arch/riscv/kernel/module.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
   2 /*
   3  *
   4  *  Copyright (C) 2017 Zihao Yu
   5  */
   6
   7 #include <linux/elf.h>
   8 #include <linux/err.h>
   9 #include <linux/errno.h>
  10 #include <linux/moduleloader.h>
  11
  12 static int apply_r_riscv_32_rela(struct module *me, u32 *location, Elf_Addr v)
  13 {
  14         if (v != (u32)v) {
  15                 pr_err("%s: value %016llx out of range for 32-bit field\n",
  16                        me->name, (long long)v);
  17                 return -EINVAL;
  18         }
  19         *location = v;
  20         return 0;
  21 }
  22
  23 static int apply_r_riscv_64_rela(struct module *me, u32 *location, Elf_Addr v)
  24 {
  25         *(u64 *)location = v;
  26         return 0;
  27 }
  28
  29 static int apply_r_riscv_branch_rela(struct module *me, u32 *location,
  30                                      Elf_Addr v)
  31 {
  32         ptrdiff_t offset = (void *)v - (void *)location;
  33         u32 imm12 = (offset & 0x1000) << (31 - 12);
  34         u32 imm11 = (offset & 0x800) >> (11 - 7);
  35         u32 imm10_5 = (offset & 0x7e0) << (30 - 10);
  36         u32 imm4_1 = (offset & 0x1e) << (11 - 4);
  37
  38         *location = (*location & 0x1fff07f) | imm12 | imm11 | imm10_5 | imm4_1;
  39         return 0;
  40 }
  41
  42 static int apply_r_riscv_jal_rela(struct module *me, u32 *location,
  43                                   Elf_Addr v)
  44 {
  45         ptrdiff_t offset = (void *)v - (void *)location;
  46         u32 imm20 = (offset & 0x100000) << (31 - 20);
  47         u32 imm19_12 = (offset & 0xff000);
  48         u32 imm11 = (offset & 0x800) << (20 - 11);
  49         u32 imm10_1 = (offset & 0x7fe) << (30 - 10);
  50
  51         *location = (*location & 0xfff) | imm20 | imm19_12 | imm11 | imm10_1;
  52         return 0;
  53 }
  54
  55 static int apply_r_riscv_rcv_branch_rela(struct module *me, u32 *location,
  56                                          Elf_Addr v)
  57 {
  58         ptrdiff_t offset = (void *)v - (void *)location;
  59         u16 imm8 = (offset & 0x100) << (12 - 8);
  60         u16 imm7_6 = (offset & 0xc0) >> (6 - 5);
  61         u16 imm5 = (offset & 0x20) >> (5 - 2);
  62         u16 imm4_3 = (offset & 0x18) << (12 - 5);
  63         u16 imm2_1 = (offset & 0x6) << (12 - 10);
  64
  65         *(u16 *)location = (*(u16 *)location & 0xe383) |
  66                     imm8 | imm7_6 | imm5 | imm4_3 | imm2_1;
  67         return 0;
  68 }
  69
  70 static int apply_r_riscv_rvc_jump_rela(struct module *me, u32 *location,
  71                                        Elf_Addr v)
  72 {
  73         ptrdiff_t offset = (void *)v - (void *)location;
  74         u16 imm11 = (offset & 0x800) << (12 - 11);
  75         u16 imm10 = (offset & 0x400) >> (10 - 8);
  76         u16 imm9_8 = (offset & 0x300) << (12 - 11);
  77         u16 imm7 = (offset & 0x80) >> (7 - 6);
  78         u16 imm6 = (offset & 0x40) << (12 - 11);
  79         u16 imm5 = (offset & 0x20) >> (5 - 2);
  80         u16 imm4 = (offset & 0x10) << (12 - 5);
  81         u16 imm3_1 = (offset & 0xe) << (12 - 10);
  82
  83         *(u16 *)location = (*(u16 *)location & 0xe003) |
  84                     imm11 | imm10 | imm9_8 | imm7 | imm6 | imm5 | imm4 | imm3_1;
  85         return 0;
  86 }
  87
  88 static int apply_r_riscv_pcrel_hi20_rela(struct module *me, u32 *location,
  89                                          Elf_Addr v)
  90 {
  91         ptrdiff_t offset = (void *)v - (void *)location;
  92         s32 hi20;
  93
  94         if (offset != (s32)offset) {
  95                 pr_err(
  96                   "%s: target %016llx can not be addressed by the 32-bit offset from PC = %p\n",
  97                   me->name, (long long)v, location);
  98                 return -EINVAL;
  99         }
 100
 101         hi20 = (offset + 0x800) & 0xfffff000;
 102         *location = (*location & 0xfff) | hi20;
 103         return 0;
 104 }
 105
 106 static int apply_r_riscv_pcrel_lo12_i_rela(struct module *me, u32 *location,
 107                                            Elf_Addr v)
 108 {
 109         /*
 110          * v is the lo12 value to fill. It is calculated before calling this
 111          * handler.
