arch/powerpc/kernel/module_64.c

   1 /*  Kernel module help for PPC64.
   2     Copyright (C) 2001, 2003 Rusty Russell IBM Corporation.
   3
   4     This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   5     it under the terms of the GNU General Public License as published by
   6     the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   7     (at your option) any later version.
   8
   9     This program is distributed in the hope that it will be useful,
  10     but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  12     GNU General Public License for more details.
  13
  14     You should have received a copy of the GNU General Public License
  15     along with this program; if not, write to the Free Software
  16     Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  17 */
  18 #include <linux/module.h>
  19 #include <linux/elf.h>
  20 #include <linux/moduleloader.h>
  21 #include <linux/err.h>
  22 #include <linux/vmalloc.h>
  23 #include <linux/bug.h>
  24 #include <linux/uaccess.h>
  25 #include <asm/module.h>
  26 #include <asm/sections.h>
  27 #include <asm/firmware.h>
  28 #include <asm/code-patching.h>
  29 #include <linux/sort.h>
  30
  31 #include "setup.h"
  32
  33 /* FIXME: We don't do .init separately.  To do this, we'd need to have
  34    a separate r2 value in the init and core section, and stub between
  35    them, too.
  36
  37    Using a magic allocator which places modules within 32MB solves
  38    this, and makes other things simpler.  Anton?
  39    --RR.  */
  40 #if 0
  41 #define DEBUGP printk
  42 #else
  43 #define DEBUGP(fmt , ...)
  44 #endif
  45
  46 /* There's actually a third entry here, but it's unused */
  47 struct ppc64_opd_entry
  48 {
  49         unsigned long funcaddr;
  50         unsigned long r2;
  51 };
  52
  53 /* Like PPC32, we need little trampolines to do > 24-bit jumps (into
  54    the kernel itself).  But on PPC64, these need to be used for every
  55    jump, actually, to reset r2 (TOC+0x8000). */
  56 struct ppc64_stub_entry
  57 {
  58         /* 28 byte jump instruction sequence (7 instructions) */
  59         unsigned char jump[28];
  60         unsigned char unused[4];
  61         /* Data for the above code */
  62         struct ppc64_opd_entry opd;
  63 };
  64
  65 /* We use a stub to fix up r2 (TOC ptr) and to jump to the (external)
  66    function which may be more than 24-bits away.  We could simply
  67    patch the new r2 value and function pointer into the stub, but it's
  68    significantly shorter to put these values at the end of the stub
  69    code, and patch the stub address (32-bits relative to the TOC ptr,
  70    r2) into the stub. */
  71 static struct ppc64_stub_entry ppc64_stub =
  72 { .jump = {
  73         0x3d, 0x82, 0x00, 0x00, /* addis   r12,r2, <high> */
  74         0x39, 0x8c, 0x00, 0x00, /* addi    r12,r12, <low> */
  75         /* Save current r2 value in magic place on the stack. */
  76         0xf8, 0x41, 0x00, 0x28, /* std     r2,40(r1) */
  77         0xe9, 0x6c, 0x00, 0x20, /* ld      r11,32(r12) */
  78         0xe8, 0x4c, 0x00, 0x28, /* ld      r2,40(r12) */
  79         0x7d, 0x69, 0x03, 0xa6, /* mtctr   r11 */
  80         0x4e, 0x80, 0x04, 0x20  /* bctr */
  81 } };
  82
  83 /* Count how many different 24-bit relocations (different symbol,
  84    different addend) */
  85 static unsigned int count_relocs(const Elf64_Rela *rela, unsigned int num)
  86 {
  87         unsigned int i, r_info, r_addend, _count_relocs;
  88
  89         /* FIXME: Only count external ones --RR */
  90         _count_relocs = 0;
  91         r_info = 0;
  92         r_addend = 0;
  93         for (i = 0; i < num; i++)
