]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - arch/arc/mm/tlb.c
ARC: boot log: move helper macros to header for reuse
[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         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, 0);
113         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
114 }
115
116 #if (CONFIG_ARC_MMU_VER < 4)
117
118 static inline unsigned int tlb_entry_lkup(unsigned long vaddr_n_asid)
119 {
120         unsigned int idx;
121
122         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, vaddr_n_asid);
123
124         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBProbe);
125         idx = read_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX);
126
127         return idx;
128 }
129
130 static void tlb_entry_erase(unsigned int vaddr_n_asid)
131 {
132         unsigned int idx;
133
134         /* Locate the TLB entry for this vaddr + ASID */
135         idx = tlb_entry_lkup(vaddr_n_asid);
136
137         /* No error means entry found, zero it out */
138         if (likely(!(idx & TLB_LKUP_ERR))) {
139                 __tlb_entry_erase();
140         } else {
141                 /* Duplicate entry error */
142                 WARN(idx == TLB_DUP_ERR, "Probe returned Dup PD for %x\n",
143                                            vaddr_n_asid);
144         }
145 }
146
147 /****************************************************************************
148  * ARC700 MMU caches recently used J-TLB entries (RAM) as uTLBs (FLOPs)
149  *
150  * New IVUTLB cmd in MMU v2 explictly invalidates the uTLB
151  *
152  * utlb_invalidate ( )
153  *  -For v2 MMU calls Flush uTLB Cmd
154  *  -For v1 MMU does nothing (except for Metal Fix v1 MMU)
155  *      This is because in v1 TLBWrite itself invalidate uTLBs
156  ***************************************************************************/
157
158 static void utlb_invalidate(void)
159 {
160 #if (CONFIG_ARC_MMU_VER >= 2)
161
162 #if (CONFIG_ARC_MMU_VER == 2)
163         /* MMU v2 introduced the uTLB Flush command.
164          * There was however an obscure hardware bug, where uTLB flush would
165          * fail when a prior probe for J-TLB (both totally unrelated) would
166          * return lkup err - because the entry didnt exist in MMU.
167          * The Workround was to set Index reg with some valid value, prior to
168          * flush. This was fixed in MMU v3 hence not needed any more
169          */
170         unsigned int idx;
171
172         /* make sure INDEX Reg is valid */
173         idx = read_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX);
174
175         /* If not write some dummy val */
176         if (unlikely(idx & TLB_LKUP_ERR))
177                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX, 0xa);
178 #endif
179
180         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBIVUTLB);
181 #endif
182
183 }
184
185 static void tlb_entry_insert(unsigned int pd0, unsigned int pd1)
186 {
187         unsigned int idx;
188
189         /*
190          * First verify if entry for this vaddr+ASID already exists
191          * This also sets up PD0 (vaddr, ASID..) for final commit
192          */
193         idx = tlb_entry_lkup(pd0);
194
195         /*
196          * If Not already present get a free slot from MMU.
197          * Otherwise, Probe would have located the entry and set INDEX Reg
198          * with existing location. This will cause Write CMD to over-write
199          * existing entry with new PD0 and PD1
200          */
201         if (likely(idx & TLB_LKUP_ERR))
202                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBGetIndex);
203
204         /* setup the other half of TLB entry (pfn, rwx..) */
205         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, pd1);
206
207         /*
208          * Commit the Entry to MMU
209          * It doesnt sound safe to use the TLBWriteNI cmd here
210          * which doesn't flush uTLBs. I'd rather be safe than sorry.
