sys/i386/include/cpufunc.h

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1993 The Regents of the University of California.
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   6  * modification, are permitted provided that the following conditions
   7  * are met:
   8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  13  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  14  *    must display the following acknowledgement:
  15  *      This product includes software developed by the University of
  16  *      California, Berkeley and its contributors.
  17  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  18  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  19  *    without specific prior written permission.
  20  *
  21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  22  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  23  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  24  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  25  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  26  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  27  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  28  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  29  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  30  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  31  * SUCH DAMAGE.
  32  *
  33  * $FreeBSD$
  34  */
  35
  36 /*
  37  * Functions to provide access to special i386 instructions.
  38  */
  39
  40 #ifndef _MACHINE_CPUFUNC_H_
  41 #define _MACHINE_CPUFUNC_H_
  42
  43 #define readb(va)       (*(volatile u_int8_t *) (va))
  44 #define readw(va)       (*(volatile u_int16_t *) (va))
  45 #define readl(va)       (*(volatile u_int32_t *) (va))
  46
  47 #define writeb(va, d)   (*(volatile u_int8_t *) (va) = (d))
  48 #define writew(va, d)   (*(volatile u_int16_t *) (va) = (d))
  49 #define writel(va, d)   (*(volatile u_int32_t *) (va) = (d))
  50
  51 #ifdef  __GNUC__
  52
  53 #ifdef SMP
  54 #include <machine/lock.h>               /* XXX */
  55 #endif
  56
  57 #ifdef SWTCH_OPTIM_STATS
  58 extern  int     tlb_flush_count;        /* XXX */
  59 #endif
  60
  61 static __inline void
  62 breakpoint(void)
  63 {
  64         __asm __volatile("int $3");
  65 }
  66
  67 static __inline u_int
  68 bsfl(u_int mask)
  69 {
  70         u_int   result;
  71
  72         __asm __volatile("bsfl %0,%0" : "=r" (result) : "0" (mask));
  73         return (result);
  74 }
  75
  76 static __inline u_int
  77 bsrl(u_int mask)
  78 {
  79         u_int   result;
  80
  81         __asm __volatile("bsrl %0,%0" : "=r" (result) : "0" (mask));
  82         return (result);
  83 }
  84
  85 static __inline void
  86 disable_intr(void)
  87 {
  88         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
  89 #ifdef SMP
  90         MPINTR_LOCK();
  91 #endif
  92 }
  93
  94 static __inline void
  95 enable_intr(void)
  96 {
  97 #ifdef SMP
  98         MPINTR_UNLOCK();
  99 #endif
 100         __asm __volatile("sti");
 101 }
 102
 103 #define HAVE_INLINE_FFS
 104
 105 static __inline int
 106 ffs(int mask)
 107 {
 108         /*
 109          * Note that gcc-2's builtin ffs would be used if we didn't declare
 110          * this inline or turn off the builtin.  The builtin is faster but
 111          * broken in gcc-2.4.5 and slower but working in gcc-2.5 and later
 112          * versions.
 113          */
 114          return (mask == 0 ? mask : bsfl((u_int)mask) + 1);
 115 }
 116
 117 #define HAVE_INLINE_FLS
 118
 119 static __inline int
 120 fls(int mask)
 121 {
 122         return (mask == 0 ? mask : bsrl((u_int)mask) + 1);
 123 }
 124
 125 #if __GNUC__ < 2
 126
 127 #define inb(port)               inbv(port)
 128 #define outb(port, data)        outbv(port, data)
 129
 130 #else /* __GNUC >= 2 */
 131
 132 /*
 133  * The following complications are to get around gcc not having a
 134  * constraint letter for the range 0..255.  We still put "d" in the
 135  * constraint because "i" isn't a valid constraint when the port
 136  * isn't constant.  This only matters for -O0 because otherwise
 137  * the non-working version gets optimized away.
 138  *
 139  * Use an expression-statement instead of a conditional expression
 140  * because gcc-2.6.0 would promote the operands of the conditional
 141  * and produce poor code for "if ((inb(var) & const1) == const2)".
