arch/arm/vfp/vfpmodule.c

   1 /*
   2  *  linux/arch/arm/vfp/vfpmodule.c
   3  *
   4  *  Copyright (C) 2004 ARM Limited.
   5  *  Written by Deep Blue Solutions Limited.
   6  *
   7  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   8  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
   9  * published by the Free Software Foundation.
  10  */
  11 #include <linux/types.h>
  12 #include <linux/cpu.h>
  13 #include <linux/cpu_pm.h>
  14 #include <linux/hardirq.h>
  15 #include <linux/kernel.h>
  16 #include <linux/notifier.h>
  17 #include <linux/signal.h>
  18 #include <linux/sched.h>
  19 #include <linux/smp.h>
  20 #include <linux/init.h>
  21
  22 #include <asm/cputype.h>
  23 #include <asm/thread_notify.h>
  24 #include <asm/vfp.h>
  25
  26 #include "vfpinstr.h"
  27 #include "vfp.h"
  28
  29 /*
  30  * Our undef handlers (in entry.S)
  31  */
  32 void vfp_testing_entry(void);
  33 void vfp_support_entry(void);
  34 void vfp_null_entry(void);
  35
  36 void (*vfp_vector)(void) = vfp_null_entry;
  37
  38 /*
  39  * Dual-use variable.
  40  * Used in startup: set to non-zero if VFP checks fail
  41  * After startup, holds VFP architecture
  42  */
  43 unsigned int VFP_arch;
  44
  45 /*
  46  * The pointer to the vfpstate structure of the thread which currently
  47  * owns the context held in the VFP hardware, or NULL if the hardware
  48  * context is invalid.
  49  *
  50  * For UP, this is sufficient to tell which thread owns the VFP context.
  51  * However, for SMP, we also need to check the CPU number stored in the
  52  * saved state too to catch migrations.
  53  */
  54 union vfp_state *vfp_current_hw_state[NR_CPUS];
  55
  56 /*
  57  * Is 'thread's most up to date state stored in this CPUs hardware?
  58  * Must be called from non-preemptible context.
  59  */
  60 static bool vfp_state_in_hw(unsigned int cpu, struct thread_info *thread)
  61 {
  62 #ifdef CONFIG_SMP
  63         if (thread->vfpstate.hard.cpu != cpu)
  64                 return false;
  65 #endif
  66         return vfp_current_hw_state[cpu] == &thread->vfpstate;
  67 }
  68
  69 /*
  70  * Force a reload of the VFP context from the thread structure.  We do
  71  * this by ensuring that access to the VFP hardware is disabled, and
  72  * clear vfp_current_hw_state.  Must be called from non-preemptible context.
  73  */
  74 static void vfp_force_reload(unsigned int cpu, struct thread_info *thread)
  75 {
  76         if (vfp_state_in_hw(cpu, thread)) {
  77                 fmxr(FPEXC, fmrx(FPEXC) & ~FPEXC_EN);
  78                 vfp_current_hw_state[cpu] = NULL;
  79         }
  80 #ifdef CONFIG_SMP
  81         thread->vfpstate.hard.cpu = NR_CPUS;
  82 #endif
  83 }
  84
  85 /*
  86  * Per-thread VFP initialization.
  87  */
  88 static void vfp_thread_flush(struct thread_info *thread)
  89 {
  90         union vfp_state *vfp = &thread->vfpstate;
  91         unsigned int cpu;
  92
  93         /*
  94          * Disable VFP to ensure we initialize it first.  We must ensure
  95          * that the modification of vfp_current_hw_state[] and hardware
  96          * disable are done for the same CPU and without preemption.
  97          *
  98          * Do this first to ensure that preemption won't overwrite our
  99          * state saving should access to the VFP be enabled at this point.
