sys/arm64/arm64/trap.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2014 Andrew Turner
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   6  * modification, are permitted provided that the following conditions
   7  * are met:
   8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  13  *
  14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  15  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  16  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  17  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  18  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  19  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  20  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  21  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  22  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  23  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  24  * SUCH DAMAGE.
  25  *
  26  */
  27
  28 #include <sys/cdefs.h>
  29 __FBSDID("$FreeBSD$");
  30
  31 #include <sys/param.h>
  32 #include <sys/systm.h>
  33 #include <sys/kernel.h>
  34 #include <sys/ktr.h>
  35 #include <sys/lock.h>
  36 #include <sys/mutex.h>
  37 #include <sys/proc.h>
  38 #include <sys/ptrace.h>
  39 #include <sys/syscall.h>
  40 #include <sys/sysent.h>
  41 #ifdef KDB
  42 #include <sys/kdb.h>
  43 #endif
  44
  45 #include <vm/vm.h>
  46 #include <vm/pmap.h>
  47 #include <vm/vm_kern.h>
  48 #include <vm/vm_map.h>
  49 #include <vm/vm_param.h>
  50 #include <vm/vm_extern.h>
  51
  52 #include <machine/frame.h>
  53 #include <machine/md_var.h>
  54 #include <machine/pcb.h>
  55 #include <machine/pcpu.h>
  56 #include <machine/undefined.h>
  57
  58 #ifdef KDTRACE_HOOKS
  59 #include <sys/dtrace_bsd.h>
  60 #endif
  61
  62 #ifdef VFP
  63 #include <machine/vfp.h>
  64 #endif
  65
  66 #ifdef KDB
  67 #include <machine/db_machdep.h>
  68 #endif
  69
  70 #ifdef DDB
  71 #include <ddb/db_output.h>
  72 #endif
  73
  74 extern register_t fsu_intr_fault;
  75
  76 /* Called from exception.S */
  77 void do_el1h_sync(struct thread *, struct trapframe *);
  78 void do_el0_sync(struct thread *, struct trapframe *);
  79 void do_el0_error(struct trapframe *);
  80 void do_serror(struct trapframe *);
  81 void unhandled_exception(struct trapframe *);
  82
  83 static void print_registers(struct trapframe *frame);
  84
  85 int (*dtrace_invop_jump_addr)(struct trapframe *);
  86
  87 typedef void (abort_handler)(struct thread *, struct trapframe *, uint64_t,
  88     uint64_t, int);
  89
  90 static abort_handler align_abort;
  91 static abort_handler data_abort;
  92 static abort_handler external_abort;
  93
  94 static abort_handler *abort_handlers[] = {
  95         [ISS_DATA_DFSC_TF_L0] = data_abort,
  96         [ISS_DATA_DFSC_TF_L1] = data_abort,
  97         [ISS_DATA_DFSC_TF_L2] = data_abort,
  98         [ISS_DATA_DFSC_TF_L3] = data_abort,
  99         [ISS_DATA_DFSC_AFF_L1] = data_abort,
 100         [ISS_DATA_DFSC_AFF_L2] = data_abort,
 101         [ISS_DATA_DFSC_AFF_L3] = data_abort,
 102         [ISS_DATA_DFSC_PF_L1] = data_abort,
 103         [ISS_DATA_DFSC_PF_L2] = data_abort,
 104         [ISS_DATA_DFSC_PF_L3] = data_abort,
 105         [ISS_DATA_DFSC_ALIGN] = align_abort,
 106         [ISS_DATA_DFSC_EXT] =  external_abort,
 107 };
 108
 109 static __inline void
 110 call_trapsignal(struct thread *td, int sig, int code, void *addr, int trapno)
 111 {
 112         ksiginfo_t ksi;
 113
 114         ksiginfo_init_trap(&ksi);
 115         ksi.ksi_signo = sig;
 116         ksi.ksi_code = code;
 117         ksi.ksi_addr = addr;
 118         ksi.ksi_trapno = trapno;
 119         trapsignal(td, &ksi);
 120 }
 121
 122 int
 123 cpu_fetch_syscall_args(struct thread *td)
 124 {
 125         struct proc *p;
 126         register_t *ap, *dst_ap;
 127         struct syscall_args *sa;
 128
 129         p = td->td_proc;
 130         sa = &td->td_sa;
 131         ap = td->td_frame->tf_x;
 132         dst_ap = &sa->args[0];
 133
 134         sa->code = td->td_frame->tf_x[8];
 135
 136         if (__predict_false(sa->code == SYS_syscall || sa->code == SYS___syscall)) {
 137                 sa->code = *ap++;
 138         } else {
 139                 *dst_ap++ = *ap++;
 140         }
 141
 142         if (__predict_false(sa->code >= p->p_sysent->sv_size))
 143                 sa->callp = &p->p_sysent->sv_table[0];
 144         else
 145                 sa->callp = &p->p_sysent->sv_table[sa->code];
 146
 147         KASSERT(sa->callp->sy_narg <= nitems(sa->args),
 148             ("Syscall %d takes too many arguments", sa->code));
 149
 150         memcpy(dst_ap, ap, (MAXARGS - 1) * sizeof(register_t));
 151
 152         td->td_retval[0] = 0;
 153         td->td_retval[1] = 0;
 154
 155         return (0);
 156 }
 157
 158 #include "../../kern/subr_syscall.c"
 159
 160 /*
 161  * Test for fault generated by given access instruction in
 162  * bus_peek_<foo> or bus_poke_<foo> bus function.