 112          */
 113         *location = (*location & 0xfffff) | ((v & 0xfff) << 20);
 114         return 0;
 115 }
 116
 117 static int apply_r_riscv_pcrel_lo12_s_rela(struct module *me, u32 *location,
 118                                            Elf_Addr v)
 119 {
 120         /*
 121          * v is the lo12 value to fill. It is calculated before calling this
 122          * handler.
 123          */
 124         u32 imm11_5 = (v & 0xfe0) << (31 - 11);
 125         u32 imm4_0 = (v & 0x1f) << (11 - 4);
 126
 127         *location = (*location & 0x1fff07f) | imm11_5 | imm4_0;
 128         return 0;
 129 }
 130
 131 static int apply_r_riscv_hi20_rela(struct module *me, u32 *location,
 132                                    Elf_Addr v)
 133 {
 134         s32 hi20;
 135
 136         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMODEL_MEDLOW)) {
 137                 pr_err(
 138                   "%s: target %016llx can not be addressed by the 32-bit offset from PC = %p\n",
 139                   me->name, (long long)v, location);
 140                 return -EINVAL;
 141         }
 142
 143         hi20 = ((s32)v + 0x800) & 0xfffff000;
 144         *location = (*location & 0xfff) | hi20;
 145         return 0;
 146 }
 147
 148 static int apply_r_riscv_lo12_i_rela(struct module *me, u32 *location,
 149                                      Elf_Addr v)
 150 {
 151         /* Skip medlow checking because of filtering by HI20 already */
 152         s32 hi20 = ((s32)v + 0x800) & 0xfffff000;
 153         s32 lo12 = ((s32)v - hi20);
 154         *location = (*location & 0xfffff) | ((lo12 & 0xfff) << 20);
 155         return 0;
 156 }
 157
 158 static int apply_r_riscv_lo12_s_rela(struct module *me, u32 *location,
 159                                      Elf_Addr v)
 160 {
 161         /* Skip medlow checking because of filtering by HI20 already */
 162         s32 hi20 = ((s32)v + 0x800) & 0xfffff000;
 163         s32 lo12 = ((s32)v - hi20);
 164         u32 imm11_5 = (lo12 & 0xfe0) << (31 - 11);
 165         u32 imm4_0 = (lo12 & 0x1f) << (11 - 4);
 166         *location = (*location & 0x1fff07f) | imm11_5 | imm4_0;
 167         return 0;
 168 }
 169
 170 static int apply_r_riscv_got_hi20_rela(struct module *me, u32 *location,
 171                                        Elf_Addr v)
 172 {
 173         ptrdiff_t offset = (void *)v - (void *)location;
 174         s32 hi20;
 175
 176         /* Always emit the got entry */
 177         if (IS_ENABLED(CONFIG_MODULE_SECTIONS)) {
 178                 offset = module_emit_got_entry(me, v);
 179                 offset = (void *)offset - (void *)location;
 180         } else {
 181                 pr_err(
 182                   "%s: can not generate the GOT entry for symbol = %016llx from PC = %p\n",
 183                   me->name, (long long)v, location);
 184                 return -EINVAL;
 185         }
 186
 187         hi20 = (offset + 0x800) & 0xfffff000;
 188         *location = (*location & 0xfff) | hi20;
 189         return 0;
 190 }
 191
 192 static int apply_r_riscv_call_plt_rela(struct module *me, u32 *location,
 193                                        Elf_Addr v)
 194 {
 195         ptrdiff_t offset = (void *)v - (void *)location;
 196         s32 fill_v = offset;
 197         u32 hi20, lo12;
 198
 199         if (offset != fill_v) {
 200                 /* Only emit the plt entry if offset over 32-bit range */
 201                 if (IS_ENABLED(CONFIG_MODULE_SECTIONS)) {
 202                         offset = module_emit_plt_entry(me, v);
 203                         offset = (void *)offset - (void *)location;
 204                 } else {
 205                         pr_err(
 206                           "%s: target %016llx can not be addressed by the 32-bit offset from PC = %p\n",
 207                           me->name, (long long)v, location);
 208                         return -EINVAL;
 209                 }
 210         }
 211
 212         hi20 = (offset + 0x800) & 0xfffff000;
 213         lo12 = (offset - hi20) & 0xfff;
 214         *location = (*location & 0xfff) | hi20;
