sys/i386/i386/exception.s

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1989, 1990 William F. Jolitz.
   3  * Copyright (c) 1990 The Regents of the University of California.
   4  * Copyright (c) 2007 The FreeBSD Foundation
   5  * All rights reserved.
   6  *
   7  * Portions of this software were developed by A. Joseph Koshy under
   8  * sponsorship from the FreeBSD Foundation and Google, Inc.
   9  *
  10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  11  * modification, are permitted provided that the following conditions
  12  * are met:
  13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  20  *    without specific prior written permission.
  21  *
  22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  *
  34  * $FreeBSD$
  35  */
  36
  37 #include "opt_apic.h"
  38 #include "opt_atpic.h"
  39 #include "opt_hwpmc_hooks.h"
  40 #include "opt_kdtrace.h"
  41 #include "opt_npx.h"
  42
  43 #include <machine/asmacros.h>
  44 #include <machine/psl.h>
  45 #include <machine/trap.h>
  46
  47 #include "assym.s"
  48
  49 #define SEL_RPL_MASK    0x0003
  50 #define GSEL_KPL        0x0020  /* GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL) */
  51
  52 #ifdef KDTRACE_HOOKS
  53         .bss
  54         .globl  dtrace_invop_jump_addr
  55         .align  4
  56         .type   dtrace_invop_jump_addr, @object
  57         .size   dtrace_invop_jump_addr, 4
  58 dtrace_invop_jump_addr:
  59         .zero   4
  60         .globl  dtrace_invop_calltrap_addr
  61         .align  4
  62         .type   dtrace_invop_calltrap_addr, @object
  63         .size   dtrace_invop_calltrap_addr, 4
  64 dtrace_invop_calltrap_addr:
  65         .zero   8
  66 #endif
  67         .text
  68 #ifdef HWPMC_HOOKS
  69         ENTRY(start_exceptions)
  70 #endif
  71 /*****************************************************************************/
  72 /* Trap handling                                                             */
  73 /*****************************************************************************/
  74 /*
  75  * Trap and fault vector routines.
  76  *
  77  * Most traps are 'trap gates', SDT_SYS386TGT.  A trap gate pushes state on
  78  * the stack that mostly looks like an interrupt, but does not disable
  79  * interrupts.  A few of the traps we are use are interrupt gates,
  80  * SDT_SYS386IGT, which are nearly the same thing except interrupts are
  81  * disabled on entry.
  82  *
  83  * The cpu will push a certain amount of state onto the kernel stack for
  84  * the current process.  The amount of state depends on the type of trap
  85  * and whether the trap crossed rings or not.  See i386/include/frame.h.
  86  * At the very least the current EFLAGS (status register, which includes
  87  * the interrupt disable state prior to the trap), the code segment register,
  88  * and the return instruction pointer are pushed by the cpu.  The cpu
  89  * will also push an 'error' code for certain traps.  We push a dummy
  90  * error code for those traps where the cpu doesn't in order to maintain
  91  * a consistent frame.  We also push a contrived 'trap number'.
  92  *
  93  * The cpu does not push the general registers, we must do that, and we
  94  * must restore them prior to calling 'iret'.  The cpu adjusts the %cs and
  95  * %ss segment registers, but does not mess with %ds, %es, or %fs.  Thus we
  96  * must load them with appropriate values for supervisor mode operation.
