arch/riscv/kernel/module.c

   1 /*
   2  *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   3  *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
   4  *  the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   5  *  (at your option) any later version.
   6  *
   7  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
   8  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
   9  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  10  *  GNU General Public License for more details.
  11  *
  12  *  Copyright (C) 2017 Zihao Yu
  13  */
  14
  15 #include <linux/elf.h>
  16 #include <linux/err.h>
  17 #include <linux/errno.h>
  18 #include <linux/moduleloader.h>
  19 #include <linux/vmalloc.h>
  20 #include <linux/sizes.h>
  21 #include <asm/pgtable.h>
  22 #include <asm/sections.h>
  23
  24 /*
  25  * The auipc+jalr instruction pair can reach any PC-relative offset
  26  * in the range [-2^31 - 2^11, 2^31 - 2^11)
  27  */
  28 static bool riscv_insn_valid_32bit_offset(ptrdiff_t val)
  29 {
  30 #ifdef CONFIG_32BIT
  31         return true;
  32 #else
  33         return (-(1L << 31) - (1L << 11)) <= val && val < ((1L << 31) - (1L << 11));
  34 #endif
  35 }
  36
  37 static int apply_r_riscv_32_rela(struct module *me, u32 *location, Elf_Addr v)
  38 {
  39         if (v != (u32)v) {
  40                 pr_err("%s: value %016llx out of range for 32-bit field\n",
  41                        me->name, (long long)v);
  42                 return -EINVAL;
  43         }
  44         *location = v;
  45         return 0;
  46 }
  47
  48 static int apply_r_riscv_64_rela(struct module *me, u32 *location, Elf_Addr v)
  49 {
  50         *(u64 *)location = v;
  51         return 0;
  52 }
  53
  54 static int apply_r_riscv_branch_rela(struct module *me, u32 *location,
  55                                      Elf_Addr v)
  56 {
  57         ptrdiff_t offset = (void *)v - (void *)location;
  58         u32 imm12 = (offset & 0x1000) << (31 - 12);
  59         u32 imm11 = (offset & 0x800) >> (11 - 7);
  60         u32 imm10_5 = (offset & 0x7e0) << (30 - 10);
  61         u32 imm4_1 = (offset & 0x1e) << (11 - 4);
  62
  63         *location = (*location & 0x1fff07f) | imm12 | imm11 | imm10_5 | imm4_1;
  64         return 0;
  65 }
  66
  67 static int apply_r_riscv_jal_rela(struct module *me, u32 *location,
  68                                   Elf_Addr v)
  69 {
  70         ptrdiff_t offset = (void *)v - (void *)location;
  71         u32 imm20 = (offset & 0x100000) << (31 - 20);
  72         u32 imm19_12 = (offset & 0xff000);
  73         u32 imm11 = (offset & 0x800) << (20 - 11);
  74         u32 imm10_1 = (offset & 0x7fe) << (30 - 10);
  75
  76         *location = (*location & 0xfff) | imm20 | imm19_12 | imm11 | imm10_1;
  77         return 0;
  78 }
  79
  80 static int apply_r_riscv_rcv_branch_rela(struct module *me, u32 *location,
  81                                          Elf_Addr v)
  82 {
  83         ptrdiff_t offset = (void *)v - (void *)location;
  84         u16 imm8 = (offset & 0x100) << (12 - 8);
  85         u16 imm7_6 = (offset & 0xc0) >> (6 - 5);
  86         u16 imm5 = (offset & 0x20) >> (5 - 2);
  87         u16 imm4_3 = (offset & 0x18) << (12 - 5);
  88         u16 imm2_1 = (offset & 0x6) << (12 - 10);
  89
  90         *(u16 *)location = (*(u16 *)location & 0xe383) |
  91                     imm8 | imm7_6 | imm5 | imm4_3 | imm2_1;
  92         return 0;
  93 }
  94
  95 static int apply_r_riscv_rvc_jump_rela(struct module *me, u32 *location,
  96                                        Elf_Addr v)
  97 {
  98         ptrdiff_t offset = (void *)v - (void *)location;
  99         u16 imm11 = (offset & 0x800) << (12 - 11);
 100         u16 imm10 = (offset & 0x400) >> (10 - 8);
 101         u16 imm9_8 = (offset & 0x300) << (12 - 11);
 102         u16 imm7 = (offset & 0x80) >> (7 - 6);
 103         u16 imm6 = (offset & 0x40) << (12 - 11);
 104         u16 imm5 = (offset & 0x20) >> (5 - 2);
 105         u16 imm4 = (offset & 0x10) << (12 - 5);
 106         u16 imm3_1 = (offset & 0xe) << (12 - 10);
 107
 108         *(u16 *)location = (*(u16 *)location & 0xe003) |
 109                     imm11 | imm10 | imm9_8 | imm7 | imm6 | imm5 | imm4 | imm3_1;
 110         return 0;
 111 }
 112
 113 static int apply_r_riscv_pcrel_hi20_rela(struct module *me, u32 *location,
 114                                          Elf_Addr v)
 115 {
 116         ptrdiff_t offset = (void *)v - (void *)location;
 117         s32 hi20;
 118
 119         if (!riscv_insn_valid_32bit_offset(offset)) {
 120                 pr_err(
 121                   "%s: target %016llx can not be addressed by the 32-bit offset from PC = %p\n",
 122                   me->name, (long long)v, location);
 123                 return -EINVAL;
 124         }
 125
 126         hi20 = (offset + 0x800) & 0xfffff000;
 127         *location = (*location & 0xfff) | hi20;
 128         return 0;
 129 }
 130
 131 static int apply_r_riscv_pcrel_lo12_i_rela(struct module *me, u32 *location,
 132                                            Elf_Addr v)
 133 {
 134         /*
 135          * v is the lo12 value to fill. It is calculated before calling this
 136          * handler.
