]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - arch/arc/mm/tlb.c
Merge git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/davem/ide
[karo-tx-linux.git] / arch / arc / mm / tlb.c
1 /*
2  * TLB Management (flush/create/diagnostics) for ARC700
3  *
4  * Copyright (C) 2004, 2007-2010, 2011-2012 Synopsys, Inc. (www.synopsys.com)
5  *
6  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
7  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
8  * published by the Free Software Foundation.
9  *
10  * vineetg: Aug 2011
11  *  -Reintroduce duplicate PD fixup - some customer chips still have the issue
12  *
13  * vineetg: May 2011
14  *  -No need to flush_cache_page( ) for each call to update_mmu_cache()
15  *   some of the LMBench tests improved amazingly
16  *      = page-fault thrice as fast (75 usec to 28 usec)
17  *      = mmap twice as fast (9.6 msec to 4.6 msec),
18  *      = fork (5.3 msec to 3.7 msec)
19  *
20  * vineetg: April 2011 :
21  *  -MMU v3: PD{0,1} bits layout changed: They don't overlap anymore,
22  *      helps avoid a shift when preparing PD0 from PTE
23  *
24  * vineetg: April 2011 : Preparing for MMU V3
25  *  -MMU v2/v3 BCRs decoded differently
26  *  -Remove TLB_SIZE hardcoding as it's variable now: 256 or 512
27  *  -tlb_entry_erase( ) can be void
28  *  -local_flush_tlb_range( ):
29  *      = need not "ceil" @end
30  *      = walks MMU only if range spans < 32 entries, as opposed to 256
31  *
32  * Vineetg: Sept 10th 2008
33  *  -Changes related to MMU v2 (Rel 4.8)
34  *
35  * Vineetg: Aug 29th 2008
36  *  -In TLB Flush operations (Metal Fix MMU) there is a explict command to
37  *    flush Micro-TLBS. If TLB Index Reg is invalid prior to TLBIVUTLB cmd,
38  *    it fails. Thus need to load it with ANY valid value before invoking
39  *    TLBIVUTLB cmd
40  *
41  * Vineetg: Aug 21th 2008:
42  *  -Reduced the duration of IRQ lockouts in TLB Flush routines
43  *  -Multiple copies of TLB erase code seperated into a "single" function
44  *  -In TLB Flush routines, interrupt disabling moved UP to retrieve ASID
45  *       in interrupt-safe region.
46  *
47  * Vineetg: April 23rd Bug #93131
48  *    Problem: tlb_flush_kernel_range() doesnt do anything if the range to
49  *              flush is more than the size of TLB itself.
50  *
51  * Rahul Trivedi : Codito Technologies 2004
52  */
53
54 #include <linux/module.h>
55 #include <linux/bug.h>
56 #include <asm/arcregs.h>
57 #include <asm/setup.h>
58 #include <asm/mmu_context.h>
59 #include <asm/mmu.h>
60
61 /*                      Need for ARC MMU v2
62  *
63  * ARC700 MMU-v1 had a Joint-TLB for Code and Data and is 2 way set-assoc.
64  * For a memcpy operation with 3 players (src/dst/code) such that all 3 pages
65  * map into same set, there would be contention for the 2 ways causing severe
66  * Thrashing.
67  *
68  * Although J-TLB is 2 way set assoc, ARC700 caches J-TLB into uTLBS which has
69  * much higher associativity. u-D-TLB is 8 ways, u-I-TLB is 4 ways.
70  * Given this, the thrasing problem should never happen because once the 3
71  * J-TLB entries are created (even though 3rd will knock out one of the prev
72  * two), the u-D-TLB and u-I-TLB will have what is required to accomplish memcpy
73  *
74  * Yet we still see the Thrashing because a J-TLB Write cause flush of u-TLBs.
75  * This is a simple design for keeping them in sync. So what do we do?
76  * The solution which James came up was pretty neat. It utilised the assoc
77  * of uTLBs by not invalidating always but only when absolutely necessary.
78  *
79  * - Existing TLB commands work as before
80  * - New command (TLBWriteNI) for TLB write without clearing uTLBs
81  * - New command (TLBIVUTLB) to invalidate uTLBs.
82  *
83  * The uTLBs need only be invalidated when pages are being removed from the
84  * OS page table. If a 'victim' TLB entry is being overwritten in the main TLB
85  * as a result of a miss, the removed entry is still allowed to exist in the
86  * uTLBs as it is still valid and present in the OS page table. This allows the
87  * full associativity of the uTLBs to hide the limited associativity of the main
88  * TLB.
89  *
90  * During a miss handler, the new "TLBWriteNI" command is used to load
91  * entries without clearing the uTLBs.
