arch/x86/kernel/kgdb.c

   1 /*
   2  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   3  * under the terms of the GNU General Public License as published by the
   4  * Free Software Foundation; either version 2, or (at your option) any
   5  * later version.
   6  *
   7  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
   8  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
   9  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  10  * General Public License for more details.
  11  *
  12  */
  13
  14 /*
  15  * Copyright (C) 2004 Amit S. Kale <amitkale@linsyssoft.com>
  16  * Copyright (C) 2000-2001 VERITAS Software Corporation.
  17  * Copyright (C) 2002 Andi Kleen, SuSE Labs
  18  * Copyright (C) 2004 LinSysSoft Technologies Pvt. Ltd.
  19  * Copyright (C) 2007 MontaVista Software, Inc.
  20  * Copyright (C) 2007-2008 Jason Wessel, Wind River Systems, Inc.
  21  */
  22 /****************************************************************************
  23  *  Contributor:     Lake Stevens Instrument Division$
  24  *  Written by:      Glenn Engel $
  25  *  Updated by:      Amit Kale<akale@veritas.com>
  26  *  Updated by:      Tom Rini <trini@kernel.crashing.org>
  27  *  Updated by:      Jason Wessel <jason.wessel@windriver.com>
  28  *  Modified for 386 by Jim Kingdon, Cygnus Support.
  29  *  Origianl kgdb, compatibility with 2.1.xx kernel by
  30  *  David Grothe <dave@gcom.com>
  31  *  Integrated into 2.2.5 kernel by Tigran Aivazian <tigran@sco.com>
  32  *  X86_64 changes from Andi Kleen's patch merged by Jim Houston
  33  */
  34 #include <linux/spinlock.h>
  35 #include <linux/kdebug.h>
  36 #include <linux/string.h>
  37 #include <linux/kernel.h>
  38 #include <linux/ptrace.h>
  39 #include <linux/sched.h>
  40 #include <linux/delay.h>
  41 #include <linux/kgdb.h>
  42 #include <linux/init.h>
  43 #include <linux/smp.h>
  44 #include <linux/nmi.h>
  45
  46 #include <asm/debugreg.h>
  47 #include <asm/apicdef.h>
  48 #include <asm/system.h>
  49
  50 #include <asm/apic.h>
  51
  52 /*
  53  * Put the error code here just in case the user cares:
  54  */
  55 static int gdb_x86errcode;
  56
  57 /*
  58  * Likewise, the vector number here (since GDB only gets the signal
  59  * number through the usual means, and that's not very specific):
  60  */
  61 static int gdb_x86vector = -1;
  62
  63 /**
  64  *      pt_regs_to_gdb_regs - Convert ptrace regs to GDB regs
  65  *      @gdb_regs: A pointer to hold the registers in the order GDB wants.
  66  *      @regs: The &struct pt_regs of the current process.
  67  *
  68  *      Convert the pt_regs in @regs into the format for registers that
  69  *      GDB expects, stored in @gdb_regs.
