Merge remote-tracking branches 'asoc/topic/max9878', 'asoc/topic/max98927', 'asoc...
[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 /*
108  * Utility Routine to erase a J-TLB entry
109  * Caller needs to setup Index Reg (manually or via getIndex)
110  */
111 static inline void __tlb_entry_erase(void)
112 {
113         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, 0);
114
115         if (is_pae40_enabled())
116                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1HI, 0);
117
118         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, 0);
119         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
120 }
121
122 #if (CONFIG_ARC_MMU_VER < 4)
123
124 static inline unsigned int tlb_entry_lkup(unsigned long vaddr_n_asid)
125 {
126         unsigned int idx;
127
128         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, vaddr_n_asid);
129
130         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBProbe);
131         idx = read_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX);
132
133         return idx;
134 }
135
136 static void tlb_entry_erase(unsigned int vaddr_n_asid)
137 {
138         unsigned int idx;
139
140         /* Locate the TLB entry for this vaddr + ASID */
141         idx = tlb_entry_lkup(vaddr_n_asid);
142
143         /* No error means entry found, zero it out */
144         if (likely(!(idx & TLB_LKUP_ERR))) {
145                 __tlb_entry_erase();
146         } else {
147                 /* Duplicate entry error */
148                 WARN(idx == TLB_DUP_ERR, "Probe returned Dup PD for %x\n",
149                                            vaddr_n_asid);
150         }
151 }
152
153 /****************************************************************************
154  * ARC700 MMU caches recently used J-TLB entries (RAM) as uTLBs (FLOPs)
155  *
156  * New IVUTLB cmd in MMU v2 explictly invalidates the uTLB
157  *
158  * utlb_invalidate ( )
159  *  -For v2 MMU calls Flush uTLB Cmd
160  *  -For v1 MMU does nothing (except for Metal Fix v1 MMU)
161  *      This is because in v1 TLBWrite itself invalidate uTLBs
162  ***************************************************************************/
163
164 static void utlb_invalidate(void)
165 {
166 #if (CONFIG_ARC_MMU_VER >= 2)
167
168 #if (CONFIG_ARC_MMU_VER == 2)
169         /* MMU v2 introduced the uTLB Flush command.
170          * There was however an obscure hardware bug, where uTLB flush would
171          * fail when a prior probe for J-TLB (both totally unrelated) would
172          * return lkup err - because the entry didn't exist in MMU.
173          * The Workround was to set Index reg with some valid value, prior to
174          * flush. This was fixed in MMU v3 hence not needed any more
175          */
176         unsigned int idx;
177
178         /* make sure INDEX Reg is valid */
179         idx = read_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX);
180
181         /* If not write some dummy val */
182         if (unlikely(idx & TLB_LKUP_ERR))
183                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX, 0xa);
184 #endif
185
186         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBIVUTLB);
187 #endif
188
189 }
190
191 static void tlb_entry_insert(unsigned int pd0, pte_t pd1)
192 {
193         unsigned int idx;
194
195         /*
196          * First verify if entry for this vaddr+ASID already exists
197          * This also sets up PD0 (vaddr, ASID..) for final commit
198          */
199         idx = tlb_entry_lkup(pd0);
200
201         /*
202          * If Not already present get a free slot from MMU.
203          * Otherwise, Probe would have located the entry and set INDEX Reg
204          * with existing location. This will cause Write CMD to over-write
205          * existing entry with new PD0 and PD1
206          */
207         if (likely(idx & TLB_LKUP_ERR))
208                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBGetIndex);
209
210         /* setup the other half of TLB entry (pfn, rwx..) */
211         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, pd1);
212
213         /*
214          * Commit the Entry to MMU
215          * It doesn't sound safe to use the TLBWriteNI cmd here
216          * which doesn't flush uTLBs. I'd rather be safe than sorry.
