]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/arm/arm/cpuinfo.c
MFV: file 5.45.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / arm / arm / cpuinfo.c
1 /*-
2  * Copyright 2014 Svatopluk Kraus <onwahe@gmail.com>
3  * Copyright 2014 Michal Meloun <meloun@miracle.cz>
4  * All rights reserved.
5  *
6  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
7  * modification, are permitted provided that the following conditions
8  * are met:
9  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
10  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
13  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
14  *
15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
16  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
17  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
18  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
19  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
20  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
21  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
22  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
23  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
24  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
25  * SUCH DAMAGE.
26  */
27
28 #include <sys/cdefs.h>
29 #include <sys/param.h>
30 #include <sys/systm.h>
31 #include <sys/kernel.h>
32 #include <sys/pcpu.h>
33 #include <sys/smp.h>
34 #include <sys/sysctl.h>
35
36 #include <machine/cpu.h>
37 #include <machine/cpuinfo.h>
38 #include <machine/elf.h>
39 #include <machine/md_var.h>
40
41 void reinit_mmu(uint32_t ttb, uint32_t aux_clr, uint32_t aux_set);
42
43 int disable_bp_hardening;
44 int spectre_v2_safe = 1;
45
46 struct cpuinfo cpuinfo =
47 {
48         /* Use safe defaults for start */
49         .dcache_line_size = 32,
50         .dcache_line_mask = 31,
51         .icache_line_size = 32,
52         .icache_line_mask = 31,
53 };
54
55 static SYSCTL_NODE(_hw, OID_AUTO, cpu, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
56     "CPU");
57 static SYSCTL_NODE(_hw_cpu, OID_AUTO, quirks, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
58     "CPU quirks");
59
60 /*
61  * Tunable CPU quirks.
62  * Be careful, ACTRL cannot be changed if CPU is started in secure
63  * mode(world) and write to ACTRL can cause exception!
64  * These quirks are intended for optimizing CPU performance, not for
65  * applying errata workarounds. Nobody can expect that CPU with unfixed
66  * errata is stable enough to execute the kernel until quirks are applied.
67  */
68 static uint32_t cpu_quirks_actlr_mask;
69 SYSCTL_INT(_hw_cpu_quirks, OID_AUTO, actlr_mask,
70     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &cpu_quirks_actlr_mask, 0,
71     "Bits to be masked in ACTLR");
72
73 static uint32_t cpu_quirks_actlr_set;
74 SYSCTL_INT(_hw_cpu_quirks, OID_AUTO, actlr_set,
75     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &cpu_quirks_actlr_set, 0,
76     "Bits to be set in ACTLR");
77
78 static int
79 sysctl_hw_cpu_quirks_actrl_value(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
80 {
81         uint32_t reg;
82
83         reg = cp15_actlr_get();
84         return (SYSCTL_OUT(req, &reg, sizeof(reg)));
85 }
86 SYSCTL_PROC(_hw_cpu_quirks, OID_AUTO, actlr_value,
87     CTLTYPE_UINT | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
88     sysctl_hw_cpu_quirks_actrl_value, "IU",
89     "Value of ACTLR");
90
91 /* Read and parse CPU id scheme */
92 void
93 cpuinfo_init(void)
94 {
95         uint32_t tmp;
96
97         /*
98          * Prematurely fetch CPU quirks. Standard fetch for tunable
99          * sysctls is handled using SYSINIT, thus too late for boot CPU.
100          * Keep names in sync with sysctls.
