arch/powerpc/kvm/44x_tlb.c

   1 /*
   2  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   3  * it under the terms of the GNU General Public License, version 2, as
   4  * published by the Free Software Foundation.
   5  *
   6  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
   7  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
   8  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
   9  * GNU General Public License for more details.
  10  *
  11  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  12  * along with this program; if not, write to the Free Software
  13  * Foundation, 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA.
  14  *
  15  * Copyright IBM Corp. 2007
  16  *
  17  * Authors: Hollis Blanchard <hollisb@us.ibm.com>
  18  */
  19
  20 #include <linux/types.h>
  21 #include <linux/string.h>
  22 #include <linux/kvm.h>
  23 #include <linux/kvm_host.h>
  24 #include <linux/highmem.h>
  25
  26 #include <asm/tlbflush.h>
  27 #include <asm/mmu-44x.h>
  28 #include <asm/kvm_ppc.h>
  29 #include <asm/kvm_44x.h>
  30 #include "timing.h"
  31
  32 #include "44x_tlb.h"
  33
  34 #ifndef PPC44x_TLBE_SIZE
  35 #define PPC44x_TLBE_SIZE        PPC44x_TLB_4K
  36 #endif
  37
  38 #define PAGE_SIZE_4K (1<<12)
  39 #define PAGE_MASK_4K (~(PAGE_SIZE_4K - 1))
  40
  41 #define PPC44x_TLB_UATTR_MASK \
  42         (PPC44x_TLB_U0|PPC44x_TLB_U1|PPC44x_TLB_U2|PPC44x_TLB_U3)
  43 #define PPC44x_TLB_USER_PERM_MASK (PPC44x_TLB_UX|PPC44x_TLB_UR|PPC44x_TLB_UW)
  44 #define PPC44x_TLB_SUPER_PERM_MASK (PPC44x_TLB_SX|PPC44x_TLB_SR|PPC44x_TLB_SW)
  45
  46 #ifdef DEBUG
  47 void kvmppc_dump_tlbs(struct kvm_vcpu *vcpu)
  48 {
  49         struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe;
  50         int i;
  51
  52         printk("vcpu %d TLB dump:\n", vcpu->vcpu_id);
  53         printk("| %2s | %3s | %8s | %8s | %8s |\n",
  54                         "nr", "tid", "word0", "word1", "word2");
  55
  56         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(vcpu_44x->guest_tlb); i++) {
  57                 tlbe = &vcpu_44x->guest_tlb[i];
  58                 if (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_VALID)
  59                         printk(" G%2d |  %02X | %08X | %08X | %08X |\n",
  60                                i, tlbe->tid, tlbe->word0, tlbe->word1,
  61                                tlbe->word2);
  62         }
  63 }
  64 #endif
  65
  66 static inline void kvmppc_44x_tlbie(unsigned int index)
  67 {
  68         /* 0 <= index < 64, so the V bit is clear and we can use the index as
  69          * word0. */
  70         asm volatile(
  71                 "tlbwe %[index], %[index], 0\n"
  72         :
  73         : [index] "r"(index)
  74         );
  75 }
  76
  77 static inline void kvmppc_44x_tlbre(unsigned int index,
  78                                     struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe)
  79 {
  80         asm volatile(
  81                 "tlbre %[word0], %[index], 0\n"
  82                 "mfspr %[tid], %[sprn_mmucr]\n"
  83                 "andi. %[tid], %[tid], 0xff\n"
  84                 "tlbre %[word1], %[index], 1\n"
  85                 "tlbre %[word2], %[index], 2\n"
  86                 : [word0] "=r"(tlbe->word0),
  87                   [word1] "=r"(tlbe->word1),
  88                   [word2] "=r"(tlbe->word2),
  89                   [tid]   "=r"(tlbe->tid)
  90                 : [index] "r"(index),
  91                   [sprn_mmucr] "i"(SPRN_MMUCR)
  92                 : "cc"
  93         );
  94 }
  95
  96 static inline void kvmppc_44x_tlbwe(unsigned int index,
  97                                     struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe)
  98 {
  99         unsigned long tmp;
 100
 101         asm volatile(
 102                 "mfspr %[tmp], %[sprn_mmucr]\n"
 103                 "rlwimi %[tmp], %[tid], 0, 0xff\n"
 104                 "mtspr %[sprn_mmucr], %[tmp]\n"
 105                 "tlbwe %[word0], %[index], 0\n"
