qemu/linux-user/vm86.c

   1 /*
   2  *  vm86 linux syscall support
   3  *
   4  *  Copyright (c) 2003 Fabrice Bellard
   5  *
   6  *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   7  *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8  *  the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   9  *  (at your option) any later version.
  10  *
  11  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  12  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14  *  GNU General Public License for more details.
  15  *
  16  *  You should have received a copy of the GNU General Public License
  17  *  along with this program; if not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  18  */
  19 #include <stdlib.h>
  20 #include <stdio.h>
  21 #include <stdarg.h>
  22 #include <string.h>
  23 #include <errno.h>
  24 #include <unistd.h>
  25
  26 #include "qemu.h"
  27
  28 //#define DEBUG_VM86
  29
  30 #ifdef DEBUG_VM86
  31 #  define LOG_VM86(...) qemu_log(__VA_ARGS__);
  32 #else
  33 #  define LOG_VM86(...) do { } while (0)
  34 #endif
  35
  36
  37 #define set_flags(X,new,mask) \
  38 ((X) = ((X) & ~(mask)) | ((new) & (mask)))
  39
  40 #define SAFE_MASK       (0xDD5)
  41 #define RETURN_MASK     (0xDFF)
  42
  43 static inline int is_revectored(int nr, struct target_revectored_struct *bitmap)
  44 {
  45     return (((uint8_t *)bitmap)[nr >> 3] >> (nr & 7)) & 1;
  46 }
  47
  48 static inline void vm_putw(CPUX86State *env, uint32_t segptr,
  49                            unsigned int reg16, unsigned int val)
  50 {
  51     cpu_stw_data(env, segptr + (reg16 & 0xffff), val);
  52 }
  53
  54 static inline void vm_putl(CPUX86State *env, uint32_t segptr,
  55                            unsigned int reg16, unsigned int val)
  56 {
  57     cpu_stl_data(env, segptr + (reg16 & 0xffff), val);
  58 }
  59
  60 static inline unsigned int vm_getb(CPUX86State *env,
  61                                    uint32_t segptr, unsigned int reg16)
  62 {
  63     return cpu_ldub_data(env, segptr + (reg16 & 0xffff));
  64 }
  65
  66 static inline unsigned int vm_getw(CPUX86State *env,
  67                                    uint32_t segptr, unsigned int reg16)
  68 {
  69     return cpu_lduw_data(env, segptr + (reg16 & 0xffff));
  70 }
  71
  72 static inline unsigned int vm_getl(CPUX86State *env,
  73                                    uint32_t segptr, unsigned int reg16)
  74 {
  75     return cpu_ldl_data(env, segptr + (reg16 & 0xffff));
  76 }
  77
  78 void save_v86_state(CPUX86State *env)
  79 {
  80     CPUState *cs = CPU(x86_env_get_cpu(env));
  81     TaskState *ts = cs->opaque;
  82     struct target_vm86plus_struct * target_v86;
  83
  84     if (!lock_user_struct(VERIFY_WRITE, target_v86, ts->target_v86, 0))
  85         /* FIXME - should return an error */
  86         return;
  87     /* put the VM86 registers in the userspace register structure */
  88     target_v86->regs.eax = tswap32(env->regs[R_EAX]);
  89     target_v86->regs.ebx = tswap32(env->regs[R_EBX]);
  90     target_v86->regs.ecx = tswap32(env->regs[R_ECX]);
  91     target_v86->regs.edx = tswap32(env->regs[R_EDX]);
  92     target_v86->regs.esi = tswap32(env->regs[R_ESI]);
  93     target_v86->regs.edi = tswap32(env->regs[R_EDI]);
  94     target_v86->regs.ebp = tswap32(env->regs[R_EBP]);
  95     target_v86->regs.esp = tswap32(env->regs[R_ESP]);
  96     target_v86->regs.eip = tswap32(env->eip);
  97     target_v86->regs.cs = tswap16(env->segs[R_CS].selector);
  98     target_v86->regs.ss = tswap16(env->segs[R_SS].selector);
  99     target_v86->regs.ds = tswap16(env->segs[R_DS].selector);
 100     target_v86->regs.es = tswap16(env->segs[R_ES].selector);
 101     target_v86->regs.fs = tswap16(env->segs[R_FS].selector);