 163  */
 164 extern uint32_t generic_bs_peek_1f, generic_bs_peek_2f;
 165 extern uint32_t generic_bs_peek_4f, generic_bs_peek_8f;
 166 extern uint32_t generic_bs_poke_1f, generic_bs_poke_2f;
 167 extern uint32_t generic_bs_poke_4f, generic_bs_poke_8f;
 168
 169 static bool
 170 test_bs_fault(void *addr)
 171 {
 172         return (addr == &generic_bs_peek_1f ||
 173             addr == &generic_bs_peek_2f ||
 174             addr == &generic_bs_peek_4f ||
 175             addr == &generic_bs_peek_8f ||
 176             addr == &generic_bs_poke_1f ||
 177             addr == &generic_bs_poke_2f ||
 178             addr == &generic_bs_poke_4f ||
 179             addr == &generic_bs_poke_8f);
 180 }
 181
 182 static void
 183 svc_handler(struct thread *td, struct trapframe *frame)
 184 {
 185
 186         if ((frame->tf_esr & ESR_ELx_ISS_MASK) == 0) {
 187                 syscallenter(td);
 188                 syscallret(td);
 189         } else {
 190                 call_trapsignal(td, SIGILL, ILL_ILLOPN, (void *)frame->tf_elr,
 191                     ESR_ELx_EXCEPTION(frame->tf_esr));
 192                 userret(td, frame);
 193         }
 194 }
 195
 196 static void
 197 align_abort(struct thread *td, struct trapframe *frame, uint64_t esr,
 198     uint64_t far, int lower)
 199 {
 200         if (!lower) {
 201                 print_registers(frame);
 202                 printf(" far: %16lx\n", far);
 203                 printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 204                 panic("Misaligned access from kernel space!");
 205         }
 206
 207         call_trapsignal(td, SIGBUS, BUS_ADRALN, (void *)frame->tf_elr,
 208             ESR_ELx_EXCEPTION(frame->tf_esr));
 209         userret(td, frame);
 210 }
 211
 212
 213 static void
 214 external_abort(struct thread *td, struct trapframe *frame, uint64_t esr,
 215     uint64_t far, int lower)
 216 {
 217
 218         /*
 219          * Try to handle synchronous external aborts caused by
 220          * bus_space_peek() and/or bus_space_poke() functions.
 221          */
 222         if (!lower && test_bs_fault((void *)frame->tf_elr)) {
 223                 frame->tf_elr = (uint64_t)generic_bs_fault;
 224                 return;
 225         }
 226
 227         print_registers(frame);
 228         printf(" far: %16lx\n", far);
 229         panic("Unhandled EL%d external data abort", lower ? 0: 1);
 230 }
 231
 232 static void
 233 data_abort(struct thread *td, struct trapframe *frame, uint64_t esr,
 234     uint64_t far, int lower)
 235 {
 236         struct vm_map *map;
 237         struct proc *p;
 238         struct pcb *pcb;
 239         vm_prot_t ftype;
 240         int error, sig, ucode;
 241 #ifdef KDB
 242         bool handled;
 243 #endif
 244
 245         /*
 246          * According to the ARMv8-A rev. A.g, B2.10.5 "Load-Exclusive
 247          * and Store-Exclusive instruction usage restrictions", state
 248          * of the exclusive monitors after data abort exception is unknown.
