]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/i386/i386/npx.c
Fix initial x87 state after r345562.
[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 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 *), static)
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         npx_initialstate = malloc(cpu_max_ext_state_size, M_DEVBUF,
483             M_WAITOK | M_ZERO);
484         saveintr = intr_disable();
485         stop_emulating();
486
487         if (cpu_fxsr)
488                 fpusave_fxsave(npx_initialstate);
489         else
490                 fpusave_fnsave(npx_initialstate);
491         if (cpu_fxsr) {
492                 if (npx_initialstate->sv_xmm.sv_env.en_mxcsr_mask)
493                         cpu_mxcsr_mask = 
494                             npx_initialstate->sv_xmm.sv_env.en_mxcsr_mask;
495                 else
496                         cpu_mxcsr_mask = 0xFFBF;
497
498                 /*
499                  * The fninit instruction does not modify XMM
500                  * registers or x87 registers (MM/ST).  The fpusave
501                  * call dumped the garbage contained in the registers
502                  * after reset to the initial state saved.  Clear XMM
503                  * and x87 registers file image to make the startup
504                  * program state and signal handler XMM/x87 register
505                  * content predictable.
506                  */
507                 bzero(npx_initialstate->sv_xmm.sv_fp,
508                     sizeof(npx_initialstate->sv_xmm.sv_fp));
509                 bzero(npx_initialstate->sv_xmm.sv_xmm,
510                     sizeof(npx_initialstate->sv_xmm.sv_xmm));
511
512         } else
513                 bzero(npx_initialstate->sv_87.sv_ac,
514                     sizeof(npx_initialstate->sv_87.sv_ac));
515
516         /*
517          * Create a table describing the layout of the CPU Extended
518          * Save Area.
519          */
520         if (use_xsave) {
521                 xstate_bv = (uint64_t *)((char *)(npx_initialstate + 1) +
522                     offsetof(struct xstate_hdr, xstate_bv));
523                 *xstate_bv = XFEATURE_ENABLED_X87 | XFEATURE_ENABLED_SSE;
524
525                 if (xsave_mask >> 32 != 0)
526                         max_ext_n = fls(xsave_mask >> 32) + 32;
527                 else
528                         max_ext_n = fls(xsave_mask);
529                 xsave_area_desc = malloc(max_ext_n * sizeof(struct
530                     xsave_area_elm_descr), M_DEVBUF, M_WAITOK | M_ZERO);
531                 /* x87 state */
532                 xsave_area_desc[0].offset = 0;
533                 xsave_area_desc[0].size = 160;
534                 /* XMM */
535                 xsave_area_desc[1].offset = 160;
536                 xsave_area_desc[1].size = 288 - 160;
537
538                 for (i = 2; i < max_ext_n; i++) {
539                         cpuid_count(0xd, i, cp);
540                         xsave_area_desc[i].offset = cp[1];
541                         xsave_area_desc[i].size = cp[0];
542                 }
543         }
544
545         fpu_save_area_zone = uma_zcreate("FPU_save_area",
546             cpu_max_ext_state_size, NULL, NULL, NULL, NULL,
547             XSAVE_AREA_ALIGN - 1, 0);
548
549         start_emulating();
550         intr_restore(saveintr);
551 }
552 SYSINIT(npxinitstate, SI_SUB_DRIVERS, SI_ORDER_ANY, npxinitstate, NULL);
553
554 /*
555  * Free coprocessor (if we have it).
556  */
557 void
558 npxexit(struct thread *td)
559 {
560
561         critical_enter();
562         if (curthread == PCPU_GET(fpcurthread)) {
563                 stop_emulating();
564                 fpusave(curpcb->pcb_save);
565                 start_emulating();
566                 PCPU_SET(fpcurthread, NULL);
567         }
568         critical_exit();
569 #ifdef NPX_DEBUG
570         if (hw_float) {
571                 u_int   masked_exceptions;
572
573                 masked_exceptions = GET_FPU_CW(td) & GET_FPU_SW(td) & 0x7f;
574                 /*
575                  * Log exceptions that would have trapped with the old
576                  * control word (overflow, divide by 0, and invalid operand).
577                  */
578                 if (masked_exceptions & 0x0d)
579                         log(LOG_ERR,
580         "pid %d (%s) exited with masked floating point exceptions 0x%02x\n",
581                             td->td_proc->p_pid, td->td_proc->p_comm,
582                             masked_exceptions);
583         }
584 #endif
585 }
586
587 int
588 npxformat(void)
589 {
590
591         if (!hw_float)
592                 return (_MC_FPFMT_NODEV);
593         if (cpu_fxsr)
594                 return (_MC_FPFMT_XMM);
595         return (_MC_FPFMT_387);
596 }
597
598 /* 
599  * The following mechanism is used to ensure that the FPE_... value
600  * that is passed as a trapcode to the signal handler of the user
601  * process does not have more than one bit set.
602  * 
603  * Multiple bits may be set if the user process modifies the control
604  * word while a status word bit is already set.  While this is a sign
605  * of bad coding, we have no choise than to narrow them down to one
606  * bit, since we must not send a trapcode that is not exactly one of
607  * the FPE_ macros.
608  *
609  * The mechanism has a static table with 127 entries.  Each combination
610  * of the 7 FPU status word exception bits directly translates to a
611  * position in this table, where a single FPE_... value is stored.
612  * This FPE_... value stored there is considered the "most important"
613  * of the exception bits and will be sent as the signal code.  The
614  * precedence of the bits is based upon Intel Document "Numerical
615  * Applications", Chapter "Special Computational Situations".
