]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/i386/i386/npx.c
libarchive: merge from vendor branch
[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 #define fldcw(cw)               __asm __volatile("fldcw %0" : : "m" (cw))
83 #define fnclex()                __asm __volatile("fnclex")
84 #define fninit()                __asm __volatile("fninit")
85 #define fnsave(addr)            __asm __volatile("fnsave %0" : "=m" (*(addr)))
86 #define fnstcw(addr)            __asm __volatile("fnstcw %0" : "=m" (*(addr)))
87 #define fnstsw(addr)            __asm __volatile("fnstsw %0" : "=am" (*(addr)))
88 #define fp_divide_by_0()        __asm __volatile( \
89                                     "fldz; fld1; fdiv %st,%st(1); fnop")
90 #define frstor(addr)            __asm __volatile("frstor %0" : : "m" (*(addr)))
91 #define fxrstor(addr)           __asm __volatile("fxrstor %0" : : "m" (*(addr)))
92 #define fxsave(addr)            __asm __volatile("fxsave %0" : "=m" (*(addr)))
93 #define ldmxcsr(csr)            __asm __volatile("ldmxcsr %0" : : "m" (csr))
94 #define stmxcsr(addr)           __asm __volatile("stmxcsr %0" : : "m" (*(addr)))
95
96 static __inline void
97 xrstor(char *addr, uint64_t mask)
98 {
99         uint32_t low, hi;
100
101         low = mask;
102         hi = mask >> 32;
103         __asm __volatile("xrstor %0" : : "m" (*addr), "a" (low), "d" (hi));
104 }
105
106 static __inline void
107 xsave(char *addr, uint64_t mask)
108 {
109         uint32_t low, hi;
110
111         low = mask;
112         hi = mask >> 32;
113         __asm __volatile("xsave %0" : "=m" (*addr) : "a" (low), "d" (hi) :
114             "memory");
115 }
116
117 static __inline void
118 xsaveopt(char *addr, uint64_t mask)
119 {
120         uint32_t low, hi;
121
122         low = mask;
123         hi = mask >> 32;
124         __asm __volatile("xsaveopt %0" : "=m" (*addr) : "a" (low), "d" (hi) :
125             "memory");
126 }
127
128 #define start_emulating()       load_cr0(rcr0() | CR0_TS)
129 #define stop_emulating()        clts()
130
131 #define GET_FPU_CW(thread) \
132         (cpu_fxsr ? \
133                 (thread)->td_pcb->pcb_save->sv_xmm.sv_env.en_cw : \
134                 (thread)->td_pcb->pcb_save->sv_87.sv_env.en_cw)
135 #define GET_FPU_SW(thread) \
136         (cpu_fxsr ? \
137                 (thread)->td_pcb->pcb_save->sv_xmm.sv_env.en_sw : \
138                 (thread)->td_pcb->pcb_save->sv_87.sv_env.en_sw)
139 #define SET_FPU_CW(savefpu, value) do { \
140         if (cpu_fxsr) \
141                 (savefpu)->sv_xmm.sv_env.en_cw = (value); \
142         else \
143                 (savefpu)->sv_87.sv_env.en_cw = (value); \
144 } while (0)
145
146 CTASSERT(sizeof(union savefpu) == 512);
147 CTASSERT(sizeof(struct xstate_hdr) == 64);
148 CTASSERT(sizeof(struct savefpu_ymm) == 832);
149
150 /*
151  * This requirement is to make it easier for asm code to calculate
152  * offset of the fpu save area from the pcb address. FPU save area
153  * must be 64-byte aligned.
154  */
155 CTASSERT(sizeof(struct pcb) % XSAVE_AREA_ALIGN == 0);
156
157 /*
158  * Ensure the copy of XCR0 saved in a core is contained in the padding
159  * area.
160  */
161 CTASSERT(X86_XSTATE_XCR0_OFFSET >= offsetof(struct savexmm, sv_pad) &&
162     X86_XSTATE_XCR0_OFFSET + sizeof(uint64_t) <= sizeof(struct savexmm));
163
164 static  void    fpu_clean_state(void);
165
166 static  void    fpurstor(union savefpu *);
167
168 int     hw_float;
169
170 SYSCTL_INT(_hw, HW_FLOATINGPT, floatingpoint, CTLFLAG_RD,
171     &hw_float, 0, "Floating point instructions executed in hardware");
172
173 int lazy_fpu_switch = 0;
174 SYSCTL_INT(_hw, OID_AUTO, lazy_fpu_switch, CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
175     &lazy_fpu_switch, 0,
176     "Lazily load FPU context after context switch");
177
178 u_int cpu_fxsr;         /* SSE enabled */
179 int use_xsave;
180 uint64_t xsave_mask;
181 static  uma_zone_t fpu_save_area_zone;
182 static  union savefpu *npx_initialstate;
183
184 static struct xsave_area_elm_descr {
185         u_int   offset;
186         u_int   size;
187 } *xsave_area_desc;
188
189 static  volatile u_int          npx_traps_while_probing;
190
191 alias_for_inthand_t probetrap;
192 __asm("                                                         \n\
193         .text                                                   \n\
194         .p2align 2,0x90                                         \n\
195         .type   " __XSTRING(CNAME(probetrap)) ",@function       \n\
196 " __XSTRING(CNAME(probetrap)) ":                                \n\
197         ss                                                      \n\
198         incl    " __XSTRING(CNAME(npx_traps_while_probing)) "   \n\
199         fnclex                                                  \n\
200         iret                                                    \n\
201 ");
202
203 /*
204  * Determine if an FPU is present and how to use it.
205  */
206 static int
207 npx_probe(void)
208 {
209         struct gate_descriptor save_idt_npxtrap;
210         u_short control, status;
211
212         /*
213          * Modern CPUs all have an FPU that uses the INT16 interface
214          * and provide a simple way to verify that, so handle the
215          * common case right away.
216          */
217         if (cpu_feature & CPUID_FPU) {
218                 hw_float = 1;
219                 return (1);
220         }
221
222         save_idt_npxtrap = idt[IDT_MF];
223         setidt(IDT_MF, probetrap, SDT_SYS386TGT, SEL_KPL,
224             GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
225
226         /*
227          * Don't trap while we're probing.
228          */
229         stop_emulating();
230
231         /*
232          * Finish resetting the coprocessor, if any.  If there is an error
233          * pending, then we may get a bogus IRQ13, but npx_intr() will handle
234          * it OK.  Bogus halts have never been observed, but we enabled
235          * IRQ13 and cleared the BUSY# latch early to handle them anyway.
236          */
237         fninit();
238
239         /*
240          * Don't use fwait here because it might hang.
241          * Don't use fnop here because it usually hangs if there is no FPU.
242          */
243         DELAY(1000);            /* wait for any IRQ13 */
244 #ifdef DIAGNOSTIC
245         if (npx_traps_while_probing != 0)
246                 printf("fninit caused %u bogus npx trap(s)\n",
247                        npx_traps_while_probing);
248 #endif
249         /*
250          * Check for a status of mostly zero.
251          */
252         status = 0x5a5a;
253         fnstsw(&status);
254         if ((status & 0xb8ff) == 0) {
255                 /*
256                  * Good, now check for a proper control word.
257                  */
258                 control = 0x5a5a;
259                 fnstcw(&control);
260                 if ((control & 0x1f3f) == 0x033f) {
261                         /*
262                          * We have an npx, now divide by 0 to see if exception
263                          * 16 works.
