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 static __inline void
  88 call_trapsignal(struct thread *td, int sig, int code, void *addr)
  89 {
  90         ksiginfo_t ksi;
  91
  92         ksiginfo_init_trap(&ksi);
  93         ksi.ksi_signo = sig;
  94         ksi.ksi_code = code;
  95         ksi.ksi_addr = addr;
  96         trapsignal(td, &ksi);
  97 }
  98
  99 int
 100 cpu_fetch_syscall_args(struct thread *td)
 101 {
 102         struct proc *p;
 103         register_t *ap;
 104         struct syscall_args *sa;
 105         int nap;
 106
 107         nap = 8;
 108         p = td->td_proc;
 109         ap = td->td_frame->tf_x;
 110         sa = &td->td_sa;
 111
 112         sa->code = td->td_frame->tf_x[8];
 113
 114         if (sa->code == SYS_syscall || sa->code == SYS___syscall) {
 115                 sa->code = *ap++;
 116                 nap--;
 117         }
 118
 119         if (sa->code >= p->p_sysent->sv_size)
 120                 sa->callp = &p->p_sysent->sv_table[0];
 121         else
 122                 sa->callp = &p->p_sysent->sv_table[sa->code];
 123
 124         sa->narg = sa->callp->sy_narg;
 125         memcpy(sa->args, ap, nap * sizeof(register_t));
 126         if (sa->narg > nap)
 127                 panic("ARM64TODO: Could we have more than 8 args?");
 128
 129         td->td_retval[0] = 0;
 130         td->td_retval[1] = 0;
 131
 132         return (0);
 133 }
 134
 135 #include "../../kern/subr_syscall.c"
 136
 137 static void
 138 svc_handler(struct thread *td, struct trapframe *frame)
 139 {
 140
 141         if ((frame->tf_esr & ESR_ELx_ISS_MASK) == 0) {
 142                 syscallenter(td);
 143                 syscallret(td);
 144         } else {
 145                 call_trapsignal(td, SIGILL, ILL_ILLOPN, (void *)frame->tf_elr);
 146                 userret(td, frame);
 147         }
 148 }
 149
 150 static void
 151 data_abort(struct thread *td, struct trapframe *frame, uint64_t esr,
 152     uint64_t far, int lower, int exec)
 153 {
 154         struct vm_map *map;
 155         struct proc *p;
 156         struct pcb *pcb;
 157         vm_prot_t ftype;
 158         int error, sig, ucode;
 159 #ifdef KDB
 160         bool handled;
 161 #endif
 162
 163         /*
 164          * According to the ARMv8-A rev. A.g, B2.10.5 "Load-Exclusive
 165          * and Store-Exclusive instruction usage restrictions", state
 166          * of the exclusive monitors after data abort exception is unknown.
 167          */
 168         clrex();
 169
 170 #ifdef KDB
 171         if (kdb_active) {
 172                 kdb_reenter();
 173                 return;
 174         }
 175 #endif
 176
 177         pcb = td->td_pcb;
 178         p = td->td_proc;
 179         if (lower)
 180                 map = &p->p_vmspace->vm_map;
 181         else {
 182                 /* The top bit tells us which range to use */
 183                 if (far >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
 184                         map = kernel_map;
 185                 } else {
 186                         map = &p->p_vmspace->vm_map;
 187                         if (map == NULL)
 188                                 map = kernel_map;
 189                 }
 190         }
 191
 192         /*
 193          * Try to handle translation, access flag, and permission faults.
 194          * Translation faults may occur as a result of the required
 195          * break-before-make sequence used when promoting or demoting
 196          * superpages.  Such faults must not occur while holding the pmap lock,
 197          * or pmap_fault() will recurse on that lock.
