arch/x86/mm/mem_encrypt.c

   1 /*
   2  * AMD Memory Encryption Support
   3  *
   4  * Copyright (C) 2016 Advanced Micro Devices, Inc.
   5  *
   6  * Author: Tom Lendacky <thomas.lendacky@amd.com>
   7  *
   8  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   9  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
  10  * published by the Free Software Foundation.
  11  */
  12
  13 #define DISABLE_BRANCH_PROFILING
  14
  15 #include <linux/linkage.h>
  16 #include <linux/init.h>
  17 #include <linux/mm.h>
  18 #include <linux/dma-mapping.h>
  19 #include <linux/swiotlb.h>
  20 #include <linux/mem_encrypt.h>
  21
  22 #include <asm/tlbflush.h>
  23 #include <asm/fixmap.h>
  24 #include <asm/setup.h>
  25 #include <asm/bootparam.h>
  26 #include <asm/set_memory.h>
  27 #include <asm/cacheflush.h>
  28 #include <asm/sections.h>
  29 #include <asm/processor-flags.h>
  30 #include <asm/msr.h>
  31 #include <asm/cmdline.h>
  32
  33 #include "mm_internal.h"
  34
  35 static char sme_cmdline_arg[] __initdata = "mem_encrypt";
  36 static char sme_cmdline_on[]  __initdata = "on";
  37 static char sme_cmdline_off[] __initdata = "off";
  38
  39 /*
  40  * Since SME related variables are set early in the boot process they must
  41  * reside in the .data section so as not to be zeroed out when the .bss
  42  * section is later cleared.
  43  */
  44 u64 sme_me_mask __section(.data) = 0;
  45 EXPORT_SYMBOL(sme_me_mask);
  46 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(sev_enable_key);
  47 EXPORT_SYMBOL_GPL(sev_enable_key);
  48
  49 static bool sev_enabled __section(.data);
  50
  51 /* Buffer used for early in-place encryption by BSP, no locking needed */
  52 static char sme_early_buffer[PAGE_SIZE] __aligned(PAGE_SIZE);
  53
  54 /*
  55  * This routine does not change the underlying encryption setting of the
  56  * page(s) that map this memory. It assumes that eventually the memory is
  57  * meant to be accessed as either encrypted or decrypted but the contents
  58  * are currently not in the desired state.
  59  *
  60  * This routine follows the steps outlined in the AMD64 Architecture
  61  * Programmer's Manual Volume 2, Section 7.10.8 Encrypt-in-Place.
  62  */
  63 static void __init __sme_early_enc_dec(resource_size_t paddr,
  64                                        unsigned long size, bool enc)
  65 {
  66         void *src, *dst;
  67         size_t len;
  68
  69         if (!sme_me_mask)
  70                 return;
  71
  72         wbinvd();
  73
  74         /*
  75          * There are limited number of early mapping slots, so map (at most)
  76          * one page at time.
  77          */
  78         while (size) {
  79                 len = min_t(size_t, sizeof(sme_early_buffer), size);
  80
  81                 /*
  82                  * Create mappings for the current and desired format of
  83                  * the memory. Use a write-protected mapping for the source.
  84                  */
  85                 src = enc ? early_memremap_decrypted_wp(paddr, len) :
  86                             early_memremap_encrypted_wp(paddr, len);
  87
  88                 dst = enc ? early_memremap_encrypted(paddr, len) :
  89                             early_memremap_decrypted(paddr, len);
  90
  91                 /*
  92                  * If a mapping can't be obtained to perform the operation,
  93                  * then eventual access of that area in the desired mode
  94                  * will cause a crash.
  95                  */
  96                 BUG_ON(!src || !dst);
  97
  98                 /*
  99                  * Use a temporary buffer, of cache-line multiple size, to
 100                  * avoid data corruption as documented in the APM.
 101                  */
 102                 memcpy(sme_early_buffer, src, len);
 103                 memcpy(dst, sme_early_buffer, len);
 104
 105                 early_memunmap(dst, len);
 106                 early_memunmap(src, len);
 107
 108                 paddr += len;
 109                 size -= len;
 110         }
 111 }
 112
 113 void __init sme_early_encrypt(resource_size_t paddr, unsigned long size)
 114 {
 115         __sme_early_enc_dec(paddr, size, true);
 116 }
 117
 118 void __init sme_early_decrypt(resource_size_t paddr, unsigned long size)
 119 {
 120         __sme_early_enc_dec(paddr, size, false);
 121 }
 122
 123 static void __init __sme_early_map_unmap_mem(void *vaddr, unsigned long size,
 124                                              bool map)
 125 {
 126         unsigned long paddr = (unsigned long)vaddr - __PAGE_OFFSET;
 127         pmdval_t pmd_flags, pmd;
 128
 129         /* Use early_pmd_flags but remove the encryption mask */
 130         pmd_flags = __sme_clr(early_pmd_flags);
 131
 132         do {
 133                 pmd = map ? (paddr & PMD_MASK) + pmd_flags : 0;
 134                 __early_make_pgtable((unsigned long)vaddr, pmd);
 135
 136                 vaddr += PMD_SIZE;
 137                 paddr += PMD_SIZE;
 138                 size = (size <= PMD_SIZE) ? 0 : size - PMD_SIZE;
 139         } while (size);
 140
 141         __native_flush_tlb();
 142 }
 143
 144 void __init sme_unmap_bootdata(char *real_mode_data)
 145 {
 146         struct boot_params *boot_data;
 147         unsigned long cmdline_paddr;
 148
 149         if (!sme_active())
 150                 return;
 151
 152         /* Get the command line address before unmapping the real_mode_data */
 153         boot_data = (struct boot_params *)real_mode_data;