217          */
218         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
219 }
220
221 #else   /* CONFIG_ARC_MMU_VER >= 4) */
222
223 static void utlb_invalidate(void)
224 {
225         /* No need since uTLB is always in sync with JTLB */
226 }
227
228 static void tlb_entry_erase(unsigned int vaddr_n_asid)
229 {
230         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, vaddr_n_asid | _PAGE_PRESENT);
231         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBDeleteEntry);
232 }
233
234 static void tlb_entry_insert(unsigned int pd0, pte_t pd1)
235 {
236         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, pd0);
237         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, pd1);
238
239         if (is_pae40_enabled())
240                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1HI, (u64)pd1 >> 32);
241
242         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBInsertEntry);
243 }
244
245 #endif
246
247 /*
248  * Un-conditionally (without lookup) erase the entire MMU contents
249  */
250
251 noinline void local_flush_tlb_all(void)
252 {
253         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
254         unsigned long flags;
255         unsigned int entry;
256         int num_tlb = mmu->sets * mmu->ways;
257
258         local_irq_save(flags);
259
260         /* Load PD0 and PD1 with template for a Blank Entry */
261         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, 0);
262
263         if (is_pae40_enabled())
264                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1HI, 0);
265
266         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, 0);
267
268         for (entry = 0; entry < num_tlb; entry++) {
269                 /* write this entry to the TLB */
270                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX, entry);
271                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
272         }
273
274         if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)) {
275                 const int stlb_idx = 0x800;
276
277                 /* Blank sTLB entry */
278                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, _PAGE_HW_SZ);
279
280                 for (entry = stlb_idx; entry < stlb_idx + 16; entry++) {
281                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX, entry);
282                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
283                 }
284         }
285
286         utlb_invalidate();
287
288         local_irq_restore(flags);
289 }
290
291 /*
292  * Flush the entrie MM for userland. The fastest way is to move to Next ASID
293  */
294 noinline void local_flush_tlb_mm(struct mm_struct *mm)
295 {
296         /*
297          * Small optimisation courtesy IA64
298          * flush_mm called during fork,exit,munmap etc, multiple times as well.
299          * Only for fork( ) do we need to move parent to a new MMU ctxt,
300          * all other cases are NOPs, hence this check.
301          */
302         if (atomic_read(&mm->mm_users) == 0)
303                 return;
304
305         /*
306          * - Move to a new ASID, but only if the mm is still wired in
307          *   (Android Binder ended up calling this for vma->mm != tsk->mm,
308          *    causing h/w - s/w ASID to get out of sync)
309          * - Also get_new_mmu_context() new implementation allocates a new
310          *   ASID only if it is not allocated already - so unallocate first
311          */
312         destroy_context(mm);
313         if (current->mm == mm)
314                 get_new_mmu_context(mm);
315 }
316
317 /*
318  * Flush a Range of TLB entries for userland.
319  * @start is inclusive, while @end is exclusive
320  * Difference between this and Kernel Range Flush is
321  *  -Here the fastest way (if range is too large) is to move to next ASID
322  *      without doing any explicit Shootdown
323  *  -In case of kernel Flush, entry has to be shot down explictly
324  */
325 void local_flush_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
326                            unsigned long end)
327 {
328         const unsigned int cpu = smp_processor_id();
329         unsigned long flags;
330
331         /* If range @start to @end is more than 32 TLB entries deep,
332          * its better to move to a new ASID rather than searching for
333          * individual entries and then shooting them down
334          *
335          * The calc above is rough, doesn't account for unaligned parts,
336          * since this is heuristics based anyways
337          */
338         if (unlikely((end - start) >= PAGE_SIZE * 32)) {
339                 local_flush_tlb_mm(vma->vm_mm);
340                 return;
341         }
342
343         /*
344          * @start moved to page start: this alone suffices for checking
345          * loop end condition below, w/o need for aligning @end to end
346          * e.g. 2000 to 4001 will anyhow loop twice
347          */
348         start &= PAGE_MASK;
349
350         local_irq_save(flags);
351
352         if (asid_mm(vma->vm_mm, cpu) != MM_CTXT_NO_ASID) {
353                 while (start < end) {
354                         tlb_entry_erase(start | hw_pid(vma->vm_mm, cpu));
355                         start += PAGE_SIZE;
356                 }
357         }
358
359         utlb_invalidate();
360
361         local_irq_restore(flags);
362 }
363
364 /* Flush the kernel TLB entries - vmalloc/modules (Global from MMU perspective)
365  *  @start, @end interpreted as kvaddr
366  * Interestingly, shared TLB entries can also be flushed using just
367  * @start,@end alone (interpreted as user vaddr), although technically SASID
368  * is also needed. However our smart TLbProbe lookup takes care of that.
