arch/x86/include/asm/i387.h

   1 /*
   2  * Copyright (C) 1994 Linus Torvalds
   3  *
   4  * Pentium III FXSR, SSE support
   5  * General FPU state handling cleanups
   6  *      Gareth Hughes <gareth@valinux.com>, May 2000
   7  * x86-64 work by Andi Kleen 2002
   8  */
   9
  10 #ifndef _ASM_X86_I387_H
  11 #define _ASM_X86_I387_H
  12
  13 #ifndef __ASSEMBLY__
  14
  15 #include <linux/sched.h>
  16 #include <linux/kernel_stat.h>
  17 #include <linux/regset.h>
  18 #include <linux/hardirq.h>
  19 #include <linux/slab.h>
  20 #include <asm/asm.h>
  21 #include <asm/processor.h>
  22 #include <asm/sigcontext.h>
  23 #include <asm/user.h>
  24 #include <asm/uaccess.h>
  25 #include <asm/xsave.h>
  26
  27 extern unsigned int sig_xstate_size;
  28 extern void fpu_init(void);
  29 extern void mxcsr_feature_mask_init(void);
  30 extern int init_fpu(struct task_struct *child);
  31 extern asmlinkage void math_state_restore(void);
  32 extern void __math_state_restore(void);
  33 extern void init_thread_xstate(void);
  34 extern int dump_fpu(struct pt_regs *, struct user_i387_struct *);
  35
  36 extern user_regset_active_fn fpregs_active, xfpregs_active;
  37 extern user_regset_get_fn fpregs_get, xfpregs_get, fpregs_soft_get,
  38                                 xstateregs_get;
  39 extern user_regset_set_fn fpregs_set, xfpregs_set, fpregs_soft_set,
  40                                  xstateregs_set;
  41
  42 /*
  43  * xstateregs_active == fpregs_active. Please refer to the comment
  44  * at the definition of fpregs_active.
  45  */
  46 #define xstateregs_active       fpregs_active
  47
  48 extern struct _fpx_sw_bytes fx_sw_reserved;
  49 #ifdef CONFIG_IA32_EMULATION
  50 extern unsigned int sig_xstate_ia32_size;
  51 extern struct _fpx_sw_bytes fx_sw_reserved_ia32;
  52 struct _fpstate_ia32;
  53 struct _xstate_ia32;
  54 extern int save_i387_xstate_ia32(void __user *buf);
  55 extern int restore_i387_xstate_ia32(void __user *buf);
  56 #endif
  57
  58 #define X87_FSW_ES (1 << 7)     /* Exception Summary */
  59
  60 static inline bool use_xsave(void)
  61 {
  62         u8 has_xsave;
  63
  64         alternative_io("mov $0, %0",
  65                        "mov $1, %0",
  66                        X86_FEATURE_XSAVE,
  67                        "=qm" (has_xsave));
  68
  69         return has_xsave;
  70 }
  71
  72 #ifdef CONFIG_X86_64
  73
  74 /* Ignore delayed exceptions from user space */
  75 static inline void tolerant_fwait(void)
  76 {
  77         asm volatile("1: fwait\n"
  78                      "2:\n"
  79                      _ASM_EXTABLE(1b, 2b));
  80 }
  81
  82 static inline int fxrstor_checking(struct i387_fxsave_struct *fx)
  83 {
  84         int err;
  85
  86         asm volatile("1:  rex64/fxrstor (%[fx])\n\t"
  87                      "2:\n"
  88                      ".section .fixup,\"ax\"\n"
  89                      "3:  movl $-1,%[err]\n"
  90                      "    jmp  2b\n"
  91                      ".previous\n"
  92                      _ASM_EXTABLE(1b, 3b)
  93                      : [err] "=r" (err)
  94 #if 0 /* See comment in fxsave() below. */
  95                      : [fx] "r" (fx), "m" (*fx), "0" (0));
  96 #else
  97                      : [fx] "cdaSDb" (fx), "m" (*fx), "0" (0));
  98 #endif
  99         return err;
 100 }
 101
 102 /* AMD CPUs don't save/restore FDP/FIP/FOP unless an exception
 103    is pending. Clear the x87 state here by setting it to fixed
 104    values. The kernel data segment can be sometimes 0 and sometimes
 105    new user value. Both should be ok.
 106    Use the PDA as safe address because it should be already in L1. */
 107 static inline void fpu_clear(struct fpu *fpu)
 108 {
 109         struct xsave_struct *xstate = &fpu->state->xsave;
 110         struct i387_fxsave_struct *fx = &fpu->state->fxsave;
 111
 112         /*
 113          * xsave header may indicate the init state of the FP.
