arm64/sve: Probe SVE capabilities and usable vector lengths
[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/preempt.h>
33 #include <linux/prctl.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
40 #include <asm/fpsimd.h>
41 #include <asm/cputype.h>
42 #include <asm/simd.h>
43 #include <asm/sigcontext.h>
44 #include <asm/sysreg.h>
45 #include <asm/traps.h>
46
47 #define FPEXC_IOF       (1 << 0)
48 #define FPEXC_DZF       (1 << 1)
49 #define FPEXC_OFF       (1 << 2)
50 #define FPEXC_UFF       (1 << 3)
51 #define FPEXC_IXF       (1 << 4)
52 #define FPEXC_IDF       (1 << 7)
53
54 /*
55  * (Note: in this discussion, statements about FPSIMD apply equally to SVE.)
56  *
57  * In order to reduce the number of times the FPSIMD state is needlessly saved
58  * and restored, we need to keep track of two things:
59  * (a) for each task, we need to remember which CPU was the last one to have
60  *     the task's FPSIMD state loaded into its FPSIMD registers;
61  * (b) for each CPU, we need to remember which task's userland FPSIMD state has
62  *     been loaded into its FPSIMD registers most recently, or whether it has
63  *     been used to perform kernel mode NEON in the meantime.
64  *
65  * For (a), we add a 'cpu' field to struct fpsimd_state, which gets updated to
66  * the id of the current CPU every time the state is loaded onto a CPU. For (b),
67  * we add the per-cpu variable 'fpsimd_last_state' (below), which contains the
68  * address of the userland FPSIMD state of the task that was loaded onto the CPU
69  * the most recently, or NULL if kernel mode NEON has been performed after that.
70  *
71  * With this in place, we no longer have to restore the next FPSIMD state right
72  * when switching between tasks. Instead, we can defer this check to userland
73  * resume, at which time we verify whether the CPU's fpsimd_last_state and the
74  * task's fpsimd_state.cpu are still mutually in sync. If this is the case, we
75  * can omit the FPSIMD restore.
76  *
77  * As an optimization, we use the thread_info flag TIF_FOREIGN_FPSTATE to
78  * indicate whether or not the userland FPSIMD state of the current task is
79  * present in the registers. The flag is set unless the FPSIMD registers of this
80  * CPU currently contain the most recent userland FPSIMD state of the current
81  * task.
82  *
83  * In order to allow softirq handlers to use FPSIMD, kernel_neon_begin() may
84  * save the task's FPSIMD context back to task_struct from softirq context.
85  * To prevent this from racing with the manipulation of the task's FPSIMD state
86  * from task context and thereby corrupting the state, it is necessary to
87  * protect any manipulation of a task's fpsimd_state or TIF_FOREIGN_FPSTATE
88  * flag with local_bh_disable() unless softirqs are already masked.
89  *
90  * For a certain task, the sequence may look something like this:
91  * - the task gets scheduled in; if both the task's fpsimd_state.cpu field
92  *   contains the id of the current CPU, and the CPU's fpsimd_last_state per-cpu
93  *   variable points to the task's fpsimd_state, the TIF_FOREIGN_FPSTATE flag is
94  *   cleared, otherwise it is set;
95  *
96  * - the task returns to userland; if TIF_FOREIGN_FPSTATE is set, the task's
97  *   userland FPSIMD state is copied from memory to the registers, the task's
98  *   fpsimd_state.cpu field is set to the id of the current CPU, the current
99  *   CPU's fpsimd_last_state pointer is set to this task's fpsimd_state and the
100  *   TIF_FOREIGN_FPSTATE flag is cleared;
101  *
102  * - the task executes an ordinary syscall; upon return to userland, the
103  *   TIF_FOREIGN_FPSTATE flag will still be cleared, so no FPSIMD state is
104  *   restored;
105  *
106  * - the task executes a syscall which executes some NEON instructions; this is
107  *   preceded by a call to kernel_neon_begin(), which copies the task's FPSIMD
108  *   register contents to memory, clears the fpsimd_last_state per-cpu variable
109  *   and sets the TIF_FOREIGN_FPSTATE flag;
110  *
111  * - the task gets preempted after kernel_neon_end() is called; as we have not
112  *   returned from the 2nd syscall yet, TIF_FOREIGN_FPSTATE is still set so
113  *   whatever is in the FPSIMD registers is not saved to memory, but discarded.