211          */
212         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
213 }
214
215 #else   /* CONFIG_ARC_MMU_VER >= 4) */
216
217 static void utlb_invalidate(void)
218 {
219         /* No need since uTLB is always in sync with JTLB */
220 }
221
222 static void tlb_entry_erase(unsigned int vaddr_n_asid)
223 {
224         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, vaddr_n_asid | _PAGE_PRESENT);
225         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBDeleteEntry);
226 }
227
228 static void tlb_entry_insert(unsigned int pd0, unsigned int pd1)
229 {
230         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, pd0);
231         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, pd1);
232         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBInsertEntry);
233 }
234
235 #endif
236
237 /*
238  * Un-conditionally (without lookup) erase the entire MMU contents
239  */
240
241 noinline void local_flush_tlb_all(void)
242 {
243         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
244         unsigned long flags;
245         unsigned int entry;
246         int num_tlb = mmu->sets * mmu->ways;
247
248         local_irq_save(flags);
249
250         /* Load PD0 and PD1 with template for a Blank Entry */
251         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, 0);
252         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, 0);
253
254         for (entry = 0; entry < num_tlb; entry++) {
255                 /* write this entry to the TLB */
256                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX, entry);
257                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
258         }
259
260         if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)) {
261                 const int stlb_idx = 0x800;
262
263                 /* Blank sTLB entry */
264                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, _PAGE_HW_SZ);
265
266                 for (entry = stlb_idx; entry < stlb_idx + 16; entry++) {
267                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX, entry);
268                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
269                 }
270         }
271
272         utlb_invalidate();
273
274         local_irq_restore(flags);
275 }
276
277 /*
278  * Flush the entrie MM for userland. The fastest way is to move to Next ASID
279  */
280 noinline void local_flush_tlb_mm(struct mm_struct *mm)
281 {
282         /*
283          * Small optimisation courtesy IA64
284          * flush_mm called during fork,exit,munmap etc, multiple times as well.
285          * Only for fork( ) do we need to move parent to a new MMU ctxt,
286          * all other cases are NOPs, hence this check.
287          */
288         if (atomic_read(&mm->mm_users) == 0)
289                 return;
290
291         /*
292          * - Move to a new ASID, but only if the mm is still wired in
293          *   (Android Binder ended up calling this for vma->mm != tsk->mm,
294          *    causing h/w - s/w ASID to get out of sync)
295          * - Also get_new_mmu_context() new implementation allocates a new
296          *   ASID only if it is not allocated already - so unallocate first
297          */
298         destroy_context(mm);
299         if (current->mm == mm)
300                 get_new_mmu_context(mm);
301 }
302
303 /*
304  * Flush a Range of TLB entries for userland.
305  * @start is inclusive, while @end is exclusive
306  * Difference between this and Kernel Range Flush is
307  *  -Here the fastest way (if range is too large) is to move to next ASID
308  *      without doing any explicit Shootdown
309  *  -In case of kernel Flush, entry has to be shot down explictly
310  */
311 void local_flush_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
312                            unsigned long end)
313 {
314         const unsigned int cpu = smp_processor_id();
315         unsigned long flags;
316
317         /* If range @start to @end is more than 32 TLB entries deep,
318          * its better to move to a new ASID rather than searching for
319          * individual entries and then shooting them down
320          *
321          * The calc above is rough, doesn't account for unaligned parts,
322          * since this is heuristics based anyways
323          */
324         if (unlikely((end - start) >= PAGE_SIZE * 32)) {
325                 local_flush_tlb_mm(vma->vm_mm);
326                 return;
327         }
328
329         /*
330          * @start moved to page start: this alone suffices for checking
331          * loop end condition below, w/o need for aligning @end to end
332          * e.g. 2000 to 4001 will anyhow loop twice
333          */
334         start &= PAGE_MASK;
335
336         local_irq_save(flags);
337
338         if (asid_mm(vma->vm_mm, cpu) != MM_CTXT_NO_ASID) {
339                 while (start < end) {
340                         tlb_entry_erase(start | hw_pid(vma->vm_mm, cpu));
341                         start += PAGE_SIZE;
342                 }
343         }
344
345         utlb_invalidate();
346
347         local_irq_restore(flags);
348 }
349
350 /* Flush the kernel TLB entries - vmalloc/modules (Global from MMU perspective)
351  *  @start, @end interpreted as kvaddr
352  * Interestingly, shared TLB entries can also be flushed using just
353  * @start,@end alone (interpreted as user vaddr), although technically SASID
354  * is also needed. However our smart TLbProbe lookup takes care of that.
