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  * $DragonFly: src/sys/platform/pc32/isa/npx.c,v 1.19 2004/05/05 19:26:44 dillon Exp $
  37  */
  38
  39 #include "opt_cpu.h"
  40 #include "opt_debug_npx.h"
  41 #include "opt_math_emulate.h"
  42
  43 #include <sys/param.h>
  44 #include <sys/systm.h>
  45 #include <sys/bus.h>
  46 #include <sys/kernel.h>
  47 #include <sys/malloc.h>
  48 #include <sys/module.h>
  49 #include <sys/sysctl.h>
  50 #include <sys/proc.h>
  51 #include <machine/bus.h>
  52 #include <sys/rman.h>
  53 #ifdef NPX_DEBUG
  54 #include <sys/syslog.h>
  55 #endif
  56 #include <sys/signalvar.h>
  57 #include <sys/thread2.h>
  58
  59 #ifndef SMP
  60 #include <machine/asmacros.h>
  61 #endif
  62 #include <machine/cputypes.h>
  63 #include <machine/frame.h>
  64 #include <machine/ipl.h>
  65 #include <machine/md_var.h>
  66 #include <machine/pcb.h>
  67 #include <machine/psl.h>
  68 #ifndef SMP
  69 #include <machine/clock.h>
  70 #endif
  71 #include <machine/resource.h>
  72 #include <machine/specialreg.h>
  73 #include <machine/segments.h>
  74 #include <machine/globaldata.h>
  75
  76 #ifndef SMP
  77 #include <i386/isa/icu.h>
  78 #include <i386/isa/intr_machdep.h>
  79 #include <bus/isa/i386/isa.h>
  80 #endif
  81
  82 /*
  83  * 387 and 287 Numeric Coprocessor Extension (NPX) Driver.
  84  */
  85
  86 /* Configuration flags. */
  87 #define NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_BCOPY        (1 << 0)
  88 #define NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_BZERO        (1 << 1)
  89 #define NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_COPYIO       (1 << 2)
  90 #define NPX_PREFER_EMULATOR                     (1 << 3)
  91
  92 #ifdef  __GNUC__
  93
  94 #define fldcw(addr)             __asm("fldcw %0" : : "m" (*(addr)))
  95 #define fnclex()                __asm("fnclex")
  96 #define fninit()                __asm("fninit")
  97 #define fnop()                  __asm("fnop")
  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 #ifndef CPU_DISABLE_SSE
 104 #define fxrstor(addr)           __asm("fxrstor %0" : : "m" (*(addr)))
 105 #define fxsave(addr)            __asm __volatile("fxsave %0" : "=m" (*(addr)))
 106 #endif
 107 #define start_emulating()       __asm("smsw %%ax; orb %0,%%al; lmsw %%ax" \
 108                                       : : "n" (CR0_TS) : "ax")
 109 #define stop_emulating()        __asm("clts")
 110
 111 #else   /* not __GNUC__ */
 112
 113 void    fldcw           (caddr_t addr);
 114 void    fnclex          (void);
 115 void    fninit          (void);
 116 void    fnop            (void);
 117 void    fnsave          (caddr_t addr);
 118 void    fnstcw          (caddr_t addr);
 119 void    fnstsw          (caddr_t addr);
 120 void    fp_divide_by_0  (void);
 121 void    frstor          (caddr_t addr);
 122 #ifndef CPU_DISABLE_SSE
 123 void    fxsave          (caddr_t addr);
 124 void    fxrstor         (caddr_t addr);
 125 #endif
 126 void    start_emulating (void);
 127 void    stop_emulating  (void);
 128
 129 #endif  /* __GNUC__ */
 130
 131 #ifndef CPU_DISABLE_SSE
 132 #define GET_FPU_EXSW_PTR(td) \
 133         (cpu_fxsr ? \
 134                 &(td)->td_savefpu->sv_xmm.sv_ex_sw : \
 135                 &(td)->td_savefpu->sv_87.sv_ex_sw)
 136 #else /* CPU_DISABLE_SSE */
 137 #define GET_FPU_EXSW_PTR(td) \
 138         (&(td)->td_savefpu->sv_87.sv_ex_sw)
 139 #endif /* CPU_DISABLE_SSE */
 140
 141 typedef u_char bool_t;
 142
 143 static  int     npx_attach      (device_t dev);
 144         void    npx_intr        (void *);
 145 static  void    npx_identify    (driver_t *driver, device_t parent);
 146 static  int     npx_probe       (device_t dev);
 147 static  int     npx_probe1      (device_t dev);
 148 static  void    fpusave         (union savefpu *);
 149 static  void    fpurstor        (union savefpu *);
 150
 151 int     hw_float;               /* XXX currently just alias for npx_exists */
 152
 153 SYSCTL_INT(_hw,HW_FLOATINGPT, floatingpoint,
 154         CTLFLAG_RD, &hw_float, 0,
 155         "Floatingpoint instructions executed in hardware");
 156
 157 #ifndef SMP
 158 static  u_int                   npx0_imask = SWI_CLOCK_MASK;
 159 static  struct gate_descriptor  npx_idt_probeintr;
 160 static  int                     npx_intrno;
 161 static  volatile u_int          npx_intrs_while_probing;
 162 static  volatile u_int          npx_traps_while_probing;
 163 #endif
 164
 165 static  bool_t                  npx_ex16;
 166 static  bool_t                  npx_exists;
 167 static  bool_t                  npx_irq13;
 168 static  int                     npx_irq;        /* irq number */
 169
 170 #ifndef SMP
 171 /*
 172  * Special interrupt handlers.  Someday intr0-intr15 will be used to count
 173  * interrupts.  We'll still need a special exception 16 handler.  The busy
 174  * latch stuff in probeintr() can be moved to npxprobe().
