Merge tag 'devprop-5.1-rc2' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/rafael...
[linux-2.6-microblaze.git] / arch / arm64 / kernel / fpsimd.c
1 /*
2  * FP/SIMD context switching and fault handling
3  *
4  * Copyright (C) 2012 ARM Ltd.
5  * Author: Catalin Marinas <catalin.marinas@arm.com>
6  *
7  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
8  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
9  * published by the Free Software Foundation.
10  *
11  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14  * GNU General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
17  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18  */
19
20 #include <linux/bitmap.h>
21 #include <linux/bottom_half.h>
22 #include <linux/bug.h>
23 #include <linux/cache.h>
24 #include <linux/compat.h>
25 #include <linux/cpu.h>
26 #include <linux/cpu_pm.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/linkage.h>
29 #include <linux/irqflags.h>
30 #include <linux/init.h>
31 #include <linux/percpu.h>
32 #include <linux/prctl.h>
33 #include <linux/preempt.h>
34 #include <linux/ptrace.h>
35 #include <linux/sched/signal.h>
36 #include <linux/sched/task_stack.h>
37 #include <linux/signal.h>
38 #include <linux/slab.h>
39 #include <linux/stddef.h>
40 #include <linux/sysctl.h>
41
42 #include <asm/esr.h>
43 #include <asm/fpsimd.h>
44 #include <asm/cpufeature.h>
45 #include <asm/cputype.h>
46 #include <asm/processor.h>
47 #include <asm/simd.h>
48 #include <asm/sigcontext.h>
49 #include <asm/sysreg.h>
50 #include <asm/traps.h>
51
52 #define FPEXC_IOF       (1 << 0)
53 #define FPEXC_DZF       (1 << 1)
54 #define FPEXC_OFF       (1 << 2)
55 #define FPEXC_UFF       (1 << 3)
56 #define FPEXC_IXF       (1 << 4)
57 #define FPEXC_IDF       (1 << 7)
58
59 /*
60  * (Note: in this discussion, statements about FPSIMD apply equally to SVE.)
61  *
62  * In order to reduce the number of times the FPSIMD state is needlessly saved
63  * and restored, we need to keep track of two things:
64  * (a) for each task, we need to remember which CPU was the last one to have
65  *     the task's FPSIMD state loaded into its FPSIMD registers;
66  * (b) for each CPU, we need to remember which task's userland FPSIMD state has
67  *     been loaded into its FPSIMD registers most recently, or whether it has
68  *     been used to perform kernel mode NEON in the meantime.
69  *
70  * For (a), we add a fpsimd_cpu field to thread_struct, which gets updated to
71  * the id of the current CPU every time the state is loaded onto a CPU. For (b),
72  * we add the per-cpu variable 'fpsimd_last_state' (below), which contains the
73  * address of the userland FPSIMD state of the task that was loaded onto the CPU
74  * the most recently, or NULL if kernel mode NEON has been performed after that.
75  *
76  * With this in place, we no longer have to restore the next FPSIMD state right
77  * when switching between tasks. Instead, we can defer this check to userland
78  * resume, at which time we verify whether the CPU's fpsimd_last_state and the
79  * task's fpsimd_cpu are still mutually in sync. If this is the case, we
80  * can omit the FPSIMD restore.
81  *
82  * As an optimization, we use the thread_info flag TIF_FOREIGN_FPSTATE to
83  * indicate whether or not the userland FPSIMD state of the current task is
84  * present in the registers. The flag is set unless the FPSIMD registers of this
85  * CPU currently contain the most recent userland FPSIMD state of the current
86  * task.
87  *
88  * In order to allow softirq handlers to use FPSIMD, kernel_neon_begin() may
89  * save the task's FPSIMD context back to task_struct from softirq context.
90  * To prevent this from racing with the manipulation of the task's FPSIMD state
91  * from task context and thereby corrupting the state, it is necessary to
92  * protect any manipulation of a task's fpsimd_state or TIF_FOREIGN_FPSTATE
93  * flag with local_bh_disable() unless softirqs are already masked.
94  *
95  * For a certain task, the sequence may look something like this:
96  * - the task gets scheduled in; if both the task's fpsimd_cpu field
97  *   contains the id of the current CPU, and the CPU's fpsimd_last_state per-cpu
98  *   variable points to the task's fpsimd_state, the TIF_FOREIGN_FPSTATE flag is
99  *   cleared, otherwise it is set;
100  *
101  * - the task returns to userland; if TIF_FOREIGN_FPSTATE is set, the task's
102  *   userland FPSIMD state is copied from memory to the registers, the task's
103  *   fpsimd_cpu field is set to the id of the current CPU, the current
104  *   CPU's fpsimd_last_state pointer is set to this task's fpsimd_state and the
105  *   TIF_FOREIGN_FPSTATE flag is cleared;
106  *
107  * - the task executes an ordinary syscall; upon return to userland, the
108  *   TIF_FOREIGN_FPSTATE flag will still be cleared, so no FPSIMD state is
109  *   restored;
110  *
111  * - the task executes a syscall which executes some NEON instructions; this is
112  *   preceded by a call to kernel_neon_begin(), which copies the task's FPSIMD
113  *   register contents to memory, clears the fpsimd_last_state per-cpu variable
114  *   and sets the TIF_FOREIGN_FPSTATE flag;
115  *
116  * - the task gets preempted after kernel_neon_end() is called; as we have not
117  *   returned from the 2nd syscall yet, TIF_FOREIGN_FPSTATE is still set so
118  *   whatever is in the FPSIMD registers is not saved to memory, but discarded.