101          */
102         TUNABLE_INT_FETCH("hw.cpu.quirks.actlr_mask", &cpu_quirks_actlr_mask);
103         TUNABLE_INT_FETCH("hw.cpu.quirks.actlr_set", &cpu_quirks_actlr_set);
104
105         cpuinfo.midr = cp15_midr_get();
106         /* Test old version id schemes first */
107         if ((cpuinfo.midr & CPU_ID_IMPLEMENTOR_MASK) == CPU_ID_ARM_LTD) {
108                 if (CPU_ID_ISOLD(cpuinfo.midr)) {
109                         /* obsolete ARMv2 or ARMv3 CPU */
110                         cpuinfo.midr = 0;
111                         return;
112                 }
113                 if (CPU_ID_IS7(cpuinfo.midr)) {
114                         if ((cpuinfo.midr & (1 << 23)) == 0) {
115                                 /* obsolete ARMv3 CPU */
116                                 cpuinfo.midr = 0;
117                                 return;
118                         }
119                         /* ARMv4T CPU */
120                         cpuinfo.architecture = 1;
121                         cpuinfo.revision = (cpuinfo.midr >> 16) & 0x7F;
122                 } else {
123                         /* ARM new id scheme */
124                         cpuinfo.architecture = (cpuinfo.midr >> 16) & 0x0F;
125                         cpuinfo.revision = (cpuinfo.midr >> 20) & 0x0F;
126                 }
127         } else {
128                 /* non ARM -> must be new id scheme */
129                 cpuinfo.architecture = (cpuinfo.midr >> 16) & 0x0F;
130                 cpuinfo.revision = (cpuinfo.midr >> 20) & 0x0F;
131         }
132         /* Parse rest of MIDR  */
133         cpuinfo.implementer = (cpuinfo.midr >> 24) & 0xFF;
134         cpuinfo.part_number = (cpuinfo.midr >> 4) & 0xFFF;
135         cpuinfo.patch = cpuinfo.midr & 0x0F;
136
137         /* CP15 c0,c0 regs 0-7 exist on all CPUs (although aliased with MIDR) */
138         cpuinfo.ctr = cp15_ctr_get();
139         cpuinfo.tcmtr = cp15_tcmtr_get();
140         cpuinfo.tlbtr = cp15_tlbtr_get();
141         cpuinfo.mpidr = cp15_mpidr_get();
142         cpuinfo.revidr = cp15_revidr_get();
143
144         /* if CPU is not v7 cpu id scheme */
145         if (cpuinfo.architecture != 0xF)
146                 return;
147         cpuinfo.id_pfr0 = cp15_id_pfr0_get();
148         cpuinfo.id_pfr1 = cp15_id_pfr1_get();
149         cpuinfo.id_dfr0 = cp15_id_dfr0_get();
150         cpuinfo.id_afr0 = cp15_id_afr0_get();
151         cpuinfo.id_mmfr0 = cp15_id_mmfr0_get();
152         cpuinfo.id_mmfr1 = cp15_id_mmfr1_get();
153         cpuinfo.id_mmfr2 = cp15_id_mmfr2_get();
154         cpuinfo.id_mmfr3 = cp15_id_mmfr3_get();
155         cpuinfo.id_isar0 = cp15_id_isar0_get();
156         cpuinfo.id_isar1 = cp15_id_isar1_get();
157         cpuinfo.id_isar2 = cp15_id_isar2_get();
158         cpuinfo.id_isar3 = cp15_id_isar3_get();
159         cpuinfo.id_isar4 = cp15_id_isar4_get();
160         cpuinfo.id_isar5 = cp15_id_isar5_get();
161
162 /* Not yet - CBAR only exist on ARM SMP Cortex A CPUs
163         cpuinfo.cbar = cp15_cbar_get();
164 */
165         if (CPU_CT_FORMAT(cpuinfo.ctr) == CPU_CT_ARMV7) {
166                 cpuinfo.ccsidr = cp15_ccsidr_get();
167                 cpuinfo.clidr = cp15_clidr_get();
168         }
169
170         /* Test if revidr is implemented */
171         if (cpuinfo.revidr == cpuinfo.midr)
