]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - arch/powerpc/include/asm/mmu-hash64.h
7cbd541f915f8f9675fc2a94949d2f424643de74
[karo-tx-linux.git] / arch / powerpc / include / asm / mmu-hash64.h
1 #ifndef _ASM_POWERPC_MMU_HASH64_H_
2 #define _ASM_POWERPC_MMU_HASH64_H_
3 /*
4  * PowerPC64 memory management structures
5  *
6  * Dave Engebretsen & Mike Corrigan <{engebret|mikejc}@us.ibm.com>
7  *   PPC64 rework.
8  *
9  * This program is free software; you can redistribute it and/or
10  * modify it under the terms of the GNU General Public License
11  * as published by the Free Software Foundation; either version
12  * 2 of the License, or (at your option) any later version.
13  */
14
15 #include <asm/asm-compat.h>
16 #include <asm/page.h>
17
18 /*
19  * Segment table
20  */
21
22 #define STE_ESID_V      0x80
23 #define STE_ESID_KS     0x20
24 #define STE_ESID_KP     0x10
25 #define STE_ESID_N      0x08
26
27 #define STE_VSID_SHIFT  12
28
29 /* Location of cpu0's segment table */
30 #define STAB0_PAGE      0x8
31 #define STAB0_OFFSET    (STAB0_PAGE << 12)
32 #define STAB0_PHYS_ADDR (STAB0_OFFSET + PHYSICAL_START)
33
34 #ifndef __ASSEMBLY__
35 extern char initial_stab[];
36 #endif /* ! __ASSEMBLY */
37
38 /*
39  * SLB
40  */
41
42 #define SLB_NUM_BOLTED          3
43 #define SLB_CACHE_ENTRIES       8
44 #define SLB_MIN_SIZE            32
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_SHIFT_1T       24
52 #define SLB_VSID_SSIZE_SHIFT    62
53 #define SLB_VSID_B              ASM_CONST(0xc000000000000000)
54 #define SLB_VSID_B_256M         ASM_CONST(0x0000000000000000)
55 #define SLB_VSID_B_1T           ASM_CONST(0x4000000000000000)
56 #define SLB_VSID_KS             ASM_CONST(0x0000000000000800)
57 #define SLB_VSID_KP             ASM_CONST(0x0000000000000400)
58 #define SLB_VSID_N              ASM_CONST(0x0000000000000200) /* no-execute */
59 #define SLB_VSID_L              ASM_CONST(0x0000000000000100)
60 #define SLB_VSID_C              ASM_CONST(0x0000000000000080) /* class */
61 #define SLB_VSID_LP             ASM_CONST(0x0000000000000030)
62 #define SLB_VSID_LP_00          ASM_CONST(0x0000000000000000)
63 #define SLB_VSID_LP_01          ASM_CONST(0x0000000000000010)
64 #define SLB_VSID_LP_10          ASM_CONST(0x0000000000000020)
65 #define SLB_VSID_LP_11          ASM_CONST(0x0000000000000030)
66 #define SLB_VSID_LLP            (SLB_VSID_L|SLB_VSID_LP)
67
68 #define SLB_VSID_KERNEL         (SLB_VSID_KP)
69 #define SLB_VSID_USER           (SLB_VSID_KP|SLB_VSID_KS|SLB_VSID_C)
70
71 #define SLBIE_C                 (0x08000000)
72 #define SLBIE_SSIZE_SHIFT       25
73
74 /*
75  * Hash table
76  */
77
78 #define HPTES_PER_GROUP 8
79
80 #define HPTE_V_SSIZE_SHIFT      62
81 #define HPTE_V_AVPN_SHIFT       7
82 #define HPTE_V_AVPN             ASM_CONST(0x3fffffffffffff80)
83 #define HPTE_V_AVPN_VAL(x)      (((x) & HPTE_V_AVPN) >> HPTE_V_AVPN_SHIFT)
84 #define HPTE_V_COMPARE(x,y)     (!(((x) ^ (y)) & 0xffffffffffffff80UL))
85 #define HPTE_V_BOLTED           ASM_CONST(0x0000000000000010)
86 #define HPTE_V_LOCK             ASM_CONST(0x0000000000000008)
87 #define HPTE_V_LARGE            ASM_CONST(0x0000000000000004)
88 #define HPTE_V_SECONDARY        ASM_CONST(0x0000000000000002)
