arch/arm64/include/asm/kvm_mmu.h

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only */
   2 /*
   3  * Copyright (C) 2012,2013 - ARM Ltd
   4  * Author: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>
   5  */
   6
   7 #ifndef __ARM64_KVM_MMU_H__
   8 #define __ARM64_KVM_MMU_H__
   9
  10 #include <asm/page.h>
  11 #include <asm/memory.h>
  12 #include <asm/mmu.h>
  13 #include <asm/cpufeature.h>
  14
  15 /*
  16  * As ARMv8.0 only has the TTBR0_EL2 register, we cannot express
  17  * "negative" addresses. This makes it impossible to directly share
  18  * mappings with the kernel.
  19  *
  20  * Instead, give the HYP mode its own VA region at a fixed offset from
  21  * the kernel by just masking the top bits (which are all ones for a
  22  * kernel address). We need to find out how many bits to mask.
  23  *
  24  * We want to build a set of page tables that cover both parts of the
  25  * idmap (the trampoline page used to initialize EL2), and our normal
  26  * runtime VA space, at the same time.
  27  *
  28  * Given that the kernel uses VA_BITS for its entire address space,
  29  * and that half of that space (VA_BITS - 1) is used for the linear
  30  * mapping, we can also limit the EL2 space to (VA_BITS - 1).
  31  *
  32  * The main question is "Within the VA_BITS space, does EL2 use the
  33  * top or the bottom half of that space to shadow the kernel's linear
  34  * mapping?". As we need to idmap the trampoline page, this is
  35  * determined by the range in which this page lives.
  36  *
  37  * If the page is in the bottom half, we have to use the top half. If
  38  * the page is in the top half, we have to use the bottom half:
  39  *
  40  * T = __pa_symbol(__hyp_idmap_text_start)
  41  * if (T & BIT(VA_BITS - 1))
  42  *      HYP_VA_MIN = 0  //idmap in upper half
  43  * else
  44  *      HYP_VA_MIN = 1 << (VA_BITS - 1)
  45  * HYP_VA_MAX = HYP_VA_MIN + (1 << (VA_BITS - 1)) - 1
  46  *
  47  * When using VHE, there are no separate hyp mappings and all KVM
  48  * functionality is already mapped as part of the main kernel
  49  * mappings, and none of this applies in that case.
  50  */
  51
  52 #ifdef __ASSEMBLY__
  53
  54 #include <asm/alternative.h>
  55
  56 /*
  57  * Convert a kernel VA into a HYP VA.
  58  * reg: VA to be converted.
  59  *
  60  * The actual code generation takes place in kvm_update_va_mask, and
  61  * the instructions below are only there to reserve the space and
  62  * perform the register allocation (kvm_update_va_mask uses the
  63  * specific registers encoded in the instructions).
  64  */
  65 .macro kern_hyp_va      reg
  66 alternative_cb kvm_update_va_mask
  67         and     \reg, \reg, #1          /* mask with va_mask */
  68         ror     \reg, \reg, #1          /* rotate to the first tag bit */
  69         add     \reg, \reg, #0          /* insert the low 12 bits of the tag */
  70         add     \reg, \reg, #0, lsl 12  /* insert the top 12 bits of the tag */
  71         ror     \reg, \reg, #63         /* rotate back */
  72 alternative_cb_end
  73 .endm
  74
  75 /*
  76  * Convert a kernel image address to a PA
  77  * reg: kernel address to be converted in place
  78  * tmp: temporary register
  79  *
  80  * The actual code generation takes place in kvm_get_kimage_voffset, and
  81  * the instructions below are only there to reserve the space and
  82  * perform the register allocation (kvm_get_kimage_voffset uses the
  83  * specific registers encoded in the instructions).
  84  */
  85 .macro kimg_pa reg, tmp
  86 alternative_cb kvm_get_kimage_voffset
  87         movz    \tmp, #0
  88         movk    \tmp, #0, lsl #16
  89         movk    \tmp, #0, lsl #32
  90         movk    \tmp, #0, lsl #48
  91 alternative_cb_end
  92
  93         /* reg = __pa(reg) */
  94         sub     \reg, \reg, \tmp
  95 .endm
  96
  97 /*
  98  * Convert a kernel image address to a hyp VA
  99  * reg: kernel address to be converted in place
 100  * tmp: temporary register
 101  *
 102  * The actual code generation takes place in kvm_get_kimage_voffset, and
 103  * the instructions below are only there to reserve the space and
 104  * perform the register allocation (kvm_update_kimg_phys_offset uses the
 105  * specific registers encoded in the instructions).
