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 #define _GNU_SOURCE /* for program_invocation_name */
   9
  10 #include "kvm_util.h"
  11 #include "../kvm_util_internal.h"
  12 #include "processor.h"
  13
  14 #define KVM_GUEST_PAGE_TABLE_MIN_PADDR          0x180000
  15 #define DEFAULT_ARM64_GUEST_STACK_VADDR_MIN     0xac0000
  16
  17 static uint64_t page_align(struct kvm_vm *vm, uint64_t v)
  18 {
  19         return (v + vm->page_size) & ~(vm->page_size - 1);
  20 }
  21
  22 static uint64_t pgd_index(struct kvm_vm *vm, vm_vaddr_t gva)
  23 {
  24         unsigned int shift = (vm->pgtable_levels - 1) * (vm->page_shift - 3) + vm->page_shift;
  25         uint64_t mask = (1UL << (vm->va_bits - shift)) - 1;
  26
  27         return (gva >> shift) & mask;
  28 }
  29
  30 static uint64_t pud_index(struct kvm_vm *vm, vm_vaddr_t gva)
  31 {
  32         unsigned int shift = 2 * (vm->page_shift - 3) + vm->page_shift;
  33         uint64_t mask = (1UL << (vm->page_shift - 3)) - 1;
  34
  35         TEST_ASSERT(vm->pgtable_levels == 4,
  36                 "Mode %d does not have 4 page table levels", vm->mode);
  37
  38         return (gva >> shift) & mask;
  39 }
  40
  41 static uint64_t pmd_index(struct kvm_vm *vm, vm_vaddr_t gva)
  42 {
  43         unsigned int shift = (vm->page_shift - 3) + vm->page_shift;
  44         uint64_t mask = (1UL << (vm->page_shift - 3)) - 1;
  45
  46         TEST_ASSERT(vm->pgtable_levels >= 3,
  47                 "Mode %d does not have >= 3 page table levels", vm->mode);
  48
  49         return (gva >> shift) & mask;
  50 }
  51
  52 static uint64_t pte_index(struct kvm_vm *vm, vm_vaddr_t gva)
  53 {
  54         uint64_t mask = (1UL << (vm->page_shift - 3)) - 1;
  55         return (gva >> vm->page_shift) & mask;
  56 }
  57
  58 static uint64_t pte_addr(struct kvm_vm *vm, uint64_t entry)
  59 {
  60         uint64_t mask = ((1UL << (vm->va_bits - vm->page_shift)) - 1) << vm->page_shift;
  61         return entry & mask;
  62 }
  63
  64 static uint64_t ptrs_per_pgd(struct kvm_vm *vm)
  65 {
  66         unsigned int shift = (vm->pgtable_levels - 1) * (vm->page_shift - 3) + vm->page_shift;
  67         return 1 << (vm->va_bits - shift);
  68 }
  69
  70 static uint64_t ptrs_per_pte(struct kvm_vm *vm)
  71 {
  72         return 1 << (vm->page_shift - 3);
  73 }
  74
  75 void virt_pgd_alloc(struct kvm_vm *vm, uint32_t pgd_memslot)
  76 {
  77         int rc;
  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, pgd_memslot);
  83                 vm->pgd = paddr;
  84                 vm->pgd_created = true;
  85         }
  86 }
  87
  88 void _virt_pg_map(struct kvm_vm *vm, uint64_t vaddr, uint64_t paddr,
  89                   uint32_t pgd_memslot, 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_phy_page_alloc(vm, KVM_GUEST_PAGE_TABLE_MIN_PADDR, pgd_memslot);
 111                 *ptep |= 3;
 112         }
 113
 114         switch (vm->pgtable_levels) {
 115         case 4:
 116                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte_addr(vm, *ptep)) + pud_index(vm, vaddr) * 8;
 117                 if (!*ptep) {
 118                         *ptep = vm_phy_page_alloc(vm, KVM_GUEST_PAGE_TABLE_MIN_PADDR, pgd_memslot);
 119                         *ptep |= 3;
 120                 }
 121                 /* fall through */
 122         case 3:
 123                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte_addr(vm, *ptep)) + pmd_index(vm, vaddr) * 8;
 124                 if (!*ptep) {
 125                         *ptep = vm_phy_page_alloc(vm, KVM_GUEST_PAGE_TABLE_MIN_PADDR, pgd_memslot);
 126                         *ptep |= 3;
 127                 }
 128                 /* fall through */
 129         case 2:
 130                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte_addr(vm, *ptep)) + pte_index(vm, vaddr) * 8;
 131                 break;
 132         default:
 133                 TEST_ASSERT(false, "Page table levels must be 2, 3, or 4");
 134         }
