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;
 127         struct syscall_args *sa;
 128         int nap;
 129
 130         nap = MAXARGS;
 131         p = td->td_proc;
 132         ap = td->td_frame->tf_x;
 133         sa = &td->td_sa;
 134
 135         sa->code = td->td_frame->tf_x[8];
 136
 137         if (sa->code == SYS_syscall || sa->code == SYS___syscall) {
 138                 sa->code = *ap++;
 139                 nap--;
 140         }
 141
 142         if (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         memcpy(sa->args, ap, nap * sizeof(register_t));
 148         if (sa->callp->sy_narg > nap)
 149                 panic("ARM64TODO: Could we have more than %d args?", MAXARGS);
 150
 151         td->td_retval[0] = 0;
 152         td->td_retval[1] = 0;
 153
 154         return (0);
 155 }
 156
 157 #include "../../kern/subr_syscall.c"
 158
 159 /*
 160  * Test for fault generated by given access instruction in
 161  * bus_peek_<foo> or bus_poke_<foo> bus function.
 162  */
 163 extern uint32_t generic_bs_peek_1f, generic_bs_peek_2f;
 164 extern uint32_t generic_bs_peek_4f, generic_bs_peek_8f;
 165 extern uint32_t generic_bs_poke_1f, generic_bs_poke_2f;
 166 extern uint32_t generic_bs_poke_4f, generic_bs_poke_8f;
 167
 168 static bool
 169 test_bs_fault(void *addr)
 170 {
 171         return (addr == &generic_bs_peek_1f ||
 172             addr == &generic_bs_peek_2f ||
 173             addr == &generic_bs_peek_4f ||
 174             addr == &generic_bs_peek_8f ||
 175             addr == &generic_bs_poke_1f ||
 176             addr == &generic_bs_poke_2f ||
 177             addr == &generic_bs_poke_4f ||
 178             addr == &generic_bs_poke_8f);
 179 }
 180
 181 static void
 182 svc_handler(struct thread *td, struct trapframe *frame)
 183 {
 184
 185         if ((frame->tf_esr & ESR_ELx_ISS_MASK) == 0) {
 186                 syscallenter(td);
 187                 syscallret(td);
 188         } else {
 189                 call_trapsignal(td, SIGILL, ILL_ILLOPN, (void *)frame->tf_elr,
 190                     ESR_ELx_EXCEPTION(frame->tf_esr));
 191                 userret(td, frame);
 192         }
 193 }
 194
 195 static void
 196 align_abort(struct thread *td, struct trapframe *frame, uint64_t esr,
 197     uint64_t far, int lower)
 198 {
 199         if (!lower) {
 200                 print_registers(frame);
 201                 printf(" far: %16lx\n", far);
 202                 printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 203                 panic("Misaligned access from kernel space!");
 204         }
 205
 206         call_trapsignal(td, SIGBUS, BUS_ADRALN, (void *)frame->tf_elr,
 207             ESR_ELx_EXCEPTION(frame->tf_esr));
 208         userret(td, frame);
 209 }
 210
 211
 212 static void
 213 external_abort(struct thread *td, struct trapframe *frame, uint64_t esr,
 214     uint64_t far, int lower)
 215 {
 216
 217         /*
 218          * Try to handle synchronous external aborts caused by
 219          * bus_space_peek() and/or bus_space_poke() functions.
 220          */
 221         if (!lower && test_bs_fault((void *)frame->tf_elr)) {
 222                 frame->tf_elr = (uint64_t)generic_bs_fault;
 223                 return;
 224         }
 225
 226         print_registers(frame);
 227         printf(" far: %16lx\n", far);
 228         panic("Unhandled EL%d external data abort", lower ? 0: 1);
 229 }
 230
 231 static void
 232 data_abort(struct thread *td, struct trapframe *frame, uint64_t esr,
 233     uint64_t far, int lower)
 234 {
 235         struct vm_map *map;
 236         struct proc *p;
 237         struct pcb *pcb;
 238         vm_prot_t ftype;
 239         int error, sig, ucode;
 240 #ifdef KDB
 241         bool handled;
 242 #endif
 243
 244         /*
 245          * According to the ARMv8-A rev. A.g, B2.10.5 "Load-Exclusive
 246          * and Store-Exclusive instruction usage restrictions", state
 247          * of the exclusive monitors after data abort exception is unknown.