264                          */
265                         control &= ~(1 << 2);   /* enable divide by 0 trap */
266                         fldcw(control);
267                         npx_traps_while_probing = 0;
268                         fp_divide_by_0();
269                         if (npx_traps_while_probing != 0) {
270                                 /*
271                                  * Good, exception 16 works.
272                                  */
273                                 hw_float = 1;
274                                 goto cleanup;
275                         }
276                         printf(
277         "FPU does not use exception 16 for error reporting\n");
278                         goto cleanup;
279                 }
280         }
281
282         /*
283          * Probe failed.  Floating point simply won't work.
284          * Notify user and disable FPU/MMX/SSE instruction execution.
285          */
286         printf("WARNING: no FPU!\n");
287         __asm __volatile("smsw %%ax; orb %0,%%al; lmsw %%ax" : :
288             "n" (CR0_EM | CR0_MP) : "ax");
289
290 cleanup:
291         idt[IDT_MF] = save_idt_npxtrap;
292         return (hw_float);
293 }
294
295 static void
296 fpusave_xsaveopt(union savefpu *addr)
297 {
298
299         xsaveopt((char *)addr, xsave_mask);
300 }
301
302 static void
303 fpusave_xsave(union savefpu *addr)
304 {
305
306         xsave((char *)addr, xsave_mask);
307 }
308
309 static void
310 fpusave_fxsave(union savefpu *addr)
311 {
312
313         fxsave((char *)addr);
314 }
315
316 static void
317 fpusave_fnsave(union savefpu *addr)
318 {
319
320         fnsave((char *)addr);
321 }
322
323 DEFINE_IFUNC(, void, fpusave, (union savefpu *))
324 {
325         if (use_xsave)
326                 return ((cpu_stdext_feature & CPUID_EXTSTATE_XSAVEOPT) != 0 ?
327                     fpusave_xsaveopt : fpusave_xsave);
328         if (cpu_fxsr)
329                 return (fpusave_fxsave);
330         return (fpusave_fnsave);
331 }
332
333 /*
334  * Enable XSAVE if supported and allowed by user.
335  * Calculate the xsave_mask.
336  */
337 static void
338 npxinit_bsp1(void)
339 {
340         u_int cp[4];
341         uint64_t xsave_mask_user;
342
343         TUNABLE_INT_FETCH("hw.lazy_fpu_switch", &lazy_fpu_switch);
344         if (!use_xsave)
345                 return;
346         cpuid_count(0xd, 0x0, cp);
347         xsave_mask = XFEATURE_ENABLED_X87 | XFEATURE_ENABLED_SSE;
348         if ((cp[0] & xsave_mask) != xsave_mask)
349                 panic("CPU0 does not support X87 or SSE: %x", cp[0]);
350         xsave_mask = ((uint64_t)cp[3] << 32) | cp[0];
351         xsave_mask_user = xsave_mask;
352         TUNABLE_QUAD_FETCH("hw.xsave_mask", &xsave_mask_user);
353         xsave_mask_user |= XFEATURE_ENABLED_X87 | XFEATURE_ENABLED_SSE;
354         xsave_mask &= xsave_mask_user;
355         if ((xsave_mask & XFEATURE_AVX512) != XFEATURE_AVX512)
356                 xsave_mask &= ~XFEATURE_AVX512;
357         if ((xsave_mask & XFEATURE_MPX) != XFEATURE_MPX)
358                 xsave_mask &= ~XFEATURE_MPX;
359 }
360
361 /*
362  * Calculate the fpu save area size.
363  */
364 static void
365 npxinit_bsp2(void)
366 {
367         u_int cp[4];
368
369         if (use_xsave) {
370                 cpuid_count(0xd, 0x0, cp);
371                 cpu_max_ext_state_size = cp[1];
372
373                 /*
374                  * Reload the cpu_feature2, since we enabled OSXSAVE.
375                  */
376                 do_cpuid(1, cp);
377                 cpu_feature2 = cp[2];
378         } else
379                 cpu_max_ext_state_size = sizeof(union savefpu);
380 }
381
382 /*
383  * Initialize floating point unit.
384  */
385 void
386 npxinit(bool bsp)
387 {
388         static union savefpu dummy;
389         register_t saveintr;
390         u_int mxcsr;
391         u_short control;
392
393         if (bsp) {
394                 if (!npx_probe())
395                         return;
396                 npxinit_bsp1();
397         }
398
399         if (use_xsave) {
400                 load_cr4(rcr4() | CR4_XSAVE);
401                 load_xcr(XCR0, xsave_mask);
402         }
403
404         /*
405          * XCR0 shall be set up before CPU can report the save area size.
406          */
407         if (bsp)
408                 npxinit_bsp2();
409
410         /*
411          * fninit has the same h/w bugs as fnsave.  Use the detoxified
412          * fnsave to throw away any junk in the fpu.  fpusave() initializes
413          * the fpu.
414          *
415          * It is too early for critical_enter() to work on AP.
416          */
417         saveintr = intr_disable();
418         stop_emulating();
419         if (cpu_fxsr)
420                 fninit();
421         else
422                 fnsave(&dummy);
423         control = __INITIAL_NPXCW__;
424         fldcw(control);
425         if (cpu_fxsr) {
426                 mxcsr = __INITIAL_MXCSR__;
427                 ldmxcsr(mxcsr);
428         }
429         start_emulating();
430         intr_restore(saveintr);
431 }
432
433 /*
434  * On the boot CPU we generate a clean state that is used to
435  * initialize the floating point unit when it is first used by a
436  * process.
437  */
438 static void
439 npxinitstate(void *arg __unused)
440 {
441         uint64_t *xstate_bv;
442         register_t saveintr;
443         int cp[4], i, max_ext_n;
444
445         if (!hw_float)
446                 return;
447
448         /* Do potentially blocking operations before disabling interrupts. */
449         fpu_save_area_zone = uma_zcreate("FPU_save_area",
450             cpu_max_ext_state_size, NULL, NULL, NULL, NULL,
451             XSAVE_AREA_ALIGN - 1, 0);
452         npx_initialstate = uma_zalloc(fpu_save_area_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
453         if (use_xsave) {
454                 if (xsave_mask >> 32 != 0)
455                         max_ext_n = fls(xsave_mask >> 32) + 32;
456                 else
457                         max_ext_n = fls(xsave_mask);
458                 xsave_area_desc = malloc(max_ext_n * sizeof(struct
459                     xsave_area_elm_descr), M_DEVBUF, M_WAITOK | M_ZERO);
460         }
461
462         saveintr = intr_disable();
463         stop_emulating();
464
465         if (cpu_fxsr)
466                 fpusave_fxsave(npx_initialstate);
467         else
468                 fpusave_fnsave(npx_initialstate);
469         if (cpu_fxsr) {
470                 if (npx_initialstate->sv_xmm.sv_env.en_mxcsr_mask)
471                         cpu_mxcsr_mask = 
472                             npx_initialstate->sv_xmm.sv_env.en_mxcsr_mask;
473                 else
474                         cpu_mxcsr_mask = 0xFFBF;
475
476                 /*
477                  * The fninit instruction does not modify XMM
478                  * registers or x87 registers (MM/ST).  The fpusave
479                  * call dumped the garbage contained in the registers
480                  * after reset to the initial state saved.  Clear XMM
481                  * and x87 registers file image to make the startup
482                  * program state and signal handler XMM/x87 register
483                  * content predictable.