 175  */
 176 inthand_t probeintr;
 177 __asm("                                                         \n\
 178         .text                                                   \n\
 179         .p2align 2,0x90                                         \n\
 180         .type   " __XSTRING(CNAME(probeintr)) ",@function       \n\
 181 " __XSTRING(CNAME(probeintr)) ":                                \n\
 182         ss                                                      \n\
 183         incl    " __XSTRING(CNAME(npx_intrs_while_probing)) "   \n\
 184         pushl   %eax                                            \n\
 185         movb    $0x20,%al       # EOI (asm in strings loses cpp features) \n\
 186         outb    %al,$0xa0       # IO_ICU2                       \n\
 187         outb    %al,$0x20       # IO_ICU1                       \n\
 188         movb    $0,%al                                          \n\
 189         outb    %al,$0xf0       # clear BUSY# latch             \n\
 190         popl    %eax                                            \n\
 191         iret                                                    \n\
 192 ");
 193
 194 inthand_t probetrap;
 195 __asm("                                                         \n\
 196         .text                                                   \n\
 197         .p2align 2,0x90                                         \n\
 198         .type   " __XSTRING(CNAME(probetrap)) ",@function       \n\
 199 " __XSTRING(CNAME(probetrap)) ":                                \n\
 200         ss                                                      \n\
 201         incl    " __XSTRING(CNAME(npx_traps_while_probing)) "   \n\
 202         fnclex                                                  \n\
 203         iret                                                    \n\
 204 ");
 205 #endif /* SMP */
 206
 207 /*
 208  * Identify routine.  Create a connection point on our parent for probing.
 209  */
 210 static void
 211 npx_identify(driver_t *driver, device_t parent)
 212 {
 213         device_t child;
 214
 215         child = BUS_ADD_CHILD(parent, 0, "npx", 0);
 216         if (child == NULL)
 217                 panic("npx_identify");
 218 }
 219
 220 /*
 221  * Probe routine.  Initialize cr0 to give correct behaviour for [f]wait
 222  * whether the device exists or not (XXX should be elsewhere).  Set flags
 223  * to tell npxattach() what to do.  Modify device struct if npx doesn't
 224  * need to use interrupts.  Return 1 if device exists.
 225  */
 226 static int
 227 npx_probe(device_t dev)
 228 {
 229 #ifdef SMP
 230
 231         if (resource_int_value("npx", 0, "irq", &npx_irq) != 0)
 232                 npx_irq = 13;
 233         return npx_probe1(dev);
 234
 235 #else /* SMP */
 236
 237         int     result;
 238         u_long  save_eflags;
 239         u_char  save_icu1_mask;
 240         u_char  save_icu2_mask;
 241         struct  gate_descriptor save_idt_npxintr;
 242         struct  gate_descriptor save_idt_npxtrap;
 243         /*
 244          * This routine is now just a wrapper for npxprobe1(), to install
 245          * special npx interrupt and trap handlers, to enable npx interrupts
 246          * and to disable other interrupts.  Someday isa_configure() will
 247          * install suitable handlers and run with interrupts enabled so we
 248          * won't need to do so much here.
 249          */
 250         if (resource_int_value("npx", 0, "irq", &npx_irq) != 0)
 251                 npx_irq = 13;
 252         npx_intrno = NRSVIDT + npx_irq;
 253         save_eflags = read_eflags();
 254         cpu_disable_intr();
 255         save_icu1_mask = inb(IO_ICU1 + 1);
 256         save_icu2_mask = inb(IO_ICU2 + 1);
 257         save_idt_npxintr = idt[npx_intrno];
 258         save_idt_npxtrap = idt[16];
 259         outb(IO_ICU1 + 1, ~IRQ_SLAVE);
 260         outb(IO_ICU2 + 1, ~(1 << (npx_irq - 8)));
 261         setidt(16, probetrap, SDT_SYS386TGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 262         setidt(npx_intrno, probeintr, SDT_SYS386IGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 263         npx_idt_probeintr = idt[npx_intrno];
 264         cpu_enable_intr();
 265         result = npx_probe1(dev);
 266         cpu_disable_intr();
 267         outb(IO_ICU1 + 1, save_icu1_mask);
 268         outb(IO_ICU2 + 1, save_icu2_mask);
 269         idt[npx_intrno] = save_idt_npxintr;
 270         idt[16] = save_idt_npxtrap;
 271         write_eflags(save_eflags);
 272         return (result);
 273
 274 #endif /* SMP */
 275 }
 276
 277 static int
 278 npx_probe1(device_t dev)
 279 {
 280 #ifndef SMP
 281         u_short control;
 282         u_short status;
 283 #endif
 284
 285         /*
 286          * Partially reset the coprocessor, if any.  Some BIOS's don't reset
 287          * it after a warm boot.
 288          */
 289         outb(0xf1, 0);          /* full reset on some systems, NOP on others */
 290         outb(0xf0, 0);          /* clear BUSY# latch */
 291         /*
 292          * Prepare to trap all ESC (i.e., NPX) instructions and all WAIT
 293          * instructions.  We must set the CR0_MP bit and use the CR0_TS
 294          * bit to control the trap, because setting the CR0_EM bit does
 295          * not cause WAIT instructions to trap.  It's important to trap
 296          * WAIT instructions - otherwise the "wait" variants of no-wait
 297          * control instructions would degenerate to the "no-wait" variants
 298          * after FP context switches but work correctly otherwise.  It's
 299          * particularly important to trap WAITs when there is no NPX -
 300          * otherwise the "wait" variants would always degenerate.
 301          *
 302          * Try setting CR0_NE to get correct error reporting on 486DX's.
 303          * Setting it should fail or do nothing on lesser processors.
