xref: /openbmc/linux/arch/arm64/kvm/debug.c (revision 54ceb1bc)
156c7f5e7SAlex Bennée /*
256c7f5e7SAlex Bennée  * Debug and Guest Debug support
356c7f5e7SAlex Bennée  *
456c7f5e7SAlex Bennée  * Copyright (C) 2015 - Linaro Ltd
556c7f5e7SAlex Bennée  * Author: Alex Bennée <alex.bennee@linaro.org>
656c7f5e7SAlex Bennée  *
756c7f5e7SAlex Bennée  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
856c7f5e7SAlex Bennée  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
956c7f5e7SAlex Bennée  * published by the Free Software Foundation.
1056c7f5e7SAlex Bennée  *
1156c7f5e7SAlex Bennée  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
1256c7f5e7SAlex Bennée  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
1356c7f5e7SAlex Bennée  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
1456c7f5e7SAlex Bennée  * GNU General Public License for more details.
1556c7f5e7SAlex Bennée  *
1656c7f5e7SAlex Bennée  * You should have received a copy of the GNU General Public License
1756c7f5e7SAlex Bennée  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
1856c7f5e7SAlex Bennée  */
1956c7f5e7SAlex Bennée 
2056c7f5e7SAlex Bennée #include <linux/kvm_host.h>
21eef8c85aSAlex Bennée #include <linux/hw_breakpoint.h>
2256c7f5e7SAlex Bennée 
23337b99bfSAlex Bennée #include <asm/debug-monitors.h>
24337b99bfSAlex Bennée #include <asm/kvm_asm.h>
2556c7f5e7SAlex Bennée #include <asm/kvm_arm.h>
26337b99bfSAlex Bennée #include <asm/kvm_emulate.h>
27337b99bfSAlex Bennée 
28eef8c85aSAlex Bennée #include "trace.h"
29eef8c85aSAlex Bennée 
30337b99bfSAlex Bennée /* These are the bits of MDSCR_EL1 we may manipulate */
31337b99bfSAlex Bennée #define MDSCR_EL1_DEBUG_MASK	(DBG_MDSCR_SS | \
32337b99bfSAlex Bennée 				DBG_MDSCR_KDE | \
33337b99bfSAlex Bennée 				DBG_MDSCR_MDE)
3456c7f5e7SAlex Bennée 
3556c7f5e7SAlex Bennée static DEFINE_PER_CPU(u32, mdcr_el2);
3656c7f5e7SAlex Bennée 
3756c7f5e7SAlex Bennée /**
38337b99bfSAlex Bennée  * save/restore_guest_debug_regs
39337b99bfSAlex Bennée  *
40337b99bfSAlex Bennée  * For some debug operations we need to tweak some guest registers. As
41337b99bfSAlex Bennée  * a result we need to save the state of those registers before we
42337b99bfSAlex Bennée  * make those modifications.
43337b99bfSAlex Bennée  *
44337b99bfSAlex Bennée  * Guest access to MDSCR_EL1 is trapped by the hypervisor and handled
45337b99bfSAlex Bennée  * after we have restored the preserved value to the main context.