484                  */
485                 bzero(npx_initialstate->sv_xmm.sv_fp,
486                     sizeof(npx_initialstate->sv_xmm.sv_fp));
487                 bzero(npx_initialstate->sv_xmm.sv_xmm,
488                     sizeof(npx_initialstate->sv_xmm.sv_xmm));
489
490         } else
491                 bzero(npx_initialstate->sv_87.sv_ac,
492                     sizeof(npx_initialstate->sv_87.sv_ac));
493
494         /*
495          * Create a table describing the layout of the CPU Extended
496          * Save Area.  See Intel SDM rev. 075 Vol. 1 13.4.1 "Legacy
497          * Region of an XSAVE Area" for the source of offsets/sizes.
498          * Note that 32bit XSAVE does not use %xmm8-%xmm15, see
499          * 10.5.1.2 and 13.5.2 "SSE State".
500          */
501         if (use_xsave) {
502                 xstate_bv = (uint64_t *)((char *)(npx_initialstate + 1) +
503                     offsetof(struct xstate_hdr, xstate_bv));
504                 *xstate_bv = XFEATURE_ENABLED_X87 | XFEATURE_ENABLED_SSE;
505
506                 /* x87 state */
507                 xsave_area_desc[0].offset = 0;
508                 xsave_area_desc[0].size = 160;
509                 /* XMM */
510                 xsave_area_desc[1].offset = 160;
511                 xsave_area_desc[1].size = 288 - 160;
512
513                 for (i = 2; i < max_ext_n; i++) {
514                         cpuid_count(0xd, i, cp);
515                         xsave_area_desc[i].offset = cp[1];
516                         xsave_area_desc[i].size = cp[0];
517                 }
518         }
519
520         start_emulating();
521         intr_restore(saveintr);
522 }
523 SYSINIT(npxinitstate, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, npxinitstate, NULL);
524
525 /*
526  * Free coprocessor (if we have it).
527  */
528 void
529 npxexit(struct thread *td)
530 {
531
532         critical_enter();
533         if (curthread == PCPU_GET(fpcurthread)) {
534                 stop_emulating();
535                 fpusave(curpcb->pcb_save);
536                 start_emulating();
537                 PCPU_SET(fpcurthread, NULL);
538         }
539         critical_exit();
540 #ifdef NPX_DEBUG
541         if (hw_float) {
542                 u_int   masked_exceptions;
543
544                 masked_exceptions = GET_FPU_CW(td) & GET_FPU_SW(td) & 0x7f;
545                 /*
546                  * Log exceptions that would have trapped with the old
547                  * control word (overflow, divide by 0, and invalid operand).
548                  */
549                 if (masked_exceptions & 0x0d)
550                         log(LOG_ERR,
551         "pid %d (%s) exited with masked floating point exceptions 0x%02x\n",
552                             td->td_proc->p_pid, td->td_proc->p_comm,
553                             masked_exceptions);
554         }
555 #endif
556 }
557
558 int
559 npxformat(void)
560 {
561
562         if (!hw_float)
563                 return (_MC_FPFMT_NODEV);
564         if (cpu_fxsr)
565                 return (_MC_FPFMT_XMM);
566         return (_MC_FPFMT_387);
567 }
568
569 /*
570  * The following mechanism is used to ensure that the FPE_... value
571  * that is passed as a trapcode to the signal handler of the user
572  * process does not have more than one bit set.
573  *
574  * Multiple bits may be set if the user process modifies the control
575  * word while a status word bit is already set.  While this is a sign
576  * of bad coding, we have no choice than to narrow them down to one
577  * bit, since we must not send a trapcode that is not exactly one of
578  * the FPE_ macros.
579  *
580  * The mechanism has a static table with 127 entries.  Each combination
581  * of the 7 FPU status word exception bits directly translates to a
582  * position in this table, where a single FPE_... value is stored.
583  * This FPE_... value stored there is considered the "most important"
584  * of the exception bits and will be sent as the signal code.  The
585  * precedence of the bits is based upon Intel Document "Numerical
586  * Applications", Chapter "Special Computational Situations".
587  *
588  * The macro to choose one of these values does these steps: 1) Throw
589  * away status word bits that cannot be masked.  2) Throw away the bits
590  * currently masked in the control word, assuming the user isn't
591  * interested in them anymore.  3) Reinsert status word bit 7 (stack
592  * fault) if it is set, which cannot be masked but must be presered.
593  * 4) Use the remaining bits to point into the trapcode table.
594  *
595  * The 6 maskable bits in order of their preference, as stated in the
596  * above referenced Intel manual:
597  * 1  Invalid operation (FP_X_INV)
598  * 1a   Stack underflow
599  * 1b   Stack overflow
600  * 1c   Operand of unsupported format
601  * 1d   SNaN operand.
602  * 2  QNaN operand (not an exception, irrelavant here)
603  * 3  Any other invalid-operation not mentioned above or zero divide
604  *      (FP_X_INV, FP_X_DZ)
605  * 4  Denormal operand (FP_X_DNML)
606  * 5  Numeric over/underflow (FP_X_OFL, FP_X_UFL)
607  * 6  Inexact result (FP_X_IMP) 
608  */
609 static char fpetable[128] = {
610         0,
611         FPE_FLTINV,     /*  1 - INV */
612         FPE_FLTUND,     /*  2 - DNML */
613         FPE_FLTINV,     /*  3 - INV | DNML */
614         FPE_FLTDIV,     /*  4 - DZ */
615         FPE_FLTINV,     /*  5 - INV | DZ */
616         FPE_FLTDIV,     /*  6 - DNML | DZ */
617         FPE_FLTINV,     /*  7 - INV | DNML | DZ */
618         FPE_FLTOVF,     /*  8 - OFL */
619         FPE_FLTINV,     /*  9 - INV | OFL */
620         FPE_FLTUND,     /*  A - DNML | OFL */
621         FPE_FLTINV,     /*  B - INV | DNML | OFL */
622         FPE_FLTDIV,     /*  C - DZ | OFL */
623         FPE_FLTINV,     /*  D - INV | DZ | OFL */
624         FPE_FLTDIV,     /*  E - DNML | DZ | OFL */
625         FPE_FLTINV,     /*  F - INV | DNML | DZ | OFL */
626         FPE_FLTUND,     /* 10 - UFL */
627         FPE_FLTINV,     /* 11 - INV | UFL */
628         FPE_FLTUND,     /* 12 - DNML | UFL */
629         FPE_FLTINV,     /* 13 - INV | DNML | UFL */
630         FPE_FLTDIV,     /* 14 - DZ | UFL */
631         FPE_FLTINV,     /* 15 - INV | DZ | UFL */
632         FPE_FLTDIV,     /* 16 - DNML | DZ | UFL */
633         FPE_FLTINV,     /* 17 - INV | DNML | DZ | UFL */
634         FPE_FLTOVF,     /* 18 - OFL | UFL */
635         FPE_FLTINV,     /* 19 - INV | OFL | UFL */
636         FPE_FLTUND,     /* 1A - DNML | OFL | UFL */
