sys/dev/cpuctl/cpuctl.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
   3  *
   4  * Copyright (c) 2006-2008 Stanislav Sedov <stas@FreeBSD.org>
   5  * All rights reserved.
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  12  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  14  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  15  *
  16  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  17  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  18  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  19  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  20  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  21  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  22  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  23  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  24  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  25  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  26  * SUCH DAMAGE.
  27  *
  28  */
  29
  30 #include <sys/cdefs.h>
  31 __FBSDID("$FreeBSD$");
  32
  33 #include <sys/param.h>
  34 #include <sys/systm.h>
  35 #include <sys/conf.h>
  36 #include <sys/fcntl.h>
  37 #include <sys/ioccom.h>
  38 #include <sys/malloc.h>
  39 #include <sys/module.h>
  40 #include <sys/mutex.h>
  41 #include <sys/priv.h>
  42 #include <sys/proc.h>
  43 #include <sys/queue.h>
  44 #include <sys/sched.h>
  45 #include <sys/kernel.h>
  46 #include <sys/sysctl.h>
  47 #include <sys/uio.h>
  48 #include <sys/pcpu.h>
  49 #include <sys/smp.h>
  50 #include <sys/pmckern.h>
  51 #include <sys/cpuctl.h>
  52
  53 #include <machine/cpufunc.h>
  54 #include <machine/md_var.h>
  55 #include <machine/specialreg.h>
  56
  57 static d_open_t cpuctl_open;
  58 static d_ioctl_t cpuctl_ioctl;
  59
  60 #define CPUCTL_VERSION 1
  61
  62 #ifdef CPUCTL_DEBUG
  63 # define        DPRINTF(format,...) printf(format, __VA_ARGS__);
  64 #else
  65 # define        DPRINTF(...)
  66 #endif
  67
  68 #define UCODE_SIZE_MAX  (4 * 1024 * 1024)
  69
  70 static int cpuctl_do_msr(int cpu, cpuctl_msr_args_t *data, u_long cmd,
  71     struct thread *td);
  72 static int cpuctl_do_cpuid(int cpu, cpuctl_cpuid_args_t *data,
  73     struct thread *td);
  74 static int cpuctl_do_cpuid_count(int cpu, cpuctl_cpuid_count_args_t *data,
  75     struct thread *td);
  76 static int cpuctl_do_eval_cpu_features(int cpu, struct thread *td);
  77 static int cpuctl_do_update(int cpu, cpuctl_update_args_t *data,
  78     struct thread *td);
  79 static int update_intel(int cpu, cpuctl_update_args_t *args,
  80     struct thread *td);
  81 static int update_amd(int cpu, cpuctl_update_args_t *args, struct thread *td);
  82 static int update_via(int cpu, cpuctl_update_args_t *args,
  83     struct thread *td);
  84
  85 static struct cdev **cpuctl_devs;
  86 static MALLOC_DEFINE(M_CPUCTL, "cpuctl", "CPUCTL buffer");
  87
  88 static struct cdevsw cpuctl_cdevsw = {
  89         .d_version =    D_VERSION,
  90         .d_open =       cpuctl_open,
  91         .d_ioctl =      cpuctl_ioctl,
  92         .d_name =       "cpuctl",
  93 };
  94
  95 /*
  96  * This function checks if specified cpu enabled or not.
  97  */
  98 static int
  99 cpu_enabled(int cpu)
 100 {
 101
 102         return (pmc_cpu_is_disabled(cpu) == 0);
 103 }
 104
 105 /*
 106  * Check if the current thread is bound to a specific cpu.
 107  */
 108 static int
 109 cpu_sched_is_bound(struct thread *td)
 110 {
 111         int ret;
 112
 113         thread_lock(td);
 114         ret = sched_is_bound(td);
 115         thread_unlock(td);
 116         return (ret);
 117 }
 118
 119 /*
 120  * Switch to target cpu to run.