92  *
93  * When the OS page table is updated, TLB entries that may be associated with a
94  * removed page are removed (flushed) from the TLB using TLBWrite. In this
95  * circumstance, the uTLBs must also be cleared. This is done by using the
96  * existing TLBWrite command. An explicit IVUTLB is also required for those
97  * corner cases when TLBWrite was not executed at all because the corresp
98  * J-TLB entry got evicted/replaced.
99  */
100
101
102 /* A copy of the ASID from the PID reg is kept in asid_cache */
103 DEFINE_PER_CPU(unsigned int, asid_cache) = MM_CTXT_FIRST_CYCLE;
104
105 /*
106  * Utility Routine to erase a J-TLB entry
107  * Caller needs to setup Index Reg (manually or via getIndex)
108  */
109 static inline void __tlb_entry_erase(void)
110 {
111         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, 0);
112
113         if (is_pae40_enabled())
114                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1HI, 0);
115
116         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, 0);
117         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
118 }
119
120 #if (CONFIG_ARC_MMU_VER < 4)
121
122 static inline unsigned int tlb_entry_lkup(unsigned long vaddr_n_asid)
123 {
124         unsigned int idx;
125
126         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, vaddr_n_asid);
127
128         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBProbe);
129         idx = read_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX);
130
131         return idx;
132 }
133
134 static void tlb_entry_erase(unsigned int vaddr_n_asid)
135 {
136         unsigned int idx;
137
138         /* Locate the TLB entry for this vaddr + ASID */
139         idx = tlb_entry_lkup(vaddr_n_asid);
140
141         /* No error means entry found, zero it out */
142         if (likely(!(idx & TLB_LKUP_ERR))) {
143                 __tlb_entry_erase();
144         } else {
145                 /* Duplicate entry error */
146                 WARN(idx == TLB_DUP_ERR, "Probe returned Dup PD for %x\n",
147                                            vaddr_n_asid);
148         }
149 }
150
151 /****************************************************************************
152  * ARC700 MMU caches recently used J-TLB entries (RAM) as uTLBs (FLOPs)
153  *
154  * New IVUTLB cmd in MMU v2 explictly invalidates the uTLB
155  *
156  * utlb_invalidate ( )
157  *  -For v2 MMU calls Flush uTLB Cmd
158  *  -For v1 MMU does nothing (except for Metal Fix v1 MMU)
159  *      This is because in v1 TLBWrite itself invalidate uTLBs
160  ***************************************************************************/
161
162 static void utlb_invalidate(void)
163 {
164 #if (CONFIG_ARC_MMU_VER >= 2)
165
166 #if (CONFIG_ARC_MMU_VER == 2)
167         /* MMU v2 introduced the uTLB Flush command.
168          * There was however an obscure hardware bug, where uTLB flush would
169          * fail when a prior probe for J-TLB (both totally unrelated) would
170          * return lkup err - because the entry didnt exist in MMU.
171          * The Workround was to set Index reg with some valid value, prior to
172          * flush. This was fixed in MMU v3 hence not needed any more
173          */
174         unsigned int idx;
175
176         /* make sure INDEX Reg is valid */
177         idx = read_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX);
178
179         /* If not write some dummy val */
180         if (unlikely(idx & TLB_LKUP_ERR))
181                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX, 0xa);
182 #endif
183
184         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBIVUTLB);
185 #endif
186
187 }
188
189 static void tlb_entry_insert(unsigned int pd0, pte_t pd1)
190 {
191         unsigned int idx;
192
193         /*
194          * First verify if entry for this vaddr+ASID already exists
195          * This also sets up PD0 (vaddr, ASID..) for final commit
196          */
197         idx = tlb_entry_lkup(pd0);
198
199         /*
200          * If Not already present get a free slot from MMU.
201          * Otherwise, Probe would have located the entry and set INDEX Reg
202          * with existing location. This will cause Write CMD to over-write
203          * existing entry with new PD0 and PD1
204          */
205         if (likely(idx & TLB_LKUP_ERR))
206                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBGetIndex);
207
208         /* setup the other half of TLB entry (pfn, rwx..) */
209         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, pd1);
210
211         /*
212          * Commit the Entry to MMU
213          * It doesnt sound safe to use the TLBWriteNI cmd here
214          * which doesn't flush uTLBs. I'd rather be safe than sorry.