 142  *
 143  * The unnecessary test `(port) < 0x10000' is to generate a warning if
 144  * the `port' has type u_short or smaller.  Such types are pessimal.
 145  * This actually only works for signed types.  The range check is
 146  * careful to avoid generating warnings.
 147  */
 148 #define inb(port) __extension__ ({                                      \
 149         u_char  _data;                                                  \
 150         if (__builtin_constant_p(port) && ((port) & 0xffff) < 0x100     \
 151             && (port) < 0x10000)                                        \
 152                 _data = inbc(port);                                     \
 153         else                                                            \
 154                 _data = inbv(port);                                     \
 155         _data; })
 156
 157 #define outb(port, data) (                                              \
 158         __builtin_constant_p(port) && ((port) & 0xffff) < 0x100         \
 159         && (port) < 0x10000                                             \
 160         ? outbc(port, data) : outbv(port, data))
 161
 162 static __inline u_char
 163 inbc(u_int port)
 164 {
 165         u_char  data;
 166
 167         __asm __volatile("inb %1,%0" : "=a" (data) : "id" ((u_short)(port)));
 168         return (data);
 169 }
 170
 171 static __inline void
 172 outbc(u_int port, u_char data)
 173 {
 174         __asm __volatile("outb %0,%1" : : "a" (data), "id" ((u_short)(port)));
 175 }
 176
 177 #endif /* __GNUC <= 2 */
 178
 179 static __inline u_char
 180 inbv(u_int port)
 181 {
 182         u_char  data;
 183         /*
 184          * We use %%dx and not %1 here because i/o is done at %dx and not at
 185          * %edx, while gcc generates inferior code (movw instead of movl)
 186          * if we tell it to load (u_short) port.
 187          */
 188         __asm __volatile("inb %%dx,%0" : "=a" (data) : "d" (port));
 189         return (data);
 190 }
 191
 192 static __inline u_int
 193 inl(u_int port)
 194 {
 195         u_int   data;
 196
 197         __asm __volatile("inl %%dx,%0" : "=a" (data) : "d" (port));
 198         return (data);
 199 }
 200
 201 static __inline void
 202 insb(u_int port, void *addr, size_t cnt)
 203 {
 204         __asm __volatile("cld; rep; insb"
 205                          : "=D" (addr), "=c" (cnt)
 206                          :  "0" (addr),  "1" (cnt), "d" (port)
 207                          : "memory");
 208 }
 209
 210 static __inline void
 211 insw(u_int port, void *addr, size_t cnt)
 212 {
 213         __asm __volatile("cld; rep; insw"
 214                          : "=D" (addr), "=c" (cnt)
 215                          :  "0" (addr),  "1" (cnt), "d" (port)
 216                          : "memory");
 217 }
 218
 219 static __inline void
 220 insl(u_int port, void *addr, size_t cnt)
 221 {
 222         __asm __volatile("cld; rep; insl"
 223                          : "=D" (addr), "=c" (cnt)
 224                          :  "0" (addr),  "1" (cnt), "d" (port)
 225                          : "memory");
 226 }
 227
 228 static __inline void
 229 invd(void)
 230 {
 231         __asm __volatile("invd");
 232 }
 233
 234 #if defined(SMP) && defined(_KERNEL)
 235
 236 /*
 237  * When using APIC IPI's, invlpg() is not simply the invlpg instruction
 238  * (this is a bug) and the inlining cost is prohibitive since the call
 239  * executes into the IPI transmission system.
 240  */
 241 void    invlpg          __P((u_int addr));
 242 void    invltlb         __P((void));
 243
 244 static __inline void
 245 cpu_invlpg(void *addr)
 246 {
 247         __asm __volatile("invlpg %0" : : "m" (*(char *)addr) : "memory");
 248 }
 249
 250 static __inline void
 251 cpu_invltlb(void)
 252 {
 253         u_int   temp;
 254         /*
 255          * This should be implemented as load_cr3(rcr3()) when load_cr3()
 256          * is inlined.