 154         cmdline_paddr = boot_data->hdr.cmd_line_ptr | ((u64)boot_data->ext_cmd_line_ptr << 32);
 155
 156         __sme_early_map_unmap_mem(real_mode_data, sizeof(boot_params), false);
 157
 158         if (!cmdline_paddr)
 159                 return;
 160
 161         __sme_early_map_unmap_mem(__va(cmdline_paddr), COMMAND_LINE_SIZE, false);
 162 }
 163
 164 void __init sme_map_bootdata(char *real_mode_data)
 165 {
 166         struct boot_params *boot_data;
 167         unsigned long cmdline_paddr;
 168
 169         if (!sme_active())
 170                 return;
 171
 172         __sme_early_map_unmap_mem(real_mode_data, sizeof(boot_params), true);
 173
 174         /* Get the command line address after mapping the real_mode_data */
 175         boot_data = (struct boot_params *)real_mode_data;
 176         cmdline_paddr = boot_data->hdr.cmd_line_ptr | ((u64)boot_data->ext_cmd_line_ptr << 32);
 177
 178         if (!cmdline_paddr)
 179                 return;
 180
 181         __sme_early_map_unmap_mem(__va(cmdline_paddr), COMMAND_LINE_SIZE, true);
 182 }
 183
 184 void __init sme_early_init(void)
 185 {
 186         unsigned int i;
 187
 188         if (!sme_me_mask)
 189                 return;
 190
 191         early_pmd_flags = __sme_set(early_pmd_flags);
 192
 193         __supported_pte_mask = __sme_set(__supported_pte_mask);
 194
 195         /* Update the protection map with memory encryption mask */
 196         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(protection_map); i++)
 197                 protection_map[i] = pgprot_encrypted(protection_map[i]);
 198
 199         if (sev_active())
 200                 swiotlb_force = SWIOTLB_FORCE;
 201 }
 202
 203 static void *sev_alloc(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *dma_handle,
 204                        gfp_t gfp, unsigned long attrs)
 205 {
 206         unsigned long dma_mask;
 207         unsigned int order;
 208         struct page *page;
 209         void *vaddr = NULL;
 210
 211         dma_mask = dma_alloc_coherent_mask(dev, gfp);
 212         order = get_order(size);
 213
 214         /*
 215          * Memory will be memset to zero after marking decrypted, so don't
 216          * bother clearing it before.
 217          */
 218         gfp &= ~__GFP_ZERO;
 219
 220         page = alloc_pages_node(dev_to_node(dev), gfp, order);
 221         if (page) {
 222                 dma_addr_t addr;
 223
 224                 /*
 225                  * Since we will be clearing the encryption bit, check the
 226                  * mask with it already cleared.
 227                  */
 228                 addr = __sme_clr(phys_to_dma(dev, page_to_phys(page)));
 229                 if ((addr + size) > dma_mask) {
 230                         __free_pages(page, get_order(size));
 231                 } else {
 232                         vaddr = page_address(page);
 233                         *dma_handle = addr;
 234                 }
 235         }
 236
 237         if (!vaddr)
 238                 vaddr = swiotlb_alloc_coherent(dev, size, dma_handle, gfp);
 239
 240         if (!vaddr)
 241                 return NULL;
 242
 243         /* Clear the SME encryption bit for DMA use if not swiotlb area */
 244         if (!is_swiotlb_buffer(dma_to_phys(dev, *dma_handle))) {
 245                 set_memory_decrypted((unsigned long)vaddr, 1 << order);
 246                 memset(vaddr, 0, PAGE_SIZE << order);
 247                 *dma_handle = __sme_clr(*dma_handle);
 248         }
 249
 250         return vaddr;
 251 }
 252
 253 static void sev_free(struct device *dev, size_t size, void *vaddr,
 254                      dma_addr_t dma_handle, unsigned long attrs)
 255 {
 256         /* Set the SME encryption bit for re-use if not swiotlb area */
 257         if (!is_swiotlb_buffer(dma_to_phys(dev, dma_handle)))
 258                 set_memory_encrypted((unsigned long)vaddr,
 259                                      1 << get_order(size));
 260
 261         swiotlb_free_coherent(dev, size, vaddr, dma_handle);
 262 }
 263
 264 static void __init __set_clr_pte_enc(pte_t *kpte, int level, bool enc)
 265 {
 266         pgprot_t old_prot, new_prot;
 267         unsigned long pfn, pa, size;
 268         pte_t new_pte;
 269
 270         switch (level) {
 271         case PG_LEVEL_4K:
 272                 pfn = pte_pfn(*kpte);
 273                 old_prot = pte_pgprot(*kpte);
 274                 break;
 275         case PG_LEVEL_2M:
 276                 pfn = pmd_pfn(*(pmd_t *)kpte);
 277                 old_prot = pmd_pgprot(*(pmd_t *)kpte);
 278                 break;
 279         case PG_LEVEL_1G:
 280                 pfn = pud_pfn(*(pud_t *)kpte);
 281                 old_prot = pud_pgprot(*(pud_t *)kpte);
 282                 break;
 283         default:
 284                 return;
 285         }
 286
 287         new_prot = old_prot;
 288         if (enc)
 289                 pgprot_val(new_prot) |= _PAGE_ENC;
 290         else
 291                 pgprot_val(new_prot) &= ~_PAGE_ENC;
 292
 293         /* If prot is same then do nothing. */
 294         if (pgprot_val(old_prot) == pgprot_val(new_prot))
 295                 return;
 296
 297         pa = pfn << page_level_shift(level);
 298         size = page_level_size(level);
 299
 300         /*
 301          * We are going to perform in-place en-/decryption and change the
 302          * physical page attribute from C=1 to C=0 or vice versa. Flush the
 303          * caches to ensure that data gets accessed with the correct C-bit.