 100          */
 101         cpu = get_cpu();
 102         if (vfp_current_hw_state[cpu] == vfp)
 103                 vfp_current_hw_state[cpu] = NULL;
 104         fmxr(FPEXC, fmrx(FPEXC) & ~FPEXC_EN);
 105         put_cpu();
 106
 107         memset(vfp, 0, sizeof(union vfp_state));
 108
 109         vfp->hard.fpexc = FPEXC_EN;
 110         vfp->hard.fpscr = FPSCR_ROUND_NEAREST;
 111 #ifdef CONFIG_SMP
 112         vfp->hard.cpu = NR_CPUS;
 113 #endif
 114 }
 115
 116 static void vfp_thread_exit(struct thread_info *thread)
 117 {
 118         /* release case: Per-thread VFP cleanup. */
 119         union vfp_state *vfp = &thread->vfpstate;
 120         unsigned int cpu = get_cpu();
 121
 122         if (vfp_current_hw_state[cpu] == vfp)
 123                 vfp_current_hw_state[cpu] = NULL;
 124         put_cpu();
 125 }
 126
 127 static void vfp_thread_copy(struct thread_info *thread)
 128 {
 129         struct thread_info *parent = current_thread_info();
 130
 131         vfp_sync_hwstate(parent);
 132         thread->vfpstate = parent->vfpstate;
 133 #ifdef CONFIG_SMP
 134         thread->vfpstate.hard.cpu = NR_CPUS;
 135 #endif
 136 }
 137
 138 /*
 139  * When this function is called with the following 'cmd's, the following
 140  * is true while this function is being run:
 141  *  THREAD_NOFTIFY_SWTICH:
 142  *   - the previously running thread will not be scheduled onto another CPU.
 143  *   - the next thread to be run (v) will not be running on another CPU.
 144  *   - thread->cpu is the local CPU number
 145  *   - not preemptible as we're called in the middle of a thread switch
 146  *  THREAD_NOTIFY_FLUSH:
 147  *   - the thread (v) will be running on the local CPU, so
 148  *      v === current_thread_info()
 149  *   - thread->cpu is the local CPU number at the time it is accessed,
 150  *      but may change at any time.
 151  *   - we could be preempted if tree preempt rcu is enabled, so
 152  *      it is unsafe to use thread->cpu.
 153  *  THREAD_NOTIFY_EXIT
 154  *   - the thread (v) will be running on the local CPU, so
 155  *      v === current_thread_info()
 156  *   - thread->cpu is the local CPU number at the time it is accessed,
 157  *      but may change at any time.
 158  *   - we could be preempted if tree preempt rcu is enabled, so
 159  *      it is unsafe to use thread->cpu.
 160  */
 161 static int vfp_notifier(struct notifier_block *self, unsigned long cmd, void *v)
 162 {
 163         struct thread_info *thread = v;
 164         u32 fpexc;
 165 #ifdef CONFIG_SMP
 166         unsigned int cpu;
 167 #endif
 168
 169         switch (cmd) {
 170         case THREAD_NOTIFY_SWITCH:
 171                 fpexc = fmrx(FPEXC);
 172
 173 #ifdef CONFIG_SMP
 174                 cpu = thread->cpu;
 175
 176                 /*
 177                  * On SMP, if VFP is enabled, save the old state in
 178                  * case the thread migrates to a different CPU. The
 179                  * restoring is done lazily.
 180                  */
 181                 if ((fpexc & FPEXC_EN) && vfp_current_hw_state[cpu])
 182                         vfp_save_state(vfp_current_hw_state[cpu], fpexc);
 183 #endif
 184
 185                 /*
 186                  * Always disable VFP so we can lazily save/restore the
 187                  * old state.
 188                  */
 189                 fmxr(FPEXC, fpexc & ~FPEXC_EN);
 190                 break;
 191
 192         case THREAD_NOTIFY_FLUSH:
 193                 vfp_thread_flush(thread);
 194                 break;
 195
 196         case THREAD_NOTIFY_EXIT:
 197                 vfp_thread_exit(thread);
 198                 break;
 199
 200         case THREAD_NOTIFY_COPY:
 201                 vfp_thread_copy(thread);
 202                 break;
 203         }
 204
 205         return NOTIFY_DONE;
 206 }
 207
 208 static struct notifier_block vfp_notifier_block = {
 209         .notifier_call  = vfp_notifier,
 210 };
 211
 212 /*
 213  * Raise a SIGFPE for the current process.
 214  * sicode describes the signal being raised.