172                 cpuinfo.revidr = 0;
173
174         /* parsed bits of above registers */
175         /* id_mmfr0 */
176         cpuinfo.outermost_shareability =  (cpuinfo.id_mmfr0 >> 8) & 0xF;
177         cpuinfo.shareability_levels = (cpuinfo.id_mmfr0 >> 12) & 0xF;
178         cpuinfo.auxiliary_registers = (cpuinfo.id_mmfr0 >> 20) & 0xF;
179         cpuinfo.innermost_shareability = (cpuinfo.id_mmfr0 >> 28) & 0xF;
180         /* id_mmfr2 */
181         cpuinfo.mem_barrier = (cpuinfo.id_mmfr2 >> 20) & 0xF;
182         /* id_mmfr3 */
183         cpuinfo.coherent_walk = (cpuinfo.id_mmfr3 >> 20) & 0xF;
184         cpuinfo.maintenance_broadcast =(cpuinfo.id_mmfr3 >> 12) & 0xF;
185         /* id_pfr1 */
186         cpuinfo.generic_timer_ext = (cpuinfo.id_pfr1 >> 16) & 0xF;
187         cpuinfo.virtualization_ext = (cpuinfo.id_pfr1 >> 12) & 0xF;
188         cpuinfo.security_ext = (cpuinfo.id_pfr1 >> 4) & 0xF;
189         /* mpidr */
190         cpuinfo.mp_ext = (cpuinfo.mpidr >> 31u) & 0x1;
191
192         /* L1 Cache sizes */
193         if (CPU_CT_FORMAT(cpuinfo.ctr) == CPU_CT_ARMV7) {
194                 cpuinfo.dcache_line_size =
195                     1 << (CPU_CT_DMINLINE(cpuinfo.ctr) + 2);
196                 cpuinfo.icache_line_size =
197                     1 << (CPU_CT_IMINLINE(cpuinfo.ctr) + 2);
198         } else {
199                 cpuinfo.dcache_line_size =
200                     1 << (CPU_CT_xSIZE_LEN(CPU_CT_DSIZE(cpuinfo.ctr)) + 3);
201                 cpuinfo.icache_line_size =
202                     1 << (CPU_CT_xSIZE_LEN(CPU_CT_ISIZE(cpuinfo.ctr)) + 3);
203         }
204         cpuinfo.dcache_line_mask = cpuinfo.dcache_line_size - 1;
205         cpuinfo.icache_line_mask = cpuinfo.icache_line_size - 1;
206
207         /* Fill AT_HWCAP bits. */
208         elf_hwcap |= HWCAP_HALF | HWCAP_FAST_MULT; /* Required for all CPUs */
209         elf_hwcap |= HWCAP_TLS | HWCAP_EDSP;       /* Required for v6+ CPUs */
210
211         tmp = (cpuinfo.id_isar0 >> 24) & 0xF;   /* Divide_instrs */
212         if (tmp >= 1)
213                 elf_hwcap |= HWCAP_IDIVT;
214         if (tmp >= 2)
215                 elf_hwcap |= HWCAP_IDIVA;
216
217         tmp = (cpuinfo.id_pfr0 >> 4) & 0xF;     /* State1  */
218         if (tmp >= 1)
219                 elf_hwcap |= HWCAP_THUMB;
220
221         tmp = (cpuinfo.id_pfr0 >> 12) & 0xF;    /* State3  */
222         if (tmp >= 1)
223                 elf_hwcap |= HWCAP_THUMBEE;
224
225         tmp = (cpuinfo.id_mmfr0 >> 0) & 0xF;    /* VMSA */
226         if (tmp >= 5)
227                 elf_hwcap |= HWCAP_LPAE;
228
229         /* Fill AT_HWCAP2 bits. */
230         tmp = (cpuinfo.id_isar5 >> 4) & 0xF;    /* AES */
231         if (tmp >= 1)
232                 elf_hwcap2 |= HWCAP2_AES;
233         if (tmp >= 2)
234                 elf_hwcap2 |= HWCAP2_PMULL;
235
236         tmp = (cpuinfo.id_isar5 >> 8) & 0xF;    /* SHA1 */
237         if (tmp >= 1)
238                 elf_hwcap2 |= HWCAP2_SHA1;
239
240         tmp = (cpuinfo.id_isar5 >> 12) & 0xF;   /* SHA2 */
241         if (tmp >= 1)
242                 elf_hwcap2 |= HWCAP2_SHA2;
243
244         tmp = (cpuinfo.id_isar5 >> 16) & 0xF;   /* CRC32 */
245         if (tmp >= 1)
246                 elf_hwcap2 |= HWCAP2_CRC32;
247 }
248
249 /*
250  * Get bits that must be set or cleared in ACLR register.
