arch/mips/net/bpf_jit_comp64.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * Just-In-Time compiler for eBPF bytecode on MIPS.
   4  * Implementation of JIT functions for 64-bit CPUs.
   5  *
   6  * Copyright (c) 2021 Anyfi Networks AB.
   7  * Author: Johan Almbladh <johan.almbladh@gmail.com>
   8  *
   9  * Based on code and ideas from
  10  * Copyright (c) 2017 Cavium, Inc.
  11  * Copyright (c) 2017 Shubham Bansal <illusionist.neo@gmail.com>
  12  * Copyright (c) 2011 Mircea Gherzan <mgherzan@gmail.com>
  13  */
  14
  15 #include <linux/errno.h>
  16 #include <linux/filter.h>
  17 #include <linux/bpf.h>
  18 #include <asm/cpu-features.h>
  19 #include <asm/isa-rev.h>
  20 #include <asm/uasm.h>
  21
  22 #include "bpf_jit_comp.h"
  23
  24 /* MIPS t0-t3 are not available in the n64 ABI */
  25 #undef MIPS_R_T0
  26 #undef MIPS_R_T1
  27 #undef MIPS_R_T2
  28 #undef MIPS_R_T3
  29
  30 /* Stack is 16-byte aligned in n64 ABI */
  31 #define MIPS_STACK_ALIGNMENT 16
  32
  33 /* Extra 64-bit eBPF registers used by JIT */
  34 #define JIT_REG_TC (MAX_BPF_JIT_REG + 0)
  35 #define JIT_REG_ZX (MAX_BPF_JIT_REG + 1)
  36
  37 /* Number of prologue bytes to skip when doing a tail call */
  38 #define JIT_TCALL_SKIP 4
  39
  40 /* Callee-saved CPU registers that the JIT must preserve */
  41 #define JIT_CALLEE_REGS   \
  42         (BIT(MIPS_R_S0) | \
  43          BIT(MIPS_R_S1) | \
  44          BIT(MIPS_R_S2) | \
  45          BIT(MIPS_R_S3) | \
  46          BIT(MIPS_R_S4) | \
  47          BIT(MIPS_R_S5) | \
  48          BIT(MIPS_R_S6) | \
  49          BIT(MIPS_R_S7) | \
  50          BIT(MIPS_R_GP) | \
  51          BIT(MIPS_R_FP) | \
  52          BIT(MIPS_R_RA))
  53
  54 /* Caller-saved CPU registers available for JIT use */
  55 #define JIT_CALLER_REGS   \
  56         (BIT(MIPS_R_A5) | \
  57          BIT(MIPS_R_A6) | \
  58          BIT(MIPS_R_A7))
  59 /*
  60  * Mapping of 64-bit eBPF registers to 64-bit native MIPS registers.
  61  * MIPS registers t4 - t7 may be used by the JIT as temporary registers.
  62  * MIPS registers t8 - t9 are reserved for single-register common functions.
  63  */
  64 static const u8 bpf2mips64[] = {
  65         /* Return value from in-kernel function, and exit value from eBPF */
  66         [BPF_REG_0] = MIPS_R_V0,
  67         /* Arguments from eBPF program to in-kernel function */
  68         [BPF_REG_1] = MIPS_R_A0,
  69         [BPF_REG_2] = MIPS_R_A1,
  70         [BPF_REG_3] = MIPS_R_A2,
  71         [BPF_REG_4] = MIPS_R_A3,
  72         [BPF_REG_5] = MIPS_R_A4,
  73         /* Callee-saved registers that in-kernel function will preserve */
  74         [BPF_REG_6] = MIPS_R_S0,
  75         [BPF_REG_7] = MIPS_R_S1,
  76         [BPF_REG_8] = MIPS_R_S2,
  77         [BPF_REG_9] = MIPS_R_S3,
  78         /* Read-only frame pointer to access the eBPF stack */
  79         [BPF_REG_FP] = MIPS_R_FP,
  80         /* Temporary register for blinding constants */
  81         [BPF_REG_AX] = MIPS_R_AT,
  82         /* Tail call count register, caller-saved */
  83         [JIT_REG_TC] = MIPS_R_A5,
  84         /* Constant for register zero-extension */
  85         [JIT_REG_ZX] = MIPS_R_V1,
  86 };
  87
  88 /*
  89  * MIPS 32-bit operations on 64-bit registers generate a sign-extended
  90  * result. However, the eBPF ISA mandates zero-extension, so we rely on the
  91  * verifier to add that for us (emit_zext_ver). In addition, ALU arithmetic
  92  * operations, right shift and byte swap require properly sign-extended
  93  * operands or the result is unpredictable. We emit explicit sign-extensions
  94  * in those cases.