  70  */
  71 void pt_regs_to_gdb_regs(unsigned long *gdb_regs, struct pt_regs *regs)
  72 {
  73 #ifndef CONFIG_X86_32
  74         u32 *gdb_regs32 = (u32 *)gdb_regs;
  75 #endif
  76         gdb_regs[GDB_AX]        = regs->ax;
  77         gdb_regs[GDB_BX]        = regs->bx;
  78         gdb_regs[GDB_CX]        = regs->cx;
  79         gdb_regs[GDB_DX]        = regs->dx;
  80         gdb_regs[GDB_SI]        = regs->si;
  81         gdb_regs[GDB_DI]        = regs->di;
  82         gdb_regs[GDB_BP]        = regs->bp;
  83         gdb_regs[GDB_PC]        = regs->ip;
  84 #ifdef CONFIG_X86_32
  85         gdb_regs[GDB_PS]        = regs->flags;
  86         gdb_regs[GDB_DS]        = regs->ds;
  87         gdb_regs[GDB_ES]        = regs->es;
  88         gdb_regs[GDB_CS]        = regs->cs;
  89         gdb_regs[GDB_FS]        = 0xFFFF;
  90         gdb_regs[GDB_GS]        = 0xFFFF;
  91         if (user_mode_vm(regs)) {
  92                 gdb_regs[GDB_SS] = regs->ss;
  93                 gdb_regs[GDB_SP] = regs->sp;
  94         } else {
  95                 gdb_regs[GDB_SS] = __KERNEL_DS;
  96                 gdb_regs[GDB_SP] = kernel_stack_pointer(regs);
  97         }
  98 #else
  99         gdb_regs[GDB_R8]        = regs->r8;
 100         gdb_regs[GDB_R9]        = regs->r9;
 101         gdb_regs[GDB_R10]       = regs->r10;
 102         gdb_regs[GDB_R11]       = regs->r11;
 103         gdb_regs[GDB_R12]       = regs->r12;
 104         gdb_regs[GDB_R13]       = regs->r13;
 105         gdb_regs[GDB_R14]       = regs->r14;
 106         gdb_regs[GDB_R15]       = regs->r15;
 107         gdb_regs32[GDB_PS]      = regs->flags;
 108         gdb_regs32[GDB_CS]      = regs->cs;
 109         gdb_regs32[GDB_SS]      = regs->ss;
 110         gdb_regs[GDB_SP]        = kernel_stack_pointer(regs);
 111 #endif
 112 }
 113
 114 /**
 115  *      sleeping_thread_to_gdb_regs - Convert ptrace regs to GDB regs
 116  *      @gdb_regs: A pointer to hold the registers in the order GDB wants.
 117  *      @p: The &struct task_struct of the desired process.
 118  *
 119  *      Convert the register values of the sleeping process in @p to
 120  *      the format that GDB expects.
 121  *      This function is called when kgdb does not have access to the
 122  *      &struct pt_regs and therefore it should fill the gdb registers
 123  *      @gdb_regs with what has been saved in &struct thread_struct
 124  *      thread field during switch_to.
 125  */
 126 void sleeping_thread_to_gdb_regs(unsigned long *gdb_regs, struct task_struct *p)
 127 {
 128 #ifndef CONFIG_X86_32
 129         u32 *gdb_regs32 = (u32 *)gdb_regs;
 130 #endif
 131         gdb_regs[GDB_AX]        = 0;
 132         gdb_regs[GDB_BX]        = 0;
 133         gdb_regs[GDB_CX]        = 0;
 134         gdb_regs[GDB_DX]        = 0;
 135         gdb_regs[GDB_SI]        = 0;
 136         gdb_regs[GDB_DI]        = 0;
 137         gdb_regs[GDB_BP]        = *(unsigned long *)p->thread.sp;
 138 #ifdef CONFIG_X86_32
 139         gdb_regs[GDB_DS]        = __KERNEL_DS;
 140         gdb_regs[GDB_ES]        = __KERNEL_DS;
 141         gdb_regs[GDB_PS]        = 0;
 142         gdb_regs[GDB_CS]        = __KERNEL_CS;
 143         gdb_regs[GDB_PC]        = p->thread.ip;
 144         gdb_regs[GDB_SS]        = __KERNEL_DS;
 145         gdb_regs[GDB_FS]        = 0xFFFF;
 146         gdb_regs[GDB_GS]        = 0xFFFF;
 147 #else
 148         gdb_regs32[GDB_PS]      = *(unsigned long *)(p->thread.sp + 8);
 149         gdb_regs32[GDB_CS]      = __KERNEL_CS;
 150         gdb_regs32[GDB_SS]      = __KERNEL_DS;
 151         gdb_regs[GDB_PC]        = 0;
 152         gdb_regs[GDB_R8]        = 0;
 153         gdb_regs[GDB_R9]        = 0;
 154         gdb_regs[GDB_R10]       = 0;
 155         gdb_regs[GDB_R11]       = 0;
 156         gdb_regs[GDB_R12]       = 0;
 157         gdb_regs[GDB_R13]       = 0;
 158         gdb_regs[GDB_R14]       = 0;
 159         gdb_regs[GDB_R15]       = 0;
 160 #endif
 161         gdb_regs[GDB_SP]        = p->thread.sp;
 162 }
 163
 164 /**
 165  *      gdb_regs_to_pt_regs - Convert GDB regs to ptrace regs.
