]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/10.0.git/blob - sys/i386/isa/npx.c
- Copy stable/10 (r259064) to releng/10.0 as part of the
[FreeBSD/releng/10.0.git] / sys / i386 / isa / 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  * 4. 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
59 #include <machine/asmacros.h>
60 #include <machine/cputypes.h>
61 #include <machine/frame.h>
62 #include <machine/md_var.h>
63 #include <machine/pcb.h>
64 #include <machine/psl.h>
65 #include <machine/resource.h>
66 #include <machine/specialreg.h>
67 #include <machine/segments.h>
68 #include <machine/ucontext.h>
69
70 #include <machine/intr_machdep.h>
71 #ifdef XEN
72 #include <xen/xen-os.h>
73 #include <xen/hypervisor.h>
74 #endif
75
76 #ifdef DEV_ISA
77 #include <isa/isavar.h>
78 #endif
79
80 #if !defined(CPU_DISABLE_SSE) && defined(I686_CPU)
81 #define CPU_ENABLE_SSE
82 #endif
83
84 /*
85  * 387 and 287 Numeric Coprocessor Extension (NPX) Driver.
86  */
87
88 #if defined(__GNUCLIKE_ASM) && !defined(lint)
89
90 #define fldcw(cw)               __asm __volatile("fldcw %0" : : "m" (cw))
91 #define fnclex()                __asm __volatile("fnclex")
92 #define fninit()                __asm __volatile("fninit")
93 #define fnsave(addr)            __asm __volatile("fnsave %0" : "=m" (*(addr)))
94 #define fnstcw(addr)            __asm __volatile("fnstcw %0" : "=m" (*(addr)))
95 #define fnstsw(addr)            __asm __volatile("fnstsw %0" : "=am" (*(addr)))
96 #define fp_divide_by_0()        __asm __volatile( \
97                                     "fldz; fld1; fdiv %st,%st(1); fnop")
98 #define frstor(addr)            __asm __volatile("frstor %0" : : "m" (*(addr)))
99 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
100 #define fxrstor(addr)           __asm __volatile("fxrstor %0" : : "m" (*(addr)))
101 #define fxsave(addr)            __asm __volatile("fxsave %0" : "=m" (*(addr)))
102 #define stmxcsr(addr)           __asm __volatile("stmxcsr %0" : : "m" (*(addr)))
103 #endif
104 #else   /* !(__GNUCLIKE_ASM && !lint) */
105
106 void    fldcw(u_short cw);
107 void    fnclex(void);
108 void    fninit(void);
109 void    fnsave(caddr_t addr);
110 void    fnstcw(caddr_t addr);
111 void    fnstsw(caddr_t addr);
112 void    fp_divide_by_0(void);
113 void    frstor(caddr_t addr);
114 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
115 void    fxsave(caddr_t addr);
116 void    fxrstor(caddr_t addr);
117 void    stmxcsr(u_int *csr);
118 #endif
119
120 #endif  /* __GNUCLIKE_ASM && !lint */
121
122 #ifdef XEN
123 #define start_emulating()       (HYPERVISOR_fpu_taskswitch(1))
124 #define stop_emulating()        (HYPERVISOR_fpu_taskswitch(0))
125 #else
126 #define start_emulating()       load_cr0(rcr0() | CR0_TS)
127 #define stop_emulating()        clts()
128 #endif
129
130 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
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 #else /* CPU_ENABLE_SSE */
146 #define GET_FPU_CW(thread) \
147         (thread->td_pcb->pcb_save->sv_87.sv_env.en_cw)
148 #define GET_FPU_SW(thread) \
149         (thread->td_pcb->pcb_save->sv_87.sv_env.en_sw)
150 #define SET_FPU_CW(savefpu, value) \
151         (savefpu)->sv_87.sv_env.en_cw = (value)
152 #endif /* CPU_ENABLE_SSE */
153
154 typedef u_char bool_t;
155
156 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
157 static  void    fpu_clean_state(void);
158 #endif
159
160 static  void    fpusave(union savefpu *);
161 static  void    fpurstor(union savefpu *);
162 static  int     npx_attach(device_t dev);
163 static  void    npx_identify(driver_t *driver, device_t parent);
164 static  int     npx_probe(device_t dev);
165
166 int     hw_float;
167
168 SYSCTL_INT(_hw, HW_FLOATINGPT, floatingpoint, CTLFLAG_RD,
169     &hw_float, 0, "Floating point instructions executed in hardware");
170
171 static  volatile u_int          npx_traps_while_probing;
172 static  union savefpu           npx_initialstate;
173
174 alias_for_inthand_t probetrap;
175 __asm("                                                         \n\
176         .text                                                   \n\
177         .p2align 2,0x90                                         \n\
178         .type   " __XSTRING(CNAME(probetrap)) ",@function       \n\
179 " __XSTRING(CNAME(probetrap)) ":                                \n\
180         ss                                                      \n\
181         incl    " __XSTRING(CNAME(npx_traps_while_probing)) "   \n\
182         fnclex                                                  \n\
183         iret                                                    \n\
184 ");
185
186 /*
187  * Identify routine.  Create a connection point on our parent for probing.
188  */
189 static void
190 npx_identify(driver, parent)
191         driver_t *driver;
192         device_t parent;
193 {
194         device_t child;
195
196         child = BUS_ADD_CHILD(parent, 0, "npx", 0);
197         if (child == NULL)
198                 panic("npx_identify");
199 }
200
201 /*
202  * Probe routine.  Set flags to tell npxattach() what to do.  Set up an
203  * interrupt handler if npx needs to use interrupts.