251  * Note: Bits in ACLR register are IMPLEMENTATION DEFINED.
252  * Its expected that SCU is in operational state before this
253  * function is called.
254  */
255 static void
256 cpuinfo_get_actlr_modifier(uint32_t *actlr_mask, uint32_t *actlr_set)
257 {
258
259         *actlr_mask = 0;
260         *actlr_set = 0;
261
262         if (cpuinfo.implementer == CPU_IMPLEMENTER_ARM) {
263                 switch (cpuinfo.part_number) {
264                 case CPU_ARCH_CORTEX_A75:
265                 case CPU_ARCH_CORTEX_A73:
266                 case CPU_ARCH_CORTEX_A72:
267                 case CPU_ARCH_CORTEX_A57:
268                 case CPU_ARCH_CORTEX_A53:
269                         /* Nothing to do for AArch32 */
270                         break;
271                 case CPU_ARCH_CORTEX_A17:
272                 case CPU_ARCH_CORTEX_A12: /* A12 is merged to A17 */
273                         /*
274                          * Enable SMP mode
275                          */
276                         *actlr_mask = (1 << 6);
277                         *actlr_set = (1 << 6);
278                         break;
279                 case CPU_ARCH_CORTEX_A15:
280                         /*
281                          * Enable snoop-delayed exclusive handling
282                          * Enable SMP mode
283                          */
284                         *actlr_mask = (1U << 31) |(1 << 6);
285                         *actlr_set = (1U << 31) |(1 << 6);
286                         break;
287                 case CPU_ARCH_CORTEX_A9:
288                         /*
289                          * Disable exclusive L1/L2 cache control
290                          * Enable SMP mode
291                          * Enable Cache and TLB maintenance broadcast
292                          */
293                         *actlr_mask = (1 << 7) | (1 << 6) | (1 << 0);
294                         *actlr_set = (1 << 6) | (1 << 0);
295                         break;
296                 case CPU_ARCH_CORTEX_A8:
297                         /*
298                          * Enable L2 cache
299                          * Enable L1 data cache hardware alias checks
300                          */
301                         *actlr_mask = (1 << 1) | (1 << 0);
302                         *actlr_set = (1 << 1);
303                         break;
304                 case CPU_ARCH_CORTEX_A7:
305                         /*
306                          * Enable SMP mode
307                          */
308                         *actlr_mask = (1 << 6);
309                         *actlr_set = (1 << 6);
310                         break;
311                 case CPU_ARCH_CORTEX_A5:
312                         /*
313                          * Disable exclusive L1/L2 cache control
314                          * Enable SMP mode
315                          * Enable Cache and TLB maintenance broadcast
316                          */
317                         *actlr_mask = (1 << 7) | (1 << 6) | (1 << 0);
318                         *actlr_set = (1 << 6) | (1 << 0);
319                         break;
320                 case CPU_ARCH_ARM1176:
321                         /*
322                          * Restrict cache size to 16KB
323                          * Enable the return stack
324                          * Enable dynamic branch prediction
325                          * Enable static branch prediction
326                          */
327                         *actlr_mask = (1 << 6) | (1 << 2) | (1 << 1) | (1 << 0);
328                         *actlr_set = (1 << 6) | (1 << 2) | (1 << 1) | (1 << 0);
329                         break;
330                 }
331                 return;
332         }
333 }
334
335 /* Reinitialize MMU to final kernel mapping and apply all CPU quirks. */
336 void
337 cpuinfo_reinit_mmu(uint32_t ttb)