89 #define HPTE_V_VALID            ASM_CONST(0x0000000000000001)
90
91 #define HPTE_R_PP0              ASM_CONST(0x8000000000000000)
92 #define HPTE_R_TS               ASM_CONST(0x4000000000000000)
93 #define HPTE_R_KEY_HI           ASM_CONST(0x3000000000000000)
94 #define HPTE_R_RPN_SHIFT        12
95 #define HPTE_R_RPN              ASM_CONST(0x0ffffffffffff000)
96 #define HPTE_R_PP               ASM_CONST(0x0000000000000003)
97 #define HPTE_R_N                ASM_CONST(0x0000000000000004)
98 #define HPTE_R_G                ASM_CONST(0x0000000000000008)
99 #define HPTE_R_M                ASM_CONST(0x0000000000000010)
100 #define HPTE_R_I                ASM_CONST(0x0000000000000020)
101 #define HPTE_R_W                ASM_CONST(0x0000000000000040)
102 #define HPTE_R_WIMG             ASM_CONST(0x0000000000000078)
103 #define HPTE_R_C                ASM_CONST(0x0000000000000080)
104 #define HPTE_R_R                ASM_CONST(0x0000000000000100)
105 #define HPTE_R_KEY_LO           ASM_CONST(0x0000000000000e00)
106
107 #define HPTE_V_1TB_SEG          ASM_CONST(0x4000000000000000)
108 #define HPTE_V_VRMA_MASK        ASM_CONST(0x4001ffffff000000)
109
110 /* Values for PP (assumes Ks=0, Kp=1) */
111 #define PP_RWXX 0       /* Supervisor read/write, User none */
112 #define PP_RWRX 1       /* Supervisor read/write, User read */
113 #define PP_RWRW 2       /* Supervisor read/write, User read/write */
114 #define PP_RXRX 3       /* Supervisor read,       User read */
115 #define PP_RXXX (HPTE_R_PP0 | 2)        /* Supervisor read, user none */
116
117 #ifndef __ASSEMBLY__
118
119 struct hash_pte {
120         unsigned long v;
121         unsigned long r;
122 };
123
124 extern struct hash_pte *htab_address;
125 extern unsigned long htab_size_bytes;
126 extern unsigned long htab_hash_mask;
127
128 /*
129  * Page size definition
130  *
131  *    shift : is the "PAGE_SHIFT" value for that page size
132  *    sllp  : is a bit mask with the value of SLB L || LP to be or'ed
133  *            directly to a slbmte "vsid" value
134  *    penc  : is the HPTE encoding mask for the "LP" field:
135  *
136  */
137 struct mmu_psize_def
138 {
139         unsigned int    shift;  /* number of bits */
140         unsigned int    penc;   /* HPTE encoding */
141         unsigned int    tlbiel; /* tlbiel supported for that page size */
142         unsigned long   avpnm;  /* bits to mask out in AVPN in the HPTE */
143         unsigned long   sllp;   /* SLB L||LP (exact mask to use in slbmte) */
144 };
145
146 #endif /* __ASSEMBLY__ */
147
148 /*
149  * Segment sizes.
150  * These are the values used by hardware in the B field of
151  * SLB entries and the first dword of MMU hashtable entries.
152  * The B field is 2 bits; the values 2 and 3 are unused and reserved.
153  */
154 #define MMU_SEGSIZE_256M        0
155 #define MMU_SEGSIZE_1T          1
156
157 /*
158  * encode page number shift.
159  * in order to fit the 78 bit va in a 64 bit variable we shift the va by
160  * 12 bits. This enable us to address upto 76 bit va.
161  * For hpt hash from a va we can ignore the page size bits of va and for
162  * hpte encoding we ignore up to 23 bits of va. So ignoring lower 12 bits ensure
163  * we work in all cases including 4k page size.