204  */
205 static int
206 npx_probe(device_t dev)
207 {
208         struct gate_descriptor save_idt_npxtrap;
209         u_short control, status;
210
211         device_set_desc(dev, "math processor");
212
213         /*
214          * Modern CPUs all have an FPU that uses the INT16 interface
215          * and provide a simple way to verify that, so handle the
216          * common case right away.
217          */
218         if (cpu_feature & CPUID_FPU) {
219                 hw_float = 1;
220                 device_quiet(dev);
221                 return (0);
222         }
223
224         save_idt_npxtrap = idt[IDT_MF];
225         setidt(IDT_MF, probetrap, SDT_SYS386TGT, SEL_KPL,
226             GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
227
228         /*
229          * Don't trap while we're probing.
230          */
231         stop_emulating();
232
233         /*
234          * Finish resetting the coprocessor, if any.  If there is an error
235          * pending, then we may get a bogus IRQ13, but npx_intr() will handle
236          * it OK.  Bogus halts have never been observed, but we enabled
237          * IRQ13 and cleared the BUSY# latch early to handle them anyway.
238          */
239         fninit();
240
241         /*
242          * Don't use fwait here because it might hang.
243          * Don't use fnop here because it usually hangs if there is no FPU.
244          */
245         DELAY(1000);            /* wait for any IRQ13 */
246 #ifdef DIAGNOSTIC
247         if (npx_traps_while_probing != 0)
248                 printf("fninit caused %u bogus npx trap(s)\n",
249                        npx_traps_while_probing);
250 #endif
251         /*
252          * Check for a status of mostly zero.
253          */
254         status = 0x5a5a;
255         fnstsw(&status);
256         if ((status & 0xb8ff) == 0) {
257                 /*
258                  * Good, now check for a proper control word.
259                  */
260                 control = 0x5a5a;
261                 fnstcw(&control);
262                 if ((control & 0x1f3f) == 0x033f) {
263                         /*
264                          * We have an npx, now divide by 0 to see if exception
265                          * 16 works.
266                          */
267                         control &= ~(1 << 2);   /* enable divide by 0 trap */
268                         fldcw(control);
269 #ifdef FPU_ERROR_BROKEN
270                         /*
271                          * FPU error signal doesn't work on some CPU
272                          * accelerator board.
273                          */
274                         hw_float = 1;
275                         return (0);
276 #endif
277                         npx_traps_while_probing = 0;
278                         fp_divide_by_0();
279                         if (npx_traps_while_probing != 0) {
280                                 /*
281                                  * Good, exception 16 works.
282                                  */
283                                 hw_float = 1;
284                                 goto cleanup;
285                         }
286                         device_printf(dev,
287         "FPU does not use exception 16 for error reporting\n");
288                         goto cleanup;
289                 }
290         }
291
292         /*
293          * Probe failed.  Floating point simply won't work.
294          * Notify user and disable FPU/MMX/SSE instruction execution.
295          */
296         device_printf(dev, "WARNING: no FPU!\n");
297         __asm __volatile("smsw %%ax; orb %0,%%al; lmsw %%ax" : :
298             "n" (CR0_EM | CR0_MP) : "ax");
299
300 cleanup:
301         idt[IDT_MF] = save_idt_npxtrap;
302         return (hw_float ? 0 : ENXIO);
303 }
304
305 /*
306  * Attach routine - announce which it is, and wire into system
307  */
308 static int
309 npx_attach(device_t dev)
310 {
311
312         npxinit();
313         critical_enter();
314         stop_emulating();
315         fpusave(&npx_initialstate);
316         start_emulating();
317 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
318         if (cpu_fxsr) {
319                 if (npx_initialstate.sv_xmm.sv_env.en_mxcsr_mask)
320                         cpu_mxcsr_mask = 
321                             npx_initialstate.sv_xmm.sv_env.en_mxcsr_mask;
322                 else
323                         cpu_mxcsr_mask = 0xFFBF;
324                 bzero(npx_initialstate.sv_xmm.sv_fp,
325                     sizeof(npx_initialstate.sv_xmm.sv_fp));
326                 bzero(npx_initialstate.sv_xmm.sv_xmm,
327                     sizeof(npx_initialstate.sv_xmm.sv_xmm));
328                 /* XXX might need even more zeroing. */
329         } else
330 #endif
331                 bzero(npx_initialstate.sv_87.sv_ac,
332                     sizeof(npx_initialstate.sv_87.sv_ac));
333         critical_exit();
334
335         return (0);
336 }
337
338 /*
339  * Initialize floating point unit.
340  */
341 void
342 npxinit(void)
343 {
344         static union savefpu dummy;
345         register_t saveintr;
346         u_short control;
347
348         if (!hw_float)
349                 return;
350         /*
351          * fninit has the same h/w bugs as fnsave.  Use the detoxified
352          * fnsave to throw away any junk in the fpu.  npxsave() initializes
353          * the fpu and sets fpcurthread = NULL as important side effects.
354          *
355          * It is too early for critical_enter() to work on AP.
356          */
357         saveintr = intr_disable();
358         npxsave(&dummy);
359         stop_emulating();
360 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
361         /* XXX npxsave() doesn't actually initialize the fpu in the SSE case. */
362         if (cpu_fxsr)
363                 fninit();
364 #endif
365         control = __INITIAL_NPXCW__;
366         fldcw(control);
367         start_emulating();
368         intr_restore(saveintr);
369 }
370
371 /*
372  * Free coprocessor (if we have it).
