include/asm-ppc64/mmu.h

   1 /*
   2  * PowerPC memory management structures
   3  *
   4  * Dave Engebretsen & Mike Corrigan <{engebret|mikejc}@us.ibm.com>
   5  *   PPC64 rework.
   6  *
   7  * This program is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU General Public License
   9  * as published by the Free Software Foundation; either version
  10  * 2 of the License, or (at your option) any later version.
  11  */
  12
  13 #ifndef _PPC64_MMU_H_
  14 #define _PPC64_MMU_H_
  15
  16 #include <linux/config.h>
  17 #include <asm/ppc_asm.h> /* for ASM_CONST */
  18 #include <asm/page.h>
  19
  20 /*
  21  * Segment table
  22  */
  23
  24 #define STE_ESID_V      0x80
  25 #define STE_ESID_KS     0x20
  26 #define STE_ESID_KP     0x10
  27 #define STE_ESID_N      0x08
  28
  29 #define STE_VSID_SHIFT  12
  30
  31 /* Location of cpu0's segment table */
  32 #define STAB0_PAGE      0x6
  33 #define STAB0_PHYS_ADDR (STAB0_PAGE<<12)
  34
  35 #ifndef __ASSEMBLY__
  36 extern char initial_stab[];
  37 #endif /* ! __ASSEMBLY */
  38
  39 /*
  40  * SLB
  41  */
  42
  43 #define SLB_NUM_BOLTED          3
  44 #define SLB_CACHE_ENTRIES       8
  45
  46 /* Bits in the SLB ESID word */
  47 #define SLB_ESID_V              ASM_CONST(0x0000000008000000) /* valid */
  48
  49 /* Bits in the SLB VSID word */
  50 #define SLB_VSID_SHIFT          12
  51 #define SLB_VSID_KS             ASM_CONST(0x0000000000000800)
  52 #define SLB_VSID_KP             ASM_CONST(0x0000000000000400)
  53 #define SLB_VSID_N              ASM_CONST(0x0000000000000200) /* no-execute */
  54 #define SLB_VSID_L              ASM_CONST(0x0000000000000100) /* largepage */
  55 #define SLB_VSID_C              ASM_CONST(0x0000000000000080) /* class */
  56 #define SLB_VSID_LS             ASM_CONST(0x0000000000000070) /* size of largepage */
  57
  58 #define SLB_VSID_KERNEL         (SLB_VSID_KP)
  59 #define SLB_VSID_USER           (SLB_VSID_KP|SLB_VSID_KS|SLB_VSID_C)
  60
  61 #define SLBIE_C                 (0x08000000)
  62
  63 /*
  64  * Hash table
  65  */
  66
  67 #define HPTES_PER_GROUP 8
  68
  69 #define HPTE_V_AVPN_SHIFT       7
  70 #define HPTE_V_AVPN             ASM_CONST(0xffffffffffffff80)
  71 #define HPTE_V_AVPN_VAL(x)      (((x) & HPTE_V_AVPN) >> HPTE_V_AVPN_SHIFT)
  72 #define HPTE_V_BOLTED           ASM_CONST(0x0000000000000010)
  73 #define HPTE_V_LOCK             ASM_CONST(0x0000000000000008)
  74 #define HPTE_V_LARGE            ASM_CONST(0x0000000000000004)
  75 #define HPTE_V_SECONDARY        ASM_CONST(0x0000000000000002)
  76 #define HPTE_V_VALID            ASM_CONST(0x0000000000000001)
  77
  78 #define HPTE_R_PP0              ASM_CONST(0x8000000000000000)
  79 #define HPTE_R_TS               ASM_CONST(0x4000000000000000)
  80 #define HPTE_R_RPN_SHIFT        12
  81 #define HPTE_R_RPN              ASM_CONST(0x3ffffffffffff000)
  82 #define HPTE_R_FLAGS            ASM_CONST(0x00000000000003ff)
  83 #define HPTE_R_PP               ASM_CONST(0x0000000000000003)
  84
  85 /* Values for PP (assumes Ks=0, Kp=1) */
  86 /* pp0 will always be 0 for linux     */
  87 #define PP_RWXX 0       /* Supervisor read/write, User none */
  88 #define PP_RWRX 1       /* Supervisor read/write, User read */
  89 #define PP_RWRW 2       /* Supervisor read/write, User read/write */
