arch/powerpc/mm/pgtable_64.c

   1 /*
   2  *  This file contains ioremap and related functions for 64-bit machines.
   3  *
   4  *  Derived from arch/ppc64/mm/init.c
   5  *    Copyright (C) 1995-1996 Gary Thomas (gdt@linuxppc.org)
   6  *
   7  *  Modifications by Paul Mackerras (PowerMac) (paulus@samba.org)
   8  *  and Cort Dougan (PReP) (cort@cs.nmt.edu)
   9  *    Copyright (C) 1996 Paul Mackerras
  10  *
  11  *  Derived from "arch/i386/mm/init.c"
  12  *    Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
  13  *
  14  *  Dave Engebretsen <engebret@us.ibm.com>
  15  *      Rework for PPC64 port.
  16  *
  17  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
  18  *  modify it under the terms of the GNU General Public License
  19  *  as published by the Free Software Foundation; either version
  20  *  2 of the License, or (at your option) any later version.
  21  *
  22  */
  23
  24 #include <linux/signal.h>
  25 #include <linux/sched.h>
  26 #include <linux/kernel.h>
  27 #include <linux/errno.h>
  28 #include <linux/string.h>
  29 #include <linux/export.h>
  30 #include <linux/types.h>
  31 #include <linux/mman.h>
  32 #include <linux/mm.h>
  33 #include <linux/swap.h>
  34 #include <linux/stddef.h>
  35 #include <linux/vmalloc.h>
  36 #include <linux/memblock.h>
  37 #include <linux/slab.h>
  38 #include <linux/hugetlb.h>
  39
  40 #include <asm/pgalloc.h>
  41 #include <asm/page.h>
  42 #include <asm/prom.h>
  43 #include <asm/io.h>
  44 #include <asm/mmu_context.h>
  45 #include <asm/pgtable.h>
  46 #include <asm/mmu.h>
  47 #include <asm/smp.h>
  48 #include <asm/machdep.h>
  49 #include <asm/tlb.h>
  50 #include <asm/processor.h>
  51 #include <asm/cputable.h>
  52 #include <asm/sections.h>
  53 #include <asm/firmware.h>
  54 #include <asm/dma.h>
  55 #include <asm/powernv.h>
  56
  57 #include "mmu_decl.h"
  58
  59 #ifdef CONFIG_PPC_STD_MMU_64
  60 #if TASK_SIZE_USER64 > (1UL << (ESID_BITS + SID_SHIFT))
  61 #error TASK_SIZE_USER64 exceeds user VSID range
  62 #endif
  63 #endif
  64
  65 #ifdef CONFIG_PPC_BOOK3S_64
  66 /*
  67  * partition table and process table for ISA 3.0
  68  */
  69 struct prtb_entry *process_tb;
  70 struct patb_entry *partition_tb;
  71 /*
  72  * page table size
  73  */
  74 unsigned long __pte_index_size;
  75 EXPORT_SYMBOL(__pte_index_size);
  76 unsigned long __pmd_index_size;
  77 EXPORT_SYMBOL(__pmd_index_size);
  78 unsigned long __pud_index_size;
  79 EXPORT_SYMBOL(__pud_index_size);
  80 unsigned long __pgd_index_size;
  81 EXPORT_SYMBOL(__pgd_index_size);
  82 unsigned long __pmd_cache_index;
  83 EXPORT_SYMBOL(__pmd_cache_index);
  84 unsigned long __pte_table_size;
  85 EXPORT_SYMBOL(__pte_table_size);
  86 unsigned long __pmd_table_size;
  87 EXPORT_SYMBOL(__pmd_table_size);
  88 unsigned long __pud_table_size;