 304          */
 305         clflush_cache_range(__va(pa), size);
 306
 307         /* Encrypt/decrypt the contents in-place */
 308         if (enc)
 309                 sme_early_encrypt(pa, size);
 310         else
 311                 sme_early_decrypt(pa, size);
 312
 313         /* Change the page encryption mask. */
 314         new_pte = pfn_pte(pfn, new_prot);
 315         set_pte_atomic(kpte, new_pte);
 316 }
 317
 318 static int __init early_set_memory_enc_dec(unsigned long vaddr,
 319                                            unsigned long size, bool enc)
 320 {
 321         unsigned long vaddr_end, vaddr_next;
 322         unsigned long psize, pmask;
 323         int split_page_size_mask;
 324         int level, ret;
 325         pte_t *kpte;
 326
 327         vaddr_next = vaddr;
 328         vaddr_end = vaddr + size;
 329
 330         for (; vaddr < vaddr_end; vaddr = vaddr_next) {
 331                 kpte = lookup_address(vaddr, &level);
 332                 if (!kpte || pte_none(*kpte)) {
 333                         ret = 1;
 334                         goto out;
 335                 }
 336
 337                 if (level == PG_LEVEL_4K) {
 338                         __set_clr_pte_enc(kpte, level, enc);
 339                         vaddr_next = (vaddr & PAGE_MASK) + PAGE_SIZE;
 340                         continue;
 341                 }
 342
 343                 psize = page_level_size(level);
 344                 pmask = page_level_mask(level);
 345
 346                 /*
 347                  * Check whether we can change the large page in one go.
 348                  * We request a split when the address is not aligned and
 349                  * the number of pages to set/clear encryption bit is smaller
 350                  * than the number of pages in the large page.
 351                  */
 352                 if (vaddr == (vaddr & pmask) &&
 353                     ((vaddr_end - vaddr) >= psize)) {
 354                         __set_clr_pte_enc(kpte, level, enc);
 355                         vaddr_next = (vaddr & pmask) + psize;
 356                         continue;
 357                 }
 358
 359                 /*
 360                  * The virtual address is part of a larger page, create the next
 361                  * level page table mapping (4K or 2M). If it is part of a 2M
 362                  * page then we request a split of the large page into 4K
 363                  * chunks. A 1GB large page is split into 2M pages, resp.
 364                  */
 365                 if (level == PG_LEVEL_2M)
 366                         split_page_size_mask = 0;
 367                 else
 368                         split_page_size_mask = 1 << PG_LEVEL_2M;
 369
 370                 kernel_physical_mapping_init(__pa(vaddr & pmask),
 371                                              __pa((vaddr_end & pmask) + psize),
 372                                              split_page_size_mask);
 373         }
 374
 375         ret = 0;
 376
 377 out:
 378         __flush_tlb_all();
 379         return ret;
 380 }
 381
 382 int __init early_set_memory_decrypted(unsigned long vaddr, unsigned long size)
 383 {
 384         return early_set_memory_enc_dec(vaddr, size, false);
 385 }
 386
 387 int __init early_set_memory_encrypted(unsigned long vaddr, unsigned long size)
 388 {
 389         return early_set_memory_enc_dec(vaddr, size, true);
 390 }
 391
 392 /*
 393  * SME and SEV are very similar but they are not the same, so there are
 394  * times that the kernel will need to distinguish between SME and SEV. The
 395  * sme_active() and sev_active() functions are used for this.  When a
 396  * distinction isn't needed, the mem_encrypt_active() function can be used.
 397  *
 398  * The trampoline code is a good example for this requirement.  Before
 399  * paging is activated, SME will access all memory as decrypted, but SEV
 400  * will access all memory as encrypted.  So, when APs are being brought
 401  * up under SME the trampoline area cannot be encrypted, whereas under SEV
 402  * the trampoline area must be encrypted.
 403  */
 404 bool sme_active(void)
 405 {
 406         return sme_me_mask && !sev_enabled;
 407 }
 408 EXPORT_SYMBOL(sme_active);
 409
 410 bool sev_active(void)
 411 {
 412         return sme_me_mask && sev_enabled;
 413 }
 414 EXPORT_SYMBOL(sev_active);
 415
 416 static const struct dma_map_ops sev_dma_ops = {
 417         .alloc                  = sev_alloc,
 418         .free                   = sev_free,
 419         .map_page               = swiotlb_map_page,
 420         .unmap_page             = swiotlb_unmap_page,
 421         .map_sg                 = swiotlb_map_sg_attrs,
 422         .unmap_sg               = swiotlb_unmap_sg_attrs,
 423         .sync_single_for_cpu    = swiotlb_sync_single_for_cpu,
 424         .sync_single_for_device = swiotlb_sync_single_for_device,
 425         .sync_sg_for_cpu        = swiotlb_sync_sg_for_cpu,
 426         .sync_sg_for_device     = swiotlb_sync_sg_for_device,
 427         .mapping_error          = swiotlb_dma_mapping_error,
 428 };
 429
 430 /* Architecture __weak replacement functions */
 431 void __init mem_encrypt_init(void)
 432 {
 433         if (!sme_me_mask)
 434                 return;
 435
 436         /* Call into SWIOTLB to update the SWIOTLB DMA buffers */
 437         swiotlb_update_mem_attributes();
 438
 439         /*
 440          * With SEV, DMA operations cannot use encryption. New DMA ops
 441          * are required in order to mark the DMA areas as decrypted or
 442          * to use bounce buffers.