  94                 /* Only count 24-bit relocs, others don't need stubs */
  95                 if (ELF64_R_TYPE(rela[i].r_info) == R_PPC_REL24 &&
  96                     (r_info != ELF64_R_SYM(rela[i].r_info) ||
  97                      r_addend != rela[i].r_addend)) {
  98                         _count_relocs++;
  99                         r_info = ELF64_R_SYM(rela[i].r_info);
 100                         r_addend = rela[i].r_addend;
 101                 }
 102
 103         return _count_relocs;
 104 }
 105
 106 static int relacmp(const void *_x, const void *_y)
 107 {
 108         const Elf64_Rela *x, *y;
 109
 110         y = (Elf64_Rela *)_x;
 111         x = (Elf64_Rela *)_y;
 112
 113         /* Compare the entire r_info (as opposed to ELF64_R_SYM(r_info) only) to
 114          * make the comparison cheaper/faster. It won't affect the sorting or
 115          * the counting algorithms' performance
 116          */
 117         if (x->r_info < y->r_info)
 118                 return -1;
 119         else if (x->r_info > y->r_info)
 120                 return 1;
 121         else if (x->r_addend < y->r_addend)
 122                 return -1;
 123         else if (x->r_addend > y->r_addend)
 124                 return 1;
 125         else
 126                 return 0;
 127 }
 128
 129 static void relaswap(void *_x, void *_y, int size)
 130 {
 131         uint64_t *x, *y, tmp;
 132         int i;
 133
 134         y = (uint64_t *)_x;
 135         x = (uint64_t *)_y;
 136
 137         for (i = 0; i < sizeof(Elf64_Rela) / sizeof(uint64_t); i++) {
 138                 tmp = x[i];
 139                 x[i] = y[i];
 140                 y[i] = tmp;
 141         }
 142 }
 143
 144 /* Get size of potential trampolines required. */
 145 static unsigned long get_stubs_size(const Elf64_Ehdr *hdr,
 146                                     const Elf64_Shdr *sechdrs)
 147 {
 148         /* One extra reloc so it's always 0-funcaddr terminated */
 149         unsigned long relocs = 1;
 150         unsigned i;
 151
 152         /* Every relocated section... */
 153         for (i = 1; i < hdr->e_shnum; i++) {
 154                 if (sechdrs[i].sh_type == SHT_RELA) {
 155                         DEBUGP("Found relocations in section %u\n", i);
 156                         DEBUGP("Ptr: %p.  Number: %lu\n",
 157                                (void *)sechdrs[i].sh_addr,
 158                                sechdrs[i].sh_size / sizeof(Elf64_Rela));
 159
 160                         /* Sort the relocation information based on a symbol and
 161                          * addend key. This is a stable O(n*log n) complexity
 162                          * alogrithm but it will reduce the complexity of
 163                          * count_relocs() to linear complexity O(n)
 164                          */
 165                         sort((void *)sechdrs[i].sh_addr,
 166                              sechdrs[i].sh_size / sizeof(Elf64_Rela),
 167                              sizeof(Elf64_Rela), relacmp, relaswap);
 168
 169                         relocs += count_relocs((void *)sechdrs[i].sh_addr,
 170                                                sechdrs[i].sh_size
 171                                                / sizeof(Elf64_Rela));
 172                 }
 173         }
 174
 175         DEBUGP("Looks like a total of %lu stubs, max\n", relocs);
 176         return relocs * sizeof(struct ppc64_stub_entry);
 177 }
 178
 179 static void dedotify_versions(struct modversion_info *vers,
 180                               unsigned long size)
 181 {
 182         struct modversion_info *end;
 183
 184         for (end = (void *)vers + size; vers < end; vers++)
 185                 if (vers->name[0] == '.')