338 {
339         uint32_t actlr_mask;
340         uint32_t actlr_set;
341
342         cpuinfo_get_actlr_modifier(&actlr_mask, &actlr_set);
343         actlr_mask |= cpu_quirks_actlr_mask;
344         actlr_set |= cpu_quirks_actlr_set;
345         reinit_mmu(ttb, actlr_mask, actlr_set);
346 }
347
348 static bool
349 modify_actlr(uint32_t clear, uint32_t set)
350 {
351         uint32_t reg, newreg;
352
353         reg = cp15_actlr_get();
354         newreg = reg;
355         newreg &= ~clear;
356         newreg |= set;
357         if (reg == newreg)
358                 return (true);
359         cp15_actlr_set(newreg);
360
361         reg = cp15_actlr_get();
362         if (reg == newreg)
363                 return (true);
364         return (false);
365 }
366
367 /* Apply/restore BP hardening on current core. */
368 static int
369 apply_bp_hardening(bool enable, int kind, bool actrl, uint32_t set_mask)
370 {
371         if (enable) {
372                 if (actrl && !modify_actlr(0, set_mask))
373                         return (-1);
374                 PCPU_SET(bp_harden_kind, kind);
375         } else {
376                 PCPU_SET(bp_harden_kind, PCPU_BP_HARDEN_KIND_NONE);
377                 if (actrl)
378                         modify_actlr(~0, PCPU_GET(original_actlr));
379                 spectre_v2_safe = 0;
380         }
381         return (0);
382 }
383
384 static void
385 handle_bp_hardening(bool enable)
386 {
387         int kind;
388         char *kind_str;
389
390         kind = PCPU_BP_HARDEN_KIND_NONE;
391         /*
392          * Note: Access to ACTRL is locked to secure world on most boards.
393          * This means that full BP hardening depends on updated u-boot/firmware
394          * or is impossible at all (if secure monitor is in on-chip ROM).
395          */
396         if (cpuinfo.implementer == CPU_IMPLEMENTER_ARM) {
397                 switch (cpuinfo.part_number) {
398                 case CPU_ARCH_CORTEX_A8:
399                         /*
400                          * For Cortex-A8, IBE bit must be set otherwise
401                          * BPIALL is effectively NOP.
402                          * Unfortunately, Cortex-A is also affected by
403                          * ARM erratum 687067 which causes non-working
404                          * BPIALL if IBE bit is set and 'Instruction L1 System
405                          * Array Debug Register 0' is not 0.
406                          * This register is not reset on power-up and is
407                          * accessible only from secure world, so we cannot do
408                          * nothing (nor detect) to fix this issue.
409                          * I afraid that on chip ROM based secure monitor on
410                          * AM335x (BeagleBone) doesn't reset this debug
411                          * register.
412                          */
413                         kind = PCPU_BP_HARDEN_KIND_BPIALL;
414                         if (apply_bp_hardening(enable, kind, true, 1 << 6) != 0)
415                                 goto actlr_err;
416                         break;
417                 break;
418
419                 case CPU_ARCH_CORTEX_A9:
420                 case CPU_ARCH_CORTEX_A12:
421                 case CPU_ARCH_CORTEX_A17:
422                 case CPU_ARCH_CORTEX_A57:
423                 case CPU_ARCH_CORTEX_A72:
424                 case CPU_ARCH_CORTEX_A73:
425                 case CPU_ARCH_CORTEX_A75:
426                         kind = PCPU_BP_HARDEN_KIND_BPIALL;
427                         if (apply_bp_hardening(enable, kind, false, 0) != 0)
428                                 goto actlr_err;
429                         break;
430
431                 case CPU_ARCH_CORTEX_A15:
432                         /*
433                          * For Cortex-A15, set 'Enable invalidates of BTB' bit.
