OSDN Git Service

153bd1e9df889eb08259857daf3633ff9e39efde
[qmiga/qemu.git] / target / arm / mte_helper.c
1 /*
2  * ARM v8.5-MemTag Operations
3  *
4  * Copyright (c) 2020 Linaro, Ltd.
5  *
6  * This library is free software; you can redistribute it and/or
7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
8  * License as published by the Free Software Foundation; either
9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
10  *
11  * This library is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
14  * Lesser General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
17  * License along with this library; if not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18  */
19
20 #include "qemu/osdep.h"
21 #include "cpu.h"
22 #include "internals.h"
23 #include "exec/exec-all.h"
24 #include "exec/ram_addr.h"
25 #include "exec/cpu_ldst.h"
26 #include "exec/helper-proto.h"
27 #include "qapi/error.h"
28 #include "qemu/guest-random.h"
29
30
31 static int choose_nonexcluded_tag(int tag, int offset, uint16_t exclude)
32 {
33     if (exclude == 0xffff) {
34         return 0;
35     }
36     if (offset == 0) {
37         while (exclude & (1 << tag)) {
38             tag = (tag + 1) & 15;
39         }
40     } else {
41         do {
42             do {
43                 tag = (tag + 1) & 15;
44             } while (exclude & (1 << tag));
45         } while (--offset > 0);
46     }
47     return tag;
48 }
49
50 /**
51  * allocation_tag_mem:
52  * @env: the cpu environment
53  * @ptr_mmu_idx: the addressing regime to use for the virtual address
54  * @ptr: the virtual address for which to look up tag memory
55  * @ptr_access: the access to use for the virtual address
56  * @ptr_size: the number of bytes in the normal memory access
57  * @tag_access: the access to use for the tag memory
58  * @tag_size: the number of bytes in the tag memory access
59  * @ra: the return address for exception handling
60  *
61  * Our tag memory is formatted as a sequence of little-endian nibbles.
62  * That is, the byte at (addr >> (LOG2_TAG_GRANULE + 1)) contains two
63  * tags, with the tag at [3:0] for the lower addr and the tag at [7:4]
64  * for the higher addr.
65  *
66  * Here, resolve the physical address from the virtual address, and return
67  * a pointer to the corresponding tag byte.  Exit with exception if the
68  * virtual address is not accessible for @ptr_access.
69  *
70  * The @ptr_size and @tag_size values may not have an obvious relation
71  * due to the alignment of @ptr, and the number of tag checks required.
72  *
73  * If there is no tag storage corresponding to @ptr, return NULL.
74  */
75 static uint8_t *allocation_tag_mem(CPUARMState *env, int ptr_mmu_idx,
76                                    uint64_t ptr, MMUAccessType ptr_access,
77                                    int ptr_size, MMUAccessType tag_access,
78                                    int tag_size, uintptr_t ra)
79 {
80 #ifdef CONFIG_USER_ONLY
81     /* Tag storage not implemented.  */
82     return NULL;
83 #else
84     uintptr_t index;
85     CPUIOTLBEntry *iotlbentry;
86     int in_page, flags;
87     ram_addr_t ptr_ra;
88     hwaddr ptr_paddr, tag_paddr, xlat;
89     MemoryRegion *mr;
90     ARMASIdx tag_asi;
91     AddressSpace *tag_as;
92     void *host;
93
94     /*
95      * Probe the first byte of the virtual address.  This raises an
96      * exception for inaccessible pages, and resolves the virtual address
97      * into the softmmu tlb.
98      *
99      * When RA == 0, this is for mte_probe1.  The page is expected to be
100      * valid.  Indicate to probe_access_flags no-fault, then assert that
101      * we received a valid page.
102      */
103     flags = probe_access_flags(env, ptr, ptr_access, ptr_mmu_idx,
104                                ra == 0, &host, ra);
105     assert(!(flags & TLB_INVALID_MASK));
106
107     /*
108      * Find the iotlbentry for ptr.  This *must* be present in the TLB
109      * because we just found the mapping.
110      * TODO: Perhaps there should be a cputlb helper that returns a
111      * matching tlb entry + iotlb entry.
112      */
113     index = tlb_index(env, ptr_mmu_idx, ptr);
114 # ifdef CONFIG_DEBUG_TCG
115     {
116         CPUTLBEntry *entry = tlb_entry(env, ptr_mmu_idx, ptr);
117         target_ulong comparator = (ptr_access == MMU_DATA_LOAD
118                                    ? entry->addr_read
119                                    : tlb_addr_write(entry));
120         g_assert(tlb_hit(comparator, ptr));
121     }
122 # endif
123     iotlbentry = &env_tlb(env)->d[ptr_mmu_idx].iotlb[index];
124
125     /* If the virtual page MemAttr != Tagged, access unchecked. */
126     if (!arm_tlb_mte_tagged(&iotlbentry->attrs)) {
127         return NULL;
128     }
129
130     /*
131      * If not backed by host ram, there is no tag storage: access unchecked.