 114          */
 115         if (use_xsave() &&
 116             !(xstate->xsave_hdr.xstate_bv & XSTATE_FP))
 117                 return;
 118
 119         if (unlikely(fx->swd & X87_FSW_ES))
 120                 asm volatile("fnclex");
 121         alternative_input(ASM_NOP8 ASM_NOP2,
 122                           "    emms\n"          /* clear stack tags */
 123                           "    fildl %%gs:0",   /* load to clear state */
 124                           X86_FEATURE_FXSAVE_LEAK);
 125 }
 126
 127 static inline void clear_fpu_state(struct task_struct *tsk)
 128 {
 129         fpu_clear(&tsk->thread.fpu);
 130 }
 131
 132 static inline int fxsave_user(struct i387_fxsave_struct __user *fx)
 133 {
 134         int err;
 135
 136         asm volatile("1:  rex64/fxsave (%[fx])\n\t"
 137                      "2:\n"
 138                      ".section .fixup,\"ax\"\n"
 139                      "3:  movl $-1,%[err]\n"
 140                      "    jmp  2b\n"
 141                      ".previous\n"
 142                      _ASM_EXTABLE(1b, 3b)
 143                      : [err] "=r" (err), "=m" (*fx)
 144 #if 0 /* See comment in fxsave() below. */
 145                      : [fx] "r" (fx), "0" (0));
 146 #else
 147                      : [fx] "cdaSDb" (fx), "0" (0));
 148 #endif
 149         if (unlikely(err) &&
 150             __clear_user(fx, sizeof(struct i387_fxsave_struct)))
 151                 err = -EFAULT;
 152         /* No need to clear here because the caller clears USED_MATH */
 153         return err;
 154 }
 155
 156 static inline void fpu_fxsave(struct fpu *fpu)
 157 {
 158         /* Using "rex64; fxsave %0" is broken because, if the memory operand
 159            uses any extended registers for addressing, a second REX prefix
 160            will be generated (to the assembler, rex64 followed by semicolon
 161            is a separate instruction), and hence the 64-bitness is lost. */
 162 #if 0
 163         /* Using "fxsaveq %0" would be the ideal choice, but is only supported
 164            starting with gas 2.16. */
 165         __asm__ __volatile__("fxsaveq %0"
 166                              : "=m" (fpu->state->fxsave));
 167 #elif 0
 168         /* Using, as a workaround, the properly prefixed form below isn't
 169            accepted by any binutils version so far released, complaining that
 170            the same type of prefix is used twice if an extended register is
 171            needed for addressing (fix submitted to mainline 2005-11-21). */
 172         __asm__ __volatile__("rex64/fxsave %0"
 173                              : "=m" (fpu->state->fxsave));
 174 #else
 175         /* This, however, we can work around by forcing the compiler to select
 176            an addressing mode that doesn't require extended registers. */
 177         __asm__ __volatile__("rex64/fxsave (%1)"
 178                              : "=m" (fpu->state->fxsave)
 179                              : "cdaSDb" (&fpu->state->fxsave));
 180 #endif
 181 }
 182
 183 static inline void fpu_save_init(struct fpu *fpu)
 184 {
 185         if (use_xsave())
 186                 fpu_xsave(fpu);
 187         else
 188                 fpu_fxsave(fpu);
 189
 190         fpu_clear(fpu);
 191 }
 192
 193 static inline void __save_init_fpu(struct task_struct *tsk)
 194 {
 195         fpu_save_init(&tsk->thread.fpu);
 196         task_thread_info(tsk)->status &= ~TS_USEDFPU;
 197 }
 198
 199 #else  /* CONFIG_X86_32 */
 200
 201 #ifdef CONFIG_MATH_EMULATION
 202 extern void finit_soft_fpu(struct i387_soft_struct *soft);
 203 #else
 204 static inline void finit_soft_fpu(struct i387_soft_struct *soft) {}
 205 #endif
 206
 207 static inline void tolerant_fwait(void)
 208 {
 209         asm volatile("fnclex ; fwait");
 210 }
 211
 212 /* perform fxrstor iff the processor has extended states, otherwise frstor */
 213 static inline int fxrstor_checking(struct i387_fxsave_struct *fx)
 214 {
 215         /*
 216          * The "nop" is needed to make the instructions the same
 217          * length.