119  */
120 struct fpsimd_last_state_struct {
121         struct user_fpsimd_state *st;
122 };
123
124 static DEFINE_PER_CPU(struct fpsimd_last_state_struct, fpsimd_last_state);
125
126 /* Default VL for tasks that don't set it explicitly: */
127 static int sve_default_vl = -1;
128
129 #ifdef CONFIG_ARM64_SVE
130
131 /* Maximum supported vector length across all CPUs (initially poisoned) */
132 int __ro_after_init sve_max_vl = SVE_VL_MIN;
133 /* Set of available vector lengths, as vq_to_bit(vq): */
134 static __ro_after_init DECLARE_BITMAP(sve_vq_map, SVE_VQ_MAX);
135 static void __percpu *efi_sve_state;
136
137 #else /* ! CONFIG_ARM64_SVE */
138
139 /* Dummy declaration for code that will be optimised out: */
140 extern __ro_after_init DECLARE_BITMAP(sve_vq_map, SVE_VQ_MAX);
141 extern void __percpu *efi_sve_state;
142
143 #endif /* ! CONFIG_ARM64_SVE */
144
145 /*
146  * Call __sve_free() directly only if you know task can't be scheduled
147  * or preempted.
148  */
149 static void __sve_free(struct task_struct *task)
150 {
151         kfree(task->thread.sve_state);
152         task->thread.sve_state = NULL;
153 }
154
155 static void sve_free(struct task_struct *task)
156 {
157         WARN_ON(test_tsk_thread_flag(task, TIF_SVE));
158
159         __sve_free(task);
160 }
161
162 /*
163  * TIF_SVE controls whether a task can use SVE without trapping while
164  * in userspace, and also the way a task's FPSIMD/SVE state is stored
165  * in thread_struct.
166  *
167  * The kernel uses this flag to track whether a user task is actively
168  * using SVE, and therefore whether full SVE register state needs to
169  * be tracked.  If not, the cheaper FPSIMD context handling code can
170  * be used instead of the more costly SVE equivalents.
171  *
172  *  * TIF_SVE set:
173  *
174  *    The task can execute SVE instructions while in userspace without
175  *    trapping to the kernel.
176  *
177  *    When stored, Z0-Z31 (incorporating Vn in bits[127:0] or the
178  *    corresponding Zn), P0-P15 and FFR are encoded in in
179  *    task->thread.sve_state, formatted appropriately for vector
180  *    length task->thread.sve_vl.
181  *
182  *    task->thread.sve_state must point to a valid buffer at least
183  *    sve_state_size(task) bytes in size.
184  *
185  *    During any syscall, the kernel may optionally clear TIF_SVE and
186  *    discard the vector state except for the FPSIMD subset.
187  *
188  *  * TIF_SVE clear:
189  *
190  *    An attempt by the user task to execute an SVE instruction causes
191  *    do_sve_acc() to be called, which does some preparation and then
192  *    sets TIF_SVE.
193  *
194  *    When stored, FPSIMD registers V0-V31 are encoded in
195  *    task->thread.uw.fpsimd_state; bits [max : 128] for each of Z0-Z31 are
196  *    logically zero but not stored anywhere; P0-P15 and FFR are not
197  *    stored and have unspecified values from userspace's point of
198  *    view.  For hygiene purposes, the kernel zeroes them on next use,
199  *    but userspace is discouraged from relying on this.
200  *
201  *    task->thread.sve_state does not need to be non-NULL, valid or any
202  *    particular size: it must not be dereferenced.
203  *
204  *  * FPSR and FPCR are always stored in task->thread.uw.fpsimd_state
205  *    irrespective of whether TIF_SVE is clear or set, since these are
206  *    not vector length dependent.
207  */
208
209 /*
210  * Update current's FPSIMD/SVE registers from thread_struct.
211  *
212  * This function should be called only when the FPSIMD/SVE state in
213  * thread_struct is known to be up to date, when preparing to enter
214  * userspace.
215  *
216  * Softirqs (and preemption) must be disabled.
217  */
218 static void task_fpsimd_load(void)
219 {
220         WARN_ON(!in_softirq() && !irqs_disabled());
221
222         if (system_supports_sve() && test_thread_flag(TIF_SVE))
223                 sve_load_state(sve_pffr(&current->thread),
224                                &current->thread.uw.fpsimd_state.fpsr,
225                                sve_vq_from_vl(current->thread.sve_vl) - 1);
226         else
227                 fpsimd_load_state(&current->thread.uw.fpsimd_state);
228 }
229
230 /*
231  * Ensure FPSIMD/SVE storage in memory for the loaded context is up to
232  * date with respect to the CPU registers.
233  *
234  * Softirqs (and preemption) must be disabled.
235  */
236 void fpsimd_save(void)
237 {
238         struct user_fpsimd_state *st = __this_cpu_read(fpsimd_last_state.st);
239         /* set by fpsimd_bind_task_to_cpu() or fpsimd_bind_state_to_cpu() */
240
241         WARN_ON(!in_softirq() && !irqs_disabled());
242
243         if (!test_thread_flag(TIF_FOREIGN_FPSTATE)) {
244                 if (system_supports_sve() && test_thread_flag(TIF_SVE)) {
245                         if (WARN_ON(sve_get_vl() != current->thread.sve_vl)) {
246                                 /*
247                                  * Can't save the user regs, so current would
248                                  * re-enter user with corrupt state.
249                                  * There's no way to recover, so kill it:
250                                  */
251                                 force_signal_inject(SIGKILL, SI_KERNEL, 0);
252                                 return;
253                         }
254
255                         sve_save_state(sve_pffr(&current->thread), &st->fpsr);
256                 } else
257                         fpsimd_save_state(st);
258         }
259 }
260
261 /*
262  * Helpers to translate bit indices in sve_vq_map to VQ values (and
263  * vice versa).  This allows find_next_bit() to be used to find the
264  * _maximum_ VQ not exceeding a certain value.
265  */
266
267 static unsigned int vq_to_bit(unsigned int vq)
268 {
269         return SVE_VQ_MAX - vq;
270 }
271
272 static unsigned int bit_to_vq(unsigned int bit)
273 {
274         if (WARN_ON(bit >= SVE_VQ_MAX))
275                 bit = SVE_VQ_MAX - 1;
276
277         return SVE_VQ_MAX - bit;
278 }
279
280 /*
281  * All vector length selection from userspace comes through here.