 215  */
 216 static void vfp_raise_sigfpe(unsigned int sicode, struct pt_regs *regs)
 217 {
 218         siginfo_t info;
 219
 220         memset(&info, 0, sizeof(info));
 221
 222         info.si_signo = SIGFPE;
 223         info.si_code = sicode;
 224         info.si_addr = (void __user *)(instruction_pointer(regs) - 4);
 225
 226         /*
 227          * This is the same as NWFPE, because it's not clear what
 228          * this is used for
 229          */
 230         current->thread.error_code = 0;
 231         current->thread.trap_no = 6;
 232
 233         send_sig_info(SIGFPE, &info, current);
 234 }
 235
 236 static void vfp_panic(char *reason, u32 inst)
 237 {
 238         int i;
 239
 240         printk(KERN_ERR "VFP: Error: %s\n", reason);
 241         printk(KERN_ERR "VFP: EXC 0x%08x SCR 0x%08x INST 0x%08x\n",
 242                 fmrx(FPEXC), fmrx(FPSCR), inst);
 243         for (i = 0; i < 32; i += 2)
 244                 printk(KERN_ERR "VFP: s%2u: 0x%08x s%2u: 0x%08x\n",
 245                        i, vfp_get_float(i), i+1, vfp_get_float(i+1));
 246 }
 247
 248 /*
 249  * Process bitmask of exception conditions.
 250  */
 251 static void vfp_raise_exceptions(u32 exceptions, u32 inst, u32 fpscr, struct pt_regs *regs)
 252 {
 253         int si_code = 0;
 254
 255         pr_debug("VFP: raising exceptions %08x\n", exceptions);
 256
 257         if (exceptions == VFP_EXCEPTION_ERROR) {
 258                 vfp_panic("unhandled bounce", inst);
 259                 vfp_raise_sigfpe(0, regs);
 260                 return;
 261         }
 262
 263         /*
 264          * If any of the status flags are set, update the FPSCR.
 265          * Comparison instructions always return at least one of
 266          * these flags set.
 267          */
 268         if (exceptions & (FPSCR_N|FPSCR_Z|FPSCR_C|FPSCR_V))
 269                 fpscr &= ~(FPSCR_N|FPSCR_Z|FPSCR_C|FPSCR_V);
 270
 271         fpscr |= exceptions;
 272
 273         fmxr(FPSCR, fpscr);
 274
 275 #define RAISE(stat,en,sig)                              \
 276         if (exceptions & stat && fpscr & en)            \
 277                 si_code = sig;
 278
 279         /*
 280          * These are arranged in priority order, least to highest.
 281          */
 282         RAISE(FPSCR_DZC, FPSCR_DZE, FPE_FLTDIV);
 283         RAISE(FPSCR_IXC, FPSCR_IXE, FPE_FLTRES);
 284         RAISE(FPSCR_UFC, FPSCR_UFE, FPE_FLTUND);
 285         RAISE(FPSCR_OFC, FPSCR_OFE, FPE_FLTOVF);
 286         RAISE(FPSCR_IOC, FPSCR_IOE, FPE_FLTINV);
 287
 288         if (si_code)
 289                 vfp_raise_sigfpe(si_code, regs);
 290 }
 291
 292 /*
 293  * Emulate a VFP instruction.
 294  */
 295 static u32 vfp_emulate_instruction(u32 inst, u32 fpscr, struct pt_regs *regs)
 296 {
 297         u32 exceptions = VFP_EXCEPTION_ERROR;
 298
 299         pr_debug("VFP: emulate: INST=0x%08x SCR=0x%08x\n", inst, fpscr);
 300
 301         if (INST_CPRTDO(inst)) {
 302                 if (!INST_CPRT(inst)) {
 303                         /*
 304                          * CPDO
 305                          */
 306                         if (vfp_single(inst)) {
 307                                 exceptions = vfp_single_cpdo(inst, fpscr);
 308                         } else {
 309                                 exceptions = vfp_double_cpdo(inst, fpscr);
 310                         }
 311                 } else {
 312                         /*
 313                          * A CPRT instruction can not appear in FPINST2, nor
 314                          * can it cause an exception.  Therefore, we do not
 315                          * have to emulate it.
 316                          */
 317                 }
 318         } else {
 319                 /*
 320                  * A CPDT instruction can not appear in FPINST2, nor can
 321                  * it cause an exception.  Therefore, we do not have to
 322                  * emulate it.
 323                  */
 324         }
 325         return exceptions & ~VFP_NAN_FLAG;
 326 }
 327
 328 /*
 329  * Package up a bounce condition.
