xref: /openbmc/qemu/tests/tcg/aarch64/sysregs.c (revision 4f2fdb10b5f78ba95300648fce74c42d3e4511c7)
1fe185734SAlex Bennée /*
2fe185734SAlex Bennée  * Check emulated system register access for linux-user mode.
3fe185734SAlex Bennée  *
4fe185734SAlex Bennée  * See: https://www.kernel.org/doc/Documentation/arm64/cpu-feature-registers.txt
5fe185734SAlex Bennée  *
6fe185734SAlex Bennée  * Copyright (c) 2019 Linaro
7fe185734SAlex Bennée  *
8fe185734SAlex Bennée  * This work is licensed under the terms of the GNU GPL, version 2 or later.
9fe185734SAlex Bennée  * See the COPYING file in the top-level directory.
10fe185734SAlex Bennée  *
11fe185734SAlex Bennée  * SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
12fe185734SAlex Bennée  */
13fe185734SAlex Bennée 
14fe185734SAlex Bennée #include <asm/hwcap.h>
15fe185734SAlex Bennée #include <stdio.h>
16fe185734SAlex Bennée #include <sys/auxv.h>
17fe185734SAlex Bennée #include <signal.h>
18fe185734SAlex Bennée #include <string.h>
19fe185734SAlex Bennée #include <stdbool.h>
20fe185734SAlex Bennée 
21fe185734SAlex Bennée #ifndef HWCAP_CPUID
22fe185734SAlex Bennée #define HWCAP_CPUID (1 << 11)
23fe185734SAlex Bennée #endif
24fe185734SAlex Bennée 
25bc6bd20eSZhuojia Shen /*
26bc6bd20eSZhuojia Shen  * Older assemblers don't recognize newer system register names,
27bc6bd20eSZhuojia Shen  * but we can still access them by the Sn_n_Cn_Cn_n syntax.
283dc2afeaSPeter Maydell  * This also means we don't need to specifically request that the
293dc2afeaSPeter Maydell  * assembler enables whatever architectural features the ID registers
303dc2afeaSPeter Maydell  * syntax might be gated behind.
31bc6bd20eSZhuojia Shen  */
32bc6bd20eSZhuojia Shen #define SYS_ID_AA64ISAR2_EL1 S3_0_C0_C6_2
33bc6bd20eSZhuojia Shen #define SYS_ID_AA64MMFR2_EL1 S3_0_C0_C7_2
343dc2afeaSPeter Maydell #define SYS_ID_AA64ZFR0_EL1 S3_0_C0_C4_4
353dc2afeaSPeter Maydell #define SYS_ID_AA64SMFR0_EL1 S3_0_C0_C4_5
36bc6bd20eSZhuojia Shen 
37fe185734SAlex Bennée int failed_bit_count;
38fe185734SAlex Bennée 
39fe185734SAlex Bennée /* Read and print system register `id' value */
40fe185734SAlex Bennée #define get_cpu_reg(id) ({                                      \
41fe185734SAlex Bennée             unsigned long __val = 0xdeadbeef;                   \
42fe185734SAlex Bennée             asm("mrs %0, "#id : "=r" (__val));                  \
43fe185734SAlex Bennée             printf("%-20s: 0x%016lx\n", #id, __val);            \
44fe185734SAlex Bennée             __val;                                               \
45fe185734SAlex Bennée         })
46fe185734SAlex Bennée 
47fe185734SAlex Bennée /* As above but also check no bits outside of `mask' are set*/
48fe185734SAlex Bennée #define get_cpu_reg_check_mask(id, mask) ({                     \
49fe185734SAlex Bennée             unsigned long __cval = get_cpu_reg(id);             \
50fe185734SAlex Bennée             unsigned long __extra = __cval & ~mask;             \
51fe185734SAlex Bennée             if (__extra) {                                      \
52fe185734SAlex Bennée                 printf("%-20s: 0x%016lx\n", "  !!extra bits!!", __extra);   \
53fe185734SAlex Bennée                 failed_bit_count++;                            \
54fe185734SAlex Bennée             }                                                   \
55fe185734SAlex Bennée })
56fe185734SAlex Bennée 
57fe185734SAlex Bennée /* As above but check RAZ */
58fe185734SAlex Bennée #define get_cpu_reg_check_zero(id) ({                           \
59fe185734SAlex Bennée             unsigned long __val = 0xdeadbeef;                   \