215          */
216         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
217 }
218
219 #else   /* CONFIG_ARC_MMU_VER >= 4) */
220
221 static void utlb_invalidate(void)
222 {
223         /* No need since uTLB is always in sync with JTLB */
224 }
225
226 static void tlb_entry_erase(unsigned int vaddr_n_asid)
227 {
228         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, vaddr_n_asid | _PAGE_PRESENT);
229         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBDeleteEntry);
230 }
231
232 static void tlb_entry_insert(unsigned int pd0, pte_t pd1)
233 {
234         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, pd0);
235         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, pd1);
236
237         if (is_pae40_enabled())
238                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1HI, (u64)pd1 >> 32);
239
240         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBInsertEntry);
241 }
242
243 #endif
244
245 /*
246  * Un-conditionally (without lookup) erase the entire MMU contents
247  */
248
249 noinline void local_flush_tlb_all(void)
250 {
251         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
252         unsigned long flags;
253         unsigned int entry;
254         int num_tlb = mmu->sets * mmu->ways;
255
256         local_irq_save(flags);
257
258         /* Load PD0 and PD1 with template for a Blank Entry */
259         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, 0);
260
261         if (is_pae40_enabled())
262                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1HI, 0);
263
264         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, 0);
265
266         for (entry = 0; entry < num_tlb; entry++) {
267                 /* write this entry to the TLB */
268                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX, entry);
269                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
270         }
271
272         if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)) {
273                 const int stlb_idx = 0x800;
274
275                 /* Blank sTLB entry */
276                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, _PAGE_HW_SZ);
277
278                 for (entry = stlb_idx; entry < stlb_idx + 16; entry++) {
279                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX, entry);
280                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
281                 }
282         }
283
284         utlb_invalidate();
285
286         local_irq_restore(flags);
287 }
288
289 /*
290  * Flush the entrie MM for userland. The fastest way is to move to Next ASID
291  */
292 noinline void local_flush_tlb_mm(struct mm_struct *mm)
293 {
294         /*
295          * Small optimisation courtesy IA64
296          * flush_mm called during fork,exit,munmap etc, multiple times as well.
297          * Only for fork( ) do we need to move parent to a new MMU ctxt,
298          * all other cases are NOPs, hence this check.
299          */
300         if (atomic_read(&mm->mm_users) == 0)
301                 return;
302
303         /*
304          * - Move to a new ASID, but only if the mm is still wired in
305          *   (Android Binder ended up calling this for vma->mm != tsk->mm,
306          *    causing h/w - s/w ASID to get out of sync)
307          * - Also get_new_mmu_context() new implementation allocates a new
308          *   ASID only if it is not allocated already - so unallocate first
309          */
310         destroy_context(mm);
311         if (current->mm == mm)
312                 get_new_mmu_context(mm);
313 }
314
315 /*
316  * Flush a Range of TLB entries for userland.
317  * @start is inclusive, while @end is exclusive
318  * Difference between this and Kernel Range Flush is
319  *  -Here the fastest way (if range is too large) is to move to next ASID
320  *      without doing any explicit Shootdown
321  *  -In case of kernel Flush, entry has to be shot down explictly
322  */
323 void local_flush_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
324                            unsigned long end)
325 {
326         const unsigned int cpu = smp_processor_id();
327         unsigned long flags;
328
329         /* If range @start to @end is more than 32 TLB entries deep,
330          * its better to move to a new ASID rather than searching for
331          * individual entries and then shooting them down
332          *
333          * The calc above is rough, doesn't account for unaligned parts,
334          * since this is heuristics based anyways
335          */
336         if (unlikely((end - start) >= PAGE_SIZE * 32)) {
337                 local_flush_tlb_mm(vma->vm_mm);
338                 return;
339         }
340
341         /*
342          * @start moved to page start: this alone suffices for checking
343          * loop end condition below, w/o need for aligning @end to end
344          * e.g. 2000 to 4001 will anyhow loop twice
345          */
346         start &= PAGE_MASK;
347
348         local_irq_save(flags);
349
350         if (asid_mm(vma->vm_mm, cpu) != MM_CTXT_NO_ASID) {
351                 while (start < end) {
352                         tlb_entry_erase(start | hw_pid(vma->vm_mm, cpu));
353                         start += PAGE_SIZE;
354                 }
355         }
356
357         utlb_invalidate();
358
359         local_irq_restore(flags);
360 }
361
362 /* Flush the kernel TLB entries - vmalloc/modules (Global from MMU perspective)
363  *  @start, @end interpreted as kvaddr
364  * Interestingly, shared TLB entries can also be flushed using just
365  * @start,@end alone (interpreted as user vaddr), although technically SASID
366  * is also needed. However our smart TLbProbe lookup takes care of that.