 186                         memmove(vers->name, vers->name+1, strlen(vers->name));
 187 }
 188
 189 /* Undefined symbols which refer to .funcname, hack to funcname */
 190 static void dedotify(Elf64_Sym *syms, unsigned int numsyms, char *strtab)
 191 {
 192         unsigned int i;
 193
 194         for (i = 1; i < numsyms; i++) {
 195                 if (syms[i].st_shndx == SHN_UNDEF) {
 196                         char *name = strtab + syms[i].st_name;
 197                         if (name[0] == '.')
 198                                 memmove(name, name+1, strlen(name));
 199                 }
 200         }
 201 }
 202
 203 int module_frob_arch_sections(Elf64_Ehdr *hdr,
 204                               Elf64_Shdr *sechdrs,
 205                               char *secstrings,
 206                               struct module *me)
 207 {
 208         unsigned int i;
 209
 210         /* Find .toc and .stubs sections, symtab and strtab */
 211         for (i = 1; i < hdr->e_shnum; i++) {
 212                 char *p;
 213                 if (strcmp(secstrings + sechdrs[i].sh_name, ".stubs") == 0)
 214                         me->arch.stubs_section = i;
 215                 else if (strcmp(secstrings + sechdrs[i].sh_name, ".toc") == 0)
 216                         me->arch.toc_section = i;
 217                 else if (strcmp(secstrings+sechdrs[i].sh_name,"__versions")==0)
 218                         dedotify_versions((void *)hdr + sechdrs[i].sh_offset,
 219                                           sechdrs[i].sh_size);
 220
 221                 /* We don't handle .init for the moment: rename to _init */
 222                 while ((p = strstr(secstrings + sechdrs[i].sh_name, ".init")))
 223                         p[0] = '_';
 224
 225                 if (sechdrs[i].sh_type == SHT_SYMTAB)
 226                         dedotify((void *)hdr + sechdrs[i].sh_offset,
 227                                  sechdrs[i].sh_size / sizeof(Elf64_Sym),
 228                                  (void *)hdr
 229                                  + sechdrs[sechdrs[i].sh_link].sh_offset);
 230         }
 231
 232         if (!me->arch.stubs_section) {
 233                 printk("%s: doesn't contain .stubs.\n", me->name);
 234                 return -ENOEXEC;
 235         }
 236
 237         /* If we don't have a .toc, just use .stubs.  We need to set r2
 238            to some reasonable value in case the module calls out to
 239            other functions via a stub, or if a function pointer escapes
 240            the module by some means.  */
 241         if (!me->arch.toc_section)
 242                 me->arch.toc_section = me->arch.stubs_section;
 243
 244         /* Override the stubs size */
 245         sechdrs[me->arch.stubs_section].sh_size = get_stubs_size(hdr, sechdrs);
 246         return 0;
 247 }
 248
 249 int apply_relocate(Elf64_Shdr *sechdrs,
 250                    const char *strtab,
 251                    unsigned int symindex,
 252                    unsigned int relsec,
 253                    struct module *me)
 254 {
 255         printk(KERN_ERR "%s: Non-ADD RELOCATION unsupported\n", me->name);
 256         return -ENOEXEC;
 257 }
 258
 259 /* r2 is the TOC pointer: it actually points 0x8000 into the TOC (this
 260    gives the value maximum span in an instruction which uses a signed
 261    offset) */
 262 static inline unsigned long my_r2(Elf64_Shdr *sechdrs, struct module *me)
 263 {
 264         return sechdrs[me->arch.toc_section].sh_addr + 0x8000;
 265 }
 266
 267 /* Both low and high 16 bits are added as SIGNED additions, so if low
 268    16 bits has high bit set, high 16 bits must be adjusted.  These
 269    macros do that (stolen from binutils). */
 270 #define PPC_LO(v) ((v) & 0xffff)
 271 #define PPC_HI(v) (((v) >> 16) & 0xffff)
 272 #define PPC_HA(v) PPC_HI ((v) + 0x8000)
 273
 274 /* Patch stub to reference function and correct r2 value. */
 275 static inline int create_stub(Elf64_Shdr *sechdrs,
 276                               struct ppc64_stub_entry *entry,