 121  */
 122 static void
 123 set_cpu(int cpu, struct thread *td)
 124 {
 125
 126         KASSERT(cpu >= 0 && cpu <= mp_maxid && cpu_enabled(cpu),
 127             ("[cpuctl,%d]: bad cpu number %d", __LINE__, cpu));
 128         thread_lock(td);
 129         sched_bind(td, cpu);
 130         thread_unlock(td);
 131         KASSERT(td->td_oncpu == cpu,
 132             ("[cpuctl,%d]: cannot bind to target cpu %d on cpu %d", __LINE__,
 133             cpu, td->td_oncpu));
 134 }
 135
 136 static void
 137 restore_cpu(int oldcpu, int is_bound, struct thread *td)
 138 {
 139
 140         KASSERT(oldcpu >= 0 && oldcpu <= mp_maxid && cpu_enabled(oldcpu),
 141             ("[cpuctl,%d]: bad cpu number %d", __LINE__, oldcpu));
 142         thread_lock(td);
 143         if (is_bound == 0)
 144                 sched_unbind(td);
 145         else
 146                 sched_bind(td, oldcpu);
 147         thread_unlock(td);
 148 }
 149
 150 int
 151 cpuctl_ioctl(struct cdev *dev, u_long cmd, caddr_t data,
 152     int flags, struct thread *td)
 153 {
 154         int cpu, ret;
 155
 156         cpu = dev2unit(dev);
 157         if (cpu > mp_maxid || !cpu_enabled(cpu)) {
 158                 DPRINTF("[cpuctl,%d]: bad cpu number %d\n", __LINE__, cpu);
 159                 return (ENXIO);
 160         }
 161         /* Require write flag for "write" requests. */
 162         if ((cmd == CPUCTL_MSRCBIT || cmd == CPUCTL_MSRSBIT ||
 163             cmd == CPUCTL_UPDATE || cmd == CPUCTL_WRMSR ||
 164             cmd == CPUCTL_EVAL_CPU_FEATURES) &&
 165             (flags & FWRITE) == 0)
 166                 return (EPERM);
 167         switch (cmd) {
 168         case CPUCTL_RDMSR:
 169                 ret = cpuctl_do_msr(cpu, (cpuctl_msr_args_t *)data, cmd, td);
 170                 break;
 171         case CPUCTL_MSRSBIT:
 172         case CPUCTL_MSRCBIT:
 173         case CPUCTL_WRMSR:
 174                 ret = priv_check(td, PRIV_CPUCTL_WRMSR);
 175                 if (ret != 0)
 176                         goto fail;
 177                 ret = cpuctl_do_msr(cpu, (cpuctl_msr_args_t *)data, cmd, td);
 178                 break;
 179         case CPUCTL_CPUID:
 180                 ret = cpuctl_do_cpuid(cpu, (cpuctl_cpuid_args_t *)data, td);
 181                 break;
 182         case CPUCTL_UPDATE:
 183                 ret = priv_check(td, PRIV_CPUCTL_UPDATE);
 184                 if (ret != 0)
 185                         goto fail;
 186                 ret = cpuctl_do_update(cpu, (cpuctl_update_args_t *)data, td);
 187                 break;
 188         case CPUCTL_CPUID_COUNT:
 189                 ret = cpuctl_do_cpuid_count(cpu,
 190                     (cpuctl_cpuid_count_args_t *)data, td);
 191                 break;
 192         case CPUCTL_EVAL_CPU_FEATURES:
 193                 ret = cpuctl_do_eval_cpu_features(cpu, td);
 194                 break;
 195         default:
 196                 ret = EINVAL;
 197                 break;
 198         }
 199 fail:
 200         return (ret);
 201 }
 202
 203 /*
 204  * Actually perform cpuid operation.