 443          */
 444         if (sev_active())
 445                 dma_ops = &sev_dma_ops;
 446
 447         /*
 448          * With SEV, we need to unroll the rep string I/O instructions.
 449          */
 450         if (sev_active())
 451                 static_branch_enable(&sev_enable_key);
 452
 453         pr_info("AMD %s active\n",
 454                 sev_active() ? "Secure Encrypted Virtualization (SEV)"
 455                              : "Secure Memory Encryption (SME)");
 456 }
 457
 458 void swiotlb_set_mem_attributes(void *vaddr, unsigned long size)
 459 {
 460         WARN(PAGE_ALIGN(size) != size,
 461              "size is not page-aligned (%#lx)\n", size);
 462
 463         /* Make the SWIOTLB buffer area decrypted */
 464         set_memory_decrypted((unsigned long)vaddr, size >> PAGE_SHIFT);
 465 }
 466
 467 struct sme_populate_pgd_data {
 468         void    *pgtable_area;
 469         pgd_t   *pgd;
 470
 471         pmdval_t pmd_flags;
 472         pteval_t pte_flags;
 473         unsigned long paddr;
 474
 475         unsigned long vaddr;
 476         unsigned long vaddr_end;
 477 };
 478
 479 static void __init sme_clear_pgd(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
 480 {
 481         unsigned long pgd_start, pgd_end, pgd_size;
 482         pgd_t *pgd_p;
 483
 484         pgd_start = ppd->vaddr & PGDIR_MASK;
 485         pgd_end = ppd->vaddr_end & PGDIR_MASK;
 486
 487         pgd_size = (((pgd_end - pgd_start) / PGDIR_SIZE) + 1) * sizeof(pgd_t);
 488
 489         pgd_p = ppd->pgd + pgd_index(ppd->vaddr);
 490
 491         memset(pgd_p, 0, pgd_size);
 492 }
 493
 494 #define PGD_FLAGS               _KERNPG_TABLE_NOENC
 495 #define P4D_FLAGS               _KERNPG_TABLE_NOENC
 496 #define PUD_FLAGS               _KERNPG_TABLE_NOENC
 497 #define PMD_FLAGS               _KERNPG_TABLE_NOENC
 498
 499 #define PMD_FLAGS_LARGE         (__PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC & ~_PAGE_GLOBAL)
 500
 501 #define PMD_FLAGS_DEC           PMD_FLAGS_LARGE
 502 #define PMD_FLAGS_DEC_WP        ((PMD_FLAGS_DEC & ~_PAGE_CACHE_MASK) | \
 503                                  (_PAGE_PAT | _PAGE_PWT))
 504
 505 #define PMD_FLAGS_ENC           (PMD_FLAGS_LARGE | _PAGE_ENC)
 506
 507 #define PTE_FLAGS               (__PAGE_KERNEL_EXEC & ~_PAGE_GLOBAL)
 508
 509 #define PTE_FLAGS_DEC           PTE_FLAGS
 510 #define PTE_FLAGS_DEC_WP        ((PTE_FLAGS_DEC & ~_PAGE_CACHE_MASK) | \
 511                                  (_PAGE_PAT | _PAGE_PWT))
 512
 513 #define PTE_FLAGS_ENC           (PTE_FLAGS | _PAGE_ENC)
 514
 515 static pmd_t __init *sme_prepare_pgd(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
 516 {
 517         pgd_t *pgd_p;
 518         p4d_t *p4d_p;
 519         pud_t *pud_p;
 520         pmd_t *pmd_p;
 521
 522         pgd_p = ppd->pgd + pgd_index(ppd->vaddr);
 523         if (native_pgd_val(*pgd_p)) {
 524                 if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_5LEVEL))
 525                         p4d_p = (p4d_t *)(native_pgd_val(*pgd_p) & ~PTE_FLAGS_MASK);
 526                 else
 527                         pud_p = (pud_t *)(native_pgd_val(*pgd_p) & ~PTE_FLAGS_MASK);
 528         } else {
 529                 pgd_t pgd;
 530
 531                 if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_5LEVEL)) {
 532                         p4d_p = ppd->pgtable_area;
 533                         memset(p4d_p, 0, sizeof(*p4d_p) * PTRS_PER_P4D);
 534                         ppd->pgtable_area += sizeof(*p4d_p) * PTRS_PER_P4D;
 535
 536                         pgd = native_make_pgd((pgdval_t)p4d_p + PGD_FLAGS);
 537                 } else {
 538                         pud_p = ppd->pgtable_area;
 539                         memset(pud_p, 0, sizeof(*pud_p) * PTRS_PER_PUD);
 540                         ppd->pgtable_area += sizeof(*pud_p) * PTRS_PER_PUD;
 541
 542                         pgd = native_make_pgd((pgdval_t)pud_p + PGD_FLAGS);
 543                 }
 544                 native_set_pgd(pgd_p, pgd);
 545         }
 546
 547         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_5LEVEL)) {
 548                 p4d_p += p4d_index(ppd->vaddr);
 549                 if (native_p4d_val(*p4d_p)) {
 550                         pud_p = (pud_t *)(native_p4d_val(*p4d_p) & ~PTE_FLAGS_MASK);
 551                 } else {
 552                         p4d_t p4d;
 553
 554                         pud_p = ppd->pgtable_area;
 555                         memset(pud_p, 0, sizeof(*pud_p) * PTRS_PER_PUD);
 556                         ppd->pgtable_area += sizeof(*pud_p) * PTRS_PER_PUD;
 557
 558                         p4d = native_make_p4d((pudval_t)pud_p + P4D_FLAGS);
 559                         native_set_p4d(p4d_p, p4d);
 560                 }
 561         }
 562
 563         pud_p += pud_index(ppd->vaddr);
 564         if (native_pud_val(*pud_p)) {
 565                 if (native_pud_val(*pud_p) & _PAGE_PSE)
 566                         return NULL;
 567