637         FPE_FLTINV,     /* 1B - INV | DNML | OFL | UFL */
638         FPE_FLTDIV,     /* 1C - DZ | OFL | UFL */
639         FPE_FLTINV,     /* 1D - INV | DZ | OFL | UFL */
640         FPE_FLTDIV,     /* 1E - DNML | DZ | OFL | UFL */
641         FPE_FLTINV,     /* 1F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL */
642         FPE_FLTRES,     /* 20 - IMP */
643         FPE_FLTINV,     /* 21 - INV | IMP */
644         FPE_FLTUND,     /* 22 - DNML | IMP */
645         FPE_FLTINV,     /* 23 - INV | DNML | IMP */
646         FPE_FLTDIV,     /* 24 - DZ | IMP */
647         FPE_FLTINV,     /* 25 - INV | DZ | IMP */
648         FPE_FLTDIV,     /* 26 - DNML | DZ | IMP */
649         FPE_FLTINV,     /* 27 - INV | DNML | DZ | IMP */
650         FPE_FLTOVF,     /* 28 - OFL | IMP */
651         FPE_FLTINV,     /* 29 - INV | OFL | IMP */
652         FPE_FLTUND,     /* 2A - DNML | OFL | IMP */
653         FPE_FLTINV,     /* 2B - INV | DNML | OFL | IMP */
654         FPE_FLTDIV,     /* 2C - DZ | OFL | IMP */
655         FPE_FLTINV,     /* 2D - INV | DZ | OFL | IMP */
656         FPE_FLTDIV,     /* 2E - DNML | DZ | OFL | IMP */
657         FPE_FLTINV,     /* 2F - INV | DNML | DZ | OFL | IMP */
658         FPE_FLTUND,     /* 30 - UFL | IMP */
659         FPE_FLTINV,     /* 31 - INV | UFL | IMP */
660         FPE_FLTUND,     /* 32 - DNML | UFL | IMP */
661         FPE_FLTINV,     /* 33 - INV | DNML | UFL | IMP */
662         FPE_FLTDIV,     /* 34 - DZ | UFL | IMP */
663         FPE_FLTINV,     /* 35 - INV | DZ | UFL | IMP */
664         FPE_FLTDIV,     /* 36 - DNML | DZ | UFL | IMP */
665         FPE_FLTINV,     /* 37 - INV | DNML | DZ | UFL | IMP */
666         FPE_FLTOVF,     /* 38 - OFL | UFL | IMP */
667         FPE_FLTINV,     /* 39 - INV | OFL | UFL | IMP */
668         FPE_FLTUND,     /* 3A - DNML | OFL | UFL | IMP */
669         FPE_FLTINV,     /* 3B - INV | DNML | OFL | UFL | IMP */
670         FPE_FLTDIV,     /* 3C - DZ | OFL | UFL | IMP */
671         FPE_FLTINV,     /* 3D - INV | DZ | OFL | UFL | IMP */
672         FPE_FLTDIV,     /* 3E - DNML | DZ | OFL | UFL | IMP */
673         FPE_FLTINV,     /* 3F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | IMP */
674         FPE_FLTSUB,     /* 40 - STK */
675         FPE_FLTSUB,     /* 41 - INV | STK */
676         FPE_FLTUND,     /* 42 - DNML | STK */
677         FPE_FLTSUB,     /* 43 - INV | DNML | STK */
678         FPE_FLTDIV,     /* 44 - DZ | STK */
679         FPE_FLTSUB,     /* 45 - INV | DZ | STK */
680         FPE_FLTDIV,     /* 46 - DNML | DZ | STK */
681         FPE_FLTSUB,     /* 47 - INV | DNML | DZ | STK */
682         FPE_FLTOVF,     /* 48 - OFL | STK */
683         FPE_FLTSUB,     /* 49 - INV | OFL | STK */
684         FPE_FLTUND,     /* 4A - DNML | OFL | STK */
685         FPE_FLTSUB,     /* 4B - INV | DNML | OFL | STK */
686         FPE_FLTDIV,     /* 4C - DZ | OFL | STK */
687         FPE_FLTSUB,     /* 4D - INV | DZ | OFL | STK */
688         FPE_FLTDIV,     /* 4E - DNML | DZ | OFL | STK */
689         FPE_FLTSUB,     /* 4F - INV | DNML | DZ | OFL | STK */
690         FPE_FLTUND,     /* 50 - UFL | STK */
691         FPE_FLTSUB,     /* 51 - INV | UFL | STK */
692         FPE_FLTUND,     /* 52 - DNML | UFL | STK */
693         FPE_FLTSUB,     /* 53 - INV | DNML | UFL | STK */
694         FPE_FLTDIV,     /* 54 - DZ | UFL | STK */
695         FPE_FLTSUB,     /* 55 - INV | DZ | UFL | STK */
696         FPE_FLTDIV,     /* 56 - DNML | DZ | UFL | STK */
697         FPE_FLTSUB,     /* 57 - INV | DNML | DZ | UFL | STK */
698         FPE_FLTOVF,     /* 58 - OFL | UFL | STK */
699         FPE_FLTSUB,     /* 59 - INV | OFL | UFL | STK */
700         FPE_FLTUND,     /* 5A - DNML | OFL | UFL | STK */
701         FPE_FLTSUB,     /* 5B - INV | DNML | OFL | UFL | STK */
702         FPE_FLTDIV,     /* 5C - DZ | OFL | UFL | STK */
703         FPE_FLTSUB,     /* 5D - INV | DZ | OFL | UFL | STK */
704         FPE_FLTDIV,     /* 5E - DNML | DZ | OFL | UFL | STK */
705         FPE_FLTSUB,     /* 5F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | STK */
706         FPE_FLTRES,     /* 60 - IMP | STK */
707         FPE_FLTSUB,     /* 61 - INV | IMP | STK */
708         FPE_FLTUND,     /* 62 - DNML | IMP | STK */
709         FPE_FLTSUB,     /* 63 - INV | DNML | IMP | STK */
710         FPE_FLTDIV,     /* 64 - DZ | IMP | STK */
711         FPE_FLTSUB,     /* 65 - INV | DZ | IMP | STK */
712         FPE_FLTDIV,     /* 66 - DNML | DZ | IMP | STK */
713         FPE_FLTSUB,     /* 67 - INV | DNML | DZ | IMP | STK */
714         FPE_FLTOVF,     /* 68 - OFL | IMP | STK */
715         FPE_FLTSUB,     /* 69 - INV | OFL | IMP | STK */
716         FPE_FLTUND,     /* 6A - DNML | OFL | IMP | STK */
717         FPE_FLTSUB,     /* 6B - INV | DNML | OFL | IMP | STK */
718         FPE_FLTDIV,     /* 6C - DZ | OFL | IMP | STK */
719         FPE_FLTSUB,     /* 6D - INV | DZ | OFL | IMP | STK */
720         FPE_FLTDIV,     /* 6E - DNML | DZ | OFL | IMP | STK */
721         FPE_FLTSUB,     /* 6F - INV | DNML | DZ | OFL | IMP | STK */
722         FPE_FLTUND,     /* 70 - UFL | IMP | STK */
723         FPE_FLTSUB,     /* 71 - INV | UFL | IMP | STK */
724         FPE_FLTUND,     /* 72 - DNML | UFL | IMP | STK */
725         FPE_FLTSUB,     /* 73 - INV | DNML | UFL | IMP | STK */
726         FPE_FLTDIV,     /* 74 - DZ | UFL | IMP | STK */
727         FPE_FLTSUB,     /* 75 - INV | DZ | UFL | IMP | STK */
728         FPE_FLTDIV,     /* 76 - DNML | DZ | UFL | IMP | STK */
729         FPE_FLTSUB,     /* 77 - INV | DNML | DZ | UFL | IMP | STK */
730         FPE_FLTOVF,     /* 78 - OFL | UFL | IMP | STK */
731         FPE_FLTSUB,     /* 79 - INV | OFL | UFL | IMP | STK */
732         FPE_FLTUND,     /* 7A - DNML | OFL | UFL | IMP | STK */
733         FPE_FLTSUB,     /* 7B - INV | DNML | OFL | UFL | IMP | STK */
734         FPE_FLTDIV,     /* 7C - DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
735         FPE_FLTSUB,     /* 7D - INV | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
736         FPE_FLTDIV,     /* 7E - DNML | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
737         FPE_FLTSUB,     /* 7F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
738 };
739
740 /*
741  * Read the FP status and control words, then generate si_code value
742  * for SIGFPE.  The error code chosen will be one of the
743  * FPE_... macros.  It will be sent as the second argument to old
744  * BSD-style signal handlers and as "siginfo_t->si_code" (second
745  * argument) to SA_SIGINFO signal handlers.