 277                               struct ppc64_opd_entry *opd,
 278                               struct module *me)
 279 {
 280         Elf64_Half *loc1, *loc2;
 281         long reladdr;
 282
 283         *entry = ppc64_stub;
 284
 285         loc1 = (Elf64_Half *)&entry->jump[2];
 286         loc2 = (Elf64_Half *)&entry->jump[6];
 287
 288         /* Stub uses address relative to r2. */
 289         reladdr = (unsigned long)entry - my_r2(sechdrs, me);
 290         if (reladdr > 0x7FFFFFFF || reladdr < -(0x80000000L)) {
 291                 printk("%s: Address %p of stub out of range of %p.\n",
 292                        me->name, (void *)reladdr, (void *)my_r2);
 293                 return 0;
 294         }
 295         DEBUGP("Stub %p get data from reladdr %li\n", entry, reladdr);
 296
 297         *loc1 = PPC_HA(reladdr);
 298         *loc2 = PPC_LO(reladdr);
 299         entry->opd.funcaddr = opd->funcaddr;
 300         entry->opd.r2 = opd->r2;
 301         return 1;
 302 }
 303
 304 /* Create stub to jump to function described in this OPD: we need the
 305    stub to set up the TOC ptr (r2) for the function. */
 306 static unsigned long stub_for_addr(Elf64_Shdr *sechdrs,
 307                                    unsigned long opdaddr,
 308                                    struct module *me)
 309 {
 310         struct ppc64_stub_entry *stubs;
 311         struct ppc64_opd_entry *opd = (void *)opdaddr;
 312         unsigned int i, num_stubs;
 313
 314         num_stubs = sechdrs[me->arch.stubs_section].sh_size / sizeof(*stubs);
 315
 316         /* Find this stub, or if that fails, the next avail. entry */
 317         stubs = (void *)sechdrs[me->arch.stubs_section].sh_addr;
 318         for (i = 0; stubs[i].opd.funcaddr; i++) {
 319                 BUG_ON(i >= num_stubs);
 320
 321                 if (stubs[i].opd.funcaddr == opd->funcaddr)
 322                         return (unsigned long)&stubs[i];
 323         }
 324
 325         if (!create_stub(sechdrs, &stubs[i], opd, me))
 326                 return 0;
 327
 328         return (unsigned long)&stubs[i];
 329 }
 330
 331 /* We expect a noop next: if it is, replace it with instruction to
 332    restore r2. */
 333 static int restore_r2(u32 *instruction, struct module *me)
 334 {
 335         if (*instruction != PPC_NOP_INSTR) {
 336                 printk("%s: Expect noop after relocate, got %08x\n",
 337                        me->name, *instruction);
 338                 return 0;
 339         }
 340         *instruction = 0xe8410028;      /* ld r2,40(r1) */
 341         return 1;
 342 }
 343
 344 int apply_relocate_add(Elf64_Shdr *sechdrs,
 345                        const char *strtab,
 346                        unsigned int symindex,
 347                        unsigned int relsec,
 348                        struct module *me)
 349 {
 350         unsigned int i;
 351         Elf64_Rela *rela = (void *)sechdrs[relsec].sh_addr;
 352         Elf64_Sym *sym;
 353         unsigned long *location;
 354         unsigned long value;
 355
 356         DEBUGP("Applying ADD relocate section %u to %u\n", relsec,
 357                sechdrs[relsec].sh_info);
 358         for (i = 0; i < sechdrs[relsec].sh_size / sizeof(*rela); i++) {
 359                 /* This is where to make the change */
 360                 location = (void *)sechdrs[sechdrs[relsec].sh_info].sh_addr
 361                         + rela[i].r_offset;
 362                 /* This is the symbol it is referring to */
 363                 sym = (Elf64_Sym *)sechdrs[symindex].sh_addr
 364                         + ELF64_R_SYM(rela[i].r_info);
 365
 366                 DEBUGP("RELOC at %p: %li-type as %s (%lu) + %li\n",
 367                        location, (long)ELF64_R_TYPE(rela[i].r_info),
 368                        strtab + sym->st_name, (unsigned long)sym->st_value,
 369                        (long)rela[i].r_addend);
 370
 371                 /* `Everything is relative'. */
 372                 value = sym->st_value + rela[i].r_addend;
 373
 374                 switch (ELF64_R_TYPE(rela[i].r_info)) {
