Merge tag 'pwm/for-5.3-rc1' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/thierry...
[sfrench/cifs-2.6.git] / arch / arc / mm / tlb.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * TLB Management (flush/create/diagnostics) for ARC700
4  *
5  * Copyright (C) 2004, 2007-2010, 2011-2012 Synopsys, Inc. (www.synopsys.com)
6  *
7  * vineetg: Aug 2011
8  *  -Reintroduce duplicate PD fixup - some customer chips still have the issue
9  *
10  * vineetg: May 2011
11  *  -No need to flush_cache_page( ) for each call to update_mmu_cache()
12  *   some of the LMBench tests improved amazingly
13  *      = page-fault thrice as fast (75 usec to 28 usec)
14  *      = mmap twice as fast (9.6 msec to 4.6 msec),
15  *      = fork (5.3 msec to 3.7 msec)
16  *
17  * vineetg: April 2011 :
18  *  -MMU v3: PD{0,1} bits layout changed: They don't overlap anymore,
19  *      helps avoid a shift when preparing PD0 from PTE
20  *
21  * vineetg: April 2011 : Preparing for MMU V3
22  *  -MMU v2/v3 BCRs decoded differently
23  *  -Remove TLB_SIZE hardcoding as it's variable now: 256 or 512
24  *  -tlb_entry_erase( ) can be void
25  *  -local_flush_tlb_range( ):
26  *      = need not "ceil" @end
27  *      = walks MMU only if range spans < 32 entries, as opposed to 256
28  *
29  * Vineetg: Sept 10th 2008
30  *  -Changes related to MMU v2 (Rel 4.8)
31  *
32  * Vineetg: Aug 29th 2008
33  *  -In TLB Flush operations (Metal Fix MMU) there is a explict command to
34  *    flush Micro-TLBS. If TLB Index Reg is invalid prior to TLBIVUTLB cmd,
35  *    it fails. Thus need to load it with ANY valid value before invoking
36  *    TLBIVUTLB cmd
37  *
38  * Vineetg: Aug 21th 2008:
39  *  -Reduced the duration of IRQ lockouts in TLB Flush routines
40  *  -Multiple copies of TLB erase code seperated into a "single" function
41  *  -In TLB Flush routines, interrupt disabling moved UP to retrieve ASID
42  *       in interrupt-safe region.
43  *
44  * Vineetg: April 23rd Bug #93131
45  *    Problem: tlb_flush_kernel_range() doesn't do anything if the range to
46  *              flush is more than the size of TLB itself.
47  *
48  * Rahul Trivedi : Codito Technologies 2004
49  */
50
51 #include <linux/module.h>
52 #include <linux/bug.h>
53 #include <linux/mm_types.h>
54
55 #include <asm/arcregs.h>
56 #include <asm/setup.h>
57 #include <asm/mmu_context.h>
58 #include <asm/mmu.h>
59
60 /*                      Need for ARC MMU v2
61  *
62  * ARC700 MMU-v1 had a Joint-TLB for Code and Data and is 2 way set-assoc.
63  * For a memcpy operation with 3 players (src/dst/code) such that all 3 pages
64  * map into same set, there would be contention for the 2 ways causing severe
65  * Thrashing.
66  *
67  * Although J-TLB is 2 way set assoc, ARC700 caches J-TLB into uTLBS which has
68  * much higher associativity. u-D-TLB is 8 ways, u-I-TLB is 4 ways.
69  * Given this, the thrasing problem should never happen because once the 3
70  * J-TLB entries are created (even though 3rd will knock out one of the prev
71  * two), the u-D-TLB and u-I-TLB will have what is required to accomplish memcpy
72  *
73  * Yet we still see the Thrashing because a J-TLB Write cause flush of u-TLBs.
74  * This is a simple design for keeping them in sync. So what do we do?
75  * The solution which James came up was pretty neat. It utilised the assoc
76  * of uTLBs by not invalidating always but only when absolutely necessary.
77  *
78  * - Existing TLB commands work as before
79  * - New command (TLBWriteNI) for TLB write without clearing uTLBs
80  * - New command (TLBIVUTLB) to invalidate uTLBs.
81  *
82  * The uTLBs need only be invalidated when pages are being removed from the
83  * OS page table. If a 'victim' TLB entry is being overwritten in the main TLB
84  * as a result of a miss, the removed entry is still allowed to exist in the
85  * uTLBs as it is still valid and present in the OS page table. This allows the
86  * full associativity of the uTLBs to hide the limited associativity of the main
87  * TLB.
88  *
89  * During a miss handler, the new "TLBWriteNI" command is used to load
90  * entries without clearing the uTLBs.