164  */
165 #define VPN_SHIFT       12
166
167 #ifndef __ASSEMBLY__
168
169 static inline int segment_shift(int ssize)
170 {
171         if (ssize == MMU_SEGSIZE_256M)
172                 return SID_SHIFT;
173         return SID_SHIFT_1T;
174 }
175
176 /*
177  * The current system page and segment sizes
178  */
179 extern struct mmu_psize_def mmu_psize_defs[MMU_PAGE_COUNT];
180 extern int mmu_linear_psize;
181 extern int mmu_virtual_psize;
182 extern int mmu_vmalloc_psize;
183 extern int mmu_vmemmap_psize;
184 extern int mmu_io_psize;
185 extern int mmu_kernel_ssize;
186 extern int mmu_highuser_ssize;
187 extern u16 mmu_slb_size;
188 extern unsigned long tce_alloc_start, tce_alloc_end;
189
190 /*
191  * If the processor supports 64k normal pages but not 64k cache
192  * inhibited pages, we have to be prepared to switch processes
193  * to use 4k pages when they create cache-inhibited mappings.
194  * If this is the case, mmu_ci_restrictions will be set to 1.
195  */
196 extern int mmu_ci_restrictions;
197
198 /*
199  * This computes the AVPN and B fields of the first dword of a HPTE,
200  * for use when we want to match an existing PTE.  The bottom 7 bits
201  * of the returned value are zero.
202  */
203 static inline unsigned long hpte_encode_avpn(unsigned long vpn, int psize,
204                                              int ssize)
205 {
206         unsigned long v;
207         /*
208          * The AVA field omits the low-order 23 bits of the 78 bits VA.
209          * These bits are not needed in the PTE, because the
210          * low-order b of these bits are part of the byte offset
211          * into the virtual page and, if b < 23, the high-order
212          * 23-b of these bits are always used in selecting the
213          * PTEGs to be searched
214          */
215         v = (vpn >> (23 - VPN_SHIFT)) & ~(mmu_psize_defs[psize].avpnm);
216         v <<= HPTE_V_AVPN_SHIFT;
217         v |= ((unsigned long) ssize) << HPTE_V_SSIZE_SHIFT;
218         return v;
219 }
220
221 /*
222  * This function sets the AVPN and L fields of the HPTE  appropriately
223  * for the page size
224  */
225 static inline unsigned long hpte_encode_v(unsigned long vpn,
226                                           int psize, int ssize)
227 {
228         unsigned long v;
229         v = hpte_encode_avpn(vpn, psize, ssize);
230         if (psize != MMU_PAGE_4K)
231                 v |= HPTE_V_LARGE;
232         return v;
233 }
234
235 /*
236  * This function sets the ARPN, and LP fields of the HPTE appropriately
237  * for the page size. We assume the pa is already "clean" that is properly
238  * aligned for the requested page size
239  */
240 static inline unsigned long hpte_encode_r(unsigned long pa, int psize)
241 {
242         unsigned long r;
243
244         /* A 4K page needs no special encoding */
245         if (psize == MMU_PAGE_4K)
246                 return pa & HPTE_R_RPN;
247         else {
248                 unsigned int penc = mmu_psize_defs[psize].penc;
249                 unsigned int shift = mmu_psize_defs[psize].shift;
250                 return (pa & ~((1ul << shift) - 1)) | (penc << 12);
251         }
252         return r;
253 }
254
255 /*
256  * Build a VPN_SHIFT bit shifted va given VSID, EA and segment size.