 304          */
 305         load_cr0(rcr0() | CR0_MP | CR0_NE);
 306         /*
 307          * But don't trap while we're probing.
 308          */
 309         stop_emulating();
 310         /*
 311          * Finish resetting the coprocessor, if any.  If there is an error
 312          * pending, then we may get a bogus IRQ13, but probeintr() will handle
 313          * it OK.  Bogus halts have never been observed, but we enabled
 314          * IRQ13 and cleared the BUSY# latch early to handle them anyway.
 315          */
 316         fninit();
 317
 318 #ifdef SMP
 319         /*
 320          * Exception 16 MUST work for SMP.
 321          */
 322         npx_irq13 = 0;
 323         npx_ex16 = hw_float = npx_exists = 1;
 324         device_set_desc(dev, "math processor");
 325         return (0);
 326
 327 #else /* !SMP */
 328         device_set_desc(dev, "math processor");
 329
 330         /*
 331          * Don't use fwait here because it might hang.
 332          * Don't use fnop here because it usually hangs if there is no FPU.
 333          */
 334         DELAY(1000);            /* wait for any IRQ13 */
 335 #ifdef DIAGNOSTIC
 336         if (npx_intrs_while_probing != 0)
 337                 printf("fninit caused %u bogus npx interrupt(s)\n",
 338                        npx_intrs_while_probing);
 339         if (npx_traps_while_probing != 0)
 340                 printf("fninit caused %u bogus npx trap(s)\n",
 341                        npx_traps_while_probing);
 342 #endif
 343         /*
 344          * Check for a status of mostly zero.
 345          */
 346         status = 0x5a5a;
 347         fnstsw(&status);
 348         if ((status & 0xb8ff) == 0) {
 349                 /*
 350                  * Good, now check for a proper control word.
 351                  */
 352                 control = 0x5a5a;
 353                 fnstcw(&control);
 354                 if ((control & 0x1f3f) == 0x033f) {
 355                         hw_float = npx_exists = 1;
 356                         /*
 357                          * We have an npx, now divide by 0 to see if exception
 358                          * 16 works.
 359                          */
 360                         control &= ~(1 << 2);   /* enable divide by 0 trap */
 361                         fldcw(&control);
 362                         npx_traps_while_probing = npx_intrs_while_probing = 0;
 363                         fp_divide_by_0();
 364                         if (npx_traps_while_probing != 0) {
 365                                 /*
 366                                  * Good, exception 16 works.
 367                                  */
 368                                 npx_ex16 = 1;
 369                                 return (0);
 370                         }
 371                         if (npx_intrs_while_probing != 0) {
 372                                 int     rid;
 373                                 struct  resource *r;
 374                                 void    *intr;
 375                                 /*
 376                                  * Bad, we are stuck with IRQ13.
 377                                  */
 378                                 npx_irq13 = 1;
 379                                 /*
 380                                  * npxattach would be too late to set npx0_imask
 381                                  */
 382                                 npx0_imask |= (1 << npx_irq);
 383
 384                                 /*
 385                                  * We allocate these resources permanently,
 386                                  * so there is no need to keep track of them.
 387                                  */
 388                                 rid = 0;
 389                                 r = bus_alloc_resource(dev, SYS_RES_IOPORT,
 390                                                        &rid, IO_NPX, IO_NPX,
 391                                                        IO_NPXSIZE, RF_ACTIVE);
 392                                 if (r == 0)
 393                                         panic("npx: can't get ports");
 394                                 rid = 0;
 395                                 r = bus_alloc_resource(dev, SYS_RES_IRQ,
 396                                                        &rid, npx_irq, npx_irq,
 397                                                        1, RF_ACTIVE);
 398                                 if (r == 0)
 399                                         panic("npx: can't get IRQ");
 400                                 BUS_SETUP_INTR(device_get_parent(dev),
 401                                                dev, r, INTR_TYPE_MISC,
 402                                                npx_intr, 0, &intr);
 403                                 if (intr == 0)
 404                                         panic("npx: can't create intr");
 405
 406                                 return (0);
 407                         }
 408                         /*
 409                          * Worse, even IRQ13 is broken.  Use emulator.
 410                          */
 411                 }
 412         }
 413         /*
 414          * Probe failed, but we want to get to npxattach to initialize the
 415          * emulator and say that it has been installed.  XXX handle devices
 416          * that aren't really devices better.
 417          */
 418         return (0);
 419 #endif /* SMP */
 420 }
 421
 422 /*
 423  * Attach routine - announce which it is, and wire into system
 424  */
 425 int
 426 npx_attach(device_t dev)
 427 {
 428         int flags;
 429 #if (defined(I586_CPU) || defined(I686_CPU)) && !defined(CPU_DISABLE_SSE)
 430         int mmxopt = 0;
 431 #endif
 432
 433         if (resource_int_value("npx", 0, "flags", &flags) != 0)
 434                 flags = 0;
 435
 436         if (flags)
 437                 device_printf(dev, "flags 0x%x ", flags);
 438         if (npx_irq13) {
 439                 device_printf(dev, "using IRQ 13 interface\n");
 440         } else {
 441 #if defined(MATH_EMULATE) || defined(GPL_MATH_EMULATE)
 442                 if (npx_ex16) {
 443                         if (!(flags & NPX_PREFER_EMULATOR))
 444                                 device_printf(dev, "INT 16 interface\n");
 445                         else {
 446                                 device_printf(dev, "FPU exists, but flags request "
 447                                     "emulator\n");
 448                                 hw_float = npx_exists = 0;
 449                         }
 450                 } else if (npx_exists) {
 451                         device_printf(dev, "error reporting broken; using 387 emulator\n");
 452                         hw_float = npx_exists = 0;
 453                 } else
 454                         device_printf(dev, "387 emulator\n");
 455 #else
 456                 if (npx_ex16) {
 457                         device_printf(dev, "INT 16 interface\n");
 458                         if (flags & NPX_PREFER_EMULATOR) {
 459                                 device_printf(dev, "emulator requested, but none compiled "
 460                                     "into kernel, using FPU\n");
 461                         }
 462                 } else
 463                         device_printf(dev, "no 387 emulator in kernel and no FPU!\n");
 464 #endif
 465         }
 466         npxinit(__INITIAL_NPXCW__);
 467
 468 #if (defined(I586_CPU) || defined(I686_CPU)) && !defined(CPU_DISABLE_SSE)
 469         /*
 470          * The asm_mmx_*() routines actually use XMM as well, so only
 471          * enable them if we have SSE2 and are using FXSR (fxsave/fxrstore).