616  *
617  * The macro to choose one of these values does these steps: 1) Throw
618  * away status word bits that cannot be masked.  2) Throw away the bits
619  * currently masked in the control word, assuming the user isn't
620  * interested in them anymore.  3) Reinsert status word bit 7 (stack
621  * fault) if it is set, which cannot be masked but must be presered.
622  * 4) Use the remaining bits to point into the trapcode table.
623  *
624  * The 6 maskable bits in order of their preference, as stated in the
625  * above referenced Intel manual:
626  * 1  Invalid operation (FP_X_INV)
627  * 1a   Stack underflow
628  * 1b   Stack overflow
629  * 1c   Operand of unsupported format
630  * 1d   SNaN operand.
631  * 2  QNaN operand (not an exception, irrelavant here)
632  * 3  Any other invalid-operation not mentioned above or zero divide
633  *      (FP_X_INV, FP_X_DZ)
634  * 4  Denormal operand (FP_X_DNML)
635  * 5  Numeric over/underflow (FP_X_OFL, FP_X_UFL)
636  * 6  Inexact result (FP_X_IMP) 
637  */
638 static char fpetable[128] = {
639         0,
640         FPE_FLTINV,     /*  1 - INV */
641         FPE_FLTUND,     /*  2 - DNML */
642         FPE_FLTINV,     /*  3 - INV | DNML */
643         FPE_FLTDIV,     /*  4 - DZ */
644         FPE_FLTINV,     /*  5 - INV | DZ */
645         FPE_FLTDIV,     /*  6 - DNML | DZ */
646         FPE_FLTINV,     /*  7 - INV | DNML | DZ */
647         FPE_FLTOVF,     /*  8 - OFL */
648         FPE_FLTINV,     /*  9 - INV | OFL */
649         FPE_FLTUND,     /*  A - DNML | OFL */
650         FPE_FLTINV,     /*  B - INV | DNML | OFL */
651         FPE_FLTDIV,     /*  C - DZ | OFL */
652         FPE_FLTINV,     /*  D - INV | DZ | OFL */
653         FPE_FLTDIV,     /*  E - DNML | DZ | OFL */
654         FPE_FLTINV,     /*  F - INV | DNML | DZ | OFL */
655         FPE_FLTUND,     /* 10 - UFL */
656         FPE_FLTINV,     /* 11 - INV | UFL */
657         FPE_FLTUND,     /* 12 - DNML | UFL */
658         FPE_FLTINV,     /* 13 - INV | DNML | UFL */
659         FPE_FLTDIV,     /* 14 - DZ | UFL */
660         FPE_FLTINV,     /* 15 - INV | DZ | UFL */
661         FPE_FLTDIV,     /* 16 - DNML | DZ | UFL */
662         FPE_FLTINV,     /* 17 - INV | DNML | DZ | UFL */
663         FPE_FLTOVF,     /* 18 - OFL | UFL */
664         FPE_FLTINV,     /* 19 - INV | OFL | UFL */
665         FPE_FLTUND,     /* 1A - DNML | OFL | UFL */
666         FPE_FLTINV,     /* 1B - INV | DNML | OFL | UFL */
667         FPE_FLTDIV,     /* 1C - DZ | OFL | UFL */
668         FPE_FLTINV,     /* 1D - INV | DZ | OFL | UFL */
669         FPE_FLTDIV,     /* 1E - DNML | DZ | OFL | UFL */
670         FPE_FLTINV,     /* 1F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL */
671         FPE_FLTRES,     /* 20 - IMP */
672         FPE_FLTINV,     /* 21 - INV | IMP */
673         FPE_FLTUND,     /* 22 - DNML | IMP */
674         FPE_FLTINV,     /* 23 - INV | DNML | IMP */
675         FPE_FLTDIV,     /* 24 - DZ | IMP */
676         FPE_FLTINV,     /* 25 - INV | DZ | IMP */
677         FPE_FLTDIV,     /* 26 - DNML | DZ | IMP */
678         FPE_FLTINV,     /* 27 - INV | DNML | DZ | IMP */
679         FPE_FLTOVF,     /* 28 - OFL | IMP */
680         FPE_FLTINV,     /* 29 - INV | OFL | IMP */
681         FPE_FLTUND,     /* 2A - DNML | OFL | IMP */
682         FPE_FLTINV,     /* 2B - INV | DNML | OFL | IMP */
683         FPE_FLTDIV,     /* 2C - DZ | OFL | IMP */
684         FPE_FLTINV,     /* 2D - INV | DZ | OFL | IMP */
685         FPE_FLTDIV,     /* 2E - DNML | DZ | OFL | IMP */
686         FPE_FLTINV,     /* 2F - INV | DNML | DZ | OFL | IMP */
687         FPE_FLTUND,     /* 30 - UFL | IMP */
688         FPE_FLTINV,     /* 31 - INV | UFL | IMP */
689         FPE_FLTUND,     /* 32 - DNML | UFL | IMP */
690         FPE_FLTINV,     /* 33 - INV | DNML | UFL | IMP */
691         FPE_FLTDIV,     /* 34 - DZ | UFL | IMP */
692         FPE_FLTINV,     /* 35 - INV | DZ | UFL | IMP */
693         FPE_FLTDIV,     /* 36 - DNML | DZ | UFL | IMP */
694         FPE_FLTINV,     /* 37 - INV | DNML | DZ | UFL | IMP */
695         FPE_FLTOVF,     /* 38 - OFL | UFL | IMP */
696         FPE_FLTINV,     /* 39 - INV | OFL | UFL | IMP */
697         FPE_FLTUND,     /* 3A - DNML | OFL | UFL | IMP */
698         FPE_FLTINV,     /* 3B - INV | DNML | OFL | UFL | IMP */
699         FPE_FLTDIV,     /* 3C - DZ | OFL | UFL | IMP */
700         FPE_FLTINV,     /* 3D - INV | DZ | OFL | UFL | IMP */
701         FPE_FLTDIV,     /* 3E - DNML | DZ | OFL | UFL | IMP */