 249          */
 250         clrex();
 251
 252 #ifdef KDB
 253         if (kdb_active) {
 254                 kdb_reenter();
 255                 return;
 256         }
 257 #endif
 258
 259         pcb = td->td_pcb;
 260         p = td->td_proc;
 261         if (lower)
 262                 map = &p->p_vmspace->vm_map;
 263         else {
 264                 intr_enable();
 265
 266                 /* The top bit tells us which range to use */
 267                 if (far >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
 268                         map = kernel_map;
 269                 } else {
 270                         map = &p->p_vmspace->vm_map;
 271                         if (map == NULL)
 272                                 map = kernel_map;
 273                 }
 274         }
 275
 276         /*
 277          * Try to handle translation, access flag, and permission faults.
 278          * Translation faults may occur as a result of the required
 279          * break-before-make sequence used when promoting or demoting
 280          * superpages.  Such faults must not occur while holding the pmap lock,
 281          * or pmap_fault() will recurse on that lock.
 282          */
 283         if ((lower || map == kernel_map || pcb->pcb_onfault != 0) &&
 284             pmap_fault(map->pmap, esr, far) == KERN_SUCCESS)
 285                 return;
 286
 287         KASSERT(td->td_md.md_spinlock_count == 0,
 288             ("data abort with spinlock held"));
 289         if (td->td_critnest != 0 || WITNESS_CHECK(WARN_SLEEPOK |
 290             WARN_GIANTOK, NULL, "Kernel page fault") != 0) {
 291                 print_registers(frame);
 292                 printf(" far: %16lx\n", far);
 293                 printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 294                 panic("data abort in critical section or under mutex");
 295         }
 296
 297         switch (ESR_ELx_EXCEPTION(esr)) {
 298         case EXCP_INSN_ABORT:
 299         case EXCP_INSN_ABORT_L:
 300                 ftype = VM_PROT_EXECUTE;
 301                 break;
 302         default:
 303                 ftype = (esr & ISS_DATA_WnR) == 0 ? VM_PROT_READ :
 304                     VM_PROT_WRITE;
 305                 break;
 306         }
 307
 308         /* Fault in the page. */
 309         error = vm_fault_trap(map, far, ftype, VM_FAULT_NORMAL, &sig, &ucode);
 310         if (error != KERN_SUCCESS) {
 311                 if (lower) {
 312                         call_trapsignal(td, sig, ucode, (void *)far,
 313                             ESR_ELx_EXCEPTION(esr));
 314                 } else {
 315                         if (td->td_intr_nesting_level == 0 &&
 316                             pcb->pcb_onfault != 0) {
 317                                 frame->tf_x[0] = error;
 318                                 frame->tf_elr = pcb->pcb_onfault;
 319                                 return;
 320                         }
 321
 322                         printf("Fatal data abort:\n");
 323                         print_registers(frame);
 324                         printf(" far: %16lx\n", far);
 325                         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 326
 327 #ifdef KDB
 328                         if (debugger_on_trap) {
 329                                 kdb_why = KDB_WHY_TRAP;
 330                                 handled = kdb_trap(ESR_ELx_EXCEPTION(esr), 0,
 331                                     frame);
 332                                 kdb_why = KDB_WHY_UNSET;
 333                                 if (handled)
 334                                         return;
 335                         }
 336 #endif
 337                         panic("vm_fault failed: %lx", frame->tf_elr);
 338                 }
 339         }
 340
 341         if (lower)
 342                 userret(td, frame);
 343 }
 344
 345 static void
 346 print_registers(struct trapframe *frame)
 347 {
 348         u_int reg;
 349
 350         for (reg = 0; reg < nitems(frame->tf_x); reg++) {
 351                 printf(" %sx%d: %16lx\n", (reg < 10) ? " " : "", reg,
 352                     frame->tf_x[reg]);
 353         }
 354         printf("  sp: %16lx\n", frame->tf_sp);
 355         printf("  lr: %16lx\n", frame->tf_lr);
 356         printf(" elr: %16lx\n", frame->tf_elr);
 357         printf("spsr:         %8x\n", frame->tf_spsr);
 358 }
 359
 360 void
 361 do_el1h_sync(struct thread *td, struct trapframe *frame)
 362 {
 363         struct trapframe *oframe;
 364         uint32_t exception;
 365         uint64_t esr, far;
 366         int dfsc;
 367
 368         /* Read the esr register to get the exception details */