 102     target_v86->regs.gs = tswap16(env->segs[R_GS].selector);
 103     set_flags(env->eflags, ts->v86flags, VIF_MASK | ts->v86mask);
 104     target_v86->regs.eflags = tswap32(env->eflags);
 105     unlock_user_struct(target_v86, ts->target_v86, 1);
 106     LOG_VM86("save_v86_state: eflags=%08x cs:ip=%04x:%04x\n",
 107              env->eflags, env->segs[R_CS].selector, env->eip);
 108
 109     /* restore 32 bit registers */
 110     env->regs[R_EAX] = ts->vm86_saved_regs.eax;
 111     env->regs[R_EBX] = ts->vm86_saved_regs.ebx;
 112     env->regs[R_ECX] = ts->vm86_saved_regs.ecx;
 113     env->regs[R_EDX] = ts->vm86_saved_regs.edx;
 114     env->regs[R_ESI] = ts->vm86_saved_regs.esi;
 115     env->regs[R_EDI] = ts->vm86_saved_regs.edi;
 116     env->regs[R_EBP] = ts->vm86_saved_regs.ebp;
 117     env->regs[R_ESP] = ts->vm86_saved_regs.esp;
 118     env->eflags = ts->vm86_saved_regs.eflags;
 119     env->eip = ts->vm86_saved_regs.eip;
 120
 121     cpu_x86_load_seg(env, R_CS, ts->vm86_saved_regs.cs);
 122     cpu_x86_load_seg(env, R_SS, ts->vm86_saved_regs.ss);
 123     cpu_x86_load_seg(env, R_DS, ts->vm86_saved_regs.ds);
 124     cpu_x86_load_seg(env, R_ES, ts->vm86_saved_regs.es);
 125     cpu_x86_load_seg(env, R_FS, ts->vm86_saved_regs.fs);
 126     cpu_x86_load_seg(env, R_GS, ts->vm86_saved_regs.gs);
 127 }
 128
 129 /* return from vm86 mode to 32 bit. The vm86() syscall will return
 130    'retval' */
 131 static inline void return_to_32bit(CPUX86State *env, int retval)
 132 {
 133     LOG_VM86("return_to_32bit: ret=0x%x\n", retval);
 134     save_v86_state(env);
 135     env->regs[R_EAX] = retval;
 136 }
 137
 138 static inline int set_IF(CPUX86State *env)
 139 {
 140     CPUState *cs = CPU(x86_env_get_cpu(env));
 141     TaskState *ts = cs->opaque;
 142
 143     ts->v86flags |= VIF_MASK;
 144     if (ts->v86flags & VIP_MASK) {
 145         return_to_32bit(env, TARGET_VM86_STI);
 146         return 1;
 147     }
 148     return 0;
 149 }
 150
 151 static inline void clear_IF(CPUX86State *env)
 152 {
 153     CPUState *cs = CPU(x86_env_get_cpu(env));
 154     TaskState *ts = cs->opaque;
 155
 156     ts->v86flags &= ~VIF_MASK;
 157 }
 158
 159 static inline void clear_TF(CPUX86State *env)
 160 {
 161     env->eflags &= ~TF_MASK;
 162 }
 163
 164 static inline void clear_AC(CPUX86State *env)
 165 {
 166     env->eflags &= ~AC_MASK;
 167 }
 168
 169 static inline int set_vflags_long(unsigned long eflags, CPUX86State *env)
 170 {
 171     CPUState *cs = CPU(x86_env_get_cpu(env));
 172     TaskState *ts = cs->opaque;
 173
 174     set_flags(ts->v86flags, eflags, ts->v86mask);
 175     set_flags(env->eflags, eflags, SAFE_MASK);
 176     if (eflags & IF_MASK)
 177         return set_IF(env);
 178     else
 179         clear_IF(env);
 180     return 0;
 181 }
 182
 183 static inline int set_vflags_short(unsigned short flags, CPUX86State *env)
 184 {
 185     CPUState *cs = CPU(x86_env_get_cpu(env));
 186     TaskState *ts = cs->opaque;
 187
 188     set_flags(ts->v86flags, flags, ts->v86mask & 0xffff);
 189     set_flags(env->eflags, flags, SAFE_MASK);
 190     if (flags & IF_MASK)
 191         return set_IF(env);
 192     else
 193         clear_IF(env);
 194     return 0;
 195 }
 196
 197 static inline unsigned int get_vflags(CPUX86State *env)
 198 {
 199     CPUState *cs = CPU(x86_env_get_cpu(env));
 200     TaskState *ts = cs->opaque;
 201     unsigned int flags;
 202
 203     flags = env->eflags & RETURN_MASK;
 204     if (ts->v86flags & VIF_MASK)
 205         flags |= IF_MASK;
 206     flags |= IOPL_MASK;
 207     return flags | (ts->v86flags & ts->v86mask);
 208 }
 209
 210 #define ADD16(reg, val) reg = (reg & ~0xffff) | ((reg + (val)) & 0xffff)
 211
