Merge tag 'openrisc-for-linus' of git://github.com/openrisc/linux
[sfrench/cifs-2.6.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() doesn't 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 <linux/mm_types.h>
57
58 #include <asm/arcregs.h>
59 #include <asm/setup.h>
60 #include <asm/mmu_context.h>
61 #include <asm/mmu.h>
62
63 /*                      Need for ARC MMU v2
64  *
65  * ARC700 MMU-v1 had a Joint-TLB for Code and Data and is 2 way set-assoc.
66  * For a memcpy operation with 3 players (src/dst/code) such that all 3 pages
67  * map into same set, there would be contention for the 2 ways causing severe
68  * Thrashing.
69  *
70  * Although J-TLB is 2 way set assoc, ARC700 caches J-TLB into uTLBS which has
71  * much higher associativity. u-D-TLB is 8 ways, u-I-TLB is 4 ways.
72  * Given this, the thrasing problem should never happen because once the 3
73  * J-TLB entries are created (even though 3rd will knock out one of the prev
74  * two), the u-D-TLB and u-I-TLB will have what is required to accomplish memcpy
75  *
76  * Yet we still see the Thrashing because a J-TLB Write cause flush of u-TLBs.
77  * This is a simple design for keeping them in sync. So what do we do?
78  * The solution which James came up was pretty neat. It utilised the assoc
79  * of uTLBs by not invalidating always but only when absolutely necessary.
80  *
81  * - Existing TLB commands work as before
82  * - New command (TLBWriteNI) for TLB write without clearing uTLBs
83  * - New command (TLBIVUTLB) to invalidate uTLBs.
84  *
85  * The uTLBs need only be invalidated when pages are being removed from the
86  * OS page table. If a 'victim' TLB entry is being overwritten in the main TLB
87  * as a result of a miss, the removed entry is still allowed to exist in the
88  * uTLBs as it is still valid and present in the OS page table. This allows the
89  * full associativity of the uTLBs to hide the limited associativity of the main
90  * TLB.
91  *
92  * During a miss handler, the new "TLBWriteNI" command is used to load
93  * entries without clearing the uTLBs.
94  *
95  * When the OS page table is updated, TLB entries that may be associated with a
96  * removed page are removed (flushed) from the TLB using TLBWrite. In this
97  * circumstance, the uTLBs must also be cleared. This is done by using the
98  * existing TLBWrite command. An explicit IVUTLB is also required for those
99  * corner cases when TLBWrite was not executed at all because the corresp
100  * J-TLB entry got evicted/replaced.
101  */
102
103
104 /* A copy of the ASID from the PID reg is kept in asid_cache */
105 DEFINE_PER_CPU(unsigned int, asid_cache) = MM_CTXT_FIRST_CYCLE;
106
107 static int __read_mostly pae_exists;
108
109 /*
110  * Utility Routine to erase a J-TLB entry
111  * Caller needs to setup Index Reg (manually or via getIndex)
112  */
113 static inline void __tlb_entry_erase(void)
114 {
115         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, 0);
116
117         if (is_pae40_enabled())
118                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1HI, 0);
119
120         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, 0);
121         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
122 }
123
124 #if (CONFIG_ARC_MMU_VER < 4)
125
126 static inline unsigned int tlb_entry_lkup(unsigned long vaddr_n_asid)
127 {
128         unsigned int idx;
129
130         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, vaddr_n_asid);
131
132         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBProbe);
133         idx = read_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX);
134
135         return idx;
136 }
137
138 static void tlb_entry_erase(unsigned int vaddr_n_asid)
139 {
140         unsigned int idx;
141
142         /* Locate the TLB entry for this vaddr + ASID */
143         idx = tlb_entry_lkup(vaddr_n_asid);
144
145         /* No error means entry found, zero it out */
146         if (likely(!(idx & TLB_LKUP_ERR))) {
147                 __tlb_entry_erase();
148         } else {
149                 /* Duplicate entry error */
150                 WARN(idx == TLB_DUP_ERR, "Probe returned Dup PD for %x\n",
151                                            vaddr_n_asid);
152         }
153 }
154
155 /****************************************************************************
156  * ARC700 MMU caches recently used J-TLB entries (RAM) as uTLBs (FLOPs)
157  *
158  * New IVUTLB cmd in MMU v2 explictly invalidates the uTLB
159  *
160  * utlb_invalidate ( )
161  *  -For v2 MMU calls Flush uTLB Cmd
162  *  -For v1 MMU does nothing (except for Metal Fix v1 MMU)
163  *      This is because in v1 TLBWrite itself invalidate uTLBs
164  ***************************************************************************/
165
166 static void utlb_invalidate(void)
167 {
168 #if (CONFIG_ARC_MMU_VER >= 2)
169
170 #if (CONFIG_ARC_MMU_VER == 2)
171         /* MMU v2 introduced the uTLB Flush command.
