arch/x86/kernel/fpu/init.c

   1 /*
   2  * x86 FPU boot time init code:
   3  */
   4 #include <asm/fpu/internal.h>
   5 #include <asm/tlbflush.h>
   6
   7 /*
   8  * Initialize the TS bit in CR0 according to the style of context-switches
   9  * we are using:
  10  */
  11 static void fpu__init_cpu_ctx_switch(void)
  12 {
  13         if (!cpu_has_eager_fpu)
  14                 stts();
  15         else
  16                 clts();
  17 }
  18
  19 /*
  20  * Initialize the registers found in all CPUs, CR0 and CR4:
  21  */
  22 static void fpu__init_cpu_generic(void)
  23 {
  24         unsigned long cr0;
  25         unsigned long cr4_mask = 0;
  26
  27         if (cpu_has_fxsr)
  28                 cr4_mask |= X86_CR4_OSFXSR;
  29         if (cpu_has_xmm)
  30                 cr4_mask |= X86_CR4_OSXMMEXCPT;
  31         if (cr4_mask)
  32                 cr4_set_bits(cr4_mask);
  33
  34         cr0 = read_cr0();
  35         cr0 &= ~(X86_CR0_TS|X86_CR0_EM); /* clear TS and EM */
  36         if (!cpu_has_fpu)
  37                 cr0 |= X86_CR0_EM;
  38         write_cr0(cr0);
  39
  40         /* Flush out any pending x87 state: */
  41         asm volatile ("fninit");
  42 }
  43
  44 /*
  45  * Enable all supported FPU features. Called when a CPU is brought online:
  46  */
  47 void fpu__init_cpu(void)
  48 {
  49         fpu__init_cpu_generic();
  50         fpu__init_cpu_xstate();
  51         fpu__init_cpu_ctx_switch();
  52 }
  53
  54 /*
  55  * The earliest FPU detection code.
  56  *
  57  * Set the X86_FEATURE_FPU CPU-capability bit based on
  58  * trying to execute an actual sequence of FPU instructions:
  59  */
  60 static void fpu__init_system_early_generic(struct cpuinfo_x86 *c)
  61 {
  62         unsigned long cr0;
  63         u16 fsw, fcw;
  64
  65         fsw = fcw = 0xffff;
  66
  67         cr0 = read_cr0();
  68         cr0 &= ~(X86_CR0_TS | X86_CR0_EM);
  69         write_cr0(cr0);
  70
  71         asm volatile("fninit ; fnstsw %0 ; fnstcw %1"
  72                      : "+m" (fsw), "+m" (fcw));
  73
  74         if (fsw == 0 && (fcw & 0x103f) == 0x003f)
  75                 set_cpu_cap(c, X86_FEATURE_FPU);
  76         else
  77                 clear_cpu_cap(c, X86_FEATURE_FPU);
  78
  79 #ifndef CONFIG_MATH_EMULATION
  80         if (!cpu_has_fpu) {
  81                 pr_emerg("x86/fpu: Giving up, no FPU found and no math emulation present\n");
  82                 for (;;)
  83                         asm volatile("hlt");
  84         }
  85 #endif
  86 }
  87
  88 /*
  89  * Boot time FPU feature detection code:
  90  */
  91 unsigned int mxcsr_feature_mask __read_mostly = 0xffffffffu;
  92
  93 static void __init fpu__init_system_mxcsr(void)
  94 {
  95         unsigned int mask = 0;
  96
  97         if (cpu_has_fxsr) {
  98                 /* Static because GCC does not get 16-byte stack alignment right: */
  99                 static struct fxregs_state fxregs __initdata;
 100
 101                 asm volatile("fxsave %0" : "+m" (fxregs));
 102
 103                 mask = fxregs.mxcsr_mask;
 104
 105                 /*
 106                  * If zero then use the default features mask,
 107                  * which has all features set, except the
 108                  * denormals-are-zero feature bit:
 109                  */
 110                 if (mask == 0)
 111                         mask = 0x0000ffbf;
 112         }
 113         mxcsr_feature_mask &= mask;
 114 }
 115
 116 /*
 117  * Once per bootup FPU initialization sequences that will run on most x86 CPUs:
 118  */
 119 static void __init fpu__init_system_generic(void)
 120 {
 121         /*
 122          * Set up the legacy init FPU context. (xstate init might overwrite this
 123          * with a more modern format, if the CPU supports it.)
