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/pioctl.h>
  38 #include <sys/proc.h>
  39 #include <sys/ptrace.h>
  40 #include <sys/syscall.h>
  41 #include <sys/sysent.h>
  42 #ifdef KDB
  43 #include <sys/kdb.h>
  44 #endif
  45
  46 #include <vm/vm.h>
  47 #include <vm/pmap.h>
  48 #include <vm/vm_kern.h>
  49 #include <vm/vm_map.h>
  50 #include <vm/vm_param.h>
  51 #include <vm/vm_extern.h>
  52
  53 #include <machine/frame.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
  93 static abort_handler *abort_handlers[] = {
  94         [ISS_DATA_DFSC_TF_L0] = data_abort,
  95         [ISS_DATA_DFSC_TF_L1] = data_abort,
  96         [ISS_DATA_DFSC_TF_L2] = data_abort,
  97         [ISS_DATA_DFSC_TF_L3] = data_abort,
  98         [ISS_DATA_DFSC_AFF_L1] = data_abort,
  99         [ISS_DATA_DFSC_AFF_L2] = data_abort,
 100         [ISS_DATA_DFSC_AFF_L3] = data_abort,
 101         [ISS_DATA_DFSC_PF_L1] = data_abort,
 102         [ISS_DATA_DFSC_PF_L2] = data_abort,
 103         [ISS_DATA_DFSC_PF_L3] = data_abort,
 104         [ISS_DATA_DFSC_ALIGN] = align_abort,
 105 };
 106
 107 static __inline void
 108 call_trapsignal(struct thread *td, int sig, int code, void *addr)
 109 {
 110         ksiginfo_t ksi;
 111
 112         ksiginfo_init_trap(&ksi);
 113         ksi.ksi_signo = sig;
 114         ksi.ksi_code = code;
 115         ksi.ksi_addr = addr;
 116         trapsignal(td, &ksi);
 117 }
 118
 119 int
 120 cpu_fetch_syscall_args(struct thread *td)
 121 {
 122         struct proc *p;
 123         register_t *ap;
 124         struct syscall_args *sa;
 125         int nap;
 126
 127         nap = 8;
 128         p = td->td_proc;
 129         ap = td->td_frame->tf_x;
 130         sa = &td->td_sa;
 131
 132         sa->code = td->td_frame->tf_x[8];
 133
 134         if (sa->code == SYS_syscall || sa->code == SYS___syscall) {
 135                 sa->code = *ap++;
 136                 nap--;
 137         }
 138
 139         if (sa->code >= p->p_sysent->sv_size)
 140                 sa->callp = &p->p_sysent->sv_table[0];
 141         else
 142                 sa->callp = &p->p_sysent->sv_table[sa->code];
 143
 144         sa->narg = sa->callp->sy_narg;
 145         memcpy(sa->args, ap, nap * sizeof(register_t));
 146         if (sa->narg > nap)
 147                 panic("ARM64TODO: Could we have more than 8 args?");
 148
 149         td->td_retval[0] = 0;
 150         td->td_retval[1] = 0;
 151
 152         return (0);
 153 }
 154
 155 #include "../../kern/subr_syscall.c"
 156
 157 static void
 158 svc_handler(struct thread *td, struct trapframe *frame)
 159 {
 160
 161         if ((frame->tf_esr & ESR_ELx_ISS_MASK) == 0) {
 162                 syscallenter(td);
 163                 syscallret(td);
 164         } else {
 165                 call_trapsignal(td, SIGILL, ILL_ILLOPN, (void *)frame->tf_elr);
 166                 userret(td, frame);
 167         }
 168 }
 169
 170 static void
 171 align_abort(struct thread *td, struct trapframe *frame, uint64_t esr,
 172     uint64_t far, int lower)
 173 {
 174         if (!lower)
 175                 panic("Misaligned access from kernel space!");
 176
 177         call_trapsignal(td, SIGBUS, BUS_ADRALN, (void *)frame->tf_elr);
 178         userret(td, frame);
 179 }
 180
 181 static void
 182 data_abort(struct thread *td, struct trapframe *frame, uint64_t esr,
 183     uint64_t far, int lower)
 184 {
 185         struct vm_map *map;
 186         struct proc *p;
 187         struct pcb *pcb;
 188         vm_prot_t ftype;
 189         int error, sig, ucode;
 190 #ifdef KDB
 191         bool handled;
 192 #endif
 193
 194         /*
 195          * According to the ARMv8-A rev. A.g, B2.10.5 "Load-Exclusive
 196          * and Store-Exclusive instruction usage restrictions", state
 197          * of the exclusive monitors after data abort exception is unknown.