  95  */
  96
  97 /* Sign extension */
  98 static void emit_sext(struct jit_context *ctx, u8 dst, u8 src)
  99 {
 100         emit(ctx, sll, dst, src, 0);
 101         clobber_reg(ctx, dst);
 102 }
 103
 104 /* Zero extension */
 105 static void emit_zext(struct jit_context *ctx, u8 dst)
 106 {
 107         if (cpu_has_mips64r2 || cpu_has_mips64r6) {
 108                 emit(ctx, dinsu, dst, MIPS_R_ZERO, 32, 32);
 109         } else {
 110                 emit(ctx, and, dst, dst, bpf2mips64[JIT_REG_ZX]);
 111                 access_reg(ctx, JIT_REG_ZX); /* We need the ZX register */
 112         }
 113         clobber_reg(ctx, dst);
 114 }
 115
 116 /* Zero extension, if verifier does not do it for us  */
 117 static void emit_zext_ver(struct jit_context *ctx, u8 dst)
 118 {
 119         if (!ctx->program->aux->verifier_zext)
 120                 emit_zext(ctx, dst);
 121 }
 122
 123 /* dst = imm (64-bit) */
 124 static void emit_mov_i64(struct jit_context *ctx, u8 dst, u64 imm64)
 125 {
 126         if (imm64 >= 0xffffffffffff8000ULL || imm64 < 0x8000ULL) {
 127                 emit(ctx, daddiu, dst, MIPS_R_ZERO, (s16)imm64);
 128         } else if (imm64 >= 0xffffffff80000000ULL ||
 129                    (imm64 < 0x80000000 && imm64 > 0xffff)) {
 130                 emit(ctx, lui, dst, (s16)(imm64 >> 16));
 131                 emit(ctx, ori, dst, dst, (u16)imm64 & 0xffff);
 132         } else {
 133                 u8 acc = MIPS_R_ZERO;
 134                 int shift = 0;
 135                 int k;
 136
 137                 for (k = 0; k < 4; k++) {
 138                         u16 half = imm64 >> (48 - 16 * k);
 139
 140                         if (acc == dst)
 141                                 shift += 16;
 142
 143                         if (half) {
 144                                 if (shift)
 145                                         emit(ctx, dsll_safe, dst, dst, shift);
 146                                 emit(ctx, ori, dst, acc, half);
 147                                 acc = dst;
 148                                 shift = 0;
 149                         }
 150                 }
 151                 if (shift)
 152                         emit(ctx, dsll_safe, dst, dst, shift);
 153         }
 154         clobber_reg(ctx, dst);
 155 }
 156
 157 /* ALU immediate operation (64-bit) */
 158 static void emit_alu_i64(struct jit_context *ctx, u8 dst, s32 imm, u8 op)
 159 {
 160         switch (BPF_OP(op)) {
 161         /* dst = dst | imm */
 162         case BPF_OR:
 163                 emit(ctx, ori, dst, dst, (u16)imm);
 164                 break;
 165         /* dst = dst ^ imm */
 166         case BPF_XOR:
 167                 emit(ctx, xori, dst, dst, (u16)imm);
 168                 break;
 169         /* dst = -dst */
 170         case BPF_NEG:
 171                 emit(ctx, dsubu, dst, MIPS_R_ZERO, dst);
 172                 break;
 173         /* dst = dst << imm */
 174         case BPF_LSH:
 175                 emit(ctx, dsll_safe, dst, dst, imm);
 176                 break;
 177         /* dst = dst >> imm */
 178         case BPF_RSH:
 179                 emit(ctx, dsrl_safe, dst, dst, imm);
 180                 break;
 181         /* dst = dst >> imm (arithmetic) */
 182         case BPF_ARSH:
 183                 emit(ctx, dsra_safe, dst, dst, imm);
 184                 break;
 185         /* dst = dst + imm */
 186         case BPF_ADD:
 187                 emit(ctx, daddiu, dst, dst, imm);
 188                 break;
 189         /* dst = dst - imm */
 190         case BPF_SUB:
 191                 emit(ctx, daddiu, dst, dst, -imm);
 192                 break;
 193         default:
 194                 /* Width-generic operations */
 195                 emit_alu_i(ctx, dst, imm, op);
 196         }
 197         clobber_reg(ctx, dst);
 198 }
 199
 200 /* ALU register operation (64-bit) */
 201 static void emit_alu_r64(struct jit_context *ctx, u8 dst, u8 src, u8 op)
 202 {
 203         switch (BPF_OP(op)) {
 204         /* dst = dst << src */
 205         case BPF_LSH:
 206                 emit(ctx, dsllv, dst, dst, src);
 207                 break;
 208         /* dst = dst >> src */
 209         case BPF_RSH:
 210                 emit(ctx, dsrlv, dst, dst, src);
 211                 break;
 212         /* dst = dst >> src (arithmetic) */
 213         case BPF_ARSH:
 214                 emit(ctx, dsrav, dst, dst, src);
 215                 break;
 216         /* dst = dst + src */
 217         case BPF_ADD:
 218                 emit(ctx, daddu, dst, dst, src);
 219                 break;
 220         /* dst = dst - src */
 221         case BPF_SUB:
 222                 emit(ctx, dsubu, dst, dst, src);
 223                 break;
 224         /* dst = dst * src */
 225         case BPF_MUL:
 226                 if (cpu_has_mips64r6) {
 227                         emit(ctx, dmulu, dst, dst, src);
 228                 } else {
 229                         emit(ctx, dmultu, dst, src);
 230                         emit(ctx, mflo, dst);
 231                 }
 232                 break;
 233         /* dst = dst / src */
 234         case BPF_DIV:
 235                 if (cpu_has_mips64r6) {
 236                         emit(ctx, ddivu_r6, dst, dst, src);
 237                 } else {
 238                         emit(ctx, ddivu, dst, src);
 239                         emit(ctx, mflo, dst);
 240                 }
 241                 break;
 242         /* dst = dst % src */
 243         case BPF_MOD:
 244                 if (cpu_has_mips64r6) {
 245                         emit(ctx, dmodu, dst, dst, src);
 246                 } else {
 247                         emit(ctx, ddivu, dst, src);
 248                         emit(ctx, mfhi, dst);
 249                 }
 250                 break;
 251         default:
 252                 /* Width-generic operations */
 253                 emit_alu_r(ctx, dst, src, op);
 254         }
 255         clobber_reg(ctx, dst);
 256 }
 257
 258 /* Swap sub words in a register double word */