  89 EXPORT_SYMBOL(__pud_table_size);
  90 unsigned long __pgd_table_size;
  91 EXPORT_SYMBOL(__pgd_table_size);
  92 unsigned long __pmd_val_bits;
  93 EXPORT_SYMBOL(__pmd_val_bits);
  94 unsigned long __pud_val_bits;
  95 EXPORT_SYMBOL(__pud_val_bits);
  96 unsigned long __pgd_val_bits;
  97 EXPORT_SYMBOL(__pgd_val_bits);
  98 unsigned long __kernel_virt_start;
  99 EXPORT_SYMBOL(__kernel_virt_start);
 100 unsigned long __kernel_virt_size;
 101 EXPORT_SYMBOL(__kernel_virt_size);
 102 unsigned long __vmalloc_start;
 103 EXPORT_SYMBOL(__vmalloc_start);
 104 unsigned long __vmalloc_end;
 105 EXPORT_SYMBOL(__vmalloc_end);
 106 struct page *vmemmap;
 107 EXPORT_SYMBOL(vmemmap);
 108 unsigned long __pte_frag_nr;
 109 EXPORT_SYMBOL(__pte_frag_nr);
 110 unsigned long __pte_frag_size_shift;
 111 EXPORT_SYMBOL(__pte_frag_size_shift);
 112 unsigned long ioremap_bot;
 113 #else /* !CONFIG_PPC_BOOK3S_64 */
 114 unsigned long ioremap_bot = IOREMAP_BASE;
 115 #endif
 116
 117 /**
 118  * __ioremap_at - Low level function to establish the page tables
 119  *                for an IO mapping
 120  */
 121 void __iomem * __ioremap_at(phys_addr_t pa, void *ea, unsigned long size,
 122                             unsigned long flags)
 123 {
 124         unsigned long i;
 125
 126         /* Make sure we have the base flags */
 127         if ((flags & _PAGE_PRESENT) == 0)
 128                 flags |= pgprot_val(PAGE_KERNEL);
 129
 130         /* We don't support the 4K PFN hack with ioremap */
 131         if (flags & H_PAGE_4K_PFN)
 132                 return NULL;
 133
 134         WARN_ON(pa & ~PAGE_MASK);
 135         WARN_ON(((unsigned long)ea) & ~PAGE_MASK);
 136         WARN_ON(size & ~PAGE_MASK);
 137
 138         for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE)
 139                 if (map_kernel_page((unsigned long)ea+i, pa+i, flags))
 140                         return NULL;
 141
 142         return (void __iomem *)ea;
 143 }
 144
 145 /**
 146  * __iounmap_from - Low level function to tear down the page tables
 147  *                  for an IO mapping. This is used for mappings that
 148  *                  are manipulated manually, like partial unmapping of
 149  *                  PCI IOs or ISA space.
 150  */
 151 void __iounmap_at(void *ea, unsigned long size)
 152 {
 153         WARN_ON(((unsigned long)ea) & ~PAGE_MASK);
 154         WARN_ON(size & ~PAGE_MASK);
 155
 156         unmap_kernel_range((unsigned long)ea, size);
 157 }
 158
 159 void __iomem * __ioremap_caller(phys_addr_t addr, unsigned long size,
 160                                 unsigned long flags, void *caller)
 161 {
 162         phys_addr_t paligned;
 163         void __iomem *ret;
 164
 165         /*
 166          * Choose an address to map it to.
 167          * Once the imalloc system is running, we use it.
