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/cpufeature.h>
  22 #include <asm/processor.h>
  23 #include <asm/sigcontext.h>
  24 #include <asm/user.h>
  25 #include <asm/uaccess.h>
  26 #include <asm/xsave.h>
  27
  28 extern unsigned int sig_xstate_size;
  29 extern void fpu_init(void);
  30 extern void mxcsr_feature_mask_init(void);
  31 extern int init_fpu(struct task_struct *child);
  32 extern asmlinkage void math_state_restore(void);
  33 extern void __math_state_restore(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 #ifdef CONFIG_MATH_EMULATION
  59 extern void finit_soft_fpu(struct i387_soft_struct *soft);
  60 #else
  61 static inline void finit_soft_fpu(struct i387_soft_struct *soft) {}
  62 #endif
  63
  64 #define X87_FSW_ES (1 << 7)     /* Exception Summary */
  65
  66 static __always_inline __pure bool use_xsaveopt(void)
  67 {
  68         return static_cpu_has(X86_FEATURE_XSAVEOPT);
  69 }
  70
  71 static __always_inline __pure bool use_xsave(void)
  72 {
  73         return static_cpu_has(X86_FEATURE_XSAVE);
  74 }
  75
  76 static __always_inline __pure bool use_fxsr(void)
  77 {
  78         return static_cpu_has(X86_FEATURE_FXSR);
  79 }
  80
  81 extern void __sanitize_i387_state(struct task_struct *);
  82
  83 static inline void sanitize_i387_state(struct task_struct *tsk)
  84 {
  85         if (!use_xsaveopt())
  86                 return;
  87         __sanitize_i387_state(tsk);
  88 }
  89
  90 #ifdef CONFIG_X86_64
  91 static inline int fxrstor_checking(struct i387_fxsave_struct *fx)
  92 {
  93         int err;
  94
  95         /* See comment in fxsave() below. */
  96         asm volatile("1:  rex64/fxrstor (%[fx])\n\t"
  97                      "2:\n"
  98                      ".section .fixup,\"ax\"\n"
  99                      "3:  movl $-1,%[err]\n"
 100                      "    jmp  2b\n"
 101                      ".previous\n"
 102                      _ASM_EXTABLE(1b, 3b)
 103                      : [err] "=r" (err)
 104                      : [fx] "R" (fx), "m" (*fx), "0" (0));
 105         return err;
 106 }
 107
 108 static inline int fxsave_user(struct i387_fxsave_struct __user *fx)
 109 {
 110         int err;
 111
 112         /*
 113          * Clear the bytes not touched by the fxsave and reserved
 114          * for the SW usage.
 115          */
 116         err = __clear_user(&fx->sw_reserved,
 117                            sizeof(struct _fpx_sw_bytes));
 118         if (unlikely(err))
 119                 return -EFAULT;
 120
 121         /* See comment in fxsave() below. */
 122         asm volatile("1:  rex64/fxsave (%[fx])\n\t"
 123                      "2:\n"
 124                      ".section .fixup,\"ax\"\n"
 125                      "3:  movl $-1,%[err]\n"
 126                      "    jmp  2b\n"
 127                      ".previous\n"
 128                      _ASM_EXTABLE(1b, 3b)
 129                      : [err] "=r" (err), "=m" (*fx)
 130                      : [fx] "R" (fx), "0" (0));
 131         if (unlikely(err) &&
 132             __clear_user(fx, sizeof(struct i387_fxsave_struct)))
 133                 err = -EFAULT;
 134         /* No need to clear here because the caller clears USED_MATH */
 135         return err;
 136 }
 137
 138 static inline void fpu_fxsave(struct fpu *fpu)
 139 {
 140         /* Using "rex64; fxsave %0" is broken because, if the memory operand
 141            uses any extended registers for addressing, a second REX prefix
 142            will be generated (to the assembler, rex64 followed by semicolon
 143            is a separate instruction), and hence the 64-bitness is lost. */
 144
 145 #ifdef CONFIG_AS_FXSAVEQ
 146         /* Using "fxsaveq %0" would be the ideal choice, but is only supported
 147            starting with gas 2.16. */
 148         __asm__ __volatile__("fxsaveq %0"
 149                              : "=m" (fpu->state->fxsave));
 150 #else
 151         /* Using, as a workaround, the properly prefixed form below isn't
 152            accepted by any binutils version so far released, complaining that
 153            the same type of prefix is used twice if an extended register is
 154            needed for addressing (fix submitted to mainline 2005-11-21).