746  *
747  * Some time ago, we cleared the x87 exceptions with FNCLEX there.
748  * Clearing exceptions was necessary mainly to avoid IRQ13 bugs.  The
749  * usermode code which understands the FPU hardware enough to enable
750  * the exceptions, can also handle clearing the exception state in the
751  * handler.  The only consequence of not clearing the exception is the
752  * rethrow of the SIGFPE on return from the signal handler and
753  * reexecution of the corresponding instruction.
754  *
755  * For XMM traps, the exceptions were never cleared.
756  */
757 int
758 npxtrap_x87(void)
759 {
760         u_short control, status;
761
762         if (!hw_float) {
763                 printf(
764         "npxtrap_x87: fpcurthread = %p, curthread = %p, hw_float = %d\n",
765                        PCPU_GET(fpcurthread), curthread, hw_float);
766                 panic("npxtrap from nowhere");
767         }
768         critical_enter();
769
770         /*
771          * Interrupt handling (for another interrupt) may have pushed the
772          * state to memory.  Fetch the relevant parts of the state from
773          * wherever they are.
774          */
775         if (PCPU_GET(fpcurthread) != curthread) {
776                 control = GET_FPU_CW(curthread);
777                 status = GET_FPU_SW(curthread);
778         } else {
779                 fnstcw(&control);
780                 fnstsw(&status);
781         }
782         critical_exit();
783         return (fpetable[status & ((~control & 0x3f) | 0x40)]);
784 }
785
786 int
787 npxtrap_sse(void)
788 {
789         u_int mxcsr;
790
791         if (!hw_float) {
792                 printf(
793         "npxtrap_sse: 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         if (PCPU_GET(fpcurthread) != curthread)
799                 mxcsr = curthread->td_pcb->pcb_save->sv_xmm.sv_env.en_mxcsr;
800         else
801                 stmxcsr(&mxcsr);
802         critical_exit();
803         return (fpetable[(mxcsr & (~mxcsr >> 7)) & 0x3f]);
804 }
805
806 static void
807 restore_npx_curthread(struct thread *td, struct pcb *pcb)
808 {
809
810         /*
811          * Record new context early in case frstor causes a trap.
812          */
813         PCPU_SET(fpcurthread, td);
814
815         stop_emulating();
816         if (cpu_fxsr)
817                 fpu_clean_state();
818
819         if ((pcb->pcb_flags & PCB_NPXINITDONE) == 0) {
820                 /*
821                  * This is the first time this thread has used the FPU or
822                  * the PCB doesn't contain a clean FPU state.  Explicitly
823                  * load an initial state.
824                  *
825                  * We prefer to restore the state from the actual save
826                  * area in PCB instead of directly loading from
827                  * npx_initialstate, to ignite the XSAVEOPT
828                  * tracking engine.
829                  */
830                 bcopy(npx_initialstate, pcb->pcb_save, cpu_max_ext_state_size);
831                 fpurstor(pcb->pcb_save);
832                 if (pcb->pcb_initial_npxcw != __INITIAL_NPXCW__)
833                         fldcw(pcb->pcb_initial_npxcw);
834                 pcb->pcb_flags |= PCB_NPXINITDONE;
835                 if (PCB_USER_FPU(pcb))
836                         pcb->pcb_flags |= PCB_NPXUSERINITDONE;
837         } else {
838                 fpurstor(pcb->pcb_save);
839         }
840 }
841
842 /*
843  * Implement device not available (DNA) exception
844  *
845  * It would be better to switch FP context here (if curthread != fpcurthread)
846  * and not necessarily for every context switch, but it is too hard to
847  * access foreign pcb's.
848  */
849 int
850 npxdna(void)
851 {
852         struct thread *td;
853
854         if (!hw_float)
855                 return (0);
856         td = curthread;
857         critical_enter();
858
859         KASSERT((curpcb->pcb_flags & PCB_NPXNOSAVE) == 0,
860             ("npxdna while in fpu_kern_enter(FPU_KERN_NOCTX)"));
861         if (__predict_false(PCPU_GET(fpcurthread) == td)) {
862                 /*
863                  * Some virtual machines seems to set %cr0.TS at
864                  * arbitrary moments.  Silently clear the TS bit
865                  * regardless of the eager/lazy FPU context switch
866                  * mode.
867                  */
868                 stop_emulating();
869         } else {
870                 if (__predict_false(PCPU_GET(fpcurthread) != NULL)) {
871                         printf(
872                     "npxdna: fpcurthread = %p (%d), curthread = %p (%d)\n",
873                             PCPU_GET(fpcurthread),
874                             PCPU_GET(fpcurthread)->td_proc->p_pid,
875                             td, td->td_proc->p_pid);
876                         panic("npxdna");
877                 }
878                 restore_npx_curthread(td, td->td_pcb);
879         }
880         critical_exit();
881         return (1);
882 }
883
884 /*
885  * Wrapper for fpusave() called from context switch routines.
886  *
887  * npxsave() must be called with interrupts disabled, so that it clears
888  * fpcurthread atomically with saving the state.  We require callers to do the
889  * disabling, since most callers need to disable interrupts anyway to call
890  * npxsave() atomically with checking fpcurthread.
891  */
892 void
893 npxsave(union savefpu *addr)
894 {
895
896         stop_emulating();
897         fpusave(addr);
898 }
899
900 void npxswitch(struct thread *td, struct pcb *pcb);
901 void
902 npxswitch(struct thread *td, struct pcb *pcb)
903 {
904
905         if (lazy_fpu_switch || (td->td_pflags & TDP_KTHREAD) != 0 ||
906             !PCB_USER_FPU(pcb)) {
907                 start_emulating();
908                 PCPU_SET(fpcurthread, NULL);
909         } else if (PCPU_GET(fpcurthread) != td) {
910                 restore_npx_curthread(td, pcb);
911         }
912 }
913
914 /*
915  * Unconditionally save the current co-processor state across suspend and
916  * resume.