114  */
115 static DEFINE_PER_CPU(struct fpsimd_state *, fpsimd_last_state);
116
117 /* Default VL for tasks that don't set it explicitly: */
118 static int sve_default_vl = -1;
119
120 #ifdef CONFIG_ARM64_SVE
121
122 /* Maximum supported vector length across all CPUs (initially poisoned) */
123 int __ro_after_init sve_max_vl = -1;
124 /* Set of available vector lengths, as vq_to_bit(vq): */
125 static __ro_after_init DECLARE_BITMAP(sve_vq_map, SVE_VQ_MAX);
126
127 #else /* ! CONFIG_ARM64_SVE */
128
129 /* Dummy declaration for code that will be optimised out: */
130 extern __ro_after_init DECLARE_BITMAP(sve_vq_map, SVE_VQ_MAX);
131
132 #endif /* ! CONFIG_ARM64_SVE */
133
134 /*
135  * Call __sve_free() directly only if you know task can't be scheduled
136  * or preempted.
137  */
138 static void __sve_free(struct task_struct *task)
139 {
140         kfree(task->thread.sve_state);
141         task->thread.sve_state = NULL;
142 }
143
144 static void sve_free(struct task_struct *task)
145 {
146         WARN_ON(test_tsk_thread_flag(task, TIF_SVE));
147
148         __sve_free(task);
149 }
150
151
152 /* Offset of FFR in the SVE register dump */
153 static size_t sve_ffr_offset(int vl)
154 {
155         return SVE_SIG_FFR_OFFSET(sve_vq_from_vl(vl)) - SVE_SIG_REGS_OFFSET;
156 }
157
158 static void *sve_pffr(struct task_struct *task)
159 {
160         return (char *)task->thread.sve_state +
161                 sve_ffr_offset(task->thread.sve_vl);
162 }
163
164 static void change_cpacr(u64 val, u64 mask)
165 {
166         u64 cpacr = read_sysreg(CPACR_EL1);
167         u64 new = (cpacr & ~mask) | val;
168
169         if (new != cpacr)
170                 write_sysreg(new, CPACR_EL1);
171 }
172
173 static void sve_user_disable(void)
174 {
175         change_cpacr(0, CPACR_EL1_ZEN_EL0EN);
176 }
177
178 static void sve_user_enable(void)
179 {
180         change_cpacr(CPACR_EL1_ZEN_EL0EN, CPACR_EL1_ZEN_EL0EN);
181 }
182
183 /*
184  * TIF_SVE controls whether a task can use SVE without trapping while
185  * in userspace, and also the way a task's FPSIMD/SVE state is stored
186  * in thread_struct.
187  *
188  * The kernel uses this flag to track whether a user task is actively
189  * using SVE, and therefore whether full SVE register state needs to
190  * be tracked.  If not, the cheaper FPSIMD context handling code can
191  * be used instead of the more costly SVE equivalents.
192  *
193  *  * TIF_SVE set:
194  *
195  *    The task can execute SVE instructions while in userspace without
196  *    trapping to the kernel.
197  *
198  *    When stored, Z0-Z31 (incorporating Vn in bits[127:0] or the
199  *    corresponding Zn), P0-P15 and FFR are encoded in in
200  *    task->thread.sve_state, formatted appropriately for vector
201  *    length task->thread.sve_vl.
202  *
203  *    task->thread.sve_state must point to a valid buffer at least
204  *    sve_state_size(task) bytes in size.
205  *
206  *    During any syscall, the kernel may optionally clear TIF_SVE and
207  *    discard the vector state except for the FPSIMD subset.
208  *
209  *  * TIF_SVE clear:
210  *
211  *    An attempt by the user task to execute an SVE instruction causes
212  *    do_sve_acc() to be called, which does some preparation and then
213  *    sets TIF_SVE.
214  *
215  *    When stored, FPSIMD registers V0-V31 are encoded in
216  *    task->fpsimd_state; bits [max : 128] for each of Z0-Z31 are
217  *    logically zero but not stored anywhere; P0-P15 and FFR are not
218  *    stored and have unspecified values from userspace's point of
219  *    view.  For hygiene purposes, the kernel zeroes them on next use,
220  *    but userspace is discouraged from relying on this.
221  *
222  *    task->thread.sve_state does not need to be non-NULL, valid or any
223  *    particular size: it must not be dereferenced.
224  *
225  *  * FPSR and FPCR are always stored in task->fpsimd_state irrespctive of
226  *    whether TIF_SVE is clear or set, since these are not vector length
227  *    dependent.
228  */
229
230 /*
231  * Update current's FPSIMD/SVE registers from thread_struct.
232  *
233  * This function should be called only when the FPSIMD/SVE state in
234  * thread_struct is known to be up to date, when preparing to enter
235  * userspace.
236  *
237  * Softirqs (and preemption) must be disabled.