369  */
370 void local_flush_tlb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end)
371 {
372         unsigned long flags;
373
374         /* exactly same as above, except for TLB entry not taking ASID */
375
376         if (unlikely((end - start) >= PAGE_SIZE * 32)) {
377                 local_flush_tlb_all();
378                 return;
379         }
380
381         start &= PAGE_MASK;
382
383         local_irq_save(flags);
384         while (start < end) {
385                 tlb_entry_erase(start);
386                 start += PAGE_SIZE;
387         }
388
389         utlb_invalidate();
390
391         local_irq_restore(flags);
392 }
393
394 /*
395  * Delete TLB entry in MMU for a given page (??? address)
396  * NOTE One TLB entry contains translation for single PAGE
397  */
398
399 void local_flush_tlb_page(struct vm_area_struct *vma, unsigned long page)
400 {
401         const unsigned int cpu = smp_processor_id();
402         unsigned long flags;
403
404         /* Note that it is critical that interrupts are DISABLED between
405          * checking the ASID and using it flush the TLB entry
406          */
407         local_irq_save(flags);
408
409         if (asid_mm(vma->vm_mm, cpu) != MM_CTXT_NO_ASID) {
410                 tlb_entry_erase((page & PAGE_MASK) | hw_pid(vma->vm_mm, cpu));
411                 utlb_invalidate();
412         }
413
414         local_irq_restore(flags);
415 }
416
417 #ifdef CONFIG_SMP
418
419 struct tlb_args {
420         struct vm_area_struct *ta_vma;
421         unsigned long ta_start;
422         unsigned long ta_end;
423 };
424
425 static inline void ipi_flush_tlb_page(void *arg)
426 {
427         struct tlb_args *ta = arg;
428
429         local_flush_tlb_page(ta->ta_vma, ta->ta_start);
430 }
431
432 static inline void ipi_flush_tlb_range(void *arg)
433 {
434         struct tlb_args *ta = arg;
435
436         local_flush_tlb_range(ta->ta_vma, ta->ta_start, ta->ta_end);
437 }
438
439 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
440 static inline void ipi_flush_pmd_tlb_range(void *arg)
441 {
442         struct tlb_args *ta = arg;
443
444         local_flush_pmd_tlb_range(ta->ta_vma, ta->ta_start, ta->ta_end);
445 }
446 #endif
447
448 static inline void ipi_flush_tlb_kernel_range(void *arg)
449 {
450         struct tlb_args *ta = (struct tlb_args *)arg;
451
452         local_flush_tlb_kernel_range(ta->ta_start, ta->ta_end);
453 }
454
455 void flush_tlb_all(void)
456 {
457         on_each_cpu((smp_call_func_t)local_flush_tlb_all, NULL, 1);
458 }
459
460 void flush_tlb_mm(struct mm_struct *mm)
461 {
462         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(mm), (smp_call_func_t)local_flush_tlb_mm,
463                          mm, 1);
464 }
465
466 void flush_tlb_page(struct vm_area_struct *vma, unsigned long uaddr)
467 {
468         struct tlb_args ta = {
469                 .ta_vma = vma,
470                 .ta_start = uaddr
471         };
472
473         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(vma->vm_mm), ipi_flush_tlb_page, &ta, 1);
474 }
475
476 void flush_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
477                      unsigned long end)
478 {
479         struct tlb_args ta = {
480                 .ta_vma = vma,
481                 .ta_start = start,
482                 .ta_end = end
483         };
484
485         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(vma->vm_mm), ipi_flush_tlb_range, &ta, 1);
486 }
487
488 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
489 void flush_pmd_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
490                          unsigned long end)
491 {
492         struct tlb_args ta = {
493                 .ta_vma = vma,
494                 .ta_start = start,
495                 .ta_end = end
496         };
497
498         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(vma->vm_mm), ipi_flush_pmd_tlb_range, &ta, 1);
499 }
500 #endif
501
502 void flush_tlb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end)
503 {
504         struct tlb_args ta = {
505                 .ta_start = start,
506                 .ta_end = end
507         };
508
509         on_each_cpu(ipi_flush_tlb_kernel_range, &ta, 1);
510 }
511 #endif
512
513 /*
514  * Routine to create a TLB entry
515  */
