arch/x86/lib/physmem.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2012 The Chromium OS Authors. All rights reserved.
   3  * Use of this source code is governed by a BSD-style license that can be
   4  * found in the LICENSE file.
   5  *
   6  * Alternatively, this software may be distributed under the terms of the
   7  * GNU General Public License ("GPL") version 2 as published by the Free
   8  * Software Foundation.
   9  */
  10
  11 #include <common.h>
  12 #include <physmem.h>
  13 #include <linux/compiler.h>
  14
  15 /* Large pages are 2MB. */
  16 #define LARGE_PAGE_SIZE ((1 << 20) * 2)
  17
  18 /*
  19  * Paging data structures.
  20  */
  21
  22 struct pdpe {
  23         uint64_t p:1;
  24         uint64_t mbz_0:2;
  25         uint64_t pwt:1;
  26         uint64_t pcd:1;
  27         uint64_t mbz_1:4;
  28         uint64_t avl:3;
  29         uint64_t base:40;
  30         uint64_t mbz_2:12;
  31 };
  32
  33 typedef struct pdpe pdpt_t[512];
  34
  35 struct pde {
  36         uint64_t p:1;      /* present */
  37         uint64_t rw:1;     /* read/write */
  38         uint64_t us:1;     /* user/supervisor */
  39         uint64_t pwt:1;    /* page-level writethrough */
  40         uint64_t pcd:1;    /* page-level cache disable */
  41         uint64_t a:1;      /* accessed */
  42         uint64_t d:1;      /* dirty */
  43         uint64_t ps:1;     /* page size */
  44         uint64_t g:1;      /* global page */
  45         uint64_t avl:3;    /* available to software */
  46         uint64_t pat:1;    /* page-attribute table */
  47         uint64_t mbz_0:8;  /* must be zero */
  48         uint64_t base:31;  /* base address */
  49 };
  50
  51 typedef struct pde pdt_t[512];
  52
  53 static pdpt_t pdpt __aligned(4096);
  54 static pdt_t pdts[4] __aligned(4096);
  55
  56 /*
  57  * Map a virtual address to a physical address and optionally invalidate any
  58  * old mapping.
  59  *
  60  * @param virt          The virtual address to use.
  61  * @param phys          The physical address to use.
  62  * @param invlpg        Whether to use invlpg to clear any old mappings.
  63  */
  64 static void x86_phys_map_page(uintptr_t virt, phys_addr_t phys, int invlpg)
  65 {
  66         /* Extract the two bit PDPT index and the 9 bit PDT index. */
  67         uintptr_t pdpt_idx = (virt >> 30) & 0x3;
  68         uintptr_t pdt_idx = (virt >> 21) & 0x1ff;
  69
  70         /* Set up a handy pointer to the appropriate PDE. */
  71         struct pde *pde = &(pdts[pdpt_idx][pdt_idx]);
  72
  73         memset(pde, 0, sizeof(struct pde));
  74         pde->p = 1;
  75         pde->rw = 1;
  76         pde->us = 1;
  77         pde->ps = 1;
  78         pde->base = phys >> 21;
  79
  80         if (invlpg) {
  81                 /* Flush any stale mapping out of the TLBs. */
  82                 __asm__ __volatile__(
  83                         "invlpg %0\n\t"
  84                         :
  85                         : "m" (*(uint8_t *)virt)
  86                 );
  87         }
  88 }
  89
  90 /* Identity map the lower 4GB and turn on paging with PAE. */
  91 static void x86_phys_enter_paging(void)
  92 {
  93         phys_addr_t page_addr;
  94         unsigned i;
  95
  96         /* Zero out the page tables. */
  97         memset(pdpt, 0, sizeof(pdpt));
  98         memset(pdts, 0, sizeof(pdts));
  99
 100         /* Set up the PDPT. */
 101         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(pdts); i++) {
 102                 pdpt[i].p = 1;
 103                 pdpt[i].base = ((uintptr_t)&pdts[i]) >> 12;
 104         }
 105
 106         /* Identity map everything up to 4GB. */
 107         for (page_addr = 0; page_addr < (1ULL << 32);
 108                         page_addr += LARGE_PAGE_SIZE) {
 109                 /* There's no reason to invalidate the TLB with paging off. */
 110                 x86_phys_map_page(page_addr, page_addr, 0);
 111         }
 112
 113         /* Turn on paging */
 114         __asm__ __volatile__(
 115                 /* Load the page table address */
 116                 "movl   %0, %%cr3\n\t"
 117                 /* Enable pae */
 118                 "movl   %%cr4, %%eax\n\t"
 119                 "orl    $0x00000020, %%eax\n\t"
 120                 "movl   %%eax, %%cr4\n\t"
 121                 /* Enable paging */
 122                 "movl   %%cr0, %%eax\n\t"
 123                 "orl    $0x80000000, %%eax\n\t"
 124                 "movl   %%eax, %%cr0\n\t"
 125                 :
 126                 : "r" (pdpt)
 127                 : "eax"
 128         );
 129 }
 130
 131 /* Disable paging and PAE mode. */
 132 static void x86_phys_exit_paging(void)
 133 {
 134         /* Turn off paging */
 135         __asm__ __volatile__ (
 136                 /* Disable paging */
 137                 "movl   %%cr0, %%eax\n\t"
 138                 "andl   $0x7fffffff, %%eax\n\t"
 139                 "movl   %%eax, %%cr0\n\t"
 140                 /* Disable pae */
 141                 "movl   %%cr4, %%eax\n\t"
 142                 "andl   $0xffffffdf, %%eax\n\t"
 143                 "movl   %%eax, %%cr4\n\t"
 144                 :
 145                 :
 146                 : "eax"
 147         );
 148 }
 149
 150 /*
 151  * Set physical memory to a particular value when the whole region fits on one
 152  * page.