238  */
239 static void task_fpsimd_load(void)
240 {
241         WARN_ON(!in_softirq() && !irqs_disabled());
242
243         if (system_supports_sve() && test_thread_flag(TIF_SVE))
244                 sve_load_state(sve_pffr(current),
245                                &current->thread.fpsimd_state.fpsr,
246                                sve_vq_from_vl(current->thread.sve_vl) - 1);
247         else
248                 fpsimd_load_state(&current->thread.fpsimd_state);
249
250         if (system_supports_sve()) {
251                 /* Toggle SVE trapping for userspace if needed */
252                 if (test_thread_flag(TIF_SVE))
253                         sve_user_enable();
254                 else
255                         sve_user_disable();
256
257                 /* Serialised by exception return to user */
258         }
259 }
260
261 /*
262  * Ensure current's FPSIMD/SVE storage in thread_struct is up to date
263  * with respect to the CPU registers.
264  *
265  * Softirqs (and preemption) must be disabled.
266  */
267 static void task_fpsimd_save(void)
268 {
269         WARN_ON(!in_softirq() && !irqs_disabled());
270
271         if (!test_thread_flag(TIF_FOREIGN_FPSTATE)) {
272                 if (system_supports_sve() && test_thread_flag(TIF_SVE)) {
273                         if (WARN_ON(sve_get_vl() != current->thread.sve_vl)) {
274                                 /*
275                                  * Can't save the user regs, so current would
276                                  * re-enter user with corrupt state.
277                                  * There's no way to recover, so kill it:
278                                  */
279                                 force_signal_inject(
280                                         SIGKILL, 0, current_pt_regs(), 0);
281                                 return;
282                         }
283
284                         sve_save_state(sve_pffr(current),
285                                        &current->thread.fpsimd_state.fpsr);
286                 } else
287                         fpsimd_save_state(&current->thread.fpsimd_state);
288         }
289 }
290
291 /*
292  * Helpers to translate bit indices in sve_vq_map to VQ values (and
293  * vice versa).  This allows find_next_bit() to be used to find the
294  * _maximum_ VQ not exceeding a certain value.
295  */
296
297 static unsigned int vq_to_bit(unsigned int vq)
298 {
299         return SVE_VQ_MAX - vq;
300 }
301
302 static unsigned int bit_to_vq(unsigned int bit)
303 {
304         if (WARN_ON(bit >= SVE_VQ_MAX))
305                 bit = SVE_VQ_MAX - 1;
306
307         return SVE_VQ_MAX - bit;
308 }
309
310 /*
311  * All vector length selection from userspace comes through here.
312  * We're on a slow path, so some sanity-checks are included.
313  * If things go wrong there's a bug somewhere, but try to fall back to a
314  * safe choice.
315  */
316 static unsigned int find_supported_vector_length(unsigned int vl)
317 {
318         int bit;
319         int max_vl = sve_max_vl;
320
321         if (WARN_ON(!sve_vl_valid(vl)))
322                 vl = SVE_VL_MIN;
323
324         if (WARN_ON(!sve_vl_valid(max_vl)))
325                 max_vl = SVE_VL_MIN;
326
327         if (vl > max_vl)
328                 vl = max_vl;
329
330         bit = find_next_bit(sve_vq_map, SVE_VQ_MAX,
331                             vq_to_bit(sve_vq_from_vl(vl)));
332         return sve_vl_from_vq(bit_to_vq(bit));
333 }
334
335 #define ZREG(sve_state, vq, n) ((char *)(sve_state) +           \
336         (SVE_SIG_ZREG_OFFSET(vq, n) - SVE_SIG_REGS_OFFSET))
337
338 /*
339  * Transfer the FPSIMD state in task->thread.fpsimd_state to
340  * task->thread.sve_state.
341  *
342  * Task can be a non-runnable task, or current.  In the latter case,
343  * softirqs (and preemption) must be disabled.
344  * task->thread.sve_state must point to at least sve_state_size(task)
345  * bytes of allocated kernel memory.
346  * task->thread.fpsimd_state must be up to date before calling this function.
347  */
348 static void fpsimd_to_sve(struct task_struct *task)
349 {
350         unsigned int vq;
351         void *sst = task->thread.sve_state;
352         struct fpsimd_state const *fst = &task->thread.fpsimd_state;
353         unsigned int i;
354
355         if (!system_supports_sve())
356                 return;
357
358         vq = sve_vq_from_vl(task->thread.sve_vl);
359         for (i = 0; i < 32; ++i)
360                 memcpy(ZREG(sst, vq, i), &fst->vregs[i],
361                        sizeof(fst->vregs[i]));
362 }
363
364 /*
365  * Transfer the SVE state in task->thread.sve_state to
366  * task->thread.fpsimd_state.
367  *
368  * Task can be a non-runnable task, or current.  In the latter case,
369  * softirqs (and preemption) must be disabled.
370  * task->thread.sve_state must point to at least sve_state_size(task)
371  * bytes of allocated kernel memory.