 218          */
 219         alternative_input(
 220                 "nop ; frstor %1",
 221                 "fxrstor %1",
 222                 X86_FEATURE_FXSR,
 223                 "m" (*fx));
 224
 225         return 0;
 226 }
 227
 228 /* We need a safe address that is cheap to find and that is already
 229    in L1 during context switch. The best choices are unfortunately
 230    different for UP and SMP */
 231 #ifdef CONFIG_SMP
 232 #define safe_address (__per_cpu_offset[0])
 233 #else
 234 #define safe_address (kstat_cpu(0).cpustat.user)
 235 #endif
 236
 237 /*
 238  * These must be called with preempt disabled
 239  */
 240 static inline void fpu_save_init(struct fpu *fpu)
 241 {
 242         if (use_xsave()) {
 243                 struct xsave_struct *xstate = &fpu->state->xsave;
 244                 struct i387_fxsave_struct *fx = &fpu->state->fxsave;
 245
 246                 fpu_xsave(fpu);
 247
 248                 /*
 249                  * xsave header may indicate the init state of the FP.
 250                  */
 251                 if (!(xstate->xsave_hdr.xstate_bv & XSTATE_FP))
 252                         goto end;
 253
 254                 if (unlikely(fx->swd & X87_FSW_ES))
 255                         asm volatile("fnclex");
 256
 257                 /*
 258                  * we can do a simple return here or be paranoid :)
 259                  */
 260                 goto clear_state;
 261         }
 262
 263         /* Use more nops than strictly needed in case the compiler
 264            varies code */
 265         alternative_input(
 266                 "fnsave %[fx] ;fwait;" GENERIC_NOP8 GENERIC_NOP4,
 267                 "fxsave %[fx]\n"
 268                 "bt $7,%[fsw] ; jnc 1f ; fnclex\n1:",
 269                 X86_FEATURE_FXSR,
 270                 [fx] "m" (fpu->state->fxsave),
 271                 [fsw] "m" (fpu->state->fxsave.swd) : "memory");
 272 clear_state:
 273         /* AMD K7/K8 CPUs don't save/restore FDP/FIP/FOP unless an exception
 274            is pending.  Clear the x87 state here by setting it to fixed
 275            values. safe_address is a random variable that should be in L1 */
 276         alternative_input(
 277                 GENERIC_NOP8 GENERIC_NOP2,
 278                 "emms\n\t"              /* clear stack tags */
 279                 "fildl %[addr]",        /* set F?P to defined value */
 280                 X86_FEATURE_FXSAVE_LEAK,
 281                 [addr] "m" (safe_address));
 282 end:
 283         ;
 284 }
 285
 286 static inline void __save_init_fpu(struct task_struct *tsk)
 287 {
 288         fpu_save_init(&tsk->thread.fpu);
 289         task_thread_info(tsk)->status &= ~TS_USEDFPU;
 290 }
 291
 292
 293 #endif  /* CONFIG_X86_64 */
 294
 295 static inline int fpu_fxrstor_checking(struct fpu *fpu)
 296 {
 297         return fxrstor_checking(&fpu->state->fxsave);
 298 }
 299
 300 static inline int fpu_restore_checking(struct fpu *fpu)
 301 {
 302         if (use_xsave())
 303                 return fpu_xrstor_checking(fpu);
 304         else
 305                 return fpu_fxrstor_checking(fpu);
 306 }
 307
 308 static inline int restore_fpu_checking(struct task_struct *tsk)
 309 {
 310         return fpu_restore_checking(&tsk->thread.fpu);
 311 }
 312
 313 /*
 314  * Signal frame handlers...
 315  */
 316 extern int save_i387_xstate(void __user *buf);
 317 extern int restore_i387_xstate(void __user *buf);
 318
 319 static inline void __unlazy_fpu(struct task_struct *tsk)
 320 {
 321         if (task_thread_info(tsk)->status & TS_USEDFPU) {
 322                 __save_init_fpu(tsk);
 323                 stts();
 324         } else
 325                 tsk->fpu_counter = 0;
 326 }
 327
 328 static inline void __clear_fpu(struct task_struct *tsk)
 329 {
 330         if (task_thread_info(tsk)->status & TS_USEDFPU) {
 331                 tolerant_fwait();
 332                 task_thread_info(tsk)->status &= ~TS_USEDFPU;
 333                 stts();
 334         }
 335 }
 336
 337 static inline void kernel_fpu_begin(void)
 338 {
 339         struct thread_info *me = current_thread_info();
 340         preempt_disable();
 341         if (me->status & TS_USEDFPU)
 342                 __save_init_fpu(me->task);
 343         else
 344                 clts();
 345 }
 346
 347 static inline void kernel_fpu_end(void)
 348 {
 349         stts();
 350         preempt_enable();
 351 }
 352
 353 static inline bool irq_fpu_usable(void)
 354 {
 355         struct pt_regs *regs;
 356
 357         return !in_interrupt() || !(regs = get_irq_regs()) || \
 358                 user_mode(regs) || (read_cr0() & X86_CR0_TS);
 359 }
 360
 361 /*
 362  * Some instructions like VIA's padlock instructions generate a spurious
 363  * DNA fault but don't modify SSE registers. And these instructions
 364  * get used from interrupt context as well. To prevent these kernel instructions
 365  * in interrupt context interacting wrongly with other user/kernel fpu usage, we
 366  * should use them only in the context of irq_ts_save/restore()
 367  */
 368 static inline int irq_ts_save(void)
 369 {
 370         /*
 371          * If in process context and not atomic, we can take a spurious DNA fault.