 472          */
 473         TUNABLE_INT_FETCH("kern.mmxopt", &mmxopt);
 474         if ((cpu_feature & CPUID_MMX) && (cpu_feature & CPUID_SSE) &&
 475             (cpu_feature & CPUID_SSE2) &&
 476             npx_ex16 && npx_exists && mmxopt && cpu_fxsr
 477         ) {
 478                 if ((flags & NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_BCOPY) == 0) {
 479                         bcopy_vector = (void **)asm_xmm_bcopy;
 480                         ovbcopy_vector = (void **)asm_xmm_bcopy;
 481                         memcpy_vector = (void **)asm_xmm_memcpy;
 482                         printf("Using XMM optimized bcopy/copyin/copyout\n");
 483                 }
 484                 if ((flags & NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_BZERO) == 0) {
 485                         /* XXX */
 486                 }
 487         } else if ((cpu_feature & CPUID_MMX) && (cpu_feature & CPUID_SSE) &&
 488             npx_ex16 && npx_exists && mmxopt && cpu_fxsr
 489         ) {
 490                 if ((flags & NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_BCOPY) == 0) {
 491                         bcopy_vector = (void **)asm_mmx_bcopy;
 492                         ovbcopy_vector = (void **)asm_mmx_bcopy;
 493                         memcpy_vector = (void **)asm_mmx_memcpy;
 494                         printf("Using MMX optimized bcopy/copyin/copyout\n");
 495                 }
 496                 if ((flags & NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_BZERO) == 0) {
 497                         /* XXX */
 498                 }
 499         }
 500 #endif
 501 #if 0
 502         if (cpu_class == CPUCLASS_586 && npx_ex16 && npx_exists &&
 503             timezero("i586_bzero()", i586_bzero) <
 504             timezero("bzero()", bzero) * 4 / 5) {
 505                 if (!(flags & NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_BCOPY)) {
 506                         bcopy_vector = i586_bcopy;
 507                         ovbcopy_vector = i586_bcopy;
 508                 }
 509                 if (!(flags & NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_BZERO))
 510                         bzero = i586_bzero;
 511                 if (!(flags & NPX_DISABLE_I586_OPTIMIZED_COPYIO)) {
 512                         copyin_vector = i586_copyin;
 513                         copyout_vector = i586_copyout;
 514                 }
 515         }
 516 #endif
 517         return (0);             /* XXX unused */
 518 }
 519
 520 /*
 521  * Initialize the floating point unit.
 522  */
 523 void
 524 npxinit(u_short control)
 525 {
 526         static union savefpu dummy;
 527
 528         if (!npx_exists)
 529                 return;
 530         /*
 531          * fninit has the same h/w bugs as fnsave.  Use the detoxified
 532          * fnsave to throw away any junk in the fpu.  npxsave() initializes
 533          * the fpu and sets npxthread = NULL as important side effects.
 534          */
 535         npxsave(&dummy);
 536         crit_enter();
 537         stop_emulating();
 538         fldcw(&control);
 539         fpusave(curthread->td_savefpu);
 540         mdcpu->gd_npxthread = NULL;
 541         start_emulating();
 542         crit_exit();
 543 }
 544
 545 /*
 546  * Free coprocessor (if we have it).
 547  */
 548 void
 549 npxexit(struct proc *p)
 550 {
 551         if (p->p_thread == mdcpu->gd_npxthread)
 552                 npxsave(curthread->td_savefpu);
 553 #ifdef NPX_DEBUG
 554         if (npx_exists) {
 555                 u_int   masked_exceptions;
 556
 557                 masked_exceptions =
 558                     curthread->td_savefpu->sv_87.sv_env.en_cw
 559                     & curthread->td_savefpu->sv_87.sv_env.en_sw & 0x7f;
 560                 /*
 561                  * Log exceptions that would have trapped with the old
 562                  * control word (overflow, divide by 0, and invalid operand).
 563                  */
 564                 if (masked_exceptions & 0x0d)
 565                         log(LOG_ERR,
 566         "pid %d (%s) exited with masked floating point exceptions 0x%02x\n",
 567                             p->p_pid, p->p_comm, masked_exceptions);
 568         }
 569 #endif
 570 }
 571
 572 /*
 573  * The following mechanism is used to ensure that the FPE_... value
 574  * that is passed as a trapcode to the signal handler of the user
 575  * process does not have more than one bit set.
 576  *
 577  * Multiple bits may be set if the user process modifies the control
 578  * word while a status word bit is already set.  While this is a sign
 579  * of bad coding, we have no choise than to narrow them down to one
 580  * bit, since we must not send a trapcode that is not exactly one of
 581  * the FPE_ macros.
 582  *
 583  * The mechanism has a static table with 127 entries.  Each combination
 584  * of the 7 FPU status word exception bits directly translates to a
 585  * position in this table, where a single FPE_... value is stored.