 137          */
 138         *location = (*location & 0xfffff) | ((v & 0xfff) << 20);
 139         return 0;
 140 }
 141
 142 static int apply_r_riscv_pcrel_lo12_s_rela(struct module *me, u32 *location,
 143                                            Elf_Addr v)
 144 {
 145         /*
 146          * v is the lo12 value to fill. It is calculated before calling this
 147          * handler.
 148          */
 149         u32 imm11_5 = (v & 0xfe0) << (31 - 11);
 150         u32 imm4_0 = (v & 0x1f) << (11 - 4);
 151
 152         *location = (*location & 0x1fff07f) | imm11_5 | imm4_0;
 153         return 0;
 154 }
 155
 156 static int apply_r_riscv_hi20_rela(struct module *me, u32 *location,
 157                                    Elf_Addr v)
 158 {
 159         s32 hi20;
 160
 161         if (IS_ENABLED(CMODEL_MEDLOW)) {
 162                 pr_err(
 163                   "%s: target %016llx can not be addressed by the 32-bit offset from PC = %p\n",
 164                   me->name, (long long)v, location);
 165                 return -EINVAL;
 166         }
 167
 168         hi20 = ((s32)v + 0x800) & 0xfffff000;
 169         *location = (*location & 0xfff) | hi20;
 170         return 0;
 171 }
 172
 173 static int apply_r_riscv_lo12_i_rela(struct module *me, u32 *location,
 174                                      Elf_Addr v)
 175 {
 176         /* Skip medlow checking because of filtering by HI20 already */
 177         s32 hi20 = ((s32)v + 0x800) & 0xfffff000;
 178         s32 lo12 = ((s32)v - hi20);
 179         *location = (*location & 0xfffff) | ((lo12 & 0xfff) << 20);
 180         return 0;
 181 }
 182
 183 static int apply_r_riscv_lo12_s_rela(struct module *me, u32 *location,
 184                                      Elf_Addr v)
 185 {
 186         /* Skip medlow checking because of filtering by HI20 already */
 187         s32 hi20 = ((s32)v + 0x800) & 0xfffff000;
 188         s32 lo12 = ((s32)v - hi20);
 189         u32 imm11_5 = (lo12 & 0xfe0) << (31 - 11);
 190         u32 imm4_0 = (lo12 & 0x1f) << (11 - 4);
 191         *location = (*location & 0x1fff07f) | imm11_5 | imm4_0;
 192         return 0;
 193 }
 194
 195 static int apply_r_riscv_got_hi20_rela(struct module *me, u32 *location,
 196                                        Elf_Addr v)
 197 {
 198         ptrdiff_t offset = (void *)v - (void *)location;
 199         s32 hi20;
 200
 201         /* Always emit the got entry */
 202         if (IS_ENABLED(CONFIG_MODULE_SECTIONS)) {
 203                 offset = module_emit_got_entry(me, v);
 204                 offset = (void *)offset - (void *)location;
 205         } else {
 206                 pr_err(
 207                   "%s: can not generate the GOT entry for symbol = %016llx from PC = %p\n",
 208                   me->name, (long long)v, location);
 209                 return -EINVAL;
 210         }
 211
 212         hi20 = (offset + 0x800) & 0xfffff000;
 213         *location = (*location & 0xfff) | hi20;
 214         return 0;
 215 }
 216
 217 static int apply_r_riscv_call_plt_rela(struct module *me, u32 *location,
 218                                        Elf_Addr v)
 219 {
 220         ptrdiff_t offset = (void *)v - (void *)location;
 221         u32 hi20, lo12;
 222
 223         if (!riscv_insn_valid_32bit_offset(offset)) {
 224                 /* Only emit the plt entry if offset over 32-bit range */
 225                 if (IS_ENABLED(CONFIG_MODULE_SECTIONS)) {
 226                         offset = module_emit_plt_entry(me, v);
 227                         offset = (void *)offset - (void *)location;
 228                 } else {
 229                         pr_err(
 230                           "%s: target %016llx can not be addressed by the 32-bit offset from PC = %p\n",
 231                           me->name, (long long)v, location);
 232                         return -EINVAL;
 233                 }
 234         }
 235
 236         hi20 = (offset + 0x800) & 0xfffff000;
 237         lo12 = (offset - hi20) & 0xfff;
 238         *location = (*location & 0xfff) | hi20;
 239         *(location + 1) = (*(location + 1) & 0xfffff) | (lo12 << 20);
 240         return 0;
 241 }
 242
 243 static int apply_r_riscv_call_rela(struct module *me, u32 *location,
 244                                    Elf_Addr v)
