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 #include <assert.h>
  10
  11 #include "kvm_util.h"
  12 #include "../kvm_util_internal.h"
  13 #include "processor.h"
  14
  15 #define DEFAULT_ARM64_GUEST_STACK_VADDR_MIN     0xac0000
  16
  17 static vm_vaddr_t exception_handlers;
  18
  19 static uint64_t page_align(struct kvm_vm *vm, uint64_t v)
  20 {
  21         return (v + vm->page_size) & ~(vm->page_size - 1);
  22 }
  23
  24 static uint64_t pgd_index(struct kvm_vm *vm, vm_vaddr_t gva)
  25 {
  26         unsigned int shift = (vm->pgtable_levels - 1) * (vm->page_shift - 3) + vm->page_shift;
  27         uint64_t mask = (1UL << (vm->va_bits - shift)) - 1;
  28
  29         return (gva >> shift) & mask;
  30 }
  31
  32 static uint64_t pud_index(struct kvm_vm *vm, vm_vaddr_t gva)
  33 {
  34         unsigned int shift = 2 * (vm->page_shift - 3) + vm->page_shift;
  35         uint64_t mask = (1UL << (vm->page_shift - 3)) - 1;
  36
  37         TEST_ASSERT(vm->pgtable_levels == 4,
  38                 "Mode %d does not have 4 page table levels", vm->mode);
  39
  40         return (gva >> shift) & mask;
  41 }
  42
  43 static uint64_t pmd_index(struct kvm_vm *vm, vm_vaddr_t gva)
  44 {
  45         unsigned int shift = (vm->page_shift - 3) + vm->page_shift;
  46         uint64_t mask = (1UL << (vm->page_shift - 3)) - 1;
  47
  48         TEST_ASSERT(vm->pgtable_levels >= 3,
  49                 "Mode %d does not have >= 3 page table levels", vm->mode);
  50
  51         return (gva >> shift) & mask;
  52 }
  53
  54 static uint64_t pte_index(struct kvm_vm *vm, vm_vaddr_t gva)
  55 {
  56         uint64_t mask = (1UL << (vm->page_shift - 3)) - 1;
  57         return (gva >> vm->page_shift) & mask;
  58 }
  59
  60 static uint64_t pte_addr(struct kvm_vm *vm, uint64_t entry)
  61 {
  62         uint64_t mask = ((1UL << (vm->va_bits - vm->page_shift)) - 1) << vm->page_shift;
  63         return entry & mask;
  64 }
  65
  66 static uint64_t ptrs_per_pgd(struct kvm_vm *vm)
  67 {
  68         unsigned int shift = (vm->pgtable_levels - 1) * (vm->page_shift - 3) + vm->page_shift;
  69         return 1 << (vm->va_bits - shift);
  70 }
  71
  72 static uint64_t __maybe_unused ptrs_per_pte(struct kvm_vm *vm)
  73 {
  74         return 1 << (vm->page_shift - 3);
  75 }
  76
  77 void virt_pgd_alloc(struct kvm_vm *vm)
  78 {
  79         if (!vm->pgd_created) {
  80                 vm_paddr_t paddr = vm_phy_pages_alloc(vm,
  81                         page_align(vm, ptrs_per_pgd(vm) * 8) / vm->page_size,
  82                         KVM_GUEST_PAGE_TABLE_MIN_PADDR, 0);
  83                 vm->pgd = paddr;
  84                 vm->pgd_created = true;
  85         }
  86 }
  87
  88 static void _virt_pg_map(struct kvm_vm *vm, uint64_t vaddr, uint64_t paddr,
  89                          uint64_t flags)
  90 {
  91         uint8_t attr_idx = flags & 7;
  92         uint64_t *ptep;
  93
  94         TEST_ASSERT((vaddr % vm->page_size) == 0,
  95                 "Virtual address not on page boundary,\n"
  96                 "  vaddr: 0x%lx vm->page_size: 0x%x", vaddr, vm->page_size);
  97         TEST_ASSERT(sparsebit_is_set(vm->vpages_valid,
  98                 (vaddr >> vm->page_shift)),
  99                 "Invalid virtual address, vaddr: 0x%lx", vaddr);
 100         TEST_ASSERT((paddr % vm->page_size) == 0,
 101                 "Physical address not on page boundary,\n"
 102                 "  paddr: 0x%lx vm->page_size: 0x%x", paddr, vm->page_size);
 103         TEST_ASSERT((paddr >> vm->page_shift) <= vm->max_gfn,
 104                 "Physical address beyond beyond maximum supported,\n"
 105                 "  paddr: 0x%lx vm->max_gfn: 0x%lx vm->page_size: 0x%x",
 106                 paddr, vm->max_gfn, vm->page_size);
 107
 108         ptep = addr_gpa2hva(vm, vm->pgd) + pgd_index(vm, vaddr) * 8;
 109         if (!*ptep)
 110                 *ptep = vm_alloc_page_table(vm) | 3;
 111
 112         switch (vm->pgtable_levels) {
 113         case 4:
 114                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte_addr(vm, *ptep)) + pud_index(vm, vaddr) * 8;
 115                 if (!*ptep)
 116                         *ptep = vm_alloc_page_table(vm) | 3;
 117                 /* fall through */
 118         case 3:
 119                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte_addr(vm, *ptep)) + pmd_index(vm, vaddr) * 8;
