]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/8.1.git/blob - sys/i386/isa/npx.c
Copy stable/8 to releng/8.1 in preparation for 8.1-RC1.
[FreeBSD/releng/8.1.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 <machine/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 /* Configuration flags. */
89 #define NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_BCOPY        (1 << 0)
90 #define NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_BZERO        (1 << 1)
91 #define NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_COPYIO       (1 << 2)
92
93 #if defined(__GNUCLIKE_ASM) && !defined(lint)
94
95 #define fldcw(addr)             __asm("fldcw %0" : : "m" (*(addr)))
96 #define fnclex()                __asm("fnclex")
97 #define fninit()                __asm("fninit")
98 #define fnsave(addr)            __asm __volatile("fnsave %0" : "=m" (*(addr)))
99 #define fnstcw(addr)            __asm __volatile("fnstcw %0" : "=m" (*(addr)))
100 #define fnstsw(addr)            __asm __volatile("fnstsw %0" : "=m" (*(addr)))
101 #define fp_divide_by_0()        __asm("fldz; fld1; fdiv %st,%st(1); fnop")
102 #define frstor(addr)            __asm("frstor %0" : : "m" (*(addr)))
103 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
104 #define fxrstor(addr)           __asm("fxrstor %0" : : "m" (*(addr)))
105 #define fxsave(addr)            __asm __volatile("fxsave %0" : "=m" (*(addr)))
106 #define ldmxcsr(__csr)          __asm __volatile("ldmxcsr %0" : : "m" (__csr))
107 #endif
108 #ifdef XEN
109 #define start_emulating()       (HYPERVISOR_fpu_taskswitch(1))
110 #define stop_emulating()        (HYPERVISOR_fpu_taskswitch(0))
111 #else
112 #define start_emulating()       __asm("smsw %%ax; orb %0,%%al; lmsw %%ax" \
113                                       : : "n" (CR0_TS) : "ax")
114 #define stop_emulating()        __asm("clts")
115 #endif
116 #else   /* !(__GNUCLIKE_ASM && !lint) */
117
118 void    fldcw(caddr_t addr);
119 void    fnclex(void);
120 void    fninit(void);
121 void    fnsave(caddr_t addr);
122 void    fnstcw(caddr_t addr);
123 void    fnstsw(caddr_t addr);
124 void    fp_divide_by_0(void);
125 void    frstor(caddr_t addr);
126 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
127 void    fxsave(caddr_t addr);
128 void    fxrstor(caddr_t addr);
129 #endif
130 void    start_emulating(void);
131 void    stop_emulating(void);
132
133 #endif  /* __GNUCLIKE_ASM && !lint */
134
135 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
136 #define GET_FPU_CW(thread) \
137         (cpu_fxsr ? \
138                 (thread)->td_pcb->pcb_save.sv_xmm.sv_env.en_cw : \
139                 (thread)->td_pcb->pcb_save.sv_87.sv_env.en_cw)
140 #define GET_FPU_SW(thread) \
141         (cpu_fxsr ? \
142                 (thread)->td_pcb->pcb_save.sv_xmm.sv_env.en_sw : \
143                 (thread)->td_pcb->pcb_save.sv_87.sv_env.en_sw)
144 #define SET_FPU_CW(savefpu, value) do { \
145         if (cpu_fxsr) \
146                 (savefpu)->sv_xmm.sv_env.en_cw = (value); \
147         else \
148                 (savefpu)->sv_87.sv_env.en_cw = (value); \
149 } while (0)
150 #else /* CPU_ENABLE_SSE */
151 #define GET_FPU_CW(thread) \
152         (thread->td_pcb->pcb_save.sv_87.sv_env.en_cw)
153 #define GET_FPU_SW(thread) \
154         (thread->td_pcb->pcb_save.sv_87.sv_env.en_sw)
155 #define SET_FPU_CW(savefpu, value) \
156         (savefpu)->sv_87.sv_env.en_cw = (value)
157 #endif /* CPU_ENABLE_SSE */
158
159 typedef u_char bool_t;
160
161 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
162 static  void    fpu_clean_state(void);
163 #endif
164
165 static  void    fpusave(union savefpu *);
166 static  void    fpurstor(union savefpu *);
167 static  int     npx_attach(device_t dev);
168 static  void    npx_identify(driver_t *driver, device_t parent);
169 static  int     npx_intr(void *);
170 static  int     npx_probe(device_t dev);
171 #ifdef I586_CPU_XXX
172 static  long    timezero(const char *funcname,
173                     void (*func)(void *buf, size_t len));
174 #endif /* I586_CPU */
175
176 int     hw_float;               /* XXX currently just alias for npx_exists */
177
178 SYSCTL_INT(_hw, HW_FLOATINGPT, floatingpoint, CTLFLAG_RD,
179     &hw_float, 0, "Floating point instructions executed in hardware");
180
181 static  volatile u_int          npx_intrs_while_probing;
182 static  volatile u_int          npx_traps_while_probing;
183
184 static  union savefpu           npx_initialstate;
185 static  bool_t                  npx_ex16;
186 static  bool_t                  npx_exists;
187 static  bool_t                  npx_irq13;
188
189 alias_for_inthand_t probetrap;
190 __asm("                                                         \n\
191         .text                                                   \n\
192         .p2align 2,0x90                                         \n\
193         .type   " __XSTRING(CNAME(probetrap)) ",@function       \n\
194 " __XSTRING(CNAME(probetrap)) ":                                \n\
195         ss                                                      \n\
196         incl    " __XSTRING(CNAME(npx_traps_while_probing)) "   \n\
197         fnclex                                                  \n\
198         iret                                                    \n\
199 ");
200
201 /*
202  * Identify routine.  Create a connection point on our parent for probing.