 166  *      @gdb_regs: A pointer to hold the registers we've received from GDB.
 167  *      @regs: A pointer to a &struct pt_regs to hold these values in.
 168  *
 169  *      Convert the GDB regs in @gdb_regs into the pt_regs, and store them
 170  *      in @regs.
 171  */
 172 void gdb_regs_to_pt_regs(unsigned long *gdb_regs, struct pt_regs *regs)
 173 {
 174 #ifndef CONFIG_X86_32
 175         u32 *gdb_regs32 = (u32 *)gdb_regs;
 176 #endif
 177         regs->ax                = gdb_regs[GDB_AX];
 178         regs->bx                = gdb_regs[GDB_BX];
 179         regs->cx                = gdb_regs[GDB_CX];
 180         regs->dx                = gdb_regs[GDB_DX];
 181         regs->si                = gdb_regs[GDB_SI];
 182         regs->di                = gdb_regs[GDB_DI];
 183         regs->bp                = gdb_regs[GDB_BP];
 184         regs->ip                = gdb_regs[GDB_PC];
 185 #ifdef CONFIG_X86_32
 186         regs->flags             = gdb_regs[GDB_PS];
 187         regs->ds                = gdb_regs[GDB_DS];
 188         regs->es                = gdb_regs[GDB_ES];
 189         regs->cs                = gdb_regs[GDB_CS];
 190 #else
 191         regs->r8                = gdb_regs[GDB_R8];
 192         regs->r9                = gdb_regs[GDB_R9];
 193         regs->r10               = gdb_regs[GDB_R10];
 194         regs->r11               = gdb_regs[GDB_R11];
 195         regs->r12               = gdb_regs[GDB_R12];
 196         regs->r13               = gdb_regs[GDB_R13];
 197         regs->r14               = gdb_regs[GDB_R14];
 198         regs->r15               = gdb_regs[GDB_R15];
 199         regs->flags             = gdb_regs32[GDB_PS];
 200         regs->cs                = gdb_regs32[GDB_CS];
 201         regs->ss                = gdb_regs32[GDB_SS];
 202 #endif
 203 }
 204
 205 static struct hw_breakpoint {
 206         unsigned                enabled;
 207         unsigned                type;
 208         unsigned                len;
 209         unsigned long           addr;
 210 } breakinfo[4];
 211
 212 static void kgdb_correct_hw_break(void)
 213 {
 214         unsigned long dr7;
 215         int correctit = 0;
 216         int breakbit;
 217         int breakno;
 218
 219         get_debugreg(dr7, 7);
 220         for (breakno = 0; breakno < 4; breakno++) {
 221                 breakbit = 2 << (breakno << 1);
 222                 if (!(dr7 & breakbit) && breakinfo[breakno].enabled) {
 223                         correctit = 1;
 224                         dr7 |= breakbit;
 225                         dr7 &= ~(0xf0000 << (breakno << 2));
 226                         dr7 |= ((breakinfo[breakno].len << 2) |
 227                                  breakinfo[breakno].type) <<
 228                                ((breakno << 2) + 16);
 229                         set_debugreg(breakinfo[breakno].addr, breakno);
 230
 231                 } else {
 232                         if ((dr7 & breakbit) && !breakinfo[breakno].enabled) {
 233                                 correctit = 1;
 234                                 dr7 &= ~breakbit;
 235                                 dr7 &= ~(0xf0000 << (breakno << 2));
 236                         }
 237                 }
 238         }
 239         if (correctit)
 240                 set_debugreg(dr7, 7);
 241 }
 242
 243 static int
 244 kgdb_remove_hw_break(unsigned long addr, int len, enum kgdb_bptype bptype)
 245 {
 246         int i;
 247
 248         for (i = 0; i < 4; i++)
 249                 if (breakinfo[i].addr == addr && breakinfo[i].enabled)
 250                         break;
 251         if (i == 4)
 252                 return -1;
 253
 254         breakinfo[i].enabled = 0;
 255
 256         return 0;
 257 }
 258
 259 static void kgdb_remove_all_hw_break(void)
 260 {
 261         int i;
 262
 263         for (i = 0; i < 4; i++)
 264                 memset(&breakinfo[i], 0, sizeof(struct hw_breakpoint));
 265 }
 266
 267 static int