60fe185734SAlex Bennée             asm("mrs %0, "#id : "=r" (__val));                  \
61fe185734SAlex Bennée             if (__val) {                                        \
62fe185734SAlex Bennée                 printf("%-20s: 0x%016lx (not RAZ!)\n", #id, __val);        \
63fe185734SAlex Bennée                 failed_bit_count++;                            \
64fe185734SAlex Bennée             }                                                   \
65fe185734SAlex Bennée })
66fe185734SAlex Bennée 
67fe185734SAlex Bennée /* Chunk up mask into 63:48, 47:32, 31:16, 15:0 to ease counting */
68fe185734SAlex Bennée #define _m(a, b, c, d) (0x ## a ## b ## c ## d ##ULL)
69fe185734SAlex Bennée 
70fe185734SAlex Bennée bool should_fail;
71fe185734SAlex Bennée int should_fail_count;
72fe185734SAlex Bennée int should_not_fail_count;
73fe185734SAlex Bennée uintptr_t failed_pc[10];
74fe185734SAlex Bennée 
sigill_handler(int signo,siginfo_t * si,void * data)75fe185734SAlex Bennée void sigill_handler(int signo, siginfo_t *si, void *data)
76fe185734SAlex Bennée {
77fe185734SAlex Bennée     ucontext_t *uc = (ucontext_t *)data;
78fe185734SAlex Bennée 
79fe185734SAlex Bennée     if (should_fail) {
80fe185734SAlex Bennée         should_fail_count++;
81fe185734SAlex Bennée     } else {
82fe185734SAlex Bennée         uintptr_t pc = (uintptr_t) uc->uc_mcontext.pc;
83fe185734SAlex Bennée         failed_pc[should_not_fail_count++] =  pc;
84fe185734SAlex Bennée     }
85fe185734SAlex Bennée     uc->uc_mcontext.pc += 4;
86fe185734SAlex Bennée }
87fe185734SAlex Bennée 
main(void)88fe185734SAlex Bennée int main(void)
89fe185734SAlex Bennée {
90fe185734SAlex Bennée     struct sigaction sa;
91fe185734SAlex Bennée 
92fe185734SAlex Bennée     /* Hook in a SIGILL handler */
93fe185734SAlex Bennée     memset(&sa, 0, sizeof(struct sigaction));
94fe185734SAlex Bennée     sa.sa_flags = SA_SIGINFO;
95fe185734SAlex Bennée     sa.sa_sigaction = &sigill_handler;
96fe185734SAlex Bennée     sigemptyset(&sa.sa_mask);
97fe185734SAlex Bennée 
98fe185734SAlex Bennée     if (sigaction(SIGILL, &sa, 0) != 0) {
99fe185734SAlex Bennée         perror("sigaction");
100fe185734SAlex Bennée         return 1;
101fe185734SAlex Bennée     }
102fe185734SAlex Bennée 
103fe185734SAlex Bennée     /* Counter values have been exposed since Linux 4.12 */
104fe185734SAlex Bennée     printf("Checking Counter registers\n");
105fe185734SAlex Bennée 
106fe185734SAlex Bennée     get_cpu_reg(ctr_el0);
107fe185734SAlex Bennée     get_cpu_reg(cntvct_el0);
108fe185734SAlex Bennée     get_cpu_reg(cntfrq_el0);
109fe185734SAlex Bennée 
110fe185734SAlex Bennée     /* HWCAP_CPUID indicates we can read feature registers, since Linux 4.11 */
111fe185734SAlex Bennée     if (!(getauxval(AT_HWCAP) & HWCAP_CPUID)) {
112fe185734SAlex Bennée         printf("CPUID registers unavailable\n");
113fe185734SAlex Bennée         return 1;
114fe185734SAlex Bennée     } else {
115fe185734SAlex Bennée         printf("Checking CPUID registers\n");
116fe185734SAlex Bennée     }
117fe185734SAlex Bennée 
118fe185734SAlex Bennée     /*
119fe185734SAlex Bennée      * Some registers only expose some bits to user-space. Anything
120fe185734SAlex Bennée      * that is IMPDEF is exported as 0 to user-space. The _mask checks
121fe185734SAlex Bennée      * assert no extra bits are set.
122fe185734SAlex Bennée      *
123fe185734SAlex Bennée      * This check is *not* comprehensive as some fields are set to
124fe185734SAlex Bennée      * minimum valid fields - for the purposes of this check allowed
125fe185734SAlex Bennée      * to have non-zero values.