367  */
368 void local_flush_tlb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end)
369 {
370         unsigned long flags;
371
372         /* exactly same as above, except for TLB entry not taking ASID */
373
374         if (unlikely((end - start) >= PAGE_SIZE * 32)) {
375                 local_flush_tlb_all();
376                 return;
377         }
378
379         start &= PAGE_MASK;
380
381         local_irq_save(flags);
382         while (start < end) {
383                 tlb_entry_erase(start);
384                 start += PAGE_SIZE;
385         }
386
387         utlb_invalidate();
388
389         local_irq_restore(flags);
390 }
391
392 /*
393  * Delete TLB entry in MMU for a given page (??? address)
394  * NOTE One TLB entry contains translation for single PAGE
395  */
396
397 void local_flush_tlb_page(struct vm_area_struct *vma, unsigned long page)
398 {
399         const unsigned int cpu = smp_processor_id();
400         unsigned long flags;
401
402         /* Note that it is critical that interrupts are DISABLED between
403          * checking the ASID and using it flush the TLB entry
404          */
405         local_irq_save(flags);
406
407         if (asid_mm(vma->vm_mm, cpu) != MM_CTXT_NO_ASID) {
408                 tlb_entry_erase((page & PAGE_MASK) | hw_pid(vma->vm_mm, cpu));
409                 utlb_invalidate();
410         }
411
412         local_irq_restore(flags);
413 }
414
415 #ifdef CONFIG_SMP
416
417 struct tlb_args {
418         struct vm_area_struct *ta_vma;
419         unsigned long ta_start;
420         unsigned long ta_end;
421 };
422
423 static inline void ipi_flush_tlb_page(void *arg)
424 {
425         struct tlb_args *ta = arg;
426
427         local_flush_tlb_page(ta->ta_vma, ta->ta_start);
428 }
429
430 static inline void ipi_flush_tlb_range(void *arg)
431 {
432         struct tlb_args *ta = arg;
433
434         local_flush_tlb_range(ta->ta_vma, ta->ta_start, ta->ta_end);
435 }
436
437 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
438 static inline void ipi_flush_pmd_tlb_range(void *arg)
439 {
440         struct tlb_args *ta = arg;
441
442         local_flush_pmd_tlb_range(ta->ta_vma, ta->ta_start, ta->ta_end);
443 }
444 #endif
445
446 static inline void ipi_flush_tlb_kernel_range(void *arg)
447 {
448         struct tlb_args *ta = (struct tlb_args *)arg;
449
450         local_flush_tlb_kernel_range(ta->ta_start, ta->ta_end);
451 }
452
453 void flush_tlb_all(void)
454 {
455         on_each_cpu((smp_call_func_t)local_flush_tlb_all, NULL, 1);
456 }
457
458 void flush_tlb_mm(struct mm_struct *mm)
459 {
460         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(mm), (smp_call_func_t)local_flush_tlb_mm,
461                          mm, 1);
462 }
463
464 void flush_tlb_page(struct vm_area_struct *vma, unsigned long uaddr)
465 {
466         struct tlb_args ta = {
467                 .ta_vma = vma,
468                 .ta_start = uaddr
469         };
470
471         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(vma->vm_mm), ipi_flush_tlb_page, &ta, 1);
472 }
473
474 void flush_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
475                      unsigned long end)
476 {
477         struct tlb_args ta = {
478                 .ta_vma = vma,
479                 .ta_start = start,
480                 .ta_end = end
481         };
482
483         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(vma->vm_mm), ipi_flush_tlb_range, &ta, 1);
484 }
485
486 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
487 void flush_pmd_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
488                          unsigned long end)
489 {
490         struct tlb_args ta = {
491                 .ta_vma = vma,
492                 .ta_start = start,
493                 .ta_end = end
494         };
495
496         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(vma->vm_mm), ipi_flush_pmd_tlb_range, &ta, 1);
497 }
498 #endif
499
500 void flush_tlb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end)
501 {
502         struct tlb_args ta = {
503                 .ta_start = start,
504                 .ta_end = end
505         };
506
507         on_each_cpu(ipi_flush_tlb_kernel_range, &ta, 1);
508 }
509 #endif
510
511 /*
512  * Routine to create a TLB entry
513  */
514 void create_tlb(struct vm_area_struct *vma, unsigned long vaddr, pte_t *ptep)
515 {
516         unsigned long flags;
517         unsigned int asid_or_sasid, rwx;
518         unsigned long pd0;
519         pte_t pd1;
520
521         /*
522          * create_tlb() assumes that current->mm == vma->mm, since
523          * -it ASID for TLB entry is fetched from MMU ASID reg (valid for curr)
524          * -completes the lazy write to SASID reg (again valid for curr tsk)
525          *
526          * Removing the assumption involves
527          * -Using vma->mm->context{ASID,SASID}, as opposed to MMU reg.
528          * -Fix the TLB paranoid debug code to not trigger false negatives.