172          * There was however an obscure hardware bug, where uTLB flush would
173          * fail when a prior probe for J-TLB (both totally unrelated) would
174          * return lkup err - because the entry didn't exist in MMU.
175          * The Workround was to set Index reg with some valid value, prior to
176          * flush. This was fixed in MMU v3 hence not needed any more
177          */
178         unsigned int idx;
179
180         /* make sure INDEX Reg is valid */
181         idx = read_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX);
182
183         /* If not write some dummy val */
184         if (unlikely(idx & TLB_LKUP_ERR))
185                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX, 0xa);
186 #endif
187
188         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBIVUTLB);
189 #endif
190
191 }
192
193 static void tlb_entry_insert(unsigned int pd0, pte_t pd1)
194 {
195         unsigned int idx;
196
197         /*
198          * First verify if entry for this vaddr+ASID already exists
199          * This also sets up PD0 (vaddr, ASID..) for final commit
200          */
201         idx = tlb_entry_lkup(pd0);
202
203         /*
204          * If Not already present get a free slot from MMU.
205          * Otherwise, Probe would have located the entry and set INDEX Reg
206          * with existing location. This will cause Write CMD to over-write
207          * existing entry with new PD0 and PD1
208          */
209         if (likely(idx & TLB_LKUP_ERR))
210                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBGetIndex);
211
212         /* setup the other half of TLB entry (pfn, rwx..) */
213         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, pd1);
214
215         /*
216          * Commit the Entry to MMU
217          * It doesn't sound safe to use the TLBWriteNI cmd here
218          * which doesn't flush uTLBs. I'd rather be safe than sorry.
219          */
220         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
221 }
222
223 #else   /* CONFIG_ARC_MMU_VER >= 4) */
224
225 static void utlb_invalidate(void)
226 {
227         /* No need since uTLB is always in sync with JTLB */
228 }
229
230 static void tlb_entry_erase(unsigned int vaddr_n_asid)
231 {
232         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, vaddr_n_asid | _PAGE_PRESENT);
233         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBDeleteEntry);
234 }
235
236 static void tlb_entry_insert(unsigned int pd0, pte_t pd1)
237 {
238         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, pd0);
239         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, pd1);
240
241         if (is_pae40_enabled())
242                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1HI, (u64)pd1 >> 32);
243
244         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBInsertEntry);
245 }
246
247 #endif
248
249 /*
250  * Un-conditionally (without lookup) erase the entire MMU contents
251  */
252
253 noinline void local_flush_tlb_all(void)
254 {
255         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
256         unsigned long flags;
257         unsigned int entry;
258         int num_tlb = mmu->sets * mmu->ways;
259
260         local_irq_save(flags);
261
262         /* Load PD0 and PD1 with template for a Blank Entry */
263         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, 0);
264
265         if (is_pae40_enabled())
266                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1HI, 0);
267
268         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, 0);
269
270         for (entry = 0; entry < num_tlb; entry++) {
271                 /* write this entry to the TLB */
272                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX, entry);
273                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
274         }
275
276         if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)) {
277                 const int stlb_idx = 0x800;
278
279                 /* Blank sTLB entry */
280                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, _PAGE_HW_SZ);
281
282                 for (entry = stlb_idx; entry < stlb_idx + 16; entry++) {
283                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX, entry);
284                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
285                 }
286         }
287
288         utlb_invalidate();
289
290         local_irq_restore(flags);
291 }
292
293 /*
294  * Flush the entrie MM for userland. The fastest way is to move to Next ASID
295  */
296 noinline void local_flush_tlb_mm(struct mm_struct *mm)
297 {
298         /*
299          * Small optimisation courtesy IA64
300          * flush_mm called during fork,exit,munmap etc, multiple times as well.
301          * Only for fork( ) do we need to move parent to a new MMU ctxt,
302          * all other cases are NOPs, hence this check.