 120                 if (!*ptep)
 121                         *ptep = vm_alloc_page_table(vm) | 3;
 122                 /* fall through */
 123         case 2:
 124                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte_addr(vm, *ptep)) + pte_index(vm, vaddr) * 8;
 125                 break;
 126         default:
 127                 TEST_FAIL("Page table levels must be 2, 3, or 4");
 128         }
 129
 130         *ptep = paddr | 3;
 131         *ptep |= (attr_idx << 2) | (1 << 10) /* Access Flag */;
 132 }
 133
 134 void virt_pg_map(struct kvm_vm *vm, uint64_t vaddr, uint64_t paddr)
 135 {
 136         uint64_t attr_idx = 4; /* NORMAL (See DEFAULT_MAIR_EL1) */
 137
 138         _virt_pg_map(vm, vaddr, paddr, attr_idx);
 139 }
 140
 141 vm_paddr_t addr_gva2gpa(struct kvm_vm *vm, vm_vaddr_t gva)
 142 {
 143         uint64_t *ptep;
 144
 145         if (!vm->pgd_created)
 146                 goto unmapped_gva;
 147
 148         ptep = addr_gpa2hva(vm, vm->pgd) + pgd_index(vm, gva) * 8;
 149         if (!ptep)
 150                 goto unmapped_gva;
 151
 152         switch (vm->pgtable_levels) {
 153         case 4:
 154                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte_addr(vm, *ptep)) + pud_index(vm, gva) * 8;
 155                 if (!ptep)
 156                         goto unmapped_gva;
 157                 /* fall through */
 158         case 3:
 159                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte_addr(vm, *ptep)) + pmd_index(vm, gva) * 8;
 160                 if (!ptep)
 161                         goto unmapped_gva;
 162                 /* fall through */
 163         case 2:
 164                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte_addr(vm, *ptep)) + pte_index(vm, gva) * 8;
 165                 if (!ptep)
 166                         goto unmapped_gva;
 167                 break;
 168         default:
 169                 TEST_FAIL("Page table levels must be 2, 3, or 4");
 170         }
 171
 172         return pte_addr(vm, *ptep) + (gva & (vm->page_size - 1));
 173
 174 unmapped_gva:
 175         TEST_FAIL("No mapping for vm virtual address, gva: 0x%lx", gva);
 176         exit(1);
 177 }
 178
 179 static void pte_dump(FILE *stream, struct kvm_vm *vm, uint8_t indent, uint64_t page, int level)
 180 {
 181 #ifdef DEBUG
 182         static const char * const type[] = { "", "pud", "pmd", "pte" };
 183         uint64_t pte, *ptep;
 184
 185         if (level == 4)
 186                 return;
 187
 188         for (pte = page; pte < page + ptrs_per_pte(vm) * 8; pte += 8) {
 189                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte);
 190                 if (!*ptep)
 191                         continue;
 192                 fprintf(stream, "%*s%s: %lx: %lx at %p\n", indent, "", type[level], pte, *ptep, ptep);
 193                 pte_dump(stream, vm, indent + 1, pte_addr(vm, *ptep), level + 1);
 194         }
 195 #endif
 196 }
 197
 198 void virt_dump(FILE *stream, struct kvm_vm *vm, uint8_t indent)
 199 {
 200         int level = 4 - (vm->pgtable_levels - 1);
 201         uint64_t pgd, *ptep;
 202
 203         if (!vm->pgd_created)
 204                 return;
 205
 206         for (pgd = vm->pgd; pgd < vm->pgd + ptrs_per_pgd(vm) * 8; pgd += 8) {
 207                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pgd);
 208                 if (!*ptep)
 209                         continue;
 210                 fprintf(stream, "%*spgd: %lx: %lx at %p\n", indent, "", pgd, *ptep, ptep);
 211                 pte_dump(stream, vm, indent + 1, pte_addr(vm, *ptep), level);
 212         }
 213 }
 214
 215 void aarch64_vcpu_setup(struct kvm_vm *vm, int vcpuid, struct kvm_vcpu_init *init)
 216 {
 217         struct kvm_vcpu_init default_init = { .target = -1, };
 218         uint64_t sctlr_el1, tcr_el1;
 219
 220         if (!init)
 221                 init = &default_init;
 222
 223         if (init->target == -1) {
 224                 struct kvm_vcpu_init preferred;
 225                 vm_ioctl(vm, KVM_ARM_PREFERRED_TARGET, &preferred);
 226                 init->target = preferred.target;
 227         }
 228
 229         vcpu_ioctl(vm, vcpuid, KVM_ARM_VCPU_INIT, init);
 230
 231         /*
 232          * Enable FP/ASIMD to avoid trapping when accessing Q0-Q15
 233          * registers, which the variable argument list macros do.
