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