sys/riscv/riscv/machdep.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2014 Andrew Turner
   3  * Copyright (c) 2015-2017 Ruslan Bukin <br@bsdpad.com>
   4  * All rights reserved.
   5  *
   6  * Portions of this software were developed by SRI International and the
   7  * University of Cambridge Computer Laboratory under DARPA/AFRL contract
   8  * FA8750-10-C-0237 ("CTSRD"), as part of the DARPA CRASH research programme.
   9  *
  10  * Portions of this software were developed by the University of Cambridge
  11  * Computer Laboratory as part of the CTSRD Project, with support from the
  12  * UK Higher Education Innovation Fund (HEIF).
  13  *
  14  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  15  * modification, are permitted provided that the following conditions
  16  * are met:
  17  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  18  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  19  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  20  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  21  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  22  *
  23  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  24  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  25  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  26  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  27  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  28  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  29  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  30  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  31  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  32  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  33  * SUCH DAMAGE.
  34  */
  35
  36 #include "opt_ddb.h"
  37 #include "opt_kstack_pages.h"
  38 #include "opt_platform.h"
  39
  40 #include <sys/param.h>
  41 #include <sys/systm.h>
  42 #include <sys/boot.h>
  43 #include <sys/buf.h>
  44 #include <sys/bus.h>
  45 #include <sys/cons.h>
  46 #include <sys/cpu.h>
  47 #include <sys/devmap.h>
  48 #include <sys/exec.h>
  49 #include <sys/imgact.h>
  50 #include <sys/kdb.h>
  51 #include <sys/kernel.h>
  52 #include <sys/ktr.h>
  53 #include <sys/limits.h>
  54 #include <sys/linker.h>
  55 #include <sys/msgbuf.h>
  56 #include <sys/pcpu.h>
  57 #include <sys/physmem.h>
  58 #include <sys/proc.h>
  59 #include <sys/ptrace.h>
  60 #include <sys/reboot.h>
  61 #include <sys/reg.h>
  62 #include <sys/rwlock.h>
  63 #include <sys/sched.h>
  64 #include <sys/signalvar.h>
  65 #include <sys/syscallsubr.h>
  66 #include <sys/sysent.h>
  67 #include <sys/sysproto.h>
  68 #include <sys/tslog.h>
  69 #include <sys/ucontext.h>
  70 #include <sys/vmmeter.h>
  71
  72 #include <vm/vm.h>
  73 #include <vm/vm_param.h>
  74 #include <vm/vm_kern.h>
  75 #include <vm/vm_object.h>
  76 #include <vm/vm_page.h>
  77 #include <vm/vm_phys.h>
  78 #include <vm/pmap.h>
  79 #include <vm/vm_map.h>
  80 #include <vm/vm_pager.h>
  81
  82 #include <machine/cpu.h>
  83 #include <machine/fpe.h>
  84 #include <machine/intr.h>
  85 #include <machine/kdb.h>
  86 #include <machine/machdep.h>
  87 #include <machine/metadata.h>
  88 #include <machine/pcb.h>
  89 #include <machine/pte.h>
  90 #include <machine/riscvreg.h>
  91 #include <machine/sbi.h>
  92 #include <machine/trap.h>
  93 #include <machine/vmparam.h>
  94
  95 #ifdef DDB
  96 #include <ddb/ddb.h>
  97 #endif
  98
  99 #ifdef FDT
 100 #include <contrib/libfdt/libfdt.h>
 101 #include <dev/fdt/fdt_common.h>
 102 #include <dev/ofw/openfirm.h>
 103 #endif
 104
 105 struct pcpu __pcpu[MAXCPU];
 106
 107 static struct trapframe proc0_tf;
 108
 109 int early_boot = 1;
 110 int cold = 1;
 111
 112 #define DTB_SIZE_MAX    (1024 * 1024)
 113
 114 struct kva_md_info kmi;
 115
 116 int64_t dcache_line_size;       /* The minimum D cache line size */
 117 int64_t icache_line_size;       /* The minimum I cache line size */
 118 int64_t idcache_line_size;      /* The minimum cache line size */
 119
 120 #define BOOT_HART_INVALID       0xffffffff
 121 uint32_t boot_hart = BOOT_HART_INVALID; /* The hart we booted on. */
 122
 123 cpuset_t all_harts;
 124
 125 extern int *end;
 126
 127 static char static_kenv[PAGE_SIZE];
 128
 129 static void
 130 cpu_startup(void *dummy)
 131 {
 132
 133         sbi_print_version();
 134         printcpuinfo(0);
 135
 136         printf("real memory  = %ju (%ju MB)\n", ptoa((uintmax_t)realmem),
 137             ptoa((uintmax_t)realmem) / (1024 * 1024));
 138
 139         /*
 140          * Display any holes after the first chunk of extended memory.