372  * task->thread.sve_state must be up to date before calling this function.
373  */
374 static void sve_to_fpsimd(struct task_struct *task)
375 {
376         unsigned int vq;
377         void const *sst = task->thread.sve_state;
378         struct fpsimd_state *fst = &task->thread.fpsimd_state;
379         unsigned int i;
380
381         if (!system_supports_sve())
382                 return;
383
384         vq = sve_vq_from_vl(task->thread.sve_vl);
385         for (i = 0; i < 32; ++i)
386                 memcpy(&fst->vregs[i], ZREG(sst, vq, i),
387                        sizeof(fst->vregs[i]));
388 }
389
390 #ifdef CONFIG_ARM64_SVE
391
392 /*
393  * Return how many bytes of memory are required to store the full SVE
394  * state for task, given task's currently configured vector length.
395  */
396 size_t sve_state_size(struct task_struct const *task)
397 {
398         return SVE_SIG_REGS_SIZE(sve_vq_from_vl(task->thread.sve_vl));
399 }
400
401 /*
402  * Ensure that task->thread.sve_state is allocated and sufficiently large.
403  *
404  * This function should be used only in preparation for replacing
405  * task->thread.sve_state with new data.  The memory is always zeroed
406  * here to prevent stale data from showing through: this is done in
407  * the interest of testability and predictability: except in the
408  * do_sve_acc() case, there is no ABI requirement to hide stale data
409  * written previously be task.
410  */
411 void sve_alloc(struct task_struct *task)
412 {
413         if (task->thread.sve_state) {
414                 memset(task->thread.sve_state, 0, sve_state_size(current));
415                 return;
416         }
417
418         /* This is a small allocation (maximum ~8KB) and Should Not Fail. */
419         task->thread.sve_state =
420                 kzalloc(sve_state_size(task), GFP_KERNEL);
421
422         /*
423          * If future SVE revisions can have larger vectors though,
424          * this may cease to be true:
425          */
426         BUG_ON(!task->thread.sve_state);
427 }
428
429 int sve_set_vector_length(struct task_struct *task,
430                           unsigned long vl, unsigned long flags)
431 {
432         if (flags & ~(unsigned long)(PR_SVE_VL_INHERIT |
433                                      PR_SVE_SET_VL_ONEXEC))
434                 return -EINVAL;
435
436         if (!sve_vl_valid(vl))
437                 return -EINVAL;
438
439         /*
440          * Clamp to the maximum vector length that VL-agnostic SVE code can
441          * work with.  A flag may be assigned in the future to allow setting
442          * of larger vector lengths without confusing older software.
443          */
444         if (vl > SVE_VL_ARCH_MAX)
445                 vl = SVE_VL_ARCH_MAX;
446
447         vl = find_supported_vector_length(vl);
448
449         if (flags & (PR_SVE_VL_INHERIT |
450                      PR_SVE_SET_VL_ONEXEC))
451                 task->thread.sve_vl_onexec = vl;
452         else
453                 /* Reset VL to system default on next exec: */
454                 task->thread.sve_vl_onexec = 0;
455
456         /* Only actually set the VL if not deferred: */
457         if (flags & PR_SVE_SET_VL_ONEXEC)
458                 goto out;
459
460         if (vl == task->thread.sve_vl)
461                 goto out;
462
463         /*
464          * To ensure the FPSIMD bits of the SVE vector registers are preserved,
465          * write any live register state back to task_struct, and convert to a
466          * non-SVE thread.
467          */
468         if (task == current) {
469                 local_bh_disable();
470
471                 task_fpsimd_save();
472                 set_thread_flag(TIF_FOREIGN_FPSTATE);
473         }
474
475         fpsimd_flush_task_state(task);
476         if (test_and_clear_tsk_thread_flag(task, TIF_SVE))
477                 sve_to_fpsimd(task);
478
479         if (task == current)
480                 local_bh_enable();
481
482         /*
483          * Force reallocation of task SVE state to the correct size
484          * on next use:
485          */
486         sve_free(task);
487
488         task->thread.sve_vl = vl;
489
490 out:
491         if (flags & PR_SVE_VL_INHERIT)
492                 set_tsk_thread_flag(task, TIF_SVE_VL_INHERIT);
493         else
494                 clear_tsk_thread_flag(task, TIF_SVE_VL_INHERIT);
495
496         return 0;
497 }
498
499 /*
500  * Bitmap for temporary storage of the per-CPU set of supported vector lengths
501  * during secondary boot.