355  */
356 void local_flush_tlb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end)
357 {
358         unsigned long flags;
359
360         /* exactly same as above, except for TLB entry not taking ASID */
361
362         if (unlikely((end - start) >= PAGE_SIZE * 32)) {
363                 local_flush_tlb_all();
364                 return;
365         }
366
367         start &= PAGE_MASK;
368
369         local_irq_save(flags);
370         while (start < end) {
371                 tlb_entry_erase(start);
372                 start += PAGE_SIZE;
373         }
374
375         utlb_invalidate();
376
377         local_irq_restore(flags);
378 }
379
380 /*
381  * Delete TLB entry in MMU for a given page (??? address)
382  * NOTE One TLB entry contains translation for single PAGE
383  */
384
385 void local_flush_tlb_page(struct vm_area_struct *vma, unsigned long page)
386 {
387         const unsigned int cpu = smp_processor_id();
388         unsigned long flags;
389
390         /* Note that it is critical that interrupts are DISABLED between
391          * checking the ASID and using it flush the TLB entry
392          */
393         local_irq_save(flags);
394
395         if (asid_mm(vma->vm_mm, cpu) != MM_CTXT_NO_ASID) {
396                 tlb_entry_erase((page & PAGE_MASK) | hw_pid(vma->vm_mm, cpu));
397                 utlb_invalidate();
398         }
399
400         local_irq_restore(flags);
401 }
402
403 #ifdef CONFIG_SMP
404
405 struct tlb_args {
406         struct vm_area_struct *ta_vma;
407         unsigned long ta_start;
408         unsigned long ta_end;
409 };
410
411 static inline void ipi_flush_tlb_page(void *arg)
412 {
413         struct tlb_args *ta = arg;
414
415         local_flush_tlb_page(ta->ta_vma, ta->ta_start);
416 }
417
418 static inline void ipi_flush_tlb_range(void *arg)
419 {
420         struct tlb_args *ta = arg;
421
422         local_flush_tlb_range(ta->ta_vma, ta->ta_start, ta->ta_end);
423 }
424
425 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
426 static inline void ipi_flush_pmd_tlb_range(void *arg)
427 {
428         struct tlb_args *ta = arg;
429
430         local_flush_pmd_tlb_range(ta->ta_vma, ta->ta_start, ta->ta_end);
431 }
432 #endif
433
434 static inline void ipi_flush_tlb_kernel_range(void *arg)
435 {
436         struct tlb_args *ta = (struct tlb_args *)arg;
437
438         local_flush_tlb_kernel_range(ta->ta_start, ta->ta_end);
439 }
440
441 void flush_tlb_all(void)
442 {
443         on_each_cpu((smp_call_func_t)local_flush_tlb_all, NULL, 1);
444 }
445
446 void flush_tlb_mm(struct mm_struct *mm)
447 {
448         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(mm), (smp_call_func_t)local_flush_tlb_mm,
449                          mm, 1);
450 }
451
452 void flush_tlb_page(struct vm_area_struct *vma, unsigned long uaddr)
453 {
454         struct tlb_args ta = {
455                 .ta_vma = vma,
456                 .ta_start = uaddr
457         };
458
459         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(vma->vm_mm), ipi_flush_tlb_page, &ta, 1);
460 }
461
462 void flush_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
463                      unsigned long end)
464 {
465         struct tlb_args ta = {
466                 .ta_vma = vma,
467                 .ta_start = start,
468                 .ta_end = end
469         };
470
471         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(vma->vm_mm), ipi_flush_tlb_range, &ta, 1);
472 }
473
474 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
475 void flush_pmd_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
476                          unsigned long end)
477 {
478         struct tlb_args ta = {
479                 .ta_vma = vma,
480                 .ta_start = start,
481                 .ta_end = end
482         };
483
484         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(vma->vm_mm), ipi_flush_pmd_tlb_range, &ta, 1);
485 }
486 #endif
487
488 void flush_tlb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end)
489 {
490         struct tlb_args ta = {
491                 .ta_start = start,
492                 .ta_end = end
493         };
494
495         on_each_cpu(ipi_flush_tlb_kernel_range, &ta, 1);
496 }
497 #endif
498
499 /*
500  * Routine to create a TLB entry
501  */
502 void create_tlb(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, pte_t *ptep)
503 {
504         unsigned long flags;
505         unsigned int asid_or_sasid, rwx;
506         unsigned long pd0, pd1;
507
508         /*
509          * create_tlb() assumes that current->mm == vma->mm, since
510          * -it ASID for TLB entry is fetched from MMU ASID reg (valid for curr)
511          * -completes the lazy write to SASID reg (again valid for curr tsk)
512          *
513          * Removing the assumption involves
514          * -Using vma->mm->context{ASID,SASID}, as opposed to MMU reg.