203  */
204 static void
205 npx_identify(driver, parent)
206         driver_t *driver;
207         device_t parent;
208 {
209         device_t child;
210
211         child = BUS_ADD_CHILD(parent, 0, "npx", 0);
212         if (child == NULL)
213                 panic("npx_identify");
214 }
215
216 /*
217  * Do minimal handling of npx interrupts to convert them to traps.
218  */
219 static int
220 npx_intr(dummy)
221         void *dummy;
222 {
223         struct thread *td;
224
225         npx_intrs_while_probing++;
226
227         /*
228          * The BUSY# latch must be cleared in all cases so that the next
229          * unmasked npx exception causes an interrupt.
230          */
231         outb(IO_NPX, 0);
232
233         /*
234          * fpcurthread is normally non-null here.  In that case, schedule an
235          * AST to finish the exception handling in the correct context
236          * (this interrupt may occur after the thread has entered the
237          * kernel via a syscall or an interrupt).  Otherwise, the npx
238          * state of the thread that caused this interrupt must have been
239          * pushed to the thread's pcb, and clearing of the busy latch
240          * above has finished the (essentially null) handling of this
241          * interrupt.  Control will eventually return to the instruction
242          * that caused it and it will repeat.  We will eventually (usually
243          * soon) win the race to handle the interrupt properly.
244          */
245         td = PCPU_GET(fpcurthread);
246         if (td != NULL) {
247                 td->td_pcb->pcb_flags |= PCB_NPXTRAP;
248                 thread_lock(td);
249                 td->td_flags |= TDF_ASTPENDING;
250                 thread_unlock(td);
251         }
252         return (FILTER_HANDLED);
253 }
254
255 /*
256  * Probe routine.  Set flags to tell npxattach() what to do.  Set up an
257  * interrupt handler if npx needs to use interrupts.
258  */
259 static int
260 npx_probe(dev)
261         device_t dev;
262 {
263         struct gate_descriptor save_idt_npxtrap;
264         struct resource *ioport_res, *irq_res;
265         void *irq_cookie;
266         int ioport_rid, irq_num, irq_rid;
267         u_short control;
268         u_short status;
269
270         device_set_desc(dev, "math processor");
271
272         /*
273          * Modern CPUs all have an FPU that uses the INT16 interface
274          * and provide a simple way to verify that, so handle the
275          * common case right away.
276          */
277         if (cpu_feature & CPUID_FPU) {
278                 hw_float = npx_exists = 1;
279                 npx_ex16 = 1;
280                 device_quiet(dev);
281                 return (0);
282         }
283
284         save_idt_npxtrap = idt[IDT_MF];
285         setidt(IDT_MF, probetrap, SDT_SYS386TGT, SEL_KPL,
286             GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
287         ioport_rid = 0;
288         ioport_res = bus_alloc_resource(dev, SYS_RES_IOPORT, &ioport_rid,
289             IO_NPX, IO_NPX + IO_NPXSIZE - 1, IO_NPXSIZE, RF_ACTIVE);
290         if (ioport_res == NULL)
291                 panic("npx: can't get ports");
292         if (resource_int_value("npx", 0, "irq", &irq_num) != 0)
293                 irq_num = IRQ_NPX;
294         irq_rid = 0;
295         irq_res = bus_alloc_resource(dev, SYS_RES_IRQ, &irq_rid, irq_num,
296             irq_num, 1, RF_ACTIVE);
297         if (irq_res != NULL) {
298                 if (bus_setup_intr(dev, irq_res, INTR_TYPE_MISC,
299                         npx_intr, NULL, NULL, &irq_cookie) != 0)
300                         panic("npx: can't create intr");
301         }
302
303         /*
304          * Partially reset the coprocessor, if any.  Some BIOS's don't reset
305          * it after a warm boot.
306          */
307         npx_full_reset();
308         outb(IO_NPX, 0);
309
310         /*
311          * Don't trap while we're probing.
312          */
313         stop_emulating();
314
315         /*
316          * Finish resetting the coprocessor, if any.  If there is an error
317          * pending, then we may get a bogus IRQ13, but npx_intr() will handle
318          * it OK.  Bogus halts have never been observed, but we enabled
319          * IRQ13 and cleared the BUSY# latch early to handle them anyway.
320          */
321         fninit();
322
323         /*
324          * Don't use fwait here because it might hang.
325          * Don't use fnop here because it usually hangs if there is no FPU.
326          */
327         DELAY(1000);            /* wait for any IRQ13 */
328 #ifdef DIAGNOSTIC
329         if (npx_intrs_while_probing != 0)
330                 printf("fninit caused %u bogus npx interrupt(s)\n",
331                        npx_intrs_while_probing);
332         if (npx_traps_while_probing != 0)
333                 printf("fninit caused %u bogus npx trap(s)\n",
334                        npx_traps_while_probing);
335 #endif
336         /*
337          * Check for a status of mostly zero.
338          */
339         status = 0x5a5a;
340         fnstsw(&status);
341         if ((status & 0xb8ff) == 0) {
342                 /*
343                  * Good, now check for a proper control word.
344                  */
345                 control = 0x5a5a;
346                 fnstcw(&control);
347                 if ((control & 0x1f3f) == 0x033f) {
348                         hw_float = npx_exists = 1;
349                         /*
350                          * We have an npx, now divide by 0 to see if exception
351                          * 16 works.