257  */
258 static inline unsigned long hpt_vpn(unsigned long ea,
259                                     unsigned long vsid, int ssize)
260 {
261         unsigned long mask;
262         int s_shift = segment_shift(ssize);
263
264         mask = (1ul << (s_shift - VPN_SHIFT)) - 1;
265         return (vsid << (s_shift - VPN_SHIFT)) | ((ea >> VPN_SHIFT) & mask);
266 }
267
268 /*
269  * This hashes a virtual address
270  */
271 static inline unsigned long hpt_hash(unsigned long vpn,
272                                      unsigned int shift, int ssize)
273 {
274         int mask;
275         unsigned long hash, vsid;
276
277         /* VPN_SHIFT can be atmost 12 */
278         if (ssize == MMU_SEGSIZE_256M) {
279                 mask = (1ul << (SID_SHIFT - VPN_SHIFT)) - 1;
280                 hash = (vpn >> (SID_SHIFT - VPN_SHIFT)) ^
281                         ((vpn & mask) >> (shift - VPN_SHIFT));
282         } else {
283                 mask = (1ul << (SID_SHIFT_1T - VPN_SHIFT)) - 1;
284                 vsid = vpn >> (SID_SHIFT_1T - VPN_SHIFT);
285                 hash = vsid ^ (vsid << 25) ^
286                         ((vpn & mask) >> (shift - VPN_SHIFT)) ;
287         }
288         return hash & 0x7fffffffffUL;
289 }
290
291 extern int __hash_page_4K(unsigned long ea, unsigned long access,
292                           unsigned long vsid, pte_t *ptep, unsigned long trap,
293                           unsigned int local, int ssize, int subpage_prot);
294 extern int __hash_page_64K(unsigned long ea, unsigned long access,
295                            unsigned long vsid, pte_t *ptep, unsigned long trap,
296                            unsigned int local, int ssize);
297 struct mm_struct;
298 unsigned int hash_page_do_lazy_icache(unsigned int pp, pte_t pte, int trap);
299 extern int hash_page(unsigned long ea, unsigned long access, unsigned long trap);
300 int __hash_page_huge(unsigned long ea, unsigned long access, unsigned long vsid,
301                      pte_t *ptep, unsigned long trap, int local, int ssize,
302                      unsigned int shift, unsigned int mmu_psize);
303 extern void hash_failure_debug(unsigned long ea, unsigned long access,
304                                unsigned long vsid, unsigned long trap,
305                                int ssize, int psize, unsigned long pte);
306 extern int htab_bolt_mapping(unsigned long vstart, unsigned long vend,
307                              unsigned long pstart, unsigned long prot,
308                              int psize, int ssize);
309 extern void add_gpage(u64 addr, u64 page_size, unsigned long number_of_pages);
310 extern void demote_segment_4k(struct mm_struct *mm, unsigned long addr);
311
312 extern void hpte_init_native(void);
313 extern void hpte_init_lpar(void);
314 extern void hpte_init_beat(void);
315 extern void hpte_init_beat_v3(void);
316
317 extern void stabs_alloc(void);
318 extern void slb_initialize(void);
319 extern void slb_flush_and_rebolt(void);
320 extern void stab_initialize(unsigned long stab);
321
322 extern void slb_vmalloc_update(void);
323 extern void slb_set_size(u16 size);
324 #endif /* __ASSEMBLY__ */
325
326 /*
327  * VSID allocation
328  *
329  * We first generate a 36-bit "proto-VSID".  For kernel addresses this
330  * is equal to the ESID, for user addresses it is:
331  *      (context << 15) | (esid & 0x7fff)
332  *
333  * The two forms are distinguishable because the top bit is 0 for user
334  * addresses, whereas the top two bits are 1 for kernel addresses.
335  * Proto-VSIDs with the top two bits equal to 0b10 are reserved for
336  * now.
337  *
338  * The proto-VSIDs are then scrambled into real VSIDs with the
339  * multiplicative hash:
340  *
341  *      VSID = (proto-VSID * VSID_MULTIPLIER) % VSID_MODULUS
342  *      where   VSID_MULTIPLIER = 268435399 = 0xFFFFFC7
343  *              VSID_MODULUS = 2^36-1 = 0xFFFFFFFFF
344  *
345  * This scramble is only well defined for proto-VSIDs below
346  * 0xFFFFFFFFF, so both proto-VSID and actual VSID 0xFFFFFFFFF are
347  * reserved.  VSID_MULTIPLIER is prime, so in particular it is
348  * co-prime to VSID_MODULUS, making this a 1:1 scrambling function.
349  * Because the modulus is 2^n-1 we can compute it efficiently without
350  * a divide or extra multiply (see below).
351  *
352  * This scheme has several advantages over older methods:
353  *
354  *      - We have VSIDs allocated for every kernel address
355  * (i.e. everything above 0xC000000000000000), except the very top
356  * segment, which simplifies several things.
357  *
358  *      - We allow for 16 significant bits of ESID and 19 bits of
359  * context for user addresses.  i.e. 16T (44 bits) of address space for
360  * up to half a million contexts.
