sys/platform/pc32/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  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  15  *    must display the following acknowledgement:
  16  *      This product includes software developed by the University of
  17  *      California, Berkeley and its contributors.
  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  *      from: @(#)npx.c 7.2 (Berkeley) 5/12/91
  35  * $FreeBSD: src/sys/i386/isa/npx.c,v 1.80.2.3 2001/10/20 19:04:38 tegge Exp $
  36  */
  37
  38 #include "opt_cpu.h"
  39 #include "opt_debug_npx.h"
  40 #include "opt_math_emulate.h"
  41
  42 #include <sys/param.h>
  43 #include <sys/systm.h>
  44 #include <sys/bus.h>
  45 #include <sys/kernel.h>
  46 #include <sys/malloc.h>
  47 #include <sys/module.h>
  48 #include <sys/sysctl.h>
  49 #include <sys/proc.h>
  50 #include <machine/bus.h>
  51 #include <sys/rman.h>
  52 #ifdef NPX_DEBUG
  53 #include <sys/syslog.h>
  54 #endif
  55 #include <sys/signalvar.h>
  56
  57 #ifndef SMP
  58 #include <machine/asmacros.h>
  59 #endif
  60 #include <machine/cputypes.h>
  61 #include <machine/frame.h>
  62 #include <machine/ipl.h>
  63 #include <machine/md_var.h>
  64 #include <machine/pcb.h>
  65 #include <machine/psl.h>
  66 #ifndef SMP
  67 #include <machine/clock.h>
  68 #endif
  69 #include <machine/resource.h>
  70 #include <machine/specialreg.h>
  71 #include <machine/segments.h>
  72
  73 #ifndef SMP
  74 #include <i386/isa/icu.h>
  75 #include <i386/isa/intr_machdep.h>
  76 #include <i386/isa/isa.h>
  77 #endif
  78
  79 /*
  80  * 387 and 287 Numeric Coprocessor Extension (NPX) Driver.
  81  */
  82
  83 /* Configuration flags. */
  84 #define NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_BCOPY        (1 << 0)
  85 #define NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_BZERO        (1 << 1)
  86 #define NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_COPYIO       (1 << 2)
  87 #define NPX_PREFER_EMULATOR                     (1 << 3)
  88
  89 #ifdef  __GNUC__
  90
  91 #define fldcw(addr)             __asm("fldcw %0" : : "m" (*(addr)))
  92 #define fnclex()                __asm("fnclex")
  93 #define fninit()                __asm("fninit")
  94 #define fnop()                  __asm("fnop")
  95 #define fnsave(addr)            __asm __volatile("fnsave %0" : "=m" (*(addr)))
  96 #define fnstcw(addr)            __asm __volatile("fnstcw %0" : "=m" (*(addr)))
  97 #define fnstsw(addr)            __asm __volatile("fnstsw %0" : "=m" (*(addr)))
  98 #define fp_divide_by_0()        __asm("fldz; fld1; fdiv %st,%st(1); fnop")
  99 #define frstor(addr)            __asm("frstor %0" : : "m" (*(addr)))
 100 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
 101 #define fxrstor(addr)           __asm("fxrstor %0" : : "m" (*(addr)))
 102 #define fxsave(addr)            __asm __volatile("fxsave %0" : "=m" (*(addr)))
 103 #endif
 104 #define start_emulating()       __asm("smsw %%ax; orb %0,%%al; lmsw %%ax" \
 105                                       : : "n" (CR0_TS) : "ax")
 106 #define stop_emulating()        __asm("clts")
 107
 108 #else   /* not __GNUC__ */
 109
 110 void    fldcw           __P((caddr_t addr));
 111 void    fnclex          __P((void));
 112 void    fninit          __P((void));
 113 void    fnop            __P((void));
 114 void    fnsave          __P((caddr_t addr));
 115 void    fnstcw          __P((caddr_t addr));
 116 void    fnstsw          __P((caddr_t addr));
 117 void    fp_divide_by_0  __P((void));
 118 void    frstor          __P((caddr_t addr));
 119 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
 120 void    fxsave          __P((caddr_t addr));
 121 void    fxrstor         __P((caddr_t addr));
 122 #endif
 123 void    start_emulating __P((void));
 124 void    stop_emulating  __P((void));
 125
 126 #endif  /* __GNUC__ */
 127
 128 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
 129 #define GET_FPU_EXSW_PTR(pcb) \
 130         (cpu_fxsr ? \
 131                 &(pcb)->pcb_save.sv_xmm.sv_ex_sw : \
 132                 &(pcb)->pcb_save.sv_87.sv_ex_sw)
 133 #else /* CPU_ENABLE_SSE */
 134 #define GET_FPU_EXSW_PTR(pcb) \
 135         (&(pcb)->pcb_save.sv_87.sv_ex_sw)
 136 #endif /* CPU_ENABLE_SSE */
 137
 138 typedef u_char bool_t;
 139
 140 static  int     npx_attach      __P((device_t dev));
 141         void    npx_intr        __P((void *));
 142 static  void    npx_identify    __P((driver_t *driver, device_t parent));
 143 static  int     npx_probe       __P((device_t dev));
 144 static  int     npx_probe1      __P((device_t dev));
 145 static  void    fpusave         __P((union savefpu *));
 146 static  void    fpurstor        __P((union savefpu *));
 147 #ifdef I586_CPU
 148 static  long    timezero        __P((const char *funcname,
 149                                      void (*func)(void *buf, size_t len)));
 150 #endif /* I586_CPU */
 151
 152 int     hw_float;               /* XXX currently just alias for npx_exists */
 153
 154 SYSCTL_INT(_hw,HW_FLOATINGPT, floatingpoint,
 155         CTLFLAG_RD, &hw_float, 0,
 156         "Floatingpoint instructions executed in hardware");
 157
 158 #ifndef SMP
 159 static  u_int                   npx0_imask = SWI_CLOCK_MASK;
 160 static  struct gate_descriptor  npx_idt_probeintr;
 161 static  int                     npx_intrno;
 162 static  volatile u_int          npx_intrs_while_probing;
 163 static  volatile u_int          npx_traps_while_probing;
 164 #endif
 165
 166 static  bool_t                  npx_ex16;
 167 static  bool_t                  npx_exists;
 168 static  bool_t                  npx_irq13;
 169 static  int                     npx_irq;        /* irq number */
 170
 171 #ifndef SMP
 172 /*
 173  * Special interrupt handlers.  Someday intr0-intr15 will be used to count
 174  * interrupts.  We'll still need a special exception 16 handler.  The busy
 175  * latch stuff in probeintr() can be moved to npxprobe().
