xref: /linux/tools/objtool/arch/x86/decode.c (revision 74cc09fd8d04c56b652cfb332adb61f10bc2c199)
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  * Copyright (C) 2015 Josh Poimboeuf <jpoimboe@redhat.com>
4  */
5 
6 #include <stdio.h>
7 #include <stdlib.h>
8 
9 #define unlikely(cond) (cond)
10 #include <asm/insn.h>
11 #include "../../../arch/x86/lib/inat.c"
12 #include "../../../arch/x86/lib/insn.c"
13 
14 #include "../../check.h"
15 #include "../../elf.h"
16 #include "../../arch.h"
17 #include "../../warn.h"
18 
19 static unsigned char op_to_cfi_reg[][2] = {
20 	{CFI_AX, CFI_R8},
21 	{CFI_CX, CFI_R9},
22 	{CFI_DX, CFI_R10},
23 	{CFI_BX, CFI_R11},
24 	{CFI_SP, CFI_R12},
25 	{CFI_BP, CFI_R13},
26 	{CFI_SI, CFI_R14},
27 	{CFI_DI, CFI_R15},
28 };
29 
30 static int is_x86_64(const struct elf *elf)
31 {
32 	switch (elf->ehdr.e_machine) {
33 	case EM_X86_64:
34 		return 1;
35 	case EM_386:
36 		return 0;
37 	default:
38 		WARN("unexpected ELF machine type %d", elf->ehdr.e_machine);
39 		return -1;
40 	}
41 }
42 
43 bool arch_callee_saved_reg(unsigned char reg)
44 {
45 	switch (reg) {
46 	case CFI_BP:
47 	case CFI_BX:
48 	case CFI_R12:
49 	case CFI_R13:
50 	case CFI_R14:
51 	case CFI_R15:
52 		return true;
53 
54 	case CFI_AX:
55 	case CFI_CX:
56 	case CFI_DX:
57 	case CFI_SI:
58 	case CFI_DI:
59 	case CFI_SP:
60 	case CFI_R8:
61 	case CFI_R9:
62 	case CFI_R10:
63 	case CFI_R11:
64 	case CFI_RA:
65 	default:
66 		return false;
67 	}
68 }
69 
70 unsigned long arch_dest_rela_offset(int addend)
71 {
72 	return addend + 4;
73 }
74 
75 unsigned long arch_jump_destination(struct instruction *insn)
76 {
77 	return insn->offset + insn->len + insn->immediate;
78 }
79 
80 #define ADD_OP(op) \
81 	if (!(op = calloc(1, sizeof(*op)))) \
82 		return -1; \
83 	else for (list_add_tail(&op->list, ops_list); op; op = NULL)
84 
85 int arch_decode_instruction(const struct elf *elf, const struct section *sec,
86 			    unsigned long offset, unsigned int maxlen,
87 			    unsigned int *len, enum insn_type *type,
88 			    unsigned long *immediate,
89 			    struct list_head *ops_list)
90 {
91 	struct insn insn;
92 	int x86_64, sign;
93 	unsigned char op1, op2, rex = 0, rex_b = 0, rex_r = 0, rex_w = 0,
94 		      rex_x = 0, modrm = 0, modrm_mod = 0, modrm_rm = 0,
95 		      modrm_reg = 0, sib = 0;
96 	struct stack_op *op = NULL;
97 	struct symbol *sym;
98 
99 	x86_64 = is_x86_64(elf);
100 	if (x86_64 == -1)
101 		return -1;
102 
103 	insn_init(&insn, sec->data->d_buf + offset, maxlen, x86_64);
104 	insn_get_length(&insn);
105 
106 	if (!insn_complete(&insn)) {
107 		WARN("can't decode instruction at %s:0x%lx", sec->name, offset);
108 		return -1;
109 	}
110 
111 	*len = insn.length;
112 	*type = INSN_OTHER;
113 
114 	if (insn.vex_prefix.nbytes)
115 		return 0;
116 
117 	op1 = insn.opcode.bytes[0];
118 	op2 = insn.opcode.bytes[1];
119 
120 	if (insn.rex_prefix.nbytes) {
121 		rex = insn.rex_prefix.bytes[0];
122 		rex_w = X86_REX_W(rex) >> 3;
123 		rex_r = X86_REX_R(rex) >> 2;
124 		rex_x = X86_REX_X(rex) >> 1;
125 		rex_b = X86_REX_B(rex);
126 	}
127 
128 	if (insn.modrm.nbytes) {
129 		modrm = insn.modrm.bytes[0];
130 		modrm_mod = X86_MODRM_MOD(modrm);
131 		modrm_reg = X86_MODRM_REG(modrm);
132 		modrm_rm = X86_MODRM_RM(modrm);
133 	}
134 
135 	if (insn.sib.nbytes)
