184                 tw <<= 2;
1185                 if (ab_tw & i) {
1186                         /* Non-empty - we need to check ST(i) */
1187                         fx_reg = &sv_xmm->sv_fp[st].fp_acc;
1188                         /* The first 64 bits contain the mantissa. */
1189                         mantissa = *((uint64_t *)fx_reg->fp_bytes);
1190                         /*
1191                          * The final 16 bits contain the sign bit and the exponent.
1192                          * Mask the sign bit since it is of no consequence to these
1193                          * tests.
1194                          */
1195                         exp = *((uint16_t *)&fx_reg->fp_bytes[8]) & 0x7fff;
1196                         if (exp == 0) {
1197                                 if (mantissa == 0)
1198                                         tw |= 1; /* Zero */
1199                                 else
1200                                         tw |= 2; /* Denormal */
1201                         } else if (exp == 0x7fff)
1202                                 tw |= 2; /* Infinity or NaN */
1203                 } else
1204                         tw |= 3; /* Empty */
1205                 st = (st - 1) & 7;
1206         }
1207         penv_87->en_tw = tw;
1208 }
1209
1210 void
1211 npx_fill_fpregs_xmm(struct savexmm *sv_xmm, struct save87 *sv_87)
1212 {
1213
1214         bzero(sv_87, sizeof(*sv_87));
1215         npx_fill_fpregs_xmm1(sv_xmm, sv_87);
1216 }
1217
1218 void
1219 npx_set_fpregs_xmm(struct save87 *sv_87, struct savexmm *sv_xmm)
1220 {
1221         struct env87 *penv_87;
1222         struct envxmm *penv_xmm;
1223         int i;
1224
1225         penv_87 = &sv_87->sv_env;
1226         penv_xmm = &sv_xmm->sv_env;
1227
1228         /* FPU control/status */
1229         penv_xmm->en_cw = penv_87->en_cw;
1230         penv_xmm->en_sw = penv_87->en_sw;
1231         penv_xmm->en_fip = penv_87->en_fip;
1232         penv_xmm->en_fcs = penv_87->en_fcs;
1233         penv_xmm->en_opcode = penv_87->en_opcode;
1234         penv_xmm->en_foo = penv_87->en_foo;
1235         penv_xmm->en_fos = penv_87->en_fos;
1236
1237         /*
1238          * FPU registers and tags.
1239          * Abridged  /  Full translation (values in binary), see FXSAVE spec.
1240          * 0            11
1241          * 1            00, 01, 10
1242          */
1243         penv_xmm->en_tw = 0;
1244         for (i = 0; i < 8; ++i) {
1245                 sv_xmm->sv_fp[i].fp_acc = sv_87->sv_ac[i];
1246                 if ((penv_87->en_tw & (3 << i * 2)) != (3 << i * 2))
1247                         penv_xmm->en_tw |= 1 << i;
1248         }
1249 }
1250
1251 void
1252 npx_get_fsave(void *addr)
1253 {
1254         struct thread *td;
1255         union savefpu *sv;
1256
1257         td = curthread;
1258         npxgetregs(td);
1259         sv = get_pcb_user_save_td(td);
1260         if (cpu_fxsr)
1261                 npx_fill_fpregs_xmm1(&sv->sv_xmm, addr);
1262         else
1263                 bcopy(sv, addr, sizeof(struct env87) +
1264                     sizeof(struct fpacc87[8]));
1265 }
1266
1267 int
1268 npx_set_fsave(void *addr)
1269 {
1270         union savefpu sv;
1271         int error;
1272
1273         bzero(&sv, sizeof(sv));
1274         if (cpu_fxsr)
1275                 npx_set_fpregs_xmm(addr, &sv.sv_xmm);
1276         else
1277                 bcopy(addr, &sv, sizeof(struct env87) +
1278                     sizeof(struct fpacc87[8]));
1279         error = npxsetregs(curthread, &sv, NULL, 0);
1280         return (error);
1281 }
1282
1283 /*
1284  * On AuthenticAMD processors, the fxrstor instruction does not restore
1285  * the x87's stored last instruction pointer, last data pointer, and last
1286  * opcode values, except in the rare case in which the exception summary
1287  * (ES) bit in the x87 status word is set to 1.