 176  */
 177 inthand_t probeintr;
 178 __asm("                                                         \n\
 179         .text                                                   \n\
 180         .p2align 2,0x90                                         \n\
 181         .type   " __XSTRING(CNAME(probeintr)) ",@function       \n\
 182 " __XSTRING(CNAME(probeintr)) ":                                \n\
 183         ss                                                      \n\
 184         incl    " __XSTRING(CNAME(npx_intrs_while_probing)) "   \n\
 185         pushl   %eax                                            \n\
 186         movb    $0x20,%al       # EOI (asm in strings loses cpp features) \n\
 187         outb    %al,$0xa0       # IO_ICU2                       \n\
 188         outb    %al,$0x20       # IO_ICU1                       \n\
 189         movb    $0,%al                                          \n\
 190         outb    %al,$0xf0       # clear BUSY# latch             \n\
 191         popl    %eax                                            \n\
 192         iret                                                    \n\
 193 ");
 194
 195 inthand_t probetrap;
 196 __asm("                                                         \n\
 197         .text                                                   \n\
 198         .p2align 2,0x90                                         \n\
 199         .type   " __XSTRING(CNAME(probetrap)) ",@function       \n\
 200 " __XSTRING(CNAME(probetrap)) ":                                \n\
 201         ss                                                      \n\
 202         incl    " __XSTRING(CNAME(npx_traps_while_probing)) "   \n\
 203         fnclex                                                  \n\
 204         iret                                                    \n\
 205 ");
 206 #endif /* SMP */
 207
 208 /*
 209  * Identify routine.  Create a connection point on our parent for probing.
 210  */
 211 static void
 212 npx_identify(driver, parent)
 213         driver_t *driver;
 214         device_t parent;
 215 {
 216         device_t child;
 217
 218         child = BUS_ADD_CHILD(parent, 0, "npx", 0);
 219         if (child == NULL)
 220                 panic("npx_identify");
 221 }
 222
 223 /*
 224  * Probe routine.  Initialize cr0 to give correct behaviour for [f]wait
 225  * whether the device exists or not (XXX should be elsewhere).  Set flags
 226  * to tell npxattach() what to do.  Modify device struct if npx doesn't
 227  * need to use interrupts.  Return 1 if device exists.
 228  */
 229 static int
 230 npx_probe(dev)
 231         device_t dev;
 232 {
 233 #ifdef SMP
 234
 235         if (resource_int_value("npx", 0, "irq", &npx_irq) != 0)
 236                 npx_irq = 13;
 237         return npx_probe1(dev);
 238
 239 #else /* SMP */
 240
 241         int     result;
 242         u_long  save_eflags;
 243         u_char  save_icu1_mask;
 244         u_char  save_icu2_mask;
 245         struct  gate_descriptor save_idt_npxintr;
 246         struct  gate_descriptor save_idt_npxtrap;
 247         /*
 248          * This routine is now just a wrapper for npxprobe1(), to install
 249          * special npx interrupt and trap handlers, to enable npx interrupts
 250          * and to disable other interrupts.  Someday isa_configure() will
 251          * install suitable handlers and run with interrupts enabled so we
 252          * won't need to do so much here.
 253          */
 254         if (resource_int_value("npx", 0, "irq", &npx_irq) != 0)
 255                 npx_irq = 13;
 256         npx_intrno = NRSVIDT + npx_irq;
 257         save_eflags = read_eflags();
 258         disable_intr();
 259         save_icu1_mask = inb(IO_ICU1 + 1);
 260         save_icu2_mask = inb(IO_ICU2 + 1);
 261         save_idt_npxintr = idt[npx_intrno];
 262         save_idt_npxtrap = idt[16];
 263         outb(IO_ICU1 + 1, ~IRQ_SLAVE);
 264         outb(IO_ICU2 + 1, ~(1 << (npx_irq - 8)));
 265         setidt(16, probetrap, SDT_SYS386TGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 266         setidt(npx_intrno, probeintr, SDT_SYS386IGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 267         npx_idt_probeintr = idt[npx_intrno];
 268         enable_intr();
 269         result = npx_probe1(dev);
 270         disable_intr();
 271         outb(IO_ICU1 + 1, save_icu1_mask);
 272         outb(IO_ICU2 + 1, save_icu2_mask);
 273         idt[npx_intrno] = save_idt_npxintr;
 274         idt[16] = save_idt_npxtrap;
 275         write_eflags(save_eflags);
 276         return (result);
 277
 278 #endif /* SMP */
 279 }
 280
 281 static int
 282 npx_probe1(dev)
 283         device_t dev;
 284 {
 285 #ifndef SMP
 286         u_short control;
 287         u_short status;
 288 #endif
 289
 290         /*
 291          * Partially reset the coprocessor, if any.  Some BIOS's don't reset
 292          * it after a warm boot.