 212 /* handle VM86 interrupt (NOTE: the CPU core currently does not
 213    support TSS interrupt revectoring, so this code is always executed) */
 214 static void do_int(CPUX86State *env, int intno)
 215 {
 216     CPUState *cs = CPU(x86_env_get_cpu(env));
 217     TaskState *ts = cs->opaque;
 218     uint32_t int_addr, segoffs, ssp;
 219     unsigned int sp;
 220
 221     if (env->segs[R_CS].selector == TARGET_BIOSSEG)
 222         goto cannot_handle;
 223     if (is_revectored(intno, &ts->vm86plus.int_revectored))
 224         goto cannot_handle;
 225     if (intno == 0x21 && is_revectored((env->regs[R_EAX] >> 8) & 0xff,
 226                                        &ts->vm86plus.int21_revectored))
 227         goto cannot_handle;
 228     int_addr = (intno << 2);
 229     segoffs = cpu_ldl_data(env, int_addr);
 230     if ((segoffs >> 16) == TARGET_BIOSSEG)
 231         goto cannot_handle;
 232     LOG_VM86("VM86: emulating int 0x%x. CS:IP=%04x:%04x\n",
 233              intno, segoffs >> 16, segoffs & 0xffff);
 234     /* save old state */
 235     ssp = env->segs[R_SS].selector << 4;
 236     sp = env->regs[R_ESP] & 0xffff;
 237     vm_putw(env, ssp, sp - 2, get_vflags(env));
 238     vm_putw(env, ssp, sp - 4, env->segs[R_CS].selector);
 239     vm_putw(env, ssp, sp - 6, env->eip);
 240     ADD16(env->regs[R_ESP], -6);
 241     /* goto interrupt handler */
 242     env->eip = segoffs & 0xffff;
 243     cpu_x86_load_seg(env, R_CS, segoffs >> 16);
 244     clear_TF(env);
 245     clear_IF(env);
 246     clear_AC(env);
 247     return;
 248  cannot_handle:
 249     LOG_VM86("VM86: return to 32 bits int 0x%x\n", intno);
 250     return_to_32bit(env, TARGET_VM86_INTx | (intno << 8));
 251 }
 252
 253 void handle_vm86_trap(CPUX86State *env, int trapno)
 254 {
 255     if (trapno == 1 || trapno == 3) {
 256         return_to_32bit(env, TARGET_VM86_TRAP + (trapno << 8));
 257     } else {
 258         do_int(env, trapno);
 259     }
 260 }
 261
 262 #define CHECK_IF_IN_TRAP() \
 263       if ((ts->vm86plus.vm86plus.flags & TARGET_vm86dbg_active) && \
 264           (ts->vm86plus.vm86plus.flags & TARGET_vm86dbg_TFpendig)) \
 265                 newflags |= TF_MASK
 266
 267 #define VM86_FAULT_RETURN \
 268         if ((ts->vm86plus.vm86plus.flags & TARGET_force_return_for_pic) && \
 269             (ts->v86flags & (IF_MASK | VIF_MASK))) \
 270             return_to_32bit(env, TARGET_VM86_PICRETURN); \
 271         return
 272
 273 void handle_vm86_fault(CPUX86State *env)
 274 {
 275     CPUState *cs = CPU(x86_env_get_cpu(env));
 276     TaskState *ts = cs->opaque;
 277     uint32_t csp, ssp;
 278     unsigned int ip, sp, newflags, newip, newcs, opcode, intno;
 279     int data32, pref_done;
 280
 281     csp = env->segs[R_CS].selector << 4;
 282     ip = env->eip & 0xffff;
 283
 284     ssp = env->segs[R_SS].selector << 4;
 285     sp = env->regs[R_ESP] & 0xffff;
 286
 287     LOG_VM86("VM86 exception %04x:%08x\n",
 288              env->segs[R_CS].selector, env->eip);
 289
 290     data32 = 0;
 291     pref_done = 0;
 292     do {
 293         opcode = vm_getb(env, csp, ip);
 294         ADD16(ip, 1);
 295         switch (opcode) {
 296         case 0x66:      /* 32-bit data */     data32=1; break;
 297         case 0x67:      /* 32-bit address */  break;
 298         case 0x2e:      /* CS */              break;
 299         case 0x3e:      /* DS */              break;
 300         case 0x26:      /* ES */              break;
 301         case 0x36:      /* SS */              break;
 302         case 0x65:      /* GS */              break;
 303         case 0x64:      /* FS */              break;
 304         case 0xf2:      /* repnz */           break;
 305         case 0xf3:      /* rep */             break;
 306         default: pref_done = 1;