 198          */
 199         clrex();
 200
 201 #ifdef KDB
 202         if (kdb_active) {
 203                 kdb_reenter();
 204                 return;
 205         }
 206 #endif
 207
 208         pcb = td->td_pcb;
 209         p = td->td_proc;
 210         if (lower)
 211                 map = &p->p_vmspace->vm_map;
 212         else {
 213                 intr_enable();
 214
 215                 /* The top bit tells us which range to use */
 216                 if (far >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
 217                         map = kernel_map;
 218                 } else {
 219                         map = &p->p_vmspace->vm_map;
 220                         if (map == NULL)
 221                                 map = kernel_map;
 222                 }
 223         }
 224
 225         /*
 226          * Try to handle translation, access flag, and permission faults.
 227          * Translation faults may occur as a result of the required
 228          * break-before-make sequence used when promoting or demoting
 229          * superpages.  Such faults must not occur while holding the pmap lock,
 230          * or pmap_fault() will recurse on that lock.
 231          */
 232         if ((lower || map == kernel_map || pcb->pcb_onfault != 0) &&
 233             pmap_fault(map->pmap, esr, far) == KERN_SUCCESS)
 234                 return;
 235
 236         KASSERT(td->td_md.md_spinlock_count == 0,
 237             ("data abort with spinlock held"));
 238         if (td->td_critnest != 0 || WITNESS_CHECK(WARN_SLEEPOK |
 239             WARN_GIANTOK, NULL, "Kernel page fault") != 0) {
 240                 print_registers(frame);
 241                 printf(" far: %16lx\n", far);
 242                 printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 243                 panic("data abort in critical section or under mutex");
 244         }
 245
 246         switch (ESR_ELx_EXCEPTION(esr)) {
 247         case EXCP_INSN_ABORT:
 248         case EXCP_INSN_ABORT_L:
 249                 ftype = VM_PROT_EXECUTE;
 250                 break;
 251         default:
 252                 ftype = (esr & ISS_DATA_WnR) == 0 ? VM_PROT_READ :
 253                     VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE;
 254                 break;
 255         }
 256
 257         /* Fault in the page. */
 258         error = vm_fault_trap(map, far, ftype, VM_FAULT_NORMAL, &sig, &ucode);
 259         if (error != KERN_SUCCESS) {
 260                 if (lower) {
 261                         call_trapsignal(td, sig, ucode, (void *)far);
 262                 } else {
 263                         if (td->td_intr_nesting_level == 0 &&
 264                             pcb->pcb_onfault != 0) {
 265                                 frame->tf_x[0] = error;
 266                                 frame->tf_elr = pcb->pcb_onfault;
 267                                 return;
 268                         }
 269
 270                         printf("Fatal data abort:\n");
 271                         print_registers(frame);
 272                         printf(" far: %16lx\n", far);
 273                         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 274
 275 #ifdef KDB
 276                         if (debugger_on_trap) {
 277                                 kdb_why = KDB_WHY_TRAP;
 278                                 handled = kdb_trap(ESR_ELx_EXCEPTION(esr), 0,
 279                                     frame);
 280                                 kdb_why = KDB_WHY_UNSET;
 281                                 if (handled)
 282                                         return;
 283                         }
 284 #endif
 285                         panic("vm_fault failed: %lx", frame->tf_elr);
 286                 }
 287         }
 288
 289         if (lower)
 290                 userret(td, frame);
 291 }
 292
 293 static void
 294 print_registers(struct trapframe *frame)
 295 {
 296         u_int reg;
 297
 298         for (reg = 0; reg < nitems(frame->tf_x); reg++) {
 299                 printf(" %sx%d: %16lx\n", (reg < 10) ? " " : "", reg,
 300                     frame->tf_x[reg]);
 301         }
 302         printf("  sp: %16lx\n", frame->tf_sp);
 303         printf("  lr: %16lx\n", frame->tf_lr);
 304         printf(" elr: %16lx\n", frame->tf_elr);
 305         printf("spsr:         %8x\n", frame->tf_spsr);
 306 }
 307
 308 void
 309 do_el1h_sync(struct thread *td, struct trapframe *frame)
 310 {
 311         struct trapframe *oframe;
 312         uint32_t exception;
 313         uint64_t esr, far;