 293          */
 294         outb(0xf1, 0);          /* full reset on some systems, NOP on others */
 295         outb(0xf0, 0);          /* clear BUSY# latch */
 296         /*
 297          * Prepare to trap all ESC (i.e., NPX) instructions and all WAIT
 298          * instructions.  We must set the CR0_MP bit and use the CR0_TS
 299          * bit to control the trap, because setting the CR0_EM bit does
 300          * not cause WAIT instructions to trap.  It's important to trap
 301          * WAIT instructions - otherwise the "wait" variants of no-wait
 302          * control instructions would degenerate to the "no-wait" variants
 303          * after FP context switches but work correctly otherwise.  It's
 304          * particularly important to trap WAITs when there is no NPX -
 305          * otherwise the "wait" variants would always degenerate.
 306          *
 307          * Try setting CR0_NE to get correct error reporting on 486DX's.
 308          * Setting it should fail or do nothing on lesser processors.
 309          */
 310         load_cr0(rcr0() | CR0_MP | CR0_NE);
 311         /*
 312          * But don't trap while we're probing.
 313          */
 314         stop_emulating();
 315         /*
 316          * Finish resetting the coprocessor, if any.  If there is an error
 317          * pending, then we may get a bogus IRQ13, but probeintr() 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 #ifdef SMP
 324         /*
 325          * Exception 16 MUST work for SMP.
 326          */
 327         npx_irq13 = 0;
 328         npx_ex16 = hw_float = npx_exists = 1;
 329         device_set_desc(dev, "math processor");
 330         return (0);
 331
 332 #else /* !SMP */
 333         device_set_desc(dev, "math processor");
 334
 335         /*
 336          * Don't use fwait here because it might hang.
 337          * Don't use fnop here because it usually hangs if there is no FPU.
 338          */
 339         DELAY(1000);            /* wait for any IRQ13 */
 340 #ifdef DIAGNOSTIC
 341         if (npx_intrs_while_probing != 0)
 342                 printf("fninit caused %u bogus npx interrupt(s)\n",
 343                        npx_intrs_while_probing);
 344         if (npx_traps_while_probing != 0)
 345                 printf("fninit caused %u bogus npx trap(s)\n",
 346                        npx_traps_while_probing);
 347 #endif
 348         /*
 349          * Check for a status of mostly zero.
 350          */
 351         status = 0x5a5a;
 352         fnstsw(&status);
 353         if ((status & 0xb8ff) == 0) {
 354                 /*
 355                  * Good, now check for a proper control word.
 356                  */
 357                 control = 0x5a5a;
 358                 fnstcw(&control);
 359                 if ((control & 0x1f3f) == 0x033f) {
 360                         hw_float = npx_exists = 1;
 361                         /*
 362                          * We have an npx, now divide by 0 to see if exception
 363                          * 16 works.
 364                          */
 365                         control &= ~(1 << 2);   /* enable divide by 0 trap */
 366                         fldcw(&control);
 367                         npx_traps_while_probing = npx_intrs_while_probing = 0;
 368                         fp_divide_by_0();
 369                         if (npx_traps_while_probing != 0) {
 370                                 /*
 371                                  * Good, exception 16 works.
 372                                  */
 373                                 npx_ex16 = 1;
 374                                 return (0);
 375                         }
 376                         if (npx_intrs_while_probing != 0) {
 377                                 int     rid;
 378                                 struct  resource *r;
 379                                 void    *intr;
 380                                 /*
 381                                  * Bad, we are stuck with IRQ13.
 382                                  */
 383                                 npx_irq13 = 1;
 384                                 /*
 385                                  * npxattach would be too late to set npx0_imask
 386                                  */
 387                                 npx0_imask |= (1 << npx_irq);
 388
 389                                 /*
 390                                  * We allocate these resources permanently,
 391                                  * so there is no need to keep track of them.
 392                                  */
 393                                 rid = 0;
 394                                 r = bus_alloc_resource(dev, SYS_RES_IOPORT,
 395                                                        &rid, IO_NPX, IO_NPX,
 396                                                        IO_NPXSIZE, RF_ACTIVE);
 397                                 if (r == 0)
 398                                         panic("npx: can't get ports");
 399                                 rid = 0;
 400                                 r = bus_alloc_resource(dev, SYS_RES_IRQ,
 401                                                        &rid, npx_irq, npx_irq,
 402                                                        1, RF_ACTIVE);
 403                                 if (r == 0)
 404                                         panic("npx: can't get IRQ");
 405                                 BUS_SETUP_INTR(device_get_parent(dev),
 406                                                dev, r, INTR_TYPE_MISC,
 407                                                npx_intr, 0, &intr);
 408                                 if (intr == 0)
 409                                         panic("npx: can't create intr");
 410
 411                                 return (0);
 412                         }
 413                         /*
 414                          * Worse, even IRQ13 is broken.  Use emulator.
 415                          */
 416                 }
 417         }
 418         /*
 419          * Probe failed, but we want to get to npxattach to initialize the
 420          * emulator and say that it has been installed.  XXX handle devices
 421          * that aren't really devices better.