 124          */
 125         fpstate_init_fxstate(&init_fpstate.fxsave);
 126
 127         fpu__init_system_mxcsr();
 128 }
 129
 130 /*
 131  * Size of the FPU context state. All tasks in the system use the
 132  * same context size, regardless of what portion they use.
 133  * This is inherent to the XSAVE architecture which puts all state
 134  * components into a single, continuous memory block:
 135  */
 136 unsigned int xstate_size;
 137 EXPORT_SYMBOL_GPL(xstate_size);
 138
 139 /*
 140  * Set up the xstate_size based on the legacy FPU context size.
 141  *
 142  * We set this up first, and later it will be overwritten by
 143  * fpu__init_system_xstate() if the CPU knows about xstates.
 144  */
 145 static void __init fpu__init_system_xstate_size_legacy(void)
 146 {
 147         static int on_boot_cpu = 1;
 148
 149         WARN_ON_FPU(!on_boot_cpu);
 150         on_boot_cpu = 0;
 151
 152         /*
 153          * Note that xstate_size might be overwriten later during
 154          * fpu__init_system_xstate().
 155          */
 156
 157         if (!cpu_has_fpu) {
 158                 /*
 159                  * Disable xsave as we do not support it if i387
 160                  * emulation is enabled.
 161                  */
 162                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_XSAVE);
 163                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_XSAVEOPT);
 164                 xstate_size = sizeof(struct swregs_state);
 165         } else {
 166                 if (cpu_has_fxsr)
 167                         xstate_size = sizeof(struct fxregs_state);
 168                 else
 169                         xstate_size = sizeof(struct fregs_state);
 170         }
 171         /*
 172          * Quirk: we don't yet handle the XSAVES* instructions
 173          * correctly, as we don't correctly convert between
 174          * standard and compacted format when interfacing
 175          * with user-space - so disable it for now.
 176          *
 177          * The difference is small: with recent CPUs the
 178          * compacted format is only marginally smaller than
 179          * the standard FPU state format.
 180          *
 181          * ( This is easy to backport while we are fixing
 182          *   XSAVES* support. )
 183          */
 184         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_XSAVES);
 185 }
 186
 187 /*
 188  * FPU context switching strategies:
 189  *
 190  * Against popular belief, we don't do lazy FPU saves, due to the
 191  * task migration complications it brings on SMP - we only do
 192  * lazy FPU restores.
 193  *
 194  * 'lazy' is the traditional strategy, which is based on setting
 195  * CR0::TS to 1 during context-switch (instead of doing a full
 196  * restore of the FPU state), which causes the first FPU instruction
 197  * after the context switch (whenever it is executed) to fault - at
 198  * which point we lazily restore the FPU state into FPU registers.
 199  *
 200  * Tasks are of course under no obligation to execute FPU instructions,
 201  * so it can easily happen that another context-switch occurs without
 202  * a single FPU instruction being executed. If we eventually switch
 203  * back to the original task (that still owns the FPU) then we have
 204  * not only saved the restores along the way, but we also have the
 205  * FPU ready to be used for the original task.
 206  *
 207  * 'eager' switching is used on modern CPUs, there we switch the FPU
 208  * state during every context switch, regardless of whether the task
 209  * has used FPU instructions in that time slice or not. This is done
 210  * because modern FPU context saving instructions are able to optimize
 211  * state saving and restoration in hardware: they can detect both
 212  * unused and untouched FPU state and optimize accordingly.