 268 kgdb_set_hw_break(unsigned long addr, int len, enum kgdb_bptype bptype)
 269 {
 270         unsigned type;
 271         int i;
 272
 273         for (i = 0; i < 4; i++)
 274                 if (!breakinfo[i].enabled)
 275                         break;
 276         if (i == 4)
 277                 return -1;
 278
 279         switch (bptype) {
 280         case BP_HARDWARE_BREAKPOINT:
 281                 type = 0;
 282                 len  = 1;
 283                 break;
 284         case BP_WRITE_WATCHPOINT:
 285                 type = 1;
 286                 break;
 287         case BP_ACCESS_WATCHPOINT:
 288                 type = 3;
 289                 break;
 290         default:
 291                 return -1;
 292         }
 293
 294         if (len == 1 || len == 2 || len == 4)
 295                 breakinfo[i].len  = len - 1;
 296         else
 297                 return -1;
 298
 299         breakinfo[i].enabled = 1;
 300         breakinfo[i].addr = addr;
 301         breakinfo[i].type = type;
 302
 303         return 0;
 304 }
 305
 306 /**
 307  *      kgdb_disable_hw_debug - Disable hardware debugging while we in kgdb.
 308  *      @regs: Current &struct pt_regs.
 309  *
 310  *      This function will be called if the particular architecture must
 311  *      disable hardware debugging while it is processing gdb packets or
 312  *      handling exception.
 313  */
 314 void kgdb_disable_hw_debug(struct pt_regs *regs)
 315 {
 316         /* Disable hardware debugging while we are in kgdb: */
 317         set_debugreg(0UL, 7);
 318 }
 319
 320 /**
 321  *      kgdb_post_primary_code - Save error vector/code numbers.
 322  *      @regs: Original pt_regs.
 323  *      @e_vector: Original error vector.
 324  *      @err_code: Original error code.
 325  *
 326  *      This is needed on architectures which support SMP and KGDB.
 327  *      This function is called after all the slave cpus have been put
 328  *      to a know spin state and the primary CPU has control over KGDB.
 329  */
 330 void kgdb_post_primary_code(struct pt_regs *regs, int e_vector, int err_code)
 331 {
 332         /* primary processor is completely in the debugger */
 333         gdb_x86vector = e_vector;
 334         gdb_x86errcode = err_code;
 335 }
 336
 337 #ifdef CONFIG_SMP
 338 /**
 339  *      kgdb_roundup_cpus - Get other CPUs into a holding pattern
 340  *      @flags: Current IRQ state
 341  *
 342  *      On SMP systems, we need to get the attention of the other CPUs
 343  *      and get them be in a known state.  This should do what is needed
 344  *      to get the other CPUs to call kgdb_wait(). Note that on some arches,
 345  *      the NMI approach is not used for rounding up all the CPUs. For example,
 346  *      in case of MIPS, smp_call_function() is used to roundup CPUs. In
 347  *      this case, we have to make sure that interrupts are enabled before
 348  *      calling smp_call_function(). The argument to this function is
 349  *      the flags that will be used when restoring the interrupts. There is
 350  *      local_irq_save() call before kgdb_roundup_cpus().
 351  *
 352  *      On non-SMP systems, this is not called.
 353  */
 354 void kgdb_roundup_cpus(unsigned long flags)
 355 {
 356         apic->send_IPI_allbutself(APIC_DM_NMI);
 357 }
 358 #endif
 359
 360 /**
 361  *      kgdb_arch_handle_exception - Handle architecture specific GDB packets.
 362  *      @vector: The error vector of the exception that happened.
 363  *      @signo: The signal number of the exception that happened.
 364  *      @err_code: The error code of the exception that happened.
 365  *      @remcom_in_buffer: The buffer of the packet we have read.
 366  *      @remcom_out_buffer: The buffer of %BUFMAX bytes to write a packet into.
 367  *      @regs: The &struct pt_regs of the current process.
 368  *
 369  *      This function MUST handle the 'c' and 's' command packets,
 370  *      as well packets to set / remove a hardware breakpoint, if used.