702         FPE_FLTINV,     /* 3F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | IMP */
703         FPE_FLTSUB,     /* 40 - STK */
704         FPE_FLTSUB,     /* 41 - INV | STK */
705         FPE_FLTUND,     /* 42 - DNML | STK */
706         FPE_FLTSUB,     /* 43 - INV | DNML | STK */
707         FPE_FLTDIV,     /* 44 - DZ | STK */
708         FPE_FLTSUB,     /* 45 - INV | DZ | STK */
709         FPE_FLTDIV,     /* 46 - DNML | DZ | STK */
710         FPE_FLTSUB,     /* 47 - INV | DNML | DZ | STK */
711         FPE_FLTOVF,     /* 48 - OFL | STK */
712         FPE_FLTSUB,     /* 49 - INV | OFL | STK */
713         FPE_FLTUND,     /* 4A - DNML | OFL | STK */
714         FPE_FLTSUB,     /* 4B - INV | DNML | OFL | STK */
715         FPE_FLTDIV,     /* 4C - DZ | OFL | STK */
716         FPE_FLTSUB,     /* 4D - INV | DZ | OFL | STK */
717         FPE_FLTDIV,     /* 4E - DNML | DZ | OFL | STK */
718         FPE_FLTSUB,     /* 4F - INV | DNML | DZ | OFL | STK */
719         FPE_FLTUND,     /* 50 - UFL | STK */
720         FPE_FLTSUB,     /* 51 - INV | UFL | STK */
721         FPE_FLTUND,     /* 52 - DNML | UFL | STK */
722         FPE_FLTSUB,     /* 53 - INV | DNML | UFL | STK */
723         FPE_FLTDIV,     /* 54 - DZ | UFL | STK */
724         FPE_FLTSUB,     /* 55 - INV | DZ | UFL | STK */
725         FPE_FLTDIV,     /* 56 - DNML | DZ | UFL | STK */
726         FPE_FLTSUB,     /* 57 - INV | DNML | DZ | UFL | STK */
727         FPE_FLTOVF,     /* 58 - OFL | UFL | STK */
728         FPE_FLTSUB,     /* 59 - INV | OFL | UFL | STK */
729         FPE_FLTUND,     /* 5A - DNML | OFL | UFL | STK */
730         FPE_FLTSUB,     /* 5B - INV | DNML | OFL | UFL | STK */
731         FPE_FLTDIV,     /* 5C - DZ | OFL | UFL | STK */
732         FPE_FLTSUB,     /* 5D - INV | DZ | OFL | UFL | STK */
733         FPE_FLTDIV,     /* 5E - DNML | DZ | OFL | UFL | STK */
734         FPE_FLTSUB,     /* 5F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | STK */
735         FPE_FLTRES,     /* 60 - IMP | STK */
736         FPE_FLTSUB,     /* 61 - INV | IMP | STK */
737         FPE_FLTUND,     /* 62 - DNML | IMP | STK */
738         FPE_FLTSUB,     /* 63 - INV | DNML | IMP | STK */
739         FPE_FLTDIV,     /* 64 - DZ | IMP | STK */
740         FPE_FLTSUB,     /* 65 - INV | DZ | IMP | STK */
741         FPE_FLTDIV,     /* 66 - DNML | DZ | IMP | STK */
742         FPE_FLTSUB,     /* 67 - INV | DNML | DZ | IMP | STK */
743         FPE_FLTOVF,     /* 68 - OFL | IMP | STK */
744         FPE_FLTSUB,     /* 69 - INV | OFL | IMP | STK */
745         FPE_FLTUND,     /* 6A - DNML | OFL | IMP | STK */
746         FPE_FLTSUB,     /* 6B - INV | DNML | OFL | IMP | STK */
747         FPE_FLTDIV,     /* 6C - DZ | OFL | IMP | STK */
748         FPE_FLTSUB,     /* 6D - INV | DZ | OFL | IMP | STK */
749         FPE_FLTDIV,     /* 6E - DNML | DZ | OFL | IMP | STK */
750         FPE_FLTSUB,     /* 6F - INV | DNML | DZ | OFL | IMP | STK */
751         FPE_FLTUND,     /* 70 - UFL | IMP | STK */
752         FPE_FLTSUB,     /* 71 - INV | UFL | IMP | STK */
753         FPE_FLTUND,     /* 72 - DNML | UFL | IMP | STK */
754         FPE_FLTSUB,     /* 73 - INV | DNML | UFL | IMP | STK */
755         FPE_FLTDIV,     /* 74 - DZ | UFL | IMP | STK */
756         FPE_FLTSUB,     /* 75 - INV | DZ | UFL | IMP | STK */
757         FPE_FLTDIV,     /* 76 - DNML | DZ | UFL | IMP | STK */
758         FPE_FLTSUB,     /* 77 - INV | DNML | DZ | UFL | IMP | STK */
759         FPE_FLTOVF,     /* 78 - OFL | UFL | IMP | STK */
760         FPE_FLTSUB,     /* 79 - INV | OFL | UFL | IMP | STK */
761         FPE_FLTUND,     /* 7A - DNML | OFL | UFL | IMP | STK */
762         FPE_FLTSUB,     /* 7B - INV | DNML | OFL | UFL | IMP | STK */
763         FPE_FLTDIV,     /* 7C - DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
764         FPE_FLTSUB,     /* 7D - INV | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
765         FPE_FLTDIV,     /* 7E - DNML | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
766         FPE_FLTSUB,     /* 7F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
767 };
768
769 /*
770  * Read the FP status and control words, then generate si_code value
771  * for SIGFPE.  The error code chosen will be one of the
772  * FPE_... macros.  It will be sent as the second argument to old
773  * BSD-style signal handlers and as "siginfo_t->si_code" (second
774  * argument) to SA_SIGINFO signal handlers.