 141          */
 142         if (bootverbose) {
 143                 int indx;
 144
 145                 printf("Physical memory chunk(s):\n");
 146                 for (indx = 0; phys_avail[indx + 1] != 0; indx += 2) {
 147                         vm_paddr_t size;
 148
 149                         size = phys_avail[indx + 1] - phys_avail[indx];
 150                         printf(
 151                             "0x%016jx - 0x%016jx, %ju bytes (%ju pages)\n",
 152                             (uintmax_t)phys_avail[indx],
 153                             (uintmax_t)phys_avail[indx + 1] - 1,
 154                             (uintmax_t)size, (uintmax_t)size / PAGE_SIZE);
 155                 }
 156         }
 157
 158         vm_ksubmap_init(&kmi);
 159
 160         printf("avail memory = %ju (%ju MB)\n",
 161             ptoa((uintmax_t)vm_free_count()),
 162             ptoa((uintmax_t)vm_free_count()) / (1024 * 1024));
 163         if (bootverbose)
 164                 devmap_print_table();
 165
 166         bufinit();
 167         vm_pager_bufferinit();
 168 }
 169
 170 SYSINIT(cpu, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_FIRST, cpu_startup, NULL);
 171
 172 int
 173 cpu_idle_wakeup(int cpu)
 174 {
 175
 176         return (0);
 177 }
 178
 179 void
 180 cpu_idle(int busy)
 181 {
 182
 183         spinlock_enter();
 184         if (!busy)
 185                 cpu_idleclock();
 186         if (!sched_runnable())
 187                 __asm __volatile(
 188                     "fence \n"
 189                     "wfi   \n");
 190         if (!busy)
 191                 cpu_activeclock();
 192         spinlock_exit();
 193 }
 194
 195 void
 196 cpu_halt(void)
 197 {
 198
 199         /*
 200          * Try to power down using the HSM SBI extension and fall back to a
 201          * simple wfi loop.
 202          */
 203         intr_disable();
 204         if (sbi_probe_extension(SBI_EXT_ID_HSM) != 0)
 205                 sbi_hsm_hart_stop();
 206         for (;;)
 207                 __asm __volatile("wfi");
 208         /* NOTREACHED */
 209 }
 210
 211 /*
 212  * Flush the D-cache for non-DMA I/O so that the I-cache can
 213  * be made coherent later.