126fe185734SAlex Bennée      */
127bc6bd20eSZhuojia Shen     get_cpu_reg_check_mask(id_aa64isar0_el1, _m(f0ff,ffff,f0ff,fff0));
128bc6bd20eSZhuojia Shen     get_cpu_reg_check_mask(id_aa64isar1_el1, _m(00ff,f0ff,ffff,ffff));
1295f7b71fbSPeter Maydell     get_cpu_reg_check_mask(SYS_ID_AA64ISAR2_EL1, _m(00ff,0000,00ff,ffff));
130fe185734SAlex Bennée     /* TGran4 & TGran64 as pegged to -1 */
131bc6bd20eSZhuojia Shen     get_cpu_reg_check_mask(id_aa64mmfr0_el1, _m(f000,0000,ff00,0000));
132bc6bd20eSZhuojia Shen     get_cpu_reg_check_mask(id_aa64mmfr1_el1, _m(0000,f000,0000,0000));
133bc6bd20eSZhuojia Shen     get_cpu_reg_check_mask(SYS_ID_AA64MMFR2_EL1, _m(0000,000f,0000,0000));
134fe185734SAlex Bennée     /* EL1/EL0 reported as AA64 only */
135fe185734SAlex Bennée     get_cpu_reg_check_mask(id_aa64pfr0_el1,  _m(000f,000f,00ff,0011));
136bc6bd20eSZhuojia Shen     get_cpu_reg_check_mask(id_aa64pfr1_el1,  _m(0000,0000,0f00,0fff));
137fe185734SAlex Bennée     /* all hidden, DebugVer fixed to 0x6 (ARMv8 debug architecture) */
138fe185734SAlex Bennée     get_cpu_reg_check_mask(id_aa64dfr0_el1,  _m(0000,0000,0000,0006));
139fe185734SAlex Bennée     get_cpu_reg_check_zero(id_aa64dfr1_el1);
140*9f2e8ac0SPeter Maydell     get_cpu_reg_check_mask(SYS_ID_AA64ZFR0_EL1,  _m(0ff0,ff0f,0fff,00ff));
1415f7b71fbSPeter Maydell     get_cpu_reg_check_mask(SYS_ID_AA64SMFR0_EL1, _m(8ff1,fcff,0000,0000));
142fe185734SAlex Bennée 
143fe185734SAlex Bennée     get_cpu_reg_check_zero(id_aa64afr0_el1);
144fe185734SAlex Bennée     get_cpu_reg_check_zero(id_aa64afr1_el1);
145fe185734SAlex Bennée 
146fe185734SAlex Bennée     get_cpu_reg_check_mask(midr_el1,         _m(0000,0000,ffff,ffff));
147fe185734SAlex Bennée     /* mpidr sets bit 31, everything else hidden */
148fe185734SAlex Bennée     get_cpu_reg_check_mask(mpidr_el1,        _m(0000,0000,8000,0000));
149fe185734SAlex Bennée     /* REVIDR is all IMPDEF so should be all zeros to user-space */
150fe185734SAlex Bennée     get_cpu_reg_check_zero(revidr_el1);
151fe185734SAlex Bennée 
152fe185734SAlex Bennée     /*
153fe185734SAlex Bennée      * There are a block of more registers that are RAZ in the rest of
154fe185734SAlex Bennée      * the Op0=3, Op1=0, CRn=0, CRm=0,4,5,6,7 space. However for
155fe185734SAlex Bennée      * brevity we don't check stuff that is currently un-allocated
156fe185734SAlex Bennée      * here. Feel free to add them ;-)
157fe185734SAlex Bennée      */
158fe185734SAlex Bennée 
159fe185734SAlex Bennée     printf("Remaining registers should fail\n");
160fe185734SAlex Bennée     should_fail = true;
161fe185734SAlex Bennée 
162fe185734SAlex Bennée     /* Unexposed register access causes SIGILL */
163fe185734SAlex Bennée     get_cpu_reg(id_mmfr0_el1);
164fe185734SAlex Bennée     get_cpu_reg(id_mmfr1_el1);
165fe185734SAlex Bennée     get_cpu_reg(id_mmfr2_el1);
166fe185734SAlex Bennée     get_cpu_reg(id_mmfr3_el1);
167fe185734SAlex Bennée 
168fe185734SAlex Bennée     get_cpu_reg(mvfr0_el1);
169fe185734SAlex Bennée     get_cpu_reg(mvfr1_el1);
170fe185734SAlex Bennée 
171fe185734SAlex Bennée     if (should_not_fail_count > 0) {
172fe185734SAlex Bennée         int i;
173fe185734SAlex Bennée         for (i = 0; i < should_not_fail_count; i++) {
174fe185734SAlex Bennée             uintptr_t pc = failed_pc[i];
175fe185734SAlex Bennée             uint32_t insn = *(uint32_t *) pc;
176fe185734SAlex Bennée             printf("insn %#x @ %#lx unexpected FAIL\n", insn, pc);
177fe185734SAlex Bennée         }
178fe185734SAlex Bennée         return 1;
179fe185734SAlex Bennée     }
180fe185734SAlex Bennée 
181fe185734SAlex Bennée     if (failed_bit_count > 0) {
182fe185734SAlex Bennée         printf("Extra information leaked to user-space!\n");
183fe185734SAlex Bennée         return 1;
184fe185734SAlex Bennée     }
185fe185734SAlex Bennée 
186fe185734SAlex Bennée     return should_fail_count == 6 ? 0 : 1;
187fe185734SAlex Bennée }
188