 135
 136         *ptep = paddr | 3;
 137         *ptep |= (attr_idx << 2) | (1 << 10) /* Access Flag */;
 138 }
 139
 140 void virt_pg_map(struct kvm_vm *vm, uint64_t vaddr, uint64_t paddr,
 141                  uint32_t pgd_memslot)
 142 {
 143         uint64_t attr_idx = 4; /* NORMAL (See DEFAULT_MAIR_EL1) */
 144
 145         _virt_pg_map(vm, vaddr, paddr, pgd_memslot, attr_idx);
 146 }
 147
 148 vm_paddr_t addr_gva2gpa(struct kvm_vm *vm, vm_vaddr_t gva)
 149 {
 150         uint64_t *ptep;
 151
 152         if (!vm->pgd_created)
 153                 goto unmapped_gva;
 154
 155         ptep = addr_gpa2hva(vm, vm->pgd) + pgd_index(vm, gva) * 8;
 156         if (!ptep)
 157                 goto unmapped_gva;
 158
 159         switch (vm->pgtable_levels) {
 160         case 4:
 161                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte_addr(vm, *ptep)) + pud_index(vm, gva) * 8;
 162                 if (!ptep)
 163                         goto unmapped_gva;
 164                 /* fall through */
 165         case 3:
 166                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte_addr(vm, *ptep)) + pmd_index(vm, gva) * 8;
 167                 if (!ptep)
 168                         goto unmapped_gva;
 169                 /* fall through */
 170         case 2:
 171                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte_addr(vm, *ptep)) + pte_index(vm, gva) * 8;
 172                 if (!ptep)
 173                         goto unmapped_gva;
 174                 break;
 175         default:
 176                 TEST_ASSERT(false, "Page table levels must be 2, 3, or 4");
 177         }
 178
 179         return pte_addr(vm, *ptep) + (gva & (vm->page_size - 1));
 180
 181 unmapped_gva:
 182         TEST_ASSERT(false, "No mapping for vm virtual address, "
 183                     "gva: 0x%lx", gva);
 184 }
 185
 186 static void pte_dump(FILE *stream, struct kvm_vm *vm, uint8_t indent, uint64_t page, int level)
 187 {
 188 #ifdef DEBUG_VM
 189         static const char * const type[] = { "", "pud", "pmd", "pte" };
 190         uint64_t pte, *ptep;
 191
 192         if (level == 4)
 193                 return;
 194
 195         for (pte = page; pte < page + ptrs_per_pte(vm) * 8; pte += 8) {
 196                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pte);
 197                 if (!*ptep)
 198                         continue;
 199                 printf("%*s%s: %lx: %lx at %p\n", indent, "", type[level], pte, *ptep, ptep);
 200                 pte_dump(stream, vm, indent + 1, pte_addr(vm, *ptep), level + 1);
 201         }
 202 #endif
 203 }
 204
 205 void virt_dump(FILE *stream, struct kvm_vm *vm, uint8_t indent)
 206 {
 207         int level = 4 - (vm->pgtable_levels - 1);
 208         uint64_t pgd, *ptep;
 209
 210         if (!vm->pgd_created)
 211                 return;
 212
 213         for (pgd = vm->pgd; pgd < vm->pgd + ptrs_per_pgd(vm) * 8; pgd += 8) {
 214                 ptep = addr_gpa2hva(vm, pgd);
 215                 if (!*ptep)
 216                         continue;
 217                 printf("%*spgd: %lx: %lx at %p\n", indent, "", pgd, *ptep, ptep);
 218                 pte_dump(stream, vm, indent + 1, pte_addr(vm, *ptep), level);
 219         }
 220 }
 221
 222 struct kvm_vm *vm_create_default(uint32_t vcpuid, uint64_t extra_mem_pages,
 223                                  void *guest_code)
 224 {
 225         uint64_t ptrs_per_4k_pte = 512;
 226         uint64_t extra_pg_pages = (extra_mem_pages / ptrs_per_4k_pte) * 2;
 227         struct kvm_vm *vm;
 228
 229         vm = vm_create(VM_MODE_P52V48_4K, DEFAULT_GUEST_PHY_PAGES + extra_pg_pages, O_RDWR);
 230
 231         kvm_vm_elf_load(vm, program_invocation_name, 0, 0);
 232         vm_vcpu_add_default(vm, vcpuid, guest_code);
 233
 234         return vm;
 235 }
 236
 237 void vm_vcpu_add_default(struct kvm_vm *vm, uint32_t vcpuid, void *guest_code)
 238 {
 239         size_t stack_size = vm->page_size == 4096 ?