 259 static void emit_swap_r64(struct jit_context *ctx, u8 dst, u8 mask, u32 bits)
 260 {
 261         u8 tmp = MIPS_R_T9;
 262
 263         emit(ctx, and, tmp, dst, mask);  /* tmp = dst & mask  */
 264         emit(ctx, dsll, tmp, tmp, bits); /* tmp = tmp << bits */
 265         emit(ctx, dsrl, dst, dst, bits); /* dst = dst >> bits */
 266         emit(ctx, and, dst, dst, mask);  /* dst = dst & mask  */
 267         emit(ctx, or, dst, dst, tmp);    /* dst = dst | tmp   */
 268 }
 269
 270 /* Swap bytes and truncate a register double word, word or half word */
 271 static void emit_bswap_r64(struct jit_context *ctx, u8 dst, u32 width)
 272 {
 273         switch (width) {
 274         /* Swap bytes in a double word */
 275         case 64:
 276                 if (cpu_has_mips64r2 || cpu_has_mips64r6) {
 277                         emit(ctx, dsbh, dst, dst);
 278                         emit(ctx, dshd, dst, dst);
 279                 } else {
 280                         u8 t1 = MIPS_R_T6;
 281                         u8 t2 = MIPS_R_T7;
 282
 283                         emit(ctx, dsll32, t2, dst, 0);  /* t2 = dst << 32    */
 284                         emit(ctx, dsrl32, dst, dst, 0); /* dst = dst >> 32   */
 285                         emit(ctx, or, dst, dst, t2);    /* dst = dst | t2    */
 286
 287                         emit(ctx, ori, t2, MIPS_R_ZERO, 0xffff);
 288                         emit(ctx, dsll32, t1, t2, 0);   /* t1 = t2 << 32     */
 289                         emit(ctx, or, t1, t1, t2);      /* t1 = t1 | t2      */
 290                         emit_swap_r64(ctx, dst, t1, 16);/* dst = swap16(dst) */
 291
 292                         emit(ctx, lui, t2, 0xff);       /* t2 = 0x00ff0000   */
 293                         emit(ctx, ori, t2, t2, 0xff);   /* t2 = t2 | 0x00ff  */
 294                         emit(ctx, dsll32, t1, t2, 0);   /* t1 = t2 << 32     */
 295                         emit(ctx, or, t1, t1, t2);      /* t1 = t1 | t2      */
 296                         emit_swap_r64(ctx, dst, t1, 8); /* dst = swap8(dst)  */
 297                 }
 298                 break;
 299         /* Swap bytes in a half word */
 300         /* Swap bytes in a word */
 301         case 32:
 302         case 16:
 303                 emit_sext(ctx, dst, dst);
 304                 emit_bswap_r(ctx, dst, width);
 305                 if (cpu_has_mips64r2 || cpu_has_mips64r6)
 306                         emit_zext(ctx, dst);
 307                 break;
 308         }
 309         clobber_reg(ctx, dst);
 310 }
 311
 312 /* Truncate a register double word, word or half word */
 313 static void emit_trunc_r64(struct jit_context *ctx, u8 dst, u32 width)
 314 {
 315         switch (width) {
 316         case 64:
 317                 break;
 318         /* Zero-extend a word */
 319         case 32:
 320                 emit_zext(ctx, dst);
 321                 break;
 322         /* Zero-extend a half word */
 323         case 16:
 324                 emit(ctx, andi, dst, dst, 0xffff);
 325                 break;
 326         }
 327         clobber_reg(ctx, dst);
 328 }
 329
 330 /* Load operation: dst = *(size*)(src + off) */
 331 static void emit_ldx(struct jit_context *ctx, u8 dst, u8 src, s16 off, u8 size)
 332 {
 333         switch (size) {
 334         /* Load a byte */
 335         case BPF_B:
 336                 emit(ctx, lbu, dst, off, src);
 337                 break;
 338         /* Load a half word */
 339         case BPF_H:
 340                 emit(ctx, lhu, dst, off, src);
 341                 break;
 342         /* Load a word */
 343         case BPF_W:
 344                 emit(ctx, lwu, dst, off, src);
 345                 break;
 346         /* Load a double word */
 347         case BPF_DW:
 348                 emit(ctx, ld, dst, off, src);
 349                 break;
 350         }
 351         clobber_reg(ctx, dst);
 352 }
 353
 354 /* Store operation: *(size *)(dst + off) = src */
 355 static void emit_stx(struct jit_context *ctx, u8 dst, u8 src, s16 off, u8 size)
 356 {
 357         switch (size) {
 358         /* Store a byte */
 359         case BPF_B:
 360                 emit(ctx, sb, src, off, dst);
 361                 break;
 362         /* Store a half word */
 363         case BPF_H:
 364                 emit(ctx, sh, src, off, dst);
 365                 break;
 366         /* Store a word */
 367         case BPF_W:
 368                 emit(ctx, sw, src, off, dst);
 369                 break;
 370         /* Store a double word */
 371         case BPF_DW:
 372                 emit(ctx, sd, src, off, dst);
 373                 break;
 374         }
 375 }
 376
 377 /* Atomic read-modify-write */
 378 static void emit_atomic_r64(struct jit_context *ctx,
 379                             u8 dst, u8 src, s16 off, u8 code)
 380 {
 381         u8 t1 = MIPS_R_T6;
 382         u8 t2 = MIPS_R_T7;
 383
 384         LLSC_sync(ctx);
 385         emit(ctx, lld, t1, off, dst);
 386         switch (code) {
 387         case BPF_ADD:
 388         case BPF_ADD | BPF_FETCH:
 389                 emit(ctx, daddu, t2, t1, src);
 390                 break;
 391         case BPF_AND:
 392         case BPF_AND | BPF_FETCH:
 393                 emit(ctx, and, t2, t1, src);
 394                 break;
 395         case BPF_OR:
 396         case BPF_OR | BPF_FETCH:
 397                 emit(ctx, or, t2, t1, src);
 398                 break;
 399         case BPF_XOR:
 400         case BPF_XOR | BPF_FETCH:
 401                 emit(ctx, xor, t2, t1, src);
 402                 break;
 403         case BPF_XCHG:
 404                 emit(ctx, move, t2, src);
 405                 break;
 406         }
 407         emit(ctx, scd, t2, off, dst);
 408         emit(ctx, LLSC_beqz, t2, -16 - LLSC_offset);
 409         emit(ctx, nop); /* Delay slot */
 410
 411         if (code & BPF_FETCH) {
 412                 emit(ctx, move, src, t1);
 413                 clobber_reg(ctx, src);
 414         }
 415 }
 416
 417 /* Atomic compare-and-exchange */