373  */
374 void
375 npxexit(td)
376         struct thread *td;
377 {
378
379         critical_enter();
380         if (curthread == PCPU_GET(fpcurthread))
381                 npxsave(curpcb->pcb_save);
382         critical_exit();
383 #ifdef NPX_DEBUG
384         if (hw_float) {
385                 u_int   masked_exceptions;
386
387                 masked_exceptions = GET_FPU_CW(td) & GET_FPU_SW(td) & 0x7f;
388                 /*
389                  * Log exceptions that would have trapped with the old
390                  * control word (overflow, divide by 0, and invalid operand).
391                  */
392                 if (masked_exceptions & 0x0d)
393                         log(LOG_ERR,
394         "pid %d (%s) exited with masked floating point exceptions 0x%02x\n",
395                             td->td_proc->p_pid, td->td_proc->p_comm,
396                             masked_exceptions);
397         }
398 #endif
399 }
400
401 int
402 npxformat()
403 {
404
405         if (!hw_float)
406                 return (_MC_FPFMT_NODEV);
407 #ifdef  CPU_ENABLE_SSE
408         if (cpu_fxsr)
409                 return (_MC_FPFMT_XMM);
410 #endif
411         return (_MC_FPFMT_387);
412 }
413
414 /* 
415  * The following mechanism is used to ensure that the FPE_... value
416  * that is passed as a trapcode to the signal handler of the user
417  * process does not have more than one bit set.
418  * 
419  * Multiple bits may be set if the user process modifies the control
420  * word while a status word bit is already set.  While this is a sign
421  * of bad coding, we have no choise than to narrow them down to one
422  * bit, since we must not send a trapcode that is not exactly one of
423  * the FPE_ macros.
424  *
425  * The mechanism has a static table with 127 entries.  Each combination
426  * of the 7 FPU status word exception bits directly translates to a
427  * position in this table, where a single FPE_... value is stored.
428  * This FPE_... value stored there is considered the "most important"
429  * of the exception bits and will be sent as the signal code.  The
430  * precedence of the bits is based upon Intel Document "Numerical
431  * Applications", Chapter "Special Computational Situations".
432  *
433  * The macro to choose one of these values does these steps: 1) Throw
434  * away status word bits that cannot be masked.  2) Throw away the bits
435  * currently masked in the control word, assuming the user isn't
436  * interested in them anymore.  3) Reinsert status word bit 7 (stack
437  * fault) if it is set, which cannot be masked but must be presered.
438  * 4) Use the remaining bits to point into the trapcode table.
439  *
440  * The 6 maskable bits in order of their preference, as stated in the
441  * above referenced Intel manual:
442  * 1  Invalid operation (FP_X_INV)
443  * 1a   Stack underflow
444  * 1b   Stack overflow
445  * 1c   Operand of unsupported format
446  * 1d   SNaN operand.
447  * 2  QNaN operand (not an exception, irrelavant here)
448  * 3  Any other invalid-operation not mentioned above or zero divide
449  *      (FP_X_INV, FP_X_DZ)
450  * 4  Denormal operand (FP_X_DNML)
451  * 5  Numeric over/underflow (FP_X_OFL, FP_X_UFL)
452  * 6  Inexact result (FP_X_IMP) 
453  */
454 static char fpetable[128] = {
455         0,
456         FPE_FLTINV,     /*  1 - INV */
457         FPE_FLTUND,     /*  2 - DNML */
458         FPE_FLTINV,     /*  3 - INV | DNML */
459         FPE_FLTDIV,     /*  4 - DZ */
460         FPE_FLTINV,     /*  5 - INV | DZ */
461         FPE_FLTDIV,     /*  6 - DNML | DZ */
462         FPE_FLTINV,     /*  7 - INV | DNML | DZ */
463         FPE_FLTOVF,     /*  8 - OFL */
464         FPE_FLTINV,     /*  9 - INV | OFL */
465         FPE_FLTUND,     /*  A - DNML | OFL */
466         FPE_FLTINV,     /*  B - INV | DNML | OFL */
467         FPE_FLTDIV,     /*  C - DZ | OFL */
468         FPE_FLTINV,     /*  D - INV | DZ | OFL */
469         FPE_FLTDIV,     /*  E - DNML | DZ | OFL */
470         FPE_FLTINV,     /*  F - INV | DNML | DZ | OFL */
471         FPE_FLTUND,     /* 10 - UFL */
472         FPE_FLTINV,     /* 11 - INV | UFL */
473         FPE_FLTUND,     /* 12 - DNML | UFL */
474         FPE_FLTINV,     /* 13 - INV | DNML | UFL */
475         FPE_FLTDIV,     /* 14 - DZ | UFL */
476         FPE_FLTINV,     /* 15 - INV | DZ | UFL */
477         FPE_FLTDIV,     /* 16 - DNML | DZ | UFL */
478         FPE_FLTINV,     /* 17 - INV | DNML | DZ | UFL */
479         FPE_FLTOVF,     /* 18 - OFL | UFL */
480         FPE_FLTINV,     /* 19 - INV | OFL | UFL */
