arch/unicore32/mm/mmu.c

   1 /*
   2  * linux/arch/unicore32/mm/mmu.c
   3  *
   4  * Code specific to PKUnity SoC and UniCore ISA
   5  *
   6  * Copyright (C) 2001-2010 GUAN Xue-tao
   7  *
   8  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   9  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
  10  * published by the Free Software Foundation.
  11  */
  12 #include <linux/module.h>
  13 #include <linux/kernel.h>
  14 #include <linux/errno.h>
  15 #include <linux/init.h>
  16 #include <linux/mman.h>
  17 #include <linux/nodemask.h>
  18 #include <linux/memblock.h>
  19 #include <linux/fs.h>
  20 #include <linux/io.h>
  21
  22 #include <asm/cputype.h>
  23 #include <asm/sections.h>
  24 #include <asm/setup.h>
  25 #include <linux/sizes.h>
  26 #include <asm/tlb.h>
  27 #include <asm/memblock.h>
  28
  29 #include <mach/map.h>
  30
  31 #include "mm.h"
  32
  33 /*
  34  * empty_zero_page is a special page that is used for
  35  * zero-initialized data and COW.
  36  */
  37 struct page *empty_zero_page;
  38 EXPORT_SYMBOL(empty_zero_page);
  39
  40 /*
  41  * The pmd table for the upper-most set of pages.
  42  */
  43 pmd_t *top_pmd;
  44
  45 pgprot_t pgprot_user;
  46 EXPORT_SYMBOL(pgprot_user);
  47
  48 pgprot_t pgprot_kernel;
  49 EXPORT_SYMBOL(pgprot_kernel);
  50
  51 static int __init noalign_setup(char *__unused)
  52 {
  53         cr_alignment &= ~CR_A;
  54         cr_no_alignment &= ~CR_A;
  55         set_cr(cr_alignment);
  56         return 1;
  57 }
  58 __setup("noalign", noalign_setup);
  59
  60 void adjust_cr(unsigned long mask, unsigned long set)
  61 {
  62         unsigned long flags;
  63
  64         mask &= ~CR_A;
  65
  66         set &= mask;
  67
  68         local_irq_save(flags);
  69
  70         cr_no_alignment = (cr_no_alignment & ~mask) | set;
  71         cr_alignment = (cr_alignment & ~mask) | set;
  72
  73         set_cr((get_cr() & ~mask) | set);
  74
  75         local_irq_restore(flags);
  76 }
  77
  78 struct map_desc {
  79         unsigned long virtual;
  80         unsigned long pfn;
  81         unsigned long length;
  82         unsigned int type;
  83 };
  84
  85 #define PROT_PTE_DEVICE         (PTE_PRESENT | PTE_YOUNG |      \
  86                                 PTE_DIRTY | PTE_READ | PTE_WRITE)
  87 #define PROT_SECT_DEVICE        (PMD_TYPE_SECT | PMD_PRESENT |  \
  88                                 PMD_SECT_READ | PMD_SECT_WRITE)
  89
  90 static struct mem_type mem_types[] = {
  91         [MT_DEVICE] = {           /* Strongly ordered */
  92                 .prot_pte       = PROT_PTE_DEVICE,
  93                 .prot_l1        = PMD_TYPE_TABLE | PMD_PRESENT,
  94                 .prot_sect      = PROT_SECT_DEVICE,
  95         },
  96         /*
  97          * MT_KUSER: pte for vecpage -- cacheable,
  98          *       and sect for unigfx mmap -- noncacheable
  99          */
 100         [MT_KUSER] = {
 101                 .prot_pte  = PTE_PRESENT | PTE_YOUNG | PTE_DIRTY |
 102                                 PTE_CACHEABLE | PTE_READ | PTE_EXEC,
 103                 .prot_l1   = PMD_TYPE_TABLE | PMD_PRESENT,
 104                 .prot_sect = PROT_SECT_DEVICE,
 105         },
 106         [MT_HIGH_VECTORS] = {
 107                 .prot_pte  = PTE_PRESENT | PTE_YOUNG | PTE_DIRTY |
 108                                 PTE_CACHEABLE | PTE_READ | PTE_WRITE |
 109                                 PTE_EXEC,
 110                 .prot_l1   = PMD_TYPE_TABLE | PMD_PRESENT,