 234          */
 235         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(CPACR_EL1), 3 << 20);
 236
 237         get_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(SCTLR_EL1), &sctlr_el1);
 238         get_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(TCR_EL1), &tcr_el1);
 239
 240         switch (vm->mode) {
 241         case VM_MODE_P52V48_4K:
 242                 TEST_FAIL("AArch64 does not support 4K sized pages "
 243                           "with 52-bit physical address ranges");
 244         case VM_MODE_PXXV48_4K:
 245                 TEST_FAIL("AArch64 does not support 4K sized pages "
 246                           "with ANY-bit physical address ranges");
 247         case VM_MODE_P52V48_64K:
 248                 tcr_el1 |= 1ul << 14; /* TG0 = 64KB */
 249                 tcr_el1 |= 6ul << 32; /* IPS = 52 bits */
 250                 break;
 251         case VM_MODE_P48V48_4K:
 252                 tcr_el1 |= 0ul << 14; /* TG0 = 4KB */
 253                 tcr_el1 |= 5ul << 32; /* IPS = 48 bits */
 254                 break;
 255         case VM_MODE_P48V48_64K:
 256                 tcr_el1 |= 1ul << 14; /* TG0 = 64KB */
 257                 tcr_el1 |= 5ul << 32; /* IPS = 48 bits */
 258                 break;
 259         case VM_MODE_P40V48_4K:
 260                 tcr_el1 |= 0ul << 14; /* TG0 = 4KB */
 261                 tcr_el1 |= 2ul << 32; /* IPS = 40 bits */
 262                 break;
 263         case VM_MODE_P40V48_64K:
 264                 tcr_el1 |= 1ul << 14; /* TG0 = 64KB */
 265                 tcr_el1 |= 2ul << 32; /* IPS = 40 bits */
 266                 break;
 267         default:
 268                 TEST_FAIL("Unknown guest mode, mode: 0x%x", vm->mode);
 269         }
 270
 271         sctlr_el1 |= (1 << 0) | (1 << 2) | (1 << 12) /* M | C | I */;
 272         /* TCR_EL1 |= IRGN0:WBWA | ORGN0:WBWA | SH0:Inner-Shareable */;
 273         tcr_el1 |= (1 << 8) | (1 << 10) | (3 << 12);
 274         tcr_el1 |= (64 - vm->va_bits) /* T0SZ */;
 275
 276         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(SCTLR_EL1), sctlr_el1);
 277         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(TCR_EL1), tcr_el1);
 278         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(MAIR_EL1), DEFAULT_MAIR_EL1);
 279         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(TTBR0_EL1), vm->pgd);
 280 }
 281
 282 void vcpu_dump(FILE *stream, struct kvm_vm *vm, uint32_t vcpuid, uint8_t indent)
 283 {
 284         uint64_t pstate, pc;
 285
 286         get_reg(vm, vcpuid, ARM64_CORE_REG(regs.pstate), &pstate);
 287         get_reg(vm, vcpuid, ARM64_CORE_REG(regs.pc), &pc);
 288
 289         fprintf(stream, "%*spstate: 0x%.16lx pc: 0x%.16lx\n",
 290                 indent, "", pstate, pc);
 291 }
 292
 293 void aarch64_vcpu_add_default(struct kvm_vm *vm, uint32_t vcpuid,
 294                               struct kvm_vcpu_init *init, void *guest_code)
 295 {
 296         size_t stack_size = vm->page_size == 4096 ?
 297                                         DEFAULT_STACK_PGS * vm->page_size :
 298                                         vm->page_size;
 299         uint64_t stack_vaddr = vm_vaddr_alloc(vm, stack_size,
 300                                               DEFAULT_ARM64_GUEST_STACK_VADDR_MIN);
 301
 302         vm_vcpu_add(vm, vcpuid);
 303         aarch64_vcpu_setup(vm, vcpuid, init);
 304
 305         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_CORE_REG(sp_el1), stack_vaddr + stack_size);
 306         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_CORE_REG(regs.pc), (uint64_t)guest_code);
 307 }
 308
 309 void vm_vcpu_add_default(struct kvm_vm *vm, uint32_t vcpuid, void *guest_code)
 310 {
 311         aarch64_vcpu_add_default(vm, vcpuid, NULL, guest_code);
 312 }
 313
 314 void vcpu_args_set(struct kvm_vm *vm, uint32_t vcpuid, unsigned int num, ...)