 245 {
 246         ptrdiff_t offset = (void *)v - (void *)location;
 247         u32 hi20, lo12;
 248
 249         if (!riscv_insn_valid_32bit_offset(offset)) {
 250                 pr_err(
 251                   "%s: target %016llx can not be addressed by the 32-bit offset from PC = %p\n",
 252                   me->name, (long long)v, location);
 253                 return -EINVAL;
 254         }
 255
 256         hi20 = (offset + 0x800) & 0xfffff000;
 257         lo12 = (offset - hi20) & 0xfff;
 258         *location = (*location & 0xfff) | hi20;
 259         *(location + 1) = (*(location + 1) & 0xfffff) | (lo12 << 20);
 260         return 0;
 261 }
 262
 263 static int apply_r_riscv_relax_rela(struct module *me, u32 *location,
 264                                     Elf_Addr v)
 265 {
 266         return 0;
 267 }
 268
 269 static int apply_r_riscv_align_rela(struct module *me, u32 *location,
 270                                     Elf_Addr v)
 271 {
 272         pr_err(
 273           "%s: The unexpected relocation type 'R_RISCV_ALIGN' from PC = %p\n",
 274           me->name, location);
 275         return -EINVAL;
 276 }
 277
 278 static int apply_r_riscv_add32_rela(struct module *me, u32 *location,
 279                                     Elf_Addr v)
 280 {
 281         *(u32 *)location += (u32)v;
 282         return 0;
 283 }
 284
 285 static int apply_r_riscv_sub32_rela(struct module *me, u32 *location,
 286                                     Elf_Addr v)
 287 {
 288         *(u32 *)location -= (u32)v;
 289         return 0;
 290 }
 291
 292 static int (*reloc_handlers_rela[]) (struct module *me, u32 *location,
 293                                 Elf_Addr v) = {
 294         [R_RISCV_32]                    = apply_r_riscv_32_rela,
 295         [R_RISCV_64]                    = apply_r_riscv_64_rela,
 296         [R_RISCV_BRANCH]                = apply_r_riscv_branch_rela,
 297         [R_RISCV_JAL]                   = apply_r_riscv_jal_rela,
 298         [R_RISCV_RVC_BRANCH]            = apply_r_riscv_rcv_branch_rela,
 299         [R_RISCV_RVC_JUMP]              = apply_r_riscv_rvc_jump_rela,
 300         [R_RISCV_PCREL_HI20]            = apply_r_riscv_pcrel_hi20_rela,
 301         [R_RISCV_PCREL_LO12_I]          = apply_r_riscv_pcrel_lo12_i_rela,
 302         [R_RISCV_PCREL_LO12_S]          = apply_r_riscv_pcrel_lo12_s_rela,
 303         [R_RISCV_HI20]                  = apply_r_riscv_hi20_rela,
 304         [R_RISCV_LO12_I]                = apply_r_riscv_lo12_i_rela,
 305         [R_RISCV_LO12_S]                = apply_r_riscv_lo12_s_rela,
 306         [R_RISCV_GOT_HI20]              = apply_r_riscv_got_hi20_rela,
 307         [R_RISCV_CALL_PLT]              = apply_r_riscv_call_plt_rela,
 308         [R_RISCV_CALL]                  = apply_r_riscv_call_rela,
 309         [R_RISCV_RELAX]                 = apply_r_riscv_relax_rela,
 310         [R_RISCV_ALIGN]                 = apply_r_riscv_align_rela,
 311         [R_RISCV_ADD32]                 = apply_r_riscv_add32_rela,
 312         [R_RISCV_SUB32]                 = apply_r_riscv_sub32_rela,
 313 };
 314
 315 int apply_relocate_add(Elf_Shdr *sechdrs, const char *strtab,
 316                        unsigned int symindex, unsigned int relsec,
 317                        struct module *me)
 318 {
 319         Elf_Rela *rel = (void *) sechdrs[relsec].sh_addr;
 320         int (*handler)(struct module *me, u32 *location, Elf_Addr v);
 321         Elf_Sym *sym;
 322         u32 *location;
 323         unsigned int i, type;
 324         Elf_Addr v;
 325         int res;
 326
 327         pr_debug("Applying relocate section %u to %u\n", relsec,
 328                sechdrs[relsec].sh_info);
 329
 330         for (i = 0; i < sechdrs[relsec].sh_size / sizeof(*rel); i++) {
 331                 /* This is where to make the change */
 332                 location = (void *)sechdrs[sechdrs[relsec].sh_info].sh_addr
 333                         + rel[i].r_offset;
 334                 /* This is the symbol it is referring to */
 335                 sym = (Elf_Sym *)sechdrs[symindex].sh_addr
 336                         + ELF_RISCV_R_SYM(rel[i].r_info);
 337                 if (IS_ERR_VALUE(sym->st_value)) {
 338                         /* Ignore unresolved weak symbol */