 111         },
 112         [MT_MEMORY] = {
 113                 .prot_pte  = PTE_PRESENT | PTE_YOUNG | PTE_DIRTY |
 114                                 PTE_WRITE | PTE_EXEC,
 115                 .prot_l1   = PMD_TYPE_TABLE | PMD_PRESENT,
 116                 .prot_sect = PMD_TYPE_SECT | PMD_PRESENT | PMD_SECT_CACHEABLE |
 117                                 PMD_SECT_READ | PMD_SECT_WRITE | PMD_SECT_EXEC,
 118         },
 119         [MT_ROM] = {
 120                 .prot_sect = PMD_TYPE_SECT | PMD_PRESENT | PMD_SECT_CACHEABLE |
 121                                 PMD_SECT_READ,
 122         },
 123 };
 124
 125 const struct mem_type *get_mem_type(unsigned int type)
 126 {
 127         return type < ARRAY_SIZE(mem_types) ? &mem_types[type] : NULL;
 128 }
 129 EXPORT_SYMBOL(get_mem_type);
 130
 131 /*
 132  * Adjust the PMD section entries according to the CPU in use.
 133  */
 134 static void __init build_mem_type_table(void)
 135 {
 136         pgprot_user   = __pgprot(PTE_PRESENT | PTE_YOUNG | PTE_CACHEABLE);
 137         pgprot_kernel = __pgprot(PTE_PRESENT | PTE_YOUNG |
 138                                  PTE_DIRTY | PTE_READ | PTE_WRITE |
 139                                  PTE_EXEC | PTE_CACHEABLE);
 140 }
 141
 142 #define vectors_base()  (vectors_high() ? 0xffff0000 : 0)
 143
 144 static pte_t * __init early_pte_alloc(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
 145                 unsigned long prot)
 146 {
 147         if (pmd_none(*pmd)) {
 148                 size_t size = PTRS_PER_PTE * sizeof(pte_t);
 149                 pte_t *pte = memblock_alloc(size, size);
 150
 151                 if (!pte)
 152                         panic("%s: Failed to allocate %zu bytes align=%zx\n",
 153                               __func__, size, size);
 154
 155                 __pmd_populate(pmd, __pa(pte) | prot);
 156         }
 157         BUG_ON(pmd_bad(*pmd));
 158         return pte_offset_kernel(pmd, addr);
 159 }
 160
 161 static void __init alloc_init_pte(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
 162                                   unsigned long end, unsigned long pfn,
 163                                   const struct mem_type *type)
 164 {
 165         pte_t *pte = early_pte_alloc(pmd, addr, type->prot_l1);
 166         do {
 167                 set_pte(pte, pfn_pte(pfn, __pgprot(type->prot_pte)));
 168                 pfn++;
 169         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 170 }
 171
 172 static void __init alloc_init_section(pgd_t *pgd, unsigned long addr,
 173                                       unsigned long end, unsigned long phys,
 174                                       const struct mem_type *type)
 175 {
 176         pmd_t *pmd = pmd_offset((pud_t *)pgd, addr);
 177
 178         /*
 179          * Try a section mapping - end, addr and phys must all be aligned
 180          * to a section boundary.
 181          */
 182         if (((addr | end | phys) & ~SECTION_MASK) == 0) {
 183                 pmd_t *p = pmd;
 184
 185                 do {
 186                         set_pmd(pmd, __pmd(phys | type->prot_sect));
 187                         phys += SECTION_SIZE;
 188                 } while (pmd++, addr += SECTION_SIZE, addr != end);
 189
 190                 flush_pmd_entry(p);
 191         } else {
 192                 /*
 193                  * No need to loop; pte's aren't interested in the
 194                  * individual L1 entries.