 330  */
 331 void VFP_bounce(u32 trigger, u32 fpexc, struct pt_regs *regs)
 332 {
 333         u32 fpscr, orig_fpscr, fpsid, exceptions;
 334
 335         pr_debug("VFP: bounce: trigger %08x fpexc %08x\n", trigger, fpexc);
 336
 337         /*
 338          * At this point, FPEXC can have the following configuration:
 339          *
 340          *  EX DEX IXE
 341          *  0   1   x   - synchronous exception
 342          *  1   x   0   - asynchronous exception
 343          *  1   x   1   - sychronous on VFP subarch 1 and asynchronous on later
 344          *  0   0   1   - synchronous on VFP9 (non-standard subarch 1
 345          *                implementation), undefined otherwise
 346          *
 347          * Clear various bits and enable access to the VFP so we can
 348          * handle the bounce.
 349          */
 350         fmxr(FPEXC, fpexc & ~(FPEXC_EX|FPEXC_DEX|FPEXC_FP2V|FPEXC_VV|FPEXC_TRAP_MASK));
 351
 352         fpsid = fmrx(FPSID);
 353         orig_fpscr = fpscr = fmrx(FPSCR);
 354
 355         /*
 356          * Check for the special VFP subarch 1 and FPSCR.IXE bit case
 357          */
 358         if ((fpsid & FPSID_ARCH_MASK) == (1 << FPSID_ARCH_BIT)
 359             && (fpscr & FPSCR_IXE)) {
 360                 /*
 361                  * Synchronous exception, emulate the trigger instruction
 362                  */
 363                 goto emulate;
 364         }
 365
 366         if (fpexc & FPEXC_EX) {
 367 #ifndef CONFIG_CPU_FEROCEON
 368                 /*
 369                  * Asynchronous exception. The instruction is read from FPINST
 370                  * and the interrupted instruction has to be restarted.
 371                  */
 372                 trigger = fmrx(FPINST);
 373                 regs->ARM_pc -= 4;
 374 #endif
 375         } else if (!(fpexc & FPEXC_DEX)) {
 376                 /*
 377                  * Illegal combination of bits. It can be caused by an
 378                  * unallocated VFP instruction but with FPSCR.IXE set and not
 379                  * on VFP subarch 1.
 380                  */
 381                  vfp_raise_exceptions(VFP_EXCEPTION_ERROR, trigger, fpscr, regs);
 382                 goto exit;
 383         }
 384
 385         /*
 386          * Modify fpscr to indicate the number of iterations remaining.
 387          * If FPEXC.EX is 0, FPEXC.DEX is 1 and the FPEXC.VV bit indicates
 388          * whether FPEXC.VECITR or FPSCR.LEN is used.
 389          */
 390         if (fpexc & (FPEXC_EX | FPEXC_VV)) {
 391                 u32 len;
 392
 393                 len = fpexc + (1 << FPEXC_LENGTH_BIT);
 394
 395                 fpscr &= ~FPSCR_LENGTH_MASK;
 396                 fpscr |= (len & FPEXC_LENGTH_MASK) << (FPSCR_LENGTH_BIT - FPEXC_LENGTH_BIT);
 397         }
 398
 399         /*
 400          * Handle the first FP instruction.  We used to take note of the
 401          * FPEXC bounce reason, but this appears to be unreliable.
 402          * Emulate the bounced instruction instead.
 403          */
 404         exceptions = vfp_emulate_instruction(trigger, fpscr, regs);
 405         if (exceptions)
 406                 vfp_raise_exceptions(exceptions, trigger, orig_fpscr, regs);
 407
 408         /*
 409          * If there isn't a second FP instruction, exit now. Note that
 410          * the FPEXC.FP2V bit is valid only if FPEXC.EX is 1.
 411          */
 412         if (fpexc ^ (FPEXC_EX | FPEXC_FP2V))
 413                 goto exit;
 414
 415         /*
 416          * The barrier() here prevents fpinst2 being read
 417          * before the condition above.