136 		sib = insn.sib.bytes[0];
137 
138 	switch (op1) {
139 
140 	case 0x1:
141 	case 0x29:
142 		if (rex_w && !rex_b && modrm_mod == 3 && modrm_rm == 4) {
143 
144 			/* add/sub reg, %rsp */
145 			ADD_OP(op) {
146 				op->src.type = OP_SRC_ADD;
147 				op->src.reg = op_to_cfi_reg[modrm_reg][rex_r];
148 				op->dest.type = OP_DEST_REG;
149 				op->dest.reg = CFI_SP;
150 			}
151 		}
152 		break;
153 
154 	case 0x50 ... 0x57:
155 
156 		/* push reg */
157 		ADD_OP(op) {
158 			op->src.type = OP_SRC_REG;
159 			op->src.reg = op_to_cfi_reg[op1 & 0x7][rex_b];
160 			op->dest.type = OP_DEST_PUSH;
161 		}
162 
163 		break;
164 
165 	case 0x58 ... 0x5f:
166 
167 		/* pop reg */
168 		ADD_OP(op) {
169 			op->src.type = OP_SRC_POP;
170 			op->dest.type = OP_DEST_REG;
171 			op->dest.reg = op_to_cfi_reg[op1 & 0x7][rex_b];
172 		}
173 
174 		break;
175 
176 	case 0x68:
177 	case 0x6a:
178 		/* push immediate */
179 		ADD_OP(op) {
180 			op->src.type = OP_SRC_CONST;
181 			op->dest.type = OP_DEST_PUSH;
182 		}
183 		break;
184 
185 	case 0x70 ... 0x7f:
186 		*type = INSN_JUMP_CONDITIONAL;
187 		break;
188 
189 	case 0x81:
190 	case 0x83:
191 		if (rex != 0x48)
192 			break;
193 
194 		if (modrm == 0xe4) {
195 			/* and imm, %rsp */
196 			ADD_OP(op) {
197 				op->src.type = OP_SRC_AND;
198 				op->src.reg = CFI_SP;
199 				op->src.offset = insn.immediate.value;
200 				op->dest.type = OP_DEST_REG;
201 				op->dest.reg = CFI_SP;
202 			}
203 			break;
204 		}
205 
206 		if (modrm == 0xc4)
207 			sign = 1;
208 		else if (modrm == 0xec)
209 			sign = -1;
210 		else
211 			break;
212 
213 		/* add/sub imm, %rsp */
214 		ADD_OP(op) {
215 			op->src.type = OP_SRC_ADD;
216 			op->src.reg = CFI_SP;
217 			op->src.offset = insn.immediate.value * sign;
218 			op->dest.type = OP_DEST_REG;
219 			op->dest.reg = CFI_SP;
220 		}
221 		break;
222 
223 	case 0x89:
224 		if (rex_w && !rex_r && modrm_mod == 3 && modrm_reg == 4) {
225 
226 			/* mov %rsp, reg */
227 			ADD_OP(op) {
228 				op->src.type = OP_SRC_REG;
229 				op->src.reg = CFI_SP;
230 				op->dest.type = OP_DEST_REG;
231 				op->dest.reg = op_to_cfi_reg[modrm_rm][rex_b];
232 			}
233 			break;
234 		}
235 
236 		if (rex_w && !rex_b && modrm_mod == 3 && modrm_rm == 4) {
237 
238 			/* mov reg, %rsp */
239 			ADD_OP(op) {
240 				op->src.type = OP_SRC_REG;
241 				op->src.reg = op_to_cfi_reg[modrm_reg][rex_r];
242 				op->dest.type = OP_DEST_REG;
243 				op->dest.reg = CFI_SP;
244 			}
245 			break;
246 		}
247 
248 		/* fallthrough */
249 	case 0x88:
250 		if (!rex_b &&
251 		    (modrm_mod == 1 || modrm_mod == 2) && modrm_rm == 5) {
252 
253 			/* mov reg, disp(%rbp) */
254 			ADD_OP(op) {
255 				op->src.type = OP_SRC_REG;
256 				op->src.reg = op_to_cfi_reg[modrm_reg][rex_r];
257 				op->dest.type = OP_DEST_REG_INDIRECT;
258 				op->dest.reg = CFI_BP;
259 				op->dest.offset = insn.displacement.value;
260 			}
261 
262 		} else if (rex_w && !rex_b && modrm_rm == 4 && sib == 0x24) {
263 
264 			/* mov reg, disp(%rsp) */
265 			ADD_OP(op) {
266 				op->src.type = OP_SRC_REG;
267 				op->src.reg = op_to_cfi_reg[modrm_reg][rex_r];
268 				op->dest.type = OP_DEST_REG_INDIRECT;
269 				op->dest.reg = CFI_SP;
270 				op->dest.offset = insn.displacement.value;
271 			}
272 		}
273 
274 		break;
