tools/testing/selftests/kvm/lib/aarch64/processor.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * AArch64 code
   4  *
   5  * Copyright (C) 2018, Red Hat, Inc.
   6  */
   7
   8 #include <linux/compiler.h>
   9
  10 #include "kvm_util.h"
  11 #include "../kvm_util_internal.h"
  12 #include "processor.h"
  13
  14 #define DEFAULT_ARM64_GUEST_STACK_VADDR_MIN     0xac0000
  15
  16 static uint64_t page_align(struct kvm_vm *vm, uint64_t v)
  17 {
  18         return (v + vm->page_size) & ~(vm->page_size - 1);
  19 }
  20
  21 static uint64_t pgd_index(struct kvm_vm *vm, vm_vaddr_t gva)
  22 {
  23         unsigned int shift = (vm->pgtable_levels - 1) * (vm->page_shift - 3) + vm->page_shift;
  24         uint64_t mask = (1UL << (vm->va_bits - shift)) - 1;
  25
  26         return (gva >> shift) & mask;
  27 }
  28
  29 static uint64_t pud_index(struct kvm_vm *vm, vm_vaddr_t gva)
  30 {
  31         unsigned int shift = 2 * (vm->page_shift - 3) + vm->page_shift;
  32         uint64_t mask = (1UL << (vm->page_shift - 3)) - 1;
  33
  34         TEST_ASSERT(vm->pgtable_levels == 4,
  35                 "Mode %d does not have 4 page table levels", vm->mode);
  36
  37         return (gva >> shift) & mask;
  38 }
  39
  40 static uint64_t pmd_index(struct kvm_vm *vm, vm_vaddr_t gva)
  41 {
  42         unsigned int shift = (vm->page_shift - 3) + vm->page_shift;
  43         uint64_t mask = (1UL << (vm->page_shift - 3)) - 1;
  44
  45         TEST_ASSERT(vm->pgtable_levels >= 3,
  46                 "Mode %d does not have >= 3 page table levels", vm->mode);
  47
  48         return (gva >> shift) & mask;
  49 }
  50
  51 static uint64_t pte_index(struct kvm_vm *vm, vm_vaddr_t gva)
  52 {
  53         uint64_t mask = (1UL << (vm->page_shift - 3)) - 1;
  54         return (gva >> vm->page_shift) & mask;
  55 }
  56
  57 static uint64_t pte_addr(struct kvm_vm *vm, uint64_t entry)
  58 {
  59         uint64_t mask = ((1UL << (vm->va_bits - vm->page_shift)) - 1) << vm->page_shift;
  60         return entry & mask;
  61 }
  62
  63 static uint64_t ptrs_per_pgd(struct kvm_vm *vm)
  64 {
  65         unsigned int shift = (vm->pgtable_levels - 1) * (vm->page_shift - 3) + vm->page_shift;
  66         return 1 << (vm->va_bits - shift);
  67 }
  68
  69 static uint64_t __maybe_unused ptrs_per_pte(struct kvm_vm *vm)
  70 {
  71         return 1 << (vm->page_shift - 3);
  72 }
  73
  74 void virt_pgd_alloc(struct kvm_vm *vm)
  75 {
  76         if (!vm->pgd_created) {
  77                 vm_paddr_t paddr = vm_phy_pages_alloc(vm,
  78                         page_align(vm, ptrs_per_pgd(vm) * 8) / vm->page_size,
  79                         KVM_GUEST_PAGE_TABLE_MIN_PADDR, 0);
  80                 vm->pgd = paddr;
  81                 vm->pgd_created = true;
  82         }
  83 }
  84
  85 static void _virt_pg_map(struct kvm_vm *vm, uint64_t vaddr, uint64_t paddr,
  86                          uint64_t flags)
  87 {
  88         uint8_t attr_idx = flags & 7;
  89         uint64_t *ptep;
  90
  91         TEST_ASSERT((vaddr % vm->page_size) == 0,
  92                 "Virtual address not on page boundary,\n"
  93                 "  vaddr: 0x%lx vm->page_size: 0x%x", vaddr, vm->page_size);
  94         TEST_ASSERT(sparsebit_is_set(vm->vpages_valid,
  95                 (vaddr >> vm->page_shift)),
  96                 "Invalid virtual address, vaddr: 0x%lx", vaddr);
  97         TEST_ASSERT((paddr % vm->page_size) == 0,
  98                 "Physical address not on page boundary,\n"
  99                 "  paddr: 0x%lx vm->page_size: 0x%x", paddr, vm->page_size);
 100         TEST_ASSERT((paddr >> vm->page_shift) <= vm->max_gfn,
 101                 "Physical address beyond beyond maximum supported,\n"
 102                 "  paddr: 0x%lx vm->max_gfn: 0x%lx vm->page_size: 0x%x",
 103                 paddr, vm->max_gfn, vm->page_size);
 104
 105         ptep = addr_gpa2hva(vm, vm->pgd) + pgd_index(vm, vaddr) * 8;
 106         if (!*ptep)
 107                 *ptep = vm_alloc_page_table(vm) | 3;
 108
 109         switch (vm->pgtable_levels) {
 110         case 4:
 111                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte_addr(vm, *ptep)) + pud_index(vm, vaddr) * 8;
 112                 if (!*ptep)
 113                         *ptep = vm_alloc_page_table(vm) | 3;
 114                 /* fall through */
 115         case 3:
 116                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte_addr(vm, *ptep)) + pmd_index(vm, vaddr) * 8;