 307         }
 308     } while (!pref_done);
 309
 310     /* VM86 mode */
 311     switch(opcode) {
 312     case 0x9c: /* pushf */
 313         if (data32) {
 314             vm_putl(env, ssp, sp - 4, get_vflags(env));
 315             ADD16(env->regs[R_ESP], -4);
 316         } else {
 317             vm_putw(env, ssp, sp - 2, get_vflags(env));
 318             ADD16(env->regs[R_ESP], -2);
 319         }
 320         env->eip = ip;
 321         VM86_FAULT_RETURN;
 322
 323     case 0x9d: /* popf */
 324         if (data32) {
 325             newflags = vm_getl(env, ssp, sp);
 326             ADD16(env->regs[R_ESP], 4);
 327         } else {
 328             newflags = vm_getw(env, ssp, sp);
 329             ADD16(env->regs[R_ESP], 2);
 330         }
 331         env->eip = ip;
 332         CHECK_IF_IN_TRAP();
 333         if (data32) {
 334             if (set_vflags_long(newflags, env))
 335                 return;
 336         } else {
 337             if (set_vflags_short(newflags, env))
 338                 return;
 339         }
 340         VM86_FAULT_RETURN;
 341
 342     case 0xcd: /* int */
 343         intno = vm_getb(env, csp, ip);
 344         ADD16(ip, 1);
 345         env->eip = ip;
 346         if (ts->vm86plus.vm86plus.flags & TARGET_vm86dbg_active) {
 347             if ( (ts->vm86plus.vm86plus.vm86dbg_intxxtab[intno >> 3] >>
 348                   (intno &7)) & 1) {
 349                 return_to_32bit(env, TARGET_VM86_INTx + (intno << 8));
 350                 return;
 351             }
 352         }
 353         do_int(env, intno);
 354         break;
 355
 356     case 0xcf: /* iret */
 357         if (data32) {
 358             newip = vm_getl(env, ssp, sp) & 0xffff;
 359             newcs = vm_getl(env, ssp, sp + 4) & 0xffff;
 360             newflags = vm_getl(env, ssp, sp + 8);
 361             ADD16(env->regs[R_ESP], 12);
 362         } else {
 363             newip = vm_getw(env, ssp, sp);
 364             newcs = vm_getw(env, ssp, sp + 2);
 365             newflags = vm_getw(env, ssp, sp + 4);
 366             ADD16(env->regs[R_ESP], 6);
 367         }
 368         env->eip = newip;
 369         cpu_x86_load_seg(env, R_CS, newcs);
 370         CHECK_IF_IN_TRAP();
 371         if (data32) {
 372             if (set_vflags_long(newflags, env))
 373                 return;
 374         } else {
 375             if (set_vflags_short(newflags, env))
 376                 return;
 377         }
 378         VM86_FAULT_RETURN;
 379
 380     case 0xfa: /* cli */
 381         env->eip = ip;
 382         clear_IF(env);
 383         VM86_FAULT_RETURN;
 384
 385     case 0xfb: /* sti */
 386         env->eip = ip;
 387         if (set_IF(env))
 388             return;
 389         VM86_FAULT_RETURN;
 390
 391     default:
 392         /* real VM86 GPF exception */
 393         return_to_32bit(env, TARGET_VM86_UNKNOWN);
 394         break;
 395     }
 396 }
 397
 398 int do_vm86(CPUX86State *env, long subfunction, abi_ulong vm86_addr)
 399 {
 400     CPUState *cs = CPU(x86_env_get_cpu(env));
 401     TaskState *ts = cs->opaque;
 402     struct target_vm86plus_struct * target_v86;
 403     int ret;
 404
 405     switch (subfunction) {
 406     case TARGET_VM86_REQUEST_IRQ:
 407     case TARGET_VM86_FREE_IRQ:
 408     case TARGET_VM86_GET_IRQ_BITS:
 409     case TARGET_VM86_GET_AND_RESET_IRQ:
 410         gemu_log("qemu: unsupported vm86 subfunction (%ld)\n", subfunction);
 411         ret = -TARGET_EINVAL;
 412         goto out;
 413     case TARGET_VM86_PLUS_INSTALL_CHECK:
 414         /* NOTE: on old vm86 stuff this will return the error
 415            from verify_area(), because the subfunction is
 416            interpreted as (invalid) address to vm86_struct.