91  *
92  * When the OS page table is updated, TLB entries that may be associated with a
93  * removed page are removed (flushed) from the TLB using TLBWrite. In this
94  * circumstance, the uTLBs must also be cleared. This is done by using the
95  * existing TLBWrite command. An explicit IVUTLB is also required for those
96  * corner cases when TLBWrite was not executed at all because the corresp
97  * J-TLB entry got evicted/replaced.
98  */
99
100
101 /* A copy of the ASID from the PID reg is kept in asid_cache */
102 DEFINE_PER_CPU(unsigned int, asid_cache) = MM_CTXT_FIRST_CYCLE;
103
104 static int __read_mostly pae_exists;
105
106 /*
107  * Utility Routine to erase a J-TLB entry
108  * Caller needs to setup Index Reg (manually or via getIndex)
109  */
110 static inline void __tlb_entry_erase(void)
111 {
112         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, 0);
113
114         if (is_pae40_enabled())
115                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1HI, 0);
116
117         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, 0);
118         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
119 }
120
121 #if (CONFIG_ARC_MMU_VER < 4)
122
123 static inline unsigned int tlb_entry_lkup(unsigned long vaddr_n_asid)
124 {
125         unsigned int idx;
126
127         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, vaddr_n_asid);
128
129         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBProbe);
130         idx = read_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX);
131
132         return idx;
133 }
134
135 static void tlb_entry_erase(unsigned int vaddr_n_asid)
136 {
137         unsigned int idx;
138
139         /* Locate the TLB entry for this vaddr + ASID */
140         idx = tlb_entry_lkup(vaddr_n_asid);
141
142         /* No error means entry found, zero it out */
143         if (likely(!(idx & TLB_LKUP_ERR))) {
144                 __tlb_entry_erase();
145         } else {
146                 /* Duplicate entry error */
147                 WARN(idx == TLB_DUP_ERR, "Probe returned Dup PD for %x\n",
148                                            vaddr_n_asid);
149         }
150 }
151
152 /****************************************************************************
153  * ARC700 MMU caches recently used J-TLB entries (RAM) as uTLBs (FLOPs)
154  *
155  * New IVUTLB cmd in MMU v2 explictly invalidates the uTLB
156  *
157  * utlb_invalidate ( )
158  *  -For v2 MMU calls Flush uTLB Cmd
159  *  -For v1 MMU does nothing (except for Metal Fix v1 MMU)
160  *      This is because in v1 TLBWrite itself invalidate uTLBs
161  ***************************************************************************/
162
163 static void utlb_invalidate(void)
164 {
165 #if (CONFIG_ARC_MMU_VER >= 2)
166
167 #if (CONFIG_ARC_MMU_VER == 2)
168         /* MMU v2 introduced the uTLB Flush command.
169          * There was however an obscure hardware bug, where uTLB flush would
170          * fail when a prior probe for J-TLB (both totally unrelated) would
171          * return lkup err - because the entry didn't exist in MMU.
172          * The Workround was to set Index reg with some valid value, prior to
173          * flush. This was fixed in MMU v3 hence not needed any more
174          */
175         unsigned int idx;
176
177         /* make sure INDEX Reg is valid */
178         idx = read_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX);
179
180         /* If not write some dummy val */
181         if (unlikely(idx & TLB_LKUP_ERR))
182                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX, 0xa);
183 #endif
184
185         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBIVUTLB);
186 #endif
187
188 }
189
190 static void tlb_entry_insert(unsigned int pd0, pte_t pd1)
191 {
192         unsigned int idx;
193
194         /*
195          * First verify if entry for this vaddr+ASID already exists
196          * This also sets up PD0 (vaddr, ASID..) for final commit
197          */
198         idx = tlb_entry_lkup(pd0);
199
200         /*
201          * If Not already present get a free slot from MMU.
202          * Otherwise, Probe would have located the entry and set INDEX Reg
203          * with existing location. This will cause Write CMD to over-write
204          * existing entry with new PD0 and PD1
205          */
206         if (likely(idx & TLB_LKUP_ERR))
207                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBGetIndex);
208
209         /* setup the other half of TLB entry (pfn, rwx..) */
210         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, pd1);
211
212         /*
213          * Commit the Entry to MMU
214          * It doesn't sound safe to use the TLBWriteNI cmd here
215          * which doesn't flush uTLBs. I'd rather be safe than sorry.