 155         asm volatile("rex64/fxsave %0"
 156                      : "=m" (fpu->state->fxsave));
 157            This, however, we can work around by forcing the compiler to select
 158            an addressing mode that doesn't require extended registers. */
 159         asm volatile("rex64/fxsave (%[fx])"
 160                      : "=m" (fpu->state->fxsave)
 161                      : [fx] "R" (&fpu->state->fxsave));
 162 #endif
 163 }
 164
 165 #else  /* CONFIG_X86_32 */
 166
 167 /* perform fxrstor iff the processor has extended states, otherwise frstor */
 168 static inline int fxrstor_checking(struct i387_fxsave_struct *fx)
 169 {
 170         /*
 171          * The "nop" is needed to make the instructions the same
 172          * length.
 173          */
 174         alternative_input(
 175                 "nop ; frstor %1",
 176                 "fxrstor %1",
 177                 X86_FEATURE_FXSR,
 178                 "m" (*fx));
 179
 180         return 0;
 181 }
 182
 183 static inline void fpu_fxsave(struct fpu *fpu)
 184 {
 185         asm volatile("fxsave %[fx]"
 186                      : [fx] "=m" (fpu->state->fxsave));
 187 }
 188
 189 #endif  /* CONFIG_X86_64 */
 190
 191 /* We need a safe address that is cheap to find and that is already
 192    in L1 during context switch. The best choices are unfortunately
 193    different for UP and SMP */
 194 #ifdef CONFIG_SMP
 195 #define safe_address (__per_cpu_offset[0])
 196 #else
 197 #define safe_address (kstat_cpu(0).cpustat.user)
 198 #endif
 199
 200 /*
 201  * These must be called with preempt disabled
 202  */
 203 static inline void fpu_save_init(struct fpu *fpu)
 204 {
 205         if (use_xsave()) {
 206                 fpu_xsave(fpu);
 207
 208                 /*
 209                  * xsave header may indicate the init state of the FP.
 210                  */
 211                 if (!(fpu->state->xsave.xsave_hdr.xstate_bv & XSTATE_FP))
 212                         return;
 213         } else if (use_fxsr()) {
 214                 fpu_fxsave(fpu);
 215         } else {
 216                 asm volatile("fsave %[fx]; fwait"
 217                              : [fx] "=m" (fpu->state->fsave));
 218                 return;
 219         }
 220
 221         if (unlikely(fpu->state->fxsave.swd & X87_FSW_ES))
 222                 asm volatile("fnclex");
 223
 224         /* AMD K7/K8 CPUs don't save/restore FDP/FIP/FOP unless an exception
 225            is pending.  Clear the x87 state here by setting it to fixed
 226            values. safe_address is a random variable that should be in L1 */
 227         alternative_input(
 228                 ASM_NOP8 ASM_NOP2,
 229                 "emms\n\t"              /* clear stack tags */
 230                 "fildl %P[addr]",       /* set F?P to defined value */
 231                 X86_FEATURE_FXSAVE_LEAK,
 232                 [addr] "m" (safe_address));
 233 }
 234
 235 static inline void __save_init_fpu(struct task_struct *tsk)
 236 {
 237         fpu_save_init(&tsk->thread.fpu);
 238         task_thread_info(tsk)->status &= ~TS_USEDFPU;
 239 }
 240
 241 static inline int fpu_fxrstor_checking(struct fpu *fpu)
 242 {
 243         return fxrstor_checking(&fpu->state->fxsave);
 244 }
 245
 246 static inline int fpu_restore_checking(struct fpu *fpu)
 247 {
 248         if (use_xsave())
 249                 return fpu_xrstor_checking(fpu);
 250         else
 251                 return fpu_fxrstor_checking(fpu);
 252 }
 253
 254 static inline int restore_fpu_checking(struct task_struct *tsk)
 255 {
 256         return fpu_restore_checking(&tsk->thread.fpu);
 257 }
 258
 259 /*
 260  * Signal frame handlers...