275 
276 	case 0x8b:
277 		if (rex_w && !rex_b && modrm_mod == 1 && modrm_rm == 5) {
278 
279 			/* mov disp(%rbp), reg */
280 			ADD_OP(op) {
281 				op->src.type = OP_SRC_REG_INDIRECT;
282 				op->src.reg = CFI_BP;
283 				op->src.offset = insn.displacement.value;
284 				op->dest.type = OP_DEST_REG;
285 				op->dest.reg = op_to_cfi_reg[modrm_reg][rex_r];
286 			}
287 
288 		} else if (rex_w && !rex_b && sib == 0x24 &&
289 			   modrm_mod != 3 && modrm_rm == 4) {
290 
291 			/* mov disp(%rsp), reg */
292 			ADD_OP(op) {
293 				op->src.type = OP_SRC_REG_INDIRECT;
294 				op->src.reg = CFI_SP;
295 				op->src.offset = insn.displacement.value;
296 				op->dest.type = OP_DEST_REG;
297 				op->dest.reg = op_to_cfi_reg[modrm_reg][rex_r];
298 			}
299 		}
300 
301 		break;
302 
303 	case 0x8d:
304 		if (sib == 0x24 && rex_w && !rex_b && !rex_x) {
305 
306 			ADD_OP(op) {
307 				if (!insn.displacement.value) {
308 					/* lea (%rsp), reg */
309 					op->src.type = OP_SRC_REG;
310 				} else {
311 					/* lea disp(%rsp), reg */
312 					op->src.type = OP_SRC_ADD;
313 					op->src.offset = insn.displacement.value;
314 				}
315 				op->src.reg = CFI_SP;
316 				op->dest.type = OP_DEST_REG;
317 				op->dest.reg = op_to_cfi_reg[modrm_reg][rex_r];
318 			}
319 
320 		} else if (rex == 0x48 && modrm == 0x65) {
321 
322 			/* lea disp(%rbp), %rsp */
323 			ADD_OP(op) {
324 				op->src.type = OP_SRC_ADD;
325 				op->src.reg = CFI_BP;
326 				op->src.offset = insn.displacement.value;
327 				op->dest.type = OP_DEST_REG;
328 				op->dest.reg = CFI_SP;
329 			}
330 
331 		} else if (rex == 0x49 && modrm == 0x62 &&
332 			   insn.displacement.value == -8) {
333 
334 			/*
335 			 * lea -0x8(%r10), %rsp
336 			 *
337 			 * Restoring rsp back to its original value after a
338 			 * stack realignment.
339 			 */
340 			ADD_OP(op) {
341 				op->src.type = OP_SRC_ADD;
342 				op->src.reg = CFI_R10;
343 				op->src.offset = -8;
344 				op->dest.type = OP_DEST_REG;
345 				op->dest.reg = CFI_SP;
346 			}
347 
348 		} else if (rex == 0x49 && modrm == 0x65 &&
349 			   insn.displacement.value == -16) {
350 
351 			/*
352 			 * lea -0x10(%r13), %rsp
353 			 *
354 			 * Restoring rsp back to its original value after a
355 			 * stack realignment.
356 			 */
357 			ADD_OP(op) {
358 				op->src.type = OP_SRC_ADD;
359 				op->src.reg = CFI_R13;
360 				op->src.offset = -16;
361 				op->dest.type = OP_DEST_REG;
362 				op->dest.reg = CFI_SP;
363 			}
364 		}
365 
366 		break;
367 
368 	case 0x8f:
369 		/* pop to mem */
370 		ADD_OP(op) {
371 			op->src.type = OP_SRC_POP;
372 			op->dest.type = OP_DEST_MEM;
373 		}
374 		break;
375 
376 	case 0x90:
377 		*type = INSN_NOP;
378 		break;
379 
380 	case 0x9c:
381 		/* pushf */
382 		ADD_OP(op) {
383 			op->src.type = OP_SRC_CONST;
384 			op->dest.type = OP_DEST_PUSHF;
385 		}
386 		break;
387 
388 	case 0x9d:
389 		/* popf */
390 		ADD_OP(op) {
391 			op->src.type = OP_SRC_POPF;
392 			op->dest.type = OP_DEST_MEM;
393 		}
394 		break;
395 
396 	case 0x0f:
397 
398 		if (op2 == 0x01) {
399 
400 			if (modrm == 0xca)
401 				*type = INSN_CLAC;
402 			else if (modrm == 0xcb)
403 				*type = INSN_STAC;
404 
405 		} else if (op2 >= 0x80 && op2 <= 0x8f) {
406 
407 			*type = INSN_JUMP_CONDITIONAL;
408 