 106                 "tlbwe %[word1], %[index], 1\n"
 107                 "tlbwe %[word2], %[index], 2\n"
 108                 : [tmp]   "=&r"(tmp)
 109                 : [word0] "r"(stlbe->word0),
 110                   [word1] "r"(stlbe->word1),
 111                   [word2] "r"(stlbe->word2),
 112                   [tid]   "r"(stlbe->tid),
 113                   [index] "r"(index),
 114                   [sprn_mmucr] "i"(SPRN_MMUCR)
 115         );
 116 }
 117
 118 static u32 kvmppc_44x_tlb_shadow_attrib(u32 attrib, int usermode)
 119 {
 120         /* We only care about the guest's permission and user bits. */
 121         attrib &= PPC44x_TLB_PERM_MASK|PPC44x_TLB_UATTR_MASK;
 122
 123         if (!usermode) {
 124                 /* Guest is in supervisor mode, so we need to translate guest
 125                  * supervisor permissions into user permissions. */
 126                 attrib &= ~PPC44x_TLB_USER_PERM_MASK;
 127                 attrib |= (attrib & PPC44x_TLB_SUPER_PERM_MASK) << 3;
 128         }
 129
 130         /* Make sure host can always access this memory. */
 131         attrib |= PPC44x_TLB_SX|PPC44x_TLB_SR|PPC44x_TLB_SW;
 132
 133         /* WIMGE = 0b00100 */
 134         attrib |= PPC44x_TLB_M;
 135
 136         return attrib;
 137 }
 138
 139 /* Load shadow TLB back into hardware. */
 140 void kvmppc_44x_tlb_load(struct kvm_vcpu *vcpu)
 141 {
 142         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 143         int i;
 144
 145         for (i = 0; i <= tlb_44x_hwater; i++) {
 146                 struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe = &vcpu_44x->shadow_tlb[i];
 147
 148                 if (get_tlb_v(stlbe) && get_tlb_ts(stlbe))
 149                         kvmppc_44x_tlbwe(i, stlbe);
 150         }
 151 }
 152
 153 static void kvmppc_44x_tlbe_set_modified(struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x,
 154                                          unsigned int i)
 155 {
 156         vcpu_44x->shadow_tlb_mod[i] = 1;
 157 }
 158
 159 /* Save hardware TLB to the vcpu, and invalidate all guest mappings. */
 160 void kvmppc_44x_tlb_put(struct kvm_vcpu *vcpu)
 161 {
 162         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 163         int i;
 164
 165         for (i = 0; i <= tlb_44x_hwater; i++) {
 166                 struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe = &vcpu_44x->shadow_tlb[i];
 167
 168                 if (vcpu_44x->shadow_tlb_mod[i])
 169                         kvmppc_44x_tlbre(i, stlbe);
 170
 171                 if (get_tlb_v(stlbe) && get_tlb_ts(stlbe))
 172                         kvmppc_44x_tlbie(i);
 173         }
 174 }
 175
 176
 177 /* Search the guest TLB for a matching entry. */
 178 int kvmppc_44x_tlb_index(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t eaddr, unsigned int pid,
 179                          unsigned int as)
 180 {
 181         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 182         int i;
 183
 184         /* XXX Replace loop with fancy data structures. */
 185         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(vcpu_44x->guest_tlb); i++) {
 186                 struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe = &vcpu_44x->guest_tlb[i];
 187                 unsigned int tid;
 188
 189                 if (eaddr < get_tlb_eaddr(tlbe))
 190                         continue;
 191
 192                 if (eaddr > get_tlb_end(tlbe))
 193                         continue;
 194
 195                 tid = get_tlb_tid(tlbe);
 196                 if (tid && (tid != pid))
 197                         continue;
 198
 199                 if (!get_tlb_v(tlbe))
 200                         continue;
 201
 202                 if (get_tlb_ts(tlbe) != as)
 203                         continue;
 204
 205                 return i;
 206         }
 207
 208         return -1;
 209 }
 210
 211 gpa_t kvmppc_mmu_xlate(struct kvm_vcpu *vcpu, unsigned int gtlb_index,
 212                        gva_t eaddr)
 213 {