529          * -More importantly it makes this handler inconsistent with fast-path
530          *  TLB Refill handler which always deals with "current"
531          *
532          * Lets see the use cases when current->mm != vma->mm and we land here
533          *  1. execve->copy_strings()->__get_user_pages->handle_mm_fault
534          *     Here VM wants to pre-install a TLB entry for user stack while
535          *     current->mm still points to pre-execve mm (hence the condition).
536          *     However the stack vaddr is soon relocated (randomization) and
537          *     move_page_tables() tries to undo that TLB entry.
538          *     Thus not creating TLB entry is not any worse.
539          *
540          *  2. ptrace(POKETEXT) causes a CoW - debugger(current) inserting a
541          *     breakpoint in debugged task. Not creating a TLB now is not
542          *     performance critical.
543          *
544          * Both the cases above are not good enough for code churn.
545          */
546         if (current->active_mm != vma->vm_mm)
547                 return;
548
549         local_irq_save(flags);
550
551         tlb_paranoid_check(asid_mm(vma->vm_mm, smp_processor_id()), vaddr);
552
553         vaddr &= PAGE_MASK;
554
555         /* update this PTE credentials */
556         pte_val(*ptep) |= (_PAGE_PRESENT | _PAGE_ACCESSED);
557
558         /* Create HW TLB(PD0,PD1) from PTE  */
559
560         /* ASID for this task */
561         asid_or_sasid = read_aux_reg(ARC_REG_PID) & 0xff;
562
563         pd0 = vaddr | asid_or_sasid | (pte_val(*ptep) & PTE_BITS_IN_PD0);
564
565         /*
566          * ARC MMU provides fully orthogonal access bits for K/U mode,
567          * however Linux only saves 1 set to save PTE real-estate
568          * Here we convert 3 PTE bits into 6 MMU bits:
569          * -Kernel only entries have Kr Kw Kx 0 0 0
570          * -User entries have mirrored K and U bits
571          */
572         rwx = pte_val(*ptep) & PTE_BITS_RWX;
573
574         if (pte_val(*ptep) & _PAGE_GLOBAL)
575                 rwx <<= 3;              /* r w x => Kr Kw Kx 0 0 0 */
576         else
577                 rwx |= (rwx << 3);      /* r w x => Kr Kw Kx Ur Uw Ux */
578
579         pd1 = rwx | (pte_val(*ptep) & PTE_BITS_NON_RWX_IN_PD1);
580
581         tlb_entry_insert(pd0, pd1);
582
583         local_irq_restore(flags);
584 }
585
586 /*
587  * Called at the end of pagefault, for a userspace mapped page
588  *  -pre-install the corresponding TLB entry into MMU
589  *  -Finalize the delayed D-cache flush of kernel mapping of page due to
590  *      flush_dcache_page(), copy_user_page()
591  *
592  * Note that flush (when done) involves both WBACK - so physical page is
593  * in sync as well as INV - so any non-congruent aliases don't remain
594  */
595 void update_mmu_cache(struct vm_area_struct *vma, unsigned long vaddr_unaligned,
596                       pte_t *ptep)
597 {
598         unsigned long vaddr = vaddr_unaligned & PAGE_MASK;
599         phys_addr_t paddr = pte_val(*ptep) & PAGE_MASK;
600         struct page *page = pfn_to_page(pte_pfn(*ptep));
601
602         create_tlb(vma, vaddr, ptep);
603
604         if (page == ZERO_PAGE(0)) {
605                 return;
606         }
607
608         /*
609          * Exec page : Independent of aliasing/page-color considerations,
610          *             since icache doesn't snoop dcache on ARC, any dirty
611          *             K-mapping of a code page needs to be wback+inv so that
612          *             icache fetch by userspace sees code correctly.
613          * !EXEC page: If K-mapping is NOT congruent to U-mapping, flush it
614          *             so userspace sees the right data.
615          *  (Avoids the flush for Non-exec + congruent mapping case)
616          */
617         if ((vma->vm_flags & VM_EXEC) ||
618              addr_not_cache_congruent(paddr, vaddr)) {
619
620                 int dirty = !test_and_set_bit(PG_dc_clean, &page->flags);
621                 if (dirty) {
622                         /* wback + inv dcache lines */
623                         __flush_dcache_page(paddr, paddr);
624
625                         /* invalidate any existing icache lines */
626                         if (vma->vm_flags & VM_EXEC)
627                                 __inv_icache_page(paddr, vaddr);
628                 }
629         }
630 }
631
632 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
633
634 /*
635  * MMUv4 in HS38x cores supports Super Pages which are basis for Linux THP
636  * support.
637  *
638  * Normal and Super pages can co-exist (ofcourse not overlap) in TLB with a
639  * new bit "SZ" in TLB page desciptor to distinguish between them.
640  * Super Page size is configurable in hardware (4K to 16M), but fixed once
641  * RTL builds.