 568                 pmd_p = (pmd_t *)(native_pud_val(*pud_p) & ~PTE_FLAGS_MASK);
 569         } else {
 570                 pud_t pud;
 571
 572                 pmd_p = ppd->pgtable_area;
 573                 memset(pmd_p, 0, sizeof(*pmd_p) * PTRS_PER_PMD);
 574                 ppd->pgtable_area += sizeof(*pmd_p) * PTRS_PER_PMD;
 575
 576                 pud = native_make_pud((pmdval_t)pmd_p + PUD_FLAGS);
 577                 native_set_pud(pud_p, pud);
 578         }
 579
 580         return pmd_p;
 581 }
 582
 583 static void __init sme_populate_pgd_large(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
 584 {
 585         pmd_t *pmd_p;
 586
 587         pmd_p = sme_prepare_pgd(ppd);
 588         if (!pmd_p)
 589                 return;
 590
 591         pmd_p += pmd_index(ppd->vaddr);
 592         if (!native_pmd_val(*pmd_p) || !(native_pmd_val(*pmd_p) & _PAGE_PSE))
 593                 native_set_pmd(pmd_p, native_make_pmd(ppd->paddr | ppd->pmd_flags));
 594 }
 595
 596 static void __init sme_populate_pgd(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
 597 {
 598         pmd_t *pmd_p;
 599         pte_t *pte_p;
 600
 601         pmd_p = sme_prepare_pgd(ppd);
 602         if (!pmd_p)
 603                 return;
 604
 605         pmd_p += pmd_index(ppd->vaddr);
 606         if (native_pmd_val(*pmd_p)) {
 607                 if (native_pmd_val(*pmd_p) & _PAGE_PSE)
 608                         return;
 609
 610                 pte_p = (pte_t *)(native_pmd_val(*pmd_p) & ~PTE_FLAGS_MASK);
 611         } else {
 612                 pmd_t pmd;
 613
 614                 pte_p = ppd->pgtable_area;
 615                 memset(pte_p, 0, sizeof(*pte_p) * PTRS_PER_PTE);
 616                 ppd->pgtable_area += sizeof(*pte_p) * PTRS_PER_PTE;
 617
 618                 pmd = native_make_pmd((pteval_t)pte_p + PMD_FLAGS);
 619                 native_set_pmd(pmd_p, pmd);
 620         }
 621
 622         pte_p += pte_index(ppd->vaddr);
 623         if (!native_pte_val(*pte_p))
 624                 native_set_pte(pte_p, native_make_pte(ppd->paddr | ppd->pte_flags));
 625 }
 626
 627 static void __init __sme_map_range_pmd(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
 628 {
 629         while (ppd->vaddr < ppd->vaddr_end) {
 630                 sme_populate_pgd_large(ppd);
 631
 632                 ppd->vaddr += PMD_PAGE_SIZE;
 633                 ppd->paddr += PMD_PAGE_SIZE;
 634         }
 635 }
 636
 637 static void __init __sme_map_range_pte(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
 638 {
 639         while (ppd->vaddr < ppd->vaddr_end) {
 640                 sme_populate_pgd(ppd);
 641
 642                 ppd->vaddr += PAGE_SIZE;
 643                 ppd->paddr += PAGE_SIZE;
 644         }
 645 }
 646
 647 static void __init __sme_map_range(struct sme_populate_pgd_data *ppd,
 648                                    pmdval_t pmd_flags, pteval_t pte_flags)
 649 {
 650         unsigned long vaddr_end;
 651
 652         ppd->pmd_flags = pmd_flags;
 653         ppd->pte_flags = pte_flags;
 654
 655         /* Save original end value since we modify the struct value */
 656         vaddr_end = ppd->vaddr_end;
 657
 658         /* If start is not 2MB aligned, create PTE entries */
 659         ppd->vaddr_end = ALIGN(ppd->vaddr, PMD_PAGE_SIZE);
 660         __sme_map_range_pte(ppd);
 661
 662         /* Create PMD entries */
 663         ppd->vaddr_end = vaddr_end & PMD_PAGE_MASK;
 664         __sme_map_range_pmd(ppd);
 665
 666         /* If end is not 2MB aligned, create PTE entries */
 667         ppd->vaddr_end = vaddr_end;
 668         __sme_map_range_pte(ppd);
 669 }
 670
 671 static void __init sme_map_range_encrypted(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
 672 {
 673         __sme_map_range(ppd, PMD_FLAGS_ENC, PTE_FLAGS_ENC);
 674 }
 675
 676 static void __init sme_map_range_decrypted(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
 677 {
 678         __sme_map_range(ppd, PMD_FLAGS_DEC, PTE_FLAGS_DEC);
 679 }
 680
 681 static void __init sme_map_range_decrypted_wp(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
 682 {
 683         __sme_map_range(ppd, PMD_FLAGS_DEC_WP, PTE_FLAGS_DEC_WP);
 684 }
 685
 686 static unsigned long __init sme_pgtable_calc(unsigned long len)
 687 {
 688         unsigned long p4d_size, pud_size, pmd_size, pte_size;
 689         unsigned long total;
 690
 691         /*
 692          * Perform a relatively simplistic calculation of the pagetable
 693          * entries that are needed. Those mappings will be covered mostly
 694          * by 2MB PMD entries so we can conservatively calculate the required
 695          * number of P4D, PUD and PMD structures needed to perform the
 696          * mappings.  For mappings that are not 2MB aligned, PTE mappings
 697          * would be needed for the start and end portion of the address range
 698          * that fall outside of the 2MB alignment.  This results in, at most,
 699          * two extra pages to hold PTE entries for each range that is mapped.