515          * -Fix the TLB paranoid debug code to not trigger false negatives.
516          * -More importantly it makes this handler inconsistent with fast-path
517          *  TLB Refill handler which always deals with "current"
518          *
519          * Lets see the use cases when current->mm != vma->mm and we land here
520          *  1. execve->copy_strings()->__get_user_pages->handle_mm_fault
521          *     Here VM wants to pre-install a TLB entry for user stack while
522          *     current->mm still points to pre-execve mm (hence the condition).
523          *     However the stack vaddr is soon relocated (randomization) and
524          *     move_page_tables() tries to undo that TLB entry.
525          *     Thus not creating TLB entry is not any worse.
526          *
527          *  2. ptrace(POKETEXT) causes a CoW - debugger(current) inserting a
528          *     breakpoint in debugged task. Not creating a TLB now is not
529          *     performance critical.
530          *
531          * Both the cases above are not good enough for code churn.
532          */
533         if (current->active_mm != vma->vm_mm)
534                 return;
535
536         local_irq_save(flags);
537
538         tlb_paranoid_check(asid_mm(vma->vm_mm, smp_processor_id()), address);
539
540         address &= PAGE_MASK;
541
542         /* update this PTE credentials */
543         pte_val(*ptep) |= (_PAGE_PRESENT | _PAGE_ACCESSED);
544
545         /* Create HW TLB(PD0,PD1) from PTE  */
546
547         /* ASID for this task */
548         asid_or_sasid = read_aux_reg(ARC_REG_PID) & 0xff;
549
550         pd0 = address | asid_or_sasid | (pte_val(*ptep) & PTE_BITS_IN_PD0);
551
552         /*
553          * ARC MMU provides fully orthogonal access bits for K/U mode,
554          * however Linux only saves 1 set to save PTE real-estate
555          * Here we convert 3 PTE bits into 6 MMU bits:
556          * -Kernel only entries have Kr Kw Kx 0 0 0
557          * -User entries have mirrored K and U bits
558          */
559         rwx = pte_val(*ptep) & PTE_BITS_RWX;
560
561         if (pte_val(*ptep) & _PAGE_GLOBAL)
562                 rwx <<= 3;              /* r w x => Kr Kw Kx 0 0 0 */
563         else
564                 rwx |= (rwx << 3);      /* r w x => Kr Kw Kx Ur Uw Ux */
565
566         pd1 = rwx | (pte_val(*ptep) & PTE_BITS_NON_RWX_IN_PD1);
567
568         tlb_entry_insert(pd0, pd1);
569
570         local_irq_restore(flags);
571 }
572
573 /*
574  * Called at the end of pagefault, for a userspace mapped page
575  *  -pre-install the corresponding TLB entry into MMU
576  *  -Finalize the delayed D-cache flush of kernel mapping of page due to
577  *      flush_dcache_page(), copy_user_page()
578  *
579  * Note that flush (when done) involves both WBACK - so physical page is
580  * in sync as well as INV - so any non-congruent aliases don't remain
581  */
582 void update_mmu_cache(struct vm_area_struct *vma, unsigned long vaddr_unaligned,
583                       pte_t *ptep)
584 {
585         unsigned long vaddr = vaddr_unaligned & PAGE_MASK;
586         unsigned long paddr = pte_val(*ptep) & PAGE_MASK;
587         struct page *page = pfn_to_page(pte_pfn(*ptep));
588
589         create_tlb(vma, vaddr, ptep);
590
591         if (page == ZERO_PAGE(0)) {
592                 return;
593         }
594
595         /*
596          * Exec page : Independent of aliasing/page-color considerations,
597          *             since icache doesn't snoop dcache on ARC, any dirty
598          *             K-mapping of a code page needs to be wback+inv so that
599          *             icache fetch by userspace sees code correctly.