352                          */
353                         control &= ~(1 << 2);   /* enable divide by 0 trap */
354                         fldcw(&control);
355 #ifdef FPU_ERROR_BROKEN
356                         /*
357                          * FPU error signal doesn't work on some CPU
358                          * accelerator board.
359                          */
360                         npx_ex16 = 1;
361                         return (0);
362 #endif
363                         npx_traps_while_probing = npx_intrs_while_probing = 0;
364                         fp_divide_by_0();
365                         DELAY(1000);    /* wait for any IRQ13 */
366                         if (npx_traps_while_probing != 0) {
367                                 /*
368                                  * Good, exception 16 works.
369                                  */
370                                 npx_ex16 = 1;
371                                 goto no_irq13;
372                         }
373                         if (npx_intrs_while_probing != 0) {
374                                 /*
375                                  * Bad, we are stuck with IRQ13.
376                                  */
377                                 npx_irq13 = 1;
378                                 idt[IDT_MF] = save_idt_npxtrap;
379 #ifdef SMP
380                                 if (mp_ncpus > 1)
381                                         panic("npx0 cannot use IRQ 13 on an SMP system");
382 #endif
383                                 return (0);
384                         }
385                         /*
386                          * Worse, even IRQ13 is broken.
387                          */
388                 }
389         }
390
391         /* Probe failed.  Floating point simply won't work. */
392         device_printf(dev, "WARNING: no FPU!\n");
393
394         /* FALLTHROUGH */
395 no_irq13:
396         idt[IDT_MF] = save_idt_npxtrap;
397         if (irq_res != NULL) {
398                 bus_teardown_intr(dev, irq_res, irq_cookie);
399                 bus_release_resource(dev, SYS_RES_IRQ, irq_rid, irq_res);
400         }
401         bus_release_resource(dev, SYS_RES_IOPORT, ioport_rid, ioport_res);
402         return (npx_exists ? 0 : ENXIO);
403 }
404
405 /*
406  * Attach routine - announce which it is, and wire into system
407  */
408 static int
409 npx_attach(dev)
410         device_t dev;
411 {
412         int flags;
413         register_t s;
414
415         flags = device_get_flags(dev);
416
417         if (npx_irq13)
418                 device_printf(dev, "IRQ 13 interface\n");
419         else if (!device_is_quiet(dev) || bootverbose)
420                 device_printf(dev, "INT 16 interface\n");
421
422         npxinit();
423
424         s = intr_disable();
425         stop_emulating();
426         fpusave(&npx_initialstate);
427         start_emulating();
428 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
429         if (cpu_fxsr) {
430                 if (npx_initialstate.sv_xmm.sv_env.en_mxcsr_mask)
431                         cpu_mxcsr_mask = 
432                             npx_initialstate.sv_xmm.sv_env.en_mxcsr_mask;
433                 else
434                         cpu_mxcsr_mask = 0xFFBF;
435                 bzero(npx_initialstate.sv_xmm.sv_fp,
436                     sizeof(npx_initialstate.sv_xmm.sv_fp));
437                 bzero(npx_initialstate.sv_xmm.sv_xmm,
438                     sizeof(npx_initialstate.sv_xmm.sv_xmm));
439                 /* XXX might need even more zeroing. */
440         } else
441 #endif
442                 bzero(npx_initialstate.sv_87.sv_ac,
443                     sizeof(npx_initialstate.sv_87.sv_ac));
444         intr_restore(s);
445 #ifdef I586_CPU_XXX
446         if (cpu_class == CPUCLASS_586 && npx_ex16 &&
447             timezero("i586_bzero()", i586_bzero) <
448             timezero("bzero()", bzero) * 4 / 5) {
449                 if (!(flags & NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_BCOPY))
450                         bcopy_vector = i586_bcopy;
451                 if (!(flags & NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_BZERO))
452                         bzero_vector = i586_bzero;
453                 if (!(flags & NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_COPYIO)) {
454                         copyin_vector = i586_copyin;
455                         copyout_vector = i586_copyout;
456                 }
457         }
458 #endif
459
460         return (0);             /* XXX unused */
461 }
462
463 /*
464  * Initialize floating point unit.
465  */
466 void
467 npxinit(void)
468 {
469         static union savefpu dummy;
470         register_t savecrit;
471         u_short control;
472
473         if (!npx_exists)
474                 return;
475         /*
476          * fninit has the same h/w bugs as fnsave.  Use the detoxified
477          * fnsave to throw away any junk in the fpu.  npxsave() initializes
478          * the fpu and sets fpcurthread = NULL as important side effects.
479          */
480         savecrit = intr_disable();
481         npxsave(&dummy);
482         stop_emulating();
483 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
484         /* XXX npxsave() doesn't actually initialize the fpu in the SSE case. */
485         if (cpu_fxsr)
486                 fninit();
487 #endif
488         control = __INITIAL_NPXCW__;
489         fldcw(&control);
490         start_emulating();
491         intr_restore(savecrit);
492 }
493
494 /*
495  * Free coprocessor (if we have it).
496  */
497 void
498 npxexit(td)
499         struct thread *td;
500 {
501         register_t savecrit;
502
503         savecrit = intr_disable();
504         if (curthread == PCPU_GET(fpcurthread))
505                 npxsave(&PCPU_GET(curpcb)->pcb_save);
506         intr_restore(savecrit);
507 #ifdef NPX_DEBUG
508         if (npx_exists) {
509                 u_int   masked_exceptions;
510
511                 masked_exceptions = GET_FPU_CW(td) & GET_FPU_SW(td) & 0x7f;
512                 /*
513                  * Log exceptions that would have trapped with the old
514                  * control word (overflow, divide by 0, and invalid operand).