 248          */
 249         clrex();
 250
 251 #ifdef KDB
 252         if (kdb_active) {
 253                 kdb_reenter();
 254                 return;
 255         }
 256 #endif
 257
 258         pcb = td->td_pcb;
 259         p = td->td_proc;
 260         if (lower)
 261                 map = &p->p_vmspace->vm_map;
 262         else {
 263                 intr_enable();
 264
 265                 /* The top bit tells us which range to use */
 266                 if (far >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
 267                         map = kernel_map;
 268                 } else {
 269                         map = &p->p_vmspace->vm_map;
 270                         if (map == NULL)
 271                                 map = kernel_map;
 272                 }
 273         }
 274
 275         /*
 276          * Try to handle translation, access flag, and permission faults.
 277          * Translation faults may occur as a result of the required
 278          * break-before-make sequence used when promoting or demoting
 279          * superpages.  Such faults must not occur while holding the pmap lock,
 280          * or pmap_fault() will recurse on that lock.
 281          */
 282         if ((lower || map == kernel_map || pcb->pcb_onfault != 0) &&
 283             pmap_fault(map->pmap, esr, far) == KERN_SUCCESS)
 284                 return;
 285
 286         KASSERT(td->td_md.md_spinlock_count == 0,
 287             ("data abort with spinlock held"));
 288         if (td->td_critnest != 0 || WITNESS_CHECK(WARN_SLEEPOK |
 289             WARN_GIANTOK, NULL, "Kernel page fault") != 0) {
 290                 print_registers(frame);
 291                 printf(" far: %16lx\n", far);
 292                 printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 293                 panic("data abort in critical section or under mutex");
 294         }
 295
 296         switch (ESR_ELx_EXCEPTION(esr)) {
 297         case EXCP_INSN_ABORT:
 298         case EXCP_INSN_ABORT_L:
 299                 ftype = VM_PROT_EXECUTE;
 300                 break;
 301         default:
 302                 ftype = (esr & ISS_DATA_WnR) == 0 ? VM_PROT_READ :
 303                     VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE;
 304                 break;
 305         }
 306
 307         /* Fault in the page. */
 308         error = vm_fault_trap(map, far, ftype, VM_FAULT_NORMAL, &sig, &ucode);
 309         if (error != KERN_SUCCESS) {
 310                 if (lower) {
 311                         call_trapsignal(td, sig, ucode, (void *)far,
 312                             ESR_ELx_EXCEPTION(esr));
 313                 } else {
 314                         if (td->td_intr_nesting_level == 0 &&
 315                             pcb->pcb_onfault != 0) {
 316                                 frame->tf_x[0] = error;
 317                                 frame->tf_elr = pcb->pcb_onfault;
 318                                 return;
 319                         }
 320
 321                         printf("Fatal data abort:\n");
 322                         print_registers(frame);
 323                         printf(" far: %16lx\n", far);
 324                         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 325
 326 #ifdef KDB
 327                         if (debugger_on_trap) {
 328                                 kdb_why = KDB_WHY_TRAP;
 329                                 handled = kdb_trap(ESR_ELx_EXCEPTION(esr), 0,
 330                                     frame);
 331                                 kdb_why = KDB_WHY_UNSET;
 332                                 if (handled)
 333                                         return;
 334                         }
 335 #endif
 336                         panic("vm_fault failed: %lx", frame->tf_elr);
 337                 }
 338         }
 339
 340         if (lower)
 341                 userret(td, frame);
 342 }
 343
 344 static void
 345 print_registers(struct trapframe *frame)
 346 {
 347         u_int reg;
 348
 349         for (reg = 0; reg < nitems(frame->tf_x); reg++) {
 350                 printf(" %sx%d: %16lx\n", (reg < 10) ? " " : "", reg,
 351                     frame->tf_x[reg]);
 352         }
 353         printf("  sp: %16lx\n", frame->tf_sp);
 354         printf("  lr: %16lx\n", frame->tf_lr);
 355         printf(" elr: %16lx\n", frame->tf_elr);
 356         printf("spsr:         %8x\n", frame->tf_spsr);
 357 }
 358
 359 void
 360 do_el1h_sync(struct thread *td, struct trapframe *frame)
 361 {
 362         struct trapframe *oframe;
 363         uint32_t exception;
 364         uint64_t esr, far;
 365         int dfsc;
 366