516 void create_tlb(struct vm_area_struct *vma, unsigned long vaddr, pte_t *ptep)
517 {
518         unsigned long flags;
519         unsigned int asid_or_sasid, rwx;
520         unsigned long pd0;
521         pte_t pd1;
522
523         /*
524          * create_tlb() assumes that current->mm == vma->mm, since
525          * -it ASID for TLB entry is fetched from MMU ASID reg (valid for curr)
526          * -completes the lazy write to SASID reg (again valid for curr tsk)
527          *
528          * Removing the assumption involves
529          * -Using vma->mm->context{ASID,SASID}, as opposed to MMU reg.
530          * -Fix the TLB paranoid debug code to not trigger false negatives.
531          * -More importantly it makes this handler inconsistent with fast-path
532          *  TLB Refill handler which always deals with "current"
533          *
534          * Lets see the use cases when current->mm != vma->mm and we land here
535          *  1. execve->copy_strings()->__get_user_pages->handle_mm_fault
536          *     Here VM wants to pre-install a TLB entry for user stack while
537          *     current->mm still points to pre-execve mm (hence the condition).
538          *     However the stack vaddr is soon relocated (randomization) and
539          *     move_page_tables() tries to undo that TLB entry.
540          *     Thus not creating TLB entry is not any worse.
541          *
542          *  2. ptrace(POKETEXT) causes a CoW - debugger(current) inserting a
543          *     breakpoint in debugged task. Not creating a TLB now is not
544          *     performance critical.
545          *
546          * Both the cases above are not good enough for code churn.
547          */
548         if (current->active_mm != vma->vm_mm)
549                 return;
550
551         local_irq_save(flags);
552
553         tlb_paranoid_check(asid_mm(vma->vm_mm, smp_processor_id()), vaddr);
554
555         vaddr &= PAGE_MASK;
556
557         /* update this PTE credentials */
558         pte_val(*ptep) |= (_PAGE_PRESENT | _PAGE_ACCESSED);
559
560         /* Create HW TLB(PD0,PD1) from PTE  */
561
562         /* ASID for this task */
563         asid_or_sasid = read_aux_reg(ARC_REG_PID) & 0xff;
564
565         pd0 = vaddr | asid_or_sasid | (pte_val(*ptep) & PTE_BITS_IN_PD0);
566
567         /*
568          * ARC MMU provides fully orthogonal access bits for K/U mode,
569          * however Linux only saves 1 set to save PTE real-estate
570          * Here we convert 3 PTE bits into 6 MMU bits:
571          * -Kernel only entries have Kr Kw Kx 0 0 0
572          * -User entries have mirrored K and U bits
573          */
574         rwx = pte_val(*ptep) & PTE_BITS_RWX;
575
576         if (pte_val(*ptep) & _PAGE_GLOBAL)
577                 rwx <<= 3;              /* r w x => Kr Kw Kx 0 0 0 */
578         else
579                 rwx |= (rwx << 3);      /* r w x => Kr Kw Kx Ur Uw Ux */
580
581         pd1 = rwx | (pte_val(*ptep) & PTE_BITS_NON_RWX_IN_PD1);
582
583         tlb_entry_insert(pd0, pd1);
584
585         local_irq_restore(flags);
586 }
587
588 /*
589  * Called at the end of pagefault, for a userspace mapped page
590  *  -pre-install the corresponding TLB entry into MMU
591  *  -Finalize the delayed D-cache flush of kernel mapping of page due to
592  *      flush_dcache_page(), copy_user_page()
593  *
594  * Note that flush (when done) involves both WBACK - so physical page is
595  * in sync as well as INV - so any non-congruent aliases don't remain
596  */
597 void update_mmu_cache(struct vm_area_struct *vma, unsigned long vaddr_unaligned,
598                       pte_t *ptep)
599 {
600         unsigned long vaddr = vaddr_unaligned & PAGE_MASK;
601         phys_addr_t paddr = pte_val(*ptep) & PAGE_MASK;
602         struct page *page = pfn_to_page(pte_pfn(*ptep));
603
604         create_tlb(vma, vaddr, ptep);
605
606         if (page == ZERO_PAGE(0)) {
607                 return;
608         }
609
610         /*
611          * Exec page : Independent of aliasing/page-color considerations,
612          *             since icache doesn't snoop dcache on ARC, any dirty
613          *             K-mapping of a code page needs to be wback+inv so that
614          *             icache fetch by userspace sees code correctly.
