arch/arm64/include/asm/kvm_mmu.h

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only */
   2 /*
   3  * Copyright (C) 2012,2013 - ARM Ltd
   4  * Author: Marc Zyngier <[email protected]>
   5  */
   6
   7 #ifndef __ARM64_KVM_MMU_H__
   8 #define __ARM64_KVM_MMU_H__
   9
  10 #include <asm/page.h>
  11 #include <asm/memory.h>
  12 #include <asm/mmu.h>
  13 #include <asm/cpufeature.h>
  14
  15 /*
  16  * As ARMv8.0 only has the TTBR0_EL2 register, we cannot express
  17  * "negative" addresses. This makes it impossible to directly share
  18  * mappings with the kernel.
  19  *
  20  * Instead, give the HYP mode its own VA region at a fixed offset from
  21  * the kernel by just masking the top bits (which are all ones for a
  22  * kernel address). We need to find out how many bits to mask.
  23  *
  24  * We want to build a set of page tables that cover both parts of the
  25  * idmap (the trampoline page used to initialize EL2), and our normal
  26  * runtime VA space, at the same time.
  27  *
  28  * Given that the kernel uses VA_BITS for its entire address space,
  29  * and that half of that space (VA_BITS - 1) is used for the linear
  30  * mapping, we can also limit the EL2 space to (VA_BITS - 1).
  31  *
  32  * The main question is "Within the VA_BITS space, does EL2 use the
  33  * top or the bottom half of that space to shadow the kernel's linear
  34  * mapping?". As we need to idmap the trampoline page, this is
  35  * determined by the range in which this page lives.
  36  *
  37  * If the page is in the bottom half, we have to use the top half. If
  38  * the page is in the top half, we have to use the bottom half:
  39  *
  40  * T = __pa_symbol(__hyp_idmap_text_start)
  41  * if (T & BIT(VA_BITS - 1))
  42  *      HYP_VA_MIN = 0  //idmap in upper half
  43  * else
  44  *      HYP_VA_MIN = 1 << (VA_BITS - 1)
  45  * HYP_VA_MAX = HYP_VA_MIN + (1 << (VA_BITS - 1)) - 1
  46  *
  47  * When using VHE, there are no separate hyp mappings and all KVM
  48  * functionality is already mapped as part of the main kernel
  49  * mappings, and none of this applies in that case.
  50  */
  51
  52 #ifdef __ASSEMBLY__
  53
  54 #include <asm/alternative.h>
  55
  56 /*
  57  * Convert a kernel VA into a HYP VA.
  58  * reg: VA to be converted.
  59  *
  60  * The actual code generation takes place in kvm_update_va_mask, and
  61  * the instructions below are only there to reserve the space and
  62  * perform the register allocation (kvm_update_va_mask uses the
  63  * specific registers encoded in the instructions).
  64  */
  65 .macro kern_hyp_va      reg
  66 #ifndef __KVM_VHE_HYPERVISOR__
  67 alternative_cb ARM64_ALWAYS_SYSTEM, kvm_update_va_mask
  68         and     \reg, \reg, #1          /* mask with va_mask */
  69         ror     \reg, \reg, #1          /* rotate to the first tag bit */
  70         add     \reg, \reg, #0          /* insert the low 12 bits of the tag */
  71         add     \reg, \reg, #0, lsl 12  /* insert the top 12 bits of the tag */
  72         ror     \reg, \reg, #63         /* rotate back */
  73 alternative_cb_end
  74 #endif
  75 .endm
  76
  77 /*
  78  * Convert a hypervisor VA to a PA
  79  * reg: hypervisor address to be converted in place
  80  * tmp: temporary register
  81  */
  82 .macro hyp_pa reg, tmp
  83         ldr_l   \tmp, hyp_physvirt_offset
  84         add     \reg, \reg, \tmp
  85 .endm
  86
  87 /*
  88  * Convert a hypervisor VA to a kernel image address
  89  * reg: hypervisor address to be converted in place
  90  * tmp: temporary register
  91  *
  92  * The actual code generation takes place in kvm_get_kimage_voffset, and
  93  * the instructions below are only there to reserve the space and
  94  * perform the register allocation (kvm_get_kimage_voffset uses the
  95  * specific registers encoded in the instructions).