481         FPE_FLTUND,     /* 1A - DNML | OFL | UFL */
482         FPE_FLTINV,     /* 1B - INV | DNML | OFL | UFL */
483         FPE_FLTDIV,     /* 1C - DZ | OFL | UFL */
484         FPE_FLTINV,     /* 1D - INV | DZ | OFL | UFL */
485         FPE_FLTDIV,     /* 1E - DNML | DZ | OFL | UFL */
486         FPE_FLTINV,     /* 1F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL */
487         FPE_FLTRES,     /* 20 - IMP */
488         FPE_FLTINV,     /* 21 - INV | IMP */
489         FPE_FLTUND,     /* 22 - DNML | IMP */
490         FPE_FLTINV,     /* 23 - INV | DNML | IMP */
491         FPE_FLTDIV,     /* 24 - DZ | IMP */
492         FPE_FLTINV,     /* 25 - INV | DZ | IMP */
493         FPE_FLTDIV,     /* 26 - DNML | DZ | IMP */
494         FPE_FLTINV,     /* 27 - INV | DNML | DZ | IMP */
495         FPE_FLTOVF,     /* 28 - OFL | IMP */
496         FPE_FLTINV,     /* 29 - INV | OFL | IMP */
497         FPE_FLTUND,     /* 2A - DNML | OFL | IMP */
498         FPE_FLTINV,     /* 2B - INV | DNML | OFL | IMP */
499         FPE_FLTDIV,     /* 2C - DZ | OFL | IMP */
500         FPE_FLTINV,     /* 2D - INV | DZ | OFL | IMP */
501         FPE_FLTDIV,     /* 2E - DNML | DZ | OFL | IMP */
502         FPE_FLTINV,     /* 2F - INV | DNML | DZ | OFL | IMP */
503         FPE_FLTUND,     /* 30 - UFL | IMP */
504         FPE_FLTINV,     /* 31 - INV | UFL | IMP */
505         FPE_FLTUND,     /* 32 - DNML | UFL | IMP */
506         FPE_FLTINV,     /* 33 - INV | DNML | UFL | IMP */
507         FPE_FLTDIV,     /* 34 - DZ | UFL | IMP */
508         FPE_FLTINV,     /* 35 - INV | DZ | UFL | IMP */
509         FPE_FLTDIV,     /* 36 - DNML | DZ | UFL | IMP */
510         FPE_FLTINV,     /* 37 - INV | DNML | DZ | UFL | IMP */
511         FPE_FLTOVF,     /* 38 - OFL | UFL | IMP */
512         FPE_FLTINV,     /* 39 - INV | OFL | UFL | IMP */
513         FPE_FLTUND,     /* 3A - DNML | OFL | UFL | IMP */
514         FPE_FLTINV,     /* 3B - INV | DNML | OFL | UFL | IMP */
515         FPE_FLTDIV,     /* 3C - DZ | OFL | UFL | IMP */
516         FPE_FLTINV,     /* 3D - INV | DZ | OFL | UFL | IMP */
517         FPE_FLTDIV,     /* 3E - DNML | DZ | OFL | UFL | IMP */
518         FPE_FLTINV,     /* 3F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | IMP */
519         FPE_FLTSUB,     /* 40 - STK */
520         FPE_FLTSUB,     /* 41 - INV | STK */
521         FPE_FLTUND,     /* 42 - DNML | STK */
522         FPE_FLTSUB,     /* 43 - INV | DNML | STK */
523         FPE_FLTDIV,     /* 44 - DZ | STK */
524         FPE_FLTSUB,     /* 45 - INV | DZ | STK */
525         FPE_FLTDIV,     /* 46 - DNML | DZ | STK */
526         FPE_FLTSUB,     /* 47 - INV | DNML | DZ | STK */
527         FPE_FLTOVF,     /* 48 - OFL | STK */
528         FPE_FLTSUB,     /* 49 - INV | OFL | STK */
529         FPE_FLTUND,     /* 4A - DNML | OFL | STK */
530         FPE_FLTSUB,     /* 4B - INV | DNML | OFL | STK */
531         FPE_FLTDIV,     /* 4C - DZ | OFL | STK */
532         FPE_FLTSUB,     /* 4D - INV | DZ | OFL | STK */
533         FPE_FLTDIV,     /* 4E - DNML | DZ | OFL | STK */
534         FPE_FLTSUB,     /* 4F - INV | DNML | DZ | OFL | STK */
535         FPE_FLTUND,     /* 50 - UFL | STK */
536         FPE_FLTSUB,     /* 51 - INV | UFL | STK */
537         FPE_FLTUND,     /* 52 - DNML | UFL | STK */
538         FPE_FLTSUB,     /* 53 - INV | DNML | UFL | STK */
539         FPE_FLTDIV,     /* 54 - DZ | UFL | STK */
540         FPE_FLTSUB,     /* 55 - INV | DZ | UFL | STK */
541         FPE_FLTDIV,     /* 56 - DNML | DZ | UFL | STK */
542         FPE_FLTSUB,     /* 57 - INV | DNML | DZ | UFL | STK */
543         FPE_FLTOVF,     /* 58 - OFL | UFL | STK */
544         FPE_FLTSUB,     /* 59 - INV | OFL | UFL | STK */
545         FPE_FLTUND,     /* 5A - DNML | OFL | UFL | STK */
546         FPE_FLTSUB,     /* 5B - INV | DNML | OFL | UFL | STK */
547         FPE_FLTDIV,     /* 5C - DZ | OFL | UFL | STK */
548         FPE_FLTSUB,     /* 5D - INV | DZ | OFL | UFL | STK */
549         FPE_FLTDIV,     /* 5E - DNML | DZ | OFL | UFL | STK */
550         FPE_FLTSUB,     /* 5F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | STK */
551         FPE_FLTRES,     /* 60 - IMP | STK */
552         FPE_FLTSUB,     /* 61 - INV | IMP | STK */
553         FPE_FLTUND,     /* 62 - DNML | IMP | STK */
554         FPE_FLTSUB,     /* 63 - INV | DNML | IMP | STK */
555         FPE_FLTDIV,     /* 64 - DZ | IMP | STK */
556         FPE_FLTSUB,     /* 65 - INV | DZ | IMP | STK */
557         FPE_FLTDIV,     /* 66 - DNML | DZ | IMP | STK */