 213  *
 214  * [ Note that even in 'lazy' mode we might optimize context switches
 215  *   to use 'eager' restores, if we detect that a task is using the FPU
 216  *   frequently. See the fpu->counter logic in fpu/internal.h for that. ]
 217  */
 218 static enum { AUTO, ENABLE, DISABLE } eagerfpu = AUTO;
 219
 220 static int __init eager_fpu_setup(char *s)
 221 {
 222         if (!strcmp(s, "on"))
 223                 eagerfpu = ENABLE;
 224         else if (!strcmp(s, "off"))
 225                 eagerfpu = DISABLE;
 226         else if (!strcmp(s, "auto"))
 227                 eagerfpu = AUTO;
 228         return 1;
 229 }
 230 __setup("eagerfpu=", eager_fpu_setup);
 231
 232 /*
 233  * Pick the FPU context switching strategy:
 234  */
 235 static void __init fpu__init_system_ctx_switch(void)
 236 {
 237         static bool on_boot_cpu = 1;
 238
 239         WARN_ON_FPU(!on_boot_cpu);
 240         on_boot_cpu = 0;
 241
 242         WARN_ON_FPU(current->thread.fpu.fpstate_active);
 243         current_thread_info()->status = 0;
 244
 245         /* Auto enable eagerfpu for xsaveopt */
 246         if (cpu_has_xsaveopt && eagerfpu != DISABLE)
 247                 eagerfpu = ENABLE;
 248
 249         if (xfeatures_mask & XSTATE_EAGER) {
 250                 if (eagerfpu == DISABLE) {
 251                         pr_err("x86/fpu: eagerfpu switching disabled, disabling the following xstate features: 0x%llx.\n",
 252                                xfeatures_mask & XSTATE_EAGER);
 253                         xfeatures_mask &= ~XSTATE_EAGER;
 254                 } else {
 255                         eagerfpu = ENABLE;
 256                 }
 257         }
 258
 259         if (eagerfpu == ENABLE)
 260                 setup_force_cpu_cap(X86_FEATURE_EAGER_FPU);
 261
 262         printk(KERN_INFO "x86/fpu: Using '%s' FPU context switches.\n", eagerfpu == ENABLE ? "eager" : "lazy");
 263 }
 264
 265 /*
 266  * Called on the boot CPU once per system bootup, to set up the initial
 267  * FPU state that is later cloned into all processes:
 268  */
 269 void __init fpu__init_system(struct cpuinfo_x86 *c)
 270 {
 271         fpu__init_system_early_generic(c);
 272
 273         /*
 274          * The FPU has to be operational for some of the
 275          * later FPU init activities:
 276          */
 277         fpu__init_cpu();
 278
 279         /*
 280          * But don't leave CR0::TS set yet, as some of the FPU setup
 281          * methods depend on being able to execute FPU instructions
 282          * that will fault on a set TS, such as the FXSAVE in
 283          * fpu__init_system_mxcsr().
 284          */
 285         clts();
 286
 287         fpu__init_system_generic();
 288         fpu__init_system_xstate_size_legacy();
 289         fpu__init_system_xstate();
 290
 291         fpu__init_system_ctx_switch();
 292 }
 293
 294 /*
 295  * Boot parameter to turn off FPU support and fall back to math-emu:
 296  */
 297 static int __init no_387(char *s)
 298 {
 299         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_FPU);
 300         return 1;
 301 }
 302 __setup("no387", no_387);
 303
 304 /*
 305  * Disable all xstate CPU features:
 306  */
 307 static int __init x86_noxsave_setup(char *s)
 308 {
 309         if (strlen(s))
 310                 return 0;
 311
 312         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_XSAVE);
 313         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_XSAVEOPT);
 314         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_XSAVES);
 315         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_AVX);
 316         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_AVX2);
 317
 318         return 1;
 319 }
 320 __setup("noxsave", x86_noxsave_setup);
 321
 322 /*
 323  * Disable the XSAVEOPT instruction specifically:
 324  */
 325 static int __init x86_noxsaveopt_setup(char *s)
 326 {
 327         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_XSAVEOPT);
 328
 329         return 1;
 330 }
 331 __setup("noxsaveopt", x86_noxsaveopt_setup);
 332
 333 /*
 334  * Disable the XSAVES instruction:
 335  */
 336 static int __init x86_noxsaves_setup(char *s)
 337 {
 338         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_XSAVES);
 339
 340         return 1;
 341 }
 342 __setup("noxsaves", x86_noxsaves_setup);
 343
 344 /*
 345  * Disable FX save/restore and SSE support:
 346  */
 347 static int __init x86_nofxsr_setup(char *s)
 348 {
 349         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_FXSR);
 350         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_FXSR_OPT);
 351         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_XMM);
 352
 353         return 1;
 354 }
 355 __setup("nofxsr", x86_nofxsr_setup);