 418 static void emit_cmpxchg_r64(struct jit_context *ctx, u8 dst, u8 src, s16 off)
 419 {
 420         u8 r0 = bpf2mips64[BPF_REG_0];
 421         u8 t1 = MIPS_R_T6;
 422         u8 t2 = MIPS_R_T7;
 423
 424         LLSC_sync(ctx);
 425         emit(ctx, lld, t1, off, dst);
 426         emit(ctx, bne, t1, r0, 12);
 427         emit(ctx, move, t2, src);      /* Delay slot */
 428         emit(ctx, scd, t2, off, dst);
 429         emit(ctx, LLSC_beqz, t2, -20 - LLSC_offset);
 430         emit(ctx, move, r0, t1);       /* Delay slot */
 431
 432         clobber_reg(ctx, r0);
 433 }
 434
 435 /* Function call */
 436 static int emit_call(struct jit_context *ctx, const struct bpf_insn *insn)
 437 {
 438         u8 zx = bpf2mips64[JIT_REG_ZX];
 439         u8 tmp = MIPS_R_T6;
 440         bool fixed;
 441         u64 addr;
 442
 443         /* Decode the call address */
 444         if (bpf_jit_get_func_addr(ctx->program, insn, false,
 445                                   &addr, &fixed) < 0)
 446                 return -1;
 447         if (!fixed)
 448                 return -1;
 449
 450         /* Push caller-saved registers on stack */
 451         push_regs(ctx, ctx->clobbered & JIT_CALLER_REGS, 0, 0);
 452
 453         /* Emit function call */
 454         emit_mov_i64(ctx, tmp, addr & JALR_MASK);
 455         emit(ctx, jalr, MIPS_R_RA, tmp);
 456         emit(ctx, nop); /* Delay slot */
 457
 458         /* Restore caller-saved registers */
 459         pop_regs(ctx, ctx->clobbered & JIT_CALLER_REGS, 0, 0);
 460
 461         /* Re-initialize the JIT zero-extension register if accessed */
 462         if (ctx->accessed & BIT(JIT_REG_ZX)) {
 463                 emit(ctx, daddiu, zx, MIPS_R_ZERO, -1);
 464                 emit(ctx, dsrl32, zx, zx, 0);
 465         }
 466
 467         clobber_reg(ctx, MIPS_R_RA);
 468         clobber_reg(ctx, MIPS_R_V0);
 469         clobber_reg(ctx, MIPS_R_V1);
 470         return 0;
 471 }
 472
 473 /* Function tail call */
 474 static int emit_tail_call(struct jit_context *ctx)
 475 {
 476         u8 ary = bpf2mips64[BPF_REG_2];
 477         u8 ind = bpf2mips64[BPF_REG_3];
 478         u8 tcc = bpf2mips64[JIT_REG_TC];
 479         u8 tmp = MIPS_R_T6;
 480         int off;
 481
 482         /*
 483          * Tail call:
 484          * eBPF R1 - function argument (context ptr), passed in a0-a1
 485          * eBPF R2 - ptr to object with array of function entry points
 486          * eBPF R3 - array index of function to be called
 487          */
 488
 489         /* if (ind >= ary->map.max_entries) goto out */
 490         off = offsetof(struct bpf_array, map.max_entries);
 491         if (off > 0x7fff)
 492                 return -1;
 493         emit(ctx, lwu, tmp, off, ary);            /* tmp = ary->map.max_entrs*/
 494         emit(ctx, sltu, tmp, ind, tmp);           /* tmp = ind < t1          */
 495         emit(ctx, beqz, tmp, get_offset(ctx, 1)); /* PC += off(1) if tmp == 0*/
 496
 497         /* if (--TCC < 0) goto out */
 498         emit(ctx, daddiu, tcc, tcc, -1);          /* tcc-- (delay slot)      */
 499         emit(ctx, bltz, tcc, get_offset(ctx, 1)); /* PC += off(1) if tcc < 0 */
 500                                                   /* (next insn delay slot)  */
 501         /* prog = ary->ptrs[ind] */
 502         off = offsetof(struct bpf_array, ptrs);
 503         if (off > 0x7fff)
 504                 return -1;
 505         emit(ctx, dsll, tmp, ind, 3);             /* tmp = ind << 3          */
 506         emit(ctx, daddu, tmp, tmp, ary);          /* tmp += ary              */
 507         emit(ctx, ld, tmp, off, tmp);             /* tmp = *(tmp + off)      */
 508
 509         /* if (prog == 0) goto out */
 510         emit(ctx, beqz, tmp, get_offset(ctx, 1)); /* PC += off(1) if tmp == 0*/
 511         emit(ctx, nop);                           /* Delay slot              */
 512
 513         /* func = prog->bpf_func + 8 (prologue skip offset) */
 514         off = offsetof(struct bpf_prog, bpf_func);
 515         if (off > 0x7fff)
 516                 return -1;
 517         emit(ctx, ld, tmp, off, tmp);                /* tmp = *(tmp + off)   */
 518         emit(ctx, daddiu, tmp, tmp, JIT_TCALL_SKIP); /* tmp += skip (4)      */
 519
 520         /* goto func */
 521         build_epilogue(ctx, tmp);
 522         access_reg(ctx, JIT_REG_TC);
 523         return 0;
 524 }
 525
 526 /*
 527  * Stack frame layout for a JITed program (stack grows down).
 528  *
 529  * Higher address  : Previous stack frame      :
 530  *                 +===========================+  <--- MIPS sp before call
 531  *                 | Callee-saved registers,   |
 532  *                 | including RA and FP       |
 533  *                 +---------------------------+  <--- eBPF FP (MIPS fp)
 534  *                 | Local eBPF variables      |
 535  *                 | allocated by program      |
 536  *                 +---------------------------+
 537  *                 | Reserved for caller-saved |
 538  *                 | registers                 |
 539  * Lower address   +===========================+  <--- MIPS sp
 540  */
 541
 542 /* Build program prologue to set up the stack and registers */
 543 void build_prologue(struct jit_context *ctx)
 544 {
 545         u8 fp = bpf2mips64[BPF_REG_FP];
 546         u8 tc = bpf2mips64[JIT_REG_TC];
 547         u8 zx = bpf2mips64[JIT_REG_ZX];
 548         int stack, saved, locals, reserved;
 549
 550         /*
 551          * The first instruction initializes the tail call count register.
 552          * On a tail call, the calling function jumps into the prologue
 553          * after this instruction.
 554          */
 555         emit(ctx, ori, tc, MIPS_R_ZERO, min(MAX_TAIL_CALL_CNT, 0xffff));
 556
 557         /* === Entry-point for tail calls === */
 558
 559         /*
 560          * If the eBPF frame pointer and tail call count registers were
 561          * accessed they must be preserved. Mark them as clobbered here
 562          * to save and restore them on the stack as needed.