 195                  */
 196                 alloc_init_pte(pmd, addr, end, __phys_to_pfn(phys), type);
 197         }
 198 }
 199
 200 /*
 201  * Create the page directory entries and any necessary
 202  * page tables for the mapping specified by `md'.  We
 203  * are able to cope here with varying sizes and address
 204  * offsets, and we take full advantage of sections.
 205  */
 206 static void __init create_mapping(struct map_desc *md)
 207 {
 208         unsigned long phys, addr, length, end;
 209         const struct mem_type *type;
 210         pgd_t *pgd;
 211
 212         if (md->virtual != vectors_base() && md->virtual < TASK_SIZE) {
 213                 printk(KERN_WARNING "BUG: not creating mapping for "
 214                        "0x%08llx at 0x%08lx in user region\n",
 215                        __pfn_to_phys((u64)md->pfn), md->virtual);
 216                 return;
 217         }
 218
 219         if ((md->type == MT_DEVICE || md->type == MT_ROM) &&
 220             md->virtual >= PAGE_OFFSET && md->virtual < VMALLOC_END) {
 221                 printk(KERN_WARNING "BUG: mapping for 0x%08llx at 0x%08lx "
 222                        "overlaps vmalloc space\n",
 223                        __pfn_to_phys((u64)md->pfn), md->virtual);
 224         }
 225
 226         type = &mem_types[md->type];
 227
 228         addr = md->virtual & PAGE_MASK;
 229         phys = (unsigned long)__pfn_to_phys(md->pfn);
 230         length = PAGE_ALIGN(md->length + (md->virtual & ~PAGE_MASK));
 231
 232         if (type->prot_l1 == 0 && ((addr | phys | length) & ~SECTION_MASK)) {
 233                 printk(KERN_WARNING "BUG: map for 0x%08lx at 0x%08lx can not "
 234                        "be mapped using pages, ignoring.\n",
 235                        __pfn_to_phys(md->pfn), addr);
 236                 return;
 237         }
 238
 239         pgd = pgd_offset_k(addr);
 240         end = addr + length;
 241         do {
 242                 unsigned long next = pgd_addr_end(addr, end);
 243
 244                 alloc_init_section(pgd, addr, next, phys, type);
 245
 246                 phys += next - addr;
 247                 addr = next;
 248         } while (pgd++, addr != end);
 249 }
 250
 251 static void * __initdata vmalloc_min = (void *)(VMALLOC_END - SZ_128M);
 252
 253 /*
 254  * vmalloc=size forces the vmalloc area to be exactly 'size'
 255  * bytes. This can be used to increase (or decrease) the vmalloc
 256  * area - the default is 128m.
 257  */
 258 static int __init early_vmalloc(char *arg)
 259 {
 260         unsigned long vmalloc_reserve = memparse(arg, NULL);
 261
 262         if (vmalloc_reserve < SZ_16M) {
 263                 vmalloc_reserve = SZ_16M;
 264                 printk(KERN_WARNING
 265                         "vmalloc area too small, limiting to %luMB\n",
 266                         vmalloc_reserve >> 20);
 267         }
 268
 269         if (vmalloc_reserve > VMALLOC_END - (PAGE_OFFSET + SZ_32M)) {
 270                 vmalloc_reserve = VMALLOC_END - (PAGE_OFFSET + SZ_32M);
 271                 printk(KERN_WARNING
 272                         "vmalloc area is too big, limiting to %luMB\n",
 273                         vmalloc_reserve >> 20);
 274         }
 275
 276         vmalloc_min = (void *)(VMALLOC_END - vmalloc_reserve);
 277         return 0;
 278 }
 279 early_param("vmalloc", early_vmalloc);
 280
 281 static phys_addr_t lowmem_limit __initdata = SZ_1G;
 282
 283 static void __init sanity_check_meminfo(void)
 284 {
 285         int i, j;
 286
 287         lowmem_limit = __pa(vmalloc_min - 1) + 1;
 288         memblock_set_current_limit(lowmem_limit);
 289
 290         for (i = 0, j = 0; i < meminfo.nr_banks; i++) {
 291                 struct membank *bank = &meminfo.bank[j];
 292                 *bank = meminfo.bank[i];
 293                 j++;
 294         }
 295         meminfo.nr_banks = j;
 296 }
 297
 298 static inline void prepare_page_table(void)
 299 {
 300         unsigned long addr;
 301         phys_addr_t end;
 302
 303         /*
 304          * Clear out all the mappings below the kernel image.