46337b99bfSAlex Bennée  */
47337b99bfSAlex Bennée static void save_guest_debug_regs(struct kvm_vcpu *vcpu)
48337b99bfSAlex Bennée {
49337b99bfSAlex Bennée 	vcpu->arch.guest_debug_preserved.mdscr_el1 = vcpu_sys_reg(vcpu, MDSCR_EL1);
50eef8c85aSAlex Bennée 
51eef8c85aSAlex Bennée 	trace_kvm_arm_set_dreg32("Saved MDSCR_EL1",
52eef8c85aSAlex Bennée 				vcpu->arch.guest_debug_preserved.mdscr_el1);
53337b99bfSAlex Bennée }
54337b99bfSAlex Bennée 
55337b99bfSAlex Bennée static void restore_guest_debug_regs(struct kvm_vcpu *vcpu)
56337b99bfSAlex Bennée {
57337b99bfSAlex Bennée 	vcpu_sys_reg(vcpu, MDSCR_EL1) = vcpu->arch.guest_debug_preserved.mdscr_el1;
58eef8c85aSAlex Bennée 
59eef8c85aSAlex Bennée 	trace_kvm_arm_set_dreg32("Restored MDSCR_EL1",
60eef8c85aSAlex Bennée 				vcpu_sys_reg(vcpu, MDSCR_EL1));
61337b99bfSAlex Bennée }
62337b99bfSAlex Bennée 
63337b99bfSAlex Bennée /**
6456c7f5e7SAlex Bennée  * kvm_arm_init_debug - grab what we need for debug
6556c7f5e7SAlex Bennée  *
6656c7f5e7SAlex Bennée  * Currently the sole task of this function is to retrieve the initial
6756c7f5e7SAlex Bennée  * value of mdcr_el2 so we can preserve MDCR_EL2.HPMN which has
6856c7f5e7SAlex Bennée  * presumably been set-up by some knowledgeable bootcode.
6956c7f5e7SAlex Bennée  *
7056c7f5e7SAlex Bennée  * It is called once per-cpu during CPU hyp initialisation.
7156c7f5e7SAlex Bennée  */
7256c7f5e7SAlex Bennée 
7356c7f5e7SAlex Bennée void kvm_arm_init_debug(void)
7456c7f5e7SAlex Bennée {
7556c7f5e7SAlex Bennée 	__this_cpu_write(mdcr_el2, kvm_call_hyp(__kvm_get_mdcr_el2));
7656c7f5e7SAlex Bennée }
7756c7f5e7SAlex Bennée 
7856c7f5e7SAlex Bennée /**
7984e690bfSAlex Bennée  * kvm_arm_reset_debug_ptr - reset the debug ptr to point to the vcpu state
8084e690bfSAlex Bennée  */
8184e690bfSAlex Bennée 
8284e690bfSAlex Bennée void kvm_arm_reset_debug_ptr(struct kvm_vcpu *vcpu)
8384e690bfSAlex Bennée {
8484e690bfSAlex Bennée 	vcpu->arch.debug_ptr = &vcpu->arch.vcpu_debug_state;
8584e690bfSAlex Bennée }
8684e690bfSAlex Bennée 
8784e690bfSAlex Bennée /**
8856c7f5e7SAlex Bennée  * kvm_arm_setup_debug - set up debug related stuff
8956c7f5e7SAlex Bennée  *
9056c7f5e7SAlex Bennée  * @vcpu:	the vcpu pointer
9156c7f5e7SAlex Bennée  *
9256c7f5e7SAlex Bennée  * This is called before each entry into the hypervisor to setup any
9356c7f5e7SAlex Bennée  * debug related registers. Currently this just ensures we will trap
9456c7f5e7SAlex Bennée  * access to:
9556c7f5e7SAlex Bennée  *  - Performance monitors (MDCR_EL2_TPM/MDCR_EL2_TPMCR)
9656c7f5e7SAlex Bennée  *  - Debug ROM Address (MDCR_EL2_TDRA)
9756c7f5e7SAlex Bennée  *  - OS related registers (MDCR_EL2_TDOSA)
98f85279b4SWill Deacon  *  - Statistical profiler (MDCR_EL2_TPMS/MDCR_EL2_E2PB)
9956c7f5e7SAlex Bennée  *
10056c7f5e7SAlex Bennée  * Additionally, KVM only traps guest accesses to the debug registers if
10156c7f5e7SAlex Bennée  * the guest is not actively using them (see the KVM_ARM64_DEBUG_DIRTY
10256c7f5e7SAlex Bennée  * flag on vcpu->arch.debug_flags).  Since the guest must not interfere
10356c7f5e7SAlex Bennée  * with the hardware state when debugging the guest, we must ensure that
10456c7f5e7SAlex Bennée  * trapping is enabled whenever we are debugging the guest using the
10556c7f5e7SAlex Bennée  * debug registers.