 215         *(location + 1) = (*(location + 1) & 0xfffff) | (lo12 << 20);
 216         return 0;
 217 }
 218
 219 static int apply_r_riscv_call_rela(struct module *me, u32 *location,
 220                                    Elf_Addr v)
 221 {
 222         ptrdiff_t offset = (void *)v - (void *)location;
 223         s32 fill_v = offset;
 224         u32 hi20, lo12;
 225
 226         if (offset != fill_v) {
 227                 pr_err(
 228                   "%s: target %016llx can not be addressed by the 32-bit offset from PC = %p\n",
 229                   me->name, (long long)v, location);
 230                 return -EINVAL;
 231         }
 232
 233         hi20 = (offset + 0x800) & 0xfffff000;
 234         lo12 = (offset - hi20) & 0xfff;
 235         *location = (*location & 0xfff) | hi20;
 236         *(location + 1) = (*(location + 1) & 0xfffff) | (lo12 << 20);
 237         return 0;
 238 }
 239
 240 static int apply_r_riscv_relax_rela(struct module *me, u32 *location,
 241                                     Elf_Addr v)
 242 {
 243         return 0;
 244 }
 245
 246 static int apply_r_riscv_align_rela(struct module *me, u32 *location,
 247                                     Elf_Addr v)
 248 {
 249         pr_err(
 250           "%s: The unexpected relocation type 'R_RISCV_ALIGN' from PC = %p\n",
 251           me->name, location);
 252         return -EINVAL;
 253 }
 254
 255 static int apply_r_riscv_add32_rela(struct module *me, u32 *location,
 256                                     Elf_Addr v)
 257 {
 258         *(u32 *)location += (u32)v;
 259         return 0;
 260 }
 261
 262 static int apply_r_riscv_sub32_rela(struct module *me, u32 *location,
 263                                     Elf_Addr v)
 264 {
 265         *(u32 *)location -= (u32)v;
 266         return 0;
 267 }
 268
 269 static int (*reloc_handlers_rela[]) (struct module *me, u32 *location,
 270                                 Elf_Addr v) = {
 271         [R_RISCV_32]                    = apply_r_riscv_32_rela,
 272         [R_RISCV_64]                    = apply_r_riscv_64_rela,
 273         [R_RISCV_BRANCH]                = apply_r_riscv_branch_rela,
 274         [R_RISCV_JAL]                   = apply_r_riscv_jal_rela,
 275         [R_RISCV_RVC_BRANCH]            = apply_r_riscv_rcv_branch_rela,
 276         [R_RISCV_RVC_JUMP]              = apply_r_riscv_rvc_jump_rela,
 277         [R_RISCV_PCREL_HI20]            = apply_r_riscv_pcrel_hi20_rela,
 278         [R_RISCV_PCREL_LO12_I]          = apply_r_riscv_pcrel_lo12_i_rela,
 279         [R_RISCV_PCREL_LO12_S]          = apply_r_riscv_pcrel_lo12_s_rela,
 280         [R_RISCV_HI20]                  = apply_r_riscv_hi20_rela,
 281         [R_RISCV_LO12_I]                = apply_r_riscv_lo12_i_rela,
 282         [R_RISCV_LO12_S]                = apply_r_riscv_lo12_s_rela,
 283         [R_RISCV_GOT_HI20]              = apply_r_riscv_got_hi20_rela,
 284         [R_RISCV_CALL_PLT]              = apply_r_riscv_call_plt_rela,
 285         [R_RISCV_CALL]                  = apply_r_riscv_call_rela,
 286         [R_RISCV_RELAX]                 = apply_r_riscv_relax_rela,
 287         [R_RISCV_ALIGN]                 = apply_r_riscv_align_rela,
 288         [R_RISCV_ADD32]                 = apply_r_riscv_add32_rela,
 289         [R_RISCV_SUB32]                 = apply_r_riscv_sub32_rela,
 290 };
 291
 292 int apply_relocate_add(Elf_Shdr *sechdrs, const char *strtab,
 293                        unsigned int symindex, unsigned int relsec,
 294                        struct module *me)
 295 {
 296         Elf_Rela *rel = (void *) sechdrs[relsec].sh_addr;
 297         int (*handler)(struct module *me, u32 *location, Elf_Addr v);
 298         Elf_Sym *sym;
 299         u32 *location;
 300         unsigned int i, type;
 301         Elf_Addr v;
 302         int res;
 303
 304         pr_debug("Applying relocate section %u to %u\n", relsec,
 305                sechdrs[relsec].sh_info);
 306
 307         for (i = 0; i < sechdrs[relsec].sh_size / sizeof(*rel); i++) {
 308                 /* This is where to make the change */
 309                 location = (void *)sechdrs[sechdrs[relsec].sh_info].sh_addr