917  */
918 void
919 npxsuspend(union savefpu *addr)
920 {
921         register_t cr0;
922
923         if (!hw_float)
924                 return;
925         if (PCPU_GET(fpcurthread) == NULL) {
926                 bcopy(npx_initialstate, addr, cpu_max_ext_state_size);
927                 return;
928         }
929         cr0 = rcr0();
930         stop_emulating();
931         fpusave(addr);
932         load_cr0(cr0);
933 }
934
935 void
936 npxresume(union savefpu *addr)
937 {
938         register_t cr0;
939
940         if (!hw_float)
941                 return;
942
943         cr0 = rcr0();
944         npxinit(false);
945         stop_emulating();
946         fpurstor(addr);
947         load_cr0(cr0);
948 }
949
950 void
951 npxdrop(void)
952 {
953         struct thread *td;
954
955         /*
956          * Discard pending exceptions in the !cpu_fxsr case so that unmasked
957          * ones don't cause a panic on the next frstor.
958          */
959         if (!cpu_fxsr)
960                 fnclex();
961
962         td = PCPU_GET(fpcurthread);
963         KASSERT(td == curthread, ("fpudrop: fpcurthread != curthread"));
964         CRITICAL_ASSERT(td);
965         PCPU_SET(fpcurthread, NULL);
966         td->td_pcb->pcb_flags &= ~PCB_NPXINITDONE;
967         start_emulating();
968 }
969
970 /*
971  * Get the user state of the FPU into pcb->pcb_user_save without
972  * dropping ownership (if possible).  It returns the FPU ownership
973  * status.
974  */
975 int
976 npxgetregs(struct thread *td)
977 {
978         struct pcb *pcb;
979         uint64_t *xstate_bv, bit;
980         char *sa;
981         int max_ext_n, i;
982         int owned;
983
984         if (!hw_float)
985                 return (_MC_FPOWNED_NONE);
986
987         pcb = td->td_pcb;
988         critical_enter();
989         if ((pcb->pcb_flags & PCB_NPXINITDONE) == 0) {
990                 bcopy(npx_initialstate, get_pcb_user_save_pcb(pcb),
991                     cpu_max_ext_state_size);
992                 SET_FPU_CW(get_pcb_user_save_pcb(pcb), pcb->pcb_initial_npxcw);
993                 npxuserinited(td);
994                 critical_exit();
995                 return (_MC_FPOWNED_PCB);
996         }
997         if (td == PCPU_GET(fpcurthread)) {
998                 fpusave(get_pcb_user_save_pcb(pcb));
999                 if (!cpu_fxsr)
1000                         /*
1001                          * fnsave initializes the FPU and destroys whatever
1002                          * context it contains.  Make sure the FPU owner
1003                          * starts with a clean state next time.
1004                          */
1005                         npxdrop();
1006                 owned = _MC_FPOWNED_FPU;
1007         } else {
1008                 owned = _MC_FPOWNED_PCB;
1009         }
1010         if (use_xsave) {
1011                 /*
1012                  * Handle partially saved state.
1013                  */
1014                 sa = (char *)get_pcb_user_save_pcb(pcb);
1015                 xstate_bv = (uint64_t *)(sa + sizeof(union savefpu) +
1016                     offsetof(struct xstate_hdr, xstate_bv));
1017                 if (xsave_mask >> 32 != 0)
1018                         max_ext_n = fls(xsave_mask >> 32) + 32;
1019                 else
1020                         max_ext_n = fls(xsave_mask);
1021                 for (i = 0; i < max_ext_n; i++) {
1022                         bit = 1ULL << i;
1023                         if ((xsave_mask & bit) == 0 || (*xstate_bv & bit) != 0)
1024                                 continue;
1025                         bcopy((char *)npx_initialstate +
1026                             xsave_area_desc[i].offset,
1027                             sa + xsave_area_desc[i].offset,
1028                             xsave_area_desc[i].size);
1029                         *xstate_bv |= bit;
1030                 }
1031         }
1032         critical_exit();
1033         return (owned);
1034 }
1035
1036 void
1037 npxuserinited(struct thread *td)
1038 {
1039         struct pcb *pcb;
1040
1041         CRITICAL_ASSERT(td);
1042         pcb = td->td_pcb;
1043         if (PCB_USER_FPU(pcb))
1044                 pcb->pcb_flags |= PCB_NPXINITDONE;
1045         pcb->pcb_flags |= PCB_NPXUSERINITDONE;
1046 }
1047
1048 int
1049 npxsetxstate(struct thread *td, char *xfpustate, size_t xfpustate_size)
1050 {
1051         struct xstate_hdr *hdr, *ehdr;
1052         size_t len, max_len;
1053         uint64_t bv;
1054
1055         /* XXXKIB should we clear all extended state in xstate_bv instead ? */
1056         if (xfpustate == NULL)
1057                 return (0);
1058         if (!use_xsave)
1059                 return (EOPNOTSUPP);
1060
1061         len = xfpustate_size;
1062         if (len < sizeof(struct xstate_hdr))
1063                 return (EINVAL);
1064         max_len = cpu_max_ext_state_size - sizeof(union savefpu);
1065         if (len > max_len)
1066                 return (EINVAL);
1067
1068         ehdr = (struct xstate_hdr *)xfpustate;
1069         bv = ehdr->xstate_bv;
1070
1071         /*
1072          * Avoid #gp.
1073          */
1074         if (bv & ~xsave_mask)
1075                 return (EINVAL);
1076
1077         hdr = (struct xstate_hdr *)(get_pcb_user_save_td(td) + 1);
1078
1079         hdr->xstate_bv = bv;
1080         bcopy(xfpustate + sizeof(struct xstate_hdr),
1081             (char *)(hdr + 1), len - sizeof(struct xstate_hdr));
1082
1083         return (0);
1084 }
1085
1086 int
1087 npxsetregs(struct thread *td, union savefpu *addr, char *xfpustate,
1088         size_t xfpustate_size)
1089 {
1090         struct pcb *pcb;
1091         int error;
1092
1093         if (!hw_float)
1094                 return (ENXIO);
1095
1096         if (cpu_fxsr)
1097                 addr->sv_xmm.sv_env.en_mxcsr &= cpu_mxcsr_mask;
1098         pcb = td->td_pcb;
1099         error = 0;
1100         critical_enter();
1101         if (td == PCPU_GET(fpcurthread) && PCB_USER_FPU(pcb)) {
1102                 error = npxsetxstate(td, xfpustate, xfpustate_size);
1103                 if (error == 0) {
1104                         if (!cpu_fxsr)
1105                                 fnclex();       /* As in npxdrop(). */
1106                         bcopy(addr, get_pcb_user_save_td(td), sizeof(*addr));
1107                         fpurstor(get_pcb_user_save_td(td));
1108                         pcb->pcb_flags |= PCB_NPXUSERINITDONE | PCB_NPXINITDONE;
1109                 }
1110         } else {
1111                 error = npxsetxstate(td, xfpustate, xfpustate_size);
1112                 if (error == 0) {
1113                         bcopy(addr, get_pcb_user_save_td(td), sizeof(*addr));
1114                         npxuserinited(td);
1115                 }
1116         }
1117         critical_exit();
1118         return (error);
1119 }
1120
1121 static void
1122 npx_fill_fpregs_xmm1(struct savexmm *sv_xmm, struct save87 *sv_87)
1123 {
1124         struct env87 *penv_87;
1125         struct envxmm *penv_xmm;
1126         struct fpacc87 *fx_reg;
1127         int i, st;
1128         uint64_t mantissa;
1129         uint16_t tw, exp;
1130         uint8_t ab_tw;
1131
1132         penv_87 = &sv_87->sv_env;
1133         penv_xmm = &sv_xmm->sv_env;
1134
1135         /* FPU control/status */
1136         penv_87->en_cw = penv_xmm->en_cw;
1137         penv_87->en_sw = penv_xmm->en_sw;
1138         penv_87->en_fip = penv_xmm->en_fip;
1139         penv_87->en_fcs = penv_xmm->en_fcs;
1140         penv_87->en_opcode = penv_xmm->en_opcode;
1141         penv_87->en_foo = penv_xmm->en_foo;
1142         penv_87->en_fos = penv_xmm->en_fos;
1143
1144         /*
1145          * FPU registers and tags.