 418          */
 419         barrier();
 420         trigger = fmrx(FPINST2);
 421
 422  emulate:
 423         exceptions = vfp_emulate_instruction(trigger, orig_fpscr, regs);
 424         if (exceptions)
 425                 vfp_raise_exceptions(exceptions, trigger, orig_fpscr, regs);
 426  exit:
 427         preempt_enable();
 428 }
 429
 430 static void vfp_enable(void *unused)
 431 {
 432         u32 access;
 433
 434         BUG_ON(preemptible());
 435         access = get_copro_access();
 436
 437         /*
 438          * Enable full access to VFP (cp10 and cp11)
 439          */
 440         set_copro_access(access | CPACC_FULL(10) | CPACC_FULL(11));
 441 }
 442
 443 #ifdef CONFIG_CPU_PM
 444 static int vfp_pm_suspend(void)
 445 {
 446         struct thread_info *ti = current_thread_info();
 447         u32 fpexc = fmrx(FPEXC);
 448
 449         /* if vfp is on, then save state for resumption */
 450         if (fpexc & FPEXC_EN) {
 451                 printk(KERN_DEBUG "%s: saving vfp state\n", __func__);
 452                 vfp_save_state(&ti->vfpstate, fpexc);
 453
 454                 /* disable, just in case */
 455                 fmxr(FPEXC, fmrx(FPEXC) & ~FPEXC_EN);
 456         } else if (vfp_current_hw_state[ti->cpu]) {
 457 #ifndef CONFIG_SMP
 458                 fmxr(FPEXC, fpexc | FPEXC_EN);
 459                 vfp_save_state(vfp_current_hw_state[ti->cpu], fpexc);
 460                 fmxr(FPEXC, fpexc);
 461 #endif
 462         }
 463
 464         /* clear any information we had about last context state */
 465         vfp_current_hw_state[ti->cpu] = NULL;
 466
 467         return 0;
 468 }
 469
 470 static void vfp_pm_resume(void)
 471 {
 472         /* ensure we have access to the vfp */
 473         vfp_enable(NULL);
 474
 475         /* and disable it to ensure the next usage restores the state */
 476         fmxr(FPEXC, fmrx(FPEXC) & ~FPEXC_EN);
 477 }
 478
 479 static int vfp_cpu_pm_notifier(struct notifier_block *self, unsigned long cmd,
 480         void *v)
 481 {
 482         switch (cmd) {
 483         case CPU_PM_ENTER:
 484                 vfp_pm_suspend();
 485                 break;
 486         case CPU_PM_ENTER_FAILED:
 487         case CPU_PM_EXIT:
 488                 vfp_pm_resume();
 489                 break;
 490         }
 491         return NOTIFY_OK;
 492 }
 493
 494 static struct notifier_block vfp_cpu_pm_notifier_block = {
 495         .notifier_call = vfp_cpu_pm_notifier,
 496 };
 497
 498 static void vfp_pm_init(void)
 499 {
 500         cpu_pm_register_notifier(&vfp_cpu_pm_notifier_block);
 501 }
 502
 503 #else
 504 static inline void vfp_pm_init(void) { }
 505 #endif /* CONFIG_CPU_PM */
 506
 507 /*
 508  * Ensure that the VFP state stored in 'thread->vfpstate' is up to date
 509  * with the hardware state.
 510  */
 511 void vfp_sync_hwstate(struct thread_info *thread)
 512 {
 513         unsigned int cpu = get_cpu();
 514
 515         if (vfp_state_in_hw(cpu, thread)) {
 516                 u32 fpexc = fmrx(FPEXC);
 517
 518                 /*
 519                  * Save the last VFP state on this CPU.
 520                  */
 521                 fmxr(FPEXC, fpexc | FPEXC_EN);
 522                 vfp_save_state(&thread->vfpstate, fpexc | FPEXC_EN);
 523                 fmxr(FPEXC, fpexc);
 524         }
 525
 526         put_cpu();
 527 }
 528
 529 /* Ensure that the thread reloads the hardware VFP state on the next use. */
 530 void vfp_flush_hwstate(struct thread_info *thread)
 531 {
 532         unsigned int cpu = get_cpu();
 533
 534         vfp_force_reload(cpu, thread);
 535
 536         put_cpu();
 537 }
 538
 539 /*
 540  * VFP hardware can lose all context when a CPU goes offline.
 541  * As we will be running in SMP mode with CPU hotplug, we will save the
 542  * hardware state at every thread switch.  We clear our held state when
 543  * a CPU has been killed, indicating that the VFP hardware doesn't contain
 544  * a threads VFP state.  When a CPU starts up, we re-enable access to the
 545  * VFP hardware.