 367         /* Read the esr register to get the exception details */
 368         esr = frame->tf_esr;
 369         exception = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
 370
 371 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 372         if (dtrace_trap_func != NULL && (*dtrace_trap_func)(frame, exception))
 373                 return;
 374 #endif
 375
 376         CTR4(KTR_TRAP,
 377             "do_el1_sync: curthread: %p, esr %lx, elr: %lx, frame: %p", td,
 378             esr, frame->tf_elr, frame);
 379
 380         oframe = td->td_frame;
 381
 382         switch (exception) {
 383         case EXCP_BRK:
 384         case EXCP_WATCHPT_EL1:
 385         case EXCP_SOFTSTP_EL1:
 386                 break;
 387         default:
 388                 td->td_frame = frame;
 389                 break;
 390         }
 391
 392         switch (exception) {
 393         case EXCP_FP_SIMD:
 394         case EXCP_TRAP_FP:
 395 #ifdef VFP
 396                 if ((td->td_pcb->pcb_fpflags & PCB_FP_KERN) != 0) {
 397                         vfp_restore_state();
 398                 } else
 399 #endif
 400                 {
 401                         print_registers(frame);
 402                         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 403                         panic("VFP exception in the kernel");
 404                 }
 405                 break;
 406         case EXCP_INSN_ABORT:
 407         case EXCP_DATA_ABORT:
 408                 far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 409                 dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
 410                 if (dfsc < nitems(abort_handlers) &&
 411                     abort_handlers[dfsc] != NULL) {
 412                         abort_handlers[dfsc](td, frame, esr, far, 0);
 413                 } else {
 414                         print_registers(frame);
 415                         printf(" far: %16lx\n", far);
 416                         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 417                         panic("Unhandled EL1 %s abort: %x",
 418                             exception == EXCP_INSN_ABORT ? "instruction" :
 419                             "data", dfsc);
 420                 }
 421                 break;
 422         case EXCP_BRK:
 423 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 424                 if ((esr & ESR_ELx_ISS_MASK) == 0x40d && \
 425                     dtrace_invop_jump_addr != 0) {
 426                         dtrace_invop_jump_addr(frame);
 427                         break;
 428                 }
 429 #endif
 430 #ifdef KDB
 431                 kdb_trap(exception, 0,
 432                     (td->td_frame != NULL) ? td->td_frame : frame);
 433 #else
 434                 panic("No debugger in kernel.\n");
 435 #endif
 436                 frame->tf_elr += 4;
 437                 break;
 438         case EXCP_WATCHPT_EL1:
 439         case EXCP_SOFTSTP_EL1:
 440 #ifdef KDB
 441                 kdb_trap(exception, 0,
 442                     (td->td_frame != NULL) ? td->td_frame : frame);
 443 #else
 444                 panic("No debugger in kernel.\n");
 445 #endif
 446                 break;
 447         case EXCP_UNKNOWN:
 448                 if (undef_insn(1, frame))
 449                         break;
 450                 /* FALLTHROUGH */
 451         default:
 452                 print_registers(frame);
 453                 printf(" far: %16lx\n", READ_SPECIALREG(far_el1));
 454                 panic("Unknown kernel exception %x esr_el1 %lx\n", exception,
 455                     esr);
 456         }
 457
 458         td->td_frame = oframe;
 459 }
 460
 461 void
 462 do_el0_sync(struct thread *td, struct trapframe *frame)
 463 {
 464         pcpu_bp_harden bp_harden;
 465         uint32_t exception;
 466         uint64_t esr, far;
 467         int dfsc;
 468
 469         /* Check we have a sane environment when entering from userland */
 470         KASSERT((uintptr_t)get_pcpu() >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 471             ("Invalid pcpu address from userland: %p (tpidr %lx)",
 472              get_pcpu(), READ_SPECIALREG(tpidr_el1)));
 473
 474         esr = frame->tf_esr;
 475         exception = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
 476         switch (exception) {
 477         case EXCP_INSN_ABORT_L:
 478                 far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 479
 480                 /*
 481                  * Userspace may be trying to train the branch predictor to
 482                  * attack the kernel. If we are on a CPU affected by this
 483                  * call the handler to clear the branch predictor state.