282  * We're on a slow path, so some sanity-checks are included.
283  * If things go wrong there's a bug somewhere, but try to fall back to a
284  * safe choice.
285  */
286 static unsigned int find_supported_vector_length(unsigned int vl)
287 {
288         int bit;
289         int max_vl = sve_max_vl;
290
291         if (WARN_ON(!sve_vl_valid(vl)))
292                 vl = SVE_VL_MIN;
293
294         if (WARN_ON(!sve_vl_valid(max_vl)))
295                 max_vl = SVE_VL_MIN;
296
297         if (vl > max_vl)
298                 vl = max_vl;
299
300         bit = find_next_bit(sve_vq_map, SVE_VQ_MAX,
301                             vq_to_bit(sve_vq_from_vl(vl)));
302         return sve_vl_from_vq(bit_to_vq(bit));
303 }
304
305 #ifdef CONFIG_SYSCTL
306
307 static int sve_proc_do_default_vl(struct ctl_table *table, int write,
308                                   void __user *buffer, size_t *lenp,
309                                   loff_t *ppos)
310 {
311         int ret;
312         int vl = sve_default_vl;
313         struct ctl_table tmp_table = {
314                 .data = &vl,
315                 .maxlen = sizeof(vl),
316         };
317
318         ret = proc_dointvec(&tmp_table, write, buffer, lenp, ppos);
319         if (ret || !write)
320                 return ret;
321
322         /* Writing -1 has the special meaning "set to max": */
323         if (vl == -1)
324                 vl = sve_max_vl;
325
326         if (!sve_vl_valid(vl))
327                 return -EINVAL;
328
329         sve_default_vl = find_supported_vector_length(vl);
330         return 0;
331 }
332
333 static struct ctl_table sve_default_vl_table[] = {
334         {
335                 .procname       = "sve_default_vector_length",
336                 .mode           = 0644,
337                 .proc_handler   = sve_proc_do_default_vl,
338         },
339         { }
340 };
341
342 static int __init sve_sysctl_init(void)
343 {
344         if (system_supports_sve())
345                 if (!register_sysctl("abi", sve_default_vl_table))
346                         return -EINVAL;
347
348         return 0;
349 }
350
351 #else /* ! CONFIG_SYSCTL */
352 static int __init sve_sysctl_init(void) { return 0; }
353 #endif /* ! CONFIG_SYSCTL */
354
355 #define ZREG(sve_state, vq, n) ((char *)(sve_state) +           \
356         (SVE_SIG_ZREG_OFFSET(vq, n) - SVE_SIG_REGS_OFFSET))
357
358 /*
359  * Transfer the FPSIMD state in task->thread.uw.fpsimd_state to
360  * task->thread.sve_state.
361  *
362  * Task can be a non-runnable task, or current.  In the latter case,
363  * softirqs (and preemption) must be disabled.
364  * task->thread.sve_state must point to at least sve_state_size(task)
365  * bytes of allocated kernel memory.
366  * task->thread.uw.fpsimd_state must be up to date before calling this
367  * function.
368  */
369 static void fpsimd_to_sve(struct task_struct *task)
370 {
371         unsigned int vq;
372         void *sst = task->thread.sve_state;
373         struct user_fpsimd_state const *fst = &task->thread.uw.fpsimd_state;
374         unsigned int i;
375
376         if (!system_supports_sve())
377                 return;
378
379         vq = sve_vq_from_vl(task->thread.sve_vl);
380         for (i = 0; i < 32; ++i)
381                 memcpy(ZREG(sst, vq, i), &fst->vregs[i],
382                        sizeof(fst->vregs[i]));
383 }
384
385 /*
386  * Transfer the SVE state in task->thread.sve_state to
387  * task->thread.uw.fpsimd_state.
388  *
389  * Task can be a non-runnable task, or current.  In the latter case,
390  * softirqs (and preemption) must be disabled.
391  * task->thread.sve_state must point to at least sve_state_size(task)
392  * bytes of allocated kernel memory.
393  * task->thread.sve_state must be up to date before calling this function.
394  */
395 static void sve_to_fpsimd(struct task_struct *task)
396 {
397         unsigned int vq;
398         void const *sst = task->thread.sve_state;
399         struct user_fpsimd_state *fst = &task->thread.uw.fpsimd_state;
400         unsigned int i;
401
402         if (!system_supports_sve())
403                 return;
404
405         vq = sve_vq_from_vl(task->thread.sve_vl);
406         for (i = 0; i < 32; ++i)
407                 memcpy(&fst->vregs[i], ZREG(sst, vq, i),
408                        sizeof(fst->vregs[i]));
409 }
410
411 #ifdef CONFIG_ARM64_SVE
412
413 /*
414  * Return how many bytes of memory are required to store the full SVE
415  * state for task, given task's currently configured vector length.
416  */
417 size_t sve_state_size(struct task_struct const *task)
418 {
419         return SVE_SIG_REGS_SIZE(sve_vq_from_vl(task->thread.sve_vl));
420 }
421
422 /*
423  * Ensure that task->thread.sve_state is allocated and sufficiently large.
424  *
425  * This function should be used only in preparation for replacing
426  * task->thread.sve_state with new data.  The memory is always zeroed
427  * here to prevent stale data from showing through: this is done in
428  * the interest of testability and predictability: except in the
429  * do_sve_acc() case, there is no ABI requirement to hide stale data
430  * written previously be task.