10656c7f5e7SAlex Bennée  */
10756c7f5e7SAlex Bennée 
10856c7f5e7SAlex Bennée void kvm_arm_setup_debug(struct kvm_vcpu *vcpu)
10956c7f5e7SAlex Bennée {
11056c7f5e7SAlex Bennée 	bool trap_debug = !(vcpu->arch.debug_flags & KVM_ARM64_DEBUG_DIRTY);
11156c7f5e7SAlex Bennée 
112eef8c85aSAlex Bennée 	trace_kvm_arm_setup_debug(vcpu, vcpu->guest_debug);
113eef8c85aSAlex Bennée 
114f85279b4SWill Deacon 	/*
115f85279b4SWill Deacon 	 * This also clears MDCR_EL2_E2PB_MASK to disable guest access
116f85279b4SWill Deacon 	 * to the profiling buffer.
117f85279b4SWill Deacon 	 */
11856c7f5e7SAlex Bennée 	vcpu->arch.mdcr_el2 = __this_cpu_read(mdcr_el2) & MDCR_EL2_HPMN_MASK;
11956c7f5e7SAlex Bennée 	vcpu->arch.mdcr_el2 |= (MDCR_EL2_TPM |
120f85279b4SWill Deacon 				MDCR_EL2_TPMS |
12156c7f5e7SAlex Bennée 				MDCR_EL2_TPMCR |
12256c7f5e7SAlex Bennée 				MDCR_EL2_TDRA |
12356c7f5e7SAlex Bennée 				MDCR_EL2_TDOSA);
12456c7f5e7SAlex Bennée 
125337b99bfSAlex Bennée 	/* Is Guest debugging in effect? */
126337b99bfSAlex Bennée 	if (vcpu->guest_debug) {
127337b99bfSAlex Bennée 		/* Route all software debug exceptions to EL2 */
1284bd611caSAlex Bennée 		vcpu->arch.mdcr_el2 |= MDCR_EL2_TDE;
129337b99bfSAlex Bennée 
130337b99bfSAlex Bennée 		/* Save guest debug state */
131337b99bfSAlex Bennée 		save_guest_debug_regs(vcpu);
132337b99bfSAlex Bennée 
133337b99bfSAlex Bennée 		/*
134337b99bfSAlex Bennée 		 * Single Step (ARM ARM D2.12.3 The software step state
135337b99bfSAlex Bennée 		 * machine)
136337b99bfSAlex Bennée 		 *
137337b99bfSAlex Bennée 		 * If we are doing Single Step we need to manipulate
138337b99bfSAlex Bennée 		 * the guest's MDSCR_EL1.SS and PSTATE.SS. Once the
139337b99bfSAlex Bennée 		 * step has occurred the hypervisor will trap the
140337b99bfSAlex Bennée 		 * debug exception and we return to userspace.
141337b99bfSAlex Bennée 		 *
142337b99bfSAlex Bennée 		 * If the guest attempts to single step its userspace
143337b99bfSAlex Bennée 		 * we would have to deal with a trapped exception
144337b99bfSAlex Bennée 		 * while in the guest kernel. Because this would be
145337b99bfSAlex Bennée 		 * hard to unwind we suppress the guest's ability to
146337b99bfSAlex Bennée 		 * do so by masking MDSCR_EL.SS.
147337b99bfSAlex Bennée 		 *
148337b99bfSAlex Bennée 		 * This confuses guest debuggers which use
149337b99bfSAlex Bennée 		 * single-step behind the scenes but everything
150337b99bfSAlex Bennée 		 * returns to normal once the host is no longer
151337b99bfSAlex Bennée 		 * debugging the system.