303          */
304         if (atomic_read(&mm->mm_users) == 0)
305                 return;
306
307         /*
308          * - Move to a new ASID, but only if the mm is still wired in
309          *   (Android Binder ended up calling this for vma->mm != tsk->mm,
310          *    causing h/w - s/w ASID to get out of sync)
311          * - Also get_new_mmu_context() new implementation allocates a new
312          *   ASID only if it is not allocated already - so unallocate first
313          */
314         destroy_context(mm);
315         if (current->mm == mm)
316                 get_new_mmu_context(mm);
317 }
318
319 /*
320  * Flush a Range of TLB entries for userland.
321  * @start is inclusive, while @end is exclusive
322  * Difference between this and Kernel Range Flush is
323  *  -Here the fastest way (if range is too large) is to move to next ASID
324  *      without doing any explicit Shootdown
325  *  -In case of kernel Flush, entry has to be shot down explictly
326  */
327 void local_flush_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
328                            unsigned long end)
329 {
330         const unsigned int cpu = smp_processor_id();
331         unsigned long flags;
332
333         /* If range @start to @end is more than 32 TLB entries deep,
334          * its better to move to a new ASID rather than searching for
335          * individual entries and then shooting them down
336          *
337          * The calc above is rough, doesn't account for unaligned parts,
338          * since this is heuristics based anyways
339          */
340         if (unlikely((end - start) >= PAGE_SIZE * 32)) {
341                 local_flush_tlb_mm(vma->vm_mm);
342                 return;
343         }
344
345         /*
346          * @start moved to page start: this alone suffices for checking
347          * loop end condition below, w/o need for aligning @end to end
348          * e.g. 2000 to 4001 will anyhow loop twice
349          */
350         start &= PAGE_MASK;
351
352         local_irq_save(flags);
353
354         if (asid_mm(vma->vm_mm, cpu) != MM_CTXT_NO_ASID) {
355                 while (start < end) {
356                         tlb_entry_erase(start | hw_pid(vma->vm_mm, cpu));
357                         start += PAGE_SIZE;
358                 }
359         }
360
361         utlb_invalidate();
362
363         local_irq_restore(flags);
364 }
365
366 /* Flush the kernel TLB entries - vmalloc/modules (Global from MMU perspective)
367  *  @start, @end interpreted as kvaddr
368  * Interestingly, shared TLB entries can also be flushed using just
369  * @start,@end alone (interpreted as user vaddr), although technically SASID
370  * is also needed. However our smart TLbProbe lookup takes care of that.
371  */
372 void local_flush_tlb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end)
373 {
374         unsigned long flags;
375
376         /* exactly same as above, except for TLB entry not taking ASID */
377
378         if (unlikely((end - start) >= PAGE_SIZE * 32)) {
379                 local_flush_tlb_all();
380                 return;
381         }
382
383         start &= PAGE_MASK;
384
385         local_irq_save(flags);
386         while (start < end) {
387                 tlb_entry_erase(start);
388                 start += PAGE_SIZE;
389         }
390
391         utlb_invalidate();
392
393         local_irq_restore(flags);
394 }
395
396 /*
397  * Delete TLB entry in MMU for a given page (??? address)
398  * NOTE One TLB entry contains translation for single PAGE
399  */
400
401 void local_flush_tlb_page(struct vm_area_struct *vma, unsigned long page)
402 {
403         const unsigned int cpu = smp_processor_id();
404         unsigned long flags;
405
406         /* Note that it is critical that interrupts are DISABLED between
407          * checking the ASID and using it flush the TLB entry
408          */
409         local_irq_save(flags);
410
411         if (asid_mm(vma->vm_mm, cpu) != MM_CTXT_NO_ASID) {
412                 tlb_entry_erase((page & PAGE_MASK) | hw_pid(vma->vm_mm, cpu));
413                 utlb_invalidate();
414         }
415
416         local_irq_restore(flags);
417 }
418
419 #ifdef CONFIG_SMP
420
421 struct tlb_args {
422         struct vm_area_struct *ta_vma;
423         unsigned long ta_start;
424         unsigned long ta_end;
425 };
426