502  */
503 static DECLARE_BITMAP(sve_secondary_vq_map, SVE_VQ_MAX);
504
505 static void sve_probe_vqs(DECLARE_BITMAP(map, SVE_VQ_MAX))
506 {
507         unsigned int vq, vl;
508         unsigned long zcr;
509
510         bitmap_zero(map, SVE_VQ_MAX);
511
512         zcr = ZCR_ELx_LEN_MASK;
513         zcr = read_sysreg_s(SYS_ZCR_EL1) & ~zcr;
514
515         for (vq = SVE_VQ_MAX; vq >= SVE_VQ_MIN; --vq) {
516                 write_sysreg_s(zcr | (vq - 1), SYS_ZCR_EL1); /* self-syncing */
517                 vl = sve_get_vl();
518                 vq = sve_vq_from_vl(vl); /* skip intervening lengths */
519                 set_bit(vq_to_bit(vq), map);
520         }
521 }
522
523 void __init sve_init_vq_map(void)
524 {
525         sve_probe_vqs(sve_vq_map);
526 }
527
528 /*
529  * If we haven't committed to the set of supported VQs yet, filter out
530  * those not supported by the current CPU.
531  */
532 void sve_update_vq_map(void)
533 {
534         sve_probe_vqs(sve_secondary_vq_map);
535         bitmap_and(sve_vq_map, sve_vq_map, sve_secondary_vq_map, SVE_VQ_MAX);
536 }
537
538 /* Check whether the current CPU supports all VQs in the committed set */
539 int sve_verify_vq_map(void)
540 {
541         int ret = 0;
542
543         sve_probe_vqs(sve_secondary_vq_map);
544         bitmap_andnot(sve_secondary_vq_map, sve_vq_map, sve_secondary_vq_map,
545                       SVE_VQ_MAX);
546         if (!bitmap_empty(sve_secondary_vq_map, SVE_VQ_MAX)) {
547                 pr_warn("SVE: cpu%d: Required vector length(s) missing\n",
548                         smp_processor_id());
549                 ret = -EINVAL;
550         }
551
552         return ret;
553 }
554
555 /*
556  * Enable SVE for EL1.
557  * Intended for use by the cpufeatures code during CPU boot.
558  */
559 int sve_kernel_enable(void *__always_unused p)
560 {
561         write_sysreg(read_sysreg(CPACR_EL1) | CPACR_EL1_ZEN_EL1EN, CPACR_EL1);
562         isb();
563
564         return 0;
565 }
566
567 void __init sve_setup(void)
568 {
569         u64 zcr;
570
571         if (!system_supports_sve())
572                 return;
573
574         /*
575          * The SVE architecture mandates support for 128-bit vectors,
576          * so sve_vq_map must have at least SVE_VQ_MIN set.
577          * If something went wrong, at least try to patch it up:
578          */
579         if (WARN_ON(!test_bit(vq_to_bit(SVE_VQ_MIN), sve_vq_map)))
580                 set_bit(vq_to_bit(SVE_VQ_MIN), sve_vq_map);
581
582         zcr = read_sanitised_ftr_reg(SYS_ZCR_EL1);
583         sve_max_vl = sve_vl_from_vq((zcr & ZCR_ELx_LEN_MASK) + 1);
584
585         /*
586          * Sanity-check that the max VL we determined through CPU features
587          * corresponds properly to sve_vq_map.  If not, do our best:
588          */
589         if (WARN_ON(sve_max_vl != find_supported_vector_length(sve_max_vl)))
590                 sve_max_vl = find_supported_vector_length(sve_max_vl);
591
592         /*
593          * For the default VL, pick the maximum supported value <= 64.
594          * VL == 64 is guaranteed not to grow the signal frame.
595          */
596         sve_default_vl = find_supported_vector_length(64);
597
598         pr_info("SVE: maximum available vector length %u bytes per vector\n",
599                 sve_max_vl);
600         pr_info("SVE: default vector length %u bytes per vector\n",
601                 sve_default_vl);
602 }
603
604 /*
605  * Called from the put_task_struct() path, which cannot get here
606  * unless dead_task is really dead and not schedulable.
607  */
608 void fpsimd_release_task(struct task_struct *dead_task)
609 {
610         __sve_free(dead_task);
611 }
612
613 #endif /* CONFIG_ARM64_SVE */
614
615 /*
616  * Trapped SVE access
617  *
618  * Storage is allocated for the full SVE state, the current FPSIMD
619  * register contents are migrated across, and TIF_SVE is set so that
620  * the SVE access trap will be disabled the next time this task
621  * reaches ret_to_user.
622  *
623  * TIF_SVE should be clear on entry: otherwise, task_fpsimd_load()
624  * would have disabled the SVE access trap for userspace during
625  * ret_to_user, making an SVE access trap impossible in that case.