361  *
362  *      - The scramble function gives robust scattering in the hash
363  * table (at least based on some initial results).  The previous
364  * method was more susceptible to pathological cases giving excessive
365  * hash collisions.
366  */
367 /*
368  * WARNING - If you change these you must make sure the asm
369  * implementations in slb_allocate (slb_low.S), do_stab_bolted
370  * (head.S) and ASM_VSID_SCRAMBLE (below) are changed accordingly.
371  */
372
373 #define VSID_MULTIPLIER_256M    ASM_CONST(200730139)    /* 28-bit prime */
374 #define VSID_BITS_256M          36
375 #define VSID_MODULUS_256M       ((1UL<<VSID_BITS_256M)-1)
376
377 #define VSID_MULTIPLIER_1T      ASM_CONST(12538073)     /* 24-bit prime */
378 #define VSID_BITS_1T            24
379 #define VSID_MODULUS_1T         ((1UL<<VSID_BITS_1T)-1)
380
381 #define CONTEXT_BITS            19
382 #define USER_ESID_BITS          16
383 #define USER_ESID_BITS_1T       4
384
385 #define USER_VSID_RANGE (1UL << (USER_ESID_BITS + SID_SHIFT))
386
387 /*
388  * This macro generates asm code to compute the VSID scramble
389  * function.  Used in slb_allocate() and do_stab_bolted.  The function
390  * computed is: (protovsid*VSID_MULTIPLIER) % VSID_MODULUS
391  *
392  *      rt = register continaing the proto-VSID and into which the
393  *              VSID will be stored
394  *      rx = scratch register (clobbered)
395  *
396  *      - rt and rx must be different registers
397  *      - The answer will end up in the low VSID_BITS bits of rt.  The higher
398  *        bits may contain other garbage, so you may need to mask the
399  *        result.
400  */
401 #define ASM_VSID_SCRAMBLE(rt, rx, size)                                 \
402         lis     rx,VSID_MULTIPLIER_##size@h;                            \
403         ori     rx,rx,VSID_MULTIPLIER_##size@l;                         \
404         mulld   rt,rt,rx;               /* rt = rt * MULTIPLIER */      \
405                                                                         \
406         srdi    rx,rt,VSID_BITS_##size;                                 \
407         clrldi  rt,rt,(64-VSID_BITS_##size);                            \
408         add     rt,rt,rx;               /* add high and low bits */     \
409         /* Now, r3 == VSID (mod 2^36-1), and lies between 0 and         \
410          * 2^36-1+2^28-1.  That in particular means that if r3 >=       \
411          * 2^36-1, then r3+1 has the 2^36 bit set.  So, if r3+1 has     \
412          * the bit clear, r3 already has the answer we want, if it      \
413          * doesn't, the answer is the low 36 bits of r3+1.  So in all   \
414          * cases the answer is the low 36 bits of (r3 + ((r3+1) >> 36))*/\
415         addi    rx,rt,1;                                                \
416         srdi    rx,rx,VSID_BITS_##size; /* extract 2^VSID_BITS bit */   \
417         add     rt,rt,rx
418
419
420 #ifndef __ASSEMBLY__
421
422 #ifdef CONFIG_PPC_SUBPAGE_PROT
423 /*
424  * For the sub-page protection option, we extend the PGD with one of
425  * these.  Basically we have a 3-level tree, with the top level being
426  * the protptrs array.  To optimize speed and memory consumption when
427  * only addresses < 4GB are being protected, pointers to the first
428  * four pages of sub-page protection words are stored in the low_prot
429  * array.
430  * Each page of sub-page protection words protects 1GB (4 bytes
431  * protects 64k).  For the 3-level tree, each page of pointers then
432  * protects 8TB.