775  *
776  * Some time ago, we cleared the x87 exceptions with FNCLEX there.
777  * Clearing exceptions was necessary mainly to avoid IRQ13 bugs.  The
778  * usermode code which understands the FPU hardware enough to enable
779  * the exceptions, can also handle clearing the exception state in the
780  * handler.  The only consequence of not clearing the exception is the
781  * rethrow of the SIGFPE on return from the signal handler and
782  * reexecution of the corresponding instruction.
783  *
784  * For XMM traps, the exceptions were never cleared.
785  */
786 int
787 npxtrap_x87(void)
788 {
789         u_short control, status;
790
791         if (!hw_float) {
792                 printf(
793         "npxtrap_x87: fpcurthread = %p, curthread = %p, hw_float = %d\n",
794                        PCPU_GET(fpcurthread), curthread, hw_float);
795                 panic("npxtrap from nowhere");
796         }
797         critical_enter();
798
799         /*
800          * Interrupt handling (for another interrupt) may have pushed the
801          * state to memory.  Fetch the relevant parts of the state from
802          * wherever they are.
803          */
804         if (PCPU_GET(fpcurthread) != curthread) {
805                 control = GET_FPU_CW(curthread);
806                 status = GET_FPU_SW(curthread);
807         } else {
808                 fnstcw(&control);
809                 fnstsw(&status);
810         }
811         critical_exit();
812         return (fpetable[status & ((~control & 0x3f) | 0x40)]);
813 }
814
815 int
816 npxtrap_sse(void)
817 {
818         u_int mxcsr;
819
820         if (!hw_float) {
821                 printf(
822         "npxtrap_sse: fpcurthread = %p, curthread = %p, hw_float = %d\n",
823                        PCPU_GET(fpcurthread), curthread, hw_float);
824                 panic("npxtrap from nowhere");
825         }
826         critical_enter();
827         if (PCPU_GET(fpcurthread) != curthread)
828                 mxcsr = curthread->td_pcb->pcb_save->sv_xmm.sv_env.en_mxcsr;
829         else
830                 stmxcsr(&mxcsr);
831         critical_exit();
832         return (fpetable[(mxcsr & (~mxcsr >> 7)) & 0x3f]);
833 }
834
835 static void
836 restore_npx_curthread(struct thread *td, struct pcb *pcb)
837 {
838
839         /*
840          * Record new context early in case frstor causes a trap.
841          */
842         PCPU_SET(fpcurthread, td);
843
844         stop_emulating();
845         if (cpu_fxsr)
846                 fpu_clean_state();
847
848         if ((pcb->pcb_flags & PCB_NPXINITDONE) == 0) {
849                 /*
850                  * This is the first time this thread has used the FPU or
851                  * the PCB doesn't contain a clean FPU state.  Explicitly
852                  * load an initial state.
853                  *
854                  * We prefer to restore the state from the actual save
855                  * area in PCB instead of directly loading from
856                  * npx_initialstate, to ignite the XSAVEOPT
857                  * tracking engine.
858                  */
859                 bcopy(npx_initialstate, pcb->pcb_save, cpu_max_ext_state_size);
860                 fpurstor(pcb->pcb_save);
861                 if (pcb->pcb_initial_npxcw != __INITIAL_NPXCW__)
862                         fldcw(pcb->pcb_initial_npxcw);
863                 pcb->pcb_flags |= PCB_NPXINITDONE;
864                 if (PCB_USER_FPU(pcb))
865                         pcb->pcb_flags |= PCB_NPXUSERINITDONE;
866         } else {
867                 fpurstor(pcb->pcb_save);
868         }
869 }
870
871 /*
872  * Implement device not available (DNA) exception
873  *
874  * It would be better to switch FP context here (if curthread != fpcurthread)
875  * and not necessarily for every context switch, but it is too hard to
876  * access foreign pcb's.
877  */
878 int
879 npxdna(void)
880 {
881         struct thread *td;
882
883         if (!hw_float)
884                 return (0);
885         td = curthread;
886         critical_enter();
887         if (__predict_false(PCPU_GET(fpcurthread) == td)) {
888                 /*
889                  * Some virtual machines seems to set %cr0.TS at
890                  * arbitrary moments.  Silently clear the TS bit
891                  * regardless of the eager/lazy FPU context switch
892                  * mode.
893                  */
894                 stop_emulating();
895         } else {
896                 if (__predict_false(PCPU_GET(fpcurthread) != NULL)) {
897                         printf(
898                     "npxdna: fpcurthread = %p (%d), curthread = %p (%d)\n",
899                             PCPU_GET(fpcurthread),
900                             PCPU_GET(fpcurthread)->td_proc->p_pid,
901                             td, td->td_proc->p_pid);
902                         panic("npxdna");
903                 }
904                 restore_npx_curthread(td, td->td_pcb);
905         }
906         critical_exit();
907         return (1);
908 }
909
910 /*
911  * Wrapper for fpusave() called from context switch routines.