558         FPE_FLTSUB,     /* 67 - INV | DNML | DZ | IMP | STK */
559         FPE_FLTOVF,     /* 68 - OFL | IMP | STK */
560         FPE_FLTSUB,     /* 69 - INV | OFL | IMP | STK */
561         FPE_FLTUND,     /* 6A - DNML | OFL | IMP | STK */
562         FPE_FLTSUB,     /* 6B - INV | DNML | OFL | IMP | STK */
563         FPE_FLTDIV,     /* 6C - DZ | OFL | IMP | STK */
564         FPE_FLTSUB,     /* 6D - INV | DZ | OFL | IMP | STK */
565         FPE_FLTDIV,     /* 6E - DNML | DZ | OFL | IMP | STK */
566         FPE_FLTSUB,     /* 6F - INV | DNML | DZ | OFL | IMP | STK */
567         FPE_FLTUND,     /* 70 - UFL | IMP | STK */
568         FPE_FLTSUB,     /* 71 - INV | UFL | IMP | STK */
569         FPE_FLTUND,     /* 72 - DNML | UFL | IMP | STK */
570         FPE_FLTSUB,     /* 73 - INV | DNML | UFL | IMP | STK */
571         FPE_FLTDIV,     /* 74 - DZ | UFL | IMP | STK */
572         FPE_FLTSUB,     /* 75 - INV | DZ | UFL | IMP | STK */
573         FPE_FLTDIV,     /* 76 - DNML | DZ | UFL | IMP | STK */
574         FPE_FLTSUB,     /* 77 - INV | DNML | DZ | UFL | IMP | STK */
575         FPE_FLTOVF,     /* 78 - OFL | UFL | IMP | STK */
576         FPE_FLTSUB,     /* 79 - INV | OFL | UFL | IMP | STK */
577         FPE_FLTUND,     /* 7A - DNML | OFL | UFL | IMP | STK */
578         FPE_FLTSUB,     /* 7B - INV | DNML | OFL | UFL | IMP | STK */
579         FPE_FLTDIV,     /* 7C - DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
580         FPE_FLTSUB,     /* 7D - INV | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
581         FPE_FLTDIV,     /* 7E - DNML | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
582         FPE_FLTSUB,     /* 7F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
583 };
584
585 /*
586  * Read the FP status and control words, then generate si_code value
587  * for SIGFPE.  The error code chosen will be one of the
588  * FPE_... macros.  It will be sent as the second argument to old
589  * BSD-style signal handlers and as "siginfo_t->si_code" (second
590  * argument) to SA_SIGINFO signal handlers.
591  *
592  * Some time ago, we cleared the x87 exceptions with FNCLEX there.
593  * Clearing exceptions was necessary mainly to avoid IRQ13 bugs.  The
594  * usermode code which understands the FPU hardware enough to enable
595  * the exceptions, can also handle clearing the exception state in the
596  * handler.  The only consequence of not clearing the exception is the
597  * rethrow of the SIGFPE on return from the signal handler and
598  * reexecution of the corresponding instruction.
599  *
600  * For XMM traps, the exceptions were never cleared.
601  */
602 int
603 npxtrap_x87(void)
604 {
605         u_short control, status;
606
607         if (!hw_float) {
608                 printf(
609         "npxtrap_x87: fpcurthread = %p, curthread = %p, hw_float = %d\n",
610                        PCPU_GET(fpcurthread), curthread, hw_float);
611                 panic("npxtrap from nowhere");
612         }
613         critical_enter();
614
615         /*
616          * Interrupt handling (for another interrupt) may have pushed the
617          * state to memory.  Fetch the relevant parts of the state from
618          * wherever they are.
619          */
620         if (PCPU_GET(fpcurthread) != curthread) {
621                 control = GET_FPU_CW(curthread);
622                 status = GET_FPU_SW(curthread);
623         } else {
624                 fnstcw(&control);
625                 fnstsw(&status);
626         }
627         critical_exit();
628         return (fpetable[status & ((~control & 0x3f) | 0x40)]);
629 }
630
631 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
632 int
633 npxtrap_sse(void)
634 {
635         u_int mxcsr;
636
637         if (!hw_float) {
638                 printf(
639         "npxtrap_sse: fpcurthread = %p, curthread = %p, hw_float = %d\n",
640                        PCPU_GET(fpcurthread), curthread, hw_float);
641                 panic("npxtrap from nowhere");
642         }
643         critical_enter();
644         if (PCPU_GET(fpcurthread) != curthread)
645                 mxcsr = curthread->td_pcb->pcb_save->sv_xmm.sv_env.en_mxcsr;
646         else
647                 stmxcsr(&mxcsr);
648         critical_exit();
649         return (fpetable[(mxcsr & (~mxcsr >> 7)) & 0x3f]);
650 }
651 #endif
652
653 /*
654  * Implement device not available (DNA) exception
655  *
656  * It would be better to switch FP context here (if curthread != fpcurthread)
657  * and not necessarily for every context switch, but it is too hard to
658  * access foreign pcb's.