626  */
627 asmlinkage void do_sve_acc(unsigned int esr, struct pt_regs *regs)
628 {
629         /* Even if we chose not to use SVE, the hardware could still trap: */
630         if (unlikely(!system_supports_sve()) || WARN_ON(is_compat_task())) {
631                 force_signal_inject(SIGILL, ILL_ILLOPC, regs, 0);
632                 return;
633         }
634
635         sve_alloc(current);
636
637         local_bh_disable();
638
639         task_fpsimd_save();
640         fpsimd_to_sve(current);
641
642         /* Force ret_to_user to reload the registers: */
643         fpsimd_flush_task_state(current);
644         set_thread_flag(TIF_FOREIGN_FPSTATE);
645
646         if (test_and_set_thread_flag(TIF_SVE))
647                 WARN_ON(1); /* SVE access shouldn't have trapped */
648
649         local_bh_enable();
650 }
651
652 /*
653  * Trapped FP/ASIMD access.
654  */
655 asmlinkage void do_fpsimd_acc(unsigned int esr, struct pt_regs *regs)
656 {
657         /* TODO: implement lazy context saving/restoring */
658         WARN_ON(1);
659 }
660
661 /*
662  * Raise a SIGFPE for the current process.
663  */
664 asmlinkage void do_fpsimd_exc(unsigned int esr, struct pt_regs *regs)
665 {
666         siginfo_t info;
667         unsigned int si_code = 0;
668
669         if (esr & FPEXC_IOF)
670                 si_code = FPE_FLTINV;
671         else if (esr & FPEXC_DZF)
672                 si_code = FPE_FLTDIV;
673         else if (esr & FPEXC_OFF)
674                 si_code = FPE_FLTOVF;
675         else if (esr & FPEXC_UFF)
676                 si_code = FPE_FLTUND;
677         else if (esr & FPEXC_IXF)
678                 si_code = FPE_FLTRES;
679
680         memset(&info, 0, sizeof(info));
681         info.si_signo = SIGFPE;
682         info.si_code = si_code;
683         info.si_addr = (void __user *)instruction_pointer(regs);
684
685         send_sig_info(SIGFPE, &info, current);
686 }
687
688 void fpsimd_thread_switch(struct task_struct *next)
689 {
690         if (!system_supports_fpsimd())
691                 return;
692         /*
693          * Save the current FPSIMD state to memory, but only if whatever is in
694          * the registers is in fact the most recent userland FPSIMD state of
695          * 'current'.
696          */
697         if (current->mm)
698                 task_fpsimd_save();
699
700         if (next->mm) {
701                 /*
702                  * If we are switching to a task whose most recent userland
703                  * FPSIMD state is already in the registers of *this* cpu,
704                  * we can skip loading the state from memory. Otherwise, set
705                  * the TIF_FOREIGN_FPSTATE flag so the state will be loaded
706                  * upon the next return to userland.
707                  */
708                 struct fpsimd_state *st = &next->thread.fpsimd_state;
709
710                 if (__this_cpu_read(fpsimd_last_state) == st
711                     && st->cpu == smp_processor_id())
712                         clear_tsk_thread_flag(next, TIF_FOREIGN_FPSTATE);
713                 else
714                         set_tsk_thread_flag(next, TIF_FOREIGN_FPSTATE);
715         }
716 }
717
718 void fpsimd_flush_thread(void)
719 {
720         int vl, supported_vl;
721
722         if (!system_supports_fpsimd())
723                 return;
724
725         local_bh_disable();
726
727         memset(&current->thread.fpsimd_state, 0, sizeof(struct fpsimd_state));
728         fpsimd_flush_task_state(current);
729
730         if (system_supports_sve()) {
731                 clear_thread_flag(TIF_SVE);
732                 sve_free(current);
733
734                 /*
735                  * Reset the task vector length as required.
736                  * This is where we ensure that all user tasks have a valid
737                  * vector length configured: no kernel task can become a user
738                  * task without an exec and hence a call to this function.
739                  * By the time the first call to this function is made, all
740                  * early hardware probing is complete, so sve_default_vl
741                  * should be valid.
742                  * If a bug causes this to go wrong, we make some noise and
743                  * try to fudge thread.sve_vl to a safe value here.
744                  */
745                 vl = current->thread.sve_vl_onexec ?