 153  *
 154  * @param map_addr      The address that starts the physical page.
 155  * @param offset        How far into that page to start setting a value.
 156  * @param c             The value to set memory to.
 157  * @param size          The size in bytes of the area to set.
 158  */
 159 static void x86_phys_memset_page(phys_addr_t map_addr, uintptr_t offset, int c,
 160                                  unsigned size)
 161 {
 162         /*
 163          * U-Boot should be far away from the beginning of memory, so that's a
 164          * good place to map our window on top of.
 165          */
 166         const uintptr_t window = LARGE_PAGE_SIZE;
 167
 168         /* Make sure the window is below U-Boot. */
 169         assert(window + LARGE_PAGE_SIZE <
 170                gd->relocaddr - CONFIG_SYS_MALLOC_LEN - CONFIG_SYS_STACK_SIZE);
 171         /* Map the page into the window and then memset the appropriate part. */
 172         x86_phys_map_page(window, map_addr, 1);
 173         memset((void *)(window + offset), c, size);
 174 }
 175
 176 /*
 177  * A physical memory anologue to memset with matching parameters and return
 178  * value.
 179  */
 180 phys_addr_t arch_phys_memset(phys_addr_t start, int c, phys_size_t size)
 181 {
 182         const phys_addr_t max_addr = (phys_addr_t)~(uintptr_t)0;
 183         const phys_addr_t orig_start = start;
 184
 185         if (!size)
 186                 return orig_start;
 187
 188         /* Handle memory below 4GB. */
 189         if (start <= max_addr) {
 190                 phys_size_t low_size = MIN(max_addr + 1 - start, size);
 191                 void *start_ptr = (void *)(uintptr_t)start;
 192
 193                 assert(((phys_addr_t)(uintptr_t)start) == start);
 194                 memset(start_ptr, c, low_size);
 195                 start += low_size;
 196                 size -= low_size;
 197         }
 198
 199         /* Use paging and PAE to handle memory above 4GB up to 64GB. */
 200         if (size) {
 201                 phys_addr_t map_addr = start & ~(LARGE_PAGE_SIZE - 1);
 202                 phys_addr_t offset = start - map_addr;
 203
 204                 x86_phys_enter_paging();
 205
 206                 /* Handle the first partial page. */
 207                 if (offset) {
 208                         phys_addr_t end =
 209                                 MIN(map_addr + LARGE_PAGE_SIZE, start + size);
 210                         phys_size_t cur_size = end - start;
 211                         x86_phys_memset_page(map_addr, offset, c, cur_size);
 212                         size -= cur_size;
 213                         map_addr += LARGE_PAGE_SIZE;
 214                 }
 215                 /* Handle the complete pages. */
 216                 while (size > LARGE_PAGE_SIZE) {
 217                         x86_phys_memset_page(map_addr, 0, c, LARGE_PAGE_SIZE);
 218                         size -= LARGE_PAGE_SIZE;
 219                         map_addr += LARGE_PAGE_SIZE;
 220                 }
 221                 /* Handle the last partial page. */
 222                 if (size)
 223                         x86_phys_memset_page(map_addr, 0, c, size);
 224
 225                 x86_phys_exit_paging();
 226         }
 227         return orig_start;
 228 }