132      * This is probably a guest os bug though, so log it.
133      */
134     if (unlikely(flags & TLB_MMIO)) {
135         qemu_log_mask(LOG_GUEST_ERROR,
136                       "Page @ 0x%" PRIx64 " indicates Tagged Normal memory "
137                       "but is not backed by host ram\n", ptr);
138         return NULL;
139     }
140
141     /*
142      * The Normal memory access can extend to the next page.  E.g. a single
143      * 8-byte access to the last byte of a page will check only the last
144      * tag on the first page.
145      * Any page access exception has priority over tag check exception.
146      */
147     in_page = -(ptr | TARGET_PAGE_MASK);
148     if (unlikely(ptr_size > in_page)) {
149         void *ignore;
150         flags |= probe_access_flags(env, ptr + in_page, ptr_access,
151                                     ptr_mmu_idx, ra == 0, &ignore, ra);
152         assert(!(flags & TLB_INVALID_MASK));
153     }
154
155     /* Any debug exception has priority over a tag check exception. */
156     if (unlikely(flags & TLB_WATCHPOINT)) {
157         int wp = ptr_access == MMU_DATA_LOAD ? BP_MEM_READ : BP_MEM_WRITE;
158         assert(ra != 0);
159         cpu_check_watchpoint(env_cpu(env), ptr, ptr_size,
160                              iotlbentry->attrs, wp, ra);
161     }
162
163     /*
164      * Find the physical address within the normal mem space.
165      * The memory region lookup must succeed because TLB_MMIO was
166      * not set in the cputlb lookup above.
167      */
168     mr = memory_region_from_host(host, &ptr_ra);
169     tcg_debug_assert(mr != NULL);
170     tcg_debug_assert(memory_region_is_ram(mr));
171     ptr_paddr = ptr_ra;
172     do {
173         ptr_paddr += mr->addr;
174         mr = mr->container;
175     } while (mr);
176
177     /* Convert to the physical address in tag space.  */
178     tag_paddr = ptr_paddr >> (LOG2_TAG_GRANULE + 1);
179
180     /* Look up the address in tag space. */
181     tag_asi = iotlbentry->attrs.secure ? ARMASIdx_TagS : ARMASIdx_TagNS;
182     tag_as = cpu_get_address_space(env_cpu(env), tag_asi);
183     mr = address_space_translate(tag_as, tag_paddr, &xlat, NULL,
184                                  tag_access == MMU_DATA_STORE,
185                                  iotlbentry->attrs);
186
187     /*
188      * Note that @mr will never be NULL.  If there is nothing in the address
189      * space at @tag_paddr, the translation will return the unallocated memory
190      * region.  For our purposes, the result must be ram.
191      */
192     if (unlikely(!memory_region_is_ram(mr))) {
193         /* ??? Failure is a board configuration error. */
194         qemu_log_mask(LOG_UNIMP,
195                       "Tag Memory @ 0x%" HWADDR_PRIx " not found for "
196                       "Normal Memory @ 0x%" HWADDR_PRIx "\n",
197                       tag_paddr, ptr_paddr);
198         return NULL;
199     }
200
201     /*
202      * Ensure the tag memory is dirty on write, for migration.
203      * Tag memory can never contain code or display memory (vga).
204      */
205     if (tag_access == MMU_DATA_STORE) {
206         ram_addr_t tag_ra = memory_region_get_ram_addr(mr) + xlat;
207         cpu_physical_memory_set_dirty_flag(tag_ra, DIRTY_MEMORY_MIGRATION);
208     }
209
210     return memory_region_get_ram_ptr(mr) + xlat;
211 #endif
212 }
213
214 uint64_t HELPER(irg)(CPUARMState *env, uint64_t rn, uint64_t rm)
215 {
216     uint16_t exclude = extract32(rm | env->cp15.gcr_el1, 0, 16);
217     int rrnd = extract32(env->cp15.gcr_el1, 16, 1);
218     int start = extract32(env->cp15.rgsr_el1, 0, 4);
219     int seed = extract32(env->cp15.rgsr_el1, 8, 16);
220     int offset, i, rtag;
221
222     /*
223      * Our IMPDEF choice for GCR_EL1.RRND==1 is to continue to use the
224      * deterministic algorithm.  Except that with RRND==1 the kernel is
225      * not required to have set RGSR_EL1.SEED != 0, which is required for
226      * the deterministic algorithm to function.  So we force a non-zero
227      * SEED for that case.