515                  */
516                 if (masked_exceptions & 0x0d)
517                         log(LOG_ERR,
518         "pid %d (%s) exited with masked floating point exceptions 0x%02x\n",
519                             td->td_proc->p_pid, td->td_proc->p_comm,
520                             masked_exceptions);
521         }
522 #endif
523 }
524
525 int
526 npxformat()
527 {
528
529         if (!npx_exists)
530                 return (_MC_FPFMT_NODEV);
531 #ifdef  CPU_ENABLE_SSE
532         if (cpu_fxsr)
533                 return (_MC_FPFMT_XMM);
534 #endif
535         return (_MC_FPFMT_387);
536 }
537
538 /* 
539  * The following mechanism is used to ensure that the FPE_... value
540  * that is passed as a trapcode to the signal handler of the user
541  * process does not have more than one bit set.
542  * 
543  * Multiple bits may be set if the user process modifies the control
544  * word while a status word bit is already set.  While this is a sign
545  * of bad coding, we have no choise than to narrow them down to one
546  * bit, since we must not send a trapcode that is not exactly one of
547  * the FPE_ macros.
548  *
549  * The mechanism has a static table with 127 entries.  Each combination
550  * of the 7 FPU status word exception bits directly translates to a
551  * position in this table, where a single FPE_... value is stored.
552  * This FPE_... value stored there is considered the "most important"
553  * of the exception bits and will be sent as the signal code.  The
554  * precedence of the bits is based upon Intel Document "Numerical
555  * Applications", Chapter "Special Computational Situations".
556  *
557  * The macro to choose one of these values does these steps: 1) Throw
558  * away status word bits that cannot be masked.  2) Throw away the bits
559  * currently masked in the control word, assuming the user isn't
560  * interested in them anymore.  3) Reinsert status word bit 7 (stack
561  * fault) if it is set, which cannot be masked but must be presered.
562  * 4) Use the remaining bits to point into the trapcode table.
563  *
564  * The 6 maskable bits in order of their preference, as stated in the
565  * above referenced Intel manual:
566  * 1  Invalid operation (FP_X_INV)
567  * 1a   Stack underflow
568  * 1b   Stack overflow
569  * 1c   Operand of unsupported format
570  * 1d   SNaN operand.
571  * 2  QNaN operand (not an exception, irrelavant here)
572  * 3  Any other invalid-operation not mentioned above or zero divide
573  *      (FP_X_INV, FP_X_DZ)
574  * 4  Denormal operand (FP_X_DNML)
575  * 5  Numeric over/underflow (FP_X_OFL, FP_X_UFL)
576  * 6  Inexact result (FP_X_IMP) 
577  */
578 static char fpetable[128] = {
579         0,
580         FPE_FLTINV,     /*  1 - INV */
581         FPE_FLTUND,     /*  2 - DNML */
582         FPE_FLTINV,     /*  3 - INV | DNML */
583         FPE_FLTDIV,     /*  4 - DZ */
584         FPE_FLTINV,     /*  5 - INV | DZ */
585         FPE_FLTDIV,     /*  6 - DNML | DZ */
586         FPE_FLTINV,     /*  7 - INV | DNML | DZ */
587         FPE_FLTOVF,     /*  8 - OFL */
588         FPE_FLTINV,     /*  9 - INV | OFL */
589         FPE_FLTUND,     /*  A - DNML | OFL */
590         FPE_FLTINV,     /*  B - INV | DNML | OFL */
591         FPE_FLTDIV,     /*  C - DZ | OFL */
592         FPE_FLTINV,     /*  D - INV | DZ | OFL */
593         FPE_FLTDIV,     /*  E - DNML | DZ | OFL */
594         FPE_FLTINV,     /*  F - INV | DNML | DZ | OFL */
595         FPE_FLTUND,     /* 10 - UFL */
596         FPE_FLTINV,     /* 11 - INV | UFL */
597         FPE_FLTUND,     /* 12 - DNML | UFL */
598         FPE_FLTINV,     /* 13 - INV | DNML | UFL */
599         FPE_FLTDIV,     /* 14 - DZ | UFL */
600         FPE_FLTINV,     /* 15 - INV | DZ | UFL */
601         FPE_FLTDIV,     /* 16 - DNML | DZ | UFL */
602         FPE_FLTINV,     /* 17 - INV | DNML | DZ | UFL */
603         FPE_FLTOVF,     /* 18 - OFL | UFL */
604         FPE_FLTINV,     /* 19 - INV | OFL | UFL */
605         FPE_FLTUND,     /* 1A - DNML | OFL | UFL */
606         FPE_FLTINV,     /* 1B - INV | DNML | OFL | UFL */
607         FPE_FLTDIV,     /* 1C - DZ | OFL | UFL */
608         FPE_FLTINV,     /* 1D - INV | DZ | OFL | UFL */
609         FPE_FLTDIV,     /* 1E - DNML | DZ | OFL | UFL */
610         FPE_FLTINV,     /* 1F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL */
611         FPE_FLTRES,     /* 20 - IMP */
612         FPE_FLTINV,     /* 21 - INV | IMP */
613         FPE_FLTUND,     /* 22 - DNML | IMP */
614         FPE_FLTINV,     /* 23 - INV | DNML | IMP */
615         FPE_FLTDIV,     /* 24 - DZ | IMP */
616         FPE_FLTINV,     /* 25 - INV | DZ | IMP */