 700          * Incrementing the count for each covers the case where the addresses
 701          * cross entries.
 702          */
 703         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_5LEVEL)) {
 704                 p4d_size = (ALIGN(len, PGDIR_SIZE) / PGDIR_SIZE) + 1;
 705                 p4d_size *= sizeof(p4d_t) * PTRS_PER_P4D;
 706                 pud_size = (ALIGN(len, P4D_SIZE) / P4D_SIZE) + 1;
 707                 pud_size *= sizeof(pud_t) * PTRS_PER_PUD;
 708         } else {
 709                 p4d_size = 0;
 710                 pud_size = (ALIGN(len, PGDIR_SIZE) / PGDIR_SIZE) + 1;
 711                 pud_size *= sizeof(pud_t) * PTRS_PER_PUD;
 712         }
 713         pmd_size = (ALIGN(len, PUD_SIZE) / PUD_SIZE) + 1;
 714         pmd_size *= sizeof(pmd_t) * PTRS_PER_PMD;
 715         pte_size = 2 * sizeof(pte_t) * PTRS_PER_PTE;
 716
 717         total = p4d_size + pud_size + pmd_size + pte_size;
 718
 719         /*
 720          * Now calculate the added pagetable structures needed to populate
 721          * the new pagetables.
 722          */
 723         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_5LEVEL)) {
 724                 p4d_size = ALIGN(total, PGDIR_SIZE) / PGDIR_SIZE;
 725                 p4d_size *= sizeof(p4d_t) * PTRS_PER_P4D;
 726                 pud_size = ALIGN(total, P4D_SIZE) / P4D_SIZE;
 727                 pud_size *= sizeof(pud_t) * PTRS_PER_PUD;
 728         } else {
 729                 p4d_size = 0;
 730                 pud_size = ALIGN(total, PGDIR_SIZE) / PGDIR_SIZE;
 731                 pud_size *= sizeof(pud_t) * PTRS_PER_PUD;
 732         }
 733         pmd_size = ALIGN(total, PUD_SIZE) / PUD_SIZE;
 734         pmd_size *= sizeof(pmd_t) * PTRS_PER_PMD;
 735
 736         total += p4d_size + pud_size + pmd_size;
 737
 738         return total;
 739 }
 740
 741 void __init __nostackprotector sme_encrypt_kernel(struct boot_params *bp)
 742 {
 743         unsigned long workarea_start, workarea_end, workarea_len;
 744         unsigned long execute_start, execute_end, execute_len;
 745         unsigned long kernel_start, kernel_end, kernel_len;
 746         unsigned long initrd_start, initrd_end, initrd_len;
 747         struct sme_populate_pgd_data ppd;
 748         unsigned long pgtable_area_len;
 749         unsigned long decrypted_base;
 750
 751         if (!sme_active())
 752                 return;
 753
 754         /*
 755          * Prepare for encrypting the kernel and initrd by building new
 756          * pagetables with the necessary attributes needed to encrypt the
 757          * kernel in place.
 758          *
 759          *   One range of virtual addresses will map the memory occupied
 760          *   by the kernel and initrd as encrypted.
 761          *
 762          *   Another range of virtual addresses will map the memory occupied
 763          *   by the kernel and initrd as decrypted and write-protected.
 764          *
 765          *     The use of write-protect attribute will prevent any of the
 766          *     memory from being cached.
 767          */
 768
 769         /* Physical addresses gives us the identity mapped virtual addresses */
 770         kernel_start = __pa_symbol(_text);
 771         kernel_end = ALIGN(__pa_symbol(_end), PMD_PAGE_SIZE);
 772         kernel_len = kernel_end - kernel_start;
 773
 774         initrd_start = 0;
 775         initrd_end = 0;
 776         initrd_len = 0;
 777 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 778         initrd_len = (unsigned long)bp->hdr.ramdisk_size |
 779                      ((unsigned long)bp->ext_ramdisk_size << 32);
 780         if (initrd_len) {
 781                 initrd_start = (unsigned long)bp->hdr.ramdisk_image |
 782                                ((unsigned long)bp->ext_ramdisk_image << 32);
 783                 initrd_end = PAGE_ALIGN(initrd_start + initrd_len);
 784                 initrd_len = initrd_end - initrd_start;
 785         }
 786 #endif
 787
 788         /* Set the encryption workarea to be immediately after the kernel */
 789         workarea_start = kernel_end;
 790
 791         /*
 792          * Calculate required number of workarea bytes needed:
 793          *   executable encryption area size:
 794          *     stack page (PAGE_SIZE)
 795          *     encryption routine page (PAGE_SIZE)
 796          *     intermediate copy buffer (PMD_PAGE_SIZE)
 797          *   pagetable structures for the encryption of the kernel
 798          *   pagetable structures for workarea (in case not currently mapped)
 799          */
 800         execute_start = workarea_start;
 801         execute_end = execute_start + (PAGE_SIZE * 2) + PMD_PAGE_SIZE;
 802         execute_len = execute_end - execute_start;
 803
 804         /*
 805          * One PGD for both encrypted and decrypted mappings and a set of
 806          * PUDs and PMDs for each of the encrypted and decrypted mappings.