216          */
217         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
218 }
219
220 #else   /* CONFIG_ARC_MMU_VER >= 4) */
221
222 static void utlb_invalidate(void)
223 {
224         /* No need since uTLB is always in sync with JTLB */
225 }
226
227 static void tlb_entry_erase(unsigned int vaddr_n_asid)
228 {
229         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, vaddr_n_asid | _PAGE_PRESENT);
230         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBDeleteEntry);
231 }
232
233 static void tlb_entry_insert(unsigned int pd0, pte_t pd1)
234 {
235         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, pd0);
236         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, pd1);
237
238         if (is_pae40_enabled())
239                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1HI, (u64)pd1 >> 32);
240
241         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBInsertEntry);
242 }
243
244 #endif
245
246 /*
247  * Un-conditionally (without lookup) erase the entire MMU contents
248  */
249
250 noinline void local_flush_tlb_all(void)
251 {
252         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
253         unsigned long flags;
254         unsigned int entry;
255         int num_tlb = mmu->sets * mmu->ways;
256
257         local_irq_save(flags);
258
259         /* Load PD0 and PD1 with template for a Blank Entry */
260         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, 0);
261
262         if (is_pae40_enabled())
263                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1HI, 0);
264
265         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, 0);
266
267         for (entry = 0; entry < num_tlb; entry++) {
268                 /* write this entry to the TLB */
269                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX, entry);
270                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
271         }
272
273         if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)) {
274                 const int stlb_idx = 0x800;
275
276                 /* Blank sTLB entry */
277                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, _PAGE_HW_SZ);
278
279                 for (entry = stlb_idx; entry < stlb_idx + 16; entry++) {
280                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX, entry);
281                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
282                 }
283         }
284
285         utlb_invalidate();
286
287         local_irq_restore(flags);
288 }
289
290 /*
291  * Flush the entrie MM for userland. The fastest way is to move to Next ASID
292  */
293 noinline void local_flush_tlb_mm(struct mm_struct *mm)
294 {
295         /*
296          * Small optimisation courtesy IA64
297          * flush_mm called during fork,exit,munmap etc, multiple times as well.
298          * Only for fork( ) do we need to move parent to a new MMU ctxt,
299          * all other cases are NOPs, hence this check.
300          */
301         if (atomic_read(&mm->mm_users) == 0)
302                 return;
303
304         /*
305          * - Move to a new ASID, but only if the mm is still wired in
306          *   (Android Binder ended up calling this for vma->mm != tsk->mm,
307          *    causing h/w - s/w ASID to get out of sync)
308          * - Also get_new_mmu_context() new implementation allocates a new
309          *   ASID only if it is not allocated already - so unallocate first
310          */
311         destroy_context(mm);
312         if (current->mm == mm)
313                 get_new_mmu_context(mm);
314 }
315
316 /*
317  * Flush a Range of TLB entries for userland.
318  * @start is inclusive, while @end is exclusive
319  * Difference between this and Kernel Range Flush is
320  *  -Here the fastest way (if range is too large) is to move to next ASID
321  *      without doing any explicit Shootdown
322  *  -In case of kernel Flush, entry has to be shot down explictly
323  */
324 void local_flush_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
325                            unsigned long end)
326 {
327         const unsigned int cpu = smp_processor_id();
328         unsigned long flags;
329
330         /* If range @start to @end is more than 32 TLB entries deep,
331          * its better to move to a new ASID rather than searching for
332          * individual entries and then shooting them down
333          *
334          * The calc above is rough, doesn't account for unaligned parts,
335          * since this is heuristics based anyways
336          */
337         if (unlikely((end - start) >= PAGE_SIZE * 32)) {
338                 local_flush_tlb_mm(vma->vm_mm);
339                 return;
340         }
341
342         /*
343          * @start moved to page start: this alone suffices for checking
344          * loop end condition below, w/o need for aligning @end to end
345          * e.g. 2000 to 4001 will anyhow loop twice
346          */
347         start &= PAGE_MASK;
348
349         local_irq_save(flags);
350
351         if (asid_mm(vma->vm_mm, cpu) != MM_CTXT_NO_ASID) {
352                 while (start < end) {
353                         tlb_entry_erase(start | hw_pid(vma->vm_mm, cpu));
354                         start += PAGE_SIZE;
355                 }
356         }
357
358         utlb_invalidate();
359
360         local_irq_restore(flags);
361 }
362
363 /* Flush the kernel TLB entries - vmalloc/modules (Global from MMU perspective)
364  *  @start, @end interpreted as kvaddr
365  * Interestingly, shared TLB entries can also be flushed using just
366  * @start,@end alone (interpreted as user vaddr), although technically SASID
367  * is also needed. However our smart TLbProbe lookup takes care of that.