  90 #define PP_RXRX 3       /* Supervisor read,       User read */
  91
  92 #ifndef __ASSEMBLY__
  93
  94 typedef struct {
  95         unsigned long v;
  96         unsigned long r;
  97 } hpte_t;
  98
  99 extern hpte_t *htab_address;
 100 extern unsigned long htab_hash_mask;
 101
 102 static inline unsigned long hpt_hash(unsigned long vpn, int large)
 103 {
 104         unsigned long vsid;
 105         unsigned long page;
 106
 107         if (large) {
 108                 vsid = vpn >> 4;
 109                 page = vpn & 0xf;
 110         } else {
 111                 vsid = vpn >> 16;
 112                 page = vpn & 0xffff;
 113         }
 114
 115         return (vsid & 0x7fffffffffUL) ^ page;
 116 }
 117
 118 static inline void __tlbie(unsigned long va, int large)
 119 {
 120         /* clear top 16 bits, non SLS segment */
 121         va &= ~(0xffffULL << 48);
 122
 123         if (large) {
 124                 va &= HPAGE_MASK;
 125                 asm volatile("tlbie %0,1" : : "r"(va) : "memory");
 126         } else {
 127                 va &= PAGE_MASK;
 128                 asm volatile("tlbie %0,0" : : "r"(va) : "memory");
 129         }
 130 }
 131
 132 static inline void tlbie(unsigned long va, int large)
 133 {
 134         asm volatile("ptesync": : :"memory");
 135         __tlbie(va, large);
 136         asm volatile("eieio; tlbsync; ptesync": : :"memory");
 137 }
 138
 139 static inline void __tlbiel(unsigned long va)
 140 {
 141         /* clear top 16 bits, non SLS segment */
 142         va &= ~(0xffffULL << 48);
 143         va &= PAGE_MASK;
 144
 145         /*
 146          * Thanks to Alan Modra we are now able to use machine specific
 147          * assembly instructions (like tlbiel) by using the gas -many flag.
 148          * However we have to support older toolchains so for the moment
 149          * we hardwire it.
 150          */
 151 #if 0
 152         asm volatile("tlbiel %0" : : "r"(va) : "memory");
 153 #else
 154         asm volatile(".long 0x7c000224 | (%0 << 11)" : : "r"(va) : "memory");
 155 #endif
 156 }
 157
 158 static inline void tlbiel(unsigned long va)
 159 {
 160         asm volatile("ptesync": : :"memory");
 161         __tlbiel(va);
 162         asm volatile("ptesync": : :"memory");
 163 }
 164
 165 static inline unsigned long slot2va(unsigned long hpte_v, unsigned long slot)
 166 {
 167         unsigned long avpn = HPTE_V_AVPN_VAL(hpte_v);
 168         unsigned long va;
 169
 170         va = avpn << 23;
 171
 172         if (! (hpte_v & HPTE_V_LARGE)) {
 173                 unsigned long vpi, pteg;
 174
 175                 pteg = slot / HPTES_PER_GROUP;
 176                 if (hpte_v & HPTE_V_SECONDARY)
 177                         pteg = ~pteg;
 178
 179                 vpi = ((va >> 28) ^ pteg) & htab_hash_mask;
 180
 181                 va |= vpi << PAGE_SHIFT;
 182         }
 183
 184         return va;
 185 }
 186
 187 /*
 188  * Handle a fault by adding an HPTE. If the address can't be determined
 189  * to be valid via Linux page tables, return 1. If handled return 0
 190  */
 191 extern int __hash_page(unsigned long ea, unsigned long access,
 192                        unsigned long vsid, pte_t *ptep, unsigned long trap,
 193                        int local);