912  *
913  * npxsave() must be called with interrupts disabled, so that it clears
914  * fpcurthread atomically with saving the state.  We require callers to do the
915  * disabling, since most callers need to disable interrupts anyway to call
916  * npxsave() atomically with checking fpcurthread.
917  */
918 void
919 npxsave(union savefpu *addr)
920 {
921
922         stop_emulating();
923         fpusave(addr);
924 }
925
926 void npxswitch(struct thread *td, struct pcb *pcb);
927 void
928 npxswitch(struct thread *td, struct pcb *pcb)
929 {
930
931         if (lazy_fpu_switch || (td->td_pflags & TDP_KTHREAD) != 0 ||
932             !PCB_USER_FPU(pcb)) {
933                 start_emulating();
934                 PCPU_SET(fpcurthread, NULL);
935         } else if (PCPU_GET(fpcurthread) != td) {
936                 restore_npx_curthread(td, pcb);
937         }
938 }
939
940 /*
941  * Unconditionally save the current co-processor state across suspend and
942  * resume.
943  */
944 void
945 npxsuspend(union savefpu *addr)
946 {
947         register_t cr0;
948
949         if (!hw_float)
950                 return;
951         if (PCPU_GET(fpcurthread) == NULL) {
952                 bcopy(npx_initialstate, addr, cpu_max_ext_state_size);
953                 return;
954         }
955         cr0 = rcr0();
956         stop_emulating();
957         fpusave(addr);
958         load_cr0(cr0);
959 }
960
961 void
962 npxresume(union savefpu *addr)
963 {
964         register_t cr0;
965
966         if (!hw_float)
967                 return;
968
969         cr0 = rcr0();
970         npxinit(false);
971         stop_emulating();
972         fpurstor(addr);
973         load_cr0(cr0);
974 }
975
976 void
977 npxdrop(void)
978 {
979         struct thread *td;
980
981         /*
982          * Discard pending exceptions in the !cpu_fxsr case so that unmasked
983          * ones don't cause a panic on the next frstor.
984          */
985         if (!cpu_fxsr)
986                 fnclex();
987
988         td = PCPU_GET(fpcurthread);
989         KASSERT(td == curthread, ("fpudrop: fpcurthread != curthread"));
990         CRITICAL_ASSERT(td);
991         PCPU_SET(fpcurthread, NULL);
992         td->td_pcb->pcb_flags &= ~PCB_NPXINITDONE;
993         start_emulating();
994 }
995
996 /*
997  * Get the user state of the FPU into pcb->pcb_user_save without
998  * dropping ownership (if possible).  It returns the FPU ownership
999  * status.
1000  */
1001 int
1002 npxgetregs(struct thread *td)
1003 {
1004         struct pcb *pcb;
1005         uint64_t *xstate_bv, bit;
1006         char *sa;
1007         int max_ext_n, i;
1008         int owned;
1009
1010         if (!hw_float)
1011                 return (_MC_FPOWNED_NONE);
1012
1013         pcb = td->td_pcb;
1014         critical_enter();
1015         if ((pcb->pcb_flags & PCB_NPXINITDONE) == 0) {
1016                 bcopy(npx_initialstate, get_pcb_user_save_pcb(pcb),
1017                     cpu_max_ext_state_size);
1018                 SET_FPU_CW(get_pcb_user_save_pcb(pcb), pcb->pcb_initial_npxcw);
1019                 npxuserinited(td);
1020                 critical_exit();
1021                 return (_MC_FPOWNED_PCB);
1022         }
1023         if (td == PCPU_GET(fpcurthread)) {
1024                 fpusave(get_pcb_user_save_pcb(pcb));
1025                 if (!cpu_fxsr)
1026                         /*
1027                          * fnsave initializes the FPU and destroys whatever
1028                          * context it contains.  Make sure the FPU owner
1029                          * starts with a clean state next time.
1030                          */
1031                         npxdrop();
1032                 owned = _MC_FPOWNED_FPU;
1033         } else {
1034                 owned = _MC_FPOWNED_PCB;
1035         }
1036         if (use_xsave) {
1037                 /*
1038                  * Handle partially saved state.
1039                  */
1040                 sa = (char *)get_pcb_user_save_pcb(pcb);
1041                 xstate_bv = (uint64_t *)(sa + sizeof(union savefpu) +
1042                     offsetof(struct xstate_hdr, xstate_bv));
1043                 if (xsave_mask >> 32 != 0)
1044                         max_ext_n = fls(xsave_mask >> 32) + 32;
1045                 else
1046                         max_ext_n = fls(xsave_mask);
1047                 for (i = 0; i < max_ext_n; i++) {
1048                         bit = 1ULL << i;
1049                         if ((xsave_mask & bit) == 0 || (*xstate_bv & bit) != 0)
1050                                 continue;
1051                         bcopy((char *)npx_initialstate +
1052                             xsave_area_desc[i].offset,
1053                             sa + xsave_area_desc[i].offset,
1054                             xsave_area_desc[i].size);
1055                         *xstate_bv |= bit;
1056                 }
1057         }
1058         critical_exit();
1059         return (owned);
1060 }
1061
1062 void
1063 npxuserinited(struct thread *td)
1064 {
1065         struct pcb *pcb;
1066
1067         CRITICAL_ASSERT(td);
1068         pcb = td->td_pcb;
1069         if (PCB_USER_FPU(pcb))
1070                 pcb->pcb_flags |= PCB_NPXINITDONE;
1071         pcb->pcb_flags |= PCB_NPXUSERINITDONE;
1072 }
1073
1074 int
1075 npxsetxstate(struct thread *td, char *xfpustate, size_t xfpustate_size)
1076 {
1077         struct xstate_hdr *hdr, *ehdr;
1078         size_t len, max_len;
1079         uint64_t bv;
1080
1081         /* XXXKIB should we clear all extended state in xstate_bv instead ? */
1082         if (xfpustate == NULL)
1083                 return (0);
1084         if (!use_xsave)
1085                 return (EOPNOTSUPP);
1086
1087         len = xfpustate_size;
1088         if (len < sizeof(struct xstate_hdr))
1089                 return (EINVAL);
1090         max_len = cpu_max_ext_state_size - sizeof(union savefpu);
1091         if (len > max_len)
1092                 return (EINVAL);
1093
1094         ehdr = (struct xstate_hdr *)xfpustate;
1095         bv = ehdr->xstate_bv;
1096
1097         /*
1098          * Avoid #gp.