 214  */
 215 void
 216 cpu_flush_dcache(void *ptr, size_t len)
 217 {
 218
 219         /* TBD */
 220 }
 221
 222 /* Get current clock frequency for the given CPU ID. */
 223 int
 224 cpu_est_clockrate(int cpu_id, uint64_t *rate)
 225 {
 226
 227         panic("cpu_est_clockrate");
 228 }
 229
 230 void
 231 cpu_pcpu_init(struct pcpu *pcpu, int cpuid, size_t size)
 232 {
 233 }
 234
 235 void
 236 spinlock_enter(void)
 237 {
 238         struct thread *td;
 239         register_t reg;
 240
 241         td = curthread;
 242         if (td->td_md.md_spinlock_count == 0) {
 243                 reg = intr_disable();
 244                 td->td_md.md_spinlock_count = 1;
 245                 td->td_md.md_saved_sstatus_ie = reg;
 246                 critical_enter();
 247         } else
 248                 td->td_md.md_spinlock_count++;
 249 }
 250
 251 void
 252 spinlock_exit(void)
 253 {
 254         struct thread *td;
 255         register_t sstatus_ie;
 256
 257         td = curthread;
 258         sstatus_ie = td->td_md.md_saved_sstatus_ie;
 259         td->td_md.md_spinlock_count--;
 260         if (td->td_md.md_spinlock_count == 0) {
 261                 critical_exit();
 262                 intr_restore(sstatus_ie);
 263         }
 264 }
 265
 266 /*
 267  * Construct a PCB from a trapframe. This is called from kdb_trap() where
 268  * we want to start a backtrace from the function that caused us to enter
 269  * the debugger. We have the context in the trapframe, but base the trace
 270  * on the PCB. The PCB doesn't have to be perfect, as long as it contains
 271  * enough for a backtrace.
 272  */
 273 void
 274 makectx(struct trapframe *tf, struct pcb *pcb)
 275 {
 276
 277         memcpy(pcb->pcb_s, tf->tf_s, sizeof(tf->tf_s));
 278
 279         pcb->pcb_ra = tf->tf_sepc;
 280         pcb->pcb_sp = tf->tf_sp;
 281         pcb->pcb_gp = tf->tf_gp;
 282         pcb->pcb_tp = tf->tf_tp;
 283 }
 284
 285 static void
 286 init_proc0(vm_offset_t kstack)
 287 {
 288         struct pcpu *pcpup;
 289
 290         pcpup = &__pcpu[0];
 291
 292         proc_linkup0(&proc0, &thread0);
 293         thread0.td_kstack = kstack;
 294         thread0.td_kstack_pages = KSTACK_PAGES;
 295         thread0.td_pcb = (struct pcb *)(thread0.td_kstack +
 296             thread0.td_kstack_pages * PAGE_SIZE) - 1;
 297         thread0.td_pcb->pcb_fpflags = 0;
 298         thread0.td_frame = &proc0_tf;
 299         pcpup->pc_curpcb = thread0.td_pcb;
 300 }
 301
 302 #ifdef FDT
 303 static void
 304 try_load_dtb(caddr_t kmdp)
 305 {
 306         vm_offset_t dtbp;
 307
 308         dtbp = MD_FETCH(kmdp, MODINFOMD_DTBP, vm_offset_t);
 309
 310 #if defined(FDT_DTB_STATIC)
 311         /*
 312          * In case the device tree blob was not retrieved (from metadata) try
 313          * to use the statically embedded one.
 314          */
 315         if (dtbp == (vm_offset_t)NULL)
 316                 dtbp = (vm_offset_t)&fdt_static_dtb;
 317 #endif
 318
 319         if (dtbp == (vm_offset_t)NULL) {
 320                 printf("ERROR loading DTB\n");
 321                 return;
 322         }
 323
 324         if (OF_install(OFW_FDT, 0) == FALSE)
 325                 panic("Cannot install FDT");
 326
 327         if (OF_init((void *)dtbp) != 0)
 328                 panic("OF_init failed with the found device tree");
 329 }
 330 #endif
 331
 332 static void
 333 cache_setup(void)
 334 {
 335
 336         /* TODO */
 337
 338         dcache_line_size = 0;
 339         icache_line_size = 0;
 340         idcache_line_size = 0;
 341 }
 342
 343 /*
 344  * Fake up a boot descriptor table.