1146          * For ST(i), i = fpu_reg - top; we start with fpu_reg=7.
1147          */
1148         st = 7 - ((penv_xmm->en_sw >> 11) & 7);
1149         ab_tw = penv_xmm->en_tw;
1150         tw = 0;
1151         for (i = 0x80; i != 0; i >>= 1) {
1152                 sv_87->sv_ac[st] = sv_xmm->sv_fp[st].fp_acc;
1153                 tw <<= 2;
1154                 if (ab_tw & i) {
1155                         /* Non-empty - we need to check ST(i) */
1156                         fx_reg = &sv_xmm->sv_fp[st].fp_acc;
1157                         /* The first 64 bits contain the mantissa. */
1158                         mantissa = *((uint64_t *)fx_reg->fp_bytes);
1159                         /*
1160                          * The final 16 bits contain the sign bit and the exponent.
1161                          * Mask the sign bit since it is of no consequence to these
1162                          * tests.
1163                          */
1164                         exp = *((uint16_t *)&fx_reg->fp_bytes[8]) & 0x7fff;
1165                         if (exp == 0) {
1166                                 if (mantissa == 0)
1167                                         tw |= 1; /* Zero */
1168                                 else
1169                                         tw |= 2; /* Denormal */
1170                         } else if (exp == 0x7fff)
1171                                 tw |= 2; /* Infinity or NaN */
1172                 } else
1173                         tw |= 3; /* Empty */
1174                 st = (st - 1) & 7;
1175         }
1176         penv_87->en_tw = tw;
1177 }
1178
1179 void
1180 npx_fill_fpregs_xmm(struct savexmm *sv_xmm, struct save87 *sv_87)
1181 {
1182
1183         bzero(sv_87, sizeof(*sv_87));
1184         npx_fill_fpregs_xmm1(sv_xmm, sv_87);
1185 }
1186
1187 void
1188 npx_set_fpregs_xmm(struct save87 *sv_87, struct savexmm *sv_xmm)
1189 {
1190         struct env87 *penv_87;
1191         struct envxmm *penv_xmm;
1192         int i;
1193
1194         penv_87 = &sv_87->sv_env;
1195         penv_xmm = &sv_xmm->sv_env;
1196
1197         /* FPU control/status */
1198         penv_xmm->en_cw = penv_87->en_cw;
1199         penv_xmm->en_sw = penv_87->en_sw;
1200         penv_xmm->en_fip = penv_87->en_fip;
1201         penv_xmm->en_fcs = penv_87->en_fcs;
1202         penv_xmm->en_opcode = penv_87->en_opcode;
1203         penv_xmm->en_foo = penv_87->en_foo;
1204         penv_xmm->en_fos = penv_87->en_fos;
1205
1206         /*
1207          * FPU registers and tags.
1208          * Abridged  /  Full translation (values in binary), see FXSAVE spec.
1209          * 0            11
1210          * 1            00, 01, 10
1211          */
1212         penv_xmm->en_tw = 0;
1213         for (i = 0; i < 8; ++i) {
1214                 sv_xmm->sv_fp[i].fp_acc = sv_87->sv_ac[i];
1215                 if ((penv_87->en_tw & (3 << i * 2)) != (3 << i * 2))
1216                         penv_xmm->en_tw |= 1 << i;
1217         }
1218 }
1219
1220 void
1221 npx_get_fsave(void *addr)
1222 {
1223         struct thread *td;
1224         union savefpu *sv;
1225
1226         td = curthread;
1227         npxgetregs(td);
1228         sv = get_pcb_user_save_td(td);
1229         if (cpu_fxsr)
1230                 npx_fill_fpregs_xmm1(&sv->sv_xmm, addr);
1231         else
1232                 bcopy(sv, addr, sizeof(struct env87) +
1233                     sizeof(struct fpacc87[8]));
1234 }
1235
1236 int
1237 npx_set_fsave(void *addr)
1238 {
1239         union savefpu sv;
1240         int error;
1241
1242         bzero(&sv, sizeof(sv));
1243         if (cpu_fxsr)
1244                 npx_set_fpregs_xmm(addr, &sv.sv_xmm);
1245         else
1246                 bcopy(addr, &sv, sizeof(struct env87) +
1247                     sizeof(struct fpacc87[8]));
1248         error = npxsetregs(curthread, &sv, NULL, 0);
1249         return (error);
1250 }
1251
1252 /*
1253  * On AuthenticAMD processors, the fxrstor instruction does not restore
1254  * the x87's stored last instruction pointer, last data pointer, and last
1255  * opcode values, except in the rare case in which the exception summary
1256  * (ES) bit in the x87 status word is set to 1.
1257  *
1258  * In order to avoid leaking this information across processes, we clean
1259  * these values by performing a dummy load before executing fxrstor().
1260  */
1261 static void
1262 fpu_clean_state(void)
1263 {
1264         static float dummy_variable = 0.0;
1265         u_short status;
1266
1267         /*
1268          * Clear the ES bit in the x87 status word if it is currently
1269          * set, in order to avoid causing a fault in the upcoming load.
1270          */
1271         fnstsw(&status);
1272         if (status & 0x80)
1273                 fnclex();
1274
1275         /*
1276          * Load the dummy variable into the x87 stack.  This mangles
1277          * the x87 stack, but we don't care since we're about to call
1278          * fxrstor() anyway.
1279          */
1280         __asm __volatile("ffree %%st(7); flds %0" : : "m" (dummy_variable));
1281 }
1282
1283 static void
1284 fpurstor(union savefpu *addr)
1285 {
1286
1287         if (use_xsave)
1288                 xrstor((char *)addr, xsave_mask);
1289         else if (cpu_fxsr)
1290                 fxrstor(addr);
1291         else
1292                 frstor(addr);
1293 }
1294
1295 #ifdef DEV_ISA
1296 /*
1297  * This sucks up the legacy ISA support assignments from PNPBIOS/ACPI.