368  */
369 void local_flush_tlb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end)
370 {
371         unsigned long flags;
372
373         /* exactly same as above, except for TLB entry not taking ASID */
374
375         if (unlikely((end - start) >= PAGE_SIZE * 32)) {
376                 local_flush_tlb_all();
377                 return;
378         }
379
380         start &= PAGE_MASK;
381
382         local_irq_save(flags);
383         while (start < end) {
384                 tlb_entry_erase(start);
385                 start += PAGE_SIZE;
386         }
387
388         utlb_invalidate();
389
390         local_irq_restore(flags);
391 }
392
393 /*
394  * Delete TLB entry in MMU for a given page (??? address)
395  * NOTE One TLB entry contains translation for single PAGE
396  */
397
398 void local_flush_tlb_page(struct vm_area_struct *vma, unsigned long page)
399 {
400         const unsigned int cpu = smp_processor_id();
401         unsigned long flags;
402
403         /* Note that it is critical that interrupts are DISABLED between
404          * checking the ASID and using it flush the TLB entry
405          */
406         local_irq_save(flags);
407
408         if (asid_mm(vma->vm_mm, cpu) != MM_CTXT_NO_ASID) {
409                 tlb_entry_erase((page & PAGE_MASK) | hw_pid(vma->vm_mm, cpu));
410                 utlb_invalidate();
411         }
412
413         local_irq_restore(flags);
414 }
415
416 #ifdef CONFIG_SMP
417
418 struct tlb_args {
419         struct vm_area_struct *ta_vma;
420         unsigned long ta_start;
421         unsigned long ta_end;
422 };
423
424 static inline void ipi_flush_tlb_page(void *arg)
425 {
426         struct tlb_args *ta = arg;
427
428         local_flush_tlb_page(ta->ta_vma, ta->ta_start);
429 }
430
431 static inline void ipi_flush_tlb_range(void *arg)
432 {
433         struct tlb_args *ta = arg;
434
435         local_flush_tlb_range(ta->ta_vma, ta->ta_start, ta->ta_end);
436 }
437
438 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
439 static inline void ipi_flush_pmd_tlb_range(void *arg)
440 {
441         struct tlb_args *ta = arg;
442
443         local_flush_pmd_tlb_range(ta->ta_vma, ta->ta_start, ta->ta_end);
444 }
445 #endif
446
447 static inline void ipi_flush_tlb_kernel_range(void *arg)
448 {
449         struct tlb_args *ta = (struct tlb_args *)arg;
450
451         local_flush_tlb_kernel_range(ta->ta_start, ta->ta_end);
452 }
453
454 void flush_tlb_all(void)
455 {
456         on_each_cpu((smp_call_func_t)local_flush_tlb_all, NULL, 1);
457 }
458
459 void flush_tlb_mm(struct mm_struct *mm)
460 {
461         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(mm), (smp_call_func_t)local_flush_tlb_mm,
462                          mm, 1);
463 }
464
465 void flush_tlb_page(struct vm_area_struct *vma, unsigned long uaddr)
466 {
467         struct tlb_args ta = {
468                 .ta_vma = vma,
469                 .ta_start = uaddr
470         };
471
472         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(vma->vm_mm), ipi_flush_tlb_page, &ta, 1);
473 }
474
475 void flush_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_tlb_range, &ta, 1);
485 }
486
487 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
488 void flush_pmd_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
489                          unsigned long end)
490 {
491         struct tlb_args ta = {
492                 .ta_vma = vma,
493                 .ta_start = start,
494                 .ta_end = end
495         };
496
497         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(vma->vm_mm), ipi_flush_pmd_tlb_range, &ta, 1);
498 }
499 #endif
500
501 void flush_tlb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end)
502 {
503         struct tlb_args ta = {
504                 .ta_start = start,
505                 .ta_end = end
506         };
507
508         on_each_cpu(ipi_flush_tlb_kernel_range, &ta, 1);
509 }
510 #endif
511
512 /*
513  * Routine to create a TLB entry
514  */
515 void create_tlb(struct vm_area_struct *vma, unsigned long vaddr, pte_t *ptep)
516 {
517         unsigned long flags;
518         unsigned int asid_or_sasid, rwx;
519         unsigned long pd0;
520         pte_t pd1;
521
522         /*
523          * create_tlb() assumes that current->mm == vma->mm, since
524          * -it ASID for TLB entry is fetched from MMU ASID reg (valid for curr)
525          * -completes the lazy write to SASID reg (again valid for curr tsk)
526          *
527          * Removing the assumption involves
528          * -Using vma->mm->context{ASID,SASID}, as opposed to MMU reg.
529          * -Fix the TLB paranoid debug code to not trigger false negatives.
530          * -More importantly it makes this handler inconsistent with fast-path
531          *  TLB Refill handler which always deals with "current"
532          *
533          * Lets see the use cases when current->mm != vma->mm and we land here
534          *  1. execve->copy_strings()->__get_user_pages->handle_mm_fault
535          *     Here VM wants to pre-install a TLB entry for user stack while
536          *     current->mm still points to pre-execve mm (hence the condition).
537          *     However the stack vaddr is soon relocated (randomization) and
538          *     move_page_tables() tries to undo that TLB entry.
539          *     Thus not creating TLB entry is not any worse.
540          *
541          *  2. ptrace(POKETEXT) causes a CoW - debugger(current) inserting a
542          *     breakpoint in debugged task. Not creating a TLB now is not
543          *     performance critical.
