sys/dev/cpuctl/cpuctl.c

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