431  */
432 void sve_alloc(struct task_struct *task)
433 {
434         if (task->thread.sve_state) {
435                 memset(task->thread.sve_state, 0, sve_state_size(current));
436                 return;
437         }
438
439         /* This is a small allocation (maximum ~8KB) and Should Not Fail. */
440         task->thread.sve_state =
441                 kzalloc(sve_state_size(task), GFP_KERNEL);
442
443         /*
444          * If future SVE revisions can have larger vectors though,
445          * this may cease to be true:
446          */
447         BUG_ON(!task->thread.sve_state);
448 }
449
450
451 /*
452  * Ensure that task->thread.sve_state is up to date with respect to
453  * the user task, irrespective of when SVE is in use or not.
454  *
455  * This should only be called by ptrace.  task must be non-runnable.
456  * task->thread.sve_state must point to at least sve_state_size(task)
457  * bytes of allocated kernel memory.
458  */
459 void fpsimd_sync_to_sve(struct task_struct *task)
460 {
461         if (!test_tsk_thread_flag(task, TIF_SVE))
462                 fpsimd_to_sve(task);
463 }
464
465 /*
466  * Ensure that task->thread.uw.fpsimd_state is up to date with respect to
467  * the user task, irrespective of whether SVE is in use or not.
468  *
469  * This should only be called by ptrace.  task must be non-runnable.
470  * task->thread.sve_state must point to at least sve_state_size(task)
471  * bytes of allocated kernel memory.
472  */
473 void sve_sync_to_fpsimd(struct task_struct *task)
474 {
475         if (test_tsk_thread_flag(task, TIF_SVE))
476                 sve_to_fpsimd(task);
477 }
478
479 /*
480  * Ensure that task->thread.sve_state is up to date with respect to
481  * the task->thread.uw.fpsimd_state.
482  *
483  * This should only be called by ptrace to merge new FPSIMD register
484  * values into a task for which SVE is currently active.
485  * task must be non-runnable.
486  * task->thread.sve_state must point to at least sve_state_size(task)
487  * bytes of allocated kernel memory.
488  * task->thread.uw.fpsimd_state must already have been initialised with
489  * the new FPSIMD register values to be merged in.
490  */
491 void sve_sync_from_fpsimd_zeropad(struct task_struct *task)
492 {
493         unsigned int vq;
494         void *sst = task->thread.sve_state;
495         struct user_fpsimd_state const *fst = &task->thread.uw.fpsimd_state;
496         unsigned int i;
497
498         if (!test_tsk_thread_flag(task, TIF_SVE))
499                 return;
500
501         vq = sve_vq_from_vl(task->thread.sve_vl);
502
503         memset(sst, 0, SVE_SIG_REGS_SIZE(vq));
504
505         for (i = 0; i < 32; ++i)
506                 memcpy(ZREG(sst, vq, i), &fst->vregs[i],
507                        sizeof(fst->vregs[i]));
508 }
509
510 int sve_set_vector_length(struct task_struct *task,
511                           unsigned long vl, unsigned long flags)
512 {
513         if (flags & ~(unsigned long)(PR_SVE_VL_INHERIT |
514                                      PR_SVE_SET_VL_ONEXEC))
515                 return -EINVAL;
516
517         if (!sve_vl_valid(vl))
518                 return -EINVAL;
519
520         /*
521          * Clamp to the maximum vector length that VL-agnostic SVE code can
522          * work with.  A flag may be assigned in the future to allow setting
523          * of larger vector lengths without confusing older software.
524          */
525         if (vl > SVE_VL_ARCH_MAX)
526                 vl = SVE_VL_ARCH_MAX;
527
528         vl = find_supported_vector_length(vl);
529
530         if (flags & (PR_SVE_VL_INHERIT |
531                      PR_SVE_SET_VL_ONEXEC))
532                 task->thread.sve_vl_onexec = vl;
533         else
534                 /* Reset VL to system default on next exec: */
535                 task->thread.sve_vl_onexec = 0;
536
537         /* Only actually set the VL if not deferred: */
538         if (flags & PR_SVE_SET_VL_ONEXEC)
539                 goto out;
540
541         if (vl == task->thread.sve_vl)
542                 goto out;
543
544         /*
545          * To ensure the FPSIMD bits of the SVE vector registers are preserved,
546          * write any live register state back to task_struct, and convert to a
547          * non-SVE thread.
548          */
549         if (task == current) {
550                 local_bh_disable();
551
552                 fpsimd_save();
553                 set_thread_flag(TIF_FOREIGN_FPSTATE);
554         }
555
556         fpsimd_flush_task_state(task);
557         if (test_and_clear_tsk_thread_flag(task, TIF_SVE))
558                 sve_to_fpsimd(task);
559
560         if (task == current)
561                 local_bh_enable();
562
563         /*
564          * Force reallocation of task SVE state to the correct size
565          * on next use:
566          */
567         sve_free(task);
568
569         task->thread.sve_vl = vl;
570
571 out:
572         update_tsk_thread_flag(task, TIF_SVE_VL_INHERIT,
573                                flags & PR_SVE_VL_INHERIT);
574
575         return 0;
576 }
577
578 /*
579  * Encode the current vector length and flags for return.
580  * This is only required for prctl(): ptrace has separate fields
581  *
582  * flags are as for sve_set_vector_length().
583  */
584 static int sve_prctl_status(unsigned long flags)
585 {
586         int ret;
587
588         if (flags & PR_SVE_SET_VL_ONEXEC)
589                 ret = current->thread.sve_vl_onexec;
590         else
591                 ret = current->thread.sve_vl;
592
593         if (test_thread_flag(TIF_SVE_VL_INHERIT))
594                 ret |= PR_SVE_VL_INHERIT;
595
596         return ret;
597 }
598
599 /* PR_SVE_SET_VL */
600 int sve_set_current_vl(unsigned long arg)
601 {
602         unsigned long vl, flags;
603         int ret;
604
605         vl = arg & PR_SVE_VL_LEN_MASK;
606         flags = arg & ~vl;
607
608         if (!system_supports_sve())
609                 return -EINVAL;
610
611         ret = sve_set_vector_length(current, vl, flags);
612         if (ret)
613                 return ret;
614
615         return sve_prctl_status(flags);
616 }
617
618 /* PR_SVE_GET_VL */
619 int sve_get_current_vl(void)
620 {
621         if (!system_supports_sve())
622                 return -EINVAL;
623
624         return sve_prctl_status(0);
625 }
626
627 /*
628  * Bitmap for temporary storage of the per-CPU set of supported vector lengths
629  * during secondary boot.