 305          */
 306         for (addr = 0; addr < MODULES_VADDR; addr += PGDIR_SIZE)
 307                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 308
 309         for ( ; addr < PAGE_OFFSET; addr += PGDIR_SIZE)
 310                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 311
 312         /*
 313          * Find the end of the first block of lowmem.
 314          */
 315         end = memblock.memory.regions[0].base + memblock.memory.regions[0].size;
 316         if (end >= lowmem_limit)
 317                 end = lowmem_limit;
 318
 319         /*
 320          * Clear out all the kernel space mappings, except for the first
 321          * memory bank, up to the end of the vmalloc region.
 322          */
 323         for (addr = __phys_to_virt(end);
 324              addr < VMALLOC_END; addr += PGDIR_SIZE)
 325                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 326 }
 327
 328 /*
 329  * Reserve the special regions of memory
 330  */
 331 void __init uc32_mm_memblock_reserve(void)
 332 {
 333         /*
 334          * Reserve the page tables.  These are already in use,
 335          * and can only be in node 0.
 336          */
 337         memblock_reserve(__pa(swapper_pg_dir), PTRS_PER_PGD * sizeof(pgd_t));
 338 }
 339
 340 /*
 341  * Set up device the mappings.  Since we clear out the page tables for all
 342  * mappings above VMALLOC_END, we will remove any debug device mappings.
 343  * This means you have to be careful how you debug this function, or any
 344  * called function.  This means you can't use any function or debugging
 345  * method which may touch any device, otherwise the kernel _will_ crash.
 346  */
 347 static void __init devicemaps_init(void)
 348 {
 349         struct map_desc map;
 350         unsigned long addr;
 351         void *vectors;
 352
 353         /*
 354          * Allocate the vector page early.
 355          */
 356         vectors = memblock_alloc(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
 357         if (!vectors)
 358                 panic("%s: Failed to allocate %lu bytes align=0x%lx\n",
 359                       __func__, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
 360
 361         for (addr = VMALLOC_END; addr; addr += PGDIR_SIZE)
 362                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 363
 364         /*
 365          * Create a mapping for the machine vectors at the high-vectors
 366          * location (0xffff0000).  If we aren't using high-vectors, also
 367          * create a mapping at the low-vectors virtual address.
 368          */
 369         map.pfn = __phys_to_pfn(virt_to_phys(vectors));
 370         map.virtual = VECTORS_BASE;
 371         map.length = PAGE_SIZE;
 372         map.type = MT_HIGH_VECTORS;
 373         create_mapping(&map);
 374
 375         /*
 376          * Create a mapping for the kuser page at the special
 377          * location (0xbfff0000) to the same vectors location.
 378          */
 379         map.pfn = __phys_to_pfn(virt_to_phys(vectors));
 380         map.virtual = KUSER_VECPAGE_BASE;
 381         map.length = PAGE_SIZE;
 382         map.type = MT_KUSER;
 383         create_mapping(&map);
 384
 385         /*
 386          * Finally flush the caches and tlb to ensure that we're in a
 387          * consistent state wrt the writebuffer.  This also ensures that
 388          * any write-allocated cache lines in the vector page are written
 389          * back.  After this point, we can start to touch devices again.