600          * !EXEC page: If K-mapping is NOT congruent to U-mapping, flush it
601          *             so userspace sees the right data.
602          *  (Avoids the flush for Non-exec + congruent mapping case)
603          */
604         if ((vma->vm_flags & VM_EXEC) ||
605              addr_not_cache_congruent(paddr, vaddr)) {
606
607                 int dirty = !test_and_set_bit(PG_dc_clean, &page->flags);
608                 if (dirty) {
609                         /* wback + inv dcache lines */
610                         __flush_dcache_page(paddr, paddr);
611
612                         /* invalidate any existing icache lines */
613                         if (vma->vm_flags & VM_EXEC)
614                                 __inv_icache_page(paddr, vaddr);
615                 }
616         }
617 }
618
619 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
620
621 /*
622  * MMUv4 in HS38x cores supports Super Pages which are basis for Linux THP
623  * support.
624  *
625  * Normal and Super pages can co-exist (ofcourse not overlap) in TLB with a
626  * new bit "SZ" in TLB page desciptor to distinguish between them.
627  * Super Page size is configurable in hardware (4K to 16M), but fixed once
628  * RTL builds.
629  *
630  * The exact THP size a Linx configuration will support is a function of:
631  *  - MMU page size (typical 8K, RTL fixed)
632  *  - software page walker address split between PGD:PTE:PFN (typical
633  *    11:8:13, but can be changed with 1 line)
634  * So for above default, THP size supported is 8K * (2^8) = 2M
635  *
636  * Default Page Walker is 2 levels, PGD:PTE:PFN, which in THP regime
637  * reduces to 1 level (as PTE is folded into PGD and canonically referred
638  * to as PMD).
639  * Thus THP PMD accessors are implemented in terms of PTE (just like sparc)
640  */
641
642 void update_mmu_cache_pmd(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
643                                  pmd_t *pmd)
644 {
645         pte_t pte = __pte(pmd_val(*pmd));
646         update_mmu_cache(vma, addr, &pte);
647 }
648
649 void pgtable_trans_huge_deposit(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmdp,
650                                 pgtable_t pgtable)
651 {
652         struct list_head *lh = (struct list_head *) pgtable;
653
654         assert_spin_locked(&mm->page_table_lock);
655
656         /* FIFO */
657         if (!pmd_huge_pte(mm, pmdp))
658                 INIT_LIST_HEAD(lh);
659         else
660                 list_add(lh, (struct list_head *) pmd_huge_pte(mm, pmdp));
661         pmd_huge_pte(mm, pmdp) = pgtable;
662 }
663
664 pgtable_t pgtable_trans_huge_withdraw(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmdp)
665 {
666         struct list_head *lh;
667         pgtable_t pgtable;
668
669         assert_spin_locked(&mm->page_table_lock);
670
671         pgtable = pmd_huge_pte(mm, pmdp);
672         lh = (struct list_head *) pgtable;
673         if (list_empty(lh))
674                 pmd_huge_pte(mm, pmdp) = NULL;
675         else {
676                 pmd_huge_pte(mm, pmdp) = (pgtable_t) lh->next;
677                 list_del(lh);
678         }
679
680         pte_val(pgtable[0]) = 0;
681         pte_val(pgtable[1]) = 0;
682
683         return pgtable;
684 }
685
686 void local_flush_pmd_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
687                                unsigned long end)
688 {
689         unsigned int cpu;
690         unsigned long flags;
691
692         local_irq_save(flags);
693
694         cpu = smp_processor_id();
695
696         if (likely(asid_mm(vma->vm_mm, cpu) != MM_CTXT_NO_ASID)) {
697                 unsigned int asid = hw_pid(vma->vm_mm, cpu);
698
699                 /* No need to loop here: this will always be for 1 Huge Page */
700                 tlb_entry_erase(start | _PAGE_HW_SZ | asid);
701         }
702
703         local_irq_restore(flags);
704 }
705
706 #endif
707
708 /* Read the Cache Build Confuration Registers, Decode them and save into
709  * the cpuinfo structure for later use.