152337b99bfSAlex Bennée 		 */
153337b99bfSAlex Bennée 		if (vcpu->guest_debug & KVM_GUESTDBG_SINGLESTEP) {
154337b99bfSAlex Bennée 			*vcpu_cpsr(vcpu) |=  DBG_SPSR_SS;
155337b99bfSAlex Bennée 			vcpu_sys_reg(vcpu, MDSCR_EL1) |= DBG_MDSCR_SS;
156337b99bfSAlex Bennée 		} else {
157337b99bfSAlex Bennée 			vcpu_sys_reg(vcpu, MDSCR_EL1) &= ~DBG_MDSCR_SS;
158337b99bfSAlex Bennée 		}
159834bf887SAlex Bennée 
160eef8c85aSAlex Bennée 		trace_kvm_arm_set_dreg32("SPSR_EL2", *vcpu_cpsr(vcpu));
161eef8c85aSAlex Bennée 
162834bf887SAlex Bennée 		/*
163834bf887SAlex Bennée 		 * HW Breakpoints and watchpoints
164834bf887SAlex Bennée 		 *
165834bf887SAlex Bennée 		 * We simply switch the debug_ptr to point to our new
166834bf887SAlex Bennée 		 * external_debug_state which has been populated by the
167834bf887SAlex Bennée 		 * debug ioctl. The existing KVM_ARM64_DEBUG_DIRTY
168834bf887SAlex Bennée 		 * mechanism ensures the registers are updated on the
169834bf887SAlex Bennée 		 * world switch.
170834bf887SAlex Bennée 		 */
171834bf887SAlex Bennée 		if (vcpu->guest_debug & KVM_GUESTDBG_USE_HW) {
172834bf887SAlex Bennée 			/* Enable breakpoints/watchpoints */
173834bf887SAlex Bennée 			vcpu_sys_reg(vcpu, MDSCR_EL1) |= DBG_MDSCR_MDE;
174834bf887SAlex Bennée 
175834bf887SAlex Bennée 			vcpu->arch.debug_ptr = &vcpu->arch.external_debug_state;
176834bf887SAlex Bennée 			vcpu->arch.debug_flags |= KVM_ARM64_DEBUG_DIRTY;
177834bf887SAlex Bennée 			trap_debug = true;
178eef8c85aSAlex Bennée 
179eef8c85aSAlex Bennée 			trace_kvm_arm_set_regset("BKPTS", get_num_brps(),
180eef8c85aSAlex Bennée 						&vcpu->arch.debug_ptr->dbg_bcr[0],
181eef8c85aSAlex Bennée 						&vcpu->arch.debug_ptr->dbg_bvr[0]);
182eef8c85aSAlex Bennée 
183eef8c85aSAlex Bennée 			trace_kvm_arm_set_regset("WAPTS", get_num_wrps(),
184eef8c85aSAlex Bennée 						&vcpu->arch.debug_ptr->dbg_wcr[0],
185eef8c85aSAlex Bennée 						&vcpu->arch.debug_ptr->dbg_wvr[0]);
186337b99bfSAlex Bennée 		}
18756c7f5e7SAlex Bennée 	}
18856c7f5e7SAlex Bennée 
189834bf887SAlex Bennée 	BUG_ON(!vcpu->guest_debug &&
190834bf887SAlex Bennée 		vcpu->arch.debug_ptr != &vcpu->arch.vcpu_debug_state);
191834bf887SAlex Bennée 
192834bf887SAlex Bennée 	/* Trap debug register access */
193834bf887SAlex Bennée 	if (trap_debug)
194834bf887SAlex Bennée 		vcpu->arch.mdcr_el2 |= MDCR_EL2_TDA;
195eef8c85aSAlex Bennée 
19654ceb1bcSChristoffer Dall 	/* If KDE or MDE are set, perform a full save/restore cycle. */
19754ceb1bcSChristoffer Dall 	if ((vcpu_sys_reg(vcpu, MDSCR_EL1) & DBG_MDSCR_KDE) ||
19854ceb1bcSChristoffer Dall 	    (vcpu_sys_reg(vcpu, MDSCR_EL1) & DBG_MDSCR_MDE))
19954ceb1bcSChristoffer Dall 		vcpu->arch.debug_flags |= KVM_ARM64_DEBUG_DIRTY;