 257          */
 258         __asm __volatile("movl %%cr3, %0; movl %0, %%cr3" : "=r" (temp)
 259                          : : "memory");
 260 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
 261         ++tlb_flush_count;
 262 #endif
 263 }
 264
 265 #else /* !(SMP && _KERNEL) */
 266
 267 static __inline void
 268 invlpg(u_int addr)
 269 {
 270         __asm __volatile("invlpg %0" : : "m" (*(char *)addr) : "memory");
 271 }
 272
 273 static __inline void
 274 invltlb(void)
 275 {
 276         u_int   temp;
 277         /*
 278          * This should be implemented as load_cr3(rcr3()) when load_cr3()
 279          * is inlined.
 280          */
 281         __asm __volatile("movl %%cr3, %0; movl %0, %%cr3" : "=r" (temp)
 282                          : : "memory");
 283 #ifdef SWTCH_OPTIM_STATS
 284         ++tlb_flush_count;
 285 #endif
 286 }
 287
 288 #endif /* SMP && _KERNEL */
 289
 290 static __inline u_short
 291 inw(u_int port)
 292 {
 293         u_short data;
 294
 295         __asm __volatile("inw %%dx,%0" : "=a" (data) : "d" (port));
 296         return (data);
 297 }
 298
 299 static __inline u_int
 300 loadandclear(volatile u_int *addr)
 301 {
 302         u_int   result;
 303
 304         __asm __volatile("xorl %0,%0; xchgl %1,%0"
 305                          : "=&r" (result) : "m" (*addr));
 306         return (result);
 307 }
 308
 309 static __inline void
 310 outbv(u_int port, u_char data)
 311 {
 312         u_char  al;
 313         /*
 314          * Use an unnecessary assignment to help gcc's register allocator.
 315          * This make a large difference for gcc-1.40 and a tiny difference
 316          * for gcc-2.6.0.  For gcc-1.40, al had to be ``asm("ax")'' for
 317          * best results.  gcc-2.6.0 can't handle this.
 318          */
 319         al = data;
 320         __asm __volatile("outb %0,%%dx" : : "a" (al), "d" (port));
 321 }
 322
 323 static __inline void
 324 outl(u_int port, u_int data)
 325 {
 326         /*
 327          * outl() and outw() aren't used much so we haven't looked at
 328          * possible micro-optimizations such as the unnecessary
 329          * assignment for them.
 330          */
 331         __asm __volatile("outl %0,%%dx" : : "a" (data), "d" (port));
 332 }
 333
 334 static __inline void
 335 outsb(u_int port, const void *addr, size_t cnt)
 336 {
 337         __asm __volatile("cld; rep; outsb"
 338                          : "=S" (addr), "=c" (cnt)
 339                          :  "0" (addr),  "1" (cnt), "d" (port));
 340 }
 341
 342 static __inline void
 343 outsw(u_int port, const void *addr, size_t cnt)
 344 {
 345         __asm __volatile("cld; rep; outsw"
 346                          : "=S" (addr), "=c" (cnt)
 347                          :  "0" (addr),  "1" (cnt), "d" (port));
 348 }
 349
 350 static __inline void
 351 outsl(u_int port, const void *addr, size_t cnt)
 352 {
 353         __asm __volatile("cld; rep; outsl"
 354                          : "=S" (addr), "=c" (cnt)
 355                          :  "0" (addr),  "1" (cnt), "d" (port));
 356 }
 357
 358 static __inline void
 359 outw(u_int port, u_short data)
 360 {
 361         __asm __volatile("outw %0,%%dx" : : "a" (data), "d" (port));
 362 }
 363
 364 static __inline u_int
 365 rcr2(void)
 366 {
 367         u_int   data;
 368
 369         __asm __volatile("movl %%cr2,%0" : "=r" (data));
 370         return (data);
 371 }
 372
 373 static __inline u_int
 374 read_eflags(void)
 375 {
 376         u_int   ef;
 377
 378         __asm __volatile("pushfl; popl %0" : "=r" (ef));
 379         return (ef);
 380 }
 381
 382 static __inline u_int64_t
 383 rdmsr(u_int msr)
 384 {