746                         current->thread.sve_vl_onexec : sve_default_vl;
747
748                 if (WARN_ON(!sve_vl_valid(vl)))
749                         vl = SVE_VL_MIN;
750
751                 supported_vl = find_supported_vector_length(vl);
752                 if (WARN_ON(supported_vl != vl))
753                         vl = supported_vl;
754
755                 current->thread.sve_vl = vl;
756
757                 /*
758                  * If the task is not set to inherit, ensure that the vector
759                  * length will be reset by a subsequent exec:
760                  */
761                 if (!test_thread_flag(TIF_SVE_VL_INHERIT))
762                         current->thread.sve_vl_onexec = 0;
763         }
764
765         set_thread_flag(TIF_FOREIGN_FPSTATE);
766
767         local_bh_enable();
768 }
769
770 /*
771  * Save the userland FPSIMD state of 'current' to memory, but only if the state
772  * currently held in the registers does in fact belong to 'current'
773  */
774 void fpsimd_preserve_current_state(void)
775 {
776         if (!system_supports_fpsimd())
777                 return;
778
779         local_bh_disable();
780         task_fpsimd_save();
781         local_bh_enable();
782 }
783
784 /*
785  * Like fpsimd_preserve_current_state(), but ensure that
786  * current->thread.fpsimd_state is updated so that it can be copied to
787  * the signal frame.
788  */
789 void fpsimd_signal_preserve_current_state(void)
790 {
791         fpsimd_preserve_current_state();
792         if (system_supports_sve() && test_thread_flag(TIF_SVE))
793                 sve_to_fpsimd(current);
794 }
795
796 /*
797  * Load the userland FPSIMD state of 'current' from memory, but only if the
798  * FPSIMD state already held in the registers is /not/ the most recent FPSIMD
799  * state of 'current'
800  */
801 void fpsimd_restore_current_state(void)
802 {
803         if (!system_supports_fpsimd())
804                 return;
805
806         local_bh_disable();
807
808         if (test_and_clear_thread_flag(TIF_FOREIGN_FPSTATE)) {
809                 struct fpsimd_state *st = &current->thread.fpsimd_state;
810
811                 task_fpsimd_load();
812                 __this_cpu_write(fpsimd_last_state, st);
813                 st->cpu = smp_processor_id();
814         }
815
816         local_bh_enable();
817 }
818
819 /*
820  * Load an updated userland FPSIMD state for 'current' from memory and set the
821  * flag that indicates that the FPSIMD register contents are the most recent
822  * FPSIMD state of 'current'
823  */
824 void fpsimd_update_current_state(struct fpsimd_state *state)
825 {
826         if (!system_supports_fpsimd())
827                 return;
828
829         local_bh_disable();
830
831         if (system_supports_sve() && test_thread_flag(TIF_SVE)) {
832                 current->thread.fpsimd_state = *state;
833                 fpsimd_to_sve(current);
834         }
835         task_fpsimd_load();
836
837         if (test_and_clear_thread_flag(TIF_FOREIGN_FPSTATE)) {
838                 struct fpsimd_state *st = &current->thread.fpsimd_state;
839
840                 __this_cpu_write(fpsimd_last_state, st);
841                 st->cpu = smp_processor_id();
842         }
843
844         local_bh_enable();
845 }
846
847 /*
848  * Invalidate live CPU copies of task t's FPSIMD state
849  */
850 void fpsimd_flush_task_state(struct task_struct *t)
851 {
852         t->thread.fpsimd_state.cpu = NR_CPUS;
853 }
854
855 #ifdef CONFIG_KERNEL_MODE_NEON
856
857 DEFINE_PER_CPU(bool, kernel_neon_busy);
858 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(kernel_neon_busy);
859
860 /*
861  * Kernel-side NEON support functions
862  */
863
864 /*
865  * kernel_neon_begin(): obtain the CPU FPSIMD registers for use by the calling
866  * context
867  *
868  * Must not be called unless may_use_simd() returns true.
869  * Task context in the FPSIMD registers is saved back to memory as necessary.
870  *
871  * A matching call to kernel_neon_end() must be made before returning from the
872  * calling context.
873  *
874  * The caller may freely use the FPSIMD registers until kernel_neon_end() is
875  * called.
876  */
877 void kernel_neon_begin(void)
878 {
879         if (WARN_ON(!system_supports_fpsimd()))
880                 return;
881
882         BUG_ON(!may_use_simd());
883
884         local_bh_disable();
885
886         __this_cpu_write(kernel_neon_busy, true);
887
888         /* Save unsaved task fpsimd state, if any: */
889         if (current->mm && !test_and_set_thread_flag(TIF_FOREIGN_FPSTATE))
890                 fpsimd_save_state(&current->thread.fpsimd_state);
891
892         /* Invalidate any task state remaining in the fpsimd regs: */
893         __this_cpu_write(fpsimd_last_state, NULL);
894
895         preempt_disable();
896
897         local_bh_enable();
898 }
899 EXPORT_SYMBOL(kernel_neon_begin);
900
901 /*
902  * kernel_neon_end(): give the CPU FPSIMD registers back to the current task
903  *
904  * Must be called from a context in which kernel_neon_begin() was previously
905  * called, with no call to kernel_neon_end() in the meantime.
906  *
907  * The caller must not use the FPSIMD registers after this function is called,
908  * unless kernel_neon_begin() is called again in the meantime.