 422          */
 423         return (0);
 424 #endif /* SMP */
 425 }
 426
 427 /*
 428  * Attach routine - announce which it is, and wire into system
 429  */
 430 int
 431 npx_attach(dev)
 432         device_t dev;
 433 {
 434         int flags;
 435
 436         if (resource_int_value("npx", 0, "flags", &flags) != 0)
 437                 flags = 0;
 438
 439         if (flags)
 440                 device_printf(dev, "flags 0x%x ", flags);
 441         if (npx_irq13) {
 442                 device_printf(dev, "using IRQ 13 interface\n");
 443         } else {
 444 #if defined(MATH_EMULATE) || defined(GPL_MATH_EMULATE)
 445                 if (npx_ex16) {
 446                         if (!(flags & NPX_PREFER_EMULATOR))
 447                                 device_printf(dev, "INT 16 interface\n");
 448                         else {
 449                                 device_printf(dev, "FPU exists, but flags request "
 450                                     "emulator\n");
 451                                 hw_float = npx_exists = 0;
 452                         }
 453                 } else if (npx_exists) {
 454                         device_printf(dev, "error reporting broken; using 387 emulator\n");
 455                         hw_float = npx_exists = 0;
 456                 } else
 457                         device_printf(dev, "387 emulator\n");
 458 #else
 459                 if (npx_ex16) {
 460                         device_printf(dev, "INT 16 interface\n");
 461                         if (flags & NPX_PREFER_EMULATOR) {
 462                                 device_printf(dev, "emulator requested, but none compiled "
 463                                     "into kernel, using FPU\n");
 464                         }
 465                 } else
 466                         device_printf(dev, "no 387 emulator in kernel and no FPU!\n");
 467 #endif
 468         }
 469         npxinit(__INITIAL_NPXCW__);
 470
 471 #ifdef I586_CPU
 472         if (cpu_class == CPUCLASS_586 && npx_ex16 && npx_exists &&
 473             timezero("i586_bzero()", i586_bzero) <
 474             timezero("bzero()", bzero) * 4 / 5) {
 475                 if (!(flags & NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_BCOPY)) {
 476                         bcopy_vector = i586_bcopy;
 477                         ovbcopy_vector = i586_bcopy;
 478                 }
 479                 if (!(flags & NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_BZERO))
 480                         bzero = i586_bzero;
 481                 if (!(flags & NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_COPYIO)) {
 482                         copyin_vector = i586_copyin;
 483                         copyout_vector = i586_copyout;
 484                 }
 485         }
 486 #endif
 487
 488         return (0);             /* XXX unused */
 489 }
 490
 491 /*
 492  * Initialize floating point unit.
 493  */
 494 void
 495 npxinit(control)
 496         u_short control;
 497 {
 498         static union savefpu dummy;
 499
 500         if (!npx_exists)
 501                 return;
 502         /*
 503          * fninit has the same h/w bugs as fnsave.  Use the detoxified
 504          * fnsave to throw away any junk in the fpu.  npxsave() initializes
 505          * the fpu and sets npxproc = NULL as important side effects.
 506          */
 507         npxsave(&dummy);
 508         stop_emulating();
 509 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
 510         /* XXX npxsave() doesn't actually initialize the fpu in the SSE case. */
 511         if (cpu_fxsr)
 512                 fninit();
 513 #endif
 514         fldcw(&control);
 515         if (curpcb != NULL)
 516                 fpusave(&curpcb->pcb_save);
 517         start_emulating();
 518 }
 519
 520 /*
 521  * Free coprocessor (if we have it).
 522  */
 523 void
 524 npxexit(p)
 525         struct proc *p;
 526 {
 527
 528         if (p == npxproc)
 529                 npxsave(&curpcb->pcb_save);
 530 #ifdef NPX_DEBUG
 531         if (npx_exists) {
 532                 u_int   masked_exceptions;
 533
 534                 masked_exceptions = curpcb->pcb_save.sv_87.sv_env.en_cw
 535                                     & curpcb->pcb_save.sv_87.sv_env.en_sw & 0x7f;
 536                 /*
 537                  * Log exceptions that would have trapped with the old
 538                  * control word (overflow, divide by 0, and invalid operand).
 539                  */
 540                 if (masked_exceptions & 0x0d)
 541                         log(LOG_ERR,
 542         "pid %d (%s) exited with masked floating point exceptions 0x%02x\n",
 543                             p->p_pid, p->p_comm, masked_exceptions);
 544         }
 545 #endif
 546 }
 547
 548 /*
 549  * The following mechanism is used to ensure that the FPE_... value
 550  * that is passed as a trapcode to the signal handler of the user
 551  * process does not have more than one bit set.
 552  *
 553  * Multiple bits may be set if the user process modifies the control
 554  * word while a status word bit is already set.  While this is a sign
 555  * of bad coding, we have no choise than to narrow them down to one
 556  * bit, since we must not send a trapcode that is not exactly one of
 557  * the FPE_ macros.
 558  *
 559  * The mechanism has a static table with 127 entries.  Each combination
 560  * of the 7 FPU status word exception bits directly translates to a
 561  * position in this table, where a single FPE_... value is stored.
 562  * This FPE_... value stored there is considered the "most important"
 563  * of the exception bits and will be sent as the signal code.  The
 564  * precedence of the bits is based upon Intel Document "Numerical
 565  * Applications", Chapter "Special Computational Situations".
 566  *
 567  * The macro to choose one of these values does these steps: 1) Throw
 568  * away status word bits that cannot be masked.  2) Throw away the bits
 569  * currently masked in the control word, assuming the user isn't
 570  * interested in them anymore.  3) Reinsert status word bit 7 (stack
 571  * fault) if it is set, which cannot be masked but must be presered.