 106  */
 107 .macro kimg_hyp_va reg, tmp
 108 alternative_cb kvm_update_kimg_phys_offset
 109         movz    \tmp, #0
 110         movk    \tmp, #0, lsl #16
 111         movk    \tmp, #0, lsl #32
 112         movk    \tmp, #0, lsl #48
 113 alternative_cb_end
 114
 115         sub     \reg, \reg, \tmp
 116         mov_q   \tmp, PAGE_OFFSET
 117         orr     \reg, \reg, \tmp
 118         kern_hyp_va \reg
 119 .endm
 120
 121 #else
 122
 123 #include <linux/pgtable.h>
 124 #include <asm/pgalloc.h>
 125 #include <asm/cache.h>
 126 #include <asm/cacheflush.h>
 127 #include <asm/mmu_context.h>
 128
 129 void kvm_update_va_mask(struct alt_instr *alt,
 130                         __le32 *origptr, __le32 *updptr, int nr_inst);
 131 void kvm_compute_layout(void);
 132 void kvm_apply_hyp_relocations(void);
 133
 134 static __always_inline unsigned long __kern_hyp_va(unsigned long v)
 135 {
 136         asm volatile(ALTERNATIVE_CB("and %0, %0, #1\n"
 137                                     "ror %0, %0, #1\n"
 138                                     "add %0, %0, #0\n"
 139                                     "add %0, %0, #0, lsl 12\n"
 140                                     "ror %0, %0, #63\n",
 141                                     kvm_update_va_mask)
 142                      : "+r" (v));
 143         return v;
 144 }
 145
 146 #define kern_hyp_va(v)  ((typeof(v))(__kern_hyp_va((unsigned long)(v))))
 147
 148 static __always_inline unsigned long __kimg_hyp_va(unsigned long v)
 149 {
 150         unsigned long offset;
 151
 152         asm volatile(ALTERNATIVE_CB("movz %0, #0\n"
 153                                     "movk %0, #0, lsl #16\n"
 154                                     "movk %0, #0, lsl #32\n"
 155                                     "movk %0, #0, lsl #48\n",
 156                                     kvm_update_kimg_phys_offset)
 157                      : "=r" (offset));
 158
 159         return __kern_hyp_va((v - offset) | PAGE_OFFSET);
 160 }
 161
 162 #define kimg_fn_hyp_va(v)       ((typeof(*v))(__kimg_hyp_va((unsigned long)(v))))
 163
 164 #define kimg_fn_ptr(x)  (typeof(x) **)(x)
 165
 166 /*
 167  * We currently support using a VM-specified IPA size. For backward
 168  * compatibility, the default IPA size is fixed to 40bits.
 169  */
 170 #define KVM_PHYS_SHIFT  (40)
 171
 172 #define kvm_phys_shift(kvm)             VTCR_EL2_IPA(kvm->arch.vtcr)
 173 #define kvm_phys_size(kvm)              (_AC(1, ULL) << kvm_phys_shift(kvm))
 174 #define kvm_phys_mask(kvm)              (kvm_phys_size(kvm) - _AC(1, ULL))
 175
 176 #include <asm/kvm_pgtable.h>
 177 #include <asm/stage2_pgtable.h>
 178
 179 int create_hyp_mappings(void *from, void *to, enum kvm_pgtable_prot prot);
 180 int create_hyp_io_mappings(phys_addr_t phys_addr, size_t size,
 181                            void __iomem **kaddr,
 182                            void __iomem **haddr);
 183 int create_hyp_exec_mappings(phys_addr_t phys_addr, size_t size,
 184                              void **haddr);
 185 void free_hyp_pgds(void);
 186
 187 void stage2_unmap_vm(struct kvm *kvm);
 188 int kvm_init_stage2_mmu(struct kvm *kvm, struct kvm_s2_mmu *mmu);
 189 void kvm_free_stage2_pgd(struct kvm_s2_mmu *mmu);
 190 int kvm_phys_addr_ioremap(struct kvm *kvm, phys_addr_t guest_ipa,
 191                           phys_addr_t pa, unsigned long size, bool writable);
 192
 193 int kvm_handle_guest_abort(struct kvm_vcpu *vcpu);
 194
 195 phys_addr_t kvm_mmu_get_httbr(void);
 196 phys_addr_t kvm_get_idmap_vector(void);
 197 int kvm_mmu_init(void);
 198
 199 struct kvm;
 200
 201 #define kvm_flush_dcache_to_poc(a,l)    __flush_dcache_area((a), (l))
 202
 203 static inline bool vcpu_has_cache_enabled(struct kvm_vcpu *vcpu)
 204 {
 205         return (vcpu_read_sys_reg(vcpu, SCTLR_EL1) & 0b101) == 0b101;
 206 }
 207
 208 static inline void __clean_dcache_guest_page(kvm_pfn_t pfn, unsigned long size)
 209 {
 210         void *va = page_address(pfn_to_page(pfn));
 211
 212         /*
 213          * With FWB, we ensure that the guest always accesses memory using
 214          * cacheable attributes, and we don't have to clean to PoC when
 215          * faulting in pages. Furthermore, FWB implies IDC, so cleaning to
 216          * PoU is not required either in this case.