 310                         + rel[i].r_offset;
 311                 /* This is the symbol it is referring to */
 312                 sym = (Elf_Sym *)sechdrs[symindex].sh_addr
 313                         + ELF_RISCV_R_SYM(rel[i].r_info);
 314                 if (IS_ERR_VALUE(sym->st_value)) {
 315                         /* Ignore unresolved weak symbol */
 316                         if (ELF_ST_BIND(sym->st_info) == STB_WEAK)
 317                                 continue;
 318                         pr_warning("%s: Unknown symbol %s\n",
 319                                    me->name, strtab + sym->st_name);
 320                         return -ENOENT;
 321                 }
 322
 323                 type = ELF_RISCV_R_TYPE(rel[i].r_info);
 324
 325                 if (type < ARRAY_SIZE(reloc_handlers_rela))
 326                         handler = reloc_handlers_rela[type];
 327                 else
 328                         handler = NULL;
 329
 330                 if (!handler) {
 331                         pr_err("%s: Unknown relocation type %u\n",
 332                                me->name, type);
 333                         return -EINVAL;
 334                 }
 335
 336                 v = sym->st_value + rel[i].r_addend;
 337
 338                 if (type == R_RISCV_PCREL_LO12_I || type == R_RISCV_PCREL_LO12_S) {
 339                         unsigned int j;
 340
 341                         for (j = 0; j < sechdrs[relsec].sh_size / sizeof(*rel); j++) {
 342                                 unsigned long hi20_loc =
 343                                         sechdrs[sechdrs[relsec].sh_info].sh_addr
 344                                         + rel[j].r_offset;
 345                                 u32 hi20_type = ELF_RISCV_R_TYPE(rel[j].r_info);
 346
 347                                 /* Find the corresponding HI20 relocation entry */
 348                                 if (hi20_loc == sym->st_value
 349                                     && (hi20_type == R_RISCV_PCREL_HI20
 350                                         || hi20_type == R_RISCV_GOT_HI20)) {
 351                                         s32 hi20, lo12;
 352                                         Elf_Sym *hi20_sym =
 353                                                 (Elf_Sym *)sechdrs[symindex].sh_addr
 354                                                 + ELF_RISCV_R_SYM(rel[j].r_info);
 355                                         unsigned long hi20_sym_val =
 356                                                 hi20_sym->st_value
 357                                                 + rel[j].r_addend;
 358
 359                                         /* Calculate lo12 */
 360                                         size_t offset = hi20_sym_val - hi20_loc;
 361                                         if (IS_ENABLED(CONFIG_MODULE_SECTIONS)
 362                                             && hi20_type == R_RISCV_GOT_HI20) {
 363                                                 offset = module_emit_got_entry(
 364                                                          me, hi20_sym_val);
 365                                                 offset = offset - hi20_loc;
 366                                         }
 367                                         hi20 = (offset + 0x800) & 0xfffff000;
 368                                         lo12 = offset - hi20;
 369                                         v = lo12;
 370
 371                                         break;
 372                                 }
 373                         }
 374                         if (j == sechdrs[relsec].sh_size / sizeof(*rel)) {
 375                                 pr_err(
 376                                   "%s: Can not find HI20 relocation information\n",
 377                                   me->name);
 378                                 return -EINVAL;
 379                         }
 380                 }
 381
 382                 res = handler(me, location, v);
 383                 if (res)
 384                         return res;
 385         }
 386
 387         return 0;
 388 }