 807          */
 808         pgtable_area_len = sizeof(pgd_t) * PTRS_PER_PGD;
 809         pgtable_area_len += sme_pgtable_calc(execute_end - kernel_start) * 2;
 810         if (initrd_len)
 811                 pgtable_area_len += sme_pgtable_calc(initrd_len) * 2;
 812
 813         /* PUDs and PMDs needed in the current pagetables for the workarea */
 814         pgtable_area_len += sme_pgtable_calc(execute_len + pgtable_area_len);
 815
 816         /*
 817          * The total workarea includes the executable encryption area and
 818          * the pagetable area. The start of the workarea is already 2MB
 819          * aligned, align the end of the workarea on a 2MB boundary so that
 820          * we don't try to create/allocate PTE entries from the workarea
 821          * before it is mapped.
 822          */
 823         workarea_len = execute_len + pgtable_area_len;
 824         workarea_end = ALIGN(workarea_start + workarea_len, PMD_PAGE_SIZE);
 825
 826         /*
 827          * Set the address to the start of where newly created pagetable
 828          * structures (PGDs, PUDs and PMDs) will be allocated. New pagetable
 829          * structures are created when the workarea is added to the current
 830          * pagetables and when the new encrypted and decrypted kernel
 831          * mappings are populated.
 832          */
 833         ppd.pgtable_area = (void *)execute_end;
 834
 835         /*
 836          * Make sure the current pagetable structure has entries for
 837          * addressing the workarea.
 838          */
 839         ppd.pgd = (pgd_t *)native_read_cr3_pa();
 840         ppd.paddr = workarea_start;
 841         ppd.vaddr = workarea_start;
 842         ppd.vaddr_end = workarea_end;
 843         sme_map_range_decrypted(&ppd);
 844
 845         /* Flush the TLB - no globals so cr3 is enough */
 846         native_write_cr3(__native_read_cr3());
 847
 848         /*
 849          * A new pagetable structure is being built to allow for the kernel
 850          * and initrd to be encrypted. It starts with an empty PGD that will
 851          * then be populated with new PUDs and PMDs as the encrypted and
 852          * decrypted kernel mappings are created.
 853          */
 854         ppd.pgd = ppd.pgtable_area;
 855         memset(ppd.pgd, 0, sizeof(pgd_t) * PTRS_PER_PGD);
 856         ppd.pgtable_area += sizeof(pgd_t) * PTRS_PER_PGD;
 857
 858         /*
 859          * A different PGD index/entry must be used to get different
 860          * pagetable entries for the decrypted mapping. Choose the next
 861          * PGD index and convert it to a virtual address to be used as
 862          * the base of the mapping.
 863          */
 864         decrypted_base = (pgd_index(workarea_end) + 1) & (PTRS_PER_PGD - 1);
 865         if (initrd_len) {
 866                 unsigned long check_base;
 867
 868                 check_base = (pgd_index(initrd_end) + 1) & (PTRS_PER_PGD - 1);
 869                 decrypted_base = max(decrypted_base, check_base);
 870         }
 871         decrypted_base <<= PGDIR_SHIFT;
 872
 873         /* Add encrypted kernel (identity) mappings */
 874         ppd.paddr = kernel_start;
 875         ppd.vaddr = kernel_start;
 876         ppd.vaddr_end = kernel_end;
 877         sme_map_range_encrypted(&ppd);
 878
 879         /* Add decrypted, write-protected kernel (non-identity) mappings */
 880         ppd.paddr = kernel_start;
 881         ppd.vaddr = kernel_start + decrypted_base;
 882         ppd.vaddr_end = kernel_end + decrypted_base;
 883         sme_map_range_decrypted_wp(&ppd);
 884
 885         if (initrd_len) {
 886                 /* Add encrypted initrd (identity) mappings */
 887                 ppd.paddr = initrd_start;
 888                 ppd.vaddr = initrd_start;
 889                 ppd.vaddr_end = initrd_end;
 890                 sme_map_range_encrypted(&ppd);
 891                 /*
 892                  * Add decrypted, write-protected initrd (non-identity) mappings
 893                  */
 894                 ppd.paddr = initrd_start;
 895                 ppd.vaddr = initrd_start + decrypted_base;
 896                 ppd.vaddr_end = initrd_end + decrypted_base;
 897                 sme_map_range_decrypted_wp(&ppd);
 898         }
 899
 900         /* Add decrypted workarea mappings to both kernel mappings */
 901         ppd.paddr = workarea_start;
 902         ppd.vaddr = workarea_start;
 903         ppd.vaddr_end = workarea_end;
 904         sme_map_range_decrypted(&ppd);
 905
 906         ppd.paddr = workarea_start;
 907         ppd.vaddr = workarea_start + decrypted_base;
 908         ppd.vaddr_end = workarea_end + decrypted_base;
 909         sme_map_range_decrypted(&ppd);
 910
 911         /* Perform the encryption */
 912         sme_encrypt_execute(kernel_start, kernel_start + decrypted_base,
 913                             kernel_len, workarea_start, (unsigned long)ppd.pgd);
 914
 915         if (initrd_len)
 916                 sme_encrypt_execute(initrd_start, initrd_start + decrypted_base,
 917                                     initrd_len, workarea_start,
 918                                     (unsigned long)ppd.pgd);
 919
 920         /*
 921          * At this point we are running encrypted.  Remove the mappings for
 922          * the decrypted areas - all that is needed for this is to remove
 923          * the PGD entry/entries.