544          *
545          * Both the cases above are not good enough for code churn.
546          */
547         if (current->active_mm != vma->vm_mm)
548                 return;
549
550         local_irq_save(flags);
551
552         tlb_paranoid_check(asid_mm(vma->vm_mm, smp_processor_id()), vaddr);
553
554         vaddr &= PAGE_MASK;
555
556         /* update this PTE credentials */
557         pte_val(*ptep) |= (_PAGE_PRESENT | _PAGE_ACCESSED);
558
559         /* Create HW TLB(PD0,PD1) from PTE  */
560
561         /* ASID for this task */
562         asid_or_sasid = read_aux_reg(ARC_REG_PID) & 0xff;
563
564         pd0 = vaddr | asid_or_sasid | (pte_val(*ptep) & PTE_BITS_IN_PD0);
565
566         /*
567          * ARC MMU provides fully orthogonal access bits for K/U mode,
568          * however Linux only saves 1 set to save PTE real-estate
569          * Here we convert 3 PTE bits into 6 MMU bits:
570          * -Kernel only entries have Kr Kw Kx 0 0 0
571          * -User entries have mirrored K and U bits
572          */
573         rwx = pte_val(*ptep) & PTE_BITS_RWX;
574
575         if (pte_val(*ptep) & _PAGE_GLOBAL)
576                 rwx <<= 3;              /* r w x => Kr Kw Kx 0 0 0 */
577         else
578                 rwx |= (rwx << 3);      /* r w x => Kr Kw Kx Ur Uw Ux */
579
580         pd1 = rwx | (pte_val(*ptep) & PTE_BITS_NON_RWX_IN_PD1);
581
582         tlb_entry_insert(pd0, pd1);
583
584         local_irq_restore(flags);
585 }
586
587 /*
588  * Called at the end of pagefault, for a userspace mapped page
589  *  -pre-install the corresponding TLB entry into MMU
590  *  -Finalize the delayed D-cache flush of kernel mapping of page due to
591  *      flush_dcache_page(), copy_user_page()
592  *
593  * Note that flush (when done) involves both WBACK - so physical page is
594  * in sync as well as INV - so any non-congruent aliases don't remain
595  */
596 void update_mmu_cache(struct vm_area_struct *vma, unsigned long vaddr_unaligned,
597                       pte_t *ptep)
598 {
599         unsigned long vaddr = vaddr_unaligned & PAGE_MASK;
600         phys_addr_t paddr = pte_val(*ptep) & PAGE_MASK;
601         struct page *page = pfn_to_page(pte_pfn(*ptep));
602
603         create_tlb(vma, vaddr, ptep);
604
605         if (page == ZERO_PAGE(0)) {
606                 return;
607         }
608
609         /*
610          * Exec page : Independent of aliasing/page-color considerations,
611          *             since icache doesn't snoop dcache on ARC, any dirty
612          *             K-mapping of a code page needs to be wback+inv so that
613          *             icache fetch by userspace sees code correctly.
614          * !EXEC page: If K-mapping is NOT congruent to U-mapping, flush it
615          *             so userspace sees the right data.
616          *  (Avoids the flush for Non-exec + congruent mapping case)
617          */
618         if ((vma->vm_flags & VM_EXEC) ||
619              addr_not_cache_congruent(paddr, vaddr)) {
620
621                 int dirty = !test_and_set_bit(PG_dc_clean, &page->flags);
622                 if (dirty) {
623                         /* wback + inv dcache lines (K-mapping) */
624                         __flush_dcache_page(paddr, paddr);
625
626                         /* invalidate any existing icache lines (U-mapping) */
627                         if (vma->vm_flags & VM_EXEC)
628                                 __inv_icache_page(paddr, vaddr);
629                 }
630         }
631 }
632
633 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
634
635 /*
636  * MMUv4 in HS38x cores supports Super Pages which are basis for Linux THP
637  * support.
638  *
639  * Normal and Super pages can co-exist (ofcourse not overlap) in TLB with a
640  * new bit "SZ" in TLB page descriptor to distinguish between them.
641  * Super Page size is configurable in hardware (4K to 16M), but fixed once
642  * RTL builds.
643  *
644  * The exact THP size a Linx configuration will support is a function of:
645  *  - MMU page size (typical 8K, RTL fixed)
646  *  - software page walker address split between PGD:PTE:PFN (typical
647  *    11:8:13, but can be changed with 1 line)
648  * So for above default, THP size supported is 8K * (2^8) = 2M
649  *
650  * Default Page Walker is 2 levels, PGD:PTE:PFN, which in THP regime
651  * reduces to 1 level (as PTE is folded into PGD and canonically referred
652  * to as PMD).