 369         esr = frame->tf_esr;
 370         exception = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
 371
 372 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 373         if (dtrace_trap_func != NULL && (*dtrace_trap_func)(frame, exception))
 374                 return;
 375 #endif
 376
 377         CTR4(KTR_TRAP,
 378             "do_el1_sync: curthread: %p, esr %lx, elr: %lx, frame: %p", td,
 379             esr, frame->tf_elr, frame);
 380
 381         oframe = td->td_frame;
 382
 383         switch (exception) {
 384         case EXCP_BRK:
 385         case EXCP_WATCHPT_EL1:
 386         case EXCP_SOFTSTP_EL1:
 387                 break;
 388         default:
 389                 td->td_frame = frame;
 390                 break;
 391         }
 392
 393         switch (exception) {
 394         case EXCP_FP_SIMD:
 395         case EXCP_TRAP_FP:
 396 #ifdef VFP
 397                 if ((td->td_pcb->pcb_fpflags & PCB_FP_KERN) != 0) {
 398                         vfp_restore_state();
 399                 } else
 400 #endif
 401                 {
 402                         print_registers(frame);
 403                         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 404                         panic("VFP exception in the kernel");
 405                 }
 406                 break;
 407         case EXCP_INSN_ABORT:
 408         case EXCP_DATA_ABORT:
 409                 far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 410                 dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
 411                 if (dfsc < nitems(abort_handlers) &&
 412                     abort_handlers[dfsc] != NULL) {
 413                         abort_handlers[dfsc](td, frame, esr, far, 0);
 414                 } else {
 415                         print_registers(frame);
 416                         printf(" far: %16lx\n", far);
 417                         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 418                         panic("Unhandled EL1 %s abort: %x",
 419                             exception == EXCP_INSN_ABORT ? "instruction" :
 420                             "data", dfsc);
 421                 }
 422                 break;
 423         case EXCP_BRK:
 424 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 425                 if ((esr & ESR_ELx_ISS_MASK) == 0x40d && \
 426                     dtrace_invop_jump_addr != 0) {
 427                         dtrace_invop_jump_addr(frame);
 428                         break;
 429                 }
 430 #endif
 431 #ifdef KDB
 432                 kdb_trap(exception, 0,
 433                     (td->td_frame != NULL) ? td->td_frame : frame);
 434 #else
 435                 panic("No debugger in kernel.\n");
 436 #endif
 437                 frame->tf_elr += 4;
 438                 break;
 439         case EXCP_WATCHPT_EL1:
 440         case EXCP_SOFTSTP_EL1:
 441 #ifdef KDB
 442                 kdb_trap(exception, 0,
 443                     (td->td_frame != NULL) ? td->td_frame : frame);
 444 #else
 445                 panic("No debugger in kernel.\n");
 446 #endif
 447                 break;
 448         case EXCP_UNKNOWN:
 449                 if (undef_insn(1, frame))
 450                         break;
 451                 /* FALLTHROUGH */
 452         default:
 453                 print_registers(frame);
 454                 printf(" far: %16lx\n", READ_SPECIALREG(far_el1));
 455                 panic("Unknown kernel exception %x esr_el1 %lx\n", exception,
 456                     esr);
 457         }
 458
 459         td->td_frame = oframe;
 460 }
 461
 462 void
 463 do_el0_sync(struct thread *td, struct trapframe *frame)
 464 {
 465         pcpu_bp_harden bp_harden;
 466         uint32_t exception;
 467         uint64_t esr, far;
 468         int dfsc;
 469
 470         /* Check we have a sane environment when entering from userland */
 471         KASSERT((uintptr_t)get_pcpu() >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 472             ("Invalid pcpu address from userland: %p (tpidr %lx)",
 473              get_pcpu(), READ_SPECIALREG(tpidr_el1)));
 474
 475         esr = frame->tf_esr;
 476         exception = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
 477         switch (exception) {
 478         case EXCP_INSN_ABORT_L:
 479                 far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 480
 481                 /*
 482                  * Userspace may be trying to train the branch predictor to
 483                  * attack the kernel. If we are on a CPU affected by this
 484                  * call the handler to clear the branch predictor state.