1099          */
1100         if (bv & ~xsave_mask)
1101                 return (EINVAL);
1102
1103         hdr = (struct xstate_hdr *)(get_pcb_user_save_td(td) + 1);
1104
1105         hdr->xstate_bv = bv;
1106         bcopy(xfpustate + sizeof(struct xstate_hdr),
1107             (char *)(hdr + 1), len - sizeof(struct xstate_hdr));
1108
1109         return (0);
1110 }
1111
1112 int
1113 npxsetregs(struct thread *td, union savefpu *addr, char *xfpustate,
1114         size_t xfpustate_size)
1115 {
1116         struct pcb *pcb;
1117         int error;
1118
1119         if (!hw_float)
1120                 return (ENXIO);
1121
1122         if (cpu_fxsr)
1123                 addr->sv_xmm.sv_env.en_mxcsr &= cpu_mxcsr_mask;
1124         pcb = td->td_pcb;
1125         error = 0;
1126         critical_enter();
1127         if (td == PCPU_GET(fpcurthread) && PCB_USER_FPU(pcb)) {
1128                 error = npxsetxstate(td, xfpustate, xfpustate_size);
1129                 if (error == 0) {
1130                         if (!cpu_fxsr)
1131                                 fnclex();       /* As in npxdrop(). */
1132                         bcopy(addr, get_pcb_user_save_td(td), sizeof(*addr));
1133                         fpurstor(get_pcb_user_save_td(td));
1134                         pcb->pcb_flags |= PCB_NPXUSERINITDONE | PCB_NPXINITDONE;
1135                 }
1136         } else {
1137                 error = npxsetxstate(td, xfpustate, xfpustate_size);
1138                 if (error == 0) {
1139                         bcopy(addr, get_pcb_user_save_td(td), sizeof(*addr));
1140                         npxuserinited(td);
1141                 }
1142         }
1143         critical_exit();
1144         return (error);
1145 }
1146
1147 static void
1148 npx_fill_fpregs_xmm1(struct savexmm *sv_xmm, struct save87 *sv_87)
1149 {
1150         struct env87 *penv_87;
1151         struct envxmm *penv_xmm;
1152         int i;
1153
1154         penv_87 = &sv_87->sv_env;
1155         penv_xmm = &sv_xmm->sv_env;
1156
1157         /* FPU control/status */
1158         penv_87->en_cw = penv_xmm->en_cw;
1159         penv_87->en_sw = penv_xmm->en_sw;
1160         penv_87->en_fip = penv_xmm->en_fip;
1161         penv_87->en_fcs = penv_xmm->en_fcs;
1162         penv_87->en_opcode = penv_xmm->en_opcode;
1163         penv_87->en_foo = penv_xmm->en_foo;
1164         penv_87->en_fos = penv_xmm->en_fos;
1165
1166         /* FPU registers and tags */
1167         penv_87->en_tw = 0xffff;
1168         for (i = 0; i < 8; ++i) {
1169                 sv_87->sv_ac[i] = sv_xmm->sv_fp[i].fp_acc;
1170                 if ((penv_xmm->en_tw & (1 << i)) != 0)
1171                         /* zero and special are set as valid */
1172                         penv_87->en_tw &= ~(3 << i * 2);
1173         }
1174 }
1175
1176 void
1177 npx_fill_fpregs_xmm(struct savexmm *sv_xmm, struct save87 *sv_87)
1178 {
1179
1180         bzero(sv_87, sizeof(*sv_87));
1181         npx_fill_fpregs_xmm1(sv_xmm, sv_87);
1182 }
1183
1184 void
1185 npx_set_fpregs_xmm(struct save87 *sv_87, struct savexmm *sv_xmm)
1186 {
1187         struct env87 *penv_87;
1188         struct envxmm *penv_xmm;
1189         int i;
1190
1191         penv_87 = &sv_87->sv_env;
1192         penv_xmm = &sv_xmm->sv_env;
1193
1194         /* FPU control/status */
1195         penv_xmm->en_cw = penv_87->en_cw;
1196         penv_xmm->en_sw = penv_87->en_sw;
1197         penv_xmm->en_fip = penv_87->en_fip;
1198         penv_xmm->en_fcs = penv_87->en_fcs;
1199         penv_xmm->en_opcode = penv_87->en_opcode;
1200         penv_xmm->en_foo = penv_87->en_foo;
1201         penv_xmm->en_fos = penv_87->en_fos;
1202
1203         /*
1204          * FPU registers and tags.
1205          * Abridged  /  Full translation (values in binary), see FXSAVE spec.