 198          */
 199         if ((lower || map == kernel_map || pcb->pcb_onfault != 0) &&
 200             pmap_fault(map->pmap, esr, far) == KERN_SUCCESS)
 201                 return;
 202
 203         KASSERT(td->td_md.md_spinlock_count == 0,
 204             ("data abort with spinlock held"));
 205         if (td->td_critnest != 0 || WITNESS_CHECK(WARN_SLEEPOK |
 206             WARN_GIANTOK, NULL, "Kernel page fault") != 0) {
 207                 print_registers(frame);
 208                 printf(" far: %16lx\n", far);
 209                 printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 210                 panic("data abort in critical section or under mutex");
 211         }
 212
 213         if (exec)
 214                 ftype = VM_PROT_EXECUTE;
 215         else
 216                 ftype = (esr & ISS_DATA_WnR) == 0 ? VM_PROT_READ :
 217                     VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE;
 218
 219         /* Fault in the page. */
 220         error = vm_fault_trap(map, far, ftype, VM_FAULT_NORMAL, &sig, &ucode);
 221         if (error != KERN_SUCCESS) {
 222                 if (lower) {
 223                         call_trapsignal(td, sig, ucode, (void *)far);
 224                 } else {
 225                         if (td->td_intr_nesting_level == 0 &&
 226                             pcb->pcb_onfault != 0) {
 227                                 frame->tf_x[0] = error;
 228                                 frame->tf_elr = pcb->pcb_onfault;
 229                                 return;
 230                         }
 231
 232                         printf("Fatal data abort:\n");
 233                         print_registers(frame);
 234                         printf(" far: %16lx\n", far);
 235                         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 236
 237 #ifdef KDB
 238                         if (debugger_on_trap) {
 239                                 kdb_why = KDB_WHY_TRAP;
 240                                 handled = kdb_trap(ESR_ELx_EXCEPTION(esr), 0,
 241                                     frame);
 242                                 kdb_why = KDB_WHY_UNSET;
 243                                 if (handled)
 244                                         return;
 245                         }
 246 #endif
 247                         panic("vm_fault failed: %lx", frame->tf_elr);
 248                 }
 249         }
 250
 251         if (lower)
 252                 userret(td, frame);
 253 }
 254
 255 static void
 256 print_registers(struct trapframe *frame)
 257 {
 258         u_int reg;
 259
 260         for (reg = 0; reg < nitems(frame->tf_x); reg++) {
 261                 printf(" %sx%d: %16lx\n", (reg < 10) ? " " : "", reg,
 262                     frame->tf_x[reg]);
 263         }
 264         printf("  sp: %16lx\n", frame->tf_sp);
 265         printf("  lr: %16lx\n", frame->tf_lr);
 266         printf(" elr: %16lx\n", frame->tf_elr);
 267         printf("spsr:         %8x\n", frame->tf_spsr);
 268 }
 269
 270 void
 271 do_el1h_sync(struct thread *td, struct trapframe *frame)
 272 {
 273         struct trapframe *oframe;
 274         uint32_t exception;
 275         uint64_t esr, far;
 276
 277         /* Read the esr register to get the exception details */
 278         esr = frame->tf_esr;
 279         exception = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
 280
 281 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 282         if (dtrace_trap_func != NULL && (*dtrace_trap_func)(frame, exception))
 283                 return;
 284 #endif
 285
 286         CTR4(KTR_TRAP,
 287             "do_el1_sync: curthread: %p, esr %lx, elr: %lx, frame: %p", td,
 288             esr, frame->tf_elr, frame);
 289
 290         oframe = td->td_frame;
 291
 292         switch (exception) {
 293         case EXCP_BRK:
 294         case EXCP_WATCHPT_EL1:
 295         case EXCP_SOFTSTP_EL1:
 296                 break;
 297         default:
 298                 td->td_frame = frame;
 299                 break;
 300         }
 301
 302         switch(exception) {
 303         case EXCP_FP_SIMD:
 304         case EXCP_TRAP_FP:
 305 #ifdef VFP
 306                 if ((td->td_pcb->pcb_fpflags & PCB_FP_KERN) != 0) {
 307                         vfp_restore_state();
 308                 } else
 309 #endif
 310                 {
 311                         print_registers(frame);
 312                         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 313                         panic("VFP exception in the kernel");
 314                 }
 315                 break;
 316         case EXCP_INSN_ABORT:
 317         case EXCP_DATA_ABORT:
 318                 far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 319                 intr_enable();
 320                 data_abort(td, frame, esr, far, 0,
 321                     exception == EXCP_INSN_ABORT);
 322                 break;
 323         case EXCP_BRK:
 324 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 325                 if ((esr & ESR_ELx_ISS_MASK) == 0x40d && \
 326                     dtrace_invop_jump_addr != 0) {
 327                         dtrace_invop_jump_addr(frame);
 328                         break;
 329                 }
 330 #endif
 331 #ifdef KDB
 332                 kdb_trap(exception, 0,
 333                     (td->td_frame != NULL) ? td->td_frame : frame);
 334 #else
 335                 panic("No debugger in kernel.\n");
 336 #endif
 337                 frame->tf_elr += 4;
 338                 break;
 339         case EXCP_WATCHPT_EL1:
 340         case EXCP_SOFTSTP_EL1:
 341 #ifdef KDB
 342                 kdb_trap(exception, 0,
 343                     (td->td_frame != NULL) ? td->td_frame : frame);
 344 #else
 345                 panic("No debugger in kernel.\n");
 346 #endif
 347                 break;
 348         case EXCP_UNKNOWN:
 349                 if (undef_insn(1, frame))
 350                         break;
 351                 /* FALLTHROUGH */
 352         default:
 353                 print_registers(frame);
 354                 panic("Unknown kernel exception %x esr_el1 %lx\n", exception,
 355                     esr);
 356         }
 357
 358         td->td_frame = oframe;
 359 }
 360
 361 void
 362 do_el0_sync(struct thread *td, struct trapframe *frame)
 363 {
 364         pcpu_bp_harden bp_harden;
 365         uint32_t exception;
 366         uint64_t esr, far;
 367
 368         /* Check we have a sane environment when entering from userland */
 369         KASSERT((uintptr_t)get_pcpu() >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 370             ("Invalid pcpu address from userland: %p (tpidr %lx)",
 371              get_pcpu(), READ_SPECIALREG(tpidr_el1)));
 372
 373         esr = frame->tf_esr;
 374         exception = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
 375         switch (exception) {
 376         case EXCP_INSN_ABORT_L:
 377                 far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 378
 379                 /*
 380                  * Userspace may be trying to train the branch predictor to
 381                  * attack the kernel. If we are on a CPU affected by this
 382                  * call the handler to clear the branch predictor state.