 485                  */
 486                 if (far > VM_MAXUSER_ADDRESS) {
 487                         bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
 488                         if (bp_harden != NULL)
 489                                 bp_harden();
 490                 }
 491                 break;
 492         case EXCP_UNKNOWN:
 493         case EXCP_DATA_ABORT_L:
 494         case EXCP_DATA_ABORT:
 495                 far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 496                 break;
 497         }
 498         intr_enable();
 499
 500         CTR4(KTR_TRAP,
 501             "do_el0_sync: curthread: %p, esr %lx, elr: %lx, frame: %p", td, esr,
 502             frame->tf_elr, frame);
 503
 504         switch (exception) {
 505         case EXCP_FP_SIMD:
 506         case EXCP_TRAP_FP:
 507 #ifdef VFP
 508                 vfp_restore_state();
 509 #else
 510                 panic("VFP exception in userland");
 511 #endif
 512                 break;
 513         case EXCP_SVC32:
 514         case EXCP_SVC64:
 515                 svc_handler(td, frame);
 516                 break;
 517         case EXCP_INSN_ABORT_L:
 518         case EXCP_DATA_ABORT_L:
 519         case EXCP_DATA_ABORT:
 520                 dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
 521                 if (dfsc < nitems(abort_handlers) &&
 522                     abort_handlers[dfsc] != NULL)
 523                         abort_handlers[dfsc](td, frame, esr, far, 1);
 524                 else {
 525                         print_registers(frame);
 526                         printf(" far: %16lx\n", far);
 527                         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 528                         panic("Unhandled EL0 %s abort: %x",
 529                             exception == EXCP_INSN_ABORT_L ? "instruction" :
 530                             "data", dfsc);
 531                 }
 532                 break;
 533         case EXCP_UNKNOWN:
 534                 if (!undef_insn(0, frame))
 535                         call_trapsignal(td, SIGILL, ILL_ILLTRP, (void *)far,
 536                             exception);
 537                 userret(td, frame);
 538                 break;
 539         case EXCP_SP_ALIGN:
 540                 call_trapsignal(td, SIGBUS, BUS_ADRALN, (void *)frame->tf_sp,
 541                     exception);
 542                 userret(td, frame);
 543                 break;
 544         case EXCP_PC_ALIGN:
 545                 call_trapsignal(td, SIGBUS, BUS_ADRALN, (void *)frame->tf_elr,
 546                     exception);
 547                 userret(td, frame);
 548                 break;
 549         case EXCP_BRKPT_EL0:
 550         case EXCP_BRK:
 551                 call_trapsignal(td, SIGTRAP, TRAP_BRKPT, (void *)frame->tf_elr,
 552                     exception);
 553                 userret(td, frame);
 554                 break;
 555         case EXCP_MSR:
 556                 call_trapsignal(td, SIGILL, ILL_PRVOPC, (void *)frame->tf_elr,
 557                     exception);
 558                 userret(td, frame);
 559                 break;
 560         case EXCP_SOFTSTP_EL0:
 561                 td->td_frame->tf_spsr &= ~PSR_SS;
 562                 td->td_pcb->pcb_flags &= ~PCB_SINGLE_STEP;
 563                 WRITE_SPECIALREG(mdscr_el1,
 564                     READ_SPECIALREG(mdscr_el1) & ~DBG_MDSCR_SS);
 565                 call_trapsignal(td, SIGTRAP, TRAP_TRACE,
 566                     (void *)frame->tf_elr, exception);
 567                 userret(td, frame);
 568                 break;
 569         default:
 570                 call_trapsignal(td, SIGBUS, BUS_OBJERR, (void *)frame->tf_elr,
 571                     exception);
 572                 userret(td, frame);
 573                 break;
 574         }
 575
 576         KASSERT((td->td_pcb->pcb_fpflags & ~PCB_FP_USERMASK) == 0,
 577             ("Kernel VFP flags set while entering userspace"));
 578         KASSERT(
 579             td->td_pcb->pcb_fpusaved == &td->td_pcb->pcb_fpustate,
 580             ("Kernel VFP state in use when entering userspace"));
 581 }
 582
 583 /*
 584  * TODO: We will need to handle these later when we support ARMv8.2 RAS.
 585  */
 586 void
 587 do_serror(struct trapframe *frame)
 588 {
 589         uint64_t esr, far;
 590
 591         far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 592         esr = frame->tf_esr;
 593
 594         print_registers(frame);
 595         printf(" far: %16lx\n", far);
 596         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 597         panic("Unhandled System Error");
 598 }
 599
 600 void
 601 unhandled_exception(struct trapframe *frame)
 602 {
 603         uint64_t esr, far;
 604
 605         far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 606         esr = frame->tf_esr;
 607
 608         print_registers(frame);
 609         printf(" far: %16lx\n", far);
 610         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 611         panic("Unhandled exception");
 612 }