 117                 if (!*ptep)
 118                         *ptep = vm_alloc_page_table(vm) | 3;
 119                 /* fall through */
 120         case 2:
 121                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte_addr(vm, *ptep)) + pte_index(vm, vaddr) * 8;
 122                 break;
 123         default:
 124                 TEST_FAIL("Page table levels must be 2, 3, or 4");
 125         }
 126
 127         *ptep = paddr | 3;
 128         *ptep |= (attr_idx << 2) | (1 << 10) /* Access Flag */;
 129 }
 130
 131 void virt_pg_map(struct kvm_vm *vm, uint64_t vaddr, uint64_t paddr)
 132 {
 133         uint64_t attr_idx = 4; /* NORMAL (See DEFAULT_MAIR_EL1) */
 134
 135         _virt_pg_map(vm, vaddr, paddr, attr_idx);
 136 }
 137
 138 vm_paddr_t addr_gva2gpa(struct kvm_vm *vm, vm_vaddr_t gva)
 139 {
 140         uint64_t *ptep;
 141
 142         if (!vm->pgd_created)
 143                 goto unmapped_gva;
 144
 145         ptep = addr_gpa2hva(vm, vm->pgd) + pgd_index(vm, gva) * 8;
 146         if (!ptep)
 147                 goto unmapped_gva;
 148
 149         switch (vm->pgtable_levels) {
 150         case 4:
 151                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte_addr(vm, *ptep)) + pud_index(vm, gva) * 8;
 152                 if (!ptep)
 153                         goto unmapped_gva;
 154                 /* fall through */
 155         case 3:
 156                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte_addr(vm, *ptep)) + pmd_index(vm, gva) * 8;
 157                 if (!ptep)
 158                         goto unmapped_gva;
 159                 /* fall through */
 160         case 2:
 161                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte_addr(vm, *ptep)) + pte_index(vm, gva) * 8;
 162                 if (!ptep)
 163                         goto unmapped_gva;
 164                 break;
 165         default:
 166                 TEST_FAIL("Page table levels must be 2, 3, or 4");
 167         }
 168
 169         return pte_addr(vm, *ptep) + (gva & (vm->page_size - 1));
 170
 171 unmapped_gva:
 172         TEST_FAIL("No mapping for vm virtual address, gva: 0x%lx", gva);
 173         exit(1);
 174 }
 175
 176 static void pte_dump(FILE *stream, struct kvm_vm *vm, uint8_t indent, uint64_t page, int level)
 177 {
 178 #ifdef DEBUG
 179         static const char * const type[] = { "", "pud", "pmd", "pte" };
 180         uint64_t pte, *ptep;
 181
 182         if (level == 4)
 183                 return;
 184
 185         for (pte = page; pte < page + ptrs_per_pte(vm) * 8; pte += 8) {
 186                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte);
 187                 if (!*ptep)
 188                         continue;
 189                 fprintf(stream, "%*s%s: %lx: %lx at %p\n", indent, "", type[level], pte, *ptep, ptep);
 190                 pte_dump(stream, vm, indent + 1, pte_addr(vm, *ptep), level + 1);
 191         }
 192 #endif
 193 }
 194
 195 void virt_dump(FILE *stream, struct kvm_vm *vm, uint8_t indent)
 196 {
 197         int level = 4 - (vm->pgtable_levels - 1);
 198         uint64_t pgd, *ptep;
 199
 200         if (!vm->pgd_created)
 201                 return;
 202
 203         for (pgd = vm->pgd; pgd < vm->pgd + ptrs_per_pgd(vm) * 8; pgd += 8) {
 204                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pgd);
 205                 if (!*ptep)
 206                         continue;
 207                 fprintf(stream, "%*spgd: %lx: %lx at %p\n", indent, "", pgd, *ptep, ptep);
 208                 pte_dump(stream, vm, indent + 1, pte_addr(vm, *ptep), level);
 209         }
 210 }
 211
 212 void aarch64_vcpu_setup(struct kvm_vm *vm, int vcpuid, struct kvm_vcpu_init *init)
 213 {
 214         struct kvm_vcpu_init default_init = { .target = -1, };
 215         uint64_t sctlr_el1, tcr_el1;
 216
 217         if (!init)
 218                 init = &default_init;
 219
 220         if (init->target == -1) {
 221                 struct kvm_vcpu_init preferred;
 222                 vm_ioctl(vm, KVM_ARM_PREFERRED_TARGET, &preferred);
 223                 init->target = preferred.target;
 224         }
 225
 226         vcpu_ioctl(vm, vcpuid, KVM_ARM_VCPU_INIT, init);
 227
 228         /*
 229          * Enable FP/ASIMD to avoid trapping when accessing Q0-Q15
 230          * registers, which the variable argument list macros do.