710  * No Validation is done here, simply read/convert the BCRs
711  */
712 void read_decode_mmu_bcr(void)
713 {
714         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
715         unsigned int tmp;
716         struct bcr_mmu_1_2 {
717 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
718                 unsigned int ver:8, ways:4, sets:4, u_itlb:8, u_dtlb:8;
719 #else
720                 unsigned int u_dtlb:8, u_itlb:8, sets:4, ways:4, ver:8;
721 #endif
722         } *mmu2;
723
724         struct bcr_mmu_3 {
725 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
726         unsigned int ver:8, ways:4, sets:4, osm:1, reserv:3, pg_sz:4,
727                      u_itlb:4, u_dtlb:4;
728 #else
729         unsigned int u_dtlb:4, u_itlb:4, pg_sz:4, reserv:3, osm:1, sets:4,
730                      ways:4, ver:8;
731 #endif
732         } *mmu3;
733
734         struct bcr_mmu_4 {
735 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
736         unsigned int ver:8, sasid:1, sz1:4, sz0:4, res:2, pae:1,
737                      n_ways:2, n_entry:2, n_super:2, u_itlb:3, u_dtlb:3;
738 #else
739         /*           DTLB      ITLB      JES        JE         JA      */
740         unsigned int u_dtlb:3, u_itlb:3, n_super:2, n_entry:2, n_ways:2,
741                      pae:1, res:2, sz0:4, sz1:4, sasid:1, ver:8;
742 #endif
743         } *mmu4;
744
745         tmp = read_aux_reg(ARC_REG_MMU_BCR);
746         mmu->ver = (tmp >> 24);
747
748         if (mmu->ver <= 2) {
749                 mmu2 = (struct bcr_mmu_1_2 *)&tmp;
750                 mmu->pg_sz_k = TO_KB(PAGE_SIZE);
751                 mmu->sets = 1 << mmu2->sets;
752                 mmu->ways = 1 << mmu2->ways;
753                 mmu->u_dtlb = mmu2->u_dtlb;
754                 mmu->u_itlb = mmu2->u_itlb;
755         } else if (mmu->ver == 3) {
756                 mmu3 = (struct bcr_mmu_3 *)&tmp;
757                 mmu->pg_sz_k = 1 << (mmu3->pg_sz - 1);
758                 mmu->sets = 1 << mmu3->sets;
759                 mmu->ways = 1 << mmu3->ways;
760                 mmu->u_dtlb = mmu3->u_dtlb;
761                 mmu->u_itlb = mmu3->u_itlb;
762         } else {
763                 mmu4 = (struct bcr_mmu_4 *)&tmp;
764                 mmu->pg_sz_k = 1 << (mmu4->sz0 - 1);
765                 mmu->s_pg_sz_m = 1 << (mmu4->sz1 - 11);
766                 mmu->sets = 64 << mmu4->n_entry;
767                 mmu->ways = mmu4->n_ways * 2;
768                 mmu->u_dtlb = mmu4->u_dtlb * 4;
769                 mmu->u_itlb = mmu4->u_itlb * 4;
770         }
771 }
772
773 char *arc_mmu_mumbojumbo(int cpu_id, char *buf, int len)
774 {
775         int n = 0;
776         struct cpuinfo_arc_mmu *p_mmu = &cpuinfo_arc700[cpu_id].mmu;
777         char super_pg[64] = "";
778
779         if (p_mmu->s_pg_sz_m)
780                 scnprintf(super_pg, 64, "%dM Super Page%s, ",
781                           p_mmu->s_pg_sz_m,
782                           IS_USED_CFG(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE));
783
784         n += scnprintf(buf + n, len - n,
785                       "MMU [v%x]\t: %dk PAGE, %sJTLB %d (%dx%d), uDTLB %d, uITLB %d %s\n",