228      */
229     if (unlikely(seed == 0) && rrnd) {
230         do {
231             Error *err = NULL;
232             uint16_t two;
233
234             if (qemu_guest_getrandom(&two, sizeof(two), &err) < 0) {
235                 /*
236                  * Failed, for unknown reasons in the crypto subsystem.
237                  * Best we can do is log the reason and use a constant seed.
238                  */
239                 qemu_log_mask(LOG_UNIMP, "IRG: Crypto failure: %s\n",
240                               error_get_pretty(err));
241                 error_free(err);
242                 two = 1;
243             }
244             seed = two;
245         } while (seed == 0);
246     }
247
248     /* RandomTag */
249     for (i = offset = 0; i < 4; ++i) {
250         /* NextRandomTagBit */
251         int top = (extract32(seed, 5, 1) ^ extract32(seed, 3, 1) ^
252                    extract32(seed, 2, 1) ^ extract32(seed, 0, 1));
253         seed = (top << 15) | (seed >> 1);
254         offset |= top << i;
255     }
256     rtag = choose_nonexcluded_tag(start, offset, exclude);
257     env->cp15.rgsr_el1 = rtag | (seed << 8);
258
259     return address_with_allocation_tag(rn, rtag);
260 }
261
262 uint64_t HELPER(addsubg)(CPUARMState *env, uint64_t ptr,
263                          int32_t offset, uint32_t tag_offset)
264 {
265     int start_tag = allocation_tag_from_addr(ptr);
266     uint16_t exclude = extract32(env->cp15.gcr_el1, 0, 16);
267     int rtag = choose_nonexcluded_tag(start_tag, tag_offset, exclude);
268
269     return address_with_allocation_tag(ptr + offset, rtag);
270 }
271
272 static int load_tag1(uint64_t ptr, uint8_t *mem)
273 {
274     int ofs = extract32(ptr, LOG2_TAG_GRANULE, 1) * 4;
275     return extract32(*mem, ofs, 4);
276 }
277
278 uint64_t HELPER(ldg)(CPUARMState *env, uint64_t ptr, uint64_t xt)
279 {
280     int mmu_idx = cpu_mmu_index(env, false);
281     uint8_t *mem;
282     int rtag = 0;
283
284     /* Trap if accessing an invalid page.  */
285     mem = allocation_tag_mem(env, mmu_idx, ptr, MMU_DATA_LOAD, 1,
286                              MMU_DATA_LOAD, 1, GETPC());
287
288     /* Load if page supports tags. */
289     if (mem) {
290         rtag = load_tag1(ptr, mem);
291     }
292
293     return address_with_allocation_tag(xt, rtag);
294 }
295
296 static void check_tag_aligned(CPUARMState *env, uint64_t ptr, uintptr_t ra)
297 {
298     if (unlikely(!QEMU_IS_ALIGNED(ptr, TAG_GRANULE))) {
299         arm_cpu_do_unaligned_access(env_cpu(env), ptr, MMU_DATA_STORE,
300                                     cpu_mmu_index(env, false), ra);
301         g_assert_not_reached();
302     }
303 }
304
305 /* For use in a non-parallel context, store to the given nibble.  */
306 static void store_tag1(uint64_t ptr, uint8_t *mem, int tag)
307 {
308     int ofs = extract32(ptr, LOG2_TAG_GRANULE, 1) * 4;
309     *mem = deposit32(*mem, ofs, 4, tag);
310 }
311
312 /* For use in a parallel context, atomically store to the given nibble.  */
313 static void store_tag1_parallel(uint64_t ptr, uint8_t *mem, int tag)
314 {
315     int ofs = extract32(ptr, LOG2_TAG_GRANULE, 1) * 4;
316     uint8_t old = qatomic_read(mem);
317
318     while (1) {
319         uint8_t new = deposit32(old, ofs, 4, tag);
320         uint8_t cmp = qatomic_cmpxchg(mem, old, new);
321         if (likely(cmp == old)) {
322             return;
323         }
324         old = cmp;
325     }
326 }
327
328 typedef void stg_store1(uint64_t, uint8_t *, int);
329
330 static inline void do_stg(CPUARMState *env, uint64_t ptr, uint64_t xt,
331                           uintptr_t ra, stg_store1 store1)
332 {
333     int mmu_idx = cpu_mmu_index(env, false);
334     uint8_t *mem;
335
336     check_tag_aligned(env, ptr, ra);
337
338     /* Trap if accessing an invalid page.  */
339     mem = allocation_tag_mem(env, mmu_idx, ptr, MMU_DATA_STORE, TAG_GRANULE,
340                              MMU_DATA_STORE, 1, ra);
341
342     /* Store if page supports tags. */
343     if (mem) {
344         store1(ptr, mem, allocation_tag_from_addr(xt));
345     }
346 }
347
348 void HELPER(stg)(CPUARMState *env, uint64_t ptr, uint64_t xt)
349 {
350     do_stg(env, ptr, xt, GETPC(), store_tag1);
351 }
352
353 void HELPER(stg_parallel)(CPUARMState *env, uint64_t ptr, uint64_t xt)
354 {
355     do_stg(env, ptr, xt, GETPC(), store_tag1_parallel);
356 }
357
358 void HELPER(stg_stub)(CPUARMState *env, uint64_t ptr)
359 {
360     int mmu_idx = cpu_mmu_index(env, false);
361     uintptr_t ra = GETPC();
362
363     check_tag_aligned(env, ptr, ra);
364     probe_write(env, ptr, TAG_GRANULE, mmu_idx, ra);
365 }
366
367 static inline void do_st2g(CPUARMState *env, uint64_t ptr, uint64_t xt,
368                            uintptr_t ra, stg_store1 store1)
369 {
370     int mmu_idx = cpu_mmu_index(env, false);
371     int tag = allocation_tag_from_addr(xt);
372     uint8_t *mem1, *mem2;
373
374     check_tag_aligned(env, ptr, ra);
375
376     /*
377      * Trap if accessing an invalid page(s).
