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// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
// Copyright (C) 2015-2019 ARM Limited.
// Original author: Dave Martin <Dave.Martin@arm.com>
//
// Simple Scalable Vector Extension context switch test
// Repeatedly writes unique test patterns into each SVE register
// and reads them back to verify integrity.
//
// for x in `seq 1 NR_CPUS`; do sve-test & pids=$pids\ $! ; done
// (leave it running for as long as you want...)
// kill $pids
 
#include <asm/unistd.h>
#include "assembler.h"
#include "asm-offsets.h"
 
#define NZR    32
#define NPR    16
#define MAXVL_B    (2048 / 8)
 
.arch_extension sve
 
.macro _sve_ldr_v zt, xn
   ldr    z\zt, [x\xn]
.endm
 
.macro _sve_str_v zt, xn
   str    z\zt, [x\xn]
.endm
 
.macro _sve_ldr_p pt, xn
   ldr    p\pt, [x\xn]
.endm
 
.macro _sve_str_p pt, xn
   str    p\pt, [x\xn]
.endm
 
// Generate accessor functions to read/write programmatically selected
// SVE registers.
// x0 is the register index to access
// x1 is the memory address to read from (getz,setp) or store to (setz,setp)
// All clobber x0-x2
define_accessor setz, NZR, _sve_ldr_v
define_accessor getz, NZR, _sve_str_v
define_accessor setp, NPR, _sve_ldr_p
define_accessor getp, NPR, _sve_str_p
 
// Print a single character x0 to stdout
// Clobbers x0-x2,x8
function putc
   str    x0, [sp, #-16]!
 
   mov    x0, #1            // STDOUT_FILENO
   mov    x1, sp
   mov    x2, #1
   mov    x8, #__NR_write
   svc    #0
 
   add    sp, sp, #16
   ret
endfunction
 
// Print a NUL-terminated string starting at address x0 to stdout
// Clobbers x0-x3,x8
function puts
   mov    x1, x0
 
   mov    x2, #0
0:    ldrb    w3, [x0], #1
   cbz    w3, 1f
   add    x2, x2, #1
   b    0b
 
1:    mov    w0, #1            // STDOUT_FILENO
   mov    x8, #__NR_write
   svc    #0
 
   ret
endfunction
 
// Utility macro to print a literal string
// Clobbers x0-x4,x8
.macro puts string
   .pushsection .rodata.str1.1, "aMS", 1
.L__puts_literal\@: .string "\string"
   .popsection
 
   ldr    x0, =.L__puts_literal\@
   bl    puts
.endm
 
// Print an unsigned decimal number x0 to stdout
// Clobbers x0-x4,x8
function putdec
   mov    x1, sp
   str    x30, [sp, #-32]!    // Result can't be > 20 digits
 
   mov    x2, #0
   strb    w2, [x1, #-1]!        // Write the NUL terminator
 
   mov    x2, #10
0:    udiv    x3, x0, x2        // div-mod loop to generate the digits
   msub    x0, x3, x2, x0
   add    w0, w0, #'0'
   strb    w0, [x1, #-1]!
   mov    x0, x3
   cbnz    x3, 0b
 
   ldrb    w0, [x1]
   cbnz    w0, 1f
   mov    w0, #'0'        // Print "0" for 0, not ""
   strb    w0, [x1, #-1]!
 
1:    mov    x0, x1
   bl    puts
 
   ldr    x30, [sp], #32
   ret
endfunction
 
// Print an unsigned decimal number x0 to stdout, followed by a newline
// Clobbers x0-x5,x8
function putdecn
   mov    x5, x30
 
   bl    putdec
   mov    x0, #'\n'
   bl    putc
 
   ret    x5
endfunction
 
// Clobbers x0-x3,x8
function puthexb
   str    x30, [sp, #-0x10]!
 
   mov    w3, w0
   lsr    w0, w0, #4
   bl    puthexnibble
   mov    w0, w3
 
   ldr    x30, [sp], #0x10
   // fall through to puthexnibble
endfunction
// Clobbers x0-x2,x8
function puthexnibble
   and    w0, w0, #0xf
   cmp    w0, #10
   blo    1f
   add    w0, w0, #'a' - ('9' + 1)
1:    add    w0, w0, #'0'
   b    putc
endfunction
 
// x0=data in, x1=size in, clobbers x0-x5,x8
function dumphex
   str    x30, [sp, #-0x10]!
 
   mov    x4, x0
   mov    x5, x1
 
0:    subs    x5, x5, #1
   b.lo    1f
   ldrb    w0, [x4], #1
   bl    puthexb
   b    0b
 