615          * !EXEC page: If K-mapping is NOT congruent to U-mapping, flush it
616          *             so userspace sees the right data.
617          *  (Avoids the flush for Non-exec + congruent mapping case)
618          */
619         if ((vma->vm_flags & VM_EXEC) ||
620              addr_not_cache_congruent(paddr, vaddr)) {
621
622                 int dirty = !test_and_set_bit(PG_dc_clean, &page->flags);
623                 if (dirty) {
624                         /* wback + inv dcache lines (K-mapping) */
625                         __flush_dcache_page(paddr, paddr);
626
627                         /* invalidate any existing icache lines (U-mapping) */
628                         if (vma->vm_flags & VM_EXEC)
629                                 __inv_icache_page(paddr, vaddr);
630                 }
631         }
632 }
633
634 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
635
636 /*
637  * MMUv4 in HS38x cores supports Super Pages which are basis for Linux THP
638  * support.
639  *
640  * Normal and Super pages can co-exist (ofcourse not overlap) in TLB with a
641  * new bit "SZ" in TLB page descriptor to distinguish between them.
642  * Super Page size is configurable in hardware (4K to 16M), but fixed once
643  * RTL builds.
644  *
645  * The exact THP size a Linx configuration will support is a function of:
646  *  - MMU page size (typical 8K, RTL fixed)
647  *  - software page walker address split between PGD:PTE:PFN (typical
648  *    11:8:13, but can be changed with 1 line)
649  * So for above default, THP size supported is 8K * (2^8) = 2M
650  *
651  * Default Page Walker is 2 levels, PGD:PTE:PFN, which in THP regime
652  * reduces to 1 level (as PTE is folded into PGD and canonically referred
653  * to as PMD).