 194
 195 extern void htab_finish_init(void);
 196
 197 extern void hpte_init_native(void);
 198 extern void hpte_init_lpar(void);
 199 extern void hpte_init_iSeries(void);
 200
 201 extern long pSeries_lpar_hpte_insert(unsigned long hpte_group,
 202                                      unsigned long va, unsigned long prpn,
 203                                      unsigned long vflags,
 204                                      unsigned long rflags);
 205 extern long native_hpte_insert(unsigned long hpte_group, unsigned long va,
 206                                unsigned long prpn,
 207                                unsigned long vflags, unsigned long rflags);
 208
 209 extern long iSeries_hpte_bolt_or_insert(unsigned long hpte_group,
 210                 unsigned long va, unsigned long prpn,
 211                 unsigned long vflags, unsigned long rflags);
 212
 213 extern void stabs_alloc(void);
 214
 215 #endif /* __ASSEMBLY__ */
 216
 217 /*
 218  * VSID allocation
 219  *
 220  * We first generate a 36-bit "proto-VSID".  For kernel addresses this
 221  * is equal to the ESID, for user addresses it is:
 222  *      (context << 15) | (esid & 0x7fff)
 223  *
 224  * The two forms are distinguishable because the top bit is 0 for user
 225  * addresses, whereas the top two bits are 1 for kernel addresses.
 226  * Proto-VSIDs with the top two bits equal to 0b10 are reserved for
 227  * now.
 228  *
 229  * The proto-VSIDs are then scrambled into real VSIDs with the
 230  * multiplicative hash:
 231  *
 232  *      VSID = (proto-VSID * VSID_MULTIPLIER) % VSID_MODULUS
 233  *      where   VSID_MULTIPLIER = 268435399 = 0xFFFFFC7
 234  *              VSID_MODULUS = 2^36-1 = 0xFFFFFFFFF
 235  *
 236  * This scramble is only well defined for proto-VSIDs below
 237  * 0xFFFFFFFFF, so both proto-VSID and actual VSID 0xFFFFFFFFF are
 238  * reserved.  VSID_MULTIPLIER is prime, so in particular it is
 239  * co-prime to VSID_MODULUS, making this a 1:1 scrambling function.
 240  * Because the modulus is 2^n-1 we can compute it efficiently without
 241  * a divide or extra multiply (see below).
 242  *
 243  * This scheme has several advantages over older methods:
 244  *
 245  *      - We have VSIDs allocated for every kernel address
 246  * (i.e. everything above 0xC000000000000000), except the very top
 247  * segment, which simplifies several things.
 248  *
 249  *      - We allow for 15 significant bits of ESID and 20 bits of
 250  * context for user addresses.  i.e. 8T (43 bits) of address space for
 251  * up to 1M contexts (although the page table structure and context
 252  * allocation will need changes to take advantage of this).
 253  *
 254  *      - The scramble function gives robust scattering in the hash
 255  * table (at least based on some initial results).  The previous
 256  * method was more susceptible to pathological cases giving excessive
 257  * hash collisions.
 258  */
 259 /*
 260  * WARNING - If you change these you must make sure the asm
 261  * implementations in slb_allocate (slb_low.S), do_stab_bolted
 262  * (head.S) and ASM_VSID_SCRAMBLE (below) are changed accordingly.
 263  *
 264  * You'll also need to change the precomputed VSID values in head.S
 265  * which are used by the iSeries firmware.