 383                  */
 384                 if (far > VM_MAXUSER_ADDRESS) {
 385                         bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
 386                         if (bp_harden != NULL)
 387                                 bp_harden();
 388                 }
 389                 break;
 390         case EXCP_UNKNOWN:
 391         case EXCP_DATA_ABORT_L:
 392         case EXCP_DATA_ABORT:
 393                 far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 394                 break;
 395         }
 396         intr_enable();
 397
 398         CTR4(KTR_TRAP,
 399             "do_el0_sync: curthread: %p, esr %lx, elr: %lx, frame: %p", td, esr,
 400             frame->tf_elr, frame);
 401
 402         switch(exception) {
 403         case EXCP_FP_SIMD:
 404         case EXCP_TRAP_FP:
 405 #ifdef VFP
 406                 vfp_restore_state();
 407 #else
 408                 panic("VFP exception in userland");
 409 #endif
 410                 break;
 411         case EXCP_SVC32:
 412         case EXCP_SVC64:
 413                 svc_handler(td, frame);
 414                 break;
 415         case EXCP_INSN_ABORT_L:
 416         case EXCP_DATA_ABORT_L:
 417         case EXCP_DATA_ABORT:
 418                 data_abort(td, frame, esr, far, 1,
 419                     exception == EXCP_INSN_ABORT_L);
 420                 break;
 421         case EXCP_UNKNOWN:
 422                 if (!undef_insn(0, frame))
 423                         call_trapsignal(td, SIGILL, ILL_ILLTRP, (void *)far);
 424                 userret(td, frame);
 425                 break;
 426         case EXCP_SP_ALIGN:
 427                 call_trapsignal(td, SIGBUS, BUS_ADRALN, (void *)frame->tf_sp);
 428                 userret(td, frame);
 429                 break;
 430         case EXCP_PC_ALIGN:
 431                 call_trapsignal(td, SIGBUS, BUS_ADRALN, (void *)frame->tf_elr);
 432                 userret(td, frame);
 433                 break;
 434         case EXCP_BRK:
 435                 call_trapsignal(td, SIGTRAP, TRAP_BRKPT, (void *)frame->tf_elr);
 436                 userret(td, frame);
 437                 break;
 438         case EXCP_MSR:
 439                 call_trapsignal(td, SIGILL, ILL_PRVOPC, (void *)frame->tf_elr);
 440                 userret(td, frame);
 441                 break;
 442         case EXCP_SOFTSTP_EL0:
 443                 td->td_frame->tf_spsr &= ~PSR_SS;
 444                 td->td_pcb->pcb_flags &= ~PCB_SINGLE_STEP;
 445                 WRITE_SPECIALREG(MDSCR_EL1,
 446                     READ_SPECIALREG(MDSCR_EL1) & ~DBG_MDSCR_SS);
 447                 call_trapsignal(td, SIGTRAP, TRAP_TRACE,
 448                     (void *)frame->tf_elr);
 449                 userret(td, frame);
 450                 break;
 451         default:
 452                 call_trapsignal(td, SIGBUS, BUS_OBJERR, (void *)frame->tf_elr);
 453                 userret(td, frame);
 454                 break;
 455         }
 456
 457         KASSERT((td->td_pcb->pcb_fpflags & ~PCB_FP_USERMASK) == 0,
 458             ("Kernel VFP flags set while entering userspace"));
 459         KASSERT(
 460             td->td_pcb->pcb_fpusaved == &td->td_pcb->pcb_fpustate,
 461             ("Kernel VFP state in use when entering userspace"));
 462 }
 463
 464 /*
 465  * TODO: We will need to handle these later when we support ARMv8.2 RAS.
 466  */
 467 void
 468 do_serror(struct trapframe *frame)
 469 {
 470         uint64_t esr, far;
 471
 472         far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 473         esr = frame->tf_esr;
 474
 475         print_registers(frame);
 476         printf(" far: %16lx\n", far);
 477         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 478         panic("Unhandled System Error");
 479 }
 480
 481 void
 482 unhandled_exception(struct trapframe *frame)
 483 {
 484         uint64_t esr, far;
 485
 486         far = READ_SPECIALREG(far_el1);
 487         esr = frame->tf_esr;
 488
 489         print_registers(frame);
 490         printf(" far: %16lx\n", far);
 491         printf(" esr:         %.8lx\n", esr);
 492         panic("Unhandled exception");
 493 }