654  * Thus THP PMD accessors are implemented in terms of PTE (just like sparc)
655  */
656
657 void update_mmu_cache_pmd(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
658                                  pmd_t *pmd)
659 {
660         pte_t pte = __pte(pmd_val(*pmd));
661         update_mmu_cache(vma, addr, &pte);
662 }
663
664 void pgtable_trans_huge_deposit(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmdp,
665                                 pgtable_t pgtable)
666 {
667         struct list_head *lh = (struct list_head *) pgtable;
668
669         assert_spin_locked(&mm->page_table_lock);
670
671         /* FIFO */
672         if (!pmd_huge_pte(mm, pmdp))
673                 INIT_LIST_HEAD(lh);
674         else
675                 list_add(lh, (struct list_head *) pmd_huge_pte(mm, pmdp));
676         pmd_huge_pte(mm, pmdp) = pgtable;
677 }
678
679 pgtable_t pgtable_trans_huge_withdraw(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmdp)
680 {
681         struct list_head *lh;
682         pgtable_t pgtable;
683
684         assert_spin_locked(&mm->page_table_lock);
685
686         pgtable = pmd_huge_pte(mm, pmdp);
687         lh = (struct list_head *) pgtable;
688         if (list_empty(lh))
689                 pmd_huge_pte(mm, pmdp) = NULL;
690         else {
691                 pmd_huge_pte(mm, pmdp) = (pgtable_t) lh->next;
692                 list_del(lh);
693         }
694
695         pte_val(pgtable[0]) = 0;
696         pte_val(pgtable[1]) = 0;
697
698         return pgtable;
699 }
700
701 void local_flush_pmd_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
702                                unsigned long end)
703 {
704         unsigned int cpu;
705         unsigned long flags;
706
707         local_irq_save(flags);
708
709         cpu = smp_processor_id();
710
711         if (likely(asid_mm(vma->vm_mm, cpu) != MM_CTXT_NO_ASID)) {
712                 unsigned int asid = hw_pid(vma->vm_mm, cpu);
713
714                 /* No need to loop here: this will always be for 1 Huge Page */
715                 tlb_entry_erase(start | _PAGE_HW_SZ | asid);
716         }
717
718         local_irq_restore(flags);
719 }
720
721 #endif
722
723 /* Read the Cache Build Confuration Registers, Decode them and save into
724  * the cpuinfo structure for later use.
725  * No Validation is done here, simply read/convert the BCRs
726  */
727 void read_decode_mmu_bcr(void)
728 {
729         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
730         unsigned int tmp;
731         struct bcr_mmu_1_2 {
732 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
733                 unsigned int ver:8, ways:4, sets:4, u_itlb:8, u_dtlb:8;
734 #else
735                 unsigned int u_dtlb:8, u_itlb:8, sets:4, ways:4, ver:8;
736 #endif
737         } *mmu2;
738
739         struct bcr_mmu_3 {
740 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
741         unsigned int ver:8, ways:4, sets:4, res:3, sasid:1, pg_sz:4,
742                      u_itlb:4, u_dtlb:4;
743 #else
744         unsigned int u_dtlb:4, u_itlb:4, pg_sz:4, sasid:1, res:3, sets:4,
745                      ways:4, ver:8;
746 #endif
747         } *mmu3;
748
749         struct bcr_mmu_4 {
750 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
751         unsigned int ver:8, sasid:1, sz1:4, sz0:4, res:2, pae:1,
752                      n_ways:2, n_entry:2, n_super:2, u_itlb:3, u_dtlb:3;
753 #else
754         /*           DTLB      ITLB      JES        JE         JA      */
755         unsigned int u_dtlb:3, u_itlb:3, n_super:2, n_entry:2, n_ways:2,
756                      pae:1, res:2, sz0:4, sz1:4, sasid:1, ver:8;
757 #endif
758         } *mmu4;
759
760         tmp = read_aux_reg(ARC_REG_MMU_BCR);
761         mmu->ver = (tmp >> 24);
762
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 if (mmu->ver == 3) {
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         } else {
779                 mmu4 = (struct bcr_mmu_4 *)&tmp;
780                 mmu->pg_sz_k = 1 << (mmu4->sz0 - 1);
781                 mmu->s_pg_sz_m = 1 << (mmu4->sz1 - 11);
782                 mmu->sets = 64 << mmu4->n_entry;
783                 mmu->ways = mmu4->n_ways * 2;
784                 mmu->u_dtlb = mmu4->u_dtlb * 4;