 205  */
 206 static int
 207 cpuctl_do_cpuid_count(int cpu, cpuctl_cpuid_count_args_t *data,
 208     struct thread *td)
 209 {
 210         int is_bound = 0;
 211         int oldcpu;
 212
 213         KASSERT(cpu >= 0 && cpu <= mp_maxid,
 214             ("[cpuctl,%d]: bad cpu number %d", __LINE__, cpu));
 215
 216         /* Explicitly clear cpuid data to avoid returning stale info. */
 217         bzero(data->data, sizeof(data->data));
 218         DPRINTF("[cpuctl,%d]: retrieving cpuid lev %#0x type %#0x for %d cpu\n",
 219             __LINE__, data->level, data->level_type, cpu);
 220 #ifdef __i386__
 221         if (cpu_id == 0)
 222                 return (ENODEV);
 223 #endif
 224         oldcpu = td->td_oncpu;
 225         is_bound = cpu_sched_is_bound(td);
 226         set_cpu(cpu, td);
 227         cpuid_count(data->level, data->level_type, data->data);
 228         restore_cpu(oldcpu, is_bound, td);
 229         return (0);
 230 }
 231
 232 static int
 233 cpuctl_do_cpuid(int cpu, cpuctl_cpuid_args_t *data, struct thread *td)
 234 {
 235         cpuctl_cpuid_count_args_t cdata;
 236         int error;
 237
 238         cdata.level = data->level;
 239         /* Override the level type. */
 240         cdata.level_type = 0;
 241         error = cpuctl_do_cpuid_count(cpu, &cdata, td);
 242         bcopy(cdata.data, data->data, sizeof(data->data)); /* Ignore error */
 243         return (error);
 244 }
 245
 246 /*
 247  * Actually perform MSR operations.
 248  */
 249 static int
 250 cpuctl_do_msr(int cpu, cpuctl_msr_args_t *data, u_long cmd, struct thread *td)
 251 {
 252         uint64_t reg;
 253         int is_bound = 0;
 254         int oldcpu;
 255         int ret;
 256
 257         KASSERT(cpu >= 0 && cpu <= mp_maxid,
 258             ("[cpuctl,%d]: bad cpu number %d", __LINE__, cpu));
 259
 260         /*
 261          * Explicitly clear cpuid data to avoid returning stale
 262          * info
 263          */
 264         DPRINTF("[cpuctl,%d]: operating on MSR %#0x for %d cpu\n", __LINE__,
 265             data->msr, cpu);
 266 #ifdef __i386__
 267         if ((cpu_feature & CPUID_MSR) == 0)
 268                 return (ENODEV);
 269 #endif
 270         oldcpu = td->td_oncpu;
 271         is_bound = cpu_sched_is_bound(td);
 272         set_cpu(cpu, td);
 273         if (cmd == CPUCTL_RDMSR) {
 274                 data->data = 0;
 275                 ret = rdmsr_safe(data->msr, &data->data);
 276         } else if (cmd == CPUCTL_WRMSR) {
 277                 ret = wrmsr_safe(data->msr, data->data);
 278         } else if (cmd == CPUCTL_MSRSBIT) {
 279                 critical_enter();
 280                 ret = rdmsr_safe(data->msr, &reg);
 281                 if (ret == 0)
 282                         ret = wrmsr_safe(data->msr, reg | data->data);
 283                 critical_exit();
 284         } else if (cmd == CPUCTL_MSRCBIT) {
 285                 critical_enter();
 286                 ret = rdmsr_safe(data->msr, &reg);
 287                 if (ret == 0)
 288                         ret = wrmsr_safe(data->msr, reg & ~data->data);
 289                 critical_exit();
 290         } else
 291                 panic("[cpuctl,%d]: unknown operation requested: %lu",
 292                     __LINE__, cmd);
 293         restore_cpu(oldcpu, is_bound, td);
 294         return (ret);
 295 }
 296
 297 /*
 298  * Actually perform microcode update.