1206          * 0            11
1207          * 1            00, 01, 10
1208          */
1209         penv_xmm->en_tw = 0;
1210         for (i = 0; i < 8; ++i) {
1211                 sv_xmm->sv_fp[i].fp_acc = sv_87->sv_ac[i];
1212                 if ((penv_87->en_tw & (3 << i * 2)) != (3 << i * 2))
1213                         penv_xmm->en_tw |= 1 << i;
1214         }
1215 }
1216
1217 void
1218 npx_get_fsave(void *addr)
1219 {
1220         struct thread *td;
1221         union savefpu *sv;
1222
1223         td = curthread;
1224         npxgetregs(td);
1225         sv = get_pcb_user_save_td(td);
1226         if (cpu_fxsr)
1227                 npx_fill_fpregs_xmm1(&sv->sv_xmm, addr);
1228         else
1229                 bcopy(sv, addr, sizeof(struct env87) +
1230                     sizeof(struct fpacc87[8]));
1231 }
1232
1233 int
1234 npx_set_fsave(void *addr)
1235 {
1236         union savefpu sv;
1237         int error;
1238
1239         bzero(&sv, sizeof(sv));
1240         if (cpu_fxsr)
1241                 npx_set_fpregs_xmm(addr, &sv.sv_xmm);
1242         else
1243                 bcopy(addr, &sv, sizeof(struct env87) +
1244                     sizeof(struct fpacc87[8]));
1245         error = npxsetregs(curthread, &sv, NULL, 0);
1246         return (error);
1247 }
1248
1249 /*
1250  * On AuthenticAMD processors, the fxrstor instruction does not restore
1251  * the x87's stored last instruction pointer, last data pointer, and last
1252  * opcode values, except in the rare case in which the exception summary
1253  * (ES) bit in the x87 status word is set to 1.
1254  *
1255  * In order to avoid leaking this information across processes, we clean
1256  * these values by performing a dummy load before executing fxrstor().
1257  */
1258 static void
1259 fpu_clean_state(void)
1260 {
1261         static float dummy_variable = 0.0;
1262         u_short status;
1263
1264         /*
1265          * Clear the ES bit in the x87 status word if it is currently
1266          * set, in order to avoid causing a fault in the upcoming load.
1267          */
1268         fnstsw(&status);
1269         if (status & 0x80)
1270                 fnclex();
1271
1272         /*
1273          * Load the dummy variable into the x87 stack.  This mangles
1274          * the x87 stack, but we don't care since we're about to call
1275          * fxrstor() anyway.
1276          */
1277         __asm __volatile("ffree %%st(7); flds %0" : : "m" (dummy_variable));
1278 }
1279
1280 static void
1281 fpurstor(union savefpu *addr)
1282 {
1283
1284         if (use_xsave)
1285                 xrstor((char *)addr, xsave_mask);
1286         else if (cpu_fxsr)
1287                 fxrstor(addr);
1288         else
1289                 frstor(addr);
1290 }
1291
1292 #ifdef DEV_ISA
1293 /*
1294  * This sucks up the legacy ISA support assignments from PNPBIOS/ACPI.
1295  */
1296 static struct isa_pnp_id npxisa_ids[] = {
1297         { 0x040cd041, "Legacy ISA coprocessor support" }, /* PNP0C04 */
1298         { 0 }
1299 };
1300
1301 static int
1302 npxisa_probe(device_t dev)
1303 {
1304         int result;
1305         if ((result = ISA_PNP_PROBE(device_get_parent(dev), dev, npxisa_ids)) <= 0) {
1306                 device_quiet(dev);
1307         }
1308         return(result);
1309 }
1310
1311 static int
1312 npxisa_attach(device_t dev)
1313 {
1314         return (0);
1315 }
1316
1317 static device_method_t npxisa_methods[] = {
1318         /* Device interface */
1319         DEVMETHOD(device_probe,         npxisa_probe),
1320         DEVMETHOD(device_attach,        npxisa_attach),
1321         DEVMETHOD(device_detach,        bus_generic_detach),
1322         DEVMETHOD(device_shutdown,      bus_generic_shutdown),
1323         DEVMETHOD(device_suspend,       bus_generic_suspend),
1324         DEVMETHOD(device_resume,        bus_generic_resume),
1325         
1326         { 0, 0 }
1327 };
1328
1329 static driver_t npxisa_driver = {
1330         "npxisa",
1331         npxisa_methods,
1332         1,                      /* no softc */
1333 };
1334
1335 static devclass_t npxisa_devclass;
1336
1337 DRIVER_MODULE(npxisa, isa, npxisa_driver, npxisa_devclass, 0, 0);
1338 DRIVER_MODULE(npxisa, acpi, npxisa_driver, npxisa_devclass, 0, 0);
1339 ISA_PNP_INFO(npxisa_ids);
1340 #endif /* DEV_ISA */
1341
1342 static MALLOC_DEFINE(M_FPUKERN_CTX, "fpukern_ctx",
1343     "Kernel contexts for FPU state");
1344
1345 #define FPU_KERN_CTX_NPXINITDONE 0x01
1346 #define FPU_KERN_CTX_DUMMY       0x02
1347 #define FPU_KERN_CTX_INUSE       0x04
1348
1349 struct fpu_kern_ctx {
1350         union savefpu *prev;
1351         uint32_t flags;
1352         char hwstate1[];
1353 };
1354
1355 struct fpu_kern_ctx *
1356 fpu_kern_alloc_ctx(u_int flags)
1357 {
1358         struct fpu_kern_ctx *res;
1359         size_t sz;
1360
1361         sz = sizeof(struct fpu_kern_ctx) + XSAVE_AREA_ALIGN +
1362             cpu_max_ext_state_size;
1363         res = malloc(sz, M_FPUKERN_CTX, ((flags & FPU_KERN_NOWAIT) ?