 572  * 4) Use the remaining bits to point into the trapcode table.
 573  *
 574  * The 6 maskable bits in order of their preference, as stated in the
 575  * above referenced Intel manual:
 576  * 1  Invalid operation (FP_X_INV)
 577  * 1a   Stack underflow
 578  * 1b   Stack overflow
 579  * 1c   Operand of unsupported format
 580  * 1d   SNaN operand.
 581  * 2  QNaN operand (not an exception, irrelavant here)
 582  * 3  Any other invalid-operation not mentioned above or zero divide
 583  *      (FP_X_INV, FP_X_DZ)
 584  * 4  Denormal operand (FP_X_DNML)
 585  * 5  Numeric over/underflow (FP_X_OFL, FP_X_UFL)
 586  * 6  Inexact result (FP_X_IMP)
 587  */
 588 static char fpetable[128] = {
 589         0,
 590         FPE_FLTINV,     /*  1 - INV */
 591         FPE_FLTUND,     /*  2 - DNML */
 592         FPE_FLTINV,     /*  3 - INV | DNML */
 593         FPE_FLTDIV,     /*  4 - DZ */
 594         FPE_FLTINV,     /*  5 - INV | DZ */
 595         FPE_FLTDIV,     /*  6 - DNML | DZ */
 596         FPE_FLTINV,     /*  7 - INV | DNML | DZ */
 597         FPE_FLTOVF,     /*  8 - OFL */
 598         FPE_FLTINV,     /*  9 - INV | OFL */
 599         FPE_FLTUND,     /*  A - DNML | OFL */
 600         FPE_FLTINV,     /*  B - INV | DNML | OFL */
 601         FPE_FLTDIV,     /*  C - DZ | OFL */
 602         FPE_FLTINV,     /*  D - INV | DZ | OFL */
 603         FPE_FLTDIV,     /*  E - DNML | DZ | OFL */
 604         FPE_FLTINV,     /*  F - INV | DNML | DZ | OFL */
 605         FPE_FLTUND,     /* 10 - UFL */
 606         FPE_FLTINV,     /* 11 - INV | UFL */
 607         FPE_FLTUND,     /* 12 - DNML | UFL */
 608         FPE_FLTINV,     /* 13 - INV | DNML | UFL */
 609         FPE_FLTDIV,     /* 14 - DZ | UFL */
 610         FPE_FLTINV,     /* 15 - INV | DZ | UFL */
 611         FPE_FLTDIV,     /* 16 - DNML | DZ | UFL */
 612         FPE_FLTINV,     /* 17 - INV | DNML | DZ | UFL */
 613         FPE_FLTOVF,     /* 18 - OFL | UFL */
 614         FPE_FLTINV,     /* 19 - INV | OFL | UFL */
 615         FPE_FLTUND,     /* 1A - DNML | OFL | UFL */
 616         FPE_FLTINV,     /* 1B - INV | DNML | OFL | UFL */
 617         FPE_FLTDIV,     /* 1C - DZ | OFL | UFL */
 618         FPE_FLTINV,     /* 1D - INV | DZ | OFL | UFL */
 619         FPE_FLTDIV,     /* 1E - DNML | DZ | OFL | UFL */
 620         FPE_FLTINV,     /* 1F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL */
 621         FPE_FLTRES,     /* 20 - IMP */
 622         FPE_FLTINV,     /* 21 - INV | IMP */
 623         FPE_FLTUND,     /* 22 - DNML | IMP */
 624         FPE_FLTINV,     /* 23 - INV | DNML | IMP */
 625         FPE_FLTDIV,     /* 24 - DZ | IMP */
 626         FPE_FLTINV,     /* 25 - INV | DZ | IMP */
 627         FPE_FLTDIV,     /* 26 - DNML | DZ | IMP */
 628         FPE_FLTINV,     /* 27 - INV | DNML | DZ | IMP */
 629         FPE_FLTOVF,     /* 28 - OFL | IMP */
 630         FPE_FLTINV,     /* 29 - INV | OFL | IMP */
 631         FPE_FLTUND,     /* 2A - DNML | OFL | IMP */
 632         FPE_FLTINV,     /* 2B - INV | DNML | OFL | IMP */
 633         FPE_FLTDIV,     /* 2C - DZ | OFL | IMP */
 634         FPE_FLTINV,     /* 2D - INV | DZ | OFL | IMP */
 635         FPE_FLTDIV,     /* 2E - DNML | DZ | OFL | IMP */
 636         FPE_FLTINV,     /* 2F - INV | DNML | DZ | OFL | IMP */
 637         FPE_FLTUND,     /* 30 - UFL | IMP */
 638         FPE_FLTINV,     /* 31 - INV | UFL | IMP */
 639         FPE_FLTUND,     /* 32 - DNML | UFL | IMP */
 640         FPE_FLTINV,     /* 33 - INV | DNML | UFL | IMP */
 641         FPE_FLTDIV,     /* 34 - DZ | UFL | IMP */
 642         FPE_FLTINV,     /* 35 - INV | DZ | UFL | IMP */
 643         FPE_FLTDIV,     /* 36 - DNML | DZ | UFL | IMP */
 644         FPE_FLTINV,     /* 37 - INV | DNML | DZ | UFL | IMP */
 645         FPE_FLTOVF,     /* 38 - OFL | UFL | IMP */
 646         FPE_FLTINV,     /* 39 - INV | OFL | UFL | IMP */
 647         FPE_FLTUND,     /* 3A - DNML | OFL | UFL | IMP */
 648         FPE_FLTINV,     /* 3B - INV | DNML | OFL | UFL | IMP */
 649         FPE_FLTDIV,     /* 3C - DZ | OFL | UFL | IMP */
 650         FPE_FLTINV,     /* 3D - INV | DZ | OFL | UFL | IMP */
 651         FPE_FLTDIV,     /* 3E - DNML | DZ | OFL | UFL | IMP */