 299  */
 300 static int
 301 cpuctl_do_update(int cpu, cpuctl_update_args_t *data, struct thread *td)
 302 {
 303         cpuctl_cpuid_args_t args = {
 304                 .level = 0,
 305         };
 306         char vendor[13];
 307         int ret;
 308
 309         KASSERT(cpu >= 0 && cpu <= mp_maxid,
 310             ("[cpuctl,%d]: bad cpu number %d", __LINE__, cpu));
 311         DPRINTF("[cpuctl,%d]: XXX %d", __LINE__, cpu);
 312
 313         ret = cpuctl_do_cpuid(cpu, &args, td);
 314         if (ret != 0)
 315                 return (ret);
 316         ((uint32_t *)vendor)[0] = args.data[1];
 317         ((uint32_t *)vendor)[1] = args.data[3];
 318         ((uint32_t *)vendor)[2] = args.data[2];
 319         vendor[12] = '\0';
 320         if (strncmp(vendor, INTEL_VENDOR_ID, sizeof(INTEL_VENDOR_ID)) == 0)
 321                 ret = update_intel(cpu, data, td);
 322         else if(strncmp(vendor, AMD_VENDOR_ID, sizeof(AMD_VENDOR_ID)) == 0)
 323                 ret = update_amd(cpu, data, td);
 324         else if(strncmp(vendor, CENTAUR_VENDOR_ID, sizeof(CENTAUR_VENDOR_ID))
 325             == 0)
 326                 ret = update_via(cpu, data, td);
 327         else
 328                 ret = ENXIO;
 329         return (ret);
 330 }
 331
 332 static int
 333 update_intel(int cpu, cpuctl_update_args_t *args, struct thread *td)
 334 {
 335         void *ptr;
 336         uint64_t rev0, rev1;
 337         uint32_t tmp[4];
 338         int is_bound;
 339         int oldcpu;
 340         int ret;
 341
 342         if (args->size == 0 || args->data == NULL) {
 343                 DPRINTF("[cpuctl,%d]: zero-sized firmware image", __LINE__);
 344                 return (EINVAL);
 345         }
 346         if (args->size > UCODE_SIZE_MAX) {
 347                 DPRINTF("[cpuctl,%d]: firmware image too large", __LINE__);
 348                 return (EINVAL);
 349         }
 350
 351         /*
 352          * 16 byte alignment required.  Rely on the fact that
 353          * malloc(9) always returns the pointer aligned at least on
 354          * the size of the allocation.
 355          */
 356         ptr = malloc(args->size + 16, M_CPUCTL, M_WAITOK);
 357         if (copyin(args->data, ptr, args->size) != 0) {
 358                 DPRINTF("[cpuctl,%d]: copyin %p->%p of %zd bytes failed",
 359                     __LINE__, args->data, ptr, args->size);
 360                 ret = EFAULT;
 361                 goto fail;
 362         }
 363         oldcpu = td->td_oncpu;
 364         is_bound = cpu_sched_is_bound(td);
 365         set_cpu(cpu, td);
 366         critical_enter();
 367         rdmsr_safe(MSR_BIOS_SIGN, &rev0); /* Get current microcode revision. */
 368
 369         /*
 370          * Perform update.  Flush caches first to work around seemingly
 371          * undocumented errata applying to some Broadwell CPUs.
 372          */
 373         wbinvd();
 374         wrmsr_safe(MSR_BIOS_UPDT_TRIG, (uintptr_t)(ptr));
 375         wrmsr_safe(MSR_BIOS_SIGN, 0);
 376
 377         /*
 378          * Serialize instruction flow.
 379          */
 380         do_cpuid(0, tmp);
 381         critical_exit();
 382         rdmsr_safe(MSR_BIOS_SIGN, &rev1); /* Get new microcode revision. */
 383         restore_cpu(oldcpu, is_bound, td);
 384         if (rev1 > rev0)
 385                 ret = 0;
 386         else
 387                 ret = EEXIST;
 388 fail:
 389         free(ptr, M_CPUCTL);
 390         return (ret);
 391 }
 392
 393 /*
 394  * NB: MSR 0xc0010020, MSR_K8_UCODE_UPDATE, is not documented by AMD.