659  */
660
661 static int err_count = 0;
662
663 int
664 npxdna(void)
665 {
666
667         if (!hw_float)
668                 return (0);
669         critical_enter();
670         if (PCPU_GET(fpcurthread) == curthread) {
671                 printf("npxdna: fpcurthread == curthread %d times\n",
672                     ++err_count);
673                 stop_emulating();
674                 critical_exit();
675                 return (1);
676         }
677         if (PCPU_GET(fpcurthread) != NULL) {
678                 printf("npxdna: fpcurthread = %p (%d), curthread = %p (%d)\n",
679                        PCPU_GET(fpcurthread),
680                        PCPU_GET(fpcurthread)->td_proc->p_pid,
681                        curthread, curthread->td_proc->p_pid);
682                 panic("npxdna");
683         }
684         stop_emulating();
685         /*
686          * Record new context early in case frstor causes an IRQ13.
687          */
688         PCPU_SET(fpcurthread, curthread);
689
690 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
691         if (cpu_fxsr)
692                 fpu_clean_state();
693 #endif
694
695         if ((curpcb->pcb_flags & PCB_NPXINITDONE) == 0) {
696                 /*
697                  * This is the first time this thread has used the FPU or
698                  * the PCB doesn't contain a clean FPU state.  Explicitly
699                  * load an initial state.
700                  */
701                 fpurstor(&npx_initialstate);
702                 if (curpcb->pcb_initial_npxcw != __INITIAL_NPXCW__)
703                         fldcw(curpcb->pcb_initial_npxcw);
704                 curpcb->pcb_flags |= PCB_NPXINITDONE;
705                 if (PCB_USER_FPU(curpcb))
706                         curpcb->pcb_flags |= PCB_NPXUSERINITDONE;
707         } else {
708                 /*
709                  * The following fpurstor() may cause an IRQ13 when the
710                  * state being restored has a pending error.  The error will
711                  * appear to have been triggered by the current (npx) user
712                  * instruction even when that instruction is a no-wait
713                  * instruction that should not trigger an error (e.g.,
714                  * fnclex).  On at least one 486 system all of the no-wait
715                  * instructions are broken the same as frstor, so our
716                  * treatment does not amplify the breakage.  On at least
717                  * one 386/Cyrix 387 system, fnclex works correctly while
718                  * frstor and fnsave are broken, so our treatment breaks
719                  * fnclex if it is the first FPU instruction after a context
720                  * switch.
721                  */
722                 fpurstor(curpcb->pcb_save);
723         }
724         critical_exit();
725
726         return (1);
727 }
728
729 /*
730  * Wrapper for fnsave instruction, partly to handle hardware bugs.  When npx
731  * exceptions are reported via IRQ13, spurious IRQ13's may be triggered by
732  * no-wait npx instructions.  See the Intel application note AP-578 for
733  * details.  This doesn't cause any additional complications here.  IRQ13's
734  * are inherently asynchronous unless the CPU is frozen to deliver them --
735  * one that started in userland may be delivered many instructions later,
736  * after the process has entered the kernel.  It may even be delivered after
737  * the fnsave here completes.  A spurious IRQ13 for the fnsave is handled in
738  * the same way as a very-late-arriving non-spurious IRQ13 from user mode:
739  * it is normally ignored at first because we set fpcurthread to NULL; it is
740  * normally retriggered in npxdna() after return to user mode.
741  *
742  * npxsave() must be called with interrupts disabled, so that it clears
743  * fpcurthread atomically with saving the state.  We require callers to do the
744  * disabling, since most callers need to disable interrupts anyway to call
745  * npxsave() atomically with checking fpcurthread.
746  *
747  * A previous version of npxsave() went to great lengths to excecute fnsave
748  * with interrupts enabled in case executing it froze the CPU.  This case
749  * can't happen, at least for Intel CPU/NPX's.  Spurious IRQ13's don't imply
750  * spurious freezes.
751  */
752 void
753 npxsave(addr)
754         union savefpu *addr;
755 {
756
757         stop_emulating();
758         fpusave(addr);
759
760         start_emulating();
761         PCPU_SET(fpcurthread, NULL);
762 }
763
764 void
765 npxdrop()
766 {
767         struct thread *td;
768
769         /*
770          * Discard pending exceptions in the !cpu_fxsr case so that unmasked
771          * ones don't cause a panic on the next frstor.
772          */
773 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
774         if (!cpu_fxsr)
775 #endif
776                 fnclex();
777
778         td = PCPU_GET(fpcurthread);
779         KASSERT(td == curthread, ("fpudrop: fpcurthread != curthread"));
780         CRITICAL_ASSERT(td);
781         PCPU_SET(fpcurthread, NULL);
782         td->td_pcb->pcb_flags &= ~PCB_NPXINITDONE;
783         start_emulating();
784 }
785
786 /*
787  * Get the user state of the FPU into pcb->pcb_user_save without
788  * dropping ownership (if possible).  It returns the FPU ownership
789  * status.
790  */
791 int
792 npxgetregs(struct thread *td)
793 {
794         struct pcb *pcb;
795
796         if (!hw_float)
797                 return (_MC_FPOWNED_NONE);
798
799         pcb = td->td_pcb;
800         if ((pcb->pcb_flags & PCB_NPXINITDONE) == 0) {
801                 bcopy(&npx_initialstate, &pcb->pcb_user_save,
802                     sizeof(npx_initialstate));
803                 SET_FPU_CW(&pcb->pcb_user_save, pcb->pcb_initial_npxcw);
804                 npxuserinited(td);
805                 return (_MC_FPOWNED_PCB);
806         }
807         critical_enter();
808         if (td == PCPU_GET(fpcurthread)) {
809                 fpusave(&pcb->pcb_user_save);
810 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
811                 if (!cpu_fxsr)
812 #endif
813                         /*
814                          * fnsave initializes the FPU and destroys whatever
815                          * context it contains.  Make sure the FPU owner
816                          * starts with a clean state next time.