630  */
631 static DECLARE_BITMAP(sve_secondary_vq_map, SVE_VQ_MAX);
632
633 static void sve_probe_vqs(DECLARE_BITMAP(map, SVE_VQ_MAX))
634 {
635         unsigned int vq, vl;
636         unsigned long zcr;
637
638         bitmap_zero(map, SVE_VQ_MAX);
639
640         zcr = ZCR_ELx_LEN_MASK;
641         zcr = read_sysreg_s(SYS_ZCR_EL1) & ~zcr;
642
643         for (vq = SVE_VQ_MAX; vq >= SVE_VQ_MIN; --vq) {
644                 write_sysreg_s(zcr | (vq - 1), SYS_ZCR_EL1); /* self-syncing */
645                 vl = sve_get_vl();
646                 vq = sve_vq_from_vl(vl); /* skip intervening lengths */
647                 set_bit(vq_to_bit(vq), map);
648         }
649 }
650
651 void __init sve_init_vq_map(void)
652 {
653         sve_probe_vqs(sve_vq_map);
654 }
655
656 /*
657  * If we haven't committed to the set of supported VQs yet, filter out
658  * those not supported by the current CPU.
659  */
660 void sve_update_vq_map(void)
661 {
662         sve_probe_vqs(sve_secondary_vq_map);
663         bitmap_and(sve_vq_map, sve_vq_map, sve_secondary_vq_map, SVE_VQ_MAX);
664 }
665
666 /* Check whether the current CPU supports all VQs in the committed set */
667 int sve_verify_vq_map(void)
668 {
669         int ret = 0;
670
671         sve_probe_vqs(sve_secondary_vq_map);
672         bitmap_andnot(sve_secondary_vq_map, sve_vq_map, sve_secondary_vq_map,
673                       SVE_VQ_MAX);
674         if (!bitmap_empty(sve_secondary_vq_map, SVE_VQ_MAX)) {
675                 pr_warn("SVE: cpu%d: Required vector length(s) missing\n",
676                         smp_processor_id());
677                 ret = -EINVAL;
678         }
679
680         return ret;
681 }
682
683 static void __init sve_efi_setup(void)
684 {
685         if (!IS_ENABLED(CONFIG_EFI))
686                 return;
687
688         /*
689          * alloc_percpu() warns and prints a backtrace if this goes wrong.
690          * This is evidence of a crippled system and we are returning void,
691          * so no attempt is made to handle this situation here.
692          */
693         if (!sve_vl_valid(sve_max_vl))
694                 goto fail;
695
696         efi_sve_state = __alloc_percpu(
697                 SVE_SIG_REGS_SIZE(sve_vq_from_vl(sve_max_vl)), SVE_VQ_BYTES);
698         if (!efi_sve_state)
699                 goto fail;
700
701         return;
702
703 fail:
704         panic("Cannot allocate percpu memory for EFI SVE save/restore");
705 }
706
707 /*
708  * Enable SVE for EL1.
709  * Intended for use by the cpufeatures code during CPU boot.
710  */
711 void sve_kernel_enable(const struct arm64_cpu_capabilities *__always_unused p)
712 {
713         write_sysreg(read_sysreg(CPACR_EL1) | CPACR_EL1_ZEN_EL1EN, CPACR_EL1);
714         isb();
715 }
716
717 /*
718  * Read the pseudo-ZCR used by cpufeatures to identify the supported SVE
719  * vector length.
720  *
721  * Use only if SVE is present.
722  * This function clobbers the SVE vector length.
723  */
724 u64 read_zcr_features(void)
725 {
726         u64 zcr;
727         unsigned int vq_max;
728
729         /*
730          * Set the maximum possible VL, and write zeroes to all other
731          * bits to see if they stick.
732          */
733         sve_kernel_enable(NULL);
734         write_sysreg_s(ZCR_ELx_LEN_MASK, SYS_ZCR_EL1);
735
736         zcr = read_sysreg_s(SYS_ZCR_EL1);
737         zcr &= ~(u64)ZCR_ELx_LEN_MASK; /* find sticky 1s outside LEN field */
738         vq_max = sve_vq_from_vl(sve_get_vl());
739         zcr |= vq_max - 1; /* set LEN field to maximum effective value */
740
741         return zcr;
742 }
743
744 void __init sve_setup(void)
745 {
746         u64 zcr;
747
748         if (!system_supports_sve())
749                 return;
750
751         /*
752          * The SVE architecture mandates support for 128-bit vectors,
753          * so sve_vq_map must have at least SVE_VQ_MIN set.
754          * If something went wrong, at least try to patch it up:
755          */
756         if (WARN_ON(!test_bit(vq_to_bit(SVE_VQ_MIN), sve_vq_map)))
757                 set_bit(vq_to_bit(SVE_VQ_MIN), sve_vq_map);
758
759         zcr = read_sanitised_ftr_reg(SYS_ZCR_EL1);
760         sve_max_vl = sve_vl_from_vq((zcr & ZCR_ELx_LEN_MASK) + 1);
761
762         /*
763          * Sanity-check that the max VL we determined through CPU features
764          * corresponds properly to sve_vq_map.  If not, do our best:
765          */
766         if (WARN_ON(sve_max_vl != find_supported_vector_length(sve_max_vl)))
767                 sve_max_vl = find_supported_vector_length(sve_max_vl);
768
769         /*
770          * For the default VL, pick the maximum supported value <= 64.