 586  * This FPE_... value stored there is considered the "most important"
 587  * of the exception bits and will be sent as the signal code.  The
 588  * precedence of the bits is based upon Intel Document "Numerical
 589  * Applications", Chapter "Special Computational Situations".
 590  *
 591  * The macro to choose one of these values does these steps: 1) Throw
 592  * away status word bits that cannot be masked.  2) Throw away the bits
 593  * currently masked in the control word, assuming the user isn't
 594  * interested in them anymore.  3) Reinsert status word bit 7 (stack
 595  * fault) if it is set, which cannot be masked but must be presered.
 596  * 4) Use the remaining bits to point into the trapcode table.
 597  *
 598  * The 6 maskable bits in order of their preference, as stated in the
 599  * above referenced Intel manual:
 600  * 1  Invalid operation (FP_X_INV)
 601  * 1a   Stack underflow
 602  * 1b   Stack overflow
 603  * 1c   Operand of unsupported format
 604  * 1d   SNaN operand.
 605  * 2  QNaN operand (not an exception, irrelavant here)
 606  * 3  Any other invalid-operation not mentioned above or zero divide
 607  *      (FP_X_INV, FP_X_DZ)
 608  * 4  Denormal operand (FP_X_DNML)
 609  * 5  Numeric over/underflow (FP_X_OFL, FP_X_UFL)
 610  * 6  Inexact result (FP_X_IMP)
 611  */
 612 static char fpetable[128] = {
 613         0,
 614         FPE_FLTINV,     /*  1 - INV */
 615         FPE_FLTUND,     /*  2 - DNML */
 616         FPE_FLTINV,     /*  3 - INV | DNML */
 617         FPE_FLTDIV,     /*  4 - DZ */
 618         FPE_FLTINV,     /*  5 - INV | DZ */
 619         FPE_FLTDIV,     /*  6 - DNML | DZ */
 620         FPE_FLTINV,     /*  7 - INV | DNML | DZ */
 621         FPE_FLTOVF,     /*  8 - OFL */
 622         FPE_FLTINV,     /*  9 - INV | OFL */
 623         FPE_FLTUND,     /*  A - DNML | OFL */
 624         FPE_FLTINV,     /*  B - INV | DNML | OFL */
 625         FPE_FLTDIV,     /*  C - DZ | OFL */
 626         FPE_FLTINV,     /*  D - INV | DZ | OFL */
 627         FPE_FLTDIV,     /*  E - DNML | DZ | OFL */
 628         FPE_FLTINV,     /*  F - INV | DNML | DZ | OFL */
 629         FPE_FLTUND,     /* 10 - UFL */
 630         FPE_FLTINV,     /* 11 - INV | UFL */
 631         FPE_FLTUND,     /* 12 - DNML | UFL */
 632         FPE_FLTINV,     /* 13 - INV | DNML | UFL */
 633         FPE_FLTDIV,     /* 14 - DZ | UFL */
 634         FPE_FLTINV,     /* 15 - INV | DZ | UFL */
 635         FPE_FLTDIV,     /* 16 - DNML | DZ | UFL */
 636         FPE_FLTINV,     /* 17 - INV | DNML | DZ | UFL */
 637         FPE_FLTOVF,     /* 18 - OFL | UFL */
 638         FPE_FLTINV,     /* 19 - INV | OFL | UFL */
 639         FPE_FLTUND,     /* 1A - DNML | OFL | UFL */
 640         FPE_FLTINV,     /* 1B - INV | DNML | OFL | UFL */
 641         FPE_FLTDIV,     /* 1C - DZ | OFL | UFL */
 642         FPE_FLTINV,     /* 1D - INV | DZ | OFL | UFL */
 643         FPE_FLTDIV,     /* 1E - DNML | DZ | OFL | UFL */
 644         FPE_FLTINV,     /* 1F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL */
 645         FPE_FLTRES,     /* 20 - IMP */
 646         FPE_FLTINV,     /* 21 - INV | IMP */
 647         FPE_FLTUND,     /* 22 - DNML | IMP */
 648         FPE_FLTINV,     /* 23 - INV | DNML | IMP */
 649         FPE_FLTDIV,     /* 24 - DZ | IMP */
 650         FPE_FLTINV,     /* 25 - INV | DZ | IMP */
 651         FPE_FLTDIV,     /* 26 - DNML | DZ | IMP */
 652         FPE_FLTINV,     /* 27 - INV | DNML | DZ | IMP */
 653         FPE_FLTOVF,     /* 28 - OFL | IMP */
 654         FPE_FLTINV,     /* 29 - INV | OFL | IMP */
 655         FPE_FLTUND,     /* 2A - DNML | OFL | IMP */
 656         FPE_FLTINV,     /* 2B - INV | DNML | OFL | IMP */
 657         FPE_FLTDIV,     /* 2C - DZ | OFL | IMP */
 658         FPE_FLTINV,     /* 2D - INV | DZ | OFL | IMP */
 659         FPE_FLTDIV,     /* 2E - DNML | DZ | OFL | IMP */
 660         FPE_FLTINV,     /* 2F - INV | DNML | DZ | OFL | IMP */
 661         FPE_FLTUND,     /* 30 - UFL | IMP */
 662         FPE_FLTINV,     /* 31 - INV | UFL | IMP */
 663         FPE_FLTUND,     /* 32 - DNML | UFL | IMP */
 664         FPE_FLTINV,     /* 33 - INV | DNML | UFL | IMP */
 665         FPE_FLTDIV,     /* 34 - DZ | UFL | IMP */
 666         FPE_FLTINV,     /* 35 - INV | DZ | UFL | IMP */
 667         FPE_FLTDIV,     /* 36 - DNML | DZ | UFL | IMP */
 668         FPE_FLTINV,     /* 37 - INV | DNML | DZ | UFL | IMP */
 669         FPE_FLTOVF,     /* 38 - OFL | UFL | IMP */
 670         FPE_FLTINV,     /* 39 - INV | OFL | UFL | IMP */