  97  */
  98
  99 MCOUNT_LABEL(user)
 100 MCOUNT_LABEL(btrap)
 101
 102 #define TRAP(a)         pushl $(a) ; jmp alltraps
 103
 104 IDTVEC(div)
 105         pushl $0; TRAP(T_DIVIDE)
 106 IDTVEC(dbg)
 107         pushl $0; TRAP(T_TRCTRAP)
 108 IDTVEC(nmi)
 109         pushl $0; TRAP(T_NMI)
 110 IDTVEC(bpt)
 111         pushl $0; TRAP(T_BPTFLT)
 112 IDTVEC(dtrace_ret)
 113         pushl $0; TRAP(T_DTRACE_RET)
 114 IDTVEC(ofl)
 115         pushl $0; TRAP(T_OFLOW)
 116 IDTVEC(bnd)
 117         pushl $0; TRAP(T_BOUND)
 118 #ifndef KDTRACE_HOOKS
 119 IDTVEC(ill)
 120         pushl $0; TRAP(T_PRIVINFLT)
 121 #endif
 122 IDTVEC(dna)
 123         pushl $0; TRAP(T_DNA)
 124 IDTVEC(fpusegm)
 125         pushl $0; TRAP(T_FPOPFLT)
 126 IDTVEC(tss)
 127         TRAP(T_TSSFLT)
 128 IDTVEC(missing)
 129         TRAP(T_SEGNPFLT)
 130 IDTVEC(stk)
 131         TRAP(T_STKFLT)
 132 IDTVEC(prot)
 133         TRAP(T_PROTFLT)
 134 IDTVEC(page)
 135         TRAP(T_PAGEFLT)
 136 IDTVEC(mchk)
 137         pushl $0; TRAP(T_MCHK)
 138 IDTVEC(rsvd)
 139         pushl $0; TRAP(T_RESERVED)
 140 IDTVEC(fpu)
 141         pushl $0; TRAP(T_ARITHTRAP)
 142 IDTVEC(align)
 143         TRAP(T_ALIGNFLT)
 144 IDTVEC(xmm)
 145         pushl $0; TRAP(T_XMMFLT)
 146
 147         /*
 148          * All traps except ones for syscalls jump to alltraps.  If
 149          * interrupts were enabled when the trap occurred, then interrupts
 150          * are enabled now if the trap was through a trap gate, else
 151          * disabled if the trap was through an interrupt gate.  Note that
 152          * int0x80_syscall is a trap gate.   Interrupt gates are used by
 153          * page faults, non-maskable interrupts, debug and breakpoint
 154          * exceptions.
 155          */
 156         SUPERALIGN_TEXT
 157         .globl  alltraps
 158         .type   alltraps,@function
 159 alltraps:
 160         pushal
 161         pushl   $0
 162         movw    %ds,(%esp)
 163         pushl   $0
 164         movw    %es,(%esp)
 165         pushl   $0
 166         movw    %fs,(%esp)
 167 alltraps_with_regs_pushed:
 168         SET_KERNEL_SREGS
 169         cld
 170         FAKE_MCOUNT(TF_EIP(%esp))
 171 calltrap:
 172         pushl   %esp
 173         call    trap
 174         add     $4, %esp
 175
 176         /*
 177          * Return via doreti to handle ASTs.
 178          */
 179         MEXITCOUNT
 180         jmp     doreti
 181
 182 /*
 183  * Privileged instruction fault.
 184  */
 185 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 186         SUPERALIGN_TEXT
 187 IDTVEC(ill)
 188         /* Check if there is no DTrace hook registered. */
 189         cmpl    $0,dtrace_invop_jump_addr
 190         je      norm_ill
 191
 192         /* Check if this is a user fault. */
 193         cmpl    $GSEL_KPL, 4(%esp)      /* Check the code segment. */
 194
 195         /* If so, just handle it as a normal trap. */
 196         jne     norm_ill
 197
 198         /*
 199          * This is a kernel instruction fault that might have been caused
 200          * by a DTrace provider.
 201          */
 202         pushal                          /* Push all registers onto the stack. */
 203
 204         /*
 205          * Set our jump address for the jump back in the event that
 206          * the exception wasn't caused by DTrace at all.
 207          */
 208         movl    $norm_ill, dtrace_invop_calltrap_addr
 209
 210         /* Jump to the code hooked in by DTrace. */
 211         jmpl    *dtrace_invop_jump_addr
 212
 213         /*
 214          * Process the instruction fault in the normal way.
 215          */
 216 norm_ill:
 217         pushl $0
 218         TRAP(T_PRIVINFLT)
 219 #endif
 220
 221 /*
 222  * Call gate entry for syscalls (lcall 7,0).
 223  * This is used by FreeBSD 1.x a.out executables and "old" NetBSD executables.
 224  *
 225  * The intersegment call has been set up to specify one dummy parameter.
 226  * This leaves a place to put eflags so that the call frame can be
 227  * converted to a trap frame. Note that the eflags is (semi-)bogusly
 228  * pushed into (what will be) tf_err and then copied later into the
 229  * final spot. It has to be done this way because esp can't be just
 230  * temporarily altered for the pushfl - an interrupt might come in
 231  * and clobber the saved cs/eip.