 315 {
 316         va_list ap;
 317         int i;
 318
 319         TEST_ASSERT(num >= 1 && num <= 8, "Unsupported number of args,\n"
 320                     "  num: %u\n", num);
 321
 322         va_start(ap, num);
 323
 324         for (i = 0; i < num; i++) {
 325                 set_reg(vm, vcpuid, ARM64_CORE_REG(regs.regs[i]),
 326                         va_arg(ap, uint64_t));
 327         }
 328
 329         va_end(ap);
 330 }
 331
 332 void kvm_exit_unexpected_exception(int vector, uint64_t ec, bool valid_ec)
 333 {
 334         ucall(UCALL_UNHANDLED, 3, vector, ec, valid_ec);
 335         while (1)
 336                 ;
 337 }
 338
 339 void assert_on_unhandled_exception(struct kvm_vm *vm, uint32_t vcpuid)
 340 {
 341         struct ucall uc;
 342
 343         if (get_ucall(vm, vcpuid, &uc) != UCALL_UNHANDLED)
 344                 return;
 345
 346         if (uc.args[2]) /* valid_ec */ {
 347                 assert(VECTOR_IS_SYNC(uc.args[0]));
 348                 TEST_FAIL("Unexpected exception (vector:0x%lx, ec:0x%lx)",
 349                           uc.args[0], uc.args[1]);
 350         } else {
 351                 assert(!VECTOR_IS_SYNC(uc.args[0]));
 352                 TEST_FAIL("Unexpected exception (vector:0x%lx)",
 353                           uc.args[0]);
 354         }
 355 }
 356
 357 struct handlers {
 358         handler_fn exception_handlers[VECTOR_NUM][ESR_EC_NUM];
 359 };
 360
 361 void vcpu_init_descriptor_tables(struct kvm_vm *vm, uint32_t vcpuid)
 362 {
 363         extern char vectors;
 364
 365         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(VBAR_EL1), (uint64_t)&vectors);
 366 }
 367
 368 void route_exception(struct ex_regs *regs, int vector)
 369 {
 370         struct handlers *handlers = (struct handlers *)exception_handlers;
 371         bool valid_ec;
 372         int ec = 0;
 373
 374         switch (vector) {
 375         case VECTOR_SYNC_CURRENT:
 376         case VECTOR_SYNC_LOWER_64:
 377                 ec = (read_sysreg(esr_el1) >> ESR_EC_SHIFT) & ESR_EC_MASK;
 378                 valid_ec = true;
 379                 break;
 380         case VECTOR_IRQ_CURRENT:
 381         case VECTOR_IRQ_LOWER_64:
 382         case VECTOR_FIQ_CURRENT:
 383         case VECTOR_FIQ_LOWER_64:
 384         case VECTOR_ERROR_CURRENT:
 385         case VECTOR_ERROR_LOWER_64:
 386                 ec = 0;
 387                 valid_ec = false;
 388                 break;
 389         default:
 390                 valid_ec = false;
 391                 goto unexpected_exception;
 392         }
 393
 394         if (handlers && handlers->exception_handlers[vector][ec])
 395                 return handlers->exception_handlers[vector][ec](regs);
 396
 397 unexpected_exception:
 398         kvm_exit_unexpected_exception(vector, ec, valid_ec);
 399 }
 400
 401 void vm_init_descriptor_tables(struct kvm_vm *vm)
 402 {
 403         vm->handlers = vm_vaddr_alloc(vm, sizeof(struct handlers),
 404                         vm->page_size);
 405
 406         *(vm_vaddr_t *)addr_gva2hva(vm, (vm_vaddr_t)(&exception_handlers)) = vm->handlers;
 407 }
 408
 409 void vm_install_sync_handler(struct kvm_vm *vm, int vector, int ec,
 410                          void (*handler)(struct ex_regs *))
 411 {
 412         struct handlers *handlers = addr_gva2hva(vm, vm->handlers);
 413
 414         assert(VECTOR_IS_SYNC(vector));
 415         assert(vector < VECTOR_NUM);
 416         assert(ec < ESR_EC_NUM);
 417         handlers->exception_handlers[vector][ec] = handler;
 418 }
 419
 420 void vm_install_exception_handler(struct kvm_vm *vm, int vector,
 421                          void (*handler)(struct ex_regs *))
 422 {
 423         struct handlers *handlers = addr_gva2hva(vm, vm->handlers);
 424
 425         assert(!VECTOR_IS_SYNC(vector));
 426         assert(vector < VECTOR_NUM);
 427         handlers->exception_handlers[vector][0] = handler;
 428 }