1:    ldr    x30, [sp], #0x10
   ret
endfunction
 
// Declare some storate space to shadow the SVE register contents:
.pushsection .text
.data
.align 4
zref:
   .space    MAXVL_B * NZR
pref:
   .space    MAXVL_B / 8 * NPR
ffrref:
   .space    MAXVL_B / 8
scratch:
   .space    MAXVL_B
.popsection
 
// Trivial memory copy: copy x2 bytes, starting at address x1, to address x0.
// Clobbers x0-x3
function memcpy
   cmp    x2, #0
   b.eq    1f
0:    ldrb    w3, [x1], #1
   strb    w3, [x0], #1
   subs    x2, x2, #1
   b.ne    0b
1:    ret
endfunction
 
// Generate a test pattern for storage in SVE registers
// x0: pid    (16 bits)
// x1: register number (6 bits)
// x2: generation (4 bits)
 
// These values are used to constuct a 32-bit pattern that is repeated in the
// scratch buffer as many times as will fit:
// bits 31:28    generation number (increments once per test_loop)
// bits 27:22    32-bit lane index
// bits 21:16    register number
// bits 15: 0    pid
 
function pattern
   orr    w1, w0, w1, lsl #16
   orr    w2, w1, w2, lsl #28
 
   ldr    x0, =scratch
   mov    w1, #MAXVL_B / 4
 
0:    str    w2, [x0], #4
   add    w2, w2, #(1 << 22)
   subs    w1, w1, #1
   bne    0b
 
   ret
endfunction
 
// Get the address of shadow data for SVE Z-register Z<xn>
.macro _adrz xd, xn, nrtmp
   ldr    \xd, =zref
   rdvl    x\nrtmp, #1
   madd    \xd, x\nrtmp, \xn, \xd
.endm
 
// Get the address of shadow data for SVE P-register P<xn - NZR>
.macro _adrp xd, xn, nrtmp
   ldr    \xd, =pref
   rdvl    x\nrtmp, #1
   lsr    x\nrtmp, x\nrtmp, #3
   sub    \xn, \xn, #NZR
   madd    \xd, x\nrtmp, \xn, \xd
.endm
 
// Set up test pattern in a SVE Z-register
// x0: pid
// x1: register number
// x2: generation
function setup_zreg
   mov    x4, x30
 
   mov    x6, x1
   bl    pattern
   _adrz    x0, x6, 2
   mov    x5, x0
   ldr    x1, =scratch
   bl    memcpy
 
   mov    x0, x6
   mov    x1, x5
   bl    setz
 
   ret    x4
endfunction
 
// Set up test pattern in a SVE P-register
// x0: pid
// x1: register number
// x2: generation
function setup_preg
   mov    x4, x30
 
   mov    x6, x1
   bl    pattern
   _adrp    x0, x6, 2
   mov    x5, x0
   ldr    x1, =scratch
   bl    memcpy
 
   mov    x0, x6
   mov    x1, x5
   bl    setp
 
   ret    x4
endfunction
 
// Set up test pattern in the FFR
// x0: pid
// x2: generation
//
// We need to generate a canonical FFR value, which consists of a number of
// low "1" bits, followed by a number of zeros. This gives us 17 unique values
// per 16 bits of FFR, so we create a 4 bit signature out of the PID and
// generation, and use that as the initial number of ones in the pattern.
// We fill the upper lanes of FFR with zeros.
// Beware: corrupts P0.
function setup_ffr
   mov    x4, x30
 
   and    w0, w0, #0x3
   bfi    w0, w2, #2, #2
   mov    w1, #1
   lsl    w1, w1, w0
   sub    w1, w1, #1
 
   ldr    x0, =ffrref
   strh    w1, [x0], 2
   rdvl    x1, #1
   lsr    x1, x1, #3
   sub    x1, x1, #2
   bl    memclr
 
   mov    x0, #0
   ldr    x1, =ffrref
   bl    setp
 
   wrffr    p0.b
 
   ret    x4
endfunction
 
// Fill x1 bytes starting at x0 with 0xae (for canary purposes)
// Clobbers x1, x2.
function memfill_ae
   mov    w2, #0xae
   b    memfill
endfunction
 
// Fill x1 bytes starting at x0 with 0.
// Clobbers x1, x2.
function memclr
   mov    w2, #0
endfunction
   // fall through to memfill
 
// Trivial memory fill: fill x1 bytes starting at address x0 with byte w2
// Clobbers x1
function memfill
   cmp    x1, #0
   b.eq    1f
 