 345  */
 346 static void
 347 fake_preload_metadata(struct riscv_bootparams *rvbp)
 348 {
 349         static uint32_t fake_preload[48];
 350         vm_offset_t lastaddr;
 351         size_t fake_size, dtb_size;
 352
 353 #define PRELOAD_PUSH_VALUE(type, value) do {                    \
 354         *(type *)((char *)fake_preload + fake_size) = (value);  \
 355         fake_size += sizeof(type);                              \
 356 } while (0)
 357
 358 #define PRELOAD_PUSH_STRING(str) do {                           \
 359         uint32_t ssize;                                         \
 360         ssize = strlen(str) + 1;                                \
 361         PRELOAD_PUSH_VALUE(uint32_t, ssize);                    \
 362         strcpy(((char *)fake_preload + fake_size), str);        \
 363         fake_size += ssize;                                     \
 364         fake_size = roundup(fake_size, sizeof(u_long));         \
 365 } while (0)
 366
 367         fake_size = 0;
 368         lastaddr = (vm_offset_t)&end;
 369
 370         PRELOAD_PUSH_VALUE(uint32_t, MODINFO_NAME);
 371         PRELOAD_PUSH_STRING("kernel");
 372         PRELOAD_PUSH_VALUE(uint32_t, MODINFO_TYPE);
 373         PRELOAD_PUSH_STRING("elf kernel");
 374
 375         PRELOAD_PUSH_VALUE(uint32_t, MODINFO_ADDR);
 376         PRELOAD_PUSH_VALUE(uint32_t, sizeof(vm_offset_t));
 377         PRELOAD_PUSH_VALUE(uint64_t, KERNBASE);
 378
 379         PRELOAD_PUSH_VALUE(uint32_t, MODINFO_SIZE);
 380         PRELOAD_PUSH_VALUE(uint32_t, sizeof(size_t));
 381         PRELOAD_PUSH_VALUE(uint64_t, (size_t)((vm_offset_t)&end - KERNBASE));
 382
 383         /* Copy the DTB to KVA space. */
 384         lastaddr = roundup(lastaddr, sizeof(int));
 385         PRELOAD_PUSH_VALUE(uint32_t, MODINFO_METADATA | MODINFOMD_DTBP);
 386         PRELOAD_PUSH_VALUE(uint32_t, sizeof(vm_offset_t));
 387         PRELOAD_PUSH_VALUE(vm_offset_t, lastaddr);
 388         dtb_size = fdt_totalsize(rvbp->dtbp_virt);
 389         memmove((void *)lastaddr, (const void *)rvbp->dtbp_virt, dtb_size);
 390         lastaddr = roundup(lastaddr + dtb_size, sizeof(int));
 391
 392         PRELOAD_PUSH_VALUE(uint32_t, MODINFO_METADATA | MODINFOMD_KERNEND);
 393         PRELOAD_PUSH_VALUE(uint32_t, sizeof(vm_offset_t));
 394         PRELOAD_PUSH_VALUE(vm_offset_t, lastaddr);
 395
 396         PRELOAD_PUSH_VALUE(uint32_t, MODINFO_METADATA | MODINFOMD_HOWTO);
 397         PRELOAD_PUSH_VALUE(uint32_t, sizeof(int));
 398         PRELOAD_PUSH_VALUE(int, RB_VERBOSE);
 399
 400         /* End marker */
 401         PRELOAD_PUSH_VALUE(uint32_t, 0);
 402         PRELOAD_PUSH_VALUE(uint32_t, 0);
 403         preload_metadata = (caddr_t)fake_preload;
 404
 405         /* Check if bootloader clobbered part of the kernel with the DTB. */
 406         KASSERT(rvbp->dtbp_phys + dtb_size <= rvbp->kern_phys ||
 407                 rvbp->dtbp_phys >= rvbp->kern_phys + (lastaddr - KERNBASE),
 408             ("FDT (%lx-%lx) and kernel (%lx-%lx) overlap", rvbp->dtbp_phys,
 409                 rvbp->dtbp_phys + dtb_size, rvbp->kern_phys,
 410                 rvbp->kern_phys + (lastaddr - KERNBASE)));
 411         KASSERT(fake_size < sizeof(fake_preload),
 412             ("Too many fake_preload items"));
 413
 414         if (boothowto & RB_VERBOSE)