378      * This takes priority over !allocation_tag_access_enabled.
379      */
380     if (ptr & TAG_GRANULE) {
381         /* Two stores unaligned mod TAG_GRANULE*2 -- modify two bytes. */
382         mem1 = allocation_tag_mem(env, mmu_idx, ptr, MMU_DATA_STORE,
383                                   TAG_GRANULE, MMU_DATA_STORE, 1, ra);
384         mem2 = allocation_tag_mem(env, mmu_idx, ptr + TAG_GRANULE,
385                                   MMU_DATA_STORE, TAG_GRANULE,
386                                   MMU_DATA_STORE, 1, ra);
387
388         /* Store if page(s) support tags. */
389         if (mem1) {
390             store1(TAG_GRANULE, mem1, tag);
391         }
392         if (mem2) {
393             store1(0, mem2, tag);
394         }
395     } else {
396         /* Two stores aligned mod TAG_GRANULE*2 -- modify one byte. */
397         mem1 = allocation_tag_mem(env, mmu_idx, ptr, MMU_DATA_STORE,
398                                   2 * TAG_GRANULE, MMU_DATA_STORE, 1, ra);
399         if (mem1) {
400             tag |= tag << 4;
401             qatomic_set(mem1, tag);
402         }
403     }
404 }
405
406 void HELPER(st2g)(CPUARMState *env, uint64_t ptr, uint64_t xt)
407 {
408     do_st2g(env, ptr, xt, GETPC(), store_tag1);
409 }
410
411 void HELPER(st2g_parallel)(CPUARMState *env, uint64_t ptr, uint64_t xt)
412 {
413     do_st2g(env, ptr, xt, GETPC(), store_tag1_parallel);
414 }
415
416 void HELPER(st2g_stub)(CPUARMState *env, uint64_t ptr)
417 {
418     int mmu_idx = cpu_mmu_index(env, false);
419     uintptr_t ra = GETPC();
420     int in_page = -(ptr | TARGET_PAGE_MASK);
421
422     check_tag_aligned(env, ptr, ra);
423
424     if (likely(in_page >= 2 * TAG_GRANULE)) {
425         probe_write(env, ptr, 2 * TAG_GRANULE, mmu_idx, ra);
426     } else {
427         probe_write(env, ptr, TAG_GRANULE, mmu_idx, ra);
428         probe_write(env, ptr + TAG_GRANULE, TAG_GRANULE, mmu_idx, ra);
429     }
430 }
431
432 #define LDGM_STGM_SIZE  (4 << GMID_EL1_BS)
433
434 uint64_t HELPER(ldgm)(CPUARMState *env, uint64_t ptr)
435 {
436     int mmu_idx = cpu_mmu_index(env, false);
437     uintptr_t ra = GETPC();
438     void *tag_mem;
439
440     ptr = QEMU_ALIGN_DOWN(ptr, LDGM_STGM_SIZE);
441
442     /* Trap if accessing an invalid page.  */
443     tag_mem = allocation_tag_mem(env, mmu_idx, ptr, MMU_DATA_LOAD,
444                                  LDGM_STGM_SIZE, MMU_DATA_LOAD,
445                                  LDGM_STGM_SIZE / (2 * TAG_GRANULE), ra);
446
447     /* The tag is squashed to zero if the page does not support tags.  */
448     if (!tag_mem) {
449         return 0;
450     }
451
452     QEMU_BUILD_BUG_ON(GMID_EL1_BS != 6);
453     /*
454      * We are loading 64-bits worth of tags.  The ordering of elements
455      * within the word corresponds to a 64-bit little-endian operation.