 266  */
 267
 268 #define VSID_MULTIPLIER ASM_CONST(200730139)    /* 28-bit prime */
 269 #define VSID_BITS       36
 270 #define VSID_MODULUS    ((1UL<<VSID_BITS)-1)
 271
 272 #define CONTEXT_BITS    19
 273 #define USER_ESID_BITS  16
 274
 275 #define USER_VSID_RANGE (1UL << (USER_ESID_BITS + SID_SHIFT))
 276
 277 /*
 278  * This macro generates asm code to compute the VSID scramble
 279  * function.  Used in slb_allocate() and do_stab_bolted.  The function
 280  * computed is: (protovsid*VSID_MULTIPLIER) % VSID_MODULUS
 281  *
 282  *      rt = register continaing the proto-VSID and into which the
 283  *              VSID will be stored
 284  *      rx = scratch register (clobbered)
 285  *
 286  *      - rt and rx must be different registers
 287  *      - The answer will end up in the low 36 bits of rt.  The higher
 288  *        bits may contain other garbage, so you may need to mask the
 289  *        result.
 290  */
 291 #define ASM_VSID_SCRAMBLE(rt, rx)       \
 292         lis     rx,VSID_MULTIPLIER@h;                                   \
 293         ori     rx,rx,VSID_MULTIPLIER@l;                                \
 294         mulld   rt,rt,rx;               /* rt = rt * MULTIPLIER */      \
 295                                                                         \
 296         srdi    rx,rt,VSID_BITS;                                        \
 297         clrldi  rt,rt,(64-VSID_BITS);                                   \
 298         add     rt,rt,rx;               /* add high and low bits */     \
 299         /* Now, r3 == VSID (mod 2^36-1), and lies between 0 and         \
 300          * 2^36-1+2^28-1.  That in particular means that if r3 >=       \
 301          * 2^36-1, then r3+1 has the 2^36 bit set.  So, if r3+1 has     \
 302          * the bit clear, r3 already has the answer we want, if it      \
 303          * doesn't, the answer is the low 36 bits of r3+1.  So in all   \
 304          * cases the answer is the low 36 bits of (r3 + ((r3+1) >> 36))*/\
 305         addi    rx,rt,1;                                                \
 306         srdi    rx,rx,VSID_BITS;        /* extract 2^36 bit */          \
 307         add     rt,rt,rx
 308
 309
 310 #ifndef __ASSEMBLY__
 311
 312 typedef unsigned long mm_context_id_t;
 313
 314 typedef struct {
 315         mm_context_id_t id;
 316 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 317         u16 low_htlb_areas, high_htlb_areas;
 318 #endif
 319 } mm_context_t;
 320
 321
 322 static inline unsigned long vsid_scramble(unsigned long protovsid)
 323 {
 324 #if 0
 325         /* The code below is equivalent to this function for arguments
 326          * < 2^VSID_BITS, which is all this should ever be called
 327          * with.  However gcc is not clever enough to compute the
 328          * modulus (2^n-1) without a second multiply. */
 329         return ((protovsid * VSID_MULTIPLIER) % VSID_MODULUS);
 330 #else /* 1 */
 331         unsigned long x;
 332
 333         x = protovsid * VSID_MULTIPLIER;
 334         x = (x >> VSID_BITS) + (x & VSID_MODULUS);
 335         return (x + ((x+1) >> VSID_BITS)) & VSID_MODULUS;
 336 #endif /* 1 */
 337 }
 338
 339 /* This is only valid for addresses >= KERNELBASE */
 340 static inline unsigned long get_kernel_vsid(unsigned long ea)
 341 {
 342         return vsid_scramble(ea >> SID_SHIFT);
 343 }
 344
 345 /* This is only valid for user addresses (which are below 2^41) */
 346 static inline unsigned long get_vsid(unsigned long context, unsigned long ea)
 347 {
 348         return vsid_scramble((context << USER_ESID_BITS)
 349                              | (ea >> SID_SHIFT));
 350 }
 351
 352 #define VSID_SCRAMBLE(pvsid)    (((pvsid) * VSID_MULTIPLIER) % VSID_MODULUS)
 353 #define KERNEL_VSID(ea)         VSID_SCRAMBLE(GET_ESID(ea))
 354
 355 #endif /* __ASSEMBLY */
 356
 357 #endif /* _PPC64_MMU_H_ */