785                 mmu->u_itlb = mmu4->u_itlb * 4;
786                 mmu->sasid = mmu4->sasid;
787                 mmu->pae = mmu4->pae;
788         }
789 }
790
791 char *arc_mmu_mumbojumbo(int cpu_id, char *buf, int len)
792 {
793         int n = 0;
794         struct cpuinfo_arc_mmu *p_mmu = &cpuinfo_arc700[cpu_id].mmu;
795         char super_pg[64] = "";
796
797         if (p_mmu->s_pg_sz_m)
798                 scnprintf(super_pg, 64, "%dM Super Page %s",
799                           p_mmu->s_pg_sz_m,
800                           IS_USED_CFG(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE));
801
802         n += scnprintf(buf + n, len - n,
803                       "MMU [v%x]\t: %dk PAGE, %sJTLB %d (%dx%d), uDTLB %d, uITLB %d%s%s\n",
804                        p_mmu->ver, p_mmu->pg_sz_k, super_pg,
805                        p_mmu->sets * p_mmu->ways, p_mmu->sets, p_mmu->ways,
806                        p_mmu->u_dtlb, p_mmu->u_itlb,
807                        IS_AVAIL2(p_mmu->pae, ", PAE40 ", CONFIG_ARC_HAS_PAE40));
808
809         return buf;
810 }
811
812 void arc_mmu_init(void)
813 {
814         char str[256];
815         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
816
817         printk(arc_mmu_mumbojumbo(0, str, sizeof(str)));
818
819         /*
820          * Can't be done in processor.h due to header include depenedencies
821          */
822         BUILD_BUG_ON(!IS_ALIGNED((CONFIG_ARC_KVADDR_SIZE << 20), PMD_SIZE));
823
824         /*
825          * stack top size sanity check,
826          * Can't be done in processor.h due to header include depenedencies
827          */
828         BUILD_BUG_ON(!IS_ALIGNED(STACK_TOP, PMD_SIZE));
829
830         /* For efficiency sake, kernel is compile time built for a MMU ver
831          * This must match the hardware it is running on.
832          * Linux built for MMU V2, if run on MMU V1 will break down because V1
833          *  hardware doesn't understand cmds such as WriteNI, or IVUTLB
834          * On the other hand, Linux built for V1 if run on MMU V2 will do
835          *   un-needed workarounds to prevent memcpy thrashing.
836          * Similarly MMU V3 has new features which won't work on older MMU
837          */
838         if (mmu->ver != CONFIG_ARC_MMU_VER) {
839                 panic("MMU ver %d doesn't match kernel built for %d...\n",
840                       mmu->ver, CONFIG_ARC_MMU_VER);
841         }
842
843         if (mmu->pg_sz_k != TO_KB(PAGE_SIZE))
844                 panic("MMU pg size != PAGE_SIZE (%luk)\n", TO_KB(PAGE_SIZE));
845
846         if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) &&
847             mmu->s_pg_sz_m != TO_MB(HPAGE_PMD_SIZE))
848                 panic("MMU Super pg size != Linux HPAGE_PMD_SIZE (%luM)\n",
849                       (unsigned long)TO_MB(HPAGE_PMD_SIZE));
850
851         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARC_HAS_PAE40) && !mmu->pae)
852                 panic("Hardware doesn't support PAE40\n");
853
854         /* Enable the MMU */
855         write_aux_reg(ARC_REG_PID, MMU_ENABLE);
856
857         /* In smp we use this reg for interrupt 1 scratch */
858 #ifndef CONFIG_SMP
859         /* swapper_pg_dir is the pgd for the kernel, used by vmalloc */
860         write_aux_reg(ARC_REG_SCRATCH_DATA0, swapper_pg_dir);
861 #endif
862 }
863
864 /*
865  * TLB Programmer's Model uses Linear Indexes: 0 to {255, 511} for 128 x {2,4}
866  * The mapping is Column-first.
867  *              ---------------------   -----------
868  *              |way0|way1|way2|way3|   |way0|way1|
869  *              ---------------------   -----------
870  * [set0]       |  0 |  1 |  2 |  3 |   |  0 |  1 |
871  * [set1]       |  4 |  5 |  6 |  7 |   |  2 |  3 |
872  *              ~                   ~   ~         ~
873  * [set127]     | 508| 509| 510| 511|   | 254| 255|
874  *              ---------------------   -----------
875  * For normal operations we don't(must not) care how above works since
876  * MMU cmd getIndex(vaddr) abstracts that out.
877  * However for walking WAYS of a SET, we need to know this
878  */
879 #define SET_WAY_TO_IDX(mmu, set, way)  ((set) * mmu->ways + (way))
880
881 /* Handling of Duplicate PD (TLB entry) in MMU.