 484                  */
 485                 if (far > VM_MAXUSER_ADDRESS) {
 486                         bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
 487                         if (bp_harden != NULL)
 488                                 bp_harden();
 489                 }
 490                 break;
 491         case EXCP_UNKNOWN:
 492         case EXCP_DATA_ABORT_L:
 493         case EXCP_DATA_ABORT:
 494                 far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 495                 break;
 496         }
 497         intr_enable();
 498
 499         CTR4(KTR_TRAP,
 500             "do_el0_sync: curthread: %p, esr %lx, elr: %lx, frame: %p", td, esr,
 501             frame->tf_elr, frame);
 502
 503         switch (exception) {
 504         case EXCP_FP_SIMD:
 505         case EXCP_TRAP_FP:
 506 #ifdef VFP
 507                 vfp_restore_state();
 508 #else
 509                 panic("VFP exception in userland");
 510 #endif
 511                 break;
 512         case EXCP_SVC32:
 513         case EXCP_SVC64:
 514                 svc_handler(td, frame);
 515                 break;
 516         case EXCP_INSN_ABORT_L:
 517         case EXCP_DATA_ABORT_L:
 518         case EXCP_DATA_ABORT:
 519                 dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
 520                 if (dfsc < nitems(abort_handlers) &&
 521                     abort_handlers[dfsc] != NULL)
 522                         abort_handlers[dfsc](td, frame, esr, far, 1);
 523                 else {
 524                         print_registers(frame);
 525                         printf(" far: %16lx\n", far);
 526                         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 527                         panic("Unhandled EL0 %s abort: %x",
 528                             exception == EXCP_INSN_ABORT_L ? "instruction" :
 529                             "data", dfsc);
 530                 }
 531                 break;
 532         case EXCP_UNKNOWN:
 533                 if (!undef_insn(0, frame))
 534                         call_trapsignal(td, SIGILL, ILL_ILLTRP, (void *)far,
 535                             exception);
 536                 userret(td, frame);
 537                 break;
 538         case EXCP_SP_ALIGN:
 539                 call_trapsignal(td, SIGBUS, BUS_ADRALN, (void *)frame->tf_sp,
 540                     exception);
 541                 userret(td, frame);
 542                 break;
 543         case EXCP_PC_ALIGN:
 544                 call_trapsignal(td, SIGBUS, BUS_ADRALN, (void *)frame->tf_elr,
 545                     exception);
 546                 userret(td, frame);
 547                 break;
 548         case EXCP_BRKPT_EL0:
 549         case EXCP_BRK:
 550                 call_trapsignal(td, SIGTRAP, TRAP_BRKPT, (void *)frame->tf_elr,
 551                     exception);
 552                 userret(td, frame);
 553                 break;
 554         case EXCP_MSR:
 555                 call_trapsignal(td, SIGILL, ILL_PRVOPC, (void *)frame->tf_elr,
 556                     exception);
 557                 userret(td, frame);
 558                 break;
 559         case EXCP_SOFTSTP_EL0:
 560                 td->td_frame->tf_spsr &= ~PSR_SS;
 561                 td->td_pcb->pcb_flags &= ~PCB_SINGLE_STEP;
 562                 WRITE_SPECIALREG(mdscr_el1,
 563                     READ_SPECIALREG(mdscr_el1) & ~DBG_MDSCR_SS);
 564                 call_trapsignal(td, SIGTRAP, TRAP_TRACE,
 565                     (void *)frame->tf_elr, exception);
 566                 userret(td, frame);
 567                 break;
 568         default:
 569                 call_trapsignal(td, SIGBUS, BUS_OBJERR, (void *)frame->tf_elr,
 570                     exception);
 571                 userret(td, frame);
 572                 break;
 573         }
 574
 575         KASSERT((td->td_pcb->pcb_fpflags & ~PCB_FP_USERMASK) == 0,
 576             ("Kernel VFP flags set while entering userspace"));
 577         KASSERT(
 578             td->td_pcb->pcb_fpusaved == &td->td_pcb->pcb_fpustate,
 579             ("Kernel VFP state in use when entering userspace"));
 580 }
 581
 582 /*
 583  * TODO: We will need to handle these later when we support ARMv8.2 RAS.
 584  */
 585 void
 586 do_serror(struct trapframe *frame)
 587 {
 588         uint64_t esr, far;
 589
 590         far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 591         esr = frame->tf_esr;
 592
 593         print_registers(frame);
 594         printf(" far: %16lx\n", far);
 595         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 596         panic("Unhandled System Error");
 597 }
 598
 599 void
 600 unhandled_exception(struct trapframe *frame)
 601 {
 602         uint64_t esr, far;
 603
 604         far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 605         esr = frame->tf_esr;
 606
 607         print_registers(frame);
 608         printf(" far: %16lx\n", far);
 609         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 610         panic("Unhandled exception");
 611 }