 314         int dfsc;
 315
 316         /* Read the esr register to get the exception details */
 317         esr = frame->tf_esr;
 318         exception = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
 319
 320 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 321         if (dtrace_trap_func != NULL && (*dtrace_trap_func)(frame, exception))
 322                 return;
 323 #endif
 324
 325         CTR4(KTR_TRAP,
 326             "do_el1_sync: curthread: %p, esr %lx, elr: %lx, frame: %p", td,
 327             esr, frame->tf_elr, frame);
 328
 329         oframe = td->td_frame;
 330
 331         switch (exception) {
 332         case EXCP_BRK:
 333         case EXCP_WATCHPT_EL1:
 334         case EXCP_SOFTSTP_EL1:
 335                 break;
 336         default:
 337                 td->td_frame = frame;
 338                 break;
 339         }
 340
 341         switch(exception) {
 342         case EXCP_FP_SIMD:
 343         case EXCP_TRAP_FP:
 344 #ifdef VFP
 345                 if ((td->td_pcb->pcb_fpflags & PCB_FP_KERN) != 0) {
 346                         vfp_restore_state();
 347                 } else
 348 #endif
 349                 {
 350                         print_registers(frame);
 351                         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 352                         panic("VFP exception in the kernel");
 353                 }
 354                 break;
 355         case EXCP_INSN_ABORT:
 356         case EXCP_DATA_ABORT:
 357                 far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 358                 dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
 359                 if (dfsc < nitems(abort_handlers) &&
 360                     abort_handlers[dfsc] != NULL) {
 361                         abort_handlers[dfsc](td, frame, esr, far, 0);
 362                 } else {
 363                         print_registers(frame);
 364                         printf(" far: %16lx\n", far);
 365                         panic("Unhandled EL1 %s abort: %x",
 366                             exception == EXCP_INSN_ABORT ? "instruction" :
 367                             "data", dfsc);
 368                 }
 369                 break;
 370         case EXCP_BRK:
 371 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 372                 if ((esr & ESR_ELx_ISS_MASK) == 0x40d && \
 373                     dtrace_invop_jump_addr != 0) {
 374                         dtrace_invop_jump_addr(frame);
 375                         break;
 376                 }
 377 #endif
 378 #ifdef KDB
 379                 kdb_trap(exception, 0,
 380                     (td->td_frame != NULL) ? td->td_frame : frame);
 381 #else
 382                 panic("No debugger in kernel.\n");
 383 #endif
 384                 frame->tf_elr += 4;
 385                 break;
 386         case EXCP_WATCHPT_EL1:
 387         case EXCP_SOFTSTP_EL1:
 388 #ifdef KDB
 389                 kdb_trap(exception, 0,
 390                     (td->td_frame != NULL) ? td->td_frame : frame);
 391 #else
 392                 panic("No debugger in kernel.\n");
 393 #endif
 394                 break;
 395         case EXCP_UNKNOWN:
 396                 if (undef_insn(1, frame))
 397                         break;
 398                 /* FALLTHROUGH */
 399         default:
 400                 print_registers(frame);
 401                 panic("Unknown kernel exception %x esr_el1 %lx\n", exception,
 402                     esr);
 403         }
 404
 405         td->td_frame = oframe;
 406 }
 407
 408 void
 409 do_el0_sync(struct thread *td, struct trapframe *frame)
 410 {
 411         pcpu_bp_harden bp_harden;
 412         uint32_t exception;
 413         uint64_t esr, far;
 414         int dfsc;
 415
 416         /* Check we have a sane environment when entering from userland */
 417         KASSERT((uintptr_t)get_pcpu() >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 418             ("Invalid pcpu address from userland: %p (tpidr %lx)",
 419              get_pcpu(), READ_SPECIALREG(tpidr_el1)));
 420
 421         esr = frame->tf_esr;
 422         exception = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
 423         switch (exception) {
 424         case EXCP_INSN_ABORT_L:
 425                 far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 426
 427                 /*
 428                  * Userspace may be trying to train the branch predictor to
 429                  * attack the kernel. If we are on a CPU affected by this
 430                  * call the handler to clear the branch predictor state.