882  * -Could be due to buggy customer tapeouts or obscure kernel bugs
883  * -MMU complaints not at the time of duplicate PD installation, but at the
884  *      time of lookup matching multiple ways.
885  * -Ideally these should never happen - but if they do - workaround by deleting
886  *      the duplicate one.
887  * -Knob to be verbose abt it.(TODO: hook them up to debugfs)
888  */
889 volatile int dup_pd_silent; /* Be slient abt it or complain (default) */
890
891 void do_tlb_overlap_fault(unsigned long cause, unsigned long address,
892                           struct pt_regs *regs)
893 {
894         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
895         unsigned int pd0[mmu->ways];
896         unsigned long flags;
897         int set;
898
899         local_irq_save(flags);
900
901         /* re-enable the MMU */
902         write_aux_reg(ARC_REG_PID, MMU_ENABLE | read_aux_reg(ARC_REG_PID));
903
904         /* loop thru all sets of TLB */
905         for (set = 0; set < mmu->sets; set++) {
906
907                 int is_valid, way;
908
909                 /* read out all the ways of current set */
910                 for (way = 0, is_valid = 0; way < mmu->ways; way++) {
911                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX,
912                                           SET_WAY_TO_IDX(mmu, set, way));
913                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBRead);
914                         pd0[way] = read_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0);
915                         is_valid |= pd0[way] & _PAGE_PRESENT;
916                         pd0[way] &= PAGE_MASK;
917                 }
918
919                 /* If all the WAYS in SET are empty, skip to next SET */
920                 if (!is_valid)
921                         continue;
922
923                 /* Scan the set for duplicate ways: needs a nested loop */
924                 for (way = 0; way < mmu->ways - 1; way++) {
925
926                         int n;
927
928                         if (!pd0[way])
929                                 continue;
930
931                         for (n = way + 1; n < mmu->ways; n++) {
932                                 if (pd0[way] != pd0[n])
933                                         continue;
934
935                                 if (!dup_pd_silent)
936                                         pr_info("Dup TLB PD0 %08x @ set %d ways %d,%d\n",
937                                                 pd0[way], set, way, n);
938
939                                 /*
940                                  * clear entry @way and not @n.
941                                  * This is critical to our optimised loop
942                                  */
943                                 pd0[way] = 0;
944                                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX,
945                                                 SET_WAY_TO_IDX(mmu, set, way));
946                                 __tlb_entry_erase();
947                         }
948                 }
949         }
950
951         local_irq_restore(flags);
952 }
953
954 /***********************************************************************
955  * Diagnostic Routines
956  *  -Called from Low Level TLB Hanlders if things don;t look good
957  **********************************************************************/
958
959 #ifdef CONFIG_ARC_DBG_TLB_PARANOIA
960
961 /*
962  * Low Level ASM TLB handler calls this if it finds that HW and SW ASIDS
963  * don't match
964  */
965 void print_asid_mismatch(int mm_asid, int mmu_asid, int is_fast_path)
966 {
967         pr_emerg("ASID Mismatch in %s Path Handler: sw-pid=0x%x hw-pid=0x%x\n",
968                is_fast_path ? "Fast" : "Slow", mm_asid, mmu_asid);
969
970         __asm__ __volatile__("flag 1");
971 }
972
973 void tlb_paranoid_check(unsigned int mm_asid, unsigned long addr)
974 {
975         unsigned int mmu_asid;
976
977         mmu_asid = read_aux_reg(ARC_REG_PID) & 0xff;
978
979         /*
980          * At the time of a TLB miss/installation
981          *   - HW version needs to match SW version
982          *   - SW needs to have a valid ASID
983          */
984         if (addr < 0x70000000 &&
985             ((mm_asid == MM_CTXT_NO_ASID) ||
986               (mmu_asid != (mm_asid & MM_CTXT_ASID_MASK))))
987                 print_asid_mismatch(mm_asid, mmu_asid, 0);
988 }
989 #endif