653  * Thus THP PMD accessors are implemented in terms of PTE (just like sparc)
654  */
655
656 void update_mmu_cache_pmd(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
657                                  pmd_t *pmd)
658 {
659         pte_t pte = __pte(pmd_val(*pmd));
660         update_mmu_cache(vma, addr, &pte);
661 }
662
663 void pgtable_trans_huge_deposit(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmdp,
664                                 pgtable_t pgtable)
665 {
666         struct list_head *lh = (struct list_head *) pgtable;
667
668         assert_spin_locked(&mm->page_table_lock);
669
670         /* FIFO */
671         if (!pmd_huge_pte(mm, pmdp))
672                 INIT_LIST_HEAD(lh);
673         else
674                 list_add(lh, (struct list_head *) pmd_huge_pte(mm, pmdp));
675         pmd_huge_pte(mm, pmdp) = pgtable;
676 }
677
678 pgtable_t pgtable_trans_huge_withdraw(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmdp)
679 {
680         struct list_head *lh;
681         pgtable_t pgtable;
682
683         assert_spin_locked(&mm->page_table_lock);
684
685         pgtable = pmd_huge_pte(mm, pmdp);
686         lh = (struct list_head *) pgtable;
687         if (list_empty(lh))
688                 pmd_huge_pte(mm, pmdp) = NULL;
689         else {
690                 pmd_huge_pte(mm, pmdp) = (pgtable_t) lh->next;
691                 list_del(lh);
692         }
693
694         pte_val(pgtable[0]) = 0;
695         pte_val(pgtable[1]) = 0;
696
697         return pgtable;
698 }
699
700 void local_flush_pmd_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
701                                unsigned long end)
702 {
703         unsigned int cpu;
704         unsigned long flags;
705
706         local_irq_save(flags);
707
708         cpu = smp_processor_id();
709
710         if (likely(asid_mm(vma->vm_mm, cpu) != MM_CTXT_NO_ASID)) {
711                 unsigned int asid = hw_pid(vma->vm_mm, cpu);
712
713                 /* No need to loop here: this will always be for 1 Huge Page */
714                 tlb_entry_erase(start | _PAGE_HW_SZ | asid);
715         }
716
717         local_irq_restore(flags);
718 }
719
720 #endif
721
722 /* Read the Cache Build Confuration Registers, Decode them and save into
723  * the cpuinfo structure for later use.
724  * No Validation is done here, simply read/convert the BCRs
725  */
726 void read_decode_mmu_bcr(void)
727 {
728         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
729         unsigned int tmp;
730         struct bcr_mmu_1_2 {
731 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
732                 unsigned int ver:8, ways:4, sets:4, u_itlb:8, u_dtlb:8;
733 #else
734                 unsigned int u_dtlb:8, u_itlb:8, sets:4, ways:4, ver:8;
735 #endif
736         } *mmu2;
737
738         struct bcr_mmu_3 {
739 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
740         unsigned int ver:8, ways:4, sets:4, res:3, sasid:1, pg_sz:4,
741                      u_itlb:4, u_dtlb:4;
742 #else
743         unsigned int u_dtlb:4, u_itlb:4, pg_sz:4, sasid:1, res:3, sets:4,
744                      ways:4, ver:8;
745 #endif
746         } *mmu3;
747
748         struct bcr_mmu_4 {
749 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
750         unsigned int ver:8, sasid:1, sz1:4, sz0:4, res:2, pae:1,
751                      n_ways:2, n_entry:2, n_super:2, u_itlb:3, u_dtlb:3;
752 #else
753         /*           DTLB      ITLB      JES        JE         JA      */
754         unsigned int u_dtlb:3, u_itlb:3, n_super:2, n_entry:2, n_ways:2,
755                      pae:1, res:2, sz0:4, sz1:4, sasid:1, ver:8;
756 #endif
757         } *mmu4;
758
759         tmp = read_aux_reg(ARC_REG_MMU_BCR);
760         mmu->ver = (tmp >> 24);
761
762         if (is_isa_arcompact()) {
763                 if (mmu->ver <= 2) {
764                         mmu2 = (struct bcr_mmu_1_2 *)&tmp;
765                         mmu->pg_sz_k = TO_KB(0x2000);
766                         mmu->sets = 1 << mmu2->sets;
767                         mmu->ways = 1 << mmu2->ways;
768                         mmu->u_dtlb = mmu2->u_dtlb;
769                         mmu->u_itlb = mmu2->u_itlb;
770                 } else {
771                         mmu3 = (struct bcr_mmu_3 *)&tmp;
772                         mmu->pg_sz_k = 1 << (mmu3->pg_sz - 1);
773                         mmu->sets = 1 << mmu3->sets;
774                         mmu->ways = 1 << mmu3->ways;