 168          * Before that, we map using addresses going
 169          * up from ioremap_bot.  imalloc will use
 170          * the addresses from ioremap_bot through
 171          * IMALLOC_END
 172          *
 173          */
 174         paligned = addr & PAGE_MASK;
 175         size = PAGE_ALIGN(addr + size) - paligned;
 176
 177         if ((size == 0) || (paligned == 0))
 178                 return NULL;
 179
 180         if (slab_is_available()) {
 181                 struct vm_struct *area;
 182
 183                 area = __get_vm_area_caller(size, VM_IOREMAP,
 184                                             ioremap_bot, IOREMAP_END,
 185                                             caller);
 186                 if (area == NULL)
 187                         return NULL;
 188
 189                 area->phys_addr = paligned;
 190                 ret = __ioremap_at(paligned, area->addr, size, flags);
 191                 if (!ret)
 192                         vunmap(area->addr);
 193         } else {
 194                 ret = __ioremap_at(paligned, (void *)ioremap_bot, size, flags);
 195                 if (ret)
 196                         ioremap_bot += size;
 197         }
 198
 199         if (ret)
 200                 ret += addr & ~PAGE_MASK;
 201         return ret;
 202 }
 203
 204 void __iomem * __ioremap(phys_addr_t addr, unsigned long size,
 205                          unsigned long flags)
 206 {
 207         return __ioremap_caller(addr, size, flags, __builtin_return_address(0));
 208 }
 209
 210 void __iomem * ioremap(phys_addr_t addr, unsigned long size)
 211 {
 212         unsigned long flags = pgprot_val(pgprot_noncached(__pgprot(0)));
 213         void *caller = __builtin_return_address(0);
 214
 215         if (ppc_md.ioremap)
 216                 return ppc_md.ioremap(addr, size, flags, caller);
 217         return __ioremap_caller(addr, size, flags, caller);
 218 }
 219
 220 void __iomem * ioremap_wc(phys_addr_t addr, unsigned long size)
 221 {
 222         unsigned long flags = pgprot_val(pgprot_noncached_wc(__pgprot(0)));
 223         void *caller = __builtin_return_address(0);
 224
 225         if (ppc_md.ioremap)
 226                 return ppc_md.ioremap(addr, size, flags, caller);
 227         return __ioremap_caller(addr, size, flags, caller);
 228 }
 229
 230 void __iomem * ioremap_prot(phys_addr_t addr, unsigned long size,
 231                              unsigned long flags)
 232 {
 233         void *caller = __builtin_return_address(0);
 234
 235         /* writeable implies dirty for kernel addresses */
 236         if (flags & _PAGE_WRITE)
 237                 flags |= _PAGE_DIRTY;
 238
 239         /* we don't want to let _PAGE_EXEC leak out */
 240         flags &= ~_PAGE_EXEC;
 241         /*
 242          * Force kernel mapping.
 243          */
 244 #if defined(CONFIG_PPC_BOOK3S_64)
 245         flags |= _PAGE_PRIVILEGED;
 246 #else
 247         flags &= ~_PAGE_USER;
 248 #endif
 249
 250
 251 #ifdef _PAGE_BAP_SR
 252         /* _PAGE_USER contains _PAGE_BAP_SR on BookE using the new PTE format
 253          * which means that we just cleared supervisor access... oops ;-) This
 254          * restores it
 255          */
 256         flags |= _PAGE_BAP_SR;
 257 #endif
 258
 259         if (ppc_md.ioremap)
 260                 return ppc_md.ioremap(addr, size, flags, caller);
 261         return __ioremap_caller(addr, size, flags, caller);
 262 }
 263
 264
 265 /*
 266  * Unmap an IO region and remove it from imalloc'd list.
 267  * Access to IO memory should be serialized by driver.