 371  *      If there are additional packets which the hardware needs to handle,
 372  *      they are handled here.  The code should return -1 if it wants to
 373  *      process more packets, and a %0 or %1 if it wants to exit from the
 374  *      kgdb callback.
 375  */
 376 int kgdb_arch_handle_exception(int e_vector, int signo, int err_code,
 377                                char *remcomInBuffer, char *remcomOutBuffer,
 378                                struct pt_regs *linux_regs)
 379 {
 380         unsigned long addr;
 381         unsigned long dr6;
 382         char *ptr;
 383         int newPC;
 384
 385         switch (remcomInBuffer[0]) {
 386         case 'c':
 387         case 's':
 388                 /* try to read optional parameter, pc unchanged if no parm */
 389                 ptr = &remcomInBuffer[1];
 390                 if (kgdb_hex2long(&ptr, &addr))
 391                         linux_regs->ip = addr;
 392         case 'D':
 393         case 'k':
 394                 newPC = linux_regs->ip;
 395
 396                 /* clear the trace bit */
 397                 linux_regs->flags &= ~X86_EFLAGS_TF;
 398                 atomic_set(&kgdb_cpu_doing_single_step, -1);
 399
 400                 /* set the trace bit if we're stepping */
 401                 if (remcomInBuffer[0] == 's') {
 402                         linux_regs->flags |= X86_EFLAGS_TF;
 403                         kgdb_single_step = 1;
 404                         atomic_set(&kgdb_cpu_doing_single_step,
 405                                    raw_smp_processor_id());
 406                 }
 407
 408                 get_debugreg(dr6, 6);
 409                 if (!(dr6 & 0x4000)) {
 410                         int breakno;
 411
 412                         for (breakno = 0; breakno < 4; breakno++) {
 413                                 if (dr6 & (1 << breakno) &&
 414                                     breakinfo[breakno].type == 0) {
 415                                         /* Set restore flag: */
 416                                         linux_regs->flags |= X86_EFLAGS_RF;
 417                                         break;
 418                                 }
 419                         }
 420                 }
 421                 set_debugreg(0UL, 6);
 422                 kgdb_correct_hw_break();
 423
 424                 return 0;
 425         }
 426
 427         /* this means that we do not want to exit from the handler: */
 428         return -1;
 429 }
 430
 431 static inline int
 432 single_step_cont(struct pt_regs *regs, struct die_args *args)
 433 {
 434         /*
 435          * Single step exception from kernel space to user space so
 436          * eat the exception and continue the process:
 437          */
 438         printk(KERN_ERR "KGDB: trap/step from kernel to user space, "
 439                         "resuming...\n");
 440         kgdb_arch_handle_exception(args->trapnr, args->signr,
 441                                    args->err, "c", "", regs);
 442         /*
 443          * Reset the BS bit in dr6 (pointed by args->err) to
 444          * denote completion of processing
 445          */
 446         (*(unsigned long *)ERR_PTR(args->err)) &= ~DR_STEP;
 447
 448         return NOTIFY_STOP;
 449 }
 450
 451 static int was_in_debug_nmi[NR_CPUS];
 452
 453 static int __kgdb_notify(struct die_args *args, unsigned long cmd)
 454 {
 455         struct pt_regs *regs = args->regs;
 456
 457         switch (cmd) {
 458         case DIE_NMI:
 459                 if (atomic_read(&kgdb_active) != -1) {
 460                         /* KGDB CPU roundup */
 461                         kgdb_nmicallback(raw_smp_processor_id(), regs);
 462                         was_in_debug_nmi[raw_smp_processor_id()] = 1;
 463                         touch_nmi_watchdog();
 464                         return NOTIFY_STOP;
 465                 }
 466                 return NOTIFY_DONE;
 467
 468         case DIE_NMI_IPI:
 469                 /* Just ignore, we will handle the roundup on DIE_NMI. */
 470                 return NOTIFY_DONE;
 471
 472         case DIE_NMIUNKNOWN:
 473                 if (was_in_debug_nmi[raw_smp_processor_id()]) {
 474                         was_in_debug_nmi[raw_smp_processor_id()] = 0;