  96  */
  97 .macro hyp_kimg_va reg, tmp
  98         /* Convert hyp VA -> PA. */
  99         hyp_pa  \reg, \tmp
 100
 101         /* Load kimage_voffset. */
 102 alternative_cb ARM64_ALWAYS_SYSTEM, kvm_get_kimage_voffset
 103         movz    \tmp, #0
 104         movk    \tmp, #0, lsl #16
 105         movk    \tmp, #0, lsl #32
 106         movk    \tmp, #0, lsl #48
 107 alternative_cb_end
 108
 109         /* Convert PA -> kimg VA. */
 110         add     \reg, \reg, \tmp
 111 .endm
 112
 113 #else
 114
 115 #include <linux/pgtable.h>
 116 #include <asm/pgalloc.h>
 117 #include <asm/cache.h>
 118 #include <asm/cacheflush.h>
 119 #include <asm/mmu_context.h>
 120 #include <asm/kvm_emulate.h>
 121 #include <asm/kvm_host.h>
 122
 123 void kvm_update_va_mask(struct alt_instr *alt,
 124                         __le32 *origptr, __le32 *updptr, int nr_inst);
 125 void kvm_compute_layout(void);
 126 void kvm_apply_hyp_relocations(void);
 127
 128 #define __hyp_pa(x) (((phys_addr_t)(x)) + hyp_physvirt_offset)
 129
 130 static __always_inline unsigned long __kern_hyp_va(unsigned long v)
 131 {
 132 #ifndef __KVM_VHE_HYPERVISOR__
 133         asm volatile(ALTERNATIVE_CB("and %0, %0, #1\n"
 134                                     "ror %0, %0, #1\n"
 135                                     "add %0, %0, #0\n"
 136                                     "add %0, %0, #0, lsl 12\n"
 137                                     "ror %0, %0, #63\n",
 138                                     ARM64_ALWAYS_SYSTEM,
 139                                     kvm_update_va_mask)
 140                      : "+r" (v));
 141 #endif
 142         return v;
 143 }
 144
 145 #define kern_hyp_va(v)  ((typeof(v))(__kern_hyp_va((unsigned long)(v))))
 146
 147 /*
 148  * We currently support using a VM-specified IPA size. For backward
 149  * compatibility, the default IPA size is fixed to 40bits.
 150  */
 151 #define KVM_PHYS_SHIFT  (40)
 152
 153 #define kvm_phys_shift(kvm)             VTCR_EL2_IPA(kvm->arch.vtcr)
 154 #define kvm_phys_size(kvm)              (_AC(1, ULL) << kvm_phys_shift(kvm))
 155 #define kvm_phys_mask(kvm)              (kvm_phys_size(kvm) - _AC(1, ULL))
 156
 157 #include <asm/kvm_pgtable.h>
 158 #include <asm/stage2_pgtable.h>
 159
 160 int kvm_share_hyp(void *from, void *to);
 161 void kvm_unshare_hyp(void *from, void *to);
 162 int create_hyp_mappings(void *from, void *to, enum kvm_pgtable_prot prot);
 163 int __create_hyp_mappings(unsigned long start, unsigned long size,
 164                           unsigned long phys, enum kvm_pgtable_prot prot);
 165 int hyp_alloc_private_va_range(size_t size, unsigned long *haddr);
 166 int create_hyp_io_mappings(phys_addr_t phys_addr, size_t size,
 167                            void __iomem **kaddr,
 168                            void __iomem **haddr);
 169 int create_hyp_exec_mappings(phys_addr_t phys_addr, size_t size,
 170                              void **haddr);
 171 void __init free_hyp_pgds(void);
 172
 173 void stage2_unmap_vm(struct kvm *kvm);
 174 int kvm_init_stage2_mmu(struct kvm *kvm, struct kvm_s2_mmu *mmu, unsigned long type);
 175 void kvm_free_stage2_pgd(struct kvm_s2_mmu *mmu);
 176 int kvm_phys_addr_ioremap(struct kvm *kvm, phys_addr_t guest_ipa,
 177                           phys_addr_t pa, unsigned long size, bool writable);
 178
 179 int kvm_handle_guest_abort(struct kvm_vcpu *vcpu);
 180
 181 phys_addr_t kvm_mmu_get_httbr(void);
 182 phys_addr_t kvm_get_idmap_vector(void);
 183 int __init kvm_mmu_init(u32 *hyp_va_bits);
 184
 185 static inline void *__kvm_vector_slot2addr(void *base,
 186                                            enum arm64_hyp_spectre_vector slot)
 187 {
 188         int idx = slot - (slot != HYP_VECTOR_DIRECT);
 189
 190         return base + (idx * SZ_2K);
 191 }
 192
 193 struct kvm;
 194
 195 #define kvm_flush_dcache_to_poc(a,l)    \
 196         dcache_clean_inval_poc((unsigned long)(a), (unsigned long)(a)+(l))
 197
 198 static inline bool vcpu_has_cache_enabled(struct kvm_vcpu *vcpu)
 199 {
 200         u64 cache_bits = SCTLR_ELx_M | SCTLR_ELx_C;
 201         int reg;
 202
 203         if (vcpu_is_el2(vcpu))
 204                 reg = SCTLR_EL2;
 205         else
 206                 reg = SCTLR_EL1;
 207
 208         return (vcpu_read_sys_reg(vcpu, reg) & cache_bits) == cache_bits;
 209 }
 210
 211 static inline void __clean_dcache_guest_page(void *va, size_t size)
 212 {
 213         /*
 214          * With FWB, we ensure that the guest always accesses memory using
 215          * cacheable attributes, and we don't have to clean to PoC when
 216          * faulting in pages. Furthermore, FWB implies IDC, so cleaning to
 217          * PoU is not required either in this case.