 268  */
 269 void __iounmap(volatile void __iomem *token)
 270 {
 271         void *addr;
 272
 273         if (!slab_is_available())
 274                 return;
 275
 276         addr = (void *) ((unsigned long __force)
 277                          PCI_FIX_ADDR(token) & PAGE_MASK);
 278         if ((unsigned long)addr < ioremap_bot) {
 279                 printk(KERN_WARNING "Attempt to iounmap early bolted mapping"
 280                        " at 0x%p\n", addr);
 281                 return;
 282         }
 283         vunmap(addr);
 284 }
 285
 286 void iounmap(volatile void __iomem *token)
 287 {
 288         if (ppc_md.iounmap)
 289                 ppc_md.iounmap(token);
 290         else
 291                 __iounmap(token);
 292 }
 293
 294 EXPORT_SYMBOL(ioremap);
 295 EXPORT_SYMBOL(ioremap_wc);
 296 EXPORT_SYMBOL(ioremap_prot);
 297 EXPORT_SYMBOL(__ioremap);
 298 EXPORT_SYMBOL(__ioremap_at);
 299 EXPORT_SYMBOL(iounmap);
 300 EXPORT_SYMBOL(__iounmap);
 301 EXPORT_SYMBOL(__iounmap_at);
 302
 303 #ifndef __PAGETABLE_PUD_FOLDED
 304 /* 4 level page table */
 305 struct page *pgd_page(pgd_t pgd)
 306 {
 307         if (pgd_huge(pgd))
 308                 return pte_page(pgd_pte(pgd));
 309         return virt_to_page(pgd_page_vaddr(pgd));
 310 }
 311 #endif
 312
 313 struct page *pud_page(pud_t pud)
 314 {
 315         if (pud_huge(pud))
 316                 return pte_page(pud_pte(pud));
 317         return virt_to_page(pud_page_vaddr(pud));
 318 }
 319
 320 /*
 321  * For hugepage we have pfn in the pmd, we use PTE_RPN_SHIFT bits for flags
 322  * For PTE page, we have a PTE_FRAG_SIZE (4K) aligned virtual address.
 323  */
 324 struct page *pmd_page(pmd_t pmd)
 325 {
 326         if (pmd_trans_huge(pmd) || pmd_huge(pmd))
 327                 return pte_page(pmd_pte(pmd));
 328         return virt_to_page(pmd_page_vaddr(pmd));
 329 }
 330
 331 #ifdef CONFIG_PPC_64K_PAGES
 332 static pte_t *get_from_cache(struct mm_struct *mm)
 333 {
 334         void *pte_frag, *ret;
 335
 336         spin_lock(&mm->page_table_lock);
 337         ret = mm->context.pte_frag;
 338         if (ret) {
 339                 pte_frag = ret + PTE_FRAG_SIZE;
 340                 /*
 341                  * If we have taken up all the fragments mark PTE page NULL
 342                  */
 343                 if (((unsigned long)pte_frag & ~PAGE_MASK) == 0)
 344                         pte_frag = NULL;
 345                 mm->context.pte_frag = pte_frag;
 346         }
 347         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
 348         return (pte_t *)ret;
 349 }
 350
 351 static pte_t *__alloc_for_cache(struct mm_struct *mm, int kernel)
 352 {
 353         void *ret = NULL;
 354         struct page *page = alloc_page(GFP_KERNEL | __GFP_NOTRACK | __GFP_ZERO);
 355         if (!page)
 356                 return NULL;
 357         if (!kernel && !pgtable_page_ctor(page)) {
 358                 __free_page(page);
 359                 return NULL;
 360         }
 361
 362         ret = page_address(page);
 363         spin_lock(&mm->page_table_lock);
 364         /*
 365          * If we find pgtable_page set, we return
 366          * the allocated page with single fragement
 367          * count.