909  */
910 void kernel_neon_end(void)
911 {
912         bool busy;
913
914         if (!system_supports_fpsimd())
915                 return;
916
917         busy = __this_cpu_xchg(kernel_neon_busy, false);
918         WARN_ON(!busy); /* No matching kernel_neon_begin()? */
919
920         preempt_enable();
921 }
922 EXPORT_SYMBOL(kernel_neon_end);
923
924 #ifdef CONFIG_EFI
925
926 static DEFINE_PER_CPU(struct fpsimd_state, efi_fpsimd_state);
927 static DEFINE_PER_CPU(bool, efi_fpsimd_state_used);
928
929 /*
930  * EFI runtime services support functions
931  *
932  * The ABI for EFI runtime services allows EFI to use FPSIMD during the call.
933  * This means that for EFI (and only for EFI), we have to assume that FPSIMD
934  * is always used rather than being an optional accelerator.
935  *
936  * These functions provide the necessary support for ensuring FPSIMD
937  * save/restore in the contexts from which EFI is used.
938  *
939  * Do not use them for any other purpose -- if tempted to do so, you are
940  * either doing something wrong or you need to propose some refactoring.
941  */
942
943 /*
944  * __efi_fpsimd_begin(): prepare FPSIMD for making an EFI runtime services call
945  */
946 void __efi_fpsimd_begin(void)
947 {
948         if (!system_supports_fpsimd())
949                 return;
950
951         WARN_ON(preemptible());
952
953         if (may_use_simd())
954                 kernel_neon_begin();
955         else {
956                 fpsimd_save_state(this_cpu_ptr(&efi_fpsimd_state));
957                 __this_cpu_write(efi_fpsimd_state_used, true);
958         }
959 }
960
961 /*
962  * __efi_fpsimd_end(): clean up FPSIMD after an EFI runtime services call
963  */
964 void __efi_fpsimd_end(void)
965 {
966         if (!system_supports_fpsimd())
967                 return;
968
969         if (__this_cpu_xchg(efi_fpsimd_state_used, false))
970                 fpsimd_load_state(this_cpu_ptr(&efi_fpsimd_state));
971         else
972                 kernel_neon_end();
973 }
974
975 #endif /* CONFIG_EFI */
976
977 #endif /* CONFIG_KERNEL_MODE_NEON */
978
979 #ifdef CONFIG_CPU_PM
980 static int fpsimd_cpu_pm_notifier(struct notifier_block *self,
981                                   unsigned long cmd, void *v)
982 {
983         switch (cmd) {
984         case CPU_PM_ENTER:
985                 if (current->mm)
986                         task_fpsimd_save();
987                 this_cpu_write(fpsimd_last_state, NULL);
988                 break;
989         case CPU_PM_EXIT:
990                 if (current->mm)
991                         set_thread_flag(TIF_FOREIGN_FPSTATE);
992                 break;
993         case CPU_PM_ENTER_FAILED:
994         default:
995                 return NOTIFY_DONE;
996         }
997         return NOTIFY_OK;
998 }
999
1000 static struct notifier_block fpsimd_cpu_pm_notifier_block = {
1001         .notifier_call = fpsimd_cpu_pm_notifier,
1002 };
1003
1004 static void __init fpsimd_pm_init(void)
1005 {
1006         cpu_pm_register_notifier(&fpsimd_cpu_pm_notifier_block);
1007 }
1008
1009 #else
1010 static inline void fpsimd_pm_init(void) { }
1011 #endif /* CONFIG_CPU_PM */
1012
1013 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
1014 static int fpsimd_cpu_dead(unsigned int cpu)
1015 {
1016         per_cpu(fpsimd_last_state, cpu) = NULL;
1017         return 0;
1018 }
1019
1020 static inline void fpsimd_hotplug_init(void)
1021 {
1022         cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_ARM64_FPSIMD_DEAD, "arm64/fpsimd:dead",
1023                                   NULL, fpsimd_cpu_dead);
1024 }
1025
1026 #else
1027 static inline void fpsimd_hotplug_init(void) { }
1028 #endif
1029
1030 /*
1031  * FP/SIMD support code initialisation.
1032  */
1033 static int __init fpsimd_init(void)
1034 {
1035         if (elf_hwcap & HWCAP_FP) {
1036                 fpsimd_pm_init();
1037                 fpsimd_hotplug_init();
1038         } else {
1039                 pr_notice("Floating-point is not implemented\n");
1040         }
1041
1042         if (!(elf_hwcap & HWCAP_ASIMD))
1043                 pr_notice("Advanced SIMD is not implemented\n");
1044
1045         return 0;
1046 }
1047 late_initcall(fpsimd_init);