1364             M_NOWAIT : M_WAITOK) | M_ZERO);
1365         return (res);
1366 }
1367
1368 void
1369 fpu_kern_free_ctx(struct fpu_kern_ctx *ctx)
1370 {
1371
1372         KASSERT((ctx->flags & FPU_KERN_CTX_INUSE) == 0, ("free'ing inuse ctx"));
1373         /* XXXKIB clear the memory ? */
1374         free(ctx, M_FPUKERN_CTX);
1375 }
1376
1377 static union savefpu *
1378 fpu_kern_ctx_savefpu(struct fpu_kern_ctx *ctx)
1379 {
1380         vm_offset_t p;
1381
1382         p = (vm_offset_t)&ctx->hwstate1;
1383         p = roundup2(p, XSAVE_AREA_ALIGN);
1384         return ((union savefpu *)p);
1385 }
1386
1387 void
1388 fpu_kern_enter(struct thread *td, struct fpu_kern_ctx *ctx, u_int flags)
1389 {
1390         struct pcb *pcb;
1391
1392         KASSERT((ctx->flags & FPU_KERN_CTX_INUSE) == 0, ("using inuse ctx"));
1393
1394         if ((flags & FPU_KERN_KTHR) != 0 && is_fpu_kern_thread(0)) {
1395                 ctx->flags = FPU_KERN_CTX_DUMMY | FPU_KERN_CTX_INUSE;
1396                 return;
1397         }
1398         pcb = td->td_pcb;
1399         critical_enter();
1400         KASSERT(!PCB_USER_FPU(pcb) || pcb->pcb_save ==
1401             get_pcb_user_save_pcb(pcb), ("mangled pcb_save"));
1402         ctx->flags = FPU_KERN_CTX_INUSE;
1403         if ((pcb->pcb_flags & PCB_NPXINITDONE) != 0)
1404                 ctx->flags |= FPU_KERN_CTX_NPXINITDONE;
1405         npxexit(td);
1406         ctx->prev = pcb->pcb_save;
1407         pcb->pcb_save = fpu_kern_ctx_savefpu(ctx);
1408         pcb->pcb_flags |= PCB_KERNNPX;
1409         pcb->pcb_flags &= ~PCB_NPXINITDONE;
1410         critical_exit();
1411 }
1412
1413 int
1414 fpu_kern_leave(struct thread *td, struct fpu_kern_ctx *ctx)
1415 {
1416         struct pcb *pcb;
1417
1418         KASSERT((ctx->flags & FPU_KERN_CTX_INUSE) != 0,
1419             ("leaving not inuse ctx"));
1420         ctx->flags &= ~FPU_KERN_CTX_INUSE;
1421
1422         if (is_fpu_kern_thread(0) && (ctx->flags & FPU_KERN_CTX_DUMMY) != 0)
1423                 return (0);
1424         pcb = td->td_pcb;
1425         critical_enter();
1426         if (curthread == PCPU_GET(fpcurthread))
1427                 npxdrop();
1428         pcb->pcb_save = ctx->prev;
1429         if (pcb->pcb_save == get_pcb_user_save_pcb(pcb)) {
1430                 if ((pcb->pcb_flags & PCB_NPXUSERINITDONE) != 0)
1431                         pcb->pcb_flags |= PCB_NPXINITDONE;
1432                 else
1433                         pcb->pcb_flags &= ~PCB_NPXINITDONE;
1434                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_KERNNPX;
1435         } else {
1436                 if ((ctx->flags & FPU_KERN_CTX_NPXINITDONE) != 0)
1437                         pcb->pcb_flags |= PCB_NPXINITDONE;
1438                 else
1439                         pcb->pcb_flags &= ~PCB_NPXINITDONE;
1440                 KASSERT(!PCB_USER_FPU(pcb), ("unpaired fpu_kern_leave"));
1441         }
1442         critical_exit();
1443         return (0);
1444 }
1445
1446 int
1447 fpu_kern_thread(u_int flags)
1448 {
1449
1450         KASSERT((curthread->td_pflags & TDP_KTHREAD) != 0,
1451             ("Only kthread may use fpu_kern_thread"));
1452         KASSERT(curpcb->pcb_save == get_pcb_user_save_pcb(curpcb),
1453             ("mangled pcb_save"));
1454         KASSERT(PCB_USER_FPU(curpcb), ("recursive call"));
1455
1456         curpcb->pcb_flags |= PCB_KERNNPX;
1457         return (0);
1458 }
1459
1460 int
1461 is_fpu_kern_thread(u_int flags)
1462 {
1463
1464         if ((curthread->td_pflags & TDP_KTHREAD) == 0)
1465                 return (0);
1466         return ((curpcb->pcb_flags & PCB_KERNNPX) != 0);
1467 }
1468
1469 /*
1470  * FPU save area alloc/free/init utility routines
1471  */
1472 union savefpu *
1473 fpu_save_area_alloc(void)
1474 {
1475
1476         return (uma_zalloc(fpu_save_area_zone, 0));
1477 }
1478
1479 void
1480 fpu_save_area_free(union savefpu *fsa)
1481 {
1482
1483         uma_zfree(fpu_save_area_zone, fsa);
1484 }
1485
1486 void
1487 fpu_save_area_reset(union savefpu *fsa)
1488 {
1489
1490         bcopy(npx_initialstate, fsa, cpu_max_ext_state_size);
1491 }