 431                  */
 432                 if (far > VM_MAXUSER_ADDRESS) {
 433                         bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
 434                         if (bp_harden != NULL)
 435                                 bp_harden();
 436                 }
 437                 break;
 438         case EXCP_UNKNOWN:
 439         case EXCP_DATA_ABORT_L:
 440         case EXCP_DATA_ABORT:
 441                 far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 442                 break;
 443         }
 444         intr_enable();
 445
 446         CTR4(KTR_TRAP,
 447             "do_el0_sync: curthread: %p, esr %lx, elr: %lx, frame: %p", td, esr,
 448             frame->tf_elr, frame);
 449
 450         switch(exception) {
 451         case EXCP_FP_SIMD:
 452         case EXCP_TRAP_FP:
 453 #ifdef VFP
 454                 vfp_restore_state();
 455 #else
 456                 panic("VFP exception in userland");
 457 #endif
 458                 break;
 459         case EXCP_SVC32:
 460         case EXCP_SVC64:
 461                 svc_handler(td, frame);
 462                 break;
 463         case EXCP_INSN_ABORT_L:
 464         case EXCP_DATA_ABORT_L:
 465         case EXCP_DATA_ABORT:
 466                 dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
 467                 if (dfsc < nitems(abort_handlers) &&
 468                     abort_handlers[dfsc] != NULL)
 469                         abort_handlers[dfsc](td, frame, esr, far, 1);
 470                 else
 471                         panic("Unhandled EL0 %s abort: %x",
 472                             exception == EXCP_INSN_ABORT_L ? "instruction" :
 473                             "data", dfsc);
 474                 break;
 475         case EXCP_UNKNOWN:
 476                 if (!undef_insn(0, frame))
 477                         call_trapsignal(td, SIGILL, ILL_ILLTRP, (void *)far);
 478                 userret(td, frame);
 479                 break;
 480         case EXCP_SP_ALIGN:
 481                 call_trapsignal(td, SIGBUS, BUS_ADRALN, (void *)frame->tf_sp);
 482                 userret(td, frame);
 483                 break;
 484         case EXCP_PC_ALIGN:
 485                 call_trapsignal(td, SIGBUS, BUS_ADRALN, (void *)frame->tf_elr);
 486                 userret(td, frame);
 487                 break;
 488         case EXCP_BRKPT_EL0:
 489         case EXCP_BRK:
 490                 call_trapsignal(td, SIGTRAP, TRAP_BRKPT, (void *)frame->tf_elr);
 491                 userret(td, frame);
 492                 break;
 493         case EXCP_MSR:
 494                 call_trapsignal(td, SIGILL, ILL_PRVOPC, (void *)frame->tf_elr);
 495                 userret(td, frame);
 496                 break;
 497         case EXCP_SOFTSTP_EL0:
 498                 td->td_frame->tf_spsr &= ~PSR_SS;
 499                 td->td_pcb->pcb_flags &= ~PCB_SINGLE_STEP;
 500                 WRITE_SPECIALREG(mdscr_el1,
 501                     READ_SPECIALREG(mdscr_el1) & ~DBG_MDSCR_SS);
 502                 call_trapsignal(td, SIGTRAP, TRAP_TRACE,
 503                     (void *)frame->tf_elr);
 504                 userret(td, frame);
 505                 break;
 506         default:
 507                 call_trapsignal(td, SIGBUS, BUS_OBJERR, (void *)frame->tf_elr);
 508                 userret(td, frame);
 509                 break;
 510         }
 511
 512         KASSERT((td->td_pcb->pcb_fpflags & ~PCB_FP_USERMASK) == 0,
 513             ("Kernel VFP flags set while entering userspace"));
 514         KASSERT(
 515             td->td_pcb->pcb_fpusaved == &td->td_pcb->pcb_fpustate,
 516             ("Kernel VFP state in use when entering userspace"));
 517 }
 518
 519 /*
 520  * TODO: We will need to handle these later when we support ARMv8.2 RAS.
 521  */
 522 void
 523 do_serror(struct trapframe *frame)
 524 {
 525         uint64_t esr, far;
 526
 527         far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 528         esr = frame->tf_esr;
 529
 530         print_registers(frame);
 531         printf(" far: %16lx\n", far);
 532         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 533         panic("Unhandled System Error");
 534 }
 535
 536 void
 537 unhandled_exception(struct trapframe *frame)
 538 {
 539         uint64_t esr, far;
 540
 541         far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 542         esr = frame->tf_esr;
 543
 544         print_registers(frame);
 545         printf(" far: %16lx\n", far);
 546         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 547         panic("Unhandled exception");
 548 }