0:    strb    w2, [x0], #1
   subs    x1, x1, #1
   b.ne    0b
 
1:    ret
endfunction
 
// Trivial memory compare: compare x2 bytes starting at address x0 with
// bytes starting at address x1.
// Returns only if all bytes match; otherwise, the program is aborted.
// Clobbers x0-x5.
function memcmp
   cbz    x2, 2f
 
   stp    x0, x1, [sp, #-0x20]!
   str    x2, [sp, #0x10]
 
   mov    x5, #0
0:    ldrb    w3, [x0, x5]
   ldrb    w4, [x1, x5]
   add    x5, x5, #1
   cmp    w3, w4
   b.ne    1f
   subs    x2, x2, #1
   b.ne    0b
 
1:    ldr    x2, [sp, #0x10]
   ldp    x0, x1, [sp], #0x20
   b.ne    barf
 
2:    ret
endfunction
 
// Verify that a SVE Z-register matches its shadow in memory, else abort
// x0: reg number
// Clobbers x0-x7.
function check_zreg
   mov    x3, x30
 
   _adrz    x5, x0, 6
   mov    x4, x0
   ldr    x7, =scratch
 
   mov    x0, x7
   mov    x1, x6
   bl    memfill_ae
 
   mov    x0, x4
   mov    x1, x7
   bl    getz
 
   mov    x0, x5
   mov    x1, x7
   mov    x2, x6
   mov    x30, x3
   b    memcmp
endfunction
 
// Verify that a SVE P-register matches its shadow in memory, else abort
// x0: reg number
// Clobbers x0-x7.
function check_preg
   mov    x3, x30
 
   _adrp    x5, x0, 6
   mov    x4, x0
   ldr    x7, =scratch
 
   mov    x0, x7
   mov    x1, x6
   bl    memfill_ae
 
   mov    x0, x4
   mov    x1, x7
   bl    getp
 
   mov    x0, x5
   mov    x1, x7
   mov    x2, x6
   mov    x30, x3
   b    memcmp
endfunction
 
// Verify that the FFR matches its shadow in memory, else abort
// Beware -- corrupts P0.
// Clobbers x0-x5.
function check_ffr
   mov    x3, x30
 
   ldr    x4, =scratch
   rdvl    x5, #1
   lsr    x5, x5, #3
 
   mov    x0, x4
   mov    x1, x5
   bl    memfill_ae
 
   rdffr    p0.b
   mov    x0, #0
   mov    x1, x4
   bl    getp
 
   ldr    x0, =ffrref
   mov    x1, x4
   mov    x2, x5
   mov    x30, x3
   b    memcmp
endfunction
 
// Any SVE register modified here can cause corruption in the main
// thread -- but *only* the registers modified here.
function irritator_handler
   // Increment the irritation signal count (x23):
   ldr    x0, [x2, #ucontext_regs + 8 * 23]
   add    x0, x0, #1
   str    x0, [x2, #ucontext_regs + 8 * 23]
 
   // Corrupt some random Z-regs
   adr    x0, .text + (irritator_handler - .text) / 16 * 16
   movi    v0.8b, #1
   movi    v9.16b, #2
   movi    v31.8b, #3
   // And P0
   rdffr    p0.b
   // And FFR
   wrffr    p15.b
 
   ret
endfunction
 
function terminate_handler
   mov    w21, w0
   mov    x20, x2
 
   puts    "Terminated by signal "
   mov    w0, w21
   bl    putdec
   puts    ", no error, iterations="
   ldr    x0, [x20, #ucontext_regs + 8 * 22]
   bl    putdec
   puts    ", signals="
   ldr    x0, [x20, #ucontext_regs + 8 * 23]
   bl    putdecn
 
   mov    x0, #0
   mov    x8, #__NR_exit
   svc    #0
endfunction
 
// w0: signal number
// x1: sa_action
// w2: sa_flags
// Clobbers x0-x6,x8
function setsignal
   str    x30, [sp, #-((sa_sz + 15) / 16 * 16 + 16)]!
 
   mov    w4, w0
   mov    x5, x1
   mov    w6, w2
 
   add    x0, sp, #16
   mov    x1, #sa_sz
   bl    memclr
 
   mov    w0, w4
   add    x1, sp, #16
   str    w6, [x1, #sa_flags]
   str    x5, [x1, #sa_handler]
   mov    x2, #0
   mov    x3, #sa_mask_sz
   mov    x8, #__NR_rt_sigaction
   svc    #0
 
   cbz    w0, 1f
 
   puts    "sigaction failure\n"
   b    .Labort
 
1:    ldr    x30, [sp], #((sa_sz + 15) / 16 * 16 + 16)
   ret
endfunction
 
// Main program entry point
.globl _start
function _start
_start:
   // Sanity-check and report the vector length
 
   rdvl    x19, #8
   cmp    x19, #128
   b.lo    1f
   cmp    x19, #2048
   b.hi    1f
   tst    x19, #(8 - 1)
   b.eq    2f
 