427 static inline void ipi_flush_tlb_page(void *arg)
428 {
429         struct tlb_args *ta = arg;
430
431         local_flush_tlb_page(ta->ta_vma, ta->ta_start);
432 }
433
434 static inline void ipi_flush_tlb_range(void *arg)
435 {
436         struct tlb_args *ta = arg;
437
438         local_flush_tlb_range(ta->ta_vma, ta->ta_start, ta->ta_end);
439 }
440
441 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
442 static inline void ipi_flush_pmd_tlb_range(void *arg)
443 {
444         struct tlb_args *ta = arg;
445
446         local_flush_pmd_tlb_range(ta->ta_vma, ta->ta_start, ta->ta_end);
447 }
448 #endif
449
450 static inline void ipi_flush_tlb_kernel_range(void *arg)
451 {
452         struct tlb_args *ta = (struct tlb_args *)arg;
453
454         local_flush_tlb_kernel_range(ta->ta_start, ta->ta_end);
455 }
456
457 void flush_tlb_all(void)
458 {
459         on_each_cpu((smp_call_func_t)local_flush_tlb_all, NULL, 1);
460 }
461
462 void flush_tlb_mm(struct mm_struct *mm)
463 {
464         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(mm), (smp_call_func_t)local_flush_tlb_mm,
465                          mm, 1);
466 }
467
468 void flush_tlb_page(struct vm_area_struct *vma, unsigned long uaddr)
469 {
470         struct tlb_args ta = {
471                 .ta_vma = vma,
472                 .ta_start = uaddr
473         };
474
475         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(vma->vm_mm), ipi_flush_tlb_page, &ta, 1);
476 }
477
478 void flush_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
479                      unsigned long end)
480 {
481         struct tlb_args ta = {
482                 .ta_vma = vma,
483                 .ta_start = start,
484                 .ta_end = end
485         };
486
487         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(vma->vm_mm), ipi_flush_tlb_range, &ta, 1);
488 }
489
490 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
491 void flush_pmd_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
492                          unsigned long end)
493 {
494         struct tlb_args ta = {
495                 .ta_vma = vma,
496                 .ta_start = start,
497                 .ta_end = end
498         };
499
500         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(vma->vm_mm), ipi_flush_pmd_tlb_range, &ta, 1);
501 }
502 #endif
503
504 void flush_tlb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end)
505 {
506         struct tlb_args ta = {
507                 .ta_start = start,
508                 .ta_end = end
509         };
510
511         on_each_cpu(ipi_flush_tlb_kernel_range, &ta, 1);
512 }
513 #endif
514
515 /*
516  * Routine to create a TLB entry
517  */
518 void create_tlb(struct vm_area_struct *vma, unsigned long vaddr, pte_t *ptep)
519 {
520         unsigned long flags;
521         unsigned int asid_or_sasid, rwx;
522         unsigned long pd0;
523         pte_t pd1;
524
525         /*
526          * create_tlb() assumes that current->mm == vma->mm, since
527          * -it ASID for TLB entry is fetched from MMU ASID reg (valid for curr)
528          * -completes the lazy write to SASID reg (again valid for curr tsk)
529          *
530          * Removing the assumption involves
531          * -Using vma->mm->context{ASID,SASID}, as opposed to MMU reg.
532          * -Fix the TLB paranoid debug code to not trigger false negatives.
533          * -More importantly it makes this handler inconsistent with fast-path
534          *  TLB Refill handler which always deals with "current"
535          *
536          * Lets see the use cases when current->mm != vma->mm and we land here
537          *  1. execve->copy_strings()->__get_user_pages->handle_mm_fault
538          *     Here VM wants to pre-install a TLB entry for user stack while
539          *     current->mm still points to pre-execve mm (hence the condition).
540          *     However the stack vaddr is soon relocated (randomization) and
541          *     move_page_tables() tries to undo that TLB entry.
542          *     Thus not creating TLB entry is not any worse.
543          *
544          *  2. ptrace(POKETEXT) causes a CoW - debugger(current) inserting a
545          *     breakpoint in debugged task. Not creating a TLB now is not
546          *     performance critical.
547          *
548          * Both the cases above are not good enough for code churn.