786                        p_mmu->ver, p_mmu->pg_sz_k, super_pg,
787                        p_mmu->sets * p_mmu->ways, p_mmu->sets, p_mmu->ways,
788                        p_mmu->u_dtlb, p_mmu->u_itlb,
789                        IS_ENABLED(CONFIG_ARC_MMU_SASID) ? ",SASID" : "");
790
791         return buf;
792 }
793
794 void arc_mmu_init(void)
795 {
796         char str[256];
797         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
798
799         printk(arc_mmu_mumbojumbo(0, str, sizeof(str)));
800
801         /* For efficiency sake, kernel is compile time built for a MMU ver
802          * This must match the hardware it is running on.
803          * Linux built for MMU V2, if run on MMU V1 will break down because V1
804          *  hardware doesn't understand cmds such as WriteNI, or IVUTLB
805          * On the other hand, Linux built for V1 if run on MMU V2 will do
806          *   un-needed workarounds to prevent memcpy thrashing.
807          * Similarly MMU V3 has new features which won't work on older MMU
808          */
809         if (mmu->ver != CONFIG_ARC_MMU_VER) {
810                 panic("MMU ver %d doesn't match kernel built for %d...\n",
811                       mmu->ver, CONFIG_ARC_MMU_VER);
812         }
813
814         if (mmu->pg_sz_k != TO_KB(PAGE_SIZE))
815                 panic("MMU pg size != PAGE_SIZE (%luk)\n", TO_KB(PAGE_SIZE));
816
817         if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) &&
818             mmu->s_pg_sz_m != TO_MB(HPAGE_PMD_SIZE))
819                 panic("MMU Super pg size != Linux HPAGE_PMD_SIZE (%luM)\n",
820                       (unsigned long)TO_MB(HPAGE_PMD_SIZE));
821
822         /* Enable the MMU */
823         write_aux_reg(ARC_REG_PID, MMU_ENABLE);
824
825         /* In smp we use this reg for interrupt 1 scratch */
826 #ifndef CONFIG_SMP
827         /* swapper_pg_dir is the pgd for the kernel, used by vmalloc */
828         write_aux_reg(ARC_REG_SCRATCH_DATA0, swapper_pg_dir);
829 #endif
830 }
831
832 /*
833  * TLB Programmer's Model uses Linear Indexes: 0 to {255, 511} for 128 x {2,4}
834  * The mapping is Column-first.
835  *              ---------------------   -----------
836  *              |way0|way1|way2|way3|   |way0|way1|
837  *              ---------------------   -----------
838  * [set0]       |  0 |  1 |  2 |  3 |   |  0 |  1 |
839  * [set1]       |  4 |  5 |  6 |  7 |   |  2 |  3 |
840  *              ~                   ~   ~         ~
841  * [set127]     | 508| 509| 510| 511|   | 254| 255|
842  *              ---------------------   -----------
843  * For normal operations we don't(must not) care how above works since
844  * MMU cmd getIndex(vaddr) abstracts that out.
845  * However for walking WAYS of a SET, we need to know this
846  */
847 #define SET_WAY_TO_IDX(mmu, set, way)  ((set) * mmu->ways + (way))
848
849 /* Handling of Duplicate PD (TLB entry) in MMU.
850  * -Could be due to buggy customer tapeouts or obscure kernel bugs
851  * -MMU complaints not at the time of duplicate PD installation, but at the
852  *      time of lookup matching multiple ways.