 232  */
 233         SUPERALIGN_TEXT
 234 IDTVEC(lcall_syscall)
 235         pushfl                          /* save eflags */
 236         popl    8(%esp)                 /* shuffle into tf_eflags */
 237         pushl   $7                      /* sizeof "lcall 7,0" */
 238         subl    $4,%esp                 /* skip over tf_trapno */
 239         pushal
 240         pushl   $0
 241         movw    %ds,(%esp)
 242         pushl   $0
 243         movw    %es,(%esp)
 244         pushl   $0
 245         movw    %fs,(%esp)
 246         SET_KERNEL_SREGS
 247         cld
 248         FAKE_MCOUNT(TF_EIP(%esp))
 249         pushl   %esp
 250         call    syscall
 251         add     $4, %esp
 252         MEXITCOUNT
 253         jmp     doreti
 254
 255 /*
 256  * Trap gate entry for syscalls (int 0x80).
 257  * This is used by FreeBSD ELF executables, "new" NetBSD executables, and all
 258  * Linux executables.
 259  *
 260  * Even though the name says 'int0x80', this is actually a trap gate, not an
 261  * interrupt gate.  Thus interrupts are enabled on entry just as they are for
 262  * a normal syscall.
 263  */
 264         SUPERALIGN_TEXT
 265 IDTVEC(int0x80_syscall)
 266         pushl   $2                      /* sizeof "int 0x80" */
 267         subl    $4,%esp                 /* skip over tf_trapno */
 268         pushal
 269         pushl   $0
 270         movw    %ds,(%esp)
 271         pushl   $0
 272         movw    %es,(%esp)
 273         pushl   $0
 274         movw    %fs,(%esp)
 275         SET_KERNEL_SREGS
 276         cld
 277         FAKE_MCOUNT(TF_EIP(%esp))
 278         pushl   %esp
 279         call    syscall
 280         add     $4, %esp
 281         MEXITCOUNT
 282         jmp     doreti
 283
 284 ENTRY(fork_trampoline)
 285         pushl   %esp                    /* trapframe pointer */
 286         pushl   %ebx                    /* arg1 */
 287         pushl   %esi                    /* function */
 288         call    fork_exit
 289         addl    $12,%esp
 290         /* cut from syscall */
 291
 292         /*
 293          * Return via doreti to handle ASTs.
 294          */
 295         MEXITCOUNT
 296         jmp     doreti
 297
 298
 299 /*
 300  * To efficiently implement classification of trap and interrupt handlers
 301  * for profiling, there must be only trap handlers between the labels btrap
 302  * and bintr, and only interrupt handlers between the labels bintr and
 303  * eintr.  This is implemented (partly) by including files that contain
 304  * some of the handlers.  Before including the files, set up a normal asm
 305  * environment so that the included files doen't need to know that they are
 306  * included.
 307  */
 308
 309         .data
 310         .p2align 4
 311         .text
 312         SUPERALIGN_TEXT
 313 MCOUNT_LABEL(bintr)
 314
 315 #ifdef DEV_ATPIC
 316 #include <i386/i386/atpic_vector.s>
 317 #endif
 318
 319 #if defined(DEV_APIC) && defined(DEV_ATPIC)
 320         .data
 321         .p2align 4
 322         .text
 323         SUPERALIGN_TEXT
 324 #endif
 325
 326 #ifdef DEV_APIC
 327 #include <i386/i386/apic_vector.s>
 328 #endif
 329
 330         .data
 331         .p2align 4
 332         .text
 333         SUPERALIGN_TEXT
 334 #include <i386/i386/vm86bios.s>
 335
 336         .text
 337 MCOUNT_LABEL(eintr)
 338
 339 /*
 340  * void doreti(struct trapframe)
 341  *
 342  * Handle return from interrupts, traps and syscalls.
 343  */
 344         .text
 345         SUPERALIGN_TEXT
 346         .type   doreti,@function
 347 doreti:
 348         FAKE_MCOUNT($bintr)             /* init "from" bintr -> doreti */
 349 doreti_next:
 350         /*
 351          * Check if ASTs can be handled now.  ASTs cannot be safely
 352          * processed when returning from an NMI.
 353          */
 354         cmpb    $T_NMI,TF_TRAPNO(%esp)
 355 #ifdef HWPMC_HOOKS
 356         je      doreti_nmi
 357 #else
 358         je      doreti_exit
 359 #endif
 360         /*
 361          * PSL_VM must be checked first since segment registers only
 362          * have an RPL in non-VM86 mode.
 363          * ASTs can not be handled now if we are in a vm86 call.