549          */
550         if (current->active_mm != vma->vm_mm)
551                 return;
552
553         local_irq_save(flags);
554
555         tlb_paranoid_check(asid_mm(vma->vm_mm, smp_processor_id()), vaddr);
556
557         vaddr &= PAGE_MASK;
558
559         /* update this PTE credentials */
560         pte_val(*ptep) |= (_PAGE_PRESENT | _PAGE_ACCESSED);
561
562         /* Create HW TLB(PD0,PD1) from PTE  */
563
564         /* ASID for this task */
565         asid_or_sasid = read_aux_reg(ARC_REG_PID) & 0xff;
566
567         pd0 = vaddr | asid_or_sasid | (pte_val(*ptep) & PTE_BITS_IN_PD0);
568
569         /*
570          * ARC MMU provides fully orthogonal access bits for K/U mode,
571          * however Linux only saves 1 set to save PTE real-estate
572          * Here we convert 3 PTE bits into 6 MMU bits:
573          * -Kernel only entries have Kr Kw Kx 0 0 0
574          * -User entries have mirrored K and U bits
575          */
576         rwx = pte_val(*ptep) & PTE_BITS_RWX;
577
578         if (pte_val(*ptep) & _PAGE_GLOBAL)
579                 rwx <<= 3;              /* r w x => Kr Kw Kx 0 0 0 */
580         else
581                 rwx |= (rwx << 3);      /* r w x => Kr Kw Kx Ur Uw Ux */
582
583         pd1 = rwx | (pte_val(*ptep) & PTE_BITS_NON_RWX_IN_PD1);
584
585         tlb_entry_insert(pd0, pd1);
586
587         local_irq_restore(flags);
588 }
589
590 /*
591  * Called at the end of pagefault, for a userspace mapped page
592  *  -pre-install the corresponding TLB entry into MMU
593  *  -Finalize the delayed D-cache flush of kernel mapping of page due to
594  *      flush_dcache_page(), copy_user_page()
595  *
596  * Note that flush (when done) involves both WBACK - so physical page is
597  * in sync as well as INV - so any non-congruent aliases don't remain
598  */
599 void update_mmu_cache(struct vm_area_struct *vma, unsigned long vaddr_unaligned,
600                       pte_t *ptep)
601 {
602         unsigned long vaddr = vaddr_unaligned & PAGE_MASK;
603         phys_addr_t paddr = pte_val(*ptep) & PAGE_MASK;
604         struct page *page = pfn_to_page(pte_pfn(*ptep));
605
606         create_tlb(vma, vaddr, ptep);
607
608         if (page == ZERO_PAGE(0)) {
609                 return;
610         }
611
612         /*
613          * Exec page : Independent of aliasing/page-color considerations,
614          *             since icache doesn't snoop dcache on ARC, any dirty
615          *             K-mapping of a code page needs to be wback+inv so that
616          *             icache fetch by userspace sees code correctly.
617          * !EXEC page: If K-mapping is NOT congruent to U-mapping, flush it
618          *             so userspace sees the right data.
619          *  (Avoids the flush for Non-exec + congruent mapping case)
620          */
621         if ((vma->vm_flags & VM_EXEC) ||
622              addr_not_cache_congruent(paddr, vaddr)) {
623
624                 int dirty = !test_and_set_bit(PG_dc_clean, &page->flags);
625                 if (dirty) {
626                         /* wback + inv dcache lines (K-mapping) */
627                         __flush_dcache_page(paddr, paddr);
628
629                         /* invalidate any existing icache lines (U-mapping) */
630                         if (vma->vm_flags & VM_EXEC)
631                                 __inv_icache_page(paddr, vaddr);
632                 }
633         }
634 }
635
636 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
637
638 /*
639  * MMUv4 in HS38x cores supports Super Pages which are basis for Linux THP
640  * support.
641  *
642  * Normal and Super pages can co-exist (ofcourse not overlap) in TLB with a
643  * new bit "SZ" in TLB page descriptor to distinguish between them.
644  * Super Page size is configurable in hardware (4K to 16M), but fixed once
645  * RTL builds.
646  *
647  * The exact THP size a Linx configuration will support is a function of:
648  *  - MMU page size (typical 8K, RTL fixed)
649  *  - software page walker address split between PGD:PTE:PFN (typical
650  *    11:8:13, but can be changed with 1 line)
651  * So for above default, THP size supported is 8K * (2^8) = 2M
652  *
653  * Default Page Walker is 2 levels, PGD:PTE:PFN, which in THP regime
654  * reduces to 1 level (as PTE is folded into PGD and canonically referred
655  * to as PMD).