 231          */
 232         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(CPACR_EL1), 3 << 20);
 233
 234         get_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(SCTLR_EL1), &sctlr_el1);
 235         get_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(TCR_EL1), &tcr_el1);
 236
 237         switch (vm->mode) {
 238         case VM_MODE_P52V48_4K:
 239                 TEST_FAIL("AArch64 does not support 4K sized pages "
 240                           "with 52-bit physical address ranges");
 241         case VM_MODE_PXXV48_4K:
 242                 TEST_FAIL("AArch64 does not support 4K sized pages "
 243                           "with ANY-bit physical address ranges");
 244         case VM_MODE_P52V48_64K:
 245                 tcr_el1 |= 1ul << 14; /* TG0 = 64KB */
 246                 tcr_el1 |= 6ul << 32; /* IPS = 52 bits */
 247                 break;
 248         case VM_MODE_P48V48_4K:
 249                 tcr_el1 |= 0ul << 14; /* TG0 = 4KB */
 250                 tcr_el1 |= 5ul << 32; /* IPS = 48 bits */
 251                 break;
 252         case VM_MODE_P48V48_64K:
 253                 tcr_el1 |= 1ul << 14; /* TG0 = 64KB */
 254                 tcr_el1 |= 5ul << 32; /* IPS = 48 bits */
 255                 break;
 256         case VM_MODE_P40V48_4K:
 257                 tcr_el1 |= 0ul << 14; /* TG0 = 4KB */
 258                 tcr_el1 |= 2ul << 32; /* IPS = 40 bits */
 259                 break;
 260         case VM_MODE_P40V48_64K:
 261                 tcr_el1 |= 1ul << 14; /* TG0 = 64KB */
 262                 tcr_el1 |= 2ul << 32; /* IPS = 40 bits */
 263                 break;
 264         default:
 265                 TEST_FAIL("Unknown guest mode, mode: 0x%x", vm->mode);
 266         }
 267
 268         sctlr_el1 |= (1 << 0) | (1 << 2) | (1 << 12) /* M | C | I */;
 269         /* TCR_EL1 |= IRGN0:WBWA | ORGN0:WBWA | SH0:Inner-Shareable */;
 270         tcr_el1 |= (1 << 8) | (1 << 10) | (3 << 12);
 271         tcr_el1 |= (64 - vm->va_bits) /* T0SZ */;
 272
 273         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(SCTLR_EL1), sctlr_el1);
 274         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(TCR_EL1), tcr_el1);
 275         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(MAIR_EL1), DEFAULT_MAIR_EL1);
 276         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(TTBR0_EL1), vm->pgd);
 277 }
 278
 279 void vcpu_dump(FILE *stream, struct kvm_vm *vm, uint32_t vcpuid, uint8_t indent)
 280 {
 281         uint64_t pstate, pc;
 282
 283         get_reg(vm, vcpuid, ARM64_CORE_REG(regs.pstate), &pstate);
 284         get_reg(vm, vcpuid, ARM64_CORE_REG(regs.pc), &pc);
 285
 286         fprintf(stream, "%*spstate: 0x%.16lx pc: 0x%.16lx\n",
 287                 indent, "", pstate, pc);
 288 }
 289
 290 void aarch64_vcpu_add_default(struct kvm_vm *vm, uint32_t vcpuid,
 291                               struct kvm_vcpu_init *init, void *guest_code)
 292 {
 293         size_t stack_size = vm->page_size == 4096 ?
 294                                         DEFAULT_STACK_PGS * vm->page_size :
 295                                         vm->page_size;
 296         uint64_t stack_vaddr = vm_vaddr_alloc(vm, stack_size,
 297                                               DEFAULT_ARM64_GUEST_STACK_VADDR_MIN);
 298
 299         vm_vcpu_add(vm, vcpuid);
 300         aarch64_vcpu_setup(vm, vcpuid, init);
 301
 302         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_CORE_REG(sp_el1), stack_vaddr + stack_size);
 303         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_CORE_REG(regs.pc), (uint64_t)guest_code);
 304 }
 305
 306 void vm_vcpu_add_default(struct kvm_vm *vm, uint32_t vcpuid, void *guest_code)
 307 {
 308         aarch64_vcpu_add_default(vm, vcpuid, NULL, guest_code);
 309 }
 310
 311 void vcpu_args_set(struct kvm_vm *vm, uint32_t vcpuid, unsigned int num, ...)
 312 {
 313         va_list ap;
 314         int i;
 315
 316         TEST_ASSERT(num >= 1 && num <= 8, "Unsupported number of args,\n"
 317                     "  num: %u\n", num);
 318
 319         va_start(ap, num);
 320
 321         for (i = 0; i < num; i++) {
 322                 set_reg(vm, vcpuid, ARM64_CORE_REG(regs.regs[i]),
 323                         va_arg(ap, uint64_t));
 324         }
 325
 326         va_end(ap);
 327 }
 328
 329 void assert_on_unhandled_exception(struct kvm_vm *vm, uint32_t vcpuid)
 330 {
 331 }