617         FPE_FLTDIV,     /* 26 - DNML | DZ | IMP */
618         FPE_FLTINV,     /* 27 - INV | DNML | DZ | IMP */
619         FPE_FLTOVF,     /* 28 - OFL | IMP */
620         FPE_FLTINV,     /* 29 - INV | OFL | IMP */
621         FPE_FLTUND,     /* 2A - DNML | OFL | IMP */
622         FPE_FLTINV,     /* 2B - INV | DNML | OFL | IMP */
623         FPE_FLTDIV,     /* 2C - DZ | OFL | IMP */
624         FPE_FLTINV,     /* 2D - INV | DZ | OFL | IMP */
625         FPE_FLTDIV,     /* 2E - DNML | DZ | OFL | IMP */
626         FPE_FLTINV,     /* 2F - INV | DNML | DZ | OFL | IMP */
627         FPE_FLTUND,     /* 30 - UFL | IMP */
628         FPE_FLTINV,     /* 31 - INV | UFL | IMP */
629         FPE_FLTUND,     /* 32 - DNML | UFL | IMP */
630         FPE_FLTINV,     /* 33 - INV | DNML | UFL | IMP */
631         FPE_FLTDIV,     /* 34 - DZ | UFL | IMP */
632         FPE_FLTINV,     /* 35 - INV | DZ | UFL | IMP */
633         FPE_FLTDIV,     /* 36 - DNML | DZ | UFL | IMP */
634         FPE_FLTINV,     /* 37 - INV | DNML | DZ | UFL | IMP */
635         FPE_FLTOVF,     /* 38 - OFL | UFL | IMP */
636         FPE_FLTINV,     /* 39 - INV | OFL | UFL | IMP */
637         FPE_FLTUND,     /* 3A - DNML | OFL | UFL | IMP */
638         FPE_FLTINV,     /* 3B - INV | DNML | OFL | UFL | IMP */
639         FPE_FLTDIV,     /* 3C - DZ | OFL | UFL | IMP */
640         FPE_FLTINV,     /* 3D - INV | DZ | OFL | UFL | IMP */
641         FPE_FLTDIV,     /* 3E - DNML | DZ | OFL | UFL | IMP */
642         FPE_FLTINV,     /* 3F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | IMP */
643         FPE_FLTSUB,     /* 40 - STK */
644         FPE_FLTSUB,     /* 41 - INV | STK */
645         FPE_FLTUND,     /* 42 - DNML | STK */
646         FPE_FLTSUB,     /* 43 - INV | DNML | STK */
647         FPE_FLTDIV,     /* 44 - DZ | STK */
648         FPE_FLTSUB,     /* 45 - INV | DZ | STK */
649         FPE_FLTDIV,     /* 46 - DNML | DZ | STK */
650         FPE_FLTSUB,     /* 47 - INV | DNML | DZ | STK */
651         FPE_FLTOVF,     /* 48 - OFL | STK */
652         FPE_FLTSUB,     /* 49 - INV | OFL | STK */
653         FPE_FLTUND,     /* 4A - DNML | OFL | STK */
654         FPE_FLTSUB,     /* 4B - INV | DNML | OFL | STK */
655         FPE_FLTDIV,     /* 4C - DZ | OFL | STK */
656         FPE_FLTSUB,     /* 4D - INV | DZ | OFL | STK */
657         FPE_FLTDIV,     /* 4E - DNML | DZ | OFL | STK */
658         FPE_FLTSUB,     /* 4F - INV | DNML | DZ | OFL | STK */
659         FPE_FLTUND,     /* 50 - UFL | STK */
660         FPE_FLTSUB,     /* 51 - INV | UFL | STK */
661         FPE_FLTUND,     /* 52 - DNML | UFL | STK */
662         FPE_FLTSUB,     /* 53 - INV | DNML | UFL | STK */
663         FPE_FLTDIV,     /* 54 - DZ | UFL | STK */
664         FPE_FLTSUB,     /* 55 - INV | DZ | UFL | STK */
665         FPE_FLTDIV,     /* 56 - DNML | DZ | UFL | STK */
666         FPE_FLTSUB,     /* 57 - INV | DNML | DZ | UFL | STK */
667         FPE_FLTOVF,     /* 58 - OFL | UFL | STK */
668         FPE_FLTSUB,     /* 59 - INV | OFL | UFL | STK */
669         FPE_FLTUND,     /* 5A - DNML | OFL | UFL | STK */
670         FPE_FLTSUB,     /* 5B - INV | DNML | OFL | UFL | STK */
671         FPE_FLTDIV,     /* 5C - DZ | OFL | UFL | STK */
672         FPE_FLTSUB,     /* 5D - INV | DZ | OFL | UFL | STK */
673         FPE_FLTDIV,     /* 5E - DNML | DZ | OFL | UFL | STK */
674         FPE_FLTSUB,     /* 5F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | STK */
675         FPE_FLTRES,     /* 60 - IMP | STK */
676         FPE_FLTSUB,     /* 61 - INV | IMP | STK */
677         FPE_FLTUND,     /* 62 - DNML | IMP | STK */
678         FPE_FLTSUB,     /* 63 - INV | DNML | IMP | STK */
679         FPE_FLTDIV,     /* 64 - DZ | IMP | STK */
680         FPE_FLTSUB,     /* 65 - INV | DZ | IMP | STK */
681         FPE_FLTDIV,     /* 66 - DNML | DZ | IMP | STK */
682         FPE_FLTSUB,     /* 67 - INV | DNML | DZ | IMP | STK */
683         FPE_FLTOVF,     /* 68 - OFL | IMP | STK */
684         FPE_FLTSUB,     /* 69 - INV | OFL | IMP | STK */
685         FPE_FLTUND,     /* 6A - DNML | OFL | IMP | STK */
686         FPE_FLTSUB,     /* 6B - INV | DNML | OFL | IMP | STK */
687         FPE_FLTDIV,     /* 6C - DZ | OFL | IMP | STK */
688         FPE_FLTSUB,     /* 6D - INV | DZ | OFL | IMP | STK */
689         FPE_FLTDIV,     /* 6E - DNML | DZ | OFL | IMP | STK */
690         FPE_FLTSUB,     /* 6F - INV | DNML | DZ | OFL | IMP | STK */
691         FPE_FLTUND,     /* 70 - UFL | IMP | STK */
692         FPE_FLTSUB,     /* 71 - INV | UFL | IMP | STK */
693         FPE_FLTUND,     /* 72 - DNML | UFL | IMP | STK */
694         FPE_FLTSUB,     /* 73 - INV | DNML | UFL | IMP | STK */