771          * VL == 64 is guaranteed not to grow the signal frame.
772          */
773         sve_default_vl = find_supported_vector_length(64);
774
775         pr_info("SVE: maximum available vector length %u bytes per vector\n",
776                 sve_max_vl);
777         pr_info("SVE: default vector length %u bytes per vector\n",
778                 sve_default_vl);
779
780         sve_efi_setup();
781 }
782
783 /*
784  * Called from the put_task_struct() path, which cannot get here
785  * unless dead_task is really dead and not schedulable.
786  */
787 void fpsimd_release_task(struct task_struct *dead_task)
788 {
789         __sve_free(dead_task);
790 }
791
792 #endif /* CONFIG_ARM64_SVE */
793
794 /*
795  * Trapped SVE access
796  *
797  * Storage is allocated for the full SVE state, the current FPSIMD
798  * register contents are migrated across, and TIF_SVE is set so that
799  * the SVE access trap will be disabled the next time this task
800  * reaches ret_to_user.
801  *
802  * TIF_SVE should be clear on entry: otherwise, task_fpsimd_load()
803  * would have disabled the SVE access trap for userspace during
804  * ret_to_user, making an SVE access trap impossible in that case.
805  */
806 asmlinkage void do_sve_acc(unsigned int esr, struct pt_regs *regs)
807 {
808         /* Even if we chose not to use SVE, the hardware could still trap: */
809         if (unlikely(!system_supports_sve()) || WARN_ON(is_compat_task())) {
810                 force_signal_inject(SIGILL, ILL_ILLOPC, regs->pc);
811                 return;
812         }
813
814         sve_alloc(current);
815
816         local_bh_disable();
817
818         fpsimd_save();
819         fpsimd_to_sve(current);
820
821         /* Force ret_to_user to reload the registers: */
822         fpsimd_flush_task_state(current);
823         set_thread_flag(TIF_FOREIGN_FPSTATE);
824
825         if (test_and_set_thread_flag(TIF_SVE))
826                 WARN_ON(1); /* SVE access shouldn't have trapped */
827
828         local_bh_enable();
829 }
830
831 /*
832  * Trapped FP/ASIMD access.
833  */
834 asmlinkage void do_fpsimd_acc(unsigned int esr, struct pt_regs *regs)
835 {
836         /* TODO: implement lazy context saving/restoring */
837         WARN_ON(1);
838 }
839
840 /*
841  * Raise a SIGFPE for the current process.
842  */
843 asmlinkage void do_fpsimd_exc(unsigned int esr, struct pt_regs *regs)
844 {
845         unsigned int si_code = FPE_FLTUNK;
846
847         if (esr & ESR_ELx_FP_EXC_TFV) {
848                 if (esr & FPEXC_IOF)
849                         si_code = FPE_FLTINV;
850                 else if (esr & FPEXC_DZF)
851                         si_code = FPE_FLTDIV;
852                 else if (esr & FPEXC_OFF)
853                         si_code = FPE_FLTOVF;
854                 else if (esr & FPEXC_UFF)
855                         si_code = FPE_FLTUND;
856                 else if (esr & FPEXC_IXF)
857                         si_code = FPE_FLTRES;
858         }
859
860         send_sig_fault(SIGFPE, si_code,
861                        (void __user *)instruction_pointer(regs),
862                        current);
863 }
864
865 void fpsimd_thread_switch(struct task_struct *next)
866 {
867         bool wrong_task, wrong_cpu;
868
869         if (!system_supports_fpsimd())
870                 return;
871
872         /* Save unsaved fpsimd state, if any: */
873         fpsimd_save();
874
875         /*
876          * Fix up TIF_FOREIGN_FPSTATE to correctly describe next's
877          * state.  For kernel threads, FPSIMD registers are never loaded
878          * and wrong_task and wrong_cpu will always be true.
879          */
880         wrong_task = __this_cpu_read(fpsimd_last_state.st) !=
881                                         &next->thread.uw.fpsimd_state;
882         wrong_cpu = next->thread.fpsimd_cpu != smp_processor_id();
883
884         update_tsk_thread_flag(next, TIF_FOREIGN_FPSTATE,
885                                wrong_task || wrong_cpu);
886 }
887
888 void fpsimd_flush_thread(void)
889 {
890         int vl, supported_vl;
891
892         if (!system_supports_fpsimd())
893                 return;
894
895         local_bh_disable();
896
897         memset(&current->thread.uw.fpsimd_state, 0,
898                sizeof(current->thread.uw.fpsimd_state));
899         fpsimd_flush_task_state(current);
900
901         if (system_supports_sve()) {
902                 clear_thread_flag(TIF_SVE);
903                 sve_free(current);
904
905                 /*
906                  * Reset the task vector length as required.
907                  * This is where we ensure that all user tasks have a valid
908                  * vector length configured: no kernel task can become a user
909                  * task without an exec and hence a call to this function.
910                  * By the time the first call to this function is made, all
911                  * early hardware probing is complete, so sve_default_vl
912                  * should be valid.
913                  * If a bug causes this to go wrong, we make some noise and
914                  * try to fudge thread.sve_vl to a safe value here.
915                  */
916                 vl = current->thread.sve_vl_onexec ?
917                         current->thread.sve_vl_onexec : sve_default_vl;
918
919                 if (WARN_ON(!sve_vl_valid(vl)))
920                         vl = SVE_VL_MIN;
921
922                 supported_vl = find_supported_vector_length(vl);
923                 if (WARN_ON(supported_vl != vl))
924                         vl = supported_vl;
925
926                 current->thread.sve_vl = vl;
927
928                 /*
929                  * If the task is not set to inherit, ensure that the vector
930                  * length will be reset by a subsequent exec:
931                  */
932                 if (!test_thread_flag(TIF_SVE_VL_INHERIT))
933                         current->thread.sve_vl_onexec = 0;
934         }
935
936         set_thread_flag(TIF_FOREIGN_FPSTATE);
937
938         local_bh_enable();
939 }
940
941 /*
942  * Save the userland FPSIMD state of 'current' to memory, but only if the state
943  * currently held in the registers does in fact belong to 'current'
944  */
945 void fpsimd_preserve_current_state(void)
946 {
947         if (!system_supports_fpsimd())
948                 return;
949
950         local_bh_disable();
951         fpsimd_save();
952         local_bh_enable();
953 }
954
955 /*
956  * Like fpsimd_preserve_current_state(), but ensure that
957  * current->thread.uw.fpsimd_state is updated so that it can be copied to
958  * the signal frame.