 415                 printf("FDT phys (%lx-%lx), kernel phys (%lx-%lx)\n",
 416                     rvbp->dtbp_phys, rvbp->dtbp_phys + dtb_size,
 417                     rvbp->kern_phys, rvbp->kern_phys + (lastaddr - KERNBASE));
 418 }
 419
 420 /* Support for FDT configurations only. */
 421 CTASSERT(FDT);
 422
 423 #ifdef FDT
 424 static void
 425 parse_fdt_bootargs(void)
 426 {
 427         char bootargs[512];
 428
 429         bootargs[sizeof(bootargs) - 1] = '\0';
 430         if (fdt_get_chosen_bootargs(bootargs, sizeof(bootargs) - 1) == 0) {
 431                 boothowto |= boot_parse_cmdline(bootargs);
 432         }
 433 }
 434 #endif
 435
 436 static vm_offset_t
 437 parse_metadata(void)
 438 {
 439         caddr_t kmdp;
 440         vm_offset_t lastaddr;
 441 #ifdef DDB
 442         vm_offset_t ksym_start, ksym_end;
 443 #endif
 444         char *kern_envp;
 445
 446         /* Find the kernel address */
 447         kmdp = preload_search_by_type("elf kernel");
 448         if (kmdp == NULL)
 449                 kmdp = preload_search_by_type("elf64 kernel");
 450         KASSERT(kmdp != NULL, ("No preload metadata found!"));
 451
 452         /* Read the boot metadata */
 453         boothowto = MD_FETCH(kmdp, MODINFOMD_HOWTO, int);
 454         lastaddr = MD_FETCH(kmdp, MODINFOMD_KERNEND, vm_offset_t);
 455         kern_envp = MD_FETCH(kmdp, MODINFOMD_ENVP, char *);
 456         if (kern_envp != NULL)
 457                 init_static_kenv(kern_envp, 0);
 458         else
 459                 init_static_kenv(static_kenv, sizeof(static_kenv));
 460 #ifdef DDB
 461         ksym_start = MD_FETCH(kmdp, MODINFOMD_SSYM, uintptr_t);
 462         ksym_end = MD_FETCH(kmdp, MODINFOMD_ESYM, uintptr_t);
 463         db_fetch_ksymtab(ksym_start, ksym_end, 0);
 464 #endif
 465 #ifdef FDT
 466         try_load_dtb(kmdp);
 467         if (kern_envp == NULL)
 468                 parse_fdt_bootargs();
 469 #endif
 470         return (lastaddr);
 471 }
 472
 473 void
 474 initriscv(struct riscv_bootparams *rvbp)
 475 {
 476         struct mem_region mem_regions[FDT_MEM_REGIONS];
 477         struct pcpu *pcpup;
 478         int mem_regions_sz;
 479         vm_offset_t lastaddr;
 480         vm_size_t kernlen;
 481 #ifdef FDT
 482         phandle_t chosen;
 483         uint32_t hart;
 484 #endif
 485         char *env;
 486
 487         TSRAW(&thread0, TS_ENTER, __func__, NULL);
 488
 489         /* Set the pcpu data, this is needed by pmap_bootstrap */
 490         pcpup = &__pcpu[0];
 491         pcpu_init(pcpup, 0, sizeof(struct pcpu));
 492
 493         /* Set the pcpu pointer */
 494         __asm __volatile("mv tp, %0" :: "r"(pcpup));
 495
 496         PCPU_SET(curthread, &thread0);
 497
 498         /* Initialize SBI interface. */
 499         sbi_init();
 500
 501         /* Parse the boot metadata. */
 502         if (rvbp->modulep != 0) {
 503                 preload_metadata = (caddr_t)rvbp->modulep;
 504         } else {
 505                 fake_preload_metadata(rvbp);
 506         }
 507         lastaddr = parse_metadata();
 508
 509 #ifdef FDT
 510         /*
 511          * Look for the boot hart ID. This was either passed in directly from
 512          * the SBI firmware and handled by locore, or was stored in the device
 513          * tree by an earlier boot stage.