 417            So the installation check works.
 418             */
 419         ret = 0;
 420         goto out;
 421     }
 422
 423     /* save current CPU regs */
 424     ts->vm86_saved_regs.eax = 0; /* default vm86 syscall return code */
 425     ts->vm86_saved_regs.ebx = env->regs[R_EBX];
 426     ts->vm86_saved_regs.ecx = env->regs[R_ECX];
 427     ts->vm86_saved_regs.edx = env->regs[R_EDX];
 428     ts->vm86_saved_regs.esi = env->regs[R_ESI];
 429     ts->vm86_saved_regs.edi = env->regs[R_EDI];
 430     ts->vm86_saved_regs.ebp = env->regs[R_EBP];
 431     ts->vm86_saved_regs.esp = env->regs[R_ESP];
 432     ts->vm86_saved_regs.eflags = env->eflags;
 433     ts->vm86_saved_regs.eip  = env->eip;
 434     ts->vm86_saved_regs.cs = env->segs[R_CS].selector;
 435     ts->vm86_saved_regs.ss = env->segs[R_SS].selector;
 436     ts->vm86_saved_regs.ds = env->segs[R_DS].selector;
 437     ts->vm86_saved_regs.es = env->segs[R_ES].selector;
 438     ts->vm86_saved_regs.fs = env->segs[R_FS].selector;
 439     ts->vm86_saved_regs.gs = env->segs[R_GS].selector;
 440
 441     ts->target_v86 = vm86_addr;
 442     if (!lock_user_struct(VERIFY_READ, target_v86, vm86_addr, 1))
 443         return -TARGET_EFAULT;
 444     /* build vm86 CPU state */
 445     ts->v86flags = tswap32(target_v86->regs.eflags);
 446     env->eflags = (env->eflags & ~SAFE_MASK) |
 447         (tswap32(target_v86->regs.eflags) & SAFE_MASK) | VM_MASK;
 448
 449     ts->vm86plus.cpu_type = tswapal(target_v86->cpu_type);
 450     switch (ts->vm86plus.cpu_type) {
 451     case TARGET_CPU_286:
 452         ts->v86mask = 0;
 453         break;
 454     case TARGET_CPU_386:
 455         ts->v86mask = NT_MASK | IOPL_MASK;
 456         break;
 457     case TARGET_CPU_486:
 458         ts->v86mask = AC_MASK | NT_MASK | IOPL_MASK;
 459         break;
 460     default:
 461         ts->v86mask = ID_MASK | AC_MASK | NT_MASK | IOPL_MASK;
 462         break;
 463     }
 464
 465     env->regs[R_EBX] = tswap32(target_v86->regs.ebx);
 466     env->regs[R_ECX] = tswap32(target_v86->regs.ecx);
 467     env->regs[R_EDX] = tswap32(target_v86->regs.edx);
 468     env->regs[R_ESI] = tswap32(target_v86->regs.esi);
 469     env->regs[R_EDI] = tswap32(target_v86->regs.edi);
 470     env->regs[R_EBP] = tswap32(target_v86->regs.ebp);
 471     env->regs[R_ESP] = tswap32(target_v86->regs.esp);
 472     env->eip = tswap32(target_v86->regs.eip);
 473     cpu_x86_load_seg(env, R_CS, tswap16(target_v86->regs.cs));
 474     cpu_x86_load_seg(env, R_SS, tswap16(target_v86->regs.ss));
 475     cpu_x86_load_seg(env, R_DS, tswap16(target_v86->regs.ds));
 476     cpu_x86_load_seg(env, R_ES, tswap16(target_v86->regs.es));
 477     cpu_x86_load_seg(env, R_FS, tswap16(target_v86->regs.fs));
 478     cpu_x86_load_seg(env, R_GS, tswap16(target_v86->regs.gs));
 479     ret = tswap32(target_v86->regs.eax); /* eax will be restored at
 480                                             the end of the syscall */
 481     memcpy(&ts->vm86plus.int_revectored,
 482            &target_v86->int_revectored, 32);
 483     memcpy(&ts->vm86plus.int21_revectored,
 484            &target_v86->int21_revectored, 32);
 485     ts->vm86plus.vm86plus.flags = tswapal(target_v86->vm86plus.flags);
 486     memcpy(&ts->vm86plus.vm86plus.vm86dbg_intxxtab,
 487            target_v86->vm86plus.vm86dbg_intxxtab, 32);
 488     unlock_user_struct(target_v86, vm86_addr, 0);
 489
 490     LOG_VM86("do_vm86: cs:ip=%04x:%04x\n",
 491              env->segs[R_CS].selector, env->eip);
 492     /* now the virtual CPU is ready for vm86 execution ! */
 493  out:
 494     return ret;
 495 }