1288  *
1289  * In order to avoid leaking this information across processes, we clean
1290  * these values by performing a dummy load before executing fxrstor().
1291  */
1292 static void
1293 fpu_clean_state(void)
1294 {
1295         static float dummy_variable = 0.0;
1296         u_short status;
1297
1298         /*
1299          * Clear the ES bit in the x87 status word if it is currently
1300          * set, in order to avoid causing a fault in the upcoming load.
1301          */
1302         fnstsw(&status);
1303         if (status & 0x80)
1304                 fnclex();
1305
1306         /*
1307          * Load the dummy variable into the x87 stack.  This mangles
1308          * the x87 stack, but we don't care since we're about to call
1309          * fxrstor() anyway.
1310          */
1311         __asm __volatile("ffree %%st(7); flds %0" : : "m" (dummy_variable));
1312 }
1313
1314 static void
1315 fpurstor(union savefpu *addr)
1316 {
1317
1318         if (use_xsave)
1319                 xrstor((char *)addr, xsave_mask);
1320         else if (cpu_fxsr)
1321                 fxrstor(addr);
1322         else
1323                 frstor(addr);
1324 }
1325
1326 #ifdef DEV_ISA
1327 /*
1328  * This sucks up the legacy ISA support assignments from PNPBIOS/ACPI.
1329  */
1330 static struct isa_pnp_id npxisa_ids[] = {
1331         { 0x040cd041, "Legacy ISA coprocessor support" }, /* PNP0C04 */
1332         { 0 }
1333 };
1334
1335 static int
1336 npxisa_probe(device_t dev)
1337 {
1338         int result;
1339         if ((result = ISA_PNP_PROBE(device_get_parent(dev), dev, npxisa_ids)) <= 0) {
1340                 device_quiet(dev);
1341         }
1342         return(result);
1343 }
1344
1345 static int
1346 npxisa_attach(device_t dev)
1347 {
1348         return (0);
1349 }
1350
1351 static device_method_t npxisa_methods[] = {
1352         /* Device interface */
1353         DEVMETHOD(device_probe,         npxisa_probe),
1354         DEVMETHOD(device_attach,        npxisa_attach),
1355         DEVMETHOD(device_detach,        bus_generic_detach),
1356         DEVMETHOD(device_shutdown,      bus_generic_shutdown),
1357         DEVMETHOD(device_suspend,       bus_generic_suspend),
1358         DEVMETHOD(device_resume,        bus_generic_resume),
1359         { 0, 0 }
1360 };
1361
1362 static driver_t npxisa_driver = {
1363         "npxisa",
1364         npxisa_methods,
1365         1,                      /* no softc */
1366 };
1367
1368 static devclass_t npxisa_devclass;
1369
1370 DRIVER_MODULE(npxisa, isa, npxisa_driver, npxisa_devclass, 0, 0);
1371 DRIVER_MODULE(npxisa, acpi, npxisa_driver, npxisa_devclass, 0, 0);
1372 ISA_PNP_INFO(npxisa_ids);
1373 #endif /* DEV_ISA */
1374
1375 static MALLOC_DEFINE(M_FPUKERN_CTX, "fpukern_ctx",
1376     "Kernel contexts for FPU state");
1377
1378 #define FPU_KERN_CTX_NPXINITDONE 0x01
1379 #define FPU_KERN_CTX_DUMMY       0x02
1380 #define FPU_KERN_CTX_INUSE       0x04
1381
1382 struct fpu_kern_ctx {
1383         union savefpu *prev;
1384         uint32_t flags;
1385         char hwstate1[];
1386 };
1387
1388 struct fpu_kern_ctx *
1389 fpu_kern_alloc_ctx(u_int flags)
1390 {
1391         struct fpu_kern_ctx *res;
1392         size_t sz;
1393
1394         sz = sizeof(struct fpu_kern_ctx) + XSAVE_AREA_ALIGN +
1395             cpu_max_ext_state_size;
1396         res = malloc(sz, M_FPUKERN_CTX, ((flags & FPU_KERN_NOWAIT) ?