 385         u_int64_t rv;
 386
 387         __asm __volatile(".byte 0x0f, 0x32" : "=A" (rv) : "c" (msr));
 388         return (rv);
 389 }
 390
 391 static __inline u_int64_t
 392 rdpmc(u_int pmc)
 393 {
 394         u_int64_t rv;
 395
 396         __asm __volatile(".byte 0x0f, 0x33" : "=A" (rv) : "c" (pmc));
 397         return (rv);
 398 }
 399
 400 static __inline u_int64_t
 401 rdtsc(void)
 402 {
 403         u_int64_t rv;
 404
 405         __asm __volatile(".byte 0x0f, 0x31" : "=A" (rv));
 406         return (rv);
 407 }
 408
 409 static __inline void
 410 wbinvd(void)
 411 {
 412         __asm __volatile("wbinvd");
 413 }
 414
 415 static __inline void
 416 write_eflags(u_int ef)
 417 {
 418         __asm __volatile("pushl %0; popfl" : : "r" (ef));
 419 }
 420
 421 static __inline void
 422 wrmsr(u_int msr, u_int64_t newval)
 423 {
 424         __asm __volatile(".byte 0x0f, 0x30" : : "A" (newval), "c" (msr));
 425 }
 426
 427 static __inline u_int
 428 rfs(void)
 429 {
 430         u_int sel;
 431         __asm __volatile("movl %%fs,%0" : "=rm" (sel));
 432         return (sel);
 433 }
 434
 435 static __inline u_int
 436 rgs(void)
 437 {
 438         u_int sel;
 439         __asm __volatile("movl %%gs,%0" : "=rm" (sel));
 440         return (sel);
 441 }
 442
 443 static __inline void
 444 load_fs(u_int sel)
 445 {
 446         __asm __volatile("movl %0,%%fs" : : "rm" (sel));
 447 }
 448
 449 static __inline void
 450 load_gs(u_int sel)
 451 {
 452         __asm __volatile("movl %0,%%gs" : : "rm" (sel));
 453 }
 454
 455 #else /* !__GNUC__ */
 456
 457 int     breakpoint      __P((void));
 458 u_int   bsfl            __P((u_int mask));
 459 u_int   bsrl            __P((u_int mask));
 460 void    disable_intr    __P((void));
 461 void    enable_intr     __P((void));
 462 u_char  inb             __P((u_int port));
 463 u_int   inl             __P((u_int port));
 464 void    insb            __P((u_int port, void *addr, size_t cnt));
 465 void    insl            __P((u_int port, void *addr, size_t cnt));
 466 void    insw            __P((u_int port, void *addr, size_t cnt));
 467 void    invd            __P((void));
 468 void    invlpg          __P((u_int addr));
 469 void    invltlb         __P((void));
 470 u_short inw             __P((u_int port));
 471 u_int   loadandclear    __P((u_int *addr));
 472 void    outb            __P((u_int port, u_char data));
 473 void    outl            __P((u_int port, u_int data));
 474 void    outsb           __P((u_int port, void *addr, size_t cnt));
 475 void    outsl           __P((u_int port, void *addr, size_t cnt));
 476 void    outsw           __P((u_int port, void *addr, size_t cnt));
 477 void    outw            __P((u_int port, u_short data));
 478 u_int   rcr2            __P((void));
 479 u_int64_t rdmsr         __P((u_int msr));
 480 u_int64_t rdpmc         __P((u_int pmc));
 481 u_int64_t rdtsc         __P((void));
 482 u_int   read_eflags     __P((void));
 483 void    wbinvd          __P((void));
 484 void    write_eflags    __P((u_int ef));
 485 void    wrmsr           __P((u_int msr, u_int64_t newval));
 486 u_int   rfs             __P((void));
 487 u_int   rgs             __P((void));
 488 void    load_fs         __P((u_int sel));
 489 void    load_gs         __P((u_int sel));
 490
 491 #endif  /* __GNUC__ */
 492
 493 void    load_cr0        __P((u_int cr0));
 494 void    load_cr3        __P((u_int cr3));
 495 void    load_cr4        __P((u_int cr4));
 496 void    ltr             __P((u_short sel));
 497 u_int   rcr0            __P((void));
 498 u_int   rcr3            __P((void));
 499 u_int   rcr4            __P((void));
 500
 501 #endif /* !_MACHINE_CPUFUNC_H_ */