656  * Thus THP PMD accessors are implemented in terms of PTE (just like sparc)
657  */
658
659 void update_mmu_cache_pmd(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
660                                  pmd_t *pmd)
661 {
662         pte_t pte = __pte(pmd_val(*pmd));
663         update_mmu_cache(vma, addr, &pte);
664 }
665
666 void pgtable_trans_huge_deposit(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmdp,
667                                 pgtable_t pgtable)
668 {
669         struct list_head *lh = (struct list_head *) pgtable;
670
671         assert_spin_locked(&mm->page_table_lock);
672
673         /* FIFO */
674         if (!pmd_huge_pte(mm, pmdp))
675                 INIT_LIST_HEAD(lh);
676         else
677                 list_add(lh, (struct list_head *) pmd_huge_pte(mm, pmdp));
678         pmd_huge_pte(mm, pmdp) = pgtable;
679 }
680
681 pgtable_t pgtable_trans_huge_withdraw(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmdp)
682 {
683         struct list_head *lh;
684         pgtable_t pgtable;
685
686         assert_spin_locked(&mm->page_table_lock);
687
688         pgtable = pmd_huge_pte(mm, pmdp);
689         lh = (struct list_head *) pgtable;
690         if (list_empty(lh))
691                 pmd_huge_pte(mm, pmdp) = NULL;
692         else {
693                 pmd_huge_pte(mm, pmdp) = (pgtable_t) lh->next;
694                 list_del(lh);
695         }
696
697         pte_val(pgtable[0]) = 0;
698         pte_val(pgtable[1]) = 0;
699
700         return pgtable;
701 }
702
703 void local_flush_pmd_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
704                                unsigned long end)
705 {
706         unsigned int cpu;
707         unsigned long flags;
708
709         local_irq_save(flags);
710
711         cpu = smp_processor_id();
712
713         if (likely(asid_mm(vma->vm_mm, cpu) != MM_CTXT_NO_ASID)) {
714                 unsigned int asid = hw_pid(vma->vm_mm, cpu);
715
716                 /* No need to loop here: this will always be for 1 Huge Page */
717                 tlb_entry_erase(start | _PAGE_HW_SZ | asid);
718         }
719
720         local_irq_restore(flags);
721 }
722
723 #endif
724
725 /* Read the Cache Build Confuration Registers, Decode them and save into
726  * the cpuinfo structure for later use.
727  * No Validation is done here, simply read/convert the BCRs
728  */
729 void read_decode_mmu_bcr(void)
730 {
731         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
732         unsigned int tmp;
733         struct bcr_mmu_1_2 {
734 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
735                 unsigned int ver:8, ways:4, sets:4, u_itlb:8, u_dtlb:8;
736 #else
737                 unsigned int u_dtlb:8, u_itlb:8, sets:4, ways:4, ver:8;
738 #endif
739         } *mmu2;
740
741         struct bcr_mmu_3 {
742 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
743         unsigned int ver:8, ways:4, sets:4, res:3, sasid:1, pg_sz:4,
744                      u_itlb:4, u_dtlb:4;
745 #else
746         unsigned int u_dtlb:4, u_itlb:4, pg_sz:4, sasid:1, res:3, sets:4,
747                      ways:4, ver:8;
748 #endif
749         } *mmu3;
750
751         struct bcr_mmu_4 {
752 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
753         unsigned int ver:8, sasid:1, sz1:4, sz0:4, res:2, pae:1,
754                      n_ways:2, n_entry:2, n_super:2, u_itlb:3, u_dtlb:3;
755 #else
756         /*           DTLB      ITLB      JES        JE         JA      */
757         unsigned int u_dtlb:3, u_itlb:3, n_super:2, n_entry:2, n_ways:2,
758                      pae:1, res:2, sz0:4, sz1:4, sasid:1, ver:8;
759 #endif
760         } *mmu4;
761
762         tmp = read_aux_reg(ARC_REG_MMU_BCR);
763         mmu->ver = (tmp >> 24);
764
765         if (mmu->ver <= 2) {
766                 mmu2 = (struct bcr_mmu_1_2 *)&tmp;
767                 mmu->pg_sz_k = TO_KB(0x2000);
768                 mmu->sets = 1 << mmu2->sets;
769                 mmu->ways = 1 << mmu2->ways;
770                 mmu->u_dtlb = mmu2->u_dtlb;