456      */
457     return ldq_le_p(tag_mem);
458 }
459
460 void HELPER(stgm)(CPUARMState *env, uint64_t ptr, uint64_t val)
461 {
462     int mmu_idx = cpu_mmu_index(env, false);
463     uintptr_t ra = GETPC();
464     void *tag_mem;
465
466     ptr = QEMU_ALIGN_DOWN(ptr, LDGM_STGM_SIZE);
467
468     /* Trap if accessing an invalid page.  */
469     tag_mem = allocation_tag_mem(env, mmu_idx, ptr, MMU_DATA_STORE,
470                                  LDGM_STGM_SIZE, MMU_DATA_LOAD,
471                                  LDGM_STGM_SIZE / (2 * TAG_GRANULE), ra);
472
473     /*
474      * Tag store only happens if the page support tags,
475      * and if the OS has enabled access to the tags.
476      */
477     if (!tag_mem) {
478         return;
479     }
480
481     QEMU_BUILD_BUG_ON(GMID_EL1_BS != 6);
482     /*
483      * We are storing 64-bits worth of tags.  The ordering of elements
484      * within the word corresponds to a 64-bit little-endian operation.
485      */
486     stq_le_p(tag_mem, val);
487 }
488
489 void HELPER(stzgm_tags)(CPUARMState *env, uint64_t ptr, uint64_t val)
490 {
491     uintptr_t ra = GETPC();
492     int mmu_idx = cpu_mmu_index(env, false);
493     int log2_dcz_bytes, log2_tag_bytes;
494     intptr_t dcz_bytes, tag_bytes;
495     uint8_t *mem;
496
497     /*
498      * In arm_cpu_realizefn, we assert that dcz > LOG2_TAG_GRANULE+1,
499      * i.e. 32 bytes, which is an unreasonably small dcz anyway,
500      * to make sure that we can access one complete tag byte here.
501      */
502     log2_dcz_bytes = env_archcpu(env)->dcz_blocksize + 2;
503     log2_tag_bytes = log2_dcz_bytes - (LOG2_TAG_GRANULE + 1);
504     dcz_bytes = (intptr_t)1 << log2_dcz_bytes;
505     tag_bytes = (intptr_t)1 << log2_tag_bytes;
506     ptr &= -dcz_bytes;
507
508     mem = allocation_tag_mem(env, mmu_idx, ptr, MMU_DATA_STORE, dcz_bytes,
509                              MMU_DATA_STORE, tag_bytes, ra);
510     if (mem) {
511         int tag_pair = (val & 0xf) * 0x11;
512         memset(mem, tag_pair, tag_bytes);
513     }
514 }
515
516 /* Record a tag check failure.  */
517 static void mte_check_fail(CPUARMState *env, uint32_t desc,
518                            uint64_t dirty_ptr, uintptr_t ra)
519 {
520     int mmu_idx = FIELD_EX32(desc, MTEDESC, MIDX);
521     ARMMMUIdx arm_mmu_idx = core_to_aa64_mmu_idx(mmu_idx);
522     int el, reg_el, tcf, select, is_write, syn;
523     uint64_t sctlr;
524
525     reg_el = regime_el(env, arm_mmu_idx);
526     sctlr = env->cp15.sctlr_el[reg_el];
527
528     el = arm_current_el(env);
529     if (el == 0) {
530         tcf = extract64(sctlr, 38, 2);
531     } else {
532         tcf = extract64(sctlr, 40, 2);
533     }
534
535     switch (tcf) {
536     case 1:
537         /*
538          * Tag check fail causes a synchronous exception.
539          *
540          * In restore_state_to_opc, we set the exception syndrome
541          * for the load or store operation.  Unwind first so we
542          * may overwrite that with the syndrome for the tag check.
543          */
544         cpu_restore_state(env_cpu(env), ra, true);
545         env->exception.vaddress = dirty_ptr;
546
547         is_write = FIELD_EX32(desc, MTEDESC, WRITE);
548         syn = syn_data_abort_no_iss(el != 0, 0, 0, 0, 0, is_write, 0x11);
549         raise_exception(env, EXCP_DATA_ABORT, syn, exception_target_el(env));
550         /* noreturn, but fall through to the assert anyway */
551
552     case 0:
553         /*
554          * Tag check fail does not affect the PE.
555          * We eliminate this case by not setting MTE_ACTIVE
556          * in tb_flags, so that we never make this runtime call.