642  *
643  * The exact THP size a Linx configuration will support is a function of:
644  *  - MMU page size (typical 8K, RTL fixed)
645  *  - software page walker address split between PGD:PTE:PFN (typical
646  *    11:8:13, but can be changed with 1 line)
647  * So for above default, THP size supported is 8K * (2^8) = 2M
648  *
649  * Default Page Walker is 2 levels, PGD:PTE:PFN, which in THP regime
650  * reduces to 1 level (as PTE is folded into PGD and canonically referred
651  * to as PMD).
652  * Thus THP PMD accessors are implemented in terms of PTE (just like sparc)
653  */
654
655 void update_mmu_cache_pmd(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
656                                  pmd_t *pmd)
657 {
658         pte_t pte = __pte(pmd_val(*pmd));
659         update_mmu_cache(vma, addr, &pte);
660 }
661
662 void pgtable_trans_huge_deposit(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmdp,
663                                 pgtable_t pgtable)
664 {
665         struct list_head *lh = (struct list_head *) pgtable;
666
667         assert_spin_locked(&mm->page_table_lock);
668
669         /* FIFO */
670         if (!pmd_huge_pte(mm, pmdp))
671                 INIT_LIST_HEAD(lh);
672         else
673                 list_add(lh, (struct list_head *) pmd_huge_pte(mm, pmdp));
674         pmd_huge_pte(mm, pmdp) = pgtable;
675 }
676
677 pgtable_t pgtable_trans_huge_withdraw(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmdp)
678 {
679         struct list_head *lh;
680         pgtable_t pgtable;
681
682         assert_spin_locked(&mm->page_table_lock);
683
684         pgtable = pmd_huge_pte(mm, pmdp);
685         lh = (struct list_head *) pgtable;
686         if (list_empty(lh))
687                 pmd_huge_pte(mm, pmdp) = NULL;
688         else {
689                 pmd_huge_pte(mm, pmdp) = (pgtable_t) lh->next;
690                 list_del(lh);
691         }
692
693         pte_val(pgtable[0]) = 0;
694         pte_val(pgtable[1]) = 0;
695
696         return pgtable;
697 }
698
699 void local_flush_pmd_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
700                                unsigned long end)
701 {
702         unsigned int cpu;
703         unsigned long flags;
704
705         local_irq_save(flags);
706
707         cpu = smp_processor_id();
708
709         if (likely(asid_mm(vma->vm_mm, cpu) != MM_CTXT_NO_ASID)) {
710                 unsigned int asid = hw_pid(vma->vm_mm, cpu);
711
712                 /* No need to loop here: this will always be for 1 Huge Page */
713                 tlb_entry_erase(start | _PAGE_HW_SZ | asid);
714         }
715
716         local_irq_restore(flags);
717 }
718
719 #endif
720
721 /* Read the Cache Build Confuration Registers, Decode them and save into
722  * the cpuinfo structure for later use.
723  * No Validation is done here, simply read/convert the BCRs
724  */
725 void read_decode_mmu_bcr(void)
726 {
727         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
728         unsigned int tmp;
729         struct bcr_mmu_1_2 {
730 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
731                 unsigned int ver:8, ways:4, sets:4, u_itlb:8, u_dtlb:8;
732 #else
733                 unsigned int u_dtlb:8, u_itlb:8, sets:4, ways:4, ver:8;
734 #endif
735         } *mmu2;
736
737         struct bcr_mmu_3 {
738 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
739         unsigned int ver:8, ways:4, sets:4, res:3, sasid:1, pg_sz:4,
740                      u_itlb:4, u_dtlb:4;
741 #else
742         unsigned int u_dtlb:4, u_itlb:4, pg_sz:4, sasid:1, res:3, sets:4,
743                      ways:4, ver:8;
744 #endif
745         } *mmu3;
746
747         struct bcr_mmu_4 {
748 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
749         unsigned int ver:8, sasid:1, sz1:4, sz0:4, res:2, pae:1,
750                      n_ways:2, n_entry:2, n_super:2, u_itlb:3, u_dtlb:3;
751 #else
752         /*           DTLB      ITLB      JES        JE         JA      */
753         unsigned int u_dtlb:3, u_itlb:3, n_super:2, n_entry:2, n_ways:2,
754                      pae:1, res:2, sz0:4, sz1:4, sasid:1, ver:8;
755 #endif
756         } *mmu4;
757