771                 mmu->u_itlb = mmu2->u_itlb;
772         } else if (mmu->ver == 3) {
773                 mmu3 = (struct bcr_mmu_3 *)&tmp;
774                 mmu->pg_sz_k = 1 << (mmu3->pg_sz - 1);
775                 mmu->sets = 1 << mmu3->sets;
776                 mmu->ways = 1 << mmu3->ways;
777                 mmu->u_dtlb = mmu3->u_dtlb;
778                 mmu->u_itlb = mmu3->u_itlb;
779                 mmu->sasid = mmu3->sasid;
780         } else {
781                 mmu4 = (struct bcr_mmu_4 *)&tmp;
782                 mmu->pg_sz_k = 1 << (mmu4->sz0 - 1);
783                 mmu->s_pg_sz_m = 1 << (mmu4->sz1 - 11);
784                 mmu->sets = 64 << mmu4->n_entry;
785                 mmu->ways = mmu4->n_ways * 2;
786                 mmu->u_dtlb = mmu4->u_dtlb * 4;
787                 mmu->u_itlb = mmu4->u_itlb * 4;
788                 mmu->sasid = mmu4->sasid;
789                 pae_exists = mmu->pae = mmu4->pae;
790         }
791 }
792
793 char *arc_mmu_mumbojumbo(int cpu_id, char *buf, int len)
794 {
795         int n = 0;
796         struct cpuinfo_arc_mmu *p_mmu = &cpuinfo_arc700[cpu_id].mmu;
797         char super_pg[64] = "";
798
799         if (p_mmu->s_pg_sz_m)
800                 scnprintf(super_pg, 64, "%dM Super Page %s",
801                           p_mmu->s_pg_sz_m,
802                           IS_USED_CFG(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE));
803
804         n += scnprintf(buf + n, len - n,
805                       "MMU [v%x]\t: %dk PAGE, %sJTLB %d (%dx%d), uDTLB %d, uITLB %d%s%s\n",
806                        p_mmu->ver, p_mmu->pg_sz_k, super_pg,
807                        p_mmu->sets * p_mmu->ways, p_mmu->sets, p_mmu->ways,
808                        p_mmu->u_dtlb, p_mmu->u_itlb,
809                        IS_AVAIL2(p_mmu->pae, ", PAE40 ", CONFIG_ARC_HAS_PAE40));
810
811         return buf;
812 }
813
814 int pae40_exist_but_not_enab(void)
815 {
816         return pae_exists && !is_pae40_enabled();
817 }
818
819 void arc_mmu_init(void)
820 {
821         char str[256];
822         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
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         /* For efficiency sake, kernel is compile time built for a MMU ver
838          * This must match the hardware it is running on.
839          * Linux built for MMU V2, if run on MMU V1 will break down because V1
840          *  hardware doesn't understand cmds such as WriteNI, or IVUTLB
841          * On the other hand, Linux built for V1 if run on MMU V2 will do
842          *   un-needed workarounds to prevent memcpy thrashing.
843          * Similarly MMU V3 has new features which won't work on older MMU
844          */
845         if (mmu->ver != CONFIG_ARC_MMU_VER) {
846                 panic("MMU ver %d doesn't match kernel built for %d...\n",
847                       mmu->ver, CONFIG_ARC_MMU_VER);
848         }
849
850         if (mmu->pg_sz_k != TO_KB(PAGE_SIZE))
851                 panic("MMU pg size != PAGE_SIZE (%luk)\n", TO_KB(PAGE_SIZE));
852
853         if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) &&
854             mmu->s_pg_sz_m != TO_MB(HPAGE_PMD_SIZE))
855                 panic("MMU Super pg size != Linux HPAGE_PMD_SIZE (%luM)\n",
856                       (unsigned long)TO_MB(HPAGE_PMD_SIZE));
857
858         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARC_HAS_PAE40) && !mmu->pae)
859                 panic("Hardware doesn't support PAE40\n");
860
861         /* Enable the MMU */
862         write_aux_reg(ARC_REG_PID, MMU_ENABLE);
863
864         /* In smp we use this reg for interrupt 1 scratch */
865 #ifndef CONFIG_SMP
866         /* swapper_pg_dir is the pgd for the kernel, used by vmalloc */
867         write_aux_reg(ARC_REG_SCRATCH_DATA0, swapper_pg_dir);
868 #endif
869
870         if (pae40_exist_but_not_enab())
871                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1HI, 0);
872 }
873
874 /*
875  * TLB Programmer's Model uses Linear Indexes: 0 to {255, 511} for 128 x {2,4}
876  * The mapping is Column-first.