 372          * Otherwise, doing clts() in process context requires disabling preemption
 373          * or some heavy lifting like kernel_fpu_begin()
 374          */
 375         if (!in_atomic())
 376                 return 0;
 377
 378         if (read_cr0() & X86_CR0_TS) {
 379                 clts();
 380                 return 1;
 381         }
 382
 383         return 0;
 384 }
 385
 386 static inline void irq_ts_restore(int TS_state)
 387 {
 388         if (TS_state)
 389                 stts();
 390 }
 391
 392 #ifdef CONFIG_X86_64
 393
 394 static inline void save_init_fpu(struct task_struct *tsk)
 395 {
 396         __save_init_fpu(tsk);
 397         stts();
 398 }
 399
 400 #define unlazy_fpu      __unlazy_fpu
 401 #define clear_fpu       __clear_fpu
 402
 403 #else  /* CONFIG_X86_32 */
 404
 405 /*
 406  * These disable preemption on their own and are safe
 407  */
 408 static inline void save_init_fpu(struct task_struct *tsk)
 409 {
 410         preempt_disable();
 411         __save_init_fpu(tsk);
 412         stts();
 413         preempt_enable();
 414 }
 415
 416 static inline void unlazy_fpu(struct task_struct *tsk)
 417 {
 418         preempt_disable();
 419         __unlazy_fpu(tsk);
 420         preempt_enable();
 421 }
 422
 423 static inline void clear_fpu(struct task_struct *tsk)
 424 {
 425         preempt_disable();
 426         __clear_fpu(tsk);
 427         preempt_enable();
 428 }
 429
 430 #endif  /* CONFIG_X86_64 */
 431
 432 /*
 433  * i387 state interaction
 434  */
 435 static inline unsigned short get_fpu_cwd(struct task_struct *tsk)
 436 {
 437         if (cpu_has_fxsr) {
 438                 return tsk->thread.fpu.state->fxsave.cwd;
 439         } else {
 440                 return (unsigned short)tsk->thread.fpu.state->fsave.cwd;
 441         }
 442 }
 443
 444 static inline unsigned short get_fpu_swd(struct task_struct *tsk)
 445 {
 446         if (cpu_has_fxsr) {
 447                 return tsk->thread.fpu.state->fxsave.swd;
 448         } else {
 449                 return (unsigned short)tsk->thread.fpu.state->fsave.swd;
 450         }
 451 }
 452
 453 static inline unsigned short get_fpu_mxcsr(struct task_struct *tsk)
 454 {
 455         if (cpu_has_xmm) {
 456                 return tsk->thread.fpu.state->fxsave.mxcsr;
 457         } else {
 458                 return MXCSR_DEFAULT;
 459         }
 460 }
 461
 462 static bool fpu_allocated(struct fpu *fpu)
 463 {
 464         return fpu->state != NULL;
 465 }
 466
 467 static inline int fpu_alloc(struct fpu *fpu)
 468 {
 469         if (fpu_allocated(fpu))
 470                 return 0;
 471         fpu->state = kmem_cache_alloc(task_xstate_cachep, GFP_KERNEL);
 472         if (!fpu->state)
 473                 return -ENOMEM;
 474         WARN_ON((unsigned long)fpu->state & 15);
 475         return 0;
 476 }
 477
 478 static inline void fpu_free(struct fpu *fpu)
 479 {
 480         if (fpu->state) {
 481                 kmem_cache_free(task_xstate_cachep, fpu->state);
 482                 fpu->state = NULL;
 483         }
 484 }
 485
 486 static inline void fpu_copy(struct fpu *dst, struct fpu *src)
 487 {
 488         memcpy(dst->state, src->state, xstate_size);
 489 }
 490
 491 #endif /* __ASSEMBLY__ */
 492
 493 #define PSHUFB_XMM5_XMM0 .byte 0x66, 0x0f, 0x38, 0x00, 0xc5
 494 #define PSHUFB_XMM5_XMM6 .byte 0x66, 0x0f, 0x38, 0x00, 0xf5
 495
 496 #endif /* _ASM_X86_I387_H */