 375                 case R_PPC64_ADDR32:
 376                         /* Simply set it */
 377                         *(u32 *)location = value;
 378                         break;
 379
 380                 case R_PPC64_ADDR64:
 381                         /* Simply set it */
 382                         *(unsigned long *)location = value;
 383                         break;
 384
 385                 case R_PPC64_TOC:
 386                         *(unsigned long *)location = my_r2(sechdrs, me);
 387                         break;
 388
 389                 case R_PPC64_TOC16:
 390                         /* Subtract TOC pointer */
 391                         value -= my_r2(sechdrs, me);
 392                         if (value + 0x8000 > 0xffff) {
 393                                 printk("%s: bad TOC16 relocation (%lu)\n",
 394                                        me->name, value);
 395                                 return -ENOEXEC;
 396                         }
 397                         *((uint16_t *) location)
 398                                 = (*((uint16_t *) location) & ~0xffff)
 399                                 | (value & 0xffff);
 400                         break;
 401
 402                 case R_PPC64_TOC16_DS:
 403                         /* Subtract TOC pointer */
 404                         value -= my_r2(sechdrs, me);
 405                         if ((value & 3) != 0 || value + 0x8000 > 0xffff) {
 406                                 printk("%s: bad TOC16_DS relocation (%lu)\n",
 407                                        me->name, value);
 408                                 return -ENOEXEC;
 409                         }
 410                         *((uint16_t *) location)
 411                                 = (*((uint16_t *) location) & ~0xfffc)
 412                                 | (value & 0xfffc);
 413                         break;
 414
 415                 case R_PPC_REL24:
 416                         /* FIXME: Handle weak symbols here --RR */
 417                         if (sym->st_shndx == SHN_UNDEF) {
 418                                 /* External: go via stub */
 419                                 value = stub_for_addr(sechdrs, value, me);
 420                                 if (!value)
 421                                         return -ENOENT;
 422                                 if (!restore_r2((u32 *)location + 1, me))
 423                                         return -ENOEXEC;
 424                         }
 425
 426                         /* Convert value to relative */
 427                         value -= (unsigned long)location;
 428                         if (value + 0x2000000 > 0x3ffffff || (value & 3) != 0){
 429                                 printk("%s: REL24 %li out of range!\n",
 430                                        me->name, (long int)value);
 431                                 return -ENOEXEC;
 432                         }
 433
 434                         /* Only replace bits 2 through 26 */
 435                         *(uint32_t *)location
 436                                 = (*(uint32_t *)location & ~0x03fffffc)
 437                                 | (value & 0x03fffffc);
 438                         break;
 439
 440                 case R_PPC64_REL64:
 441                         /* 64 bits relative (used by features fixups) */
 442                         *location = value - (unsigned long)location;
 443                         break;
 444
 445                 default:
 446                         printk("%s: Unknown ADD relocation: %lu\n",
 447                                me->name,
 448                                (unsigned long)ELF64_R_TYPE(rela[i].r_info));
 449                         return -ENOEXEC;
 450                 }
 451         }
 452
 453         return 0;
 454 }
 455
 456 void *dereference_function_descriptor(void *ptr)
 457 {
 458         struct ppc64_opd_entry *desc = ptr;
 459         void *p;
 460
 461         if (!probe_kernel_address(&desc->funcaddr, p))
 462                 ptr = p;
 463         return ptr;
 464 }