877  *              ---------------------   -----------
878  *              |way0|way1|way2|way3|   |way0|way1|
879  *              ---------------------   -----------
880  * [set0]       |  0 |  1 |  2 |  3 |   |  0 |  1 |
881  * [set1]       |  4 |  5 |  6 |  7 |   |  2 |  3 |
882  *              ~                   ~   ~         ~
883  * [set127]     | 508| 509| 510| 511|   | 254| 255|
884  *              ---------------------   -----------
885  * For normal operations we don't(must not) care how above works since
886  * MMU cmd getIndex(vaddr) abstracts that out.
887  * However for walking WAYS of a SET, we need to know this
888  */
889 #define SET_WAY_TO_IDX(mmu, set, way)  ((set) * mmu->ways + (way))
890
891 /* Handling of Duplicate PD (TLB entry) in MMU.
892  * -Could be due to buggy customer tapeouts or obscure kernel bugs
893  * -MMU complaints not at the time of duplicate PD installation, but at the
894  *      time of lookup matching multiple ways.
895  * -Ideally these should never happen - but if they do - workaround by deleting
896  *      the duplicate one.
897  * -Knob to be verbose abt it.(TODO: hook them up to debugfs)
898  */
899 volatile int dup_pd_silent; /* Be slient abt it or complain (default) */
900
901 void do_tlb_overlap_fault(unsigned long cause, unsigned long address,
902                           struct pt_regs *regs)
903 {
904         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
905         unsigned int pd0[mmu->ways];
906         unsigned long flags;
907         int set;
908
909         local_irq_save(flags);
910
911         /* loop thru all sets of TLB */
912         for (set = 0; set < mmu->sets; set++) {
913
914                 int is_valid, way;
915
916                 /* read out all the ways of current set */
917                 for (way = 0, is_valid = 0; way < mmu->ways; way++) {
918                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX,
919                                           SET_WAY_TO_IDX(mmu, set, way));
920                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBRead);
921                         pd0[way] = read_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0);
922                         is_valid |= pd0[way] & _PAGE_PRESENT;
923                         pd0[way] &= PAGE_MASK;
924                 }
925
926                 /* If all the WAYS in SET are empty, skip to next SET */
927                 if (!is_valid)
928                         continue;
929
930                 /* Scan the set for duplicate ways: needs a nested loop */
931                 for (way = 0; way < mmu->ways - 1; way++) {
932
933                         int n;
934
935                         if (!pd0[way])
936                                 continue;
937
938                         for (n = way + 1; n < mmu->ways; n++) {
939                                 if (pd0[way] != pd0[n])
940                                         continue;
941
942                                 if (!dup_pd_silent)
943                                         pr_info("Dup TLB PD0 %08x @ set %d ways %d,%d\n",
944                                                 pd0[way], set, way, n);
945
946                                 /*
947                                  * clear entry @way and not @n.
948                                  * This is critical to our optimised loop
949                                  */
950                                 pd0[way] = 0;
951                                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX,
952                                                 SET_WAY_TO_IDX(mmu, set, way));
953                                 __tlb_entry_erase();
954                         }
955                 }
956         }
957
958         local_irq_restore(flags);
959 }
960
961 /***********************************************************************
962  * Diagnostic Routines
963  *  -Called from Low Level TLB Hanlders if things don;t look good
964  **********************************************************************/
965
966 #ifdef CONFIG_ARC_DBG_TLB_PARANOIA
967
968 /*
969  * Low Level ASM TLB handler calls this if it finds that HW and SW ASIDS
970  * don't match
971  */
972 void print_asid_mismatch(int mm_asid, int mmu_asid, int is_fast_path)
973 {
974         pr_emerg("ASID Mismatch in %s Path Handler: sw-pid=0x%x hw-pid=0x%x\n",
975                is_fast_path ? "Fast" : "Slow", mm_asid, mmu_asid);
976
977         __asm__ __volatile__("flag 1");
978 }
979
980 void tlb_paranoid_check(unsigned int mm_asid, unsigned long addr)
981 {
982         unsigned int mmu_asid;
983
984         mmu_asid = read_aux_reg(ARC_REG_PID) & 0xff;
985
986         /*
987          * At the time of a TLB miss/installation
988          *   - HW version needs to match SW version
989          *   - SW needs to have a valid ASID
990          */
991         if (addr < 0x70000000 &&
992             ((mm_asid == MM_CTXT_NO_ASID) ||
993               (mmu_asid != (mm_asid & MM_CTXT_ASID_MASK))))
994                 print_asid_mismatch(mm_asid, mmu_asid, 0);
995 }
996 #endif