775                         mmu->u_dtlb = mmu3->u_dtlb;
776                         mmu->u_itlb = mmu3->u_itlb;
777                         mmu->sasid = mmu3->sasid;
778                 }
779         } else {
780                 mmu4 = (struct bcr_mmu_4 *)&tmp;
781                 mmu->pg_sz_k = 1 << (mmu4->sz0 - 1);
782                 mmu->s_pg_sz_m = 1 << (mmu4->sz1 - 11);
783                 mmu->sets = 64 << mmu4->n_entry;
784                 mmu->ways = mmu4->n_ways * 2;
785                 mmu->u_dtlb = mmu4->u_dtlb * 4;
786                 mmu->u_itlb = mmu4->u_itlb * 4;
787                 mmu->sasid = mmu4->sasid;
788                 pae_exists = mmu->pae = mmu4->pae;
789         }
790 }
791
792 char *arc_mmu_mumbojumbo(int cpu_id, char *buf, int len)
793 {
794         int n = 0;
795         struct cpuinfo_arc_mmu *p_mmu = &cpuinfo_arc700[cpu_id].mmu;
796         char super_pg[64] = "";
797
798         if (p_mmu->s_pg_sz_m)
799                 scnprintf(super_pg, 64, "%dM Super Page %s",
800                           p_mmu->s_pg_sz_m,
801                           IS_USED_CFG(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE));
802
803         n += scnprintf(buf + n, len - n,
804                       "MMU [v%x]\t: %dk PAGE, %sJTLB %d (%dx%d), uDTLB %d, uITLB %d%s%s\n",
805                        p_mmu->ver, p_mmu->pg_sz_k, super_pg,
806                        p_mmu->sets * p_mmu->ways, p_mmu->sets, p_mmu->ways,
807                        p_mmu->u_dtlb, p_mmu->u_itlb,
808                        IS_AVAIL2(p_mmu->pae, ", PAE40 ", CONFIG_ARC_HAS_PAE40));
809
810         return buf;
811 }
812
813 int pae40_exist_but_not_enab(void)
814 {
815         return pae_exists && !is_pae40_enabled();
816 }
817
818 void arc_mmu_init(void)
819 {
820         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
821         char str[256];
822         int compat = 0;
823
824         pr_info("%s", arc_mmu_mumbojumbo(0, str, sizeof(str)));
825
826         /*
827          * Can't be done in processor.h due to header include depenedencies
828          */
829         BUILD_BUG_ON(!IS_ALIGNED((CONFIG_ARC_KVADDR_SIZE << 20), PMD_SIZE));
830
831         /*
832          * stack top size sanity check,
833          * Can't be done in processor.h due to header include depenedencies
834          */
835         BUILD_BUG_ON(!IS_ALIGNED(STACK_TOP, PMD_SIZE));
836
837         /*
838          * Ensure that MMU features assumed by kernel exist in hardware.
839          * For older ARC700 cpus, it has to be exact match, since the MMU
840          * revisions were not backwards compatible (MMUv3 TLB layout changed
841          * so even if kernel for v2 didn't use any new cmds of v3, it would
842          * still not work.
843          * For HS cpus, MMUv4 was baseline and v5 is backwards compatible
844          * (will run older software).
845          */
846         if (is_isa_arcompact() && mmu->ver == CONFIG_ARC_MMU_VER)
847                 compat = 1;
848         else if (is_isa_arcv2() && mmu->ver >= CONFIG_ARC_MMU_VER)
849                 compat = 1;
850
851         if (!compat) {
852                 panic("MMU ver %d doesn't match kernel built for %d...\n",
853                       mmu->ver, CONFIG_ARC_MMU_VER);
854         }
855
856         if (mmu->pg_sz_k != TO_KB(PAGE_SIZE))
857                 panic("MMU pg size != PAGE_SIZE (%luk)\n", TO_KB(PAGE_SIZE));
858
859         if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) &&
860             mmu->s_pg_sz_m != TO_MB(HPAGE_PMD_SIZE))
861                 panic("MMU Super pg size != Linux HPAGE_PMD_SIZE (%luM)\n",
862                       (unsigned long)TO_MB(HPAGE_PMD_SIZE));
863
864         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARC_HAS_PAE40) && !mmu->pae)
865                 panic("Hardware doesn't support PAE40\n");
866
867         /* Enable the MMU */
868         write_aux_reg(ARC_REG_PID, MMU_ENABLE);
869
870         /* In smp we use this reg for interrupt 1 scratch */
871 #ifndef CONFIG_SMP
872         /* swapper_pg_dir is the pgd for the kernel, used by vmalloc */
873         write_aux_reg(ARC_REG_SCRATCH_DATA0, swapper_pg_dir);
874 #endif
875
876         if (pae40_exist_but_not_enab())
877                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1HI, 0);
878 }
879
880 /*
881  * TLB Programmer's Model uses Linear Indexes: 0 to {255, 511} for 128 x {2,4}
882  * The mapping is Column-first.