 390          */
 391         local_flush_tlb_all();
 392         flush_cache_all();
 393 }
 394
 395 static void __init map_lowmem(void)
 396 {
 397         struct memblock_region *reg;
 398
 399         /* Map all the lowmem memory banks. */
 400         for_each_memblock(memory, reg) {
 401                 phys_addr_t start = reg->base;
 402                 phys_addr_t end = start + reg->size;
 403                 struct map_desc map;
 404
 405                 if (end > lowmem_limit)
 406                         end = lowmem_limit;
 407                 if (start >= end)
 408                         break;
 409
 410                 map.pfn = __phys_to_pfn(start);
 411                 map.virtual = __phys_to_virt(start);
 412                 map.length = end - start;
 413                 map.type = MT_MEMORY;
 414
 415                 create_mapping(&map);
 416         }
 417 }
 418
 419 /*
 420  * paging_init() sets up the page tables, initialises the zone memory
 421  * maps, and sets up the zero page, bad page and bad page tables.
 422  */
 423 void __init paging_init(void)
 424 {
 425         void *zero_page;
 426
 427         build_mem_type_table();
 428         sanity_check_meminfo();
 429         prepare_page_table();
 430         map_lowmem();
 431         devicemaps_init();
 432
 433         top_pmd = pmd_off_k(0xffff0000);
 434
 435         /* allocate the zero page. */
 436         zero_page = memblock_alloc(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
 437         if (!zero_page)
 438                 panic("%s: Failed to allocate %lu bytes align=0x%lx\n",
 439                       __func__, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
 440
 441         bootmem_init();
 442
 443         empty_zero_page = virt_to_page(zero_page);
 444         __flush_dcache_page(NULL, empty_zero_page);
 445 }
 446
 447 /*
 448  * In order to soft-boot, we need to insert a 1:1 mapping in place of
 449  * the user-mode pages.  This will then ensure that we have predictable
 450  * results when turning the mmu off
 451  */
 452 void setup_mm_for_reboot(void)
 453 {
 454         unsigned long base_pmdval;
 455         pgd_t *pgd;
 456         int i;
 457
 458         /*
 459          * We need to access to user-mode page tables here. For kernel threads
 460          * we don't have any user-mode mappings so we use the context that we
 461          * "borrowed".
 462          */
 463         pgd = current->active_mm->pgd;
 464
 465         base_pmdval = PMD_SECT_WRITE | PMD_SECT_READ | PMD_TYPE_SECT;
 466
 467         for (i = 0; i < FIRST_USER_PGD_NR + USER_PTRS_PER_PGD; i++, pgd++) {
 468                 unsigned long pmdval = (i << PGDIR_SHIFT) | base_pmdval;
 469                 pmd_t *pmd;
 470
 471                 pmd = pmd_off(pgd, i << PGDIR_SHIFT);
 472                 set_pmd(pmd, __pmd(pmdval));
 473                 flush_pmd_entry(pmd);
 474         }
 475
 476         local_flush_tlb_all();
 477 }
 478
 479 /*
 480  * Take care of architecture specific things when placing a new PTE into
 481  * a page table, or changing an existing PTE.  Basically, there are two
 482  * things that we need to take care of:
 483  *
 484  *  1. If PG_dcache_clean is not set for the page, we need to ensure
 485  *     that any cache entries for the kernels virtual memory
 486  *     range are written back to the page.
 487  *  2. If we have multiple shared mappings of the same space in
 488  *     an object, we need to deal with the cache aliasing issues.
 489  *
 490  * Note that the pte lock will be held.
 491  */
 492 void update_mmu_cache(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
 493         pte_t *ptep)
 494 {
 495         unsigned long pfn = pte_pfn(*ptep);
 496         struct address_space *mapping;
 497         struct page *page;
 498
 499         if (!pfn_valid(pfn))
 500                 return;
 501
 502         /*
 503          * The zero page is never written to, so never has any dirty
 504          * cache lines, and therefore never needs to be flushed.
 505          */
 506         page = pfn_to_page(pfn);
 507         if (page == ZERO_PAGE(0))
 508                 return;
 509
 510         mapping = page_mapping_file(page);
 511         if (!test_and_set_bit(PG_dcache_clean, &page->flags))
 512                 __flush_dcache_page(mapping, page);
 513         if (mapping)
 514                 if (vma->vm_flags & VM_EXEC)
 515                         __flush_icache_all();
 516 }