 218          */
 219         if (cpus_have_const_cap(ARM64_HAS_STAGE2_FWB))
 220                 return;
 221
 222         kvm_flush_dcache_to_poc(va, size);
 223 }
 224
 225 static inline void __invalidate_icache_guest_page(void *va, size_t size)
 226 {
 227         if (icache_is_aliasing()) {
 228                 /* any kind of VIPT cache */
 229                 icache_inval_all_pou();
 230         } else if (is_kernel_in_hyp_mode() || !icache_is_vpipt()) {
 231                 /* PIPT or VPIPT at EL2 (see comment in __kvm_tlb_flush_vmid_ipa) */
 232                 icache_inval_pou((unsigned long)va, (unsigned long)va + size);
 233         }
 234 }
 235
 236 void kvm_set_way_flush(struct kvm_vcpu *vcpu);
 237 void kvm_toggle_cache(struct kvm_vcpu *vcpu, bool was_enabled);
 238
 239 static inline unsigned int kvm_get_vmid_bits(void)
 240 {
 241         int reg = read_sanitised_ftr_reg(SYS_ID_AA64MMFR1_EL1);
 242
 243         return get_vmid_bits(reg);
 244 }
 245
 246 /*
 247  * We are not in the kvm->srcu critical section most of the time, so we take
 248  * the SRCU read lock here. Since we copy the data from the user page, we
 249  * can immediately drop the lock again.
 250  */
 251 static inline int kvm_read_guest_lock(struct kvm *kvm,
 252                                       gpa_t gpa, void *data, unsigned long len)
 253 {
 254         int srcu_idx = srcu_read_lock(&kvm->srcu);
 255         int ret = kvm_read_guest(kvm, gpa, data, len);
 256
 257         srcu_read_unlock(&kvm->srcu, srcu_idx);
 258
 259         return ret;
 260 }
 261
 262 static inline int kvm_write_guest_lock(struct kvm *kvm, gpa_t gpa,
 263                                        const void *data, unsigned long len)
 264 {
 265         int srcu_idx = srcu_read_lock(&kvm->srcu);
 266         int ret = kvm_write_guest(kvm, gpa, data, len);
 267
 268         srcu_read_unlock(&kvm->srcu, srcu_idx);
 269
 270         return ret;
 271 }
 272
 273 #define kvm_phys_to_vttbr(addr)         phys_to_ttbr(addr)
 274
 275 /*
 276  * When this is (directly or indirectly) used on the TLB invalidation
 277  * path, we rely on a previously issued DSB so that page table updates
 278  * and VMID reads are correctly ordered.
 279  */
 280 static __always_inline u64 kvm_get_vttbr(struct kvm_s2_mmu *mmu)
 281 {
 282         struct kvm_vmid *vmid = &mmu->vmid;
 283         u64 vmid_field, baddr;
 284         u64 cnp = system_supports_cnp() ? VTTBR_CNP_BIT : 0;
 285
 286         baddr = mmu->pgd_phys;
 287         vmid_field = atomic64_read(&vmid->id) << VTTBR_VMID_SHIFT;
 288         vmid_field &= VTTBR_VMID_MASK(kvm_arm_vmid_bits);
 289         return kvm_phys_to_vttbr(baddr) | vmid_field | cnp;
 290 }
 291
 292 /*
 293  * Must be called from hyp code running at EL2 with an updated VTTBR
 294  * and interrupts disabled.
 295  */
 296 static __always_inline void __load_stage2(struct kvm_s2_mmu *mmu,
 297                                           struct kvm_arch *arch)
 298 {
 299         write_sysreg(arch->vtcr, vtcr_el2);
 300         write_sysreg(kvm_get_vttbr(mmu), vttbr_el2);
 301
 302         /*
 303          * ARM errata 1165522 and 1530923 require the actual execution of the
 304          * above before we can switch to the EL1/EL0 translation regime used by
 305          * the guest.
 306          */
 307         asm(ALTERNATIVE("nop", "isb", ARM64_WORKAROUND_SPECULATIVE_AT));
 308 }
 309
 310 static inline struct kvm *kvm_s2_mmu_to_kvm(struct kvm_s2_mmu *mmu)
 311 {
 312         return container_of(mmu->arch, struct kvm, arch);
 313 }
 314 #endif /* __ASSEMBLY__ */
 315 #endif /* __ARM64_KVM_MMU_H__ */