 217          */
 218         if (cpus_have_const_cap(ARM64_HAS_STAGE2_FWB))
 219                 return;
 220
 221         kvm_flush_dcache_to_poc(va, size);
 222 }
 223
 224 static inline void __invalidate_icache_guest_page(kvm_pfn_t pfn,
 225                                                   unsigned long size)
 226 {
 227         if (icache_is_aliasing()) {
 228                 /* any kind of VIPT cache */
 229                 __flush_icache_all();
 230         } else if (is_kernel_in_hyp_mode() || !icache_is_vpipt()) {
 231                 /* PIPT or VPIPT at EL2 (see comment in __kvm_tlb_flush_vmid_ipa) */
 232                 void *va = page_address(pfn_to_page(pfn));
 233
 234                 invalidate_icache_range((unsigned long)va,
 235                                         (unsigned long)va + size);
 236         }
 237 }
 238
 239 void kvm_set_way_flush(struct kvm_vcpu *vcpu);
 240 void kvm_toggle_cache(struct kvm_vcpu *vcpu, bool was_enabled);
 241
 242 static inline unsigned int kvm_get_vmid_bits(void)
 243 {
 244         int reg = read_sanitised_ftr_reg(SYS_ID_AA64MMFR1_EL1);
 245
 246         return get_vmid_bits(reg);
 247 }
 248
 249 /*
 250  * We are not in the kvm->srcu critical section most of the time, so we take
 251  * the SRCU read lock here. Since we copy the data from the user page, we
 252  * can immediately drop the lock again.
 253  */
 254 static inline int kvm_read_guest_lock(struct kvm *kvm,
 255                                       gpa_t gpa, void *data, unsigned long len)
 256 {
 257         int srcu_idx = srcu_read_lock(&kvm->srcu);
 258         int ret = kvm_read_guest(kvm, gpa, data, len);
 259
 260         srcu_read_unlock(&kvm->srcu, srcu_idx);
 261
 262         return ret;
 263 }
 264
 265 static inline int kvm_write_guest_lock(struct kvm *kvm, gpa_t gpa,
 266                                        const void *data, unsigned long len)
 267 {
 268         int srcu_idx = srcu_read_lock(&kvm->srcu);
 269         int ret = kvm_write_guest(kvm, gpa, data, len);
 270
 271         srcu_read_unlock(&kvm->srcu, srcu_idx);
 272
 273         return ret;
 274 }
 275
 276 #define kvm_phys_to_vttbr(addr)         phys_to_ttbr(addr)
 277
 278 static __always_inline u64 kvm_get_vttbr(struct kvm_s2_mmu *mmu)
 279 {
 280         struct kvm_vmid *vmid = &mmu->vmid;
 281         u64 vmid_field, baddr;
 282         u64 cnp = system_supports_cnp() ? VTTBR_CNP_BIT : 0;
 283
 284         baddr = mmu->pgd_phys;
 285         vmid_field = (u64)vmid->vmid << VTTBR_VMID_SHIFT;
 286         return kvm_phys_to_vttbr(baddr) | vmid_field | cnp;
 287 }
 288
 289 /*
 290  * Must be called from hyp code running at EL2 with an updated VTTBR
 291  * and interrupts disabled.
 292  */
 293 static __always_inline void __load_guest_stage2(struct kvm_s2_mmu *mmu)
 294 {
 295         write_sysreg(kern_hyp_va(mmu->kvm)->arch.vtcr, vtcr_el2);
 296         write_sysreg(kvm_get_vttbr(mmu), vttbr_el2);
 297
 298         /*
 299          * ARM errata 1165522 and 1530923 require the actual execution of the
 300          * above before we can switch to the EL1/EL0 translation regime used by
 301          * the guest.
 302          */
 303         asm(ALTERNATIVE("nop", "isb", ARM64_WORKAROUND_SPECULATIVE_AT));
 304 }
 305
 306 #endif /* __ASSEMBLY__ */
 307 #endif /* __ARM64_KVM_MMU_H__ */