 546  *
 547  * Both CPU_DYING and CPU_STARTING are called on the CPU which
 548  * is being offlined/onlined.
 549  */
 550 static int vfp_hotplug(struct notifier_block *b, unsigned long action,
 551         void *hcpu)
 552 {
 553         if (action == CPU_DYING || action == CPU_DYING_FROZEN) {
 554                 vfp_force_reload((long)hcpu, current_thread_info());
 555         } else if (action == CPU_STARTING || action == CPU_STARTING_FROZEN)
 556                 vfp_enable(NULL);
 557         return NOTIFY_OK;
 558 }
 559
 560 /*
 561  * VFP support code initialisation.
 562  */
 563 static int __init vfp_init(void)
 564 {
 565         unsigned int vfpsid;
 566         unsigned int cpu_arch = cpu_architecture();
 567
 568         if (cpu_arch >= CPU_ARCH_ARMv6)
 569                 on_each_cpu(vfp_enable, NULL, 1);
 570
 571         /*
 572          * First check that there is a VFP that we can use.
 573          * The handler is already setup to just log calls, so
 574          * we just need to read the VFPSID register.
 575          */
 576         vfp_vector = vfp_testing_entry;
 577         barrier();
 578         vfpsid = fmrx(FPSID);
 579         barrier();
 580         vfp_vector = vfp_null_entry;
 581
 582         printk(KERN_INFO "VFP support v0.3: ");
 583         if (VFP_arch)
 584                 printk("not present\n");
 585         else if (vfpsid & FPSID_NODOUBLE) {
 586                 printk("no double precision support\n");
 587         } else {
 588                 hotcpu_notifier(vfp_hotplug, 0);
 589
 590                 VFP_arch = (vfpsid & FPSID_ARCH_MASK) >> FPSID_ARCH_BIT;  /* Extract the architecture version */
 591                 printk("implementor %02x architecture %d part %02x variant %x rev %x\n",
 592                         (vfpsid & FPSID_IMPLEMENTER_MASK) >> FPSID_IMPLEMENTER_BIT,
 593                         (vfpsid & FPSID_ARCH_MASK) >> FPSID_ARCH_BIT,
 594                         (vfpsid & FPSID_PART_MASK) >> FPSID_PART_BIT,
 595                         (vfpsid & FPSID_VARIANT_MASK) >> FPSID_VARIANT_BIT,
 596                         (vfpsid & FPSID_REV_MASK) >> FPSID_REV_BIT);
 597
 598                 vfp_vector = vfp_support_entry;
 599
 600                 thread_register_notifier(&vfp_notifier_block);
 601                 vfp_pm_init();
 602
 603                 /*
 604                  * We detected VFP, and the support code is
 605                  * in place; report VFP support to userspace.
 606                  */
 607                 elf_hwcap |= HWCAP_VFP;
 608 #ifdef CONFIG_VFPv3
 609                 if (VFP_arch >= 2) {
 610                         elf_hwcap |= HWCAP_VFPv3;
 611
 612                         /*
 613                          * Check for VFPv3 D16. CPUs in this configuration
 614                          * only have 16 x 64bit registers.
 615                          */
 616                         if (((fmrx(MVFR0) & MVFR0_A_SIMD_MASK)) == 1)
 617                                 elf_hwcap |= HWCAP_VFPv3D16;
 618                 }
 619 #endif
 620                 /*
 621                  * Check for the presence of the Advanced SIMD
 622                  * load/store instructions, integer and single
 623                  * precision floating point operations. Only check
 624                  * for NEON if the hardware has the MVFR registers.
 625                  */
 626                 if ((read_cpuid_id() & 0x000f0000) == 0x000f0000) {
 627 #ifdef CONFIG_NEON
 628                         if ((fmrx(MVFR1) & 0x000fff00) == 0x00011100)
 629                                 elf_hwcap |= HWCAP_NEON;
 630 #endif
 631                         if ((fmrx(MVFR1) & 0xf0000000) == 0x10000000)
 632                                 elf_hwcap |= HWCAP_VFPv4;
 633                 }
 634         }
 635         return 0;
 636 }
 637
 638 late_initcall(vfp_init);