 652         FPE_FLTINV,     /* 3F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | IMP */
 653         FPE_FLTSUB,     /* 40 - STK */
 654         FPE_FLTSUB,     /* 41 - INV | STK */
 655         FPE_FLTUND,     /* 42 - DNML | STK */
 656         FPE_FLTSUB,     /* 43 - INV | DNML | STK */
 657         FPE_FLTDIV,     /* 44 - DZ | STK */
 658         FPE_FLTSUB,     /* 45 - INV | DZ | STK */
 659         FPE_FLTDIV,     /* 46 - DNML | DZ | STK */
 660         FPE_FLTSUB,     /* 47 - INV | DNML | DZ | STK */
 661         FPE_FLTOVF,     /* 48 - OFL | STK */
 662         FPE_FLTSUB,     /* 49 - INV | OFL | STK */
 663         FPE_FLTUND,     /* 4A - DNML | OFL | STK */
 664         FPE_FLTSUB,     /* 4B - INV | DNML | OFL | STK */
 665         FPE_FLTDIV,     /* 4C - DZ | OFL | STK */
 666         FPE_FLTSUB,     /* 4D - INV | DZ | OFL | STK */
 667         FPE_FLTDIV,     /* 4E - DNML | DZ | OFL | STK */
 668         FPE_FLTSUB,     /* 4F - INV | DNML | DZ | OFL | STK */
 669         FPE_FLTUND,     /* 50 - UFL | STK */
 670         FPE_FLTSUB,     /* 51 - INV | UFL | STK */
 671         FPE_FLTUND,     /* 52 - DNML | UFL | STK */
 672         FPE_FLTSUB,     /* 53 - INV | DNML | UFL | STK */
 673         FPE_FLTDIV,     /* 54 - DZ | UFL | STK */
 674         FPE_FLTSUB,     /* 55 - INV | DZ | UFL | STK */
 675         FPE_FLTDIV,     /* 56 - DNML | DZ | UFL | STK */
 676         FPE_FLTSUB,     /* 57 - INV | DNML | DZ | UFL | STK */
 677         FPE_FLTOVF,     /* 58 - OFL | UFL | STK */
 678         FPE_FLTSUB,     /* 59 - INV | OFL | UFL | STK */
 679         FPE_FLTUND,     /* 5A - DNML | OFL | UFL | STK */
 680         FPE_FLTSUB,     /* 5B - INV | DNML | OFL | UFL | STK */
 681         FPE_FLTDIV,     /* 5C - DZ | OFL | UFL | STK */
 682         FPE_FLTSUB,     /* 5D - INV | DZ | OFL | UFL | STK */
 683         FPE_FLTDIV,     /* 5E - DNML | DZ | OFL | UFL | STK */
 684         FPE_FLTSUB,     /* 5F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | STK */
 685         FPE_FLTRES,     /* 60 - IMP | STK */
 686         FPE_FLTSUB,     /* 61 - INV | IMP | STK */
 687         FPE_FLTUND,     /* 62 - DNML | IMP | STK */
 688         FPE_FLTSUB,     /* 63 - INV | DNML | IMP | STK */
 689         FPE_FLTDIV,     /* 64 - DZ | IMP | STK */
 690         FPE_FLTSUB,     /* 65 - INV | DZ | IMP | STK */
 691         FPE_FLTDIV,     /* 66 - DNML | DZ | IMP | STK */
 692         FPE_FLTSUB,     /* 67 - INV | DNML | DZ | IMP | STK */
 693         FPE_FLTOVF,     /* 68 - OFL | IMP | STK */
 694         FPE_FLTSUB,     /* 69 - INV | OFL | IMP | STK */
 695         FPE_FLTUND,     /* 6A - DNML | OFL | IMP | STK */
 696         FPE_FLTSUB,     /* 6B - INV | DNML | OFL | IMP | STK */
 697         FPE_FLTDIV,     /* 6C - DZ | OFL | IMP | STK */
 698         FPE_FLTSUB,     /* 6D - INV | DZ | OFL | IMP | STK */
 699         FPE_FLTDIV,     /* 6E - DNML | DZ | OFL | IMP | STK */
 700         FPE_FLTSUB,     /* 6F - INV | DNML | DZ | OFL | IMP | STK */
 701         FPE_FLTUND,     /* 70 - UFL | IMP | STK */
 702         FPE_FLTSUB,     /* 71 - INV | UFL | IMP | STK */
 703         FPE_FLTUND,     /* 72 - DNML | UFL | IMP | STK */
 704         FPE_FLTSUB,     /* 73 - INV | DNML | UFL | IMP | STK */
 705         FPE_FLTDIV,     /* 74 - DZ | UFL | IMP | STK */
 706         FPE_FLTSUB,     /* 75 - INV | DZ | UFL | IMP | STK */
 707         FPE_FLTDIV,     /* 76 - DNML | DZ | UFL | IMP | STK */
 708         FPE_FLTSUB,     /* 77 - INV | DNML | DZ | UFL | IMP | STK */
 709         FPE_FLTOVF,     /* 78 - OFL | UFL | IMP | STK */
 710         FPE_FLTSUB,     /* 79 - INV | OFL | UFL | IMP | STK */
 711         FPE_FLTUND,     /* 7A - DNML | OFL | UFL | IMP | STK */
 712         FPE_FLTSUB,     /* 7B - INV | DNML | OFL | UFL | IMP | STK */
 713         FPE_FLTDIV,     /* 7C - DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
 714         FPE_FLTSUB,     /* 7D - INV | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
 715         FPE_FLTDIV,     /* 7E - DNML | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
 716         FPE_FLTSUB,     /* 7F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
 717 };
 718
 719 /*
 720  * Preserve the FP status word, clear FP exceptions, then generate a SIGFPE.