 671         FPE_FLTUND,     /* 3A - DNML | OFL | UFL | IMP */
 672         FPE_FLTINV,     /* 3B - INV | DNML | OFL | UFL | IMP */
 673         FPE_FLTDIV,     /* 3C - DZ | OFL | UFL | IMP */
 674         FPE_FLTINV,     /* 3D - INV | DZ | OFL | UFL | IMP */
 675         FPE_FLTDIV,     /* 3E - DNML | DZ | OFL | UFL | IMP */
 676         FPE_FLTINV,     /* 3F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | IMP */
 677         FPE_FLTSUB,     /* 40 - STK */
 678         FPE_FLTSUB,     /* 41 - INV | STK */
 679         FPE_FLTUND,     /* 42 - DNML | STK */
 680         FPE_FLTSUB,     /* 43 - INV | DNML | STK */
 681         FPE_FLTDIV,     /* 44 - DZ | STK */
 682         FPE_FLTSUB,     /* 45 - INV | DZ | STK */
 683         FPE_FLTDIV,     /* 46 - DNML | DZ | STK */
 684         FPE_FLTSUB,     /* 47 - INV | DNML | DZ | STK */
 685         FPE_FLTOVF,     /* 48 - OFL | STK */
 686         FPE_FLTSUB,     /* 49 - INV | OFL | STK */
 687         FPE_FLTUND,     /* 4A - DNML | OFL | STK */
 688         FPE_FLTSUB,     /* 4B - INV | DNML | OFL | STK */
 689         FPE_FLTDIV,     /* 4C - DZ | OFL | STK */
 690         FPE_FLTSUB,     /* 4D - INV | DZ | OFL | STK */
 691         FPE_FLTDIV,     /* 4E - DNML | DZ | OFL | STK */
 692         FPE_FLTSUB,     /* 4F - INV | DNML | DZ | OFL | STK */
 693         FPE_FLTUND,     /* 50 - UFL | STK */
 694         FPE_FLTSUB,     /* 51 - INV | UFL | STK */
 695         FPE_FLTUND,     /* 52 - DNML | UFL | STK */
 696         FPE_FLTSUB,     /* 53 - INV | DNML | UFL | STK */
 697         FPE_FLTDIV,     /* 54 - DZ | UFL | STK */
 698         FPE_FLTSUB,     /* 55 - INV | DZ | UFL | STK */
 699         FPE_FLTDIV,     /* 56 - DNML | DZ | UFL | STK */
 700         FPE_FLTSUB,     /* 57 - INV | DNML | DZ | UFL | STK */
 701         FPE_FLTOVF,     /* 58 - OFL | UFL | STK */
 702         FPE_FLTSUB,     /* 59 - INV | OFL | UFL | STK */
 703         FPE_FLTUND,     /* 5A - DNML | OFL | UFL | STK */
 704         FPE_FLTSUB,     /* 5B - INV | DNML | OFL | UFL | STK */
 705         FPE_FLTDIV,     /* 5C - DZ | OFL | UFL | STK */
 706         FPE_FLTSUB,     /* 5D - INV | DZ | OFL | UFL | STK */
 707         FPE_FLTDIV,     /* 5E - DNML | DZ | OFL | UFL | STK */
 708         FPE_FLTSUB,     /* 5F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | STK */
 709         FPE_FLTRES,     /* 60 - IMP | STK */
 710         FPE_FLTSUB,     /* 61 - INV | IMP | STK */
 711         FPE_FLTUND,     /* 62 - DNML | IMP | STK */
 712         FPE_FLTSUB,     /* 63 - INV | DNML | IMP | STK */
 713         FPE_FLTDIV,     /* 64 - DZ | IMP | STK */
 714         FPE_FLTSUB,     /* 65 - INV | DZ | IMP | STK */
 715         FPE_FLTDIV,     /* 66 - DNML | DZ | IMP | STK */
 716         FPE_FLTSUB,     /* 67 - INV | DNML | DZ | IMP | STK */
 717         FPE_FLTOVF,     /* 68 - OFL | IMP | STK */
 718         FPE_FLTSUB,     /* 69 - INV | OFL | IMP | STK */
 719         FPE_FLTUND,     /* 6A - DNML | OFL | IMP | STK */
 720         FPE_FLTSUB,     /* 6B - INV | DNML | OFL | IMP | STK */
 721         FPE_FLTDIV,     /* 6C - DZ | OFL | IMP | STK */
 722         FPE_FLTSUB,     /* 6D - INV | DZ | OFL | IMP | STK */
 723         FPE_FLTDIV,     /* 6E - DNML | DZ | OFL | IMP | STK */
 724         FPE_FLTSUB,     /* 6F - INV | DNML | DZ | OFL | IMP | STK */
 725         FPE_FLTUND,     /* 70 - UFL | IMP | STK */
 726         FPE_FLTSUB,     /* 71 - INV | UFL | IMP | STK */
 727         FPE_FLTUND,     /* 72 - DNML | UFL | IMP | STK */
 728         FPE_FLTSUB,     /* 73 - INV | DNML | UFL | IMP | STK */
 729         FPE_FLTDIV,     /* 74 - DZ | UFL | IMP | STK */
 730         FPE_FLTSUB,     /* 75 - INV | DZ | UFL | IMP | STK */
 731         FPE_FLTDIV,     /* 76 - DNML | DZ | UFL | IMP | STK */
 732         FPE_FLTSUB,     /* 77 - INV | DNML | DZ | UFL | IMP | STK */
 733         FPE_FLTOVF,     /* 78 - OFL | UFL | IMP | STK */
 734         FPE_FLTSUB,     /* 79 - INV | OFL | UFL | IMP | STK */
 735         FPE_FLTUND,     /* 7A - DNML | OFL | UFL | IMP | STK */
 736         FPE_FLTSUB,     /* 7B - INV | DNML | OFL | UFL | IMP | STK */
 737         FPE_FLTDIV,     /* 7C - DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
 738         FPE_FLTSUB,     /* 7D - INV | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
 739         FPE_FLTDIV,     /* 7E - DNML | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
 740         FPE_FLTSUB,     /* 7F - INV | DNML | DZ | OFL | UFL | IMP | STK */
 741 };
 742
 743 /*
 744  * Preserve the FP status word, clear FP exceptions, then generate a SIGFPE.