695         FPE_FLTDIV,     /* 74 - DZ | UFL | IMP | STK */
696         FPE_FLTSUB,     /* 75 - INV | DZ | UFL | IMP | STK */
697         FPE_FLTDIV,     /* 76 - DNML | DZ | UFL | IMP | STK */
698         FPE_FLTSUB,     /* 77 - INV | DNML | DZ | UFL | IMP | STK */
699         FPE_FLTOVF,     /* 78 - OFL | UFL | IMP | STK */
700         FPE_FLTSUB,     /* 79 - INV | OFL | UFL | IMP | STK */
701         FPE_FLTUND,     /* 7A - DNML | OFL | UFL | IMP | STK */
702         FPE_FLTSUB,     /* 7B - INV | DNML | OFL | UFL | IMP | STK */
703         FPE_FLTDIV,     /* 7C - DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
704         FPE_FLTSUB,     /* 7D - INV | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
705         FPE_FLTDIV,     /* 7E - DNML | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
706         FPE_FLTSUB,     /* 7F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
707 };
708
709 /*
710  * Preserve the FP status word, clear FP exceptions, then generate a SIGFPE.
711  *
712  * Clearing exceptions is necessary mainly to avoid IRQ13 bugs.  We now
713  * depend on longjmp() restoring a usable state.  Restoring the state
714  * or examining it might fail if we didn't clear exceptions.
715  *
716  * The error code chosen will be one of the FPE_... macros. It will be
717  * sent as the second argument to old BSD-style signal handlers and as
718  * "siginfo_t->si_code" (second argument) to SA_SIGINFO signal handlers.
719  *
720  * XXX the FP state is not preserved across signal handlers.  So signal
721  * handlers cannot afford to do FP unless they preserve the state or
722  * longjmp() out.  Both preserving the state and longjmp()ing may be
723  * destroyed by IRQ13 bugs.  Clearing FP exceptions is not an acceptable
724  * solution for signals other than SIGFPE.
725  */
726 int
727 npxtrap()
728 {
729         register_t savecrit;
730         u_short control, status;
731
732         if (!npx_exists) {
733                 printf("npxtrap: fpcurthread = %p, curthread = %p, npx_exists = %d\n",
734                        PCPU_GET(fpcurthread), curthread, npx_exists);
735                 panic("npxtrap from nowhere");
736         }
737         savecrit = intr_disable();
738
739         /*
740          * Interrupt handling (for another interrupt) may have pushed the
741          * state to memory.  Fetch the relevant parts of the state from
742          * wherever they are.
743          */
744         if (PCPU_GET(fpcurthread) != curthread) {
745                 control = GET_FPU_CW(curthread);
746                 status = GET_FPU_SW(curthread);
747         } else {
748                 fnstcw(&control);
749                 fnstsw(&status);
750         }
751
752         if (PCPU_GET(fpcurthread) == curthread)
753                 fnclex();
754         intr_restore(savecrit);
755         return (fpetable[status & ((~control & 0x3f) | 0x40)]);
756 }
757
758 /*
759  * Implement device not available (DNA) exception
760  *
761  * It would be better to switch FP context here (if curthread != fpcurthread)
762  * and not necessarily for every context switch, but it is too hard to
763  * access foreign pcb's.
764  */
765
766 static int err_count = 0;
767
768 int
769 npxdna(void)
770 {
771         struct pcb *pcb;
772         register_t s;
773
774         if (!npx_exists)
775                 return (0);
776         if (PCPU_GET(fpcurthread) == curthread) {
777                 printf("npxdna: fpcurthread == curthread %d times\n",
778                     ++err_count);
779                 stop_emulating();
780                 return (1);
781         }
782         if (PCPU_GET(fpcurthread) != NULL) {
783                 printf("npxdna: fpcurthread = %p (%d), curthread = %p (%d)\n",
784                        PCPU_GET(fpcurthread),
785                        PCPU_GET(fpcurthread)->td_proc->p_pid,
786                        curthread, curthread->td_proc->p_pid);
787                 panic("npxdna");
788         }
789         s = intr_disable();
790         stop_emulating();
791         /*
792          * Record new context early in case frstor causes an IRQ13.
793          */
794         PCPU_SET(fpcurthread, curthread);
795         pcb = PCPU_GET(curpcb);
796
797 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
798         if (cpu_fxsr)
799                 fpu_clean_state();
800 #endif
801
802         if ((pcb->pcb_flags & PCB_NPXINITDONE) == 0) {
803                 /*
804                  * This is the first time this thread has used the FPU or
805                  * the PCB doesn't contain a clean FPU state.  Explicitly
806                  * load an initial state.