 339                         if (ELF_ST_BIND(sym->st_info) == STB_WEAK)
 340                                 continue;
 341                         pr_warning("%s: Unknown symbol %s\n",
 342                                    me->name, strtab + sym->st_name);
 343                         return -ENOENT;
 344                 }
 345
 346                 type = ELF_RISCV_R_TYPE(rel[i].r_info);
 347
 348                 if (type < ARRAY_SIZE(reloc_handlers_rela))
 349                         handler = reloc_handlers_rela[type];
 350                 else
 351                         handler = NULL;
 352
 353                 if (!handler) {
 354                         pr_err("%s: Unknown relocation type %u\n",
 355                                me->name, type);
 356                         return -EINVAL;
 357                 }
 358
 359                 v = sym->st_value + rel[i].r_addend;
 360
 361                 if (type == R_RISCV_PCREL_LO12_I || type == R_RISCV_PCREL_LO12_S) {
 362                         unsigned int j;
 363
 364                         for (j = 0; j < sechdrs[relsec].sh_size / sizeof(*rel); j++) {
 365                                 unsigned long hi20_loc =
 366                                         sechdrs[sechdrs[relsec].sh_info].sh_addr
 367                                         + rel[j].r_offset;
 368                                 u32 hi20_type = ELF_RISCV_R_TYPE(rel[j].r_info);
 369
 370                                 /* Find the corresponding HI20 relocation entry */
 371                                 if (hi20_loc == sym->st_value
 372                                     && (hi20_type == R_RISCV_PCREL_HI20
 373                                         || hi20_type == R_RISCV_GOT_HI20)) {
 374                                         s32 hi20, lo12;
 375                                         Elf_Sym *hi20_sym =
 376                                                 (Elf_Sym *)sechdrs[symindex].sh_addr
 377                                                 + ELF_RISCV_R_SYM(rel[j].r_info);
 378                                         unsigned long hi20_sym_val =
 379                                                 hi20_sym->st_value
 380                                                 + rel[j].r_addend;
 381
 382                                         /* Calculate lo12 */
 383                                         size_t offset = hi20_sym_val - hi20_loc;
 384                                         if (IS_ENABLED(CONFIG_MODULE_SECTIONS)
 385                                             && hi20_type == R_RISCV_GOT_HI20) {
 386                                                 offset = module_emit_got_entry(
 387                                                          me, hi20_sym_val);
 388                                                 offset = offset - hi20_loc;
 389                                         }
 390                                         hi20 = (offset + 0x800) & 0xfffff000;
 391                                         lo12 = offset - hi20;
 392                                         v = lo12;
 393
 394                                         break;
 395                                 }
 396                         }
 397                         if (j == sechdrs[relsec].sh_size / sizeof(*rel)) {
 398                                 pr_err(
 399                                   "%s: Can not find HI20 relocation information\n",
 400                                   me->name);
 401                                 return -EINVAL;
 402                         }
 403                 }
 404
 405                 res = handler(me, location, v);
 406                 if (res)
 407                         return res;
 408         }
 409
 410         return 0;
 411 }
 412
 413 #if defined(CONFIG_MMU) && defined(CONFIG_64BIT)
 414 #define VMALLOC_MODULE_START \
 415          max(PFN_ALIGN((unsigned long)&_end - SZ_2G), VMALLOC_START)
 416 void *module_alloc(unsigned long size)
 417 {
 418         return __vmalloc_node_range(size, 1, VMALLOC_MODULE_START,
 419                                     VMALLOC_END, GFP_KERNEL,
 420                                     PAGE_KERNEL_EXEC, 0, NUMA_NO_NODE,
 421                                     __builtin_return_address(0));
 422 }
 423 #endif