 563          */
 564         if (ctx->accessed & BIT(BPF_REG_FP))
 565                 clobber_reg(ctx, fp);
 566         if (ctx->accessed & BIT(JIT_REG_TC))
 567                 clobber_reg(ctx, tc);
 568         if (ctx->accessed & BIT(JIT_REG_ZX))
 569                 clobber_reg(ctx, zx);
 570
 571         /* Compute the stack space needed for callee-saved registers */
 572         saved = hweight32(ctx->clobbered & JIT_CALLEE_REGS) * sizeof(u64);
 573         saved = ALIGN(saved, MIPS_STACK_ALIGNMENT);
 574
 575         /* Stack space used by eBPF program local data */
 576         locals = ALIGN(ctx->program->aux->stack_depth, MIPS_STACK_ALIGNMENT);
 577
 578         /*
 579          * If we are emitting function calls, reserve extra stack space for
 580          * caller-saved registers needed by the JIT. The required space is
 581          * computed automatically during resource usage discovery (pass 1).
 582          */
 583         reserved = ctx->stack_used;
 584
 585         /* Allocate the stack frame */
 586         stack = ALIGN(saved + locals + reserved, MIPS_STACK_ALIGNMENT);
 587         if (stack)
 588                 emit(ctx, daddiu, MIPS_R_SP, MIPS_R_SP, -stack);
 589
 590         /* Store callee-saved registers on stack */
 591         push_regs(ctx, ctx->clobbered & JIT_CALLEE_REGS, 0, stack - saved);
 592
 593         /* Initialize the eBPF frame pointer if accessed */
 594         if (ctx->accessed & BIT(BPF_REG_FP))
 595                 emit(ctx, daddiu, fp, MIPS_R_SP, stack - saved);
 596
 597         /* Initialize the ePF JIT zero-extension register if accessed */
 598         if (ctx->accessed & BIT(JIT_REG_ZX)) {
 599                 emit(ctx, daddiu, zx, MIPS_R_ZERO, -1);
 600                 emit(ctx, dsrl32, zx, zx, 0);
 601         }
 602
 603         ctx->saved_size = saved;
 604         ctx->stack_size = stack;
 605 }
 606
 607 /* Build the program epilogue to restore the stack and registers */
 608 void build_epilogue(struct jit_context *ctx, int dest_reg)
 609 {
 610         /* Restore callee-saved registers from stack */
 611         pop_regs(ctx, ctx->clobbered & JIT_CALLEE_REGS, 0,
 612                  ctx->stack_size - ctx->saved_size);
 613
 614         /* Release the stack frame */
 615         if (ctx->stack_size)
 616                 emit(ctx, daddiu, MIPS_R_SP, MIPS_R_SP, ctx->stack_size);
 617
 618         /* Jump to return address and sign-extend the 32-bit return value */
 619         emit(ctx, jr, dest_reg);
 620         emit(ctx, sll, MIPS_R_V0, MIPS_R_V0, 0); /* Delay slot */
 621 }
 622
 623 /* Build one eBPF instruction */
 624 int build_insn(const struct bpf_insn *insn, struct jit_context *ctx)
 625 {
 626         u8 dst = bpf2mips64[insn->dst_reg];
 627         u8 src = bpf2mips64[insn->src_reg];
 628         u8 res = bpf2mips64[BPF_REG_0];
 629         u8 code = insn->code;
 630         s16 off = insn->off;
 631         s32 imm = insn->imm;
 632         s32 val, rel;
 633         u8 alu, jmp;
 634
 635         switch (code) {
 636         /* ALU operations */
 637         /* dst = imm */
 638         case BPF_ALU | BPF_MOV | BPF_K:
 639                 emit_mov_i(ctx, dst, imm);
 640                 emit_zext_ver(ctx, dst);
 641                 break;
 642         /* dst = src */
 643         case BPF_ALU | BPF_MOV | BPF_X:
 644                 if (imm == 1) {
 645                         /* Special mov32 for zext */
 646                         emit_zext(ctx, dst);
 647                 } else {
 648                         emit_mov_r(ctx, dst, src);
 649                         emit_zext_ver(ctx, dst);
 650                 }
 651                 break;
 652         /* dst = -dst */
 653         case BPF_ALU | BPF_NEG:
 654                 emit_sext(ctx, dst, dst);
 655                 emit_alu_i(ctx, dst, 0, BPF_NEG);
 656                 emit_zext_ver(ctx, dst);
 657                 break;
 658         /* dst = dst & imm */
 659         /* dst = dst | imm */
 660         /* dst = dst ^ imm */
 661         /* dst = dst << imm */
 662         case BPF_ALU | BPF_OR | BPF_K:
 663         case BPF_ALU | BPF_AND | BPF_K:
 664         case BPF_ALU | BPF_XOR | BPF_K:
 665         case BPF_ALU | BPF_LSH | BPF_K:
 666                 if (!valid_alu_i(BPF_OP(code), imm)) {
 667                         emit_mov_i(ctx, MIPS_R_T4, imm);
 668                         emit_alu_r(ctx, dst, MIPS_R_T4, BPF_OP(code));
 669                 } else if (rewrite_alu_i(BPF_OP(code), imm, &alu, &val)) {
 670                         emit_alu_i(ctx, dst, val, alu);
 671                 }
 672                 emit_zext_ver(ctx, dst);
 673                 break;
 674         /* dst = dst >> imm */
 675         /* dst = dst >> imm (arithmetic) */
 676         /* dst = dst + imm */
 677         /* dst = dst - imm */
 678         /* dst = dst * imm */
 679         /* dst = dst / imm */
 680         /* dst = dst % imm */
 681         case BPF_ALU | BPF_RSH | BPF_K:
 682         case BPF_ALU | BPF_ARSH | BPF_K:
 683         case BPF_ALU | BPF_ADD | BPF_K:
 684         case BPF_ALU | BPF_SUB | BPF_K:
 685         case BPF_ALU | BPF_MUL | BPF_K:
 686         case BPF_ALU | BPF_DIV | BPF_K:
 687         case BPF_ALU | BPF_MOD | BPF_K:
 688                 if (!valid_alu_i(BPF_OP(code), imm)) {
 689                         emit_sext(ctx, dst, dst);
 690                         emit_mov_i(ctx, MIPS_R_T4, imm);
 691                         emit_alu_r(ctx, dst, MIPS_R_T4, BPF_OP(code));
 692                 } else if (rewrite_alu_i(BPF_OP(code), imm, &alu, &val)) {
 693                         emit_sext(ctx, dst, dst);