 368          */
 369         if (likely(!mm->context.pte_frag)) {
 370                 set_page_count(page, PTE_FRAG_NR);
 371                 mm->context.pte_frag = ret + PTE_FRAG_SIZE;
 372         }
 373         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
 374
 375         return (pte_t *)ret;
 376 }
 377
 378 pte_t *pte_fragment_alloc(struct mm_struct *mm, unsigned long vmaddr, int kernel)
 379 {
 380         pte_t *pte;
 381
 382         pte = get_from_cache(mm);
 383         if (pte)
 384                 return pte;
 385
 386         return __alloc_for_cache(mm, kernel);
 387 }
 388 #endif /* CONFIG_PPC_64K_PAGES */
 389
 390 void pte_fragment_free(unsigned long *table, int kernel)
 391 {
 392         struct page *page = virt_to_page(table);
 393         if (put_page_testzero(page)) {
 394                 if (!kernel)
 395                         pgtable_page_dtor(page);
 396                 free_hot_cold_page(page, 0);
 397         }
 398 }
 399
 400 #ifdef CONFIG_SMP
 401 void pgtable_free_tlb(struct mmu_gather *tlb, void *table, int shift)
 402 {
 403         unsigned long pgf = (unsigned long)table;
 404
 405         BUG_ON(shift > MAX_PGTABLE_INDEX_SIZE);
 406         pgf |= shift;
 407         tlb_remove_table(tlb, (void *)pgf);
 408 }
 409
 410 void __tlb_remove_table(void *_table)
 411 {
 412         void *table = (void *)((unsigned long)_table & ~MAX_PGTABLE_INDEX_SIZE);
 413         unsigned shift = (unsigned long)_table & MAX_PGTABLE_INDEX_SIZE;
 414
 415         if (!shift)
 416                 /* PTE page needs special handling */
 417                 pte_fragment_free(table, 0);
 418         else {
 419                 BUG_ON(shift > MAX_PGTABLE_INDEX_SIZE);
 420                 kmem_cache_free(PGT_CACHE(shift), table);
 421         }
 422 }
 423 #else
 424 void pgtable_free_tlb(struct mmu_gather *tlb, void *table, int shift)
 425 {
 426         if (!shift) {
 427                 /* PTE page needs special handling */
 428                 pte_fragment_free(table, 0);
 429         } else {
 430                 BUG_ON(shift > MAX_PGTABLE_INDEX_SIZE);
 431                 kmem_cache_free(PGT_CACHE(shift), table);
 432         }
 433 }
 434 #endif
 435
 436 #ifdef CONFIG_PPC_BOOK3S_64
 437 void __init mmu_partition_table_init(void)
 438 {
 439         unsigned long patb_size = 1UL << PATB_SIZE_SHIFT;
 440         unsigned long ptcr;
 441
 442         BUILD_BUG_ON_MSG((PATB_SIZE_SHIFT > 36), "Partition table size too large.");
 443         partition_tb = __va(memblock_alloc_base(patb_size, patb_size,
 444                                                 MEMBLOCK_ALLOC_ANYWHERE));
 445
 446         /* Initialize the Partition Table with no entries */
 447         memset((void *)partition_tb, 0, patb_size);
 448
 449         /*
 450          * update partition table control register,
 451          * 64 K size.
 452          */
 453         ptcr = __pa(partition_tb) | (PATB_SIZE_SHIFT - 12);
 454         mtspr(SPRN_PTCR, ptcr);
 455         powernv_set_nmmu_ptcr(ptcr);
 456 }
 457
 458 void mmu_partition_table_set_entry(unsigned int lpid, unsigned long dw0,
 459                                    unsigned long dw1)
 460 {
 461         unsigned long old = be64_to_cpu(partition_tb[lpid].patb0);
 462
 463         partition_tb[lpid].patb0 = cpu_to_be64(dw0);
 464         partition_tb[lpid].patb1 = cpu_to_be64(dw1);
 465
 466         /*
 467          * Global flush of TLBs and partition table caches for this lpid.
 468          * The type of flush (hash or radix) depends on what the previous
 469          * use of this partition ID was, not the new use.
 470          */
 471         asm volatile("ptesync" : : : "memory");
 472         if (old & PATB_HR)
 473                 asm volatile(PPC_TLBIE_5(%0,%1,2,0,1) : :
 474                              "r" (TLBIEL_INVAL_SET_LPID), "r" (lpid));
 475         else
 476                 asm volatile(PPC_TLBIE_5(%0,%1,2,0,0) : :
 477                              "r" (TLBIEL_INVAL_SET_LPID), "r" (lpid));
 478         asm volatile("eieio; tlbsync; ptesync" : : : "memory");
 479 }
 480 EXPORT_SYMBOL_GPL(mmu_partition_table_set_entry);
 481 #endif /* CONFIG_PPC_BOOK3S_64 */