853  * -Ideally these should never happen - but if they do - workaround by deleting
854  *      the duplicate one.
855  * -Knob to be verbose abt it.(TODO: hook them up to debugfs)
856  */
857 volatile int dup_pd_verbose = 1;/* Be slient abt it or complain (default) */
858
859 void do_tlb_overlap_fault(unsigned long cause, unsigned long address,
860                           struct pt_regs *regs)
861 {
862         int set, way, n;
863         unsigned long flags, is_valid;
864         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
865         unsigned int pd0[mmu->ways], pd1[mmu->ways];
866
867         local_irq_save(flags);
868
869         /* re-enable the MMU */
870         write_aux_reg(ARC_REG_PID, MMU_ENABLE | read_aux_reg(ARC_REG_PID));
871
872         /* loop thru all sets of TLB */
873         for (set = 0; set < mmu->sets; set++) {
874
875                 /* read out all the ways of current set */
876                 for (way = 0, is_valid = 0; way < mmu->ways; way++) {
877                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX,
878                                           SET_WAY_TO_IDX(mmu, set, way));
879                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBRead);
880                         pd0[way] = read_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0);
881                         pd1[way] = read_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1);
882                         is_valid |= pd0[way] & _PAGE_PRESENT;
883                 }
884
885                 /* If all the WAYS in SET are empty, skip to next SET */
886                 if (!is_valid)
887                         continue;
888
889                 /* Scan the set for duplicate ways: needs a nested loop */
890                 for (way = 0; way < mmu->ways - 1; way++) {
891                         if (!pd0[way])
892                                 continue;
893
894                         for (n = way + 1; n < mmu->ways; n++) {
895                                 if ((pd0[way] & PAGE_MASK) ==
896                                     (pd0[n] & PAGE_MASK)) {
897
898                                         if (dup_pd_verbose) {
899                                                 pr_info("Duplicate PD's @"
900                                                         "[%d:%d]/[%d:%d]\n",
901                                                      set, way, set, n);
902                                                 pr_info("TLBPD0[%u]: %08x\n",
903                                                      way, pd0[way]);
904                                         }
905
906                                         /*
907                                          * clear entry @way and not @n. This is
908                                          * critical to our optimised loop
909                                          */
910                                         pd0[way] = pd1[way] = 0;
911                                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX,
912                                                 SET_WAY_TO_IDX(mmu, set, way));
913                                         __tlb_entry_erase();
914                                 }
915                         }
916                 }
917         }
918
919         local_irq_restore(flags);
920 }
921
922 /***********************************************************************
923  * Diagnostic Routines
924  *  -Called from Low Level TLB Hanlders if things don;t look good
925  **********************************************************************/
926
927 #ifdef CONFIG_ARC_DBG_TLB_PARANOIA
928
929 /*
930  * Low Level ASM TLB handler calls this if it finds that HW and SW ASIDS
931  * don't match
932  */
933 void print_asid_mismatch(int mm_asid, int mmu_asid, int is_fast_path)
934 {
935         pr_emerg("ASID Mismatch in %s Path Handler: sw-pid=0x%x hw-pid=0x%x\n",
936                is_fast_path ? "Fast" : "Slow", mm_asid, mmu_asid);
937
938         __asm__ __volatile__("flag 1");
939 }
940
941 void tlb_paranoid_check(unsigned int mm_asid, unsigned long addr)
942 {
943         unsigned int mmu_asid;
944
945         mmu_asid = read_aux_reg(ARC_REG_PID) & 0xff;
946
947         /*
948          * At the time of a TLB miss/installation
949          *   - HW version needs to match SW version
950          *   - SW needs to have a valid ASID
951          */
952         if (addr < 0x70000000 &&
953             ((mm_asid == MM_CTXT_NO_ASID) ||
954               (mmu_asid != (mm_asid & MM_CTXT_ASID_MASK))))
955                 print_asid_mismatch(mm_asid, mmu_asid, 0);
956 }
957 #endif