 364          */
 365         testl   $PSL_VM,TF_EFLAGS(%esp)
 366         jz      doreti_notvm86
 367         movl    PCPU(CURPCB),%ecx
 368         testl   $PCB_VM86CALL,PCB_FLAGS(%ecx)
 369         jz      doreti_ast
 370         jmp     doreti_exit
 371
 372 doreti_notvm86:
 373         testb   $SEL_RPL_MASK,TF_CS(%esp) /* are we returning to user mode? */
 374         jz      doreti_exit             /* can't handle ASTs now if not */
 375
 376 doreti_ast:
 377         /*
 378          * Check for ASTs atomically with returning.  Disabling CPU
 379          * interrupts provides sufficient locking even in the SMP case,
 380          * since we will be informed of any new ASTs by an IPI.
 381          */
 382         cli
 383         movl    PCPU(CURTHREAD),%eax
 384         testl   $TDF_ASTPENDING | TDF_NEEDRESCHED,TD_FLAGS(%eax)
 385         je      doreti_exit
 386         sti
 387         pushl   %esp                    /* pass a pointer to the trapframe */
 388         call    ast
 389         add     $4,%esp
 390         jmp     doreti_ast
 391
 392         /*
 393          * doreti_exit: pop registers, iret.
 394          *
 395          *      The segment register pop is a special case, since it may
 396          *      fault if (for example) a sigreturn specifies bad segment
 397          *      registers.  The fault is handled in trap.c.
 398          */
 399 doreti_exit:
 400         MEXITCOUNT
 401
 402         .globl  doreti_popl_fs
 403 doreti_popl_fs:
 404         popl    %fs
 405         .globl  doreti_popl_es
 406 doreti_popl_es:
 407         popl    %es
 408         .globl  doreti_popl_ds
 409 doreti_popl_ds:
 410         popl    %ds
 411         popal
 412         addl    $8,%esp
 413         .globl  doreti_iret
 414 doreti_iret:
 415         iret
 416
 417         /*
 418          * doreti_iret_fault and friends.  Alternative return code for
 419          * the case where we get a fault in the doreti_exit code
 420          * above.  trap() (i386/i386/trap.c) catches this specific
 421          * case, sends the process a signal and continues in the
 422          * corresponding place in the code below.
 423          */
 424         ALIGN_TEXT
 425         .globl  doreti_iret_fault
 426 doreti_iret_fault:
 427         subl    $8,%esp
 428         pushal
 429         pushl   $0
 430         movw    %ds,(%esp)
 431         .globl  doreti_popl_ds_fault
 432 doreti_popl_ds_fault:
 433         pushl   $0
 434         movw    %es,(%esp)
 435         .globl  doreti_popl_es_fault
 436 doreti_popl_es_fault:
 437         pushl   $0
 438         movw    %fs,(%esp)
 439         .globl  doreti_popl_fs_fault
 440 doreti_popl_fs_fault:
 441         sti
 442         movl    $0,TF_ERR(%esp) /* XXX should be the error code */
 443         movl    $T_PROTFLT,TF_TRAPNO(%esp)
 444         jmp     alltraps_with_regs_pushed
 445 #ifdef HWPMC_HOOKS
 446 doreti_nmi:
 447         /*
 448          * Since we are returning from an NMI, check if the current trap
 449          * was from user mode and if so whether the current thread
 450          * needs a user call chain capture.
 451          */
 452         testb   $SEL_RPL_MASK,TF_CS(%esp)
 453         jz      doreti_exit
 454         movl    PCPU(CURTHREAD),%eax    /* curthread present? */
 455         orl     %eax,%eax
 456         jz      doreti_exit
 457         testl   $TDP_CALLCHAIN,TD_PFLAGS(%eax) /* flagged for capture? */
 458         jz      doreti_exit
 459         /*
 460          * Take the processor out of NMI mode by executing a fake "iret".
 461          */
 462         pushfl
 463         pushl   %cs
 464         pushl   $outofnmi
 465         iret
 466 outofnmi:
 467         /*
 468          * Call the callchain capture hook after turning interrupts back on.
 469          */
 470         movl    pmc_hook,%ecx
 471         orl     %ecx,%ecx
 472         jz      doreti_exit
 473         pushl   %esp                    /* frame pointer */
 474         pushl   $PMC_FN_USER_CALLCHAIN  /* command */
 475         movl    PCPU(CURTHREAD),%eax
 476         pushl   %eax                    /* curthread */
 477         sti
 478         call    *%ecx
 479         addl    $12,%esp
 480         jmp     doreti_ast
 481         ENTRY(end_exceptions)
 482 #endif