 694                         emit_alu_i(ctx, dst, val, alu);
 695                 }
 696                 emit_zext_ver(ctx, dst);
 697                 break;
 698         /* dst = dst & src */
 699         /* dst = dst | src */
 700         /* dst = dst ^ src */
 701         /* dst = dst << src */
 702         case BPF_ALU | BPF_AND | BPF_X:
 703         case BPF_ALU | BPF_OR | BPF_X:
 704         case BPF_ALU | BPF_XOR | BPF_X:
 705         case BPF_ALU | BPF_LSH | BPF_X:
 706                 emit_alu_r(ctx, dst, src, BPF_OP(code));
 707                 emit_zext_ver(ctx, dst);
 708                 break;
 709         /* dst = dst >> src */
 710         /* dst = dst >> src (arithmetic) */
 711         /* dst = dst + src */
 712         /* dst = dst - src */
 713         /* dst = dst * src */
 714         /* dst = dst / src */
 715         /* dst = dst % src */
 716         case BPF_ALU | BPF_RSH | BPF_X:
 717         case BPF_ALU | BPF_ARSH | BPF_X:
 718         case BPF_ALU | BPF_ADD | BPF_X:
 719         case BPF_ALU | BPF_SUB | BPF_X:
 720         case BPF_ALU | BPF_MUL | BPF_X:
 721         case BPF_ALU | BPF_DIV | BPF_X:
 722         case BPF_ALU | BPF_MOD | BPF_X:
 723                 emit_sext(ctx, dst, dst);
 724                 emit_sext(ctx, MIPS_R_T4, src);
 725                 emit_alu_r(ctx, dst, MIPS_R_T4, BPF_OP(code));
 726                 emit_zext_ver(ctx, dst);
 727                 break;
 728         /* dst = imm (64-bit) */
 729         case BPF_ALU64 | BPF_MOV | BPF_K:
 730                 emit_mov_i(ctx, dst, imm);
 731                 break;
 732         /* dst = src (64-bit) */
 733         case BPF_ALU64 | BPF_MOV | BPF_X:
 734                 emit_mov_r(ctx, dst, src);
 735                 break;
 736         /* dst = -dst (64-bit) */
 737         case BPF_ALU64 | BPF_NEG:
 738                 emit_alu_i64(ctx, dst, 0, BPF_NEG);
 739                 break;
 740         /* dst = dst & imm (64-bit) */
 741         /* dst = dst | imm (64-bit) */
 742         /* dst = dst ^ imm (64-bit) */
 743         /* dst = dst << imm (64-bit) */
 744         /* dst = dst >> imm (64-bit) */
 745         /* dst = dst >> imm ((64-bit, arithmetic) */
 746         /* dst = dst + imm (64-bit) */
 747         /* dst = dst - imm (64-bit) */
 748         /* dst = dst * imm (64-bit) */
 749         /* dst = dst / imm (64-bit) */
 750         /* dst = dst % imm (64-bit) */
 751         case BPF_ALU64 | BPF_AND | BPF_K:
 752         case BPF_ALU64 | BPF_OR | BPF_K:
 753         case BPF_ALU64 | BPF_XOR | BPF_K:
 754         case BPF_ALU64 | BPF_LSH | BPF_K:
 755         case BPF_ALU64 | BPF_RSH | BPF_K:
 756         case BPF_ALU64 | BPF_ARSH | BPF_K:
 757         case BPF_ALU64 | BPF_ADD | BPF_K:
 758         case BPF_ALU64 | BPF_SUB | BPF_K:
 759         case BPF_ALU64 | BPF_MUL | BPF_K:
 760         case BPF_ALU64 | BPF_DIV | BPF_K:
 761         case BPF_ALU64 | BPF_MOD | BPF_K:
 762                 if (!valid_alu_i(BPF_OP(code), imm)) {
 763                         emit_mov_i(ctx, MIPS_R_T4, imm);
 764                         emit_alu_r64(ctx, dst, MIPS_R_T4, BPF_OP(code));
 765                 } else if (rewrite_alu_i(BPF_OP(code), imm, &alu, &val)) {
 766                         emit_alu_i64(ctx, dst, val, alu);
 767                 }
 768                 break;
 769         /* dst = dst & src (64-bit) */
 770         /* dst = dst | src (64-bit) */
 771         /* dst = dst ^ src (64-bit) */
 772         /* dst = dst << src (64-bit) */
 773         /* dst = dst >> src (64-bit) */
 774         /* dst = dst >> src (64-bit, arithmetic) */
 775         /* dst = dst + src (64-bit) */
 776         /* dst = dst - src (64-bit) */
 777         /* dst = dst * src (64-bit) */
 778         /* dst = dst / src (64-bit) */
 779         /* dst = dst % src (64-bit) */
 780         case BPF_ALU64 | BPF_AND | BPF_X:
 781         case BPF_ALU64 | BPF_OR | BPF_X:
 782         case BPF_ALU64 | BPF_XOR | BPF_X:
 783         case BPF_ALU64 | BPF_LSH | BPF_X:
 784         case BPF_ALU64 | BPF_RSH | BPF_X:
 785         case BPF_ALU64 | BPF_ARSH | BPF_X:
 786         case BPF_ALU64 | BPF_ADD | BPF_X:
 787         case BPF_ALU64 | BPF_SUB | BPF_X:
 788         case BPF_ALU64 | BPF_MUL | BPF_X:
 789         case BPF_ALU64 | BPF_DIV | BPF_X:
 790         case BPF_ALU64 | BPF_MOD | BPF_X:
 791                 emit_alu_r64(ctx, dst, src, BPF_OP(code));
 792                 break;
 793         /* dst = htole(dst) */
 794         /* dst = htobe(dst) */
 795         case BPF_ALU | BPF_END | BPF_FROM_LE:
 796         case BPF_ALU | BPF_END | BPF_FROM_BE:
 797                 if (BPF_SRC(code) ==
 798 #ifdef __BIG_ENDIAN
 799                     BPF_FROM_LE
 800 #else
 801                     BPF_FROM_BE
 802 #endif
 803                     )
 804                         emit_bswap_r64(ctx, dst, imm);
 805                 else
 806                         emit_trunc_r64(ctx, dst, imm);
 807                 break;
 808         /* dst = imm64 */
 809         case BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW:
 810                 emit_mov_i64(ctx, dst, (u32)imm | ((u64)insn[1].imm << 32));
 811                 return 1;
 812         /* LDX: dst = *(size *)(src + off) */
 813         case BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_W:
 814         case BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_H:
 815         case BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_B:
 816         case BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_DW:
 817                 emit_ldx(ctx, dst, src, off, BPF_SIZE(code));
 818                 break;
 819         /* ST: *(size *)(dst + off) = imm */