1298  */
1299 static struct isa_pnp_id npxisa_ids[] = {
1300         { 0x040cd041, "Legacy ISA coprocessor support" }, /* PNP0C04 */
1301         { 0 }
1302 };
1303
1304 static int
1305 npxisa_probe(device_t dev)
1306 {
1307         int result;
1308         if ((result = ISA_PNP_PROBE(device_get_parent(dev), dev, npxisa_ids)) <= 0) {
1309                 device_quiet(dev);
1310         }
1311         return(result);
1312 }
1313
1314 static int
1315 npxisa_attach(device_t dev)
1316 {
1317         return (0);
1318 }
1319
1320 static device_method_t npxisa_methods[] = {
1321         /* Device interface */
1322         DEVMETHOD(device_probe,         npxisa_probe),
1323         DEVMETHOD(device_attach,        npxisa_attach),
1324         DEVMETHOD(device_detach,        bus_generic_detach),
1325         DEVMETHOD(device_shutdown,      bus_generic_shutdown),
1326         DEVMETHOD(device_suspend,       bus_generic_suspend),
1327         DEVMETHOD(device_resume,        bus_generic_resume),
1328         { 0, 0 }
1329 };
1330
1331 static driver_t npxisa_driver = {
1332         "npxisa",
1333         npxisa_methods,
1334         1,                      /* no softc */
1335 };
1336
1337 DRIVER_MODULE(npxisa, isa, npxisa_driver, 0, 0);
1338 DRIVER_MODULE(npxisa, acpi, npxisa_driver, 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         pcb = td->td_pcb;
1393         KASSERT((flags & FPU_KERN_NOCTX) != 0 || ctx != NULL,
1394             ("ctx is required when !FPU_KERN_NOCTX"));
1395         KASSERT(ctx == NULL || (ctx->flags & FPU_KERN_CTX_INUSE) == 0,
1396             ("using inuse ctx"));
1397         KASSERT((pcb->pcb_flags & PCB_NPXNOSAVE) == 0,
1398             ("recursive fpu_kern_enter while in PCB_NPXNOSAVE state"));
1399
1400         if ((flags & FPU_KERN_NOCTX) != 0) {
1401                 critical_enter();
1402                 stop_emulating();
1403                 if (curthread == PCPU_GET(fpcurthread)) {
1404                         fpusave(curpcb->pcb_save);
1405                         PCPU_SET(fpcurthread, NULL);
1406                 } else {
1407                         KASSERT(PCPU_GET(fpcurthread) == NULL,
1408                             ("invalid fpcurthread"));
1409                 }
1410
1411                 /*
1412                  * This breaks XSAVEOPT tracker, but
1413                  * PCB_NPXNOSAVE state is supposed to never need to
1414                  * save FPU context at all.
1415                  */
1416                 fpurstor(npx_initialstate);
1417                 pcb->pcb_flags |= PCB_KERNNPX | PCB_NPXNOSAVE | PCB_NPXINITDONE;
1418                 return;
1419         }
1420         if ((flags & FPU_KERN_KTHR) != 0 && is_fpu_kern_thread(0)) {
1421                 ctx->flags = FPU_KERN_CTX_DUMMY | FPU_KERN_CTX_INUSE;
1422                 return;
1423         }
1424         pcb = td->td_pcb;
1425         critical_enter();
1426         KASSERT(!PCB_USER_FPU(pcb) || pcb->pcb_save ==
1427             get_pcb_user_save_pcb(pcb), ("mangled pcb_save"));
1428         ctx->flags = FPU_KERN_CTX_INUSE;
1429         if ((pcb->pcb_flags & PCB_NPXINITDONE) != 0)
1430                 ctx->flags |= FPU_KERN_CTX_NPXINITDONE;
1431         npxexit(td);
1432         ctx->prev = pcb->pcb_save;
1433         pcb->pcb_save = fpu_kern_ctx_savefpu(ctx);
1434         pcb->pcb_flags |= PCB_KERNNPX;
1435         pcb->pcb_flags &= ~PCB_NPXINITDONE;
1436         critical_exit();
1437 }
1438
1439 int
1440 fpu_kern_leave(struct thread *td, struct fpu_kern_ctx *ctx)
1441 {
1442         struct pcb *pcb;
1443
1444         pcb = td->td_pcb;
1445
1446         if ((pcb->pcb_flags & PCB_NPXNOSAVE) != 0) {
1447                 KASSERT(ctx == NULL, ("non-null ctx after FPU_KERN_NOCTX"));
1448                 KASSERT(PCPU_GET(fpcurthread) == NULL,
1449                     ("non-NULL fpcurthread for PCB_NPXNOSAVE"));
1450                 CRITICAL_ASSERT(td);
1451
1452                 pcb->pcb_flags &= ~(PCB_NPXNOSAVE | PCB_NPXINITDONE);
1453                 start_emulating();
1454         } else {
1455                 KASSERT((ctx->flags & FPU_KERN_CTX_INUSE) != 0,
1456                     ("leaving not inuse ctx"));
1457                 ctx->flags &= ~FPU_KERN_CTX_INUSE;
1458
1459                 if (is_fpu_kern_thread(0) &&
1460                     (ctx->flags & FPU_KERN_CTX_DUMMY) != 0)
1461                         return (0);
1462                 KASSERT((ctx->flags & FPU_KERN_CTX_DUMMY) == 0,
1463                     ("dummy ctx"));
1464                 critical_enter();
1465                 if (curthread == PCPU_GET(fpcurthread))
1466                         npxdrop();
1467                 pcb->pcb_save = ctx->prev;
1468         }
1469
1470         if (pcb->pcb_save == get_pcb_user_save_pcb(pcb)) {
1471                 if ((pcb->pcb_flags & PCB_NPXUSERINITDONE) != 0) {
1472                         pcb->pcb_flags |= PCB_NPXINITDONE;
1473                         if ((pcb->pcb_flags & PCB_KERNNPX_THR) == 0)
1474                                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_KERNNPX;
1475                 } else if ((pcb->pcb_flags & PCB_KERNNPX_THR) == 0)
1476                         pcb->pcb_flags &= ~(PCB_NPXINITDONE | PCB_KERNNPX);
1477         } else {
1478                 if ((ctx->flags & FPU_KERN_CTX_NPXINITDONE) != 0)
1479                         pcb->pcb_flags |= PCB_NPXINITDONE;
1480                 else
1481                         pcb->pcb_flags &= ~PCB_NPXINITDONE;
1482                 KASSERT(!PCB_USER_FPU(pcb), ("unpaired fpu_kern_leave"));
1483         }
1484         critical_exit();
1485         return (0);
1486 }
1487
1488 int
1489 fpu_kern_thread(u_int flags)
1490 {
1491
1492         KASSERT((curthread->td_pflags & TDP_KTHREAD) != 0,
1493             ("Only kthread may use fpu_kern_thread"));
1494         KASSERT(curpcb->pcb_save == get_pcb_user_save_pcb(curpcb),
1495             ("mangled pcb_save"));
1496         KASSERT(PCB_USER_FPU(curpcb), ("recursive call"));
1497
1498         curpcb->pcb_flags |= PCB_KERNNPX | PCB_KERNNPX_THR;
1499         return (0);
1500 }
1501
1502 int
1503 is_fpu_kern_thread(u_int flags)
1504 {
1505
1506         if ((curthread->td_pflags & TDP_KTHREAD) == 0)
1507                 return (0);
1508         return ((curpcb->pcb_flags & PCB_KERNNPX_THR) != 0);
1509 }
1510
1511 /*
1512  * FPU save area alloc/free/init utility routines
1513  */
1514 union savefpu *
1515 fpu_save_area_alloc(void)
1516 {
1517
1518         return (uma_zalloc(fpu_save_area_zone, M_WAITOK));
1519 }
1520
1521 void
1522 fpu_save_area_free(union savefpu *fsa)
1523 {
1524
1525         uma_zfree(fpu_save_area_zone, fsa);
1526 }
1527
1528 void
1529 fpu_save_area_reset(union savefpu *fsa)
1530 {
1531
1532         bcopy(npx_initialstate, fsa, cpu_max_ext_state_size);
1533 }