 924          */
 925         ppd.vaddr = kernel_start + decrypted_base;
 926         ppd.vaddr_end = kernel_end + decrypted_base;
 927         sme_clear_pgd(&ppd);
 928
 929         if (initrd_len) {
 930                 ppd.vaddr = initrd_start + decrypted_base;
 931                 ppd.vaddr_end = initrd_end + decrypted_base;
 932                 sme_clear_pgd(&ppd);
 933         }
 934
 935         ppd.vaddr = workarea_start + decrypted_base;
 936         ppd.vaddr_end = workarea_end + decrypted_base;
 937         sme_clear_pgd(&ppd);
 938
 939         /* Flush the TLB - no globals so cr3 is enough */
 940         native_write_cr3(__native_read_cr3());
 941 }
 942
 943 void __init __nostackprotector sme_enable(struct boot_params *bp)
 944 {
 945         const char *cmdline_ptr, *cmdline_arg, *cmdline_on, *cmdline_off;
 946         unsigned int eax, ebx, ecx, edx;
 947         unsigned long feature_mask;
 948         bool active_by_default;
 949         unsigned long me_mask;
 950         char buffer[16];
 951         u64 msr;
 952
 953         /* Check for the SME/SEV support leaf */
 954         eax = 0x80000000;
 955         ecx = 0;
 956         native_cpuid(&eax, &ebx, &ecx, &edx);
 957         if (eax < 0x8000001f)
 958                 return;
 959
 960 #define AMD_SME_BIT     BIT(0)
 961 #define AMD_SEV_BIT     BIT(1)
 962         /*
 963          * Set the feature mask (SME or SEV) based on whether we are
 964          * running under a hypervisor.
 965          */
 966         eax = 1;
 967         ecx = 0;
 968         native_cpuid(&eax, &ebx, &ecx, &edx);
 969         feature_mask = (ecx & BIT(31)) ? AMD_SEV_BIT : AMD_SME_BIT;
 970
 971         /*
 972          * Check for the SME/SEV feature:
 973          *   CPUID Fn8000_001F[EAX]
 974          *   - Bit 0 - Secure Memory Encryption support
 975          *   - Bit 1 - Secure Encrypted Virtualization support
 976          *   CPUID Fn8000_001F[EBX]
 977          *   - Bits 5:0 - Pagetable bit position used to indicate encryption
 978          */
 979         eax = 0x8000001f;
 980         ecx = 0;
 981         native_cpuid(&eax, &ebx, &ecx, &edx);
 982         if (!(eax & feature_mask))
 983                 return;
 984
 985         me_mask = 1UL << (ebx & 0x3f);
 986
 987         /* Check if memory encryption is enabled */
 988         if (feature_mask == AMD_SME_BIT) {
 989                 /* For SME, check the SYSCFG MSR */
 990                 msr = __rdmsr(MSR_K8_SYSCFG);
 991                 if (!(msr & MSR_K8_SYSCFG_MEM_ENCRYPT))
 992                         return;
 993         } else {
 994                 /* For SEV, check the SEV MSR */
 995                 msr = __rdmsr(MSR_AMD64_SEV);
 996                 if (!(msr & MSR_AMD64_SEV_ENABLED))
 997                         return;
 998
 999                 /* SEV state cannot be controlled by a command line option */
1000                 sme_me_mask = me_mask;
1001                 sev_enabled = true;
1002                 return;
1003         }
1004
1005         /*
1006          * Fixups have not been applied to phys_base yet and we're running
1007          * identity mapped, so we must obtain the address to the SME command
1008          * line argument data using rip-relative addressing.
1009          */
1010         asm ("lea sme_cmdline_arg(%%rip), %0"
1011              : "=r" (cmdline_arg)
1012              : "p" (sme_cmdline_arg));
1013         asm ("lea sme_cmdline_on(%%rip), %0"
1014              : "=r" (cmdline_on)
1015              : "p" (sme_cmdline_on));
1016         asm ("lea sme_cmdline_off(%%rip), %0"
1017              : "=r" (cmdline_off)
1018              : "p" (sme_cmdline_off));
1019
1020         if (IS_ENABLED(CONFIG_AMD_MEM_ENCRYPT_ACTIVE_BY_DEFAULT))
1021                 active_by_default = true;
1022         else
1023                 active_by_default = false;
1024
1025         cmdline_ptr = (const char *)((u64)bp->hdr.cmd_line_ptr |
1026                                      ((u64)bp->ext_cmd_line_ptr << 32));
1027
1028         cmdline_find_option(cmdline_ptr, cmdline_arg, buffer, sizeof(buffer));
1029
1030         if (!strncmp(buffer, cmdline_on, sizeof(buffer)))
1031                 sme_me_mask = me_mask;
1032         else if (!strncmp(buffer, cmdline_off, sizeof(buffer)))
1033                 sme_me_mask = 0;
1034         else
1035                 sme_me_mask = active_by_default ? me_mask : 0;
1036 }