817                          */
818                         npxdrop();
819                 critical_exit();
820                 return (_MC_FPOWNED_FPU);
821         } else {
822                 critical_exit();
823                 return (_MC_FPOWNED_PCB);
824         }
825 }
826
827 void
828 npxuserinited(struct thread *td)
829 {
830         struct pcb *pcb;
831
832         pcb = td->td_pcb;
833         if (PCB_USER_FPU(pcb))
834                 pcb->pcb_flags |= PCB_NPXINITDONE;
835         pcb->pcb_flags |= PCB_NPXUSERINITDONE;
836 }
837
838
839 void
840 npxsetregs(struct thread *td, union savefpu *addr)
841 {
842         struct pcb *pcb;
843
844         if (!hw_float)
845                 return;
846
847         pcb = td->td_pcb;
848         critical_enter();
849         if (td == PCPU_GET(fpcurthread) && PCB_USER_FPU(pcb)) {
850 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
851                 if (!cpu_fxsr)
852 #endif
853                         fnclex();       /* As in npxdrop(). */
854                 if (((uintptr_t)addr & 0xf) != 0) {
855                         bcopy(addr, &pcb->pcb_user_save, sizeof(*addr));
856                         fpurstor(&pcb->pcb_user_save);
857                 } else
858                         fpurstor(addr);
859                 critical_exit();
860                 pcb->pcb_flags |= PCB_NPXUSERINITDONE | PCB_NPXINITDONE;
861         } else {
862                 critical_exit();
863                 bcopy(addr, &pcb->pcb_user_save, sizeof(*addr));
864                 npxuserinited(td);
865         }
866 }
867
868 static void
869 fpusave(addr)
870         union savefpu *addr;
871 {
872         
873 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
874         if (cpu_fxsr)
875                 fxsave(addr);
876         else
877 #endif
878                 fnsave(addr);
879 }
880
881 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
882 /*
883  * On AuthenticAMD processors, the fxrstor instruction does not restore
884  * the x87's stored last instruction pointer, last data pointer, and last
885  * opcode values, except in the rare case in which the exception summary
886  * (ES) bit in the x87 status word is set to 1.
887  *
888  * In order to avoid leaking this information across processes, we clean
889  * these values by performing a dummy load before executing fxrstor().
890  */
891 static void
892 fpu_clean_state(void)
893 {
894         static float dummy_variable = 0.0;
895         u_short status;
896
897         /*
898          * Clear the ES bit in the x87 status word if it is currently
899          * set, in order to avoid causing a fault in the upcoming load.
900          */
901         fnstsw(&status);
902         if (status & 0x80)
903                 fnclex();
904
905         /*
906          * Load the dummy variable into the x87 stack.  This mangles
907          * the x87 stack, but we don't care since we're about to call
908          * fxrstor() anyway.
909          */
910         __asm __volatile("ffree %%st(7); flds %0" : : "m" (dummy_variable));
911 }
912 #endif /* CPU_ENABLE_SSE */
913
914 static void
915 fpurstor(addr)
916         union savefpu *addr;
917 {
918
919 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
920         if (cpu_fxsr)
921                 fxrstor(addr);
922         else
923 #endif
924                 frstor(addr);
925 }
926
927 static device_method_t npx_methods[] = {
928         /* Device interface */
929         DEVMETHOD(device_identify,      npx_identify),
930         DEVMETHOD(device_probe,         npx_probe),
931         DEVMETHOD(device_attach,        npx_attach),
932         DEVMETHOD(device_detach,        bus_generic_detach),
933         DEVMETHOD(device_shutdown,      bus_generic_shutdown),
934         DEVMETHOD(device_suspend,       bus_generic_suspend),
935         DEVMETHOD(device_resume,        bus_generic_resume),
936         
937         { 0, 0 }
938 };
939
940 static driver_t npx_driver = {
941         "npx",
942         npx_methods,
943         1,                      /* no softc */
944 };
945
946 static devclass_t npx_devclass;
947
948 /*
949  * We prefer to attach to the root nexus so that the usual case (exception 16)
950  * doesn't describe the processor as being `on isa'.
951  */
952 DRIVER_MODULE(npx, nexus, npx_driver, npx_devclass, 0, 0);
953
954 #ifdef DEV_ISA
955 /*
956  * This sucks up the legacy ISA support assignments from PNPBIOS/ACPI.