557          */
558         g_assert_not_reached();
559
560     case 2:
561         /* Tag check fail causes asynchronous flag set.  */
562         if (regime_has_2_ranges(arm_mmu_idx)) {
563             select = extract64(dirty_ptr, 55, 1);
564         } else {
565             select = 0;
566         }
567         env->cp15.tfsr_el[el] |= 1 << select;
568         break;
569
570     default:
571         /* Case 3: Reserved. */
572         qemu_log_mask(LOG_GUEST_ERROR,
573                       "Tag check failure with SCTLR_EL%d.TCF%s "
574                       "set to reserved value %d\n",
575                       reg_el, el ? "" : "0", tcf);
576         break;
577     }
578 }
579
580 /*
581  * Perform an MTE checked access for a single logical or atomic access.
582  */
583 static bool mte_probe1_int(CPUARMState *env, uint32_t desc, uint64_t ptr,
584                            uintptr_t ra, int bit55)
585 {
586     int mem_tag, mmu_idx, ptr_tag, size;
587     MMUAccessType type;
588     uint8_t *mem;
589
590     ptr_tag = allocation_tag_from_addr(ptr);
591
592     if (tcma_check(desc, bit55, ptr_tag)) {
593         return true;
594     }
595
596     mmu_idx = FIELD_EX32(desc, MTEDESC, MIDX);
597     type = FIELD_EX32(desc, MTEDESC, WRITE) ? MMU_DATA_STORE : MMU_DATA_LOAD;
598     size = FIELD_EX32(desc, MTEDESC, ESIZE);
599
600     mem = allocation_tag_mem(env, mmu_idx, ptr, type, size,
601                              MMU_DATA_LOAD, 1, ra);
602     if (!mem) {
603         return true;
604     }
605
606     mem_tag = load_tag1(ptr, mem);
607     return ptr_tag == mem_tag;
608 }
609
610 /*
611  * No-fault version of mte_check1, to be used by SVE for MemSingleNF.
612  * Returns false if the access is Checked and the check failed.  This
613  * is only intended to probe the tag -- the validity of the page must
614  * be checked beforehand.
615  */
616 bool mte_probe1(CPUARMState *env, uint32_t desc, uint64_t ptr)
617 {
618     int bit55 = extract64(ptr, 55, 1);
619
620     /* If TBI is disabled, the access is unchecked. */
621     if (unlikely(!tbi_check(desc, bit55))) {
622         return true;
623     }
624
625     return mte_probe1_int(env, desc, ptr, 0, bit55);
626 }
627
628 uint64_t mte_check1(CPUARMState *env, uint32_t desc,
629                     uint64_t ptr, uintptr_t ra)
630 {
631     int bit55 = extract64(ptr, 55, 1);
632
633     /* If TBI is disabled, the access is unchecked, and ptr is not dirty. */
634     if (unlikely(!tbi_check(desc, bit55))) {
635         return ptr;
636     }
637
638     if (unlikely(!mte_probe1_int(env, desc, ptr, ra, bit55))) {
639         mte_check_fail(env, desc, ptr, ra);
640     }
641
642     return useronly_clean_ptr(ptr);
643 }
644
645 uint64_t HELPER(mte_check1)(CPUARMState *env, uint32_t desc, uint64_t ptr)
646 {
647     return mte_check1(env, desc, ptr, GETPC());
648 }
649
650 /*
651  * Perform an MTE checked access for multiple logical accesses.
652  */
653
654 /**
655  * checkN:
656  * @tag: tag memory to test
657  * @odd: true to begin testing at tags at odd nibble
658  * @cmp: the tag to compare against
659  * @count: number of tags to test
660  *
661  * Return the number of successful tests.
662  * Thus a return value < @count indicates a failure.
663  *
664  * A note about sizes: count is expected to be small.
665  *
666  * The most common use will be LDP/STP of two integer registers,
667  * which means 16 bytes of memory touching at most 2 tags, but
668  * often the access is aligned and thus just 1 tag.
669  *
670  * Using AdvSIMD LD/ST (multiple), one can access 64 bytes of memory,
671  * touching at most 5 tags.  SVE LDR/STR (vector) with the default
672  * vector length is also 64 bytes; the maximum architectural length
673  * is 256 bytes touching at most 9 tags.
674  *
675  * The loop below uses 7 logical operations and 1 memory operation
676  * per tag pair.  An implementation that loads an aligned word and
677  * uses masking to ignore adjacent tags requires 18 logical operations
678  * and thus does not begin to pay off until 6 tags.
679  * Which, according to the survey above, is unlikely to be common.