883  *              ---------------------   -----------
884  *              |way0|way1|way2|way3|   |way0|way1|
885  *              ---------------------   -----------
886  * [set0]       |  0 |  1 |  2 |  3 |   |  0 |  1 |
887  * [set1]       |  4 |  5 |  6 |  7 |   |  2 |  3 |
888  *              ~                   ~   ~         ~
889  * [set127]     | 508| 509| 510| 511|   | 254| 255|
890  *              ---------------------   -----------
891  * For normal operations we don't(must not) care how above works since
892  * MMU cmd getIndex(vaddr) abstracts that out.
893  * However for walking WAYS of a SET, we need to know this
894  */
895 #define SET_WAY_TO_IDX(mmu, set, way)  ((set) * mmu->ways + (way))
896
897 /* Handling of Duplicate PD (TLB entry) in MMU.
898  * -Could be due to buggy customer tapeouts or obscure kernel bugs
899  * -MMU complaints not at the time of duplicate PD installation, but at the
900  *      time of lookup matching multiple ways.
901  * -Ideally these should never happen - but if they do - workaround by deleting
902  *      the duplicate one.
903  * -Knob to be verbose abt it.(TODO: hook them up to debugfs)
904  */
905 volatile int dup_pd_silent; /* Be slient abt it or complain (default) */
906
907 void do_tlb_overlap_fault(unsigned long cause, unsigned long address,
908                           struct pt_regs *regs)
909 {
910         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
911         unsigned long flags;
912         int set, n_ways = mmu->ways;
913
914         n_ways = min(n_ways, 4);
915         BUG_ON(mmu->ways > 4);
916
917         local_irq_save(flags);
918
919         /* loop thru all sets of TLB */
920         for (set = 0; set < mmu->sets; set++) {
921
922                 int is_valid, way;
923                 unsigned int pd0[4];
924
925                 /* read out all the ways of current set */
926                 for (way = 0, is_valid = 0; way < n_ways; way++) {
927                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX,
928                                           SET_WAY_TO_IDX(mmu, set, way));
929                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBRead);
930                         pd0[way] = read_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0);
931                         is_valid |= pd0[way] & _PAGE_PRESENT;
932                         pd0[way] &= PAGE_MASK;
933                 }
934
935                 /* If all the WAYS in SET are empty, skip to next SET */
936                 if (!is_valid)
937                         continue;
938
939                 /* Scan the set for duplicate ways: needs a nested loop */
940                 for (way = 0; way < n_ways - 1; way++) {
941
942                         int n;
943
944                         if (!pd0[way])
945                                 continue;
946
947                         for (n = way + 1; n < n_ways; n++) {
948                                 if (pd0[way] != pd0[n])
949                                         continue;
950
951                                 if (!dup_pd_silent)
952                                         pr_info("Dup TLB PD0 %08x @ set %d ways %d,%d\n",
953                                                 pd0[way], set, way, n);
954
955                                 /*
956                                  * clear entry @way and not @n.
957                                  * This is critical to our optimised loop
958                                  */
959                                 pd0[way] = 0;
960                                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX,
961                                                 SET_WAY_TO_IDX(mmu, set, way));
962                                 __tlb_entry_erase();
963                         }
964                 }
965         }
966
967         local_irq_restore(flags);
968 }
969
970 /***********************************************************************
971  * Diagnostic Routines
972  *  -Called from Low Level TLB Hanlders if things don;t look good
973  **********************************************************************/
974
975 #ifdef CONFIG_ARC_DBG_TLB_PARANOIA
976
977 /*
978  * Low Level ASM TLB handler calls this if it finds that HW and SW ASIDS
979  * don't match
980  */
981 void print_asid_mismatch(int mm_asid, int mmu_asid, int is_fast_path)
982 {
983         pr_emerg("ASID Mismatch in %s Path Handler: sw-pid=0x%x hw-pid=0x%x\n",
984                is_fast_path ? "Fast" : "Slow", mm_asid, mmu_asid);
985
986         __asm__ __volatile__("flag 1");
987 }
988
989 void tlb_paranoid_check(unsigned int mm_asid, unsigned long addr)
990 {
991         unsigned int mmu_asid;
992
993         mmu_asid = read_aux_reg(ARC_REG_PID) & 0xff;
994
995         /*
996          * At the time of a TLB miss/installation
997          *   - HW version needs to match SW version
998          *   - SW needs to have a valid ASID
999          */
1000         if (addr < 0x70000000 &&
1001             ((mm_asid == MM_CTXT_NO_ASID) ||
1002               (mmu_asid != (mm_asid & MM_CTXT_ASID_MASK))))
1003                 print_asid_mismatch(mm_asid, mmu_asid, 0);
1004 }
1005 #endif