 240                                         DEFAULT_STACK_PGS * vm->page_size :
 241                                         vm->page_size;
 242         uint64_t stack_vaddr = vm_vaddr_alloc(vm, stack_size,
 243                                         DEFAULT_ARM64_GUEST_STACK_VADDR_MIN, 0, 0);
 244
 245         vm_vcpu_add(vm, vcpuid, 0, 0);
 246
 247         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_CORE_REG(sp_el1), stack_vaddr + stack_size);
 248         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_CORE_REG(regs.pc), (uint64_t)guest_code);
 249 }
 250
 251 void vcpu_setup(struct kvm_vm *vm, int vcpuid, int pgd_memslot, int gdt_memslot)
 252 {
 253         struct kvm_vcpu_init init;
 254         uint64_t sctlr_el1, tcr_el1;
 255
 256         memset(&init, 0, sizeof(init));
 257         init.target = KVM_ARM_TARGET_GENERIC_V8;
 258         vcpu_ioctl(vm, vcpuid, KVM_ARM_VCPU_INIT, &init);
 259
 260         /*
 261          * Enable FP/ASIMD to avoid trapping when accessing Q0-Q15
 262          * registers, which the variable argument list macros do.
 263          */
 264         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(CPACR_EL1), 3 << 20);
 265
 266         get_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(SCTLR_EL1), &sctlr_el1);
 267         get_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(TCR_EL1), &tcr_el1);
 268
 269         switch (vm->mode) {
 270         case VM_MODE_P52V48_4K:
 271                 TEST_ASSERT(false, "AArch64 does not support 4K sized pages "
 272                                    "with 52-bit physical address ranges");
 273         case VM_MODE_P52V48_64K:
 274                 tcr_el1 |= 1ul << 14; /* TG0 = 64KB */
 275                 tcr_el1 |= 6ul << 32; /* IPS = 52 bits */
 276                 break;
 277         case VM_MODE_P48V48_4K:
 278                 tcr_el1 |= 0ul << 14; /* TG0 = 4KB */
 279                 tcr_el1 |= 5ul << 32; /* IPS = 48 bits */
 280                 break;
 281         case VM_MODE_P48V48_64K:
 282                 tcr_el1 |= 1ul << 14; /* TG0 = 64KB */
 283                 tcr_el1 |= 5ul << 32; /* IPS = 48 bits */
 284                 break;
 285         case VM_MODE_P40V48_4K:
 286                 tcr_el1 |= 0ul << 14; /* TG0 = 4KB */
 287                 tcr_el1 |= 2ul << 32; /* IPS = 40 bits */
 288                 break;
 289         case VM_MODE_P40V48_64K:
 290                 tcr_el1 |= 1ul << 14; /* TG0 = 64KB */
 291                 tcr_el1 |= 2ul << 32; /* IPS = 40 bits */
 292                 break;
 293         default:
 294                 TEST_ASSERT(false, "Unknown guest mode, mode: 0x%x", vm->mode);
 295         }
 296
 297         sctlr_el1 |= (1 << 0) | (1 << 2) | (1 << 12) /* M | C | I */;
 298         /* TCR_EL1 |= IRGN0:WBWA | ORGN0:WBWA | SH0:Inner-Shareable */;
 299         tcr_el1 |= (1 << 8) | (1 << 10) | (3 << 12);
 300         tcr_el1 |= (64 - vm->va_bits) /* T0SZ */;
 301
 302         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(SCTLR_EL1), sctlr_el1);
 303         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(TCR_EL1), tcr_el1);
 304         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(MAIR_EL1), DEFAULT_MAIR_EL1);
 305         set_reg(vm, vcpuid, ARM64_SYS_REG(TTBR0_EL1), vm->pgd);
 306 }
 307
 308 void vcpu_dump(FILE *stream, struct kvm_vm *vm, uint32_t vcpuid, uint8_t indent)
 309 {
 310         uint64_t pstate, pc;
 311
 312         get_reg(vm, vcpuid, ARM64_CORE_REG(regs.pstate), &pstate);
 313         get_reg(vm, vcpuid, ARM64_CORE_REG(regs.pc), &pc);
 314
 315         fprintf(stream, "%*spstate: 0x%.16llx pc: 0x%.16llx\n",
 316                 indent, "", pstate, pc);
 317 }