433  */
434 struct subpage_prot_table {
435         unsigned long maxaddr;  /* only addresses < this are protected */
436         unsigned int **protptrs[2];
437         unsigned int *low_prot[4];
438 };
439
440 #define SBP_L1_BITS             (PAGE_SHIFT - 2)
441 #define SBP_L2_BITS             (PAGE_SHIFT - 3)
442 #define SBP_L1_COUNT            (1 << SBP_L1_BITS)
443 #define SBP_L2_COUNT            (1 << SBP_L2_BITS)
444 #define SBP_L2_SHIFT            (PAGE_SHIFT + SBP_L1_BITS)
445 #define SBP_L3_SHIFT            (SBP_L2_SHIFT + SBP_L2_BITS)
446
447 extern void subpage_prot_free(struct mm_struct *mm);
448 extern void subpage_prot_init_new_context(struct mm_struct *mm);
449 #else
450 static inline void subpage_prot_free(struct mm_struct *mm) {}
451 static inline void subpage_prot_init_new_context(struct mm_struct *mm) { }
452 #endif /* CONFIG_PPC_SUBPAGE_PROT */
453
454 typedef unsigned long mm_context_id_t;
455 struct spinlock;
456
457 typedef struct {
458         mm_context_id_t id;
459         u16 user_psize;         /* page size index */
460
461 #ifdef CONFIG_PPC_MM_SLICES
462         u64 low_slices_psize;   /* SLB page size encodings */
463         /*
464          * Right now we support 64TB and 4 bits for each
465          * 1TB slice we need 32 bytes for 64TB.
466          */
467         unsigned char high_slices_psize[32];  /* 4 bits per slice for now */
468 #else
469         u16 sllp;               /* SLB page size encoding */
470 #endif
471         unsigned long vdso_base;
472 #ifdef CONFIG_PPC_SUBPAGE_PROT
473         struct subpage_prot_table spt;
474 #endif /* CONFIG_PPC_SUBPAGE_PROT */
475 #ifdef CONFIG_PPC_ICSWX
476         struct spinlock *cop_lockp; /* guard acop and cop_pid */
477         unsigned long acop;     /* mask of enabled coprocessor types */
478         unsigned int cop_pid;   /* pid value used with coprocessors */
479 #endif /* CONFIG_PPC_ICSWX */
480 } mm_context_t;
481
482
483 #if 0
484 /*
485  * The code below is equivalent to this function for arguments
486  * < 2^VSID_BITS, which is all this should ever be called
487  * with.  However gcc is not clever enough to compute the
488  * modulus (2^n-1) without a second multiply.
489  */
490 #define vsid_scramble(protovsid, size) \
491         ((((protovsid) * VSID_MULTIPLIER_##size) % VSID_MODULUS_##size))
492
493 #else /* 1 */
494 #define vsid_scramble(protovsid, size) \
495         ({                                                               \
496                 unsigned long x;                                         \
497                 x = (protovsid) * VSID_MULTIPLIER_##size;                \
498                 x = (x >> VSID_BITS_##size) + (x & VSID_MODULUS_##size); \
499                 (x + ((x+1) >> VSID_BITS_##size)) & VSID_MODULUS_##size; \
500         })
501 #endif /* 1 */
502
503 /* This is only valid for addresses >= PAGE_OFFSET */
504 static inline unsigned long get_kernel_vsid(unsigned long ea, int ssize)
505 {
506         if (ssize == MMU_SEGSIZE_256M)
507                 return vsid_scramble(ea >> SID_SHIFT, 256M);
508         return vsid_scramble(ea >> SID_SHIFT_1T, 1T);
509 }
510
511 /* Returns the segment size indicator for a user address */
512 static inline int user_segment_size(unsigned long addr)
513 {
514         /* Use 1T segments if possible for addresses >= 1T */
515         if (addr >= (1UL << SID_SHIFT_1T))
516                 return mmu_highuser_ssize;
517         return MMU_SEGSIZE_256M;
518 }
519
520 /* This is only valid for user addresses (which are below 2^44) */
521 static inline unsigned long get_vsid(unsigned long context, unsigned long ea,
522                                      int ssize)
523 {
524         if (ssize == MMU_SEGSIZE_256M)
525                 return vsid_scramble((context << USER_ESID_BITS)
526                                      | (ea >> SID_SHIFT), 256M);
527         return vsid_scramble((context << USER_ESID_BITS_1T)
528                              | (ea >> SID_SHIFT_1T), 1T);
529 }
530
531 #endif /* __ASSEMBLY__ */
532
533 #endif /* _ASM_POWERPC_MMU_HASH64_H_ */