409 		} else if (op2 == 0x05 || op2 == 0x07 || op2 == 0x34 ||
410 			   op2 == 0x35) {
411 
412 			/* sysenter, sysret */
413 			*type = INSN_CONTEXT_SWITCH;
414 
415 		} else if (op2 == 0x0b || op2 == 0xb9) {
416 
417 			/* ud2 */
418 			*type = INSN_BUG;
419 
420 		} else if (op2 == 0x0d || op2 == 0x1f) {
421 
422 			/* nopl/nopw */
423 			*type = INSN_NOP;
424 
425 		} else if (op2 == 0xa0 || op2 == 0xa8) {
426 
427 			/* push fs/gs */
428 			ADD_OP(op) {
429 				op->src.type = OP_SRC_CONST;
430 				op->dest.type = OP_DEST_PUSH;
431 			}
432 
433 		} else if (op2 == 0xa1 || op2 == 0xa9) {
434 
435 			/* pop fs/gs */
436 			ADD_OP(op) {
437 				op->src.type = OP_SRC_POP;
438 				op->dest.type = OP_DEST_MEM;
439 			}
440 		}
441 
442 		break;
443 
444 	case 0xc9:
445 		/*
446 		 * leave
447 		 *
448 		 * equivalent to:
449 		 * mov bp, sp
450 		 * pop bp
451 		 */
452 		ADD_OP(op)
453 			op->dest.type = OP_DEST_LEAVE;
454 
455 		break;
456 
457 	case 0xe3:
458 		/* jecxz/jrcxz */
459 		*type = INSN_JUMP_CONDITIONAL;
460 		break;
461 
462 	case 0xe9:
463 	case 0xeb:
464 		*type = INSN_JUMP_UNCONDITIONAL;
465 		break;
466 
467 	case 0xc2:
468 	case 0xc3:
469 		*type = INSN_RETURN;
470 		break;
471 
472 	case 0xcf: /* iret */
473 		/*
474 		 * Handle sync_core(), which has an IRET to self.
475 		 * All other IRET are in STT_NONE entry code.
476 		 */
477 		sym = find_symbol_containing(sec, offset);
478 		if (sym && sym->type == STT_FUNC) {
479 			ADD_OP(op) {
480 				/* add $40, %rsp */
481 				op->src.type = OP_SRC_ADD;
482 				op->src.reg = CFI_SP;
483 				op->src.offset = 5*8;
484 				op->dest.type = OP_DEST_REG;
485 				op->dest.reg = CFI_SP;
486 			}
487 			break;
488 		}
489 
490 		/* fallthrough */
491 
492 	case 0xca: /* retf */
493 	case 0xcb: /* retf */
494 		*type = INSN_CONTEXT_SWITCH;
495 		break;
496 
497 	case 0xe8:
498 		*type = INSN_CALL;
499 		/*
500 		 * For the impact on the stack, a CALL behaves like
501 		 * a PUSH of an immediate value (the return address).
502 		 */
503 		ADD_OP(op) {
504 			op->src.type = OP_SRC_CONST;
505 			op->dest.type = OP_DEST_PUSH;
506 		}
507 		break;
508 
509 	case 0xfc:
510 		*type = INSN_CLD;
511 		break;
512 
513 	case 0xfd:
514 		*type = INSN_STD;
515 		break;
516 
517 	case 0xff:
518 		if (modrm_reg == 2 || modrm_reg == 3)
519 
520 			*type = INSN_CALL_DYNAMIC;
521 
522 		else if (modrm_reg == 4)
523 
524 			*type = INSN_JUMP_DYNAMIC;
525 
526 		else if (modrm_reg == 5)
527 
528 			/* jmpf */
529 			*type = INSN_CONTEXT_SWITCH;
530 
531 		else if (modrm_reg == 6) {
532 
533 			/* push from mem */
534 			ADD_OP(op) {
535 				op->src.type = OP_SRC_CONST;
536 				op->dest.type = OP_DEST_PUSH;
537 			}
538 		}
539 
540 		break;
541 
542 	default:
543 		break;
544 	}
545 
546 	*immediate = insn.immediate.nbytes ? insn.immediate.value : 0;
547 
548 	return 0;
549 }
550 
551 void arch_initial_func_cfi_state(struct cfi_init_state *state)
552 {
553 	int i;
554 
555 	for (i = 0; i < CFI_NUM_REGS; i++) {
556 		state->regs[i].base = CFI_UNDEFINED;
557 		state->regs[i].offset = 0;
558 	}
559 
560 	/* initial CFA (call frame address) */
561 	state->cfa.base = CFI_SP;
562 	state->cfa.offset = 8;
563 
564 	/* initial RA (return address) */
565 	state->regs[16].base = CFI_CFA;
566 	state->regs[16].offset = -8;
567 }
568