 745  *
 746  * Clearing exceptions is necessary mainly to avoid IRQ13 bugs.  We now
 747  * depend on longjmp() restoring a usable state.  Restoring the state
 748  * or examining it might fail if we didn't clear exceptions.
 749  *
 750  * The error code chosen will be one of the FPE_... macros. It will be
 751  * sent as the second argument to old BSD-style signal handlers and as
 752  * "siginfo_t->si_code" (second argument) to SA_SIGINFO signal handlers.
 753  *
 754  * XXX the FP state is not preserved across signal handlers.  So signal
 755  * handlers cannot afford to do FP unless they preserve the state or
 756  * longjmp() out.  Both preserving the state and longjmp()ing may be
 757  * destroyed by IRQ13 bugs.  Clearing FP exceptions is not an acceptable
 758  * solution for signals other than SIGFPE.
 759  *
 760  * The MP lock is not held on entry (see i386/i386/exception.s) and
 761  * should not be held on exit.
 762  */
 763 void
 764 npx_intr(void *dummy)
 765 {
 766         int code;
 767         u_short control;
 768         struct intrframe *frame;
 769         u_long *exstat;
 770
 771         if (mdcpu->gd_npxthread == NULL || !npx_exists) {
 772                 get_mplock();
 773                 printf("npxintr: npxthread = %p, curthread = %p, npx_exists = %d\n",
 774                        mdcpu->gd_npxthread, curthread, npx_exists);
 775                 panic("npxintr from nowhere");
 776         }
 777         if (mdcpu->gd_npxthread != curthread) {
 778                 get_mplock();
 779                 printf("npxintr: npxthread = %p, curthread = %p, npx_exists = %d\n",
 780                        mdcpu->gd_npxthread, curthread, npx_exists);
 781                 panic("npxintr from non-current process");
 782         }
 783
 784         exstat = GET_FPU_EXSW_PTR(curthread);
 785         outb(0xf0, 0);
 786         fnstsw(exstat);
 787         fnstcw(&control);
 788         fnclex();
 789
 790         get_mplock();
 791
 792         /*
 793          * Pass exception to process.
 794          */
 795         frame = (struct intrframe *)&dummy;     /* XXX */
 796         if ((ISPL(frame->if_cs) == SEL_UPL) || (frame->if_eflags & PSL_VM)) {
 797                 /*
 798                  * Interrupt is essentially a trap, so we can afford to call
 799                  * the SIGFPE handler (if any) as soon as the interrupt
 800                  * returns.
 801                  *
 802                  * XXX little or nothing is gained from this, and plenty is
 803                  * lost - the interrupt frame has to contain the trap frame
 804                  * (this is otherwise only necessary for the rescheduling trap
 805                  * in doreti, and the frame for that could easily be set up
 806                  * just before it is used).
 807                  */
 808                 curproc->p_md.md_regs = INTR_TO_TRAPFRAME(frame);
 809                 /*
 810                  * Encode the appropriate code for detailed information on
 811                  * this exception.
 812                  */
 813                 code =
 814                     fpetable[(*exstat & ~control & 0x3f) | (*exstat & 0x40)];
 815                 trapsignal(curproc, SIGFPE, code);
 816         } else {
 817                 /*
 818                  * Nested interrupt.  These losers occur when:
 819                  *      o an IRQ13 is bogusly generated at a bogus time, e.g.:
 820                  *              o immediately after an fnsave or frstor of an
 821                  *                error state.
 822                  *              o a couple of 386 instructions after
 823                  *                "fstpl _memvar" causes a stack overflow.
 824                  *        These are especially nasty when combined with a
 825                  *        trace trap.
 826                  *      o an IRQ13 occurs at the same time as another higher-
 827                  *        priority interrupt.
 828                  *
 829                  * Treat them like a true async interrupt.
 830                  */
 831                 psignal(curproc, SIGFPE);
 832         }
 833         rel_mplock();
 834 }
 835
 836 /*
 837  * Implement the device not available (DNA) exception.  gd_npxthread had
 838  * better be NULL.  Restore the current thread's FP state and set gd_npxthread
 839  * to curthread.
 840  */
 841 int
 842 npxdna(void)
 843 {
 844         u_long *exstat;
 845
 846         if (!npx_exists)
 847                 return (0);
 848         if (mdcpu->gd_npxthread != NULL) {
 849                 printf("npxdna: npxthread = %p, curthread = %p\n",
 850                        mdcpu->gd_npxthread, curthread);
 851                 panic("npxdna");
 852         }
 853         /*
 854          * The setting of gd_npxthread and the call to fpurstor() must not
 855          * be preempted by an interrupt thread or we will take an npxdna
 856          * trap and potentially save our current fpstate (which is garbage)
 857          * and then restore the garbage rather then the originally saved
 858          * fpstate.
 859          */
 860         crit_enter();
 861         stop_emulating();
 862         /*
 863          * Record new context early in case frstor causes an IRQ13.