680  */
681 static int checkN(uint8_t *mem, int odd, int cmp, int count)
682 {
683     int n = 0, diff;
684
685     /* Replicate the test tag and compare.  */
686     cmp *= 0x11;
687     diff = *mem++ ^ cmp;
688
689     if (odd) {
690         goto start_odd;
691     }
692
693     while (1) {
694         /* Test even tag. */
695         if (unlikely((diff) & 0x0f)) {
696             break;
697         }
698         if (++n == count) {
699             break;
700         }
701
702     start_odd:
703         /* Test odd tag. */
704         if (unlikely((diff) & 0xf0)) {
705             break;
706         }
707         if (++n == count) {
708             break;
709         }
710
711         diff = *mem++ ^ cmp;
712     }
713     return n;
714 }
715
716 uint64_t mte_checkN(CPUARMState *env, uint32_t desc,
717                     uint64_t ptr, uintptr_t ra)
718 {
719     int mmu_idx, ptr_tag, bit55;
720     uint64_t ptr_last, ptr_end, prev_page, next_page;
721     uint64_t tag_first, tag_end;
722     uint64_t tag_byte_first, tag_byte_end;
723     uint32_t esize, total, tag_count, tag_size, n, c;
724     uint8_t *mem1, *mem2;
725     MMUAccessType type;
726
727     bit55 = extract64(ptr, 55, 1);
728
729     /* If TBI is disabled, the access is unchecked, and ptr is not dirty. */
730     if (unlikely(!tbi_check(desc, bit55))) {
731         return ptr;
732     }
733
734     ptr_tag = allocation_tag_from_addr(ptr);
735
736     if (tcma_check(desc, bit55, ptr_tag)) {
737         goto done;
738     }
739
740     mmu_idx = FIELD_EX32(desc, MTEDESC, MIDX);
741     type = FIELD_EX32(desc, MTEDESC, WRITE) ? MMU_DATA_STORE : MMU_DATA_LOAD;
742     esize = FIELD_EX32(desc, MTEDESC, ESIZE);
743     total = FIELD_EX32(desc, MTEDESC, TSIZE);
744
745     /* Find the addr of the end of the access, and of the last element. */
746     ptr_end = ptr + total;
747     ptr_last = ptr_end - esize;
748
749     /* Round the bounds to the tag granule, and compute the number of tags. */
750     tag_first = QEMU_ALIGN_DOWN(ptr, TAG_GRANULE);
751     tag_end = QEMU_ALIGN_UP(ptr_last, TAG_GRANULE);
752     tag_count = (tag_end - tag_first) / TAG_GRANULE;
753
754     /* Round the bounds to twice the tag granule, and compute the bytes. */
755     tag_byte_first = QEMU_ALIGN_DOWN(ptr, 2 * TAG_GRANULE);
756     tag_byte_end = QEMU_ALIGN_UP(ptr_last, 2 * TAG_GRANULE);
757
758     /* Locate the page boundaries. */
759     prev_page = ptr & TARGET_PAGE_MASK;
760     next_page = prev_page + TARGET_PAGE_SIZE;
761
762     if (likely(tag_end - prev_page <= TARGET_PAGE_SIZE)) {
763         /* Memory access stays on one page. */
764         tag_size = (tag_byte_end - tag_byte_first) / (2 * TAG_GRANULE);
765         mem1 = allocation_tag_mem(env, mmu_idx, ptr, type, total,
766                                   MMU_DATA_LOAD, tag_size, ra);
767         if (!mem1) {
768             goto done;
769         }
770         /* Perform all of the comparisons. */
771         n = checkN(mem1, ptr & TAG_GRANULE, ptr_tag, tag_count);
772     } else {
773         /* Memory access crosses to next page. */
774         tag_size = (next_page - tag_byte_first) / (2 * TAG_GRANULE);
775         mem1 = allocation_tag_mem(env, mmu_idx, ptr, type, next_page - ptr,
776                                   MMU_DATA_LOAD, tag_size, ra);
777
778         tag_size = (tag_byte_end - next_page) / (2 * TAG_GRANULE);
779         mem2 = allocation_tag_mem(env, mmu_idx, next_page, type,
780                                   ptr_end - next_page,
781                                   MMU_DATA_LOAD, tag_size, ra);
782
783         /*
784          * Perform all of the comparisons.
785          * Note the possible but unlikely case of the operation spanning
786          * two pages that do not both have tagging enabled.
787          */
788         n = c = (next_page - tag_first) / TAG_GRANULE;
789         if (mem1) {
790             n = checkN(mem1, ptr & TAG_GRANULE, ptr_tag, c);
791         }
792         if (n == c) {
793             if (!mem2) {
794                 goto done;
795             }
796             n += checkN(mem2, 0, ptr_tag, tag_count - c);
797         }
798     }
799
800     /*
801      * If we failed, we know which granule.  Compute the element that
802      * is first in that granule, and signal failure on that element.