 721  *
 722  * Clearing exceptions is necessary mainly to avoid IRQ13 bugs.  We now
 723  * depend on longjmp() restoring a usable state.  Restoring the state
 724  * or examining it might fail if we didn't clear exceptions.
 725  *
 726  * The error code chosen will be one of the FPE_... macros. It will be
 727  * sent as the second argument to old BSD-style signal handlers and as
 728  * "siginfo_t->si_code" (second argument) to SA_SIGINFO signal handlers.
 729  *
 730  * XXX the FP state is not preserved across signal handlers.  So signal
 731  * handlers cannot afford to do FP unless they preserve the state or
 732  * longjmp() out.  Both preserving the state and longjmp()ing may be
 733  * destroyed by IRQ13 bugs.  Clearing FP exceptions is not an acceptable
 734  * solution for signals other than SIGFPE.
 735  */
 736 void
 737 npx_intr(dummy)
 738         void *dummy;
 739 {
 740         int code;
 741         u_short control;
 742         struct intrframe *frame;
 743         u_long *exstat;
 744
 745         if (npxproc == NULL || !npx_exists) {
 746                 printf("npxintr: npxproc = %p, curproc = %p, npx_exists = %d\n",
 747                        npxproc, curproc, npx_exists);
 748                 panic("npxintr from nowhere");
 749         }
 750         if (npxproc != curproc) {
 751                 printf("npxintr: npxproc = %p, curproc = %p, npx_exists = %d\n",
 752                        npxproc, curproc, npx_exists);
 753                 panic("npxintr from non-current process");
 754         }
 755
 756         exstat = GET_FPU_EXSW_PTR(curpcb);
 757         outb(0xf0, 0);
 758         fnstsw(exstat);
 759         fnstcw(&control);
 760         fnclex();
 761
 762         /*
 763          * Pass exception to process.
 764          */
 765         frame = (struct intrframe *)&dummy;     /* XXX */
 766         if ((ISPL(frame->if_cs) == SEL_UPL) || (frame->if_eflags & PSL_VM)) {
 767                 /*
 768                  * Interrupt is essentially a trap, so we can afford to call
 769                  * the SIGFPE handler (if any) as soon as the interrupt
 770                  * returns.
 771                  *
 772                  * XXX little or nothing is gained from this, and plenty is
 773                  * lost - the interrupt frame has to contain the trap frame
 774                  * (this is otherwise only necessary for the rescheduling trap
 775                  * in doreti, and the frame for that could easily be set up
 776                  * just before it is used).
 777                  */
 778                 curproc->p_md.md_regs = INTR_TO_TRAPFRAME(frame);
 779                 /*
 780                  * Encode the appropriate code for detailed information on
 781                  * this exception.
 782                  */
 783                 code =
 784                     fpetable[(*exstat & ~control & 0x3f) | (*exstat & 0x40)];
 785                 trapsignal(curproc, SIGFPE, code);
 786         } else {
 787                 /*
 788                  * Nested interrupt.  These losers occur when:
 789                  *      o an IRQ13 is bogusly generated at a bogus time, e.g.:
 790                  *              o immediately after an fnsave or frstor of an
 791                  *                error state.
 792                  *              o a couple of 386 instructions after
 793                  *                "fstpl _memvar" causes a stack overflow.
 794                  *        These are especially nasty when combined with a
 795                  *        trace trap.
 796                  *      o an IRQ13 occurs at the same time as another higher-
 797                  *        priority interrupt.
 798                  *
 799                  * Treat them like a true async interrupt.
 800                  */
 801                 psignal(curproc, SIGFPE);
 802         }
 803 }
 804
 805 /*
 806  * Implement device not available (DNA) exception
 807  *
 808  * It would be better to switch FP context here (if curproc != npxproc)
 809  * and not necessarily for every context switch, but it is too hard to
 810  * access foreign pcb's.
 811  */
 812 int
 813 npxdna()
 814 {
 815         u_long *exstat;
 816
 817         if (!npx_exists)
 818                 return (0);
 819         if (npxproc != NULL) {
 820                 printf("npxdna: npxproc = %p, curproc = %p\n",
 821                        npxproc, curproc);
 822                 panic("npxdna");
 823         }
 824         stop_emulating();
 825         /*
 826          * Record new context early in case frstor causes an IRQ13.
 827          */
 828         npxproc = curproc;
 829         exstat = GET_FPU_EXSW_PTR(curpcb);
 830         *exstat = 0;
 831         /*
 832          * The following frstor may cause an IRQ13 when the state being
 833          * restored has a pending error.  The error will appear to have been
 834          * triggered by the current (npx) user instruction even when that
 835          * instruction is a no-wait instruction that should not trigger an
 836          * error (e.g., fnclex).  On at least one 486 system all of the
 837          * no-wait instructions are broken the same as frstor, so our
 838          * treatment does not amplify the breakage.  On at least one
 839          * 386/Cyrix 387 system, fnclex works correctly while frstor and
 840          * fnsave are broken, so our treatment breaks fnclex if it is the
 841          * first FPU instruction after a context switch.