807                  */
808                 fpurstor(&npx_initialstate);
809                 if (pcb->pcb_initial_npxcw != __INITIAL_NPXCW__)
810                         fldcw(&pcb->pcb_initial_npxcw);
811                 pcb->pcb_flags |= PCB_NPXINITDONE;
812         } else {
813                 /*
814                  * The following fpurstor() may cause an IRQ13 when the
815                  * state being restored has a pending error.  The error will
816                  * appear to have been triggered by the current (npx) user
817                  * instruction even when that instruction is a no-wait
818                  * instruction that should not trigger an error (e.g.,
819                  * fnclex).  On at least one 486 system all of the no-wait
820                  * instructions are broken the same as frstor, so our
821                  * treatment does not amplify the breakage.  On at least
822                  * one 386/Cyrix 387 system, fnclex works correctly while
823                  * frstor and fnsave are broken, so our treatment breaks
824                  * fnclex if it is the first FPU instruction after a context
825                  * switch.
826                  */
827                 fpurstor(&pcb->pcb_save);
828         }
829         intr_restore(s);
830
831         return (1);
832 }
833
834 /*
835  * Wrapper for fnsave instruction, partly to handle hardware bugs.  When npx
836  * exceptions are reported via IRQ13, spurious IRQ13's may be triggered by
837  * no-wait npx instructions.  See the Intel application note AP-578 for
838  * details.  This doesn't cause any additional complications here.  IRQ13's
839  * are inherently asynchronous unless the CPU is frozen to deliver them --
840  * one that started in userland may be delivered many instructions later,
841  * after the process has entered the kernel.  It may even be delivered after
842  * the fnsave here completes.  A spurious IRQ13 for the fnsave is handled in
843  * the same way as a very-late-arriving non-spurious IRQ13 from user mode:
844  * it is normally ignored at first because we set fpcurthread to NULL; it is
845  * normally retriggered in npxdna() after return to user mode.
846  *
847  * npxsave() must be called with interrupts disabled, so that it clears
848  * fpcurthread atomically with saving the state.  We require callers to do the
849  * disabling, since most callers need to disable interrupts anyway to call
850  * npxsave() atomically with checking fpcurthread.
851  *
852  * A previous version of npxsave() went to great lengths to excecute fnsave
853  * with interrupts enabled in case executing it froze the CPU.  This case
854  * can't happen, at least for Intel CPU/NPX's.  Spurious IRQ13's don't imply
855  * spurious freezes.
856  */
857 void
858 npxsave(addr)
859         union savefpu *addr;
860 {
861
862         stop_emulating();
863         fpusave(addr);
864
865         start_emulating();
866         PCPU_SET(fpcurthread, NULL);
867 }
868
869 /*
870  * This should be called with interrupts disabled and only when the owning
871  * FPU thread is non-null.
872  */
873 void
874 npxdrop()
875 {
876         struct thread *td;
877
878         /*
879          * Discard pending exceptions in the !cpu_fxsr case so that unmasked
880          * ones don't cause a panic on the next frstor.
881          */
882 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
883         if (!cpu_fxsr)
884 #endif
885                 fnclex();
886
887         td = PCPU_GET(fpcurthread);
888         PCPU_SET(fpcurthread, NULL);
889         td->td_pcb->pcb_flags &= ~PCB_NPXINITDONE;
890         start_emulating();
891 }
892
893 /*
894  * Get the state of the FPU without dropping ownership (if possible).
895  * It returns the FPU ownership status.
896  */
897 int
898 npxgetregs(td, addr)
899         struct thread *td;
900         union savefpu *addr;
901 {
902         register_t s;
903
904         if (!npx_exists)
905                 return (_MC_FPOWNED_NONE);
906
907         if ((td->td_pcb->pcb_flags & PCB_NPXINITDONE) == 0) {
908                 bcopy(&npx_initialstate, addr, sizeof(npx_initialstate));
909                 SET_FPU_CW(addr, td->td_pcb->pcb_initial_npxcw);
910                 return (_MC_FPOWNED_NONE);
911         }
912         s = intr_disable();
913         if (td == PCPU_GET(fpcurthread)) {
914                 fpusave(addr);
915 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
916                 if (!cpu_fxsr)
917 #endif
918                         /*
919                          * fnsave initializes the FPU and destroys whatever
920                          * context it contains.  Make sure the FPU owner
921                          * starts with a clean state next time.
922                          */
923                         npxdrop();
924                 intr_restore(s);
925                 return (_MC_FPOWNED_FPU);
926         } else {
927                 intr_restore(s);
928                 bcopy(&td->td_pcb->pcb_save, addr, sizeof(*addr));
929                 return (_MC_FPOWNED_PCB);
930         }
931 }
932
933 /*
934  * Set the state of the FPU.
935  */
936 void
937 npxsetregs(td, addr)
938         struct thread *td;
939         union savefpu *addr;
940 {
941         register_t s;
942
943         if (!npx_exists)
944                 return;
945
946         s = intr_disable();
947         if (td == PCPU_GET(fpcurthread)) {
948 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
949                 if (!cpu_fxsr)
950 #endif
951                         fnclex();       /* As in npxdrop(). */
952                 fpurstor(addr);
953                 intr_restore(s);
954         } else {
955                 intr_restore(s);
956                 bcopy(addr, &td->td_pcb->pcb_save, sizeof(*addr));
957         }
958         curthread->td_pcb->pcb_flags |= PCB_NPXINITDONE;
959 }
960
961 static void
962 fpusave(addr)
963         union savefpu *addr;
964 {
965         
966 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
967         if (cpu_fxsr)
968                 fxsave(addr);
969         else
970 #endif
971                 fnsave(addr);
972 }
973
974 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
975 /*
976  * On AuthenticAMD processors, the fxrstor instruction does not restore
977  * the x87's stored last instruction pointer, last data pointer, and last
978  * opcode values, except in the rare case in which the exception summary
979  * (ES) bit in the x87 status word is set to 1.