 214         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 215         struct kvmppc_44x_tlbe *gtlbe = &vcpu_44x->guest_tlb[gtlb_index];
 216         unsigned int pgmask = get_tlb_bytes(gtlbe) - 1;
 217
 218         return get_tlb_raddr(gtlbe) | (eaddr & pgmask);
 219 }
 220
 221 int kvmppc_mmu_itlb_index(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t eaddr)
 222 {
 223         unsigned int as = !!(vcpu->arch.msr & MSR_IS);
 224
 225         return kvmppc_44x_tlb_index(vcpu, eaddr, vcpu->arch.pid, as);
 226 }
 227
 228 int kvmppc_mmu_dtlb_index(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t eaddr)
 229 {
 230         unsigned int as = !!(vcpu->arch.msr & MSR_DS);
 231
 232         return kvmppc_44x_tlb_index(vcpu, eaddr, vcpu->arch.pid, as);
 233 }
 234
 235 void kvmppc_mmu_itlb_miss(struct kvm_vcpu *vcpu)
 236 {
 237 }
 238
 239 void kvmppc_mmu_dtlb_miss(struct kvm_vcpu *vcpu)
 240 {
 241 }
 242
 243 static void kvmppc_44x_shadow_release(struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x,
 244                                       unsigned int stlb_index)
 245 {
 246         struct kvmppc_44x_shadow_ref *ref = &vcpu_44x->shadow_refs[stlb_index];
 247
 248         if (!ref->page)
 249                 return;
 250
 251         /* Discard from the TLB. */
 252         /* Note: we could actually invalidate a host mapping, if the host overwrote
 253          * this TLB entry since we inserted a guest mapping. */
 254         kvmppc_44x_tlbie(stlb_index);
 255
 256         /* Now release the page. */
 257         if (ref->writeable)
 258                 kvm_release_page_dirty(ref->page);
 259         else
 260                 kvm_release_page_clean(ref->page);
 261
 262         ref->page = NULL;
 263
 264         /* XXX set tlb_44x_index to stlb_index? */
 265
 266         KVMTRACE_1D(STLB_INVAL, &vcpu_44x->vcpu, stlb_index, handler);
 267 }
 268
 269 void kvmppc_mmu_destroy(struct kvm_vcpu *vcpu)
 270 {
 271         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 272         int i;
 273
 274         for (i = 0; i <= tlb_44x_hwater; i++)
 275                 kvmppc_44x_shadow_release(vcpu_44x, i);
 276 }
 277
 278 /**
 279  * kvmppc_mmu_map -- create a host mapping for guest memory
 280  *
 281  * If the guest wanted a larger page than the host supports, only the first
 282  * host page is mapped here and the rest are demand faulted.
 283  *
 284  * If the guest wanted a smaller page than the host page size, we map only the
 285  * guest-size page (i.e. not a full host page mapping).
 286  *
 287  * Caller must ensure that the specified guest TLB entry is safe to insert into
 288  * the shadow TLB.
 289  */
 290 void kvmppc_mmu_map(struct kvm_vcpu *vcpu, u64 gvaddr, gpa_t gpaddr,
 291                     unsigned int gtlb_index)
 292 {
 293         struct kvmppc_44x_tlbe stlbe;
 294         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 295         struct kvmppc_44x_tlbe *gtlbe = &vcpu_44x->guest_tlb[gtlb_index];
 296         struct kvmppc_44x_shadow_ref *ref;
 297         struct page *new_page;
 298         hpa_t hpaddr;
 299         gfn_t gfn;
 300         u32 asid = gtlbe->tid;
 301         u32 flags = gtlbe->word2;
 302         u32 max_bytes = get_tlb_bytes(gtlbe);
 303         unsigned int victim;
 304
 305         /* Select TLB entry to clobber. Indirectly guard against races with the TLB
 306          * miss handler by disabling interrupts. */
 307         local_irq_disable();
 308         victim = ++tlb_44x_index;
 309         if (victim > tlb_44x_hwater)
 310                 victim = 0;
 311         tlb_44x_index = victim;
 312         local_irq_enable();
 313
 314         /* Get reference to new page. */
 315         gfn = gpaddr >> PAGE_SHIFT;
 316         new_page = gfn_to_page(vcpu->kvm, gfn);
 317         if (is_error_page(new_page)) {
 318                 printk(KERN_ERR "Couldn't get guest page for gfn %lx!\n", gfn);
 319                 kvm_release_page_clean(new_page);
 320                 return;
 321         }