957  */
958 static struct isa_pnp_id npxisa_ids[] = {
959         { 0x040cd041, "Legacy ISA coprocessor support" }, /* PNP0C04 */
960         { 0 }
961 };
962
963 static int
964 npxisa_probe(device_t dev)
965 {
966         int result;
967         if ((result = ISA_PNP_PROBE(device_get_parent(dev), dev, npxisa_ids)) <= 0) {
968                 device_quiet(dev);
969         }
970         return(result);
971 }
972
973 static int
974 npxisa_attach(device_t dev)
975 {
976         return (0);
977 }
978
979 static device_method_t npxisa_methods[] = {
980         /* Device interface */
981         DEVMETHOD(device_probe,         npxisa_probe),
982         DEVMETHOD(device_attach,        npxisa_attach),
983         DEVMETHOD(device_detach,        bus_generic_detach),
984         DEVMETHOD(device_shutdown,      bus_generic_shutdown),
985         DEVMETHOD(device_suspend,       bus_generic_suspend),
986         DEVMETHOD(device_resume,        bus_generic_resume),
987         
988         { 0, 0 }
989 };
990
991 static driver_t npxisa_driver = {
992         "npxisa",
993         npxisa_methods,
994         1,                      /* no softc */
995 };
996
997 static devclass_t npxisa_devclass;
998
999 DRIVER_MODULE(npxisa, isa, npxisa_driver, npxisa_devclass, 0, 0);
1000 #ifndef PC98
1001 DRIVER_MODULE(npxisa, acpi, npxisa_driver, npxisa_devclass, 0, 0);
1002 #endif
1003 #endif /* DEV_ISA */
1004
1005 static MALLOC_DEFINE(M_FPUKERN_CTX, "fpukern_ctx",
1006     "Kernel contexts for FPU state");
1007
1008 #define XSAVE_AREA_ALIGN        64
1009
1010 #define FPU_KERN_CTX_NPXINITDONE 0x01
1011
1012 struct fpu_kern_ctx {
1013         union savefpu *prev;
1014         uint32_t flags;
1015         char hwstate1[];
1016 };
1017
1018 struct fpu_kern_ctx *
1019 fpu_kern_alloc_ctx(u_int flags)
1020 {
1021         struct fpu_kern_ctx *res;
1022         size_t sz;
1023
1024         sz = sizeof(struct fpu_kern_ctx) + XSAVE_AREA_ALIGN +
1025             sizeof(union savefpu);
1026         res = malloc(sz, M_FPUKERN_CTX, ((flags & FPU_KERN_NOWAIT) ?
1027             M_NOWAIT : M_WAITOK) | M_ZERO);
1028         return (res);
1029 }
1030
1031 void
1032 fpu_kern_free_ctx(struct fpu_kern_ctx *ctx)
1033 {
1034
1035         /* XXXKIB clear the memory ? */
1036         free(ctx, M_FPUKERN_CTX);
1037 }
1038
1039 static union savefpu *
1040 fpu_kern_ctx_savefpu(struct fpu_kern_ctx *ctx)
1041 {
1042         vm_offset_t p;
1043
1044         p = (vm_offset_t)&ctx->hwstate1;
1045         p = roundup2(p, XSAVE_AREA_ALIGN);
1046         return ((union savefpu *)p);
1047 }
1048
1049 int
1050 fpu_kern_enter(struct thread *td, struct fpu_kern_ctx *ctx, u_int flags)
1051 {
1052         struct pcb *pcb;
1053
1054         pcb = td->td_pcb;
1055         KASSERT(!PCB_USER_FPU(pcb) || pcb->pcb_save == &pcb->pcb_user_save,
1056             ("mangled pcb_save"));
1057         ctx->flags = 0;
1058         if ((pcb->pcb_flags & PCB_NPXINITDONE) != 0)
1059                 ctx->flags |= FPU_KERN_CTX_NPXINITDONE;
1060         npxexit(td);
1061         ctx->prev = pcb->pcb_save;
1062         pcb->pcb_save = fpu_kern_ctx_savefpu(ctx);
1063         pcb->pcb_flags |= PCB_KERNNPX;
1064         pcb->pcb_flags &= ~PCB_NPXINITDONE;
1065         return (0);
1066 }
1067
1068 int
1069 fpu_kern_leave(struct thread *td, struct fpu_kern_ctx *ctx)
1070 {
1071         struct pcb *pcb;
1072
1073         pcb = td->td_pcb;
1074         critical_enter();
1075         if (curthread == PCPU_GET(fpcurthread))
1076                 npxdrop();
1077         critical_exit();
1078         pcb->pcb_save = ctx->prev;
1079         if (pcb->pcb_save == &pcb->pcb_user_save) {
1080                 if ((pcb->pcb_flags & PCB_NPXUSERINITDONE) != 0)
1081                         pcb->pcb_flags |= PCB_NPXINITDONE;
1082                 else
1083                         pcb->pcb_flags &= ~PCB_NPXINITDONE;
1084                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_KERNNPX;
1085         } else {
1086                 if ((ctx->flags & FPU_KERN_CTX_NPXINITDONE) != 0)
1087                         pcb->pcb_flags |= PCB_NPXINITDONE;
1088                 else
1089                         pcb->pcb_flags &= ~PCB_NPXINITDONE;
1090                 KASSERT(!PCB_USER_FPU(pcb), ("unpaired fpu_kern_leave"));
1091         }
1092         return (0);
1093 }
1094
1095 int
1096 fpu_kern_thread(u_int flags)
1097 {
1098         struct pcb *pcb;
1099
1100         pcb = curpcb;
1101         KASSERT((curthread->td_pflags & TDP_KTHREAD) != 0,
1102             ("Only kthread may use fpu_kern_thread"));
1103         KASSERT(curpcb->pcb_save == &curpcb->pcb_user_save,
1104             ("mangled pcb_save"));
1105         KASSERT(PCB_USER_FPU(curpcb), ("recursive call"));
1106
1107         curpcb->pcb_flags |= PCB_KERNNPX;
1108         return (0);
1109 }
1110
1111 int
1112 is_fpu_kern_thread(u_int flags)
1113 {
1114
1115         if ((curthread->td_pflags & TDP_KTHREAD) == 0)
1116                 return (0);
1117         return ((curpcb->pcb_flags & PCB_KERNNPX) != 0);
1118 }