758         tmp = read_aux_reg(ARC_REG_MMU_BCR);
759         mmu->ver = (tmp >> 24);
760
761         if (mmu->ver <= 2) {
762                 mmu2 = (struct bcr_mmu_1_2 *)&tmp;
763                 mmu->pg_sz_k = TO_KB(0x2000);
764                 mmu->sets = 1 << mmu2->sets;
765                 mmu->ways = 1 << mmu2->ways;
766                 mmu->u_dtlb = mmu2->u_dtlb;
767                 mmu->u_itlb = mmu2->u_itlb;
768         } else if (mmu->ver == 3) {
769                 mmu3 = (struct bcr_mmu_3 *)&tmp;
770                 mmu->pg_sz_k = 1 << (mmu3->pg_sz - 1);
771                 mmu->sets = 1 << mmu3->sets;
772                 mmu->ways = 1 << mmu3->ways;
773                 mmu->u_dtlb = mmu3->u_dtlb;
774                 mmu->u_itlb = mmu3->u_itlb;
775                 mmu->sasid = mmu3->sasid;
776         } else {
777                 mmu4 = (struct bcr_mmu_4 *)&tmp;
778                 mmu->pg_sz_k = 1 << (mmu4->sz0 - 1);
779                 mmu->s_pg_sz_m = 1 << (mmu4->sz1 - 11);
780                 mmu->sets = 64 << mmu4->n_entry;
781                 mmu->ways = mmu4->n_ways * 2;
782                 mmu->u_dtlb = mmu4->u_dtlb * 4;
783                 mmu->u_itlb = mmu4->u_itlb * 4;
784                 mmu->sasid = mmu4->sasid;
785                 mmu->pae = mmu4->pae;
786         }
787 }
788
789 char *arc_mmu_mumbojumbo(int cpu_id, char *buf, int len)
790 {
791         int n = 0;
792         struct cpuinfo_arc_mmu *p_mmu = &cpuinfo_arc700[cpu_id].mmu;
793         char super_pg[64] = "";
794
795         if (p_mmu->s_pg_sz_m)
796                 scnprintf(super_pg, 64, "%dM Super Page%s, ",
797                           p_mmu->s_pg_sz_m,
798                           IS_USED_CFG(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE));
799
800         n += scnprintf(buf + n, len - n,
801                       "MMU [v%x]\t: %dk PAGE, %sJTLB %d (%dx%d), uDTLB %d, uITLB %d %s%s\n",
802                        p_mmu->ver, p_mmu->pg_sz_k, super_pg,
803                        p_mmu->sets * p_mmu->ways, p_mmu->sets, p_mmu->ways,
804                        p_mmu->u_dtlb, p_mmu->u_itlb,
805                        IS_AVAIL2(p_mmu->pae, "PAE40 ", CONFIG_ARC_HAS_PAE40));
806
807         return buf;
808 }
809
810 void arc_mmu_init(void)
811 {
812         char str[256];
813         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
814
815         printk(arc_mmu_mumbojumbo(0, str, sizeof(str)));
816
817         /* For efficiency sake, kernel is compile time built for a MMU ver
818          * This must match the hardware it is running on.
819          * Linux built for MMU V2, if run on MMU V1 will break down because V1
820          *  hardware doesn't understand cmds such as WriteNI, or IVUTLB
821          * On the other hand, Linux built for V1 if run on MMU V2 will do
822          *   un-needed workarounds to prevent memcpy thrashing.
823          * Similarly MMU V3 has new features which won't work on older MMU
824          */
825         if (mmu->ver != CONFIG_ARC_MMU_VER) {
826                 panic("MMU ver %d doesn't match kernel built for %d...\n",
827                       mmu->ver, CONFIG_ARC_MMU_VER);
828         }
829
830         if (mmu->pg_sz_k != TO_KB(PAGE_SIZE))
831                 panic("MMU pg size != PAGE_SIZE (%luk)\n", TO_KB(PAGE_SIZE));
832
833         if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) &&
834             mmu->s_pg_sz_m != TO_MB(HPAGE_PMD_SIZE))
835                 panic("MMU Super pg size != Linux HPAGE_PMD_SIZE (%luM)\n",
836                       (unsigned long)TO_MB(HPAGE_PMD_SIZE));
837
838         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARC_HAS_PAE40) && !mmu->pae)
839                 panic("Hardware doesn't support PAE40\n");
840
841         /* Enable the MMU */
842         write_aux_reg(ARC_REG_PID, MMU_ENABLE);
843
844         /* In smp we use this reg for interrupt 1 scratch */
845 #ifndef CONFIG_SMP
846         /* swapper_pg_dir is the pgd for the kernel, used by vmalloc */
847         write_aux_reg(ARC_REG_SCRATCH_DATA0, swapper_pg_dir);
848 #endif
849 }
850
851 /*
852  * TLB Programmer's Model uses Linear Indexes: 0 to {255, 511} for 128 x {2,4}
853  * The mapping is Column-first.