980  *
981  * In order to avoid leaking this information across processes, we clean
982  * these values by performing a dummy load before executing fxrstor().
983  */
984 static void
985 fpu_clean_state(void)
986 {
987         static float dummy_variable = 0.0;
988         u_short status;
989
990         /*
991          * Clear the ES bit in the x87 status word if it is currently
992          * set, in order to avoid causing a fault in the upcoming load.
993          */
994         fnstsw(&status);
995         if (status & 0x80)
996                 fnclex();
997
998         /*
999          * Load the dummy variable into the x87 stack.  This mangles
1000          * the x87 stack, but we don't care since we're about to call
1001          * fxrstor() anyway.
1002          */
1003         __asm __volatile("ffree %%st(7); fld %0" : : "m" (dummy_variable));
1004 }
1005 #endif /* CPU_ENABLE_SSE */
1006
1007 static void
1008 fpurstor(addr)
1009         union savefpu *addr;
1010 {
1011
1012 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
1013         if (cpu_fxsr)
1014                 fxrstor(addr);
1015         else
1016 #endif
1017                 frstor(addr);
1018 }
1019
1020 #ifdef I586_CPU_XXX
1021 static long
1022 timezero(funcname, func)
1023         const char *funcname;
1024         void (*func)(void *buf, size_t len);
1025
1026 {
1027         void *buf;
1028 #define BUFSIZE         1048576
1029         long usec;
1030         struct timeval finish, start;
1031
1032         buf = malloc(BUFSIZE, M_TEMP, M_NOWAIT);
1033         if (buf == NULL)
1034                 return (BUFSIZE);
1035         microtime(&start);
1036         (*func)(buf, BUFSIZE);
1037         microtime(&finish);
1038         usec = 1000000 * (finish.tv_sec - start.tv_sec) +
1039             finish.tv_usec - start.tv_usec;
1040         if (usec <= 0)
1041                 usec = 1;
1042         if (bootverbose)
1043                 printf("%s bandwidth = %u kBps\n", funcname,
1044                     (u_int32_t)(((BUFSIZE >> 10) * 1000000) / usec));
1045         free(buf, M_TEMP);
1046         return (usec);
1047 }
1048 #endif /* I586_CPU */
1049
1050 static device_method_t npx_methods[] = {
1051         /* Device interface */
1052         DEVMETHOD(device_identify,      npx_identify),
1053         DEVMETHOD(device_probe,         npx_probe),
1054         DEVMETHOD(device_attach,        npx_attach),
1055         DEVMETHOD(device_detach,        bus_generic_detach),
1056         DEVMETHOD(device_shutdown,      bus_generic_shutdown),
1057         DEVMETHOD(device_suspend,       bus_generic_suspend),
1058         DEVMETHOD(device_resume,        bus_generic_resume),
1059         
1060         { 0, 0 }
1061 };
1062
1063 static driver_t npx_driver = {
1064         "npx",
1065         npx_methods,
1066         1,                      /* no softc */
1067 };
1068
1069 static devclass_t npx_devclass;
1070
1071 /*
1072  * We prefer to attach to the root nexus so that the usual case (exception 16)
1073  * doesn't describe the processor as being `on isa'.
1074  */
1075 DRIVER_MODULE(npx, nexus, npx_driver, npx_devclass, 0, 0);
1076
1077 #ifdef DEV_ISA
1078 /*
1079  * This sucks up the legacy ISA support assignments from PNPBIOS/ACPI.
1080  */
1081 static struct isa_pnp_id npxisa_ids[] = {
1082         { 0x040cd041, "Legacy ISA coprocessor support" }, /* PNP0C04 */
1083         { 0 }
1084 };
1085
1086 static int
1087 npxisa_probe(device_t dev)
1088 {
1089         int result;
1090         if ((result = ISA_PNP_PROBE(device_get_parent(dev), dev, npxisa_ids)) <= 0) {
1091                 device_quiet(dev);
1092         }
1093         return(result);
1094 }
1095
1096 static int
1097 npxisa_attach(device_t dev)
1098 {
1099         return (0);
1100 }
1101
1102 static device_method_t npxisa_methods[] = {
1103         /* Device interface */
1104         DEVMETHOD(device_probe,         npxisa_probe),
1105         DEVMETHOD(device_attach,        npxisa_attach),
1106         DEVMETHOD(device_detach,        bus_generic_detach),
1107         DEVMETHOD(device_shutdown,      bus_generic_shutdown),
1108         DEVMETHOD(device_suspend,       bus_generic_suspend),
1109         DEVMETHOD(device_resume,        bus_generic_resume),
1110         
1111         { 0, 0 }
1112 };
1113
1114 static driver_t npxisa_driver = {
1115         "npxisa",
1116         npxisa_methods,
1117         1,                      /* no softc */
1118 };
1119
1120 static devclass_t npxisa_devclass;
1121
1122 DRIVER_MODULE(npxisa, isa, npxisa_driver, npxisa_devclass, 0, 0);
1123 #ifndef PC98
1124 DRIVER_MODULE(npxisa, acpi, npxisa_driver, npxisa_devclass, 0, 0);
1125 #endif
1126 #endif /* DEV_ISA */