 395  * Coreboot, illumos and Linux source code was used to understand
 396  * its workings.
 397  */
 398 static void
 399 amd_ucode_wrmsr(void *ucode_ptr)
 400 {
 401         uint32_t tmp[4];
 402
 403         wrmsr_safe(MSR_K8_UCODE_UPDATE, (uintptr_t)ucode_ptr);
 404         do_cpuid(0, tmp);
 405 }
 406
 407 static int
 408 update_amd(int cpu, cpuctl_update_args_t *args, struct thread *td)
 409 {
 410         void *ptr;
 411         int ret;
 412
 413         if (args->size == 0 || args->data == NULL) {
 414                 DPRINTF("[cpuctl,%d]: zero-sized firmware image", __LINE__);
 415                 return (EINVAL);
 416         }
 417         if (args->size > UCODE_SIZE_MAX) {
 418                 DPRINTF("[cpuctl,%d]: firmware image too large", __LINE__);
 419                 return (EINVAL);
 420         }
 421
 422         /*
 423          * 16 byte alignment required.  Rely on the fact that
 424          * malloc(9) always returns the pointer aligned at least on
 425          * the size of the allocation.
 426          */
 427         ptr = malloc(args->size + 16, M_CPUCTL, M_ZERO | M_WAITOK);
 428         if (copyin(args->data, ptr, args->size) != 0) {
 429                 DPRINTF("[cpuctl,%d]: copyin %p->%p of %zd bytes failed",
 430                     __LINE__, args->data, ptr, args->size);
 431                 ret = EFAULT;
 432                 goto fail;
 433         }
 434         smp_rendezvous(NULL, amd_ucode_wrmsr, NULL, ptr);
 435         ret = 0;
 436 fail:
 437         free(ptr, M_CPUCTL);
 438         return (ret);
 439 }
 440
 441 static int
 442 update_via(int cpu, cpuctl_update_args_t *args, struct thread *td)
 443 {
 444         void *ptr;
 445         uint64_t rev0, rev1, res;
 446         uint32_t tmp[4];
 447         int is_bound;
 448         int oldcpu;
 449         int ret;
 450
 451         if (args->size == 0 || args->data == NULL) {
 452                 DPRINTF("[cpuctl,%d]: zero-sized firmware image", __LINE__);
 453                 return (EINVAL);
 454         }
 455         if (args->size > UCODE_SIZE_MAX) {
 456                 DPRINTF("[cpuctl,%d]: firmware image too large", __LINE__);
 457                 return (EINVAL);
 458         }
 459
 460         /*
 461          * 4 byte alignment required.
 462          */
 463         ptr = malloc(args->size, M_CPUCTL, M_WAITOK);
 464         if (copyin(args->data, ptr, args->size) != 0) {
 465                 DPRINTF("[cpuctl,%d]: copyin %p->%p of %zd bytes failed",
 466                     __LINE__, args->data, ptr, args->size);
 467                 ret = EFAULT;
 468                 goto fail;
 469         }
 470         oldcpu = td->td_oncpu;
 471         is_bound = cpu_sched_is_bound(td);
 472         set_cpu(cpu, td);
 473         critical_enter();
 474         rdmsr_safe(MSR_BIOS_SIGN, &rev0); /* Get current microcode revision. */
 475
 476         /*
 477          * Perform update.
 478          */
 479         wrmsr_safe(MSR_BIOS_UPDT_TRIG, (uintptr_t)(ptr));
 480         do_cpuid(1, tmp);
 481
 482         /*
 483          * Result are in low byte of MSR FCR5:
 484          * 0x00: No update has been attempted since RESET.
 485          * 0x01: The last attempted update was successful.
 486          * 0x02: The last attempted update was unsuccessful due to a bad
 487          *       environment. No update was loaded and any preexisting
 488          *       patches are still active.
 489          * 0x03: The last attempted update was not applicable to this processor.