959  */
960 void fpsimd_signal_preserve_current_state(void)
961 {
962         fpsimd_preserve_current_state();
963         if (system_supports_sve() && test_thread_flag(TIF_SVE))
964                 sve_to_fpsimd(current);
965 }
966
967 /*
968  * Associate current's FPSIMD context with this cpu
969  * Preemption must be disabled when calling this function.
970  */
971 void fpsimd_bind_task_to_cpu(void)
972 {
973         struct fpsimd_last_state_struct *last =
974                 this_cpu_ptr(&fpsimd_last_state);
975
976         last->st = &current->thread.uw.fpsimd_state;
977         current->thread.fpsimd_cpu = smp_processor_id();
978
979         if (system_supports_sve()) {
980                 /* Toggle SVE trapping for userspace if needed */
981                 if (test_thread_flag(TIF_SVE))
982                         sve_user_enable();
983                 else
984                         sve_user_disable();
985
986                 /* Serialised by exception return to user */
987         }
988 }
989
990 void fpsimd_bind_state_to_cpu(struct user_fpsimd_state *st)
991 {
992         struct fpsimd_last_state_struct *last =
993                 this_cpu_ptr(&fpsimd_last_state);
994
995         WARN_ON(!in_softirq() && !irqs_disabled());
996
997         last->st = st;
998 }
999
1000 /*
1001  * Load the userland FPSIMD state of 'current' from memory, but only if the
1002  * FPSIMD state already held in the registers is /not/ the most recent FPSIMD
1003  * state of 'current'
1004  */
1005 void fpsimd_restore_current_state(void)
1006 {
1007         if (!system_supports_fpsimd())
1008                 return;
1009
1010         local_bh_disable();
1011
1012         if (test_and_clear_thread_flag(TIF_FOREIGN_FPSTATE)) {
1013                 task_fpsimd_load();
1014                 fpsimd_bind_task_to_cpu();
1015         }
1016
1017         local_bh_enable();
1018 }
1019
1020 /*
1021  * Load an updated userland FPSIMD state for 'current' from memory and set the
1022  * flag that indicates that the FPSIMD register contents are the most recent
1023  * FPSIMD state of 'current'
1024  */
1025 void fpsimd_update_current_state(struct user_fpsimd_state const *state)
1026 {
1027         if (!system_supports_fpsimd())
1028                 return;
1029
1030         local_bh_disable();
1031
1032         current->thread.uw.fpsimd_state = *state;
1033         if (system_supports_sve() && test_thread_flag(TIF_SVE))
1034                 fpsimd_to_sve(current);
1035
1036         task_fpsimd_load();
1037         fpsimd_bind_task_to_cpu();
1038
1039         clear_thread_flag(TIF_FOREIGN_FPSTATE);
1040
1041         local_bh_enable();
1042 }
1043
1044 /*
1045  * Invalidate live CPU copies of task t's FPSIMD state
1046  */
1047 void fpsimd_flush_task_state(struct task_struct *t)
1048 {
1049         t->thread.fpsimd_cpu = NR_CPUS;
1050 }
1051
1052 void fpsimd_flush_cpu_state(void)
1053 {
1054         __this_cpu_write(fpsimd_last_state.st, NULL);
1055         set_thread_flag(TIF_FOREIGN_FPSTATE);
1056 }
1057
1058 #ifdef CONFIG_KERNEL_MODE_NEON
1059
1060 DEFINE_PER_CPU(bool, kernel_neon_busy);
1061 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(kernel_neon_busy);
1062
1063 /*
1064  * Kernel-side NEON support functions
1065  */
1066
1067 /*
1068  * kernel_neon_begin(): obtain the CPU FPSIMD registers for use by the calling
1069  * context
1070  *
1071  * Must not be called unless may_use_simd() returns true.
1072  * Task context in the FPSIMD registers is saved back to memory as necessary.
1073  *
1074  * A matching call to kernel_neon_end() must be made before returning from the
1075  * calling context.
1076  *
1077  * The caller may freely use the FPSIMD registers until kernel_neon_end() is
1078  * called.
1079  */
1080 void kernel_neon_begin(void)
1081 {
1082         if (WARN_ON(!system_supports_fpsimd()))
1083                 return;
1084
1085         BUG_ON(!may_use_simd());
1086
1087         local_bh_disable();
1088
1089         __this_cpu_write(kernel_neon_busy, true);
1090
1091         /* Save unsaved fpsimd state, if any: */
1092         fpsimd_save();
1093
1094         /* Invalidate any task state remaining in the fpsimd regs: */
1095         fpsimd_flush_cpu_state();
1096
1097         preempt_disable();
1098
1099         local_bh_enable();
1100 }
1101 EXPORT_SYMBOL(kernel_neon_begin);
1102
1103 /*
1104  * kernel_neon_end(): give the CPU FPSIMD registers back to the current task
1105  *
1106  * Must be called from a context in which kernel_neon_begin() was previously
1107  * called, with no call to kernel_neon_end() in the meantime.
1108  *
1109  * The caller must not use the FPSIMD registers after this function is called,
1110  * unless kernel_neon_begin() is called again in the meantime.