20054ceb1bcSChristoffer Dall 
201eef8c85aSAlex Bennée 	trace_kvm_arm_set_dreg32("MDCR_EL2", vcpu->arch.mdcr_el2);
202eef8c85aSAlex Bennée 	trace_kvm_arm_set_dreg32("MDSCR_EL1", vcpu_sys_reg(vcpu, MDSCR_EL1));
203834bf887SAlex Bennée }
204834bf887SAlex Bennée 
20556c7f5e7SAlex Bennée void kvm_arm_clear_debug(struct kvm_vcpu *vcpu)
20656c7f5e7SAlex Bennée {
207eef8c85aSAlex Bennée 	trace_kvm_arm_clear_debug(vcpu->guest_debug);
208eef8c85aSAlex Bennée 
209834bf887SAlex Bennée 	if (vcpu->guest_debug) {
210337b99bfSAlex Bennée 		restore_guest_debug_regs(vcpu);
211834bf887SAlex Bennée 
212834bf887SAlex Bennée 		/*
213834bf887SAlex Bennée 		 * If we were using HW debug we need to restore the
214834bf887SAlex Bennée 		 * debug_ptr to the guest debug state.
215834bf887SAlex Bennée 		 */
216eef8c85aSAlex Bennée 		if (vcpu->guest_debug & KVM_GUESTDBG_USE_HW) {
217834bf887SAlex Bennée 			kvm_arm_reset_debug_ptr(vcpu);
218834bf887SAlex Bennée 
219eef8c85aSAlex Bennée 			trace_kvm_arm_set_regset("BKPTS", get_num_brps(),
220eef8c85aSAlex Bennée 						&vcpu->arch.debug_ptr->dbg_bcr[0],
221eef8c85aSAlex Bennée 						&vcpu->arch.debug_ptr->dbg_bvr[0]);
222eef8c85aSAlex Bennée 
223eef8c85aSAlex Bennée 			trace_kvm_arm_set_regset("WAPTS", get_num_wrps(),
224eef8c85aSAlex Bennée 						&vcpu->arch.debug_ptr->dbg_wcr[0],
225eef8c85aSAlex Bennée 						&vcpu->arch.debug_ptr->dbg_wvr[0]);
226eef8c85aSAlex Bennée 		}
227834bf887SAlex Bennée 	}
22856c7f5e7SAlex Bennée }
229696673d1SAlex Bennée 
230696673d1SAlex Bennée 
231696673d1SAlex Bennée /*
232696673d1SAlex Bennée  * After successfully emulating an instruction, we might want to
233696673d1SAlex Bennée  * return to user space with a KVM_EXIT_DEBUG. We can only do this
234696673d1SAlex Bennée  * once the emulation is complete, though, so for userspace emulations
235696673d1SAlex Bennée  * we have to wait until we have re-entered KVM before calling this
236696673d1SAlex Bennée  * helper.
237696673d1SAlex Bennée  *
238696673d1SAlex Bennée  * Return true (and set exit_reason) to return to userspace or false
239696673d1SAlex Bennée  * if no further action is required.
240696673d1SAlex Bennée  */
241696673d1SAlex Bennée bool kvm_arm_handle_step_debug(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_run *run)
242696673d1SAlex Bennée {
243696673d1SAlex Bennée 	if (vcpu->guest_debug & KVM_GUESTDBG_SINGLESTEP) {
244696673d1SAlex Bennée 		run->exit_reason = KVM_EXIT_DEBUG;
245696673d1SAlex Bennée 		run->debug.arch.hsr = ESR_ELx_EC_SOFTSTP_LOW << ESR_ELx_EC_SHIFT;
246696673d1SAlex Bennée 		return true;
247696673d1SAlex Bennée 	}
248696673d1SAlex Bennée 	return false;
249696673d1SAlex Bennée }
250