 842          */
 843         fpurstor(&curpcb->pcb_save);
 844
 845         return (1);
 846 }
 847
 848 /*
 849  * Wrapper for fnsave instruction to handle h/w bugs.  If there is an error
 850  * pending, then fnsave generates a bogus IRQ13 on some systems.  Force
 851  * any IRQ13 to be handled immediately, and then ignore it.  This routine is
 852  * often called at splhigh so it must not use many system services.  In
 853  * particular, it's much easier to install a special handler than to
 854  * guarantee that it's safe to use npxintr() and its supporting code.
 855  */
 856 void
 857 npxsave(addr)
 858         union savefpu *addr;
 859 {
 860 #if defined(SMP) || defined(CPU_ENABLE_SSE)
 861
 862         stop_emulating();
 863         fpusave(addr);
 864
 865         /* fnop(); */
 866         start_emulating();
 867         npxproc = NULL;
 868
 869 #else /* SMP or CPU_ENABLE_SSE */
 870
 871         u_char  icu1_mask;
 872         u_char  icu2_mask;
 873         u_char  old_icu1_mask;
 874         u_char  old_icu2_mask;
 875         struct gate_descriptor  save_idt_npxintr;
 876
 877         disable_intr();
 878         old_icu1_mask = inb(IO_ICU1 + 1);
 879         old_icu2_mask = inb(IO_ICU2 + 1);
 880         save_idt_npxintr = idt[npx_intrno];
 881         outb(IO_ICU1 + 1, old_icu1_mask & ~(IRQ_SLAVE | npx0_imask));
 882         outb(IO_ICU2 + 1, old_icu2_mask & ~(npx0_imask >> 8));
 883         idt[npx_intrno] = npx_idt_probeintr;
 884         enable_intr();
 885         stop_emulating();
 886         fnsave(addr);
 887         fnop();
 888         start_emulating();
 889         npxproc = NULL;
 890         disable_intr();
 891         icu1_mask = inb(IO_ICU1 + 1);   /* masks may have changed */
 892         icu2_mask = inb(IO_ICU2 + 1);
 893         outb(IO_ICU1 + 1,
 894              (icu1_mask & ~npx0_imask) | (old_icu1_mask & npx0_imask));
 895         outb(IO_ICU2 + 1,
 896              (icu2_mask & ~(npx0_imask >> 8))
 897              | (old_icu2_mask & (npx0_imask >> 8)));
 898         idt[npx_intrno] = save_idt_npxintr;
 899         enable_intr();          /* back to usual state */
 900
 901 #endif /* SMP */
 902 }
 903
 904 static void
 905 fpusave(addr)
 906       union savefpu *addr;
 907 {
 908
 909 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
 910         if (cpu_fxsr)
 911                 fxsave(addr);
 912         else
 913 #endif
 914                 fnsave(addr);
 915 }
 916
 917 static void
 918 fpurstor(addr)
 919       union savefpu *addr;
 920 {
 921
 922 #ifdef CPU_ENABLE_SSE
 923         if (cpu_fxsr)
 924                 fxrstor(addr);
 925         else
 926 #endif
 927                 frstor(addr);
 928 }
 929
 930 #ifdef I586_CPU
 931 static long
 932 timezero(funcname, func)
 933         const char *funcname;
 934         void (*func) __P((void *buf, size_t len));
 935
 936 {
 937         void *buf;
 938 #define BUFSIZE         1000000
 939         long usec;
 940         struct timeval finish, start;
 941
 942         buf = malloc(BUFSIZE, M_TEMP, M_NOWAIT);
 943         if (buf == NULL)
 944                 return (BUFSIZE);
 945         microtime(&start);
 946         (*func)(buf, BUFSIZE);
 947         microtime(&finish);
 948         usec = 1000000 * (finish.tv_sec - start.tv_sec) +
 949             finish.tv_usec - start.tv_usec;
 950         if (usec <= 0)
 951                 usec = 1;
 952         if (bootverbose)
 953                 printf("%s bandwidth = %ld bytes/sec\n",
 954                     funcname, (long)(BUFSIZE * (int64_t)1000000 / usec));
 955         free(buf, M_TEMP);
 956         return (usec);
 957 }
 958 #endif /* I586_CPU */
 959
 960 static device_method_t npx_methods[] = {
 961         /* Device interface */
 962         DEVMETHOD(device_identify,      npx_identify),
 963         DEVMETHOD(device_probe,         npx_probe),
 964         DEVMETHOD(device_attach,        npx_attach),
 965         DEVMETHOD(device_detach,        bus_generic_detach),
 966         DEVMETHOD(device_shutdown,      bus_generic_shutdown),
 967         DEVMETHOD(device_suspend,       bus_generic_suspend),
 968         DEVMETHOD(device_resume,        bus_generic_resume),
 969
 970         { 0, 0 }
 971 };
 972
 973 static driver_t npx_driver = {
 974         "npx",
 975         npx_methods,
 976         1,                      /* no softc */
 977 };
 978
 979 static devclass_t npx_devclass;
 980
 981 /*
 982  * We prefer to attach to the root nexus so that the usual case (exception 16)
 983  * doesn't describe the processor as being `on isa'.
 984  */
 985 DRIVER_MODULE(npx, nexus, npx_driver, npx_devclass, 0, 0);