1111  */
1112 void kernel_neon_end(void)
1113 {
1114         bool busy;
1115
1116         if (!system_supports_fpsimd())
1117                 return;
1118
1119         busy = __this_cpu_xchg(kernel_neon_busy, false);
1120         WARN_ON(!busy); /* No matching kernel_neon_begin()? */
1121
1122         preempt_enable();
1123 }
1124 EXPORT_SYMBOL(kernel_neon_end);
1125
1126 #ifdef CONFIG_EFI
1127
1128 static DEFINE_PER_CPU(struct user_fpsimd_state, efi_fpsimd_state);
1129 static DEFINE_PER_CPU(bool, efi_fpsimd_state_used);
1130 static DEFINE_PER_CPU(bool, efi_sve_state_used);
1131
1132 /*
1133  * EFI runtime services support functions
1134  *
1135  * The ABI for EFI runtime services allows EFI to use FPSIMD during the call.
1136  * This means that for EFI (and only for EFI), we have to assume that FPSIMD
1137  * is always used rather than being an optional accelerator.
1138  *
1139  * These functions provide the necessary support for ensuring FPSIMD
1140  * save/restore in the contexts from which EFI is used.
1141  *
1142  * Do not use them for any other purpose -- if tempted to do so, you are
1143  * either doing something wrong or you need to propose some refactoring.
1144  */
1145
1146 /*
1147  * __efi_fpsimd_begin(): prepare FPSIMD for making an EFI runtime services call
1148  */
1149 void __efi_fpsimd_begin(void)
1150 {
1151         if (!system_supports_fpsimd())
1152                 return;
1153
1154         WARN_ON(preemptible());
1155
1156         if (may_use_simd()) {
1157                 kernel_neon_begin();
1158         } else {
1159                 /*
1160                  * If !efi_sve_state, SVE can't be in use yet and doesn't need
1161                  * preserving:
1162                  */
1163                 if (system_supports_sve() && likely(efi_sve_state)) {
1164                         char *sve_state = this_cpu_ptr(efi_sve_state);
1165
1166                         __this_cpu_write(efi_sve_state_used, true);
1167
1168                         sve_save_state(sve_state + sve_ffr_offset(sve_max_vl),
1169                                        &this_cpu_ptr(&efi_fpsimd_state)->fpsr);
1170                 } else {
1171                         fpsimd_save_state(this_cpu_ptr(&efi_fpsimd_state));
1172                 }
1173
1174                 __this_cpu_write(efi_fpsimd_state_used, true);
1175         }
1176 }
1177
1178 /*
1179  * __efi_fpsimd_end(): clean up FPSIMD after an EFI runtime services call
1180  */
1181 void __efi_fpsimd_end(void)
1182 {
1183         if (!system_supports_fpsimd())
1184                 return;
1185
1186         if (!__this_cpu_xchg(efi_fpsimd_state_used, false)) {
1187                 kernel_neon_end();
1188         } else {
1189                 if (system_supports_sve() &&
1190                     likely(__this_cpu_read(efi_sve_state_used))) {
1191                         char const *sve_state = this_cpu_ptr(efi_sve_state);
1192
1193                         sve_load_state(sve_state + sve_ffr_offset(sve_max_vl),
1194                                        &this_cpu_ptr(&efi_fpsimd_state)->fpsr,
1195                                        sve_vq_from_vl(sve_get_vl()) - 1);
1196
1197                         __this_cpu_write(efi_sve_state_used, false);
1198                 } else {
1199                         fpsimd_load_state(this_cpu_ptr(&efi_fpsimd_state));
1200                 }
1201         }
1202 }
1203
1204 #endif /* CONFIG_EFI */
1205
1206 #endif /* CONFIG_KERNEL_MODE_NEON */
1207
1208 #ifdef CONFIG_CPU_PM
1209 static int fpsimd_cpu_pm_notifier(struct notifier_block *self,
1210                                   unsigned long cmd, void *v)
1211 {
1212         switch (cmd) {
1213         case CPU_PM_ENTER:
1214                 fpsimd_save();
1215                 fpsimd_flush_cpu_state();
1216                 break;
1217         case CPU_PM_EXIT:
1218                 break;
1219         case CPU_PM_ENTER_FAILED:
1220         default:
1221                 return NOTIFY_DONE;
1222         }
1223         return NOTIFY_OK;
1224 }
1225
1226 static struct notifier_block fpsimd_cpu_pm_notifier_block = {
1227         .notifier_call = fpsimd_cpu_pm_notifier,
1228 };
1229
1230 static void __init fpsimd_pm_init(void)
1231 {
1232         cpu_pm_register_notifier(&fpsimd_cpu_pm_notifier_block);
1233 }
1234
1235 #else
1236 static inline void fpsimd_pm_init(void) { }
1237 #endif /* CONFIG_CPU_PM */
1238
1239 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
1240 static int fpsimd_cpu_dead(unsigned int cpu)
1241 {
1242         per_cpu(fpsimd_last_state.st, cpu) = NULL;
1243         return 0;
1244 }
1245
1246 static inline void fpsimd_hotplug_init(void)
1247 {
1248         cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_ARM64_FPSIMD_DEAD, "arm64/fpsimd:dead",
1249                                   NULL, fpsimd_cpu_dead);
1250 }
1251
1252 #else
1253 static inline void fpsimd_hotplug_init(void) { }
1254 #endif
1255
1256 /*
1257  * FP/SIMD support code initialisation.
1258  */
1259 static int __init fpsimd_init(void)
1260 {
1261         if (elf_hwcap & HWCAP_FP) {
1262                 fpsimd_pm_init();
1263                 fpsimd_hotplug_init();
1264         } else {
1265                 pr_notice("Floating-point is not implemented\n");
1266         }
1267
1268         if (!(elf_hwcap & HWCAP_ASIMD))
1269                 pr_notice("Advanced SIMD is not implemented\n");
1270
1271         return sve_sysctl_init();
1272 }
1273 core_initcall(fpsimd_init);