434                          * Despite this, the BPIALL is still effectively NOP,
435                          * but with this bit set, the ICIALLU also flushes
436                          * branch predictor as side effect.
437                          */
438                         kind = PCPU_BP_HARDEN_KIND_ICIALLU;
439                         if (apply_bp_hardening(enable, kind, true, 1 << 0) != 0)
440                                 goto actlr_err;
441                         break;
442
443                 default:
444                         break;
445                 }
446         } else if (cpuinfo.implementer == CPU_IMPLEMENTER_QCOM) {
447                 printf("!!!WARNING!!! CPU(%d) is vulnerable to speculative "
448                     "branch attacks. !!!\n"
449                     "Qualcomm Krait cores are known (or believed) to be "
450                     "vulnerable to \n"
451                     "speculative branch attacks, no mitigation exists yet.\n",
452                     PCPU_GET(cpuid));
453                 goto unkonown_mitigation;
454         }  else {
455                 goto unkonown_mitigation;
456         }
457
458         if (bootverbose) {
459                 switch (kind) {
460                 case PCPU_BP_HARDEN_KIND_NONE:
461                         kind_str = "not necessary";
462                         break;
463                 case PCPU_BP_HARDEN_KIND_BPIALL:
464                         kind_str = "BPIALL";
465                         break;
466                 case PCPU_BP_HARDEN_KIND_ICIALLU:
467                         kind_str = "ICIALLU";
468                         break;
469                 default:
470                         panic("Unknown BP hardering kind (%d).", kind);
471                 }
472                 printf("CPU(%d) applied BP hardening: %s\n", PCPU_GET(cpuid),
473                     kind_str);
474         }
475
476         return;
477
478 unkonown_mitigation:
479         PCPU_SET(bp_harden_kind, PCPU_BP_HARDEN_KIND_NONE);
480         spectre_v2_safe = 0;
481         return;
482
483 actlr_err:
484         PCPU_SET(bp_harden_kind, PCPU_BP_HARDEN_KIND_NONE);
485         spectre_v2_safe = 0;
486         printf("!!!WARNING!!! CPU(%d) is vulnerable to speculative branch "
487             "attacks. !!!\n"
488             "We cannot enable required bit(s) in ACTRL register\n"
489             "because it's locked by secure monitor and/or firmware.\n",
490             PCPU_GET(cpuid));
491 }
492
493 void
494 cpuinfo_init_bp_hardening(void)
495 {
496
497         /*
498          * Store original unmodified ACTRL, so we can restore it when
499          * BP hardening is disabled by sysctl.
500          */
501         PCPU_SET(original_actlr, cp15_actlr_get());
502         handle_bp_hardening(true);
503 }
504
505 static void
506 bp_hardening_action(void *arg)
507 {
508
509         handle_bp_hardening(disable_bp_hardening == 0);
510 }
511
512 static int
513 sysctl_disable_bp_hardening(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
514 {
515         int rv;
516
517         rv = sysctl_handle_int(oidp, oidp->oid_arg1, oidp->oid_arg2, req);
518
519         if (!rv && req->newptr) {
520                 spectre_v2_safe = 1;
521                 dmb();
522 #ifdef SMP
523                 smp_rendezvous_cpus(all_cpus, smp_no_rendezvous_barrier,
524                 bp_hardening_action, NULL, NULL);
525 #else
526                 bp_hardening_action(NULL);
527 #endif
528         }
529
530         return (rv);
531 }
532
533 SYSCTL_PROC(_machdep, OID_AUTO, disable_bp_hardening,
534     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE,
535     &disable_bp_hardening, 0, sysctl_disable_bp_hardening, "I",
536     "Disable BP hardening mitigation.");
537
538 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, spectre_v2_safe, CTLFLAG_RD,
539     &spectre_v2_safe, 0, "System is safe to Spectre Version 2 attacks");