 322         hpaddr = page_to_phys(new_page);
 323
 324         /* Invalidate any previous shadow mappings. */
 325         kvmppc_44x_shadow_release(vcpu_44x, victim);
 326
 327         /* XXX Make sure (va, size) doesn't overlap any other
 328          * entries. 440x6 user manual says the result would be
 329          * "undefined." */
 330
 331         /* XXX what about AS? */
 332
 333         /* Force TS=1 for all guest mappings. */
 334         stlbe.word0 = PPC44x_TLB_VALID | PPC44x_TLB_TS;
 335
 336         if (max_bytes >= PAGE_SIZE) {
 337                 /* Guest mapping is larger than or equal to host page size. We can use
 338                  * a "native" host mapping. */
 339                 stlbe.word0 |= (gvaddr & PAGE_MASK) | PPC44x_TLBE_SIZE;
 340         } else {
 341                 /* Guest mapping is smaller than host page size. We must restrict the
 342                  * size of the mapping to be at most the smaller of the two, but for
 343                  * simplicity we fall back to a 4K mapping (this is probably what the
 344                  * guest is using anyways). */
 345                 stlbe.word0 |= (gvaddr & PAGE_MASK_4K) | PPC44x_TLB_4K;
 346
 347                 /* 'hpaddr' is a host page, which is larger than the mapping we're
 348                  * inserting here. To compensate, we must add the in-page offset to the
 349                  * sub-page. */
 350                 hpaddr |= gpaddr & (PAGE_MASK ^ PAGE_MASK_4K);
 351         }
 352
 353         stlbe.word1 = (hpaddr & 0xfffffc00) | ((hpaddr >> 32) & 0xf);
 354         stlbe.word2 = kvmppc_44x_tlb_shadow_attrib(flags,
 355                                                     vcpu->arch.msr & MSR_PR);
 356         stlbe.tid = !(asid & 0xff);
 357
 358         /* Keep track of the reference so we can properly release it later. */
 359         ref = &vcpu_44x->shadow_refs[victim];
 360         ref->page = new_page;
 361         ref->gtlb_index = gtlb_index;
 362         ref->writeable = !!(stlbe.word2 & PPC44x_TLB_UW);
 363         ref->tid = stlbe.tid;
 364
 365         /* Insert shadow mapping into hardware TLB. */
 366         kvmppc_44x_tlbe_set_modified(vcpu_44x, victim);
 367         kvmppc_44x_tlbwe(victim, &stlbe);
 368         KVMTRACE_5D(STLB_WRITE, vcpu, victim, stlbe.tid, stlbe.word0, stlbe.word1,
 369                     stlbe.word2, handler);
 370 }
 371
 372 /* For a particular guest TLB entry, invalidate the corresponding host TLB
 373  * mappings and release the host pages. */
 374 static void kvmppc_44x_invalidate(struct kvm_vcpu *vcpu,
 375                                   unsigned int gtlb_index)
 376 {
 377         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 378         int i;
 379
 380         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(vcpu_44x->shadow_refs); i++) {
 381                 struct kvmppc_44x_shadow_ref *ref = &vcpu_44x->shadow_refs[i];
 382                 if (ref->gtlb_index == gtlb_index)
 383                         kvmppc_44x_shadow_release(vcpu_44x, i);
 384         }
 385 }
 386
 387 void kvmppc_mmu_priv_switch(struct kvm_vcpu *vcpu, int usermode)
 388 {
 389         vcpu->arch.shadow_pid = !usermode;
 390 }
 391
 392 void kvmppc_set_pid(struct kvm_vcpu *vcpu, u32 new_pid)
 393 {
 394         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 395         int i;
 396
 397         if (unlikely(vcpu->arch.pid == new_pid))
 398                 return;
 399
 400         vcpu->arch.pid = new_pid;
 401
 402         /* Guest userspace runs with TID=0 mappings and PID=0, to make sure it
 403          * can't access guest kernel mappings (TID=1). When we switch to a new
 404          * guest PID, which will also use host PID=0, we must discard the old guest
 405          * userspace mappings. */
 406         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(vcpu_44x->shadow_refs); i++) {
 407                 struct kvmppc_44x_shadow_ref *ref = &vcpu_44x->shadow_refs[i];
 408
 409                 if (ref->tid == