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/pcb.h>
  54 #include <machine/pcpu.h>
  55 #include <machine/undefined.h>
  56
  57 #ifdef KDTRACE_HOOKS
  58 #include <sys/dtrace_bsd.h>
  59 #endif
  60
  61 #ifdef VFP
  62 #include <machine/vfp.h>
  63 #endif
  64
  65 #ifdef KDB
  66 #include <machine/db_machdep.h>
  67 #endif
  68
  69 #ifdef DDB
  70 #include <ddb/db_output.h>
  71 #endif
  72
  73 extern register_t fsu_intr_fault;
  74
  75 /* Called from exception.S */
  76 void do_el1h_sync(struct thread *, struct trapframe *);
  77 void do_el0_sync(struct thread *, struct trapframe *);
  78 void do_el0_error(struct trapframe *);
  79 void do_serror(struct trapframe *);
  80 void unhandled_exception(struct trapframe *);
  81
  82 static void print_registers(struct trapframe *frame);
  83
  84 int (*dtrace_invop_jump_addr)(struct trapframe *);
  85
  86 typedef void (abort_handler)(struct thread *, struct trapframe *, uint64_t,
  87     uint64_t, int);
  88
  89 static abort_handler align_abort;
  90 static abort_handler data_abort;
  91
  92 static abort_handler *abort_handlers[] = {
  93         [ISS_DATA_DFSC_TF_L0] = data_abort,
  94         [ISS_DATA_DFSC_TF_L1] = data_abort,
  95         [ISS_DATA_DFSC_TF_L2] = data_abort,
  96         [ISS_DATA_DFSC_TF_L3] = data_abort,
  97         [ISS_DATA_DFSC_AFF_L1] = data_abort,
  98         [ISS_DATA_DFSC_AFF_L2] = data_abort,
  99         [ISS_DATA_DFSC_AFF_L3] = data_abort,
 100         [ISS_DATA_DFSC_PF_L1] = data_abort,
 101         [ISS_DATA_DFSC_PF_L2] = data_abort,
 102         [ISS_DATA_DFSC_PF_L3] = data_abort,
 103         [ISS_DATA_DFSC_ALIGN] = align_abort,
 104 };
 105
 106 static __inline void
 107 call_trapsignal(struct thread *td, int sig, int code, void *addr, int trapno)
 108 {
 109         ksiginfo_t ksi;
 110
 111         ksiginfo_init_trap(&ksi);
 112         ksi.ksi_signo = sig;
 113         ksi.ksi_code = code;
 114         ksi.ksi_addr = addr;
 115         ksi.ksi_trapno = trapno;
 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                     ESR_ELx_EXCEPTION(frame->tf_esr));
 167                 userret(td, frame);
 168         }
 169 }
 170
 171 static void
 172 align_abort(struct thread *td, struct trapframe *frame, uint64_t esr,
 173     uint64_t far, int lower)
 174 {
 175         if (!lower) {
 176                 print_registers(frame);
 177                 printf(" far: %16lx\n", far);
 178                 printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 179                 panic("Misaligned access from kernel space!");
 180         }
 181
 182         call_trapsignal(td, SIGBUS, BUS_ADRALN, (void *)frame->tf_elr,
 183             ESR_ELx_EXCEPTION(frame->tf_esr));
 184         userret(td, frame);
 185 }
 186
 187 static void
 188 data_abort(struct thread *td, struct trapframe *frame, uint64_t esr,
 189     uint64_t far, int lower)
 190 {
 191         struct vm_map *map;
 192         struct proc *p;
 193         struct pcb *pcb;
 194         vm_prot_t ftype;
 195         int error, sig, ucode;
 196 #ifdef KDB
 197         bool handled;
 198 #endif
 199
 200         /*
 201          * According to the ARMv8-A rev. A.g, B2.10.5 "Load-Exclusive
 202          * and Store-Exclusive instruction usage restrictions", state
 203          * of the exclusive monitors after data abort exception is unknown.
 204          */
 205         clrex();
 206
 207 #ifdef KDB
 208         if (kdb_active) {
 209                 kdb_reenter();
 210                 return;
 211         }
 212 #endif
 213
 214         pcb = td->td_pcb;
 215         p = td->td_proc;
 216         if (lower)
 217                 map = &p->p_vmspace->vm_map;
 218         else {
 219                 intr_enable();
 220
 221                 /* The top bit tells us which range to use */
 222                 if (far >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
 223                         map = kernel_map;
 224                 } else {
 225                         map = &p->p_vmspace->vm_map;
 226                         if (map == NULL)
 227                                 map = kernel_map;
 228                 }
 229         }
 230
 231         /*
 232          * Try to handle translation, access flag, and permission faults.
 233          * Translation faults may occur as a result of the required
 234          * break-before-make sequence used when promoting or demoting
 235          * superpages.  Such faults must not occur while holding the pmap lock,
 236          * or pmap_fault() will recurse on that lock.
 237          */
 238         if ((lower || map == kernel_map || pcb->pcb_onfault != 0) &&
 239             pmap_fault(map->pmap, esr, far) == KERN_SUCCESS)
 240                 return;
 241
 242         KASSERT(td->td_md.md_spinlock_count == 0,
 243             ("data abort with spinlock held"));
 244         if (td->td_critnest != 0 || WITNESS_CHECK(WARN_SLEEPOK |
 245             WARN_GIANTOK, NULL, "Kernel page fault") != 0) {
 246                 print_registers(frame);
 247                 printf(" far: %16lx\n", far);
 248                 printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 249                 panic("data abort in critical section or under mutex");
 250         }
 251
 252         switch (ESR_ELx_EXCEPTION(esr)) {
 253         case EXCP_INSN_ABORT:
 254         case EXCP_INSN_ABORT_L:
 255                 ftype = VM_PROT_EXECUTE;
 256                 break;
 257         default:
 258                 ftype = (esr & ISS_DATA_WnR) == 0 ? VM_PROT_READ :
 259                     VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE;
 260                 break;
 261         }
 262
 263         /* Fault in the page. */
 264         error = vm_fault_trap(map, far, ftype, VM_FAULT_NORMAL, &sig, &ucode);
 265         if (error != KERN_SUCCESS) {
 266                 if (lower) {
 267                         call_trapsignal(td, sig, ucode, (void *)far,
 268                             ESR_ELx_EXCEPTION(esr));
 269                 } else {
 270                         if (td->td_intr_nesting_level == 0 &&
 271                             pcb->pcb_onfault != 0) {
 272                                 frame->tf_x[0] = error;
 273                                 frame->tf_elr = pcb->pcb_onfault;
 274                                 return;
 275                         }
 276
 277                         printf("Fatal data abort:\n");
 278                         print_registers(frame);
 279                         printf(" far: %16lx\n", far);
 280                         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 281
 282 #ifdef KDB
 283                         if (debugger_on_trap) {
 284                                 kdb_why = KDB_WHY_TRAP;
 285                                 handled = kdb_trap(ESR_ELx_EXCEPTION(esr), 0,
 286                                     frame);
 287                                 kdb_why = KDB_WHY_UNSET;
 288                                 if (handled)
 289                                         return;
 290                         }
 291 #endif
 292                         panic("vm_fault failed: %lx", frame->tf_elr);
 293                 }
 294         }
 295
 296         if (lower)
 297                 userret(td, frame);
 298 }
 299
 300 static void
 301 print_registers(struct trapframe *frame)
 302 {
 303         u_int reg;
 304
 305         for (reg = 0; reg < nitems(frame->tf_x); reg++) {
 306                 printf(" %sx%d: %16lx\n", (reg < 10) ? " " : "", reg,
 307                     frame->tf_x[reg]);
 308         }
 309         printf("  sp: %16lx\n", frame->tf_sp);
 310         printf("  lr: %16lx\n", frame->tf_lr);
 311         printf(" elr: %16lx\n", frame->tf_elr);
 312         printf("spsr:         %8x\n", frame->tf_spsr);
 313 }
 314
 315 void
 316 do_el1h_sync(struct thread *td, struct trapframe *frame)
 317 {
 318         struct trapframe *oframe;
 319         uint32_t exception;
 320         uint64_t esr, far;
 321         int dfsc;
 322
 323         /* Read the esr register to get the exception details */
 324         esr = frame->tf_esr;
 325         exception = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
 326
 327 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 328         if (dtrace_trap_func != NULL && (*dtrace_trap_func)(frame, exception))
 329                 return;
 330 #endif
 331
 332         CTR4(KTR_TRAP,
 333             "do_el1_sync: curthread: %p, esr %lx, elr: %lx, frame: %p", td,
 334             esr, frame->tf_elr, frame);
 335
 336         oframe = td->td_frame;
 337
 338         switch (exception) {
 339         case EXCP_BRK:
 340         case EXCP_WATCHPT_EL1:
 341         case EXCP_SOFTSTP_EL1:
 342                 break;
 343         default:
 344                 td->td_frame = frame;
 345                 break;
 346         }
 347
 348         switch (exception) {
 349         case EXCP_FP_SIMD:
 350         case EXCP_TRAP_FP:
 351 #ifdef VFP
 352                 if ((td->td_pcb->pcb_fpflags & PCB_FP_KERN) != 0) {
 353                         vfp_restore_state();
 354                 } else
 355 #endif
 356                 {
 357                         print_registers(frame);
 358                         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 359                         panic("VFP exception in the kernel");
 360                 }
 361                 break;
 362         case EXCP_INSN_ABORT:
 363         case EXCP_DATA_ABORT:
 364                 far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 365                 dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
 366                 if (dfsc < nitems(abort_handlers) &&
 367                     abort_handlers[dfsc] != NULL) {
 368                         abort_handlers[dfsc](td, frame, esr, far, 0);
 369                 } else {
 370                         print_registers(frame);
 371                         printf(" far: %16lx\n", far);
 372                         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 373                         panic("Unhandled EL1 %s abort: %x",
 374                             exception == EXCP_INSN_ABORT ? "instruction" :
 375                             "data", dfsc);
 376                 }
 377                 break;
 378         case EXCP_BRK:
 379 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 380                 if ((esr & ESR_ELx_ISS_MASK) == 0x40d && \
 381                     dtrace_invop_jump_addr != 0) {
 382                         dtrace_invop_jump_addr(frame);
 383                         break;
 384                 }
 385 #endif
 386 #ifdef KDB
 387                 kdb_trap(exception, 0,
 388                     (td->td_frame != NULL) ? td->td_frame : frame);
 389 #else
 390                 panic("No debugger in kernel.\n");
 391 #endif
 392                 frame->tf_elr += 4;
 393                 break;
 394         case EXCP_WATCHPT_EL1:
 395         case EXCP_SOFTSTP_EL1:
 396 #ifdef KDB
 397                 kdb_trap(exception, 0,
 398                     (td->td_frame != NULL) ? td->td_frame : frame);
 399 #else
 400                 panic("No debugger in kernel.\n");
 401 #endif
 402                 break;
 403         case EXCP_UNKNOWN:
 404                 if (undef_insn(1, frame))
 405                         break;
 406                 /* FALLTHROUGH */
 407         default:
 408                 print_registers(frame);
 409                 printf(" far: %16lx\n", READ_SPECIALREG(far_el1));
 410                 panic("Unknown kernel exception %x esr_el1 %lx\n", exception,
 411                     esr);
 412         }
 413
 414         td->td_frame = oframe;
 415 }
 416
 417 void
 418 do_el0_sync(struct thread *td, struct trapframe *frame)
 419 {
 420         pcpu_bp_harden bp_harden;
 421         uint32_t exception;
 422         uint64_t esr, far;
 423         int dfsc;
 424
 425         /* Check we have a sane environment when entering from userland */
 426         KASSERT((uintptr_t)get_pcpu() >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 427             ("Invalid pcpu address from userland: %p (tpidr %lx)",
 428              get_pcpu(), READ_SPECIALREG(tpidr_el1)));
 429
 430         esr = frame->tf_esr;
 431         exception = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
 432         switch (exception) {
 433         case EXCP_INSN_ABORT_L:
 434                 far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 435
 436                 /*
 437                  * Userspace may be trying to train the branch predictor to
 438                  * attack the kernel. If we are on a CPU affected by this
 439                  * call the handler to clear the branch predictor state.
 440                  */
 441                 if (far > VM_MAXUSER_ADDRESS) {
 442                         bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
 443                         if (bp_harden != NULL)
 444                                 bp_harden();
 445                 }
 446                 break;
 447         case EXCP_UNKNOWN:
 448         case EXCP_DATA_ABORT_L:
 449         case EXCP_DATA_ABORT:
 450                 far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 451                 break;
 452         }
 453         intr_enable();
 454
 455         CTR4(KTR_TRAP,
 456             "do_el0_sync: curthread: %p, esr %lx, elr: %lx, frame: %p", td, esr,
 457             frame->tf_elr, frame);
 458
 459         switch (exception) {
 460         case EXCP_FP_SIMD:
 461         case EXCP_TRAP_FP:
 462 #ifdef VFP
 463                 vfp_restore_state();
 464 #else
 465                 panic("VFP exception in userland");
 466 #endif
 467                 break;
 468         case EXCP_SVC32:
 469         case EXCP_SVC64:
 470                 svc_handler(td, frame);
 471                 break;
 472         case EXCP_INSN_ABORT_L:
 473         case EXCP_DATA_ABORT_L:
 474         case EXCP_DATA_ABORT:
 475                 dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
 476                 if (dfsc < nitems(abort_handlers) &&
 477                     abort_handlers[dfsc] != NULL)
 478                         abort_handlers[dfsc](td, frame, esr, far, 1);
 479                 else {
 480                         print_registers(frame);
 481                         printf(" far: %16lx\n", far);
 482                         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 483                         panic("Unhandled EL0 %s abort: %x",
 484                             exception == EXCP_INSN_ABORT_L ? "instruction" :
 485                             "data", dfsc);
 486                 }
 487                 break;
 488         case EXCP_UNKNOWN:
 489                 if (!undef_insn(0, frame))
 490                         call_trapsignal(td, SIGILL, ILL_ILLTRP, (void *)far,
 491                             exception);
 492                 userret(td, frame);
 493                 break;
 494         case EXCP_SP_ALIGN:
 495                 call_trapsignal(td, SIGBUS, BUS_ADRALN, (void *)frame->tf_sp,
 496                     exception);
 497                 userret(td, frame);
 498                 break;
 499         case EXCP_PC_ALIGN:
 500                 call_trapsignal(td, SIGBUS, BUS_ADRALN, (void *)frame->tf_elr,
 501                     exception);
 502                 userret(td, frame);
 503                 break;
 504         case EXCP_BRKPT_EL0:
 505         case EXCP_BRK:
 506                 call_trapsignal(td, SIGTRAP, TRAP_BRKPT, (void *)frame->tf_elr,
 507                     exception);
 508                 userret(td, frame);
 509                 break;
 510         case EXCP_MSR:
 511                 call_trapsignal(td, SIGILL, ILL_PRVOPC, (void *)frame->tf_elr,
 512                     exception);
 513                 userret(td, frame);
 514                 break;
 515         case EXCP_SOFTSTP_EL0:
 516                 td->td_frame->tf_spsr &= ~PSR_SS;
 517                 td->td_pcb->pcb_flags &= ~PCB_SINGLE_STEP;
 518                 WRITE_SPECIALREG(mdscr_el1,
 519                     READ_SPECIALREG(mdscr_el1) & ~DBG_MDSCR_SS);
 520                 call_trapsignal(td, SIGTRAP, TRAP_TRACE,
 521                     (void *)frame->tf_elr, exception);
 522                 userret(td, frame);
 523                 break;
 524         default:
 525                 call_trapsignal(td, SIGBUS, BUS_OBJERR, (void *)frame->tf_elr,
 526                     exception);
 527                 userret(td, frame);
 528                 break;
 529         }
 530
 531         KASSERT((td->td_pcb->pcb_fpflags & ~PCB_FP_USERMASK) == 0,
 532             ("Kernel VFP flags set while entering userspace"));
 533         KASSERT(
 534             td->td_pcb->pcb_fpusaved == &td->td_pcb->pcb_fpustate,
 535             ("Kernel VFP state in use when entering userspace"));
 536 }
 537
 538 /*
 539  * TODO: We will need to handle these later when we support ARMv8.2 RAS.
 540  */
 541 void
 542 do_serror(struct trapframe *frame)
 543 {
 544         uint64_t esr, far;
 545
 546         far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 547         esr = frame->tf_esr;
 548
 549         print_registers(frame);
 550         printf(" far: %16lx\n", far);
 551         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 552         panic("Unhandled System Error");
 553 }
 554
 555 void
 556 unhandled_exception(struct trapframe *frame)
 557 {
 558         uint64_t esr, far;
 559
 560         far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 561         esr = frame->tf_esr;
 562
 563         print_registers(frame);
 564         printf(" far: %16lx\n", far);
 565         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 566         panic("Unhandled exception");
 567 }