1397             M_NOWAIT : M_WAITOK) | M_ZERO);
1398         return (res);
1399 }
1400
1401 void
1402 fpu_kern_free_ctx(struct fpu_kern_ctx *ctx)
1403 {
1404
1405         KASSERT((ctx->flags & FPU_KERN_CTX_INUSE) == 0, ("free'ing inuse ctx"));
1406         /* XXXKIB clear the memory ? */
1407         free(ctx, M_FPUKERN_CTX);
1408 }
1409
1410 static union savefpu *
1411 fpu_kern_ctx_savefpu(struct fpu_kern_ctx *ctx)
1412 {
1413         vm_offset_t p;
1414
1415         p = (vm_offset_t)&ctx->hwstate1;
1416         p = roundup2(p, XSAVE_AREA_ALIGN);
1417         return ((union savefpu *)p);
1418 }
1419
1420 void
1421 fpu_kern_enter(struct thread *td, struct fpu_kern_ctx *ctx, u_int flags)
1422 {
1423         struct pcb *pcb;
1424
1425         pcb = td->td_pcb;
1426         KASSERT((flags & FPU_KERN_NOCTX) != 0 || ctx != NULL,
1427             ("ctx is required when !FPU_KERN_NOCTX"));
1428         KASSERT(ctx == NULL || (ctx->flags & FPU_KERN_CTX_INUSE) == 0,
1429             ("using inuse ctx"));
1430         KASSERT((pcb->pcb_flags & PCB_NPXNOSAVE) == 0,
1431             ("recursive fpu_kern_enter while in PCB_NPXNOSAVE state"));
1432
1433         if ((flags & FPU_KERN_NOCTX) != 0) {
1434                 critical_enter();
1435                 stop_emulating();
1436                 if (curthread == PCPU_GET(fpcurthread)) {
1437                         fpusave(curpcb->pcb_save);
1438                         PCPU_SET(fpcurthread, NULL);
1439                 } else {
1440                         KASSERT(PCPU_GET(fpcurthread) == NULL,
1441                             ("invalid fpcurthread"));
1442                 }
1443
1444                 /*
1445                  * This breaks XSAVEOPT tracker, but
1446                  * PCB_NPXNOSAVE state is supposed to never need to
1447                  * save FPU context at all.
1448                  */
1449                 fpurstor(npx_initialstate);
1450                 pcb->pcb_flags |= PCB_KERNNPX | PCB_NPXNOSAVE | PCB_NPXINITDONE;
1451                 return;
1452         }
1453         if ((flags & FPU_KERN_KTHR) != 0 && is_fpu_kern_thread(0)) {
1454                 ctx->flags = FPU_KERN_CTX_DUMMY | FPU_KERN_CTX_INUSE;
1455                 return;
1456         }
1457         pcb = td->td_pcb;
1458         critical_enter();
1459         KASSERT(!PCB_USER_FPU(pcb) || pcb->pcb_save ==
1460             get_pcb_user_save_pcb(pcb), ("mangled pcb_save"));
1461         ctx->flags = FPU_KERN_CTX_INUSE;
1462         if ((pcb->pcb_flags & PCB_NPXINITDONE) != 0)
1463                 ctx->flags |= FPU_KERN_CTX_NPXINITDONE;
1464         npxexit(td);
1465         ctx->prev = pcb->pcb_save;
1466         pcb->pcb_save = fpu_kern_ctx_savefpu(ctx);
1467         pcb->pcb_flags |= PCB_KERNNPX;
1468         pcb->pcb_flags &= ~PCB_NPXINITDONE;
1469         critical_exit();
1470 }
1471
1472 int
1473 fpu_kern_leave(struct thread *td, struct fpu_kern_ctx *ctx)
1474 {
1475         struct pcb *pcb;
1476
1477         pcb = td->td_pcb;
1478
1479         if ((pcb->pcb_flags & PCB_NPXNOSAVE) != 0) {
1480                 KASSERT(ctx == NULL, ("non-null ctx after FPU_KERN_NOCTX"));