 514          */
 515         chosen = OF_finddevice("/chosen");
 516         if (OF_getencprop(chosen, "boot-hartid", &hart, sizeof(hart)) != -1) {
 517                 boot_hart = hart;
 518         }
 519 #endif
 520         if (boot_hart == BOOT_HART_INVALID) {
 521                 panic("Boot hart ID was not properly set");
 522         }
 523         pcpup->pc_hart = boot_hart;
 524
 525 #ifdef FDT
 526         /*
 527          * Exclude reserved memory specified by the device tree. Typically,
 528          * this contains an entry for memory used by the runtime SBI firmware.
 529          */
 530         if (fdt_get_reserved_mem(mem_regions, &mem_regions_sz) == 0) {
 531                 physmem_exclude_regions(mem_regions, mem_regions_sz,
 532                     EXFLAG_NODUMP | EXFLAG_NOALLOC);
 533         }
 534
 535         /* Grab physical memory regions information from device tree. */
 536         if (fdt_get_mem_regions(mem_regions, &mem_regions_sz, NULL) != 0) {
 537                 panic("Cannot get physical memory regions");
 538         }
 539         physmem_hardware_regions(mem_regions, mem_regions_sz);
 540 #endif
 541
 542         /*
 543          * Identify CPU/ISA features.
 544          */
 545         identify_cpu(0);
 546
 547         /* Do basic tuning, hz etc */
 548         init_param1();
 549
 550         cache_setup();
 551
 552         /* Bootstrap enough of pmap to enter the kernel proper */
 553         kernlen = (lastaddr - KERNBASE);
 554         pmap_bootstrap(rvbp->kern_l1pt, rvbp->kern_phys, kernlen);
 555
 556 #ifdef FDT
 557         /*
 558          * XXX: Unconditionally exclude the lowest 2MB of physical memory, as
 559          * this area is assumed to contain the SBI firmware. This is a little
 560          * fragile, but it is consistent with the platforms we support so far.
 561          *
 562          * TODO: remove this when the all regular booting methods properly
 563          * report their reserved memory in the device tree.
 564          */
 565         physmem_exclude_region(mem_regions[0].mr_start, L2_SIZE,
 566             EXFLAG_NODUMP | EXFLAG_NOALLOC);
 567 #endif
 568         physmem_init_kernel_globals();
 569
 570         /* Establish static device mappings */
 571         devmap_bootstrap(0, NULL);
 572
 573         cninit();
 574
 575         /*
 576          * Dump the boot metadata. We have to wait for cninit() since console
 577          * output is required. If it's grossly incorrect the kernel will never
 578          * make it this far.
 579          */
 580         if (getenv_is_true("debug.dump_modinfo_at_boot"))
 581                 preload_dump();
 582
 583         init_proc0(rvbp->kern_stack);
 584
 585         msgbufinit(msgbufp, msgbufsize);
 586         mutex_init();
 587         init_param2(physmem);
 588         kdb_init();
 589 #ifdef KDB
 590         if ((boothowto & RB_KDB) != 0)
 591                 kdb_enter(KDB_WHY_BOOTFLAGS, "Boot flags requested debugger");
 592 #endif
 593
 594         env = kern_getenv("kernelname");
 595         if (env != NULL)
 596                 strlcpy(kernelname, env, sizeof(kernelname));
 597
 598         if (boothowto & RB_VERBOSE)
 599                 physmem_print_tables();
 600
 601         early_boot = 0;
 602
 603         if (bootverbose && kstack_pages != KSTACK_PAGES)
 604                 printf("kern.kstack_pages = %d ignored for thread0\n",
 605                     kstack_pages);
 606
 607         TSEXIT();
 608 }