 490          *       No update was loaded and any preexisting patches are still
 491          *       active.
 492          * 0x04: The last attempted update was not successful due to an invalid
 493          *       update data block. No update was loaded and any preexisting
 494          *       patches are still active
 495          */
 496         rdmsr_safe(0x1205, &res);
 497         res &= 0xff;
 498         critical_exit();
 499         rdmsr_safe(MSR_BIOS_SIGN, &rev1); /* Get new microcode revision. */
 500         restore_cpu(oldcpu, is_bound, td);
 501
 502         DPRINTF("[cpu,%d]: rev0=%x rev1=%x res=%x\n", __LINE__,
 503             (unsigned)(rev0 >> 32), (unsigned)(rev1 >> 32), (unsigned)res);
 504
 505         if (res != 0x01)
 506                 ret = EINVAL;
 507         else
 508                 ret = 0;
 509 fail:
 510         free(ptr, M_CPUCTL);
 511         return (ret);
 512 }
 513
 514 static int
 515 cpuctl_do_eval_cpu_features(int cpu, struct thread *td)
 516 {
 517         int is_bound = 0;
 518         int oldcpu;
 519
 520         KASSERT(cpu >= 0 && cpu <= mp_maxid,
 521             ("[cpuctl,%d]: bad cpu number %d", __LINE__, cpu));
 522
 523 #ifdef __i386__
 524         if (cpu_id == 0)
 525                 return (ENODEV);
 526 #endif
 527         oldcpu = td->td_oncpu;
 528         is_bound = cpu_sched_is_bound(td);
 529         set_cpu(cpu, td);
 530         identify_cpu1();
 531         identify_cpu2();
 532         hw_ibrs_recalculate();
 533         restore_cpu(oldcpu, is_bound, td);
 534         hw_ssb_recalculate(true);
 535         printcpuinfo();
 536         return (0);
 537 }
 538
 539
 540 int
 541 cpuctl_open(struct cdev *dev, int flags, int fmt __unused, struct thread *td)
 542 {
 543         int ret = 0;
 544         int cpu;
 545
 546         cpu = dev2unit(dev);
 547         if (cpu > mp_maxid || !cpu_enabled(cpu)) {
 548                 DPRINTF("[cpuctl,%d]: incorrect cpu number %d\n", __LINE__,
 549                     cpu);
 550                 return (ENXIO);
 551         }
 552         if (flags & FWRITE)
 553                 ret = securelevel_gt(td->td_ucred, 0);
 554         return (ret);
 555 }
 556
 557 static int
 558 cpuctl_modevent(module_t mod __unused, int type, void *data __unused)
 559 {
 560         int cpu;
 561
 562         switch(type) {
 563         case MOD_LOAD:
 564                 if (bootverbose)
 565                         printf("cpuctl: access to MSR registers/cpuid info.\n");
 566                 cpuctl_devs = malloc(sizeof(*cpuctl_devs) * (mp_maxid + 1), M_CPUCTL,
 567                     M_WAITOK | M_ZERO);
 568                 CPU_FOREACH(cpu)
 569                         if (cpu_enabled(cpu))
 570                                 cpuctl_devs[cpu] = make_dev(&cpuctl_cdevsw, cpu,
 571                                     UID_ROOT, GID_KMEM, 0640, "cpuctl%d", cpu);
 572                 break;
 573         case MOD_UNLOAD:
 574                 CPU_FOREACH(cpu) {
 575                         if (cpuctl_devs[cpu] != NULL)
 576                                 destroy_dev(cpuctl_devs[cpu]);
 577                 }
 578                 free(cpuctl_devs, M_CPUCTL);
 579                 break;
 580         case MOD_SHUTDOWN:
 581                 break;
 582         default:
 583                 return (EOPNOTSUPP);
 584         }
 585         return (0);
 586 }
 587
 588 DEV_MODULE(cpuctl, cpuctl_modevent, NULL);
 589 MODULE_VERSION(cpuctl, CPUCTL_VERSION);