 261  */
 262 extern int save_i387_xstate(void __user *buf);
 263 extern int restore_i387_xstate(void __user *buf);
 264
 265 static inline void __unlazy_fpu(struct task_struct *tsk)
 266 {
 267         if (task_thread_info(tsk)->status & TS_USEDFPU) {
 268                 __save_init_fpu(tsk);
 269                 stts();
 270         } else
 271                 tsk->fpu_counter = 0;
 272 }
 273
 274 static inline void __clear_fpu(struct task_struct *tsk)
 275 {
 276         if (task_thread_info(tsk)->status & TS_USEDFPU) {
 277                 /* Ignore delayed exceptions from user space */
 278                 asm volatile("1: fwait\n"
 279                              "2:\n"
 280                              _ASM_EXTABLE(1b, 2b));
 281                 task_thread_info(tsk)->status &= ~TS_USEDFPU;
 282                 stts();
 283         }
 284 }
 285
 286 static inline void kernel_fpu_begin(void)
 287 {
 288         struct thread_info *me = current_thread_info();
 289         preempt_disable();
 290         if (me->status & TS_USEDFPU)
 291                 __save_init_fpu(me->task);
 292         else
 293                 clts();
 294 }
 295
 296 static inline void kernel_fpu_end(void)
 297 {
 298         stts();
 299         preempt_enable();
 300 }
 301
 302 static inline bool irq_fpu_usable(void)
 303 {
 304         struct pt_regs *regs;
 305
 306         return !in_interrupt() || !(regs = get_irq_regs()) || \
 307                 user_mode(regs) || (read_cr0() & X86_CR0_TS);
 308 }
 309
 310 /*
 311  * Some instructions like VIA's padlock instructions generate a spurious
 312  * DNA fault but don't modify SSE registers. And these instructions
 313  * get used from interrupt context as well. To prevent these kernel instructions
 314  * in interrupt context interacting wrongly with other user/kernel fpu usage, we
 315  * should use them only in the context of irq_ts_save/restore()
 316  */
 317 static inline int irq_ts_save(void)
 318 {
 319         /*
 320          * If in process context and not atomic, we can take a spurious DNA fault.
 321          * Otherwise, doing clts() in process context requires disabling preemption
 322          * or some heavy lifting like kernel_fpu_begin()
 323          */
 324         if (!in_atomic())
 325                 return 0;
 326
 327         if (read_cr0() & X86_CR0_TS) {
 328                 clts();
 329                 return 1;
 330         }
 331
 332         return 0;
 333 }
 334
 335 static inline void irq_ts_restore(int TS_state)
 336 {
 337         if (TS_state)
 338                 stts();
 339 }
 340
 341 /*
 342  * These disable preemption on their own and are safe
 343  */
 344 static inline void save_init_fpu(struct task_struct *tsk)
 345 {
 346         preempt_disable();
 347         __save_init_fpu(tsk);
 348         stts();
 349         preempt_enable();
 350 }
 351
 352 static inline void unlazy_fpu(struct task_struct *tsk)
 353 {
 354         preempt_disable();
 355         __unlazy_fpu(tsk);
 356         preempt_enable();
 357 }
 358
 359 static inline void clear_fpu(struct task_struct *tsk)
 360 {
 361         preempt_disable();
 362         __clear_fpu(tsk);
 363         preempt_enable();
 364 }
 365
 366 /*
 367  * i387 state interaction
 368  */
 369 static inline unsigned short get_fpu_cwd(struct task_struct *tsk)
 370 {
 371         if (cpu_has_fxsr) {
 372                 return tsk->thread.fpu.state->fxsave.cwd;
 373         } else {
 374                 return (unsigned short)tsk->thread.fpu.state->fsave.cwd;
 375         }
 376 }
 377
 378 static inline unsigned short get_fpu_swd(struct task_struct *tsk)
 379 {
 380         if (cpu_has_fxsr) {
 381                 return tsk->thread.fpu.state->fxsave.swd;
 382         } else {
 383                 return (unsigned short)tsk->thread.fpu.state->fsave.swd;
 384         }
 385 }
 386
 387 static inline unsigned short get_fpu_mxcsr(struct task_struct *tsk)
 388 {
 389         if (cpu_has_xmm) {
 390                 return tsk->thread.fpu.state->fxsave.mxcsr;
 391         } else {
 392                 return MXCSR_DEFAULT;
 393         }
 394 }
 395
 396 static bool fpu_allocated(struct fpu *fpu)
 397 {
 398         return fpu->state != NULL;
 399 }
 400
 401 static inline int fpu_alloc(struct fpu *fpu)
 402 {
 403         if (fpu_allocated(fpu))
 404                 return 0;
 405         fpu->state = kmem_cache_alloc(task_xstate_cachep, GFP_KERNEL);
 406         if (!fpu->state)
 407                 return -ENOMEM;
 408         WARN_ON((unsigned long)fpu->state & 15);
 409         return 0;
 410 }
 411
 412 static inline void fpu_free(struct fpu *fpu)
 413 {
 414         if (fpu->state) {
 415                 kmem_cache_free(task_xstate_cachep, fpu->state);
 416                 fpu->state = NULL;
 417         }
 418 }
 419
 420 static inline void fpu_copy(struct fpu *dst, struct fpu *src)
 421 {
 422         memcpy(dst->state, src->state, xstate_size);
 423 }
 424
 425 extern void fpu_finit(struct fpu *fpu);
 426
 427 #endif /* __ASSEMBLY__ */
 428
 429 #endif /* _ASM_X86_I387_H */