 820         case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_W:
 821         case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_H:
 822         case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_B:
 823         case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_DW:
 824                 emit_mov_i(ctx, MIPS_R_T4, imm);
 825                 emit_stx(ctx, dst, MIPS_R_T4, off, BPF_SIZE(code));
 826                 break;
 827         /* STX: *(size *)(dst + off) = src */
 828         case BPF_STX | BPF_MEM | BPF_W:
 829         case BPF_STX | BPF_MEM | BPF_H:
 830         case BPF_STX | BPF_MEM | BPF_B:
 831         case BPF_STX | BPF_MEM | BPF_DW:
 832                 emit_stx(ctx, dst, src, off, BPF_SIZE(code));
 833                 break;
 834         /* Speculation barrier */
 835         case BPF_ST | BPF_NOSPEC:
 836                 break;
 837         /* Atomics */
 838         case BPF_STX | BPF_ATOMIC | BPF_W:
 839         case BPF_STX | BPF_ATOMIC | BPF_DW:
 840                 switch (imm) {
 841                 case BPF_ADD:
 842                 case BPF_ADD | BPF_FETCH:
 843                 case BPF_AND:
 844                 case BPF_AND | BPF_FETCH:
 845                 case BPF_OR:
 846                 case BPF_OR | BPF_FETCH:
 847                 case BPF_XOR:
 848                 case BPF_XOR | BPF_FETCH:
 849                 case BPF_XCHG:
 850                         if (BPF_SIZE(code) == BPF_DW) {
 851                                 emit_atomic_r64(ctx, dst, src, off, imm);
 852                         } else if (imm & BPF_FETCH) {
 853                                 u8 tmp = dst;
 854
 855                                 if (src == dst) { /* Don't overwrite dst */
 856                                         emit_mov_r(ctx, MIPS_R_T4, dst);
 857                                         tmp = MIPS_R_T4;
 858                                 }
 859                                 emit_sext(ctx, src, src);
 860                                 emit_atomic_r(ctx, tmp, src, off, imm);
 861                                 emit_zext_ver(ctx, src);
 862                         } else { /* 32-bit, no fetch */
 863                                 emit_sext(ctx, MIPS_R_T4, src);
 864                                 emit_atomic_r(ctx, dst, MIPS_R_T4, off, imm);
 865                         }
 866                         break;
 867                 case BPF_CMPXCHG:
 868                         if (BPF_SIZE(code) == BPF_DW) {
 869                                 emit_cmpxchg_r64(ctx, dst, src, off);
 870                         } else {
 871                                 u8 tmp = res;
 872
 873                                 if (res == dst)   /* Don't overwrite dst */
 874                                         tmp = MIPS_R_T4;
 875                                 emit_sext(ctx, tmp, res);
 876                                 emit_sext(ctx, MIPS_R_T5, src);
 877                                 emit_cmpxchg_r(ctx, dst, MIPS_R_T5, tmp, off);
 878                                 if (res == dst)   /* Restore result */
 879                                         emit_mov_r(ctx, res, MIPS_R_T4);
 880                                 /* Result zext inserted by verifier */
 881                         }
 882                         break;
 883                 default:
 884                         goto notyet;
 885                 }
 886                 break;
 887         /* PC += off if dst == src */
 888         /* PC += off if dst != src */
 889         /* PC += off if dst & src */
 890         /* PC += off if dst > src */
 891         /* PC += off if dst >= src */
 892         /* PC += off if dst < src */
 893         /* PC += off if dst <= src */
 894         /* PC += off if dst > src (signed) */
 895         /* PC += off if dst >= src (signed) */
 896         /* PC += off if dst < src (signed) */
 897         /* PC += off if dst <= src (signed) */
 898         case BPF_JMP32 | BPF_JEQ | BPF_X:
 899         case BPF_JMP32 | BPF_JNE | BPF_X:
 900         case BPF_JMP32 | BPF_JSET | BPF_X:
 901         case BPF_JMP32 | BPF_JGT | BPF_X:
 902         case BPF_JMP32 | BPF_JGE | BPF_X:
 903         case BPF_JMP32 | BPF_JLT | BPF_X:
 904         case BPF_JMP32 | BPF_JLE | BPF_X:
 905         case BPF_JMP32 | BPF_JSGT | BPF_X:
 906         case BPF_JMP32 | BPF_JSGE | BPF_X:
 907         case BPF_JMP32 | BPF_JSLT | BPF_X:
 908         case BPF_JMP32 | BPF_JSLE | BPF_X:
 909                 if (off == 0)
 910                         break;
 911                 setup_jmp_r(ctx, dst == src, BPF_OP(code), off, &jmp, &rel);
 912                 emit_sext(ctx, MIPS_R_T4, dst); /* Sign-extended dst */
 913                 emit_sext(ctx, MIPS_R_T5, src); /* Sign-extended src */
 914                 emit_jmp_r(ctx, MIPS_R_T4, MIPS_R_T5, rel, jmp);
 915                 if (finish_jmp(ctx, jmp, off) < 0)
 916                         goto toofar;
 917                 break;
 918         /* PC += off if dst == imm */
 919         /* PC += off if dst != imm */
 920         /* PC += off if dst & imm */
 921         /* PC += off if dst > imm */
 922         /* PC += off if dst >= imm */
 923         /* PC += off if dst < imm */
 924         /* PC += off if dst <= imm */
 925         /* PC += off if dst > imm (signed) */
 926         /* PC += off if dst >= imm (signed) */
 927         /* PC += off if dst < imm (signed) */
 928         /* PC += off if dst <= imm (signed) */
 929         case BPF_JMP32 | BPF_JEQ | BPF_K:
 930         case BPF_JMP32 | BPF_JNE | BPF_K:
 931         case BPF_JMP32 | BPF_JSET | BPF_K:
 932         case BPF_JMP32 | BPF_JGT | BPF_K:
 933         case BPF_JMP32 | BPF_JGE | BPF_K:
 934         case BPF_JMP32 | BPF_JLT | BPF_K:
 935         case BPF_JMP32 | BPF_JLE | BPF_K:
 936         case BPF_JMP32 | BPF_JSGT | BPF_K:
 937         case BPF_JMP32 | BPF_JSGE | BPF_K:
 938         case BPF_JMP32 | BPF_JSLT | BPF_K:
 939         case BPF_JMP32 | BPF_JSLE | BPF_K:
 940                 if (off == 0)
 941                         break;
 942                 setup_jmp_i(ctx, imm, 32, BPF_OP(code), off, &jmp, &rel);
 943                 emit_sext(ctx, MIPS_R_T4, dst); /* Sign-extended dst */
 944                 if (valid_jmp_i(jmp, imm)) {
 945                         emit_jmp_i(ctx, MIPS_R_T4, imm, rel, jmp);
 946                 } else {
 947                         /* Move large immediate to register, sign-extended */
 948                         emit_mov_i(ctx, MIPS_R_T5, imm);
 949                         emit_jmp_r(ctx, MIPS_R_T4, MIPS_R_T5, rel, jmp);
 950                 }
 951                 if (finish_jmp(ctx, jmp, off) < 0)
 952                         goto toofar;
 953                 break;
 954         /* PC += off if dst == src */
 955         /* PC += off if dst != src */
 956         /* PC += off if dst & src */
 957         /* PC += off if dst > src */
 958         /* PC += off if dst >= src */
 959         /* PC += off if dst < src */
 960         /* PC += off if dst <= src */
 961         /* PC += off if dst > src (signed) */
 962         /* PC += off if dst >= src (signed) */
 963         /* PC += off if dst < src (signed) */
 964         /* PC += off if dst <= src (signed) */
 965         case BPF_JMP | BPF_JEQ | BPF_X:
 966         case BPF_JMP | BPF_JNE | BPF_X:
 967         case BPF_JMP | BPF_JSET | BPF_X:
 968         case BPF_JMP | BPF_JGT | BPF_X:
 969         case BPF_JMP | BPF_JGE | BPF_X:
 970         case BPF_JMP | BPF_JLT | BPF_X:
 971         case BPF_JMP | BPF_JLE | BPF_X:
 972         case BPF_JMP | BPF_JSGT | BPF_X:
 973         case BPF_JMP | BPF_JSGE | BPF_X:
 974         case BPF_JMP | BPF_JSLT | BPF_X:
 975         case BPF_JMP | BPF_JSLE | BPF_X:
 976                 if (off == 0)
 977                         break;
 978                 setup_jmp_r(ctx, dst == src, BPF_OP(code), off, &jmp, &rel);
 979                 emit_jmp_r(ctx, dst, src, rel, jmp);
 980                 if (finish_jmp(ctx, jmp, off) < 0)
 981                         goto toofar;
 982                 break;
 983         /* PC += off if dst == imm */
 984         /* PC += off if dst != imm */
 985         /* PC += off if dst & imm */
 986         /* PC += off if dst > imm */
 987         /* PC += off if dst >= imm */
 988         /* PC += off if dst < imm */
 989         /* PC += off if dst <= imm */
 990         /* PC += off if dst > imm (signed) */
 991         /* PC += off if dst >= imm (signed) */
 992         /* PC += off if dst < imm (signed) */
 993         /* PC += off if dst <= imm (signed) */
 994         case BPF_JMP | BPF_JEQ | BPF_K:
 995         case BPF_JMP | BPF_JNE | BPF_K:
 996         case BPF_JMP | BPF_JSET | BPF_K:
 997         case BPF_JMP | BPF_JGT | BPF_K:
 998         case BPF_JMP | BPF_JGE | BPF_K:
 999         case BPF_JMP | BPF_JLT | BPF_K:
1000         case BPF_JMP | BPF_JLE | BPF_K:
1001         case BPF_JMP | BPF_JSGT | BPF_K:
1002         case BPF_JMP | BPF_JSGE | BPF_K:
1003         case BPF_JMP | BPF_JSLT | BPF_K:
1004         case BPF_JMP | BPF_JSLE | BPF_K:
1005                 if (off == 0)
1006                         break;
1007                 setup_jmp_i(ctx, imm, 64, BPF_OP(code), off, &jmp, &rel);
1008                 if (valid_jmp_i(jmp, imm)) {
1009                         emit_jmp_i(ctx, dst, imm, rel, jmp);
1010                 } else {
1011                         /* Move large immediate to register */
1012                         emit_mov_i(ctx, MIPS_R_T4, imm);
1013                         emit_jmp_r(ctx, dst, MIPS_R_T4, rel, jmp);
1014                 }
1015                 if (finish_jmp(ctx, jmp, off) < 0)
1016                         goto toofar;
1017                 break;
1018         /* PC += off */
1019         case BPF_JMP | BPF_JA:
1020                 if (off == 0)
1021                         break;
1022                 if (emit_ja(ctx, off) < 0)
1023                         goto toofar;
1024                 break;
1025         /* Tail call */
1026         case BPF_JMP | BPF_TAIL_CALL:
1027                 if (emit_tail_call(ctx) < 0)
1028                         goto invalid;
1029                 break;
1030         /* Function call */
1031         case BPF_JMP | BPF_CALL:
1032                 if (emit_call(ctx, insn) < 0)
1033                         goto invalid;
1034                 break;
1035         /* Function return */
1036         case BPF_JMP | BPF_EXIT:
1037                 /*
1038                  * Optimization: when last instruction is EXIT
1039                  * simply continue to epilogue.
1040                  */
1041                 if (ctx->bpf_index == ctx->program->len - 1)
1042                         break;
1043                 if (emit_exit(ctx) < 0)
1044                         goto toofar;
1045                 break;
1046
1047         default:
1048 invalid:
1049                 pr_err_once("unknown opcode %02x\n", code);
1050                 return -EINVAL;
1051 notyet:
1052                 pr_info_once("*** NOT YET: opcode %02x ***\n", code);
1053                 return -EFAULT;
1054 toofar:
1055                 pr_info_once("*** TOO FAR: jump at %u opcode %02x ***\n",
1056                              ctx->bpf_index, code);
1057                 return -E2BIG;
1058         }
1059         return 0;
1060 }