1:    puts    "Bad vector length: "
   mov    x0, x19
   bl    putdecn
   b    .Labort
 
2:    puts    "Vector length:\t"
   mov    x0, x19
   bl    putdec
   puts    " bits\n"
 
   // Obtain our PID, to ensure test pattern uniqueness between processes
 
   mov    x8, #__NR_getpid
   svc    #0
   mov    x20, x0
 
   puts    "PID:\t"
   mov    x0, x20
   bl    putdecn
 
   mov    x23, #0        // Irritation signal count
 
   mov    w0, #SIGINT
   adr    x1, terminate_handler
   mov    w2, #SA_SIGINFO
   bl    setsignal
 
   mov    w0, #SIGTERM
   adr    x1, terminate_handler
   mov    w2, #SA_SIGINFO
   bl    setsignal
 
   mov    w0, #SIGUSR1
   adr    x1, irritator_handler
   mov    w2, #SA_SIGINFO
   orr    w2, w2, #SA_NODEFER
   bl    setsignal
 
   mov    x22, #0        // generation number, increments per iteration
.Ltest_loop:
   rdvl    x0, #8
   cmp    x0, x19
   b.ne    vl_barf
 
   mov    x21, #0        // Set up Z-regs & shadow with test pattern
0:    mov    x0, x20
   mov    x1, x21
   and    x2, x22, #0xf
   bl    setup_zreg
   add    x21, x21, #1
   cmp    x21, #NZR
   b.lo    0b
 
   mov    x0, x20        // Set up FFR & shadow with test pattern
   mov    x1, #NZR + NPR
   and    x2, x22, #0xf
   bl    setup_ffr
 
0:    mov    x0, x20        // Set up P-regs & shadow with test pattern
   mov    x1, x21
   and    x2, x22, #0xf
   bl    setup_preg
   add    x21, x21, #1
   cmp    x21, #NZR + NPR
   b.lo    0b
 
// Can't do this when SVE state is volatile across SVC:
//    mov    x8, #__NR_sched_yield    // Encourage preemption
//    svc    #0
 
   mov    x21, #0
0:    mov    x0, x21
   bl    check_zreg
   add    x21, x21, #1
   cmp    x21, #NZR
   b.lo    0b
 
0:    mov    x0, x21
   bl    check_preg
   add    x21, x21, #1
   cmp    x21, #NZR + NPR
   b.lo    0b
 
   bl    check_ffr
 
   add    x22, x22, #1
   b    .Ltest_loop
 
.Labort:
   mov    x0, #0
   mov    x1, #SIGABRT
   mov    x8, #__NR_kill
   svc    #0
endfunction
 
function barf
// fpsimd.c acitivty log dump hack
//    ldr    w0, =0xdeadc0de
//    mov    w8, #__NR_exit
//    svc    #0
// end hack
   mov    x10, x0    // expected data
   mov    x11, x1    // actual data
   mov    x12, x2    // data size
 
   puts    "Mistatch: PID="
   mov    x0, x20
   bl    putdec
   puts    ", iteration="
   mov    x0, x22
   bl    putdec
   puts    ", reg="
   mov    x0, x21
   bl    putdecn
   puts    "\tExpected ["
   mov    x0, x10
   mov    x1, x12
   bl    dumphex
   puts    "]\n\tGot      ["
   mov    x0, x11
   mov    x1, x12
   bl    dumphex
   puts    "]\n"
 
   mov    x8, #__NR_getpid
   svc    #0
// fpsimd.c acitivty log dump hack
//    ldr    w0, =0xdeadc0de
//    mov    w8, #__NR_exit
//    svc    #0
// ^ end of hack
   mov    x1, #SIGABRT
   mov    x8, #__NR_kill
   svc    #0
//    mov    x8, #__NR_exit
//    mov    x1, #1
//    svc    #0
endfunction
 
function vl_barf
   mov    x10, x0
 
   puts    "Bad active VL: "
   mov    x0, x10
   bl    putdecn
 
   mov    x8, #__NR_exit
   mov    x1, #1
   svc    #0
endfunction