854  *              ---------------------   -----------
855  *              |way0|way1|way2|way3|   |way0|way1|
856  *              ---------------------   -----------
857  * [set0]       |  0 |  1 |  2 |  3 |   |  0 |  1 |
858  * [set1]       |  4 |  5 |  6 |  7 |   |  2 |  3 |
859  *              ~                   ~   ~         ~
860  * [set127]     | 508| 509| 510| 511|   | 254| 255|
861  *              ---------------------   -----------
862  * For normal operations we don't(must not) care how above works since
863  * MMU cmd getIndex(vaddr) abstracts that out.
864  * However for walking WAYS of a SET, we need to know this
865  */
866 #define SET_WAY_TO_IDX(mmu, set, way)  ((set) * mmu->ways + (way))
867
868 /* Handling of Duplicate PD (TLB entry) in MMU.
869  * -Could be due to buggy customer tapeouts or obscure kernel bugs
870  * -MMU complaints not at the time of duplicate PD installation, but at the
871  *      time of lookup matching multiple ways.
872  * -Ideally these should never happen - but if they do - workaround by deleting
873  *      the duplicate one.
874  * -Knob to be verbose abt it.(TODO: hook them up to debugfs)
875  */
876 volatile int dup_pd_silent; /* Be slient abt it or complain (default) */
877
878 void do_tlb_overlap_fault(unsigned long cause, unsigned long address,
879                           struct pt_regs *regs)
880 {
881         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
882         unsigned int pd0[mmu->ways];
883         unsigned long flags;
884         int set;
885
886         local_irq_save(flags);
887
888         /* re-enable the MMU */
889         write_aux_reg(ARC_REG_PID, MMU_ENABLE | read_aux_reg(ARC_REG_PID));
890
891         /* loop thru all sets of TLB */
892         for (set = 0; set < mmu->sets; set++) {
893
894                 int is_valid, way;
895
896                 /* read out all the ways of current set */
897                 for (way = 0, is_valid = 0; way < mmu->ways; way++) {
898                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX,
899                                           SET_WAY_TO_IDX(mmu, set, way));
900                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBRead);
901                         pd0[way] = read_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0);
902                         is_valid |= pd0[way] & _PAGE_PRESENT;
903                         pd0[way] &= PAGE_MASK;
904                 }
905
906                 /* If all the WAYS in SET are empty, skip to next SET */
907                 if (!is_valid)
908                         continue;
909
910                 /* Scan the set for duplicate ways: needs a nested loop */
911                 for (way = 0; way < mmu->ways - 1; way++) {
912
913                         int n;
914
915                         if (!pd0[way])
916                                 continue;
917
918                         for (n = way + 1; n < mmu->ways; n++) {
919                                 if (pd0[way] != pd0[n])
920                                         continue;
921
922                                 if (!dup_pd_silent)
923                                         pr_info("Dup TLB PD0 %08x @ set %d ways %d,%d\n",
924                                                 pd0[way], set, way, n);
925
926                                 /*
927                                  * clear entry @way and not @n.
928                                  * This is critical to our optimised loop
929                                  */
930                                 pd0[way] = 0;
931                                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX,
932                                                 SET_WAY_TO_IDX(mmu, set, way));
933                                 __tlb_entry_erase();
934                         }
935                 }
936         }
937
938         local_irq_restore(flags);
939 }
940
941 /***********************************************************************
942  * Diagnostic Routines
943  *  -Called from Low Level TLB Hanlders if things don;t look good
944  **********************************************************************/
945
946 #ifdef CONFIG_ARC_DBG_TLB_PARANOIA
947
948 /*
949  * Low Level ASM TLB handler calls this if it finds that HW and SW ASIDS
950  * don't match
951  */
952 void print_asid_mismatch(int mm_asid, int mmu_asid, int is_fast_path)
953 {
954         pr_emerg("ASID Mismatch in %s Path Handler: sw-pid=0x%x hw-pid=0x%x\n",
955                is_fast_path ? "Fast" : "Slow", mm_asid, mmu_asid);
956
957         __asm__ __volatile__("flag 1");
958 }
959
960 void tlb_paranoid_check(unsigned int mm_asid, unsigned long addr)
961 {
962         unsigned int mmu_asid;
963
964         mmu_asid = read_aux_reg(ARC_REG_PID) & 0xff;
965
966         /*
967          * At the time of a TLB miss/installation
968          *   - HW version needs to match SW version
969          *   - SW needs to have a valid ASID
970          */
971         if (addr < 0x70000000 &&
972             ((mm_asid == MM_CTXT_NO_ASID) ||
973               (mmu_asid != (mm_asid & MM_CTXT_ASID_MASK))))
974                 print_asid_mismatch(mm_asid, mmu_asid, 0);
975 }
976 #endif