 864          */
 865         mdcpu->gd_npxthread = curthread;
 866         exstat = GET_FPU_EXSW_PTR(curthread);
 867         *exstat = 0;
 868         /*
 869          * The following frstor may cause an IRQ13 when the state being
 870          * restored has a pending error.  The error will appear to have been
 871          * triggered by the current (npx) user instruction even when that
 872          * instruction is a no-wait instruction that should not trigger an
 873          * error (e.g., fnclex).  On at least one 486 system all of the
 874          * no-wait instructions are broken the same as frstor, so our
 875          * treatment does not amplify the breakage.  On at least one
 876          * 386/Cyrix 387 system, fnclex works correctly while frstor and
 877          * fnsave are broken, so our treatment breaks fnclex if it is the
 878          * first FPU instruction after a context switch.
 879          */
 880         fpurstor(curthread->td_savefpu);
 881         crit_exit();
 882
 883         return (1);
 884 }
 885
 886 /*
 887  * Wrapper for the fnsave instruction to handle h/w bugs.  If there is an error
 888  * pending, then fnsave generates a bogus IRQ13 on some systems.  Force
 889  * any IRQ13 to be handled immediately, and then ignore it.  This routine is
 890  * often called at splhigh so it must not use many system services.  In
 891  * particular, it's much easier to install a special handler than to
 892  * guarantee that it's safe to use npxintr() and its supporting code.
 893  *
 894  * WARNING!  This call is made during a switch and the MP lock will be
 895  * setup for the new target thread rather then the current thread, so we
 896  * cannot do anything here that depends on the *_mplock() functions as
 897  * we may trip over their assertions.
 898  *
 899  * WARNING!  When using fxsave we MUST fninit after saving the FP state.  The
 900  * kernel will always assume that the FP state is 'safe' (will not cause
 901  * exceptions) for mmx/xmm use if npxthread is NULL.  The kernel must still
 902  * setup a custom save area before actually using the FP unit, but it will
 903  * not bother calling fninit.  This greatly improves kernel performance when
 904  * it wishes to use the FP unit.
 905  */
 906 void
 907 npxsave(union savefpu *addr)
 908 {
 909 #if defined(SMP) || !defined(CPU_DISABLE_SSE)
 910
 911         crit_enter();
 912         stop_emulating();
 913         fpusave(addr);
 914         mdcpu->gd_npxthread = NULL;
 915         fninit();
 916         start_emulating();
 917         crit_exit();
 918
 919 #else /* !SMP and CPU_DISABLE_SSE */
 920
 921         u_char  icu1_mask;
 922         u_char  icu2_mask;
 923         u_char  old_icu1_mask;
 924         u_char  old_icu2_mask;
 925         struct gate_descriptor  save_idt_npxintr;
 926         u_long  save_eflags;
 927
 928         save_eflags = read_eflags();
 929         cpu_disable_intr();
 930         old_icu1_mask = inb(IO_ICU1 + 1);
 931         old_icu2_mask = inb(IO_ICU2 + 1);
 932         save_idt_npxintr = idt[npx_intrno];
 933         outb(IO_ICU1 + 1, old_icu1_mask & ~(IRQ_SLAVE | npx0_imask));
 934         outb(IO_ICU2 + 1, old_icu2_mask & ~(npx0_imask >> 8));
 935         idt[npx_intrno] = npx_idt_probeintr;
 936         cpu_enable_intr();
 937         stop_emulating();
 938         fnsave(addr);
 939         fnop();
 940         cpu_disable_intr();
 941         mdcpu->gd_npxthread = NULL;
 942         start_emulating();
 943         icu1_mask = inb(IO_ICU1 + 1);   /* masks may have changed */
 944         icu2_mask = inb(IO_ICU2 + 1);
 945         outb(IO_ICU1 + 1,
 946              (icu1_mask & ~npx0_imask) | (old_icu1_mask & npx0_imask));
 947         outb(IO_ICU2 + 1,
 948              (icu2_mask & ~(npx0_imask >> 8))
 949              | (old_icu2_mask & (npx0_imask >> 8)));
 950         idt[npx_intrno] = save_idt_npxintr;
 951         write_eflags(save_eflags);      /* back to usual state */
 952
 953 #endif /* SMP */
 954 }
 955
 956 static void
 957 fpusave(union savefpu *addr)
 958 {
 959 #ifndef CPU_DISABLE_SSE
 960         if (cpu_fxsr)
 961                 fxsave(addr);
 962         else
 963 #endif
 964                 fnsave(addr);
 965 }
 966
 967 static void
 968 fpurstor(union savefpu *addr)
 969 {
 970 #ifndef CPU_DISABLE_SSE
 971         if (cpu_fxsr)
 972                 fxrstor(addr);
 973         else
 974 #endif
 975                 frstor(addr);
 976 }
 977
 978 static device_method_t npx_methods[] = {
 979         /* Device interface */
 980         DEVMETHOD(device_identify,      npx_identify),
 981         DEVMETHOD(device_probe,         npx_probe),
 982         DEVMETHOD(device_attach,        npx_attach),
 983         DEVMETHOD(device_detach,        bus_generic_detach),
 984         DEVMETHOD(device_shutdown,      bus_generic_shutdown),
 985         DEVMETHOD(device_suspend,       bus_generic_suspend),
 986         DEVMETHOD(device_resume,        bus_generic_resume),
 987
 988         { 0, 0 }
 989 };
 990
 991 static driver_t npx_driver = {
 992         "npx",
 993         npx_methods,
 994         1,                      /* no softc */
 995 };
 996
 997 static devclass_t npx_devclass;
 998
 999 /*
1000  * We prefer to attach to the root nexus so that the usual case (exception 16)
1001  * doesn't describe the processor as being `on isa'.
1002  */
1003 DRIVER_MODULE(npx, nexus, npx_driver, npx_devclass, 0, 0);