1481                 KASSERT(PCPU_GET(fpcurthread) == NULL,
1482                     ("non-NULL fpcurthread for PCB_NPXNOSAVE"));
1483                 CRITICAL_ASSERT(td);
1484
1485                 pcb->pcb_flags &= ~(PCB_NPXNOSAVE | PCB_NPXINITDONE);
1486                 start_emulating();
1487         } else {
1488                 KASSERT((ctx->flags & FPU_KERN_CTX_INUSE) != 0,
1489                     ("leaving not inuse ctx"));
1490                 ctx->flags &= ~FPU_KERN_CTX_INUSE;
1491
1492                 if (is_fpu_kern_thread(0) &&
1493                     (ctx->flags & FPU_KERN_CTX_DUMMY) != 0)
1494                         return (0);
1495                 KASSERT((ctx->flags & FPU_KERN_CTX_DUMMY) == 0,
1496                     ("dummy ctx"));
1497                 critical_enter();
1498                 if (curthread == PCPU_GET(fpcurthread))
1499                         npxdrop();
1500                 pcb->pcb_save = ctx->prev;
1501         }
1502
1503         if (pcb->pcb_save == get_pcb_user_save_pcb(pcb)) {
1504                 if ((pcb->pcb_flags & PCB_NPXUSERINITDONE) != 0) {
1505                         pcb->pcb_flags |= PCB_NPXINITDONE;
1506                         if ((pcb->pcb_flags & PCB_KERNNPX_THR) == 0)
1507                                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_KERNNPX;
1508                 } else if ((pcb->pcb_flags & PCB_KERNNPX_THR) == 0)
1509                         pcb->pcb_flags &= ~(PCB_NPXINITDONE | PCB_KERNNPX);
1510         } else {
1511                 if ((ctx->flags & FPU_KERN_CTX_NPXINITDONE) != 0)
1512                         pcb->pcb_flags |= PCB_NPXINITDONE;
1513                 else
1514                         pcb->pcb_flags &= ~PCB_NPXINITDONE;
1515                 KASSERT(!PCB_USER_FPU(pcb), ("unpaired fpu_kern_leave"));
1516         }
1517         critical_exit();
1518         return (0);
1519 }
1520
1521 int
1522 fpu_kern_thread(u_int flags)
1523 {
1524
1525         KASSERT((curthread->td_pflags & TDP_KTHREAD) != 0,
1526             ("Only kthread may use fpu_kern_thread"));
1527         KASSERT(curpcb->pcb_save == get_pcb_user_save_pcb(curpcb),
1528             ("mangled pcb_save"));
1529         KASSERT(PCB_USER_FPU(curpcb), ("recursive call"));
1530
1531         curpcb->pcb_flags |= PCB_KERNNPX | PCB_KERNNPX_THR;
1532         return (0);
1533 }
1534
1535 int
1536 is_fpu_kern_thread(u_int flags)
1537 {
1538
1539         if ((curthread->td_pflags & TDP_KTHREAD) == 0)
1540                 return (0);
1541         return ((curpcb->pcb_flags & PCB_KERNNPX_THR) != 0);
1542 }
1543
1544 /*
1545  * FPU save area alloc/free/init utility routines
1546  */
1547 union savefpu *
1548 fpu_save_area_alloc(void)
1549 {
1550
1551         return (uma_zalloc(fpu_save_area_zone, M_WAITOK));
1552 }
1553
1554 void
1555 fpu_save_area_free(union savefpu *fsa)
1556 {
1557
1558         uma_zfree(fpu_save_area_zone, fsa);
1559 }
1560
1561 void
1562 fpu_save_area_reset(union savefpu *fsa)
1563 {
1564
1565         bcopy(npx_initialstate, fsa, cpu_max_ext_state_size);
1566 }