803      */
804     if (unlikely(n < tag_count)) {
805         uint64_t fail_ofs;
806
807         fail_ofs = tag_first + n * TAG_GRANULE - ptr;
808         fail_ofs = ROUND_UP(fail_ofs, esize);
809         mte_check_fail(env, desc, ptr + fail_ofs, ra);
810     }
811
812  done:
813     return useronly_clean_ptr(ptr);
814 }
815
816 uint64_t HELPER(mte_checkN)(CPUARMState *env, uint32_t desc, uint64_t ptr)
817 {
818     return mte_checkN(env, desc, ptr, GETPC());
819 }
820
821 /*
822  * Perform an MTE checked access for DC_ZVA.
823  */
824 uint64_t HELPER(mte_check_zva)(CPUARMState *env, uint32_t desc, uint64_t ptr)
825 {
826     uintptr_t ra = GETPC();
827     int log2_dcz_bytes, log2_tag_bytes;
828     int mmu_idx, bit55;
829     intptr_t dcz_bytes, tag_bytes, i;
830     void *mem;
831     uint64_t ptr_tag, mem_tag, align_ptr;
832
833     bit55 = extract64(ptr, 55, 1);
834
835     /* If TBI is disabled, the access is unchecked, and ptr is not dirty. */
836     if (unlikely(!tbi_check(desc, bit55))) {
837         return ptr;
838     }
839
840     ptr_tag = allocation_tag_from_addr(ptr);
841
842     if (tcma_check(desc, bit55, ptr_tag)) {
843         goto done;
844     }
845
846     /*
847      * In arm_cpu_realizefn, we asserted that dcz > LOG2_TAG_GRANULE+1,
848      * i.e. 32 bytes, which is an unreasonably small dcz anyway, to make
849      * sure that we can access one complete tag byte here.
850      */
851     log2_dcz_bytes = env_archcpu(env)->dcz_blocksize + 2;
852     log2_tag_bytes = log2_dcz_bytes - (LOG2_TAG_GRANULE + 1);
853     dcz_bytes = (intptr_t)1 << log2_dcz_bytes;
854     tag_bytes = (intptr_t)1 << log2_tag_bytes;
855     align_ptr = ptr & -dcz_bytes;
856
857     /*
858      * Trap if accessing an invalid page.  DC_ZVA requires that we supply
859      * the original pointer for an invalid page.  But watchpoints require
860      * that we probe the actual space.  So do both.
861      */
862     mmu_idx = FIELD_EX32(desc, MTEDESC, MIDX);
863     (void) probe_write(env, ptr, 1, mmu_idx, ra);
864     mem = allocation_tag_mem(env, mmu_idx, align_ptr, MMU_DATA_STORE,
865                              dcz_bytes, MMU_DATA_LOAD, tag_bytes, ra);
866     if (!mem) {
867         goto done;
868     }
869
870     /*
871      * Unlike the reasoning for checkN, DC_ZVA is always aligned, and thus
872      * it is quite easy to perform all of the comparisons at once without
873      * any extra masking.
874      *
875      * The most common zva block size is 64; some of the thunderx cpus use
876      * a block size of 128.  For user-only, aarch64_max_initfn will set the
877      * block size to 512.  Fill out the other cases for future-proofing.
878      *
879      * In order to be able to find the first miscompare later, we want the
880      * tag bytes to be in little-endian order.
881      */
882     switch (log2_tag_bytes) {
883     case 0: /* zva_blocksize 32 */
884         mem_tag = *(uint8_t *)mem;
885         ptr_tag *= 0x11u;
886         break;
887     case 1: /* zva_blocksize 64 */
888         mem_tag = cpu_to_le16(*(uint16_t *)mem);
889         ptr_tag *= 0x1111u;
890         break;
891     case 2: /* zva_blocksize 128 */
892         mem_tag = cpu_to_le32(*(uint32_t *)mem);
893         ptr_tag *= 0x11111111u;
894         break;
895     case 3: /* zva_blocksize 256 */
896         mem_tag = cpu_to_le64(*(uint64_t *)mem);
897         ptr_tag *= 0x1111111111111111ull;
898         break;
899
900     default: /* zva_blocksize 512, 1024, 2048 */
901         ptr_tag *= 0x1111111111111111ull;
902         i = 0;
903         do {
904             mem_tag = cpu_to_le64(*(uint64_t *)(mem + i));
905             if (unlikely(mem_tag != ptr_tag)) {
906                 goto fail;
907             }
908             i += 8;
909             align_ptr += 16 * TAG_GRANULE;
910         } while (i < tag_bytes);
911         goto done;
912     }
913
914     if (likely(mem_tag == ptr_tag)) {
915         goto done;
916     }
917
918  fail:
919     /* Locate the first nibble that differs. */
920     i = ctz64(mem_tag ^ ptr_tag) >> 4;
921     mte_check_fail(env, desc, align_ptr + i * TAG_GRANULE, ra);
922
923  done:
924     return useronly_clean_ptr(ptr);
925 }