 475                         return NOTIFY_STOP;
 476                 }
 477                 return NOTIFY_DONE;
 478
 479         case DIE_NMIWATCHDOG:
 480                 if (atomic_read(&kgdb_active) != -1) {
 481                         /* KGDB CPU roundup: */
 482                         kgdb_nmicallback(raw_smp_processor_id(), regs);
 483                         return NOTIFY_STOP;
 484                 }
 485                 /* Enter debugger: */
 486                 break;
 487
 488         case DIE_DEBUG:
 489                 if (atomic_read(&kgdb_cpu_doing_single_step) ==
 490                     raw_smp_processor_id()) {
 491                         if (user_mode(regs))
 492                                 return single_step_cont(regs, args);
 493                         break;
 494                 } else if (test_thread_flag(TIF_SINGLESTEP))
 495                         /* This means a user thread is single stepping
 496                          * a system call which should be ignored
 497                          */
 498                         return NOTIFY_DONE;
 499                 /* fall through */
 500         default:
 501                 if (user_mode(regs))
 502                         return NOTIFY_DONE;
 503         }
 504
 505         if (kgdb_handle_exception(args->trapnr, args->signr, args->err, regs))
 506                 return NOTIFY_DONE;
 507
 508         /* Must touch watchdog before return to normal operation */
 509         touch_nmi_watchdog();
 510         return NOTIFY_STOP;
 511 }
 512
 513 static int
 514 kgdb_notify(struct notifier_block *self, unsigned long cmd, void *ptr)
 515 {
 516         unsigned long flags;
 517         int ret;
 518
 519         local_irq_save(flags);
 520         ret = __kgdb_notify(ptr, cmd);
 521         local_irq_restore(flags);
 522
 523         return ret;
 524 }
 525
 526 static struct notifier_block kgdb_notifier = {
 527         .notifier_call  = kgdb_notify,
 528
 529         /*
 530          * Lowest-prio notifier priority, we want to be notified last:
 531          */
 532         .priority       = -INT_MAX,
 533 };
 534
 535 /**
 536  *      kgdb_arch_init - Perform any architecture specific initalization.
 537  *
 538  *      This function will handle the initalization of any architecture
 539  *      specific callbacks.
 540  */
 541 int kgdb_arch_init(void)
 542 {
 543         return register_die_notifier(&kgdb_notifier);
 544 }
 545
 546 /**
 547  *      kgdb_arch_exit - Perform any architecture specific uninitalization.
 548  *
 549  *      This function will handle the uninitalization of any architecture
 550  *      specific callbacks, for dynamic registration and unregistration.
 551  */
 552 void kgdb_arch_exit(void)
 553 {
 554         unregister_die_notifier(&kgdb_notifier);
 555 }
 556
 557 /**
 558  *
 559  *      kgdb_skipexception - Bail out of KGDB when we've been triggered.
 560  *      @exception: Exception vector number
 561  *      @regs: Current &struct pt_regs.
 562  *
 563  *      On some architectures we need to skip a breakpoint exception when
 564  *      it occurs after a breakpoint has been removed.
 565  *
 566  * Skip an int3 exception when it occurs after a breakpoint has been
 567  * removed. Backtrack eip by 1 since the int3 would have caused it to
 568  * increment by 1.
 569  */
 570 int kgdb_skipexception(int exception, struct pt_regs *regs)
 571 {
 572         if (exception == 3 && kgdb_isremovedbreak(regs->ip - 1)) {
 573                 regs->ip -= 1;
 574                 return 1;
 575         }
 576         return 0;
 577 }
 578
 579 unsigned long kgdb_arch_pc(int exception, struct pt_regs *regs)
 580 {
 581         if (exception == 3)
 582                 return instruction_pointer(regs) - 1;
 583         return instruction_pointer(regs);
 584 }
 585
 586 struct kgdb_arch arch_kgdb_ops = {
 587         /* Breakpoint instruction: */
 588         .gdb_bpt_instr          = { 0xcc },
 589         .flags                  = KGDB_HW_BREAKPOINT,
 590         .set_hw_breakpoint      = kgdb_set_hw_break,
 591         .remove_hw_breakpoint   = kgdb_remove_hw_break,
 592         .remove_all_hw_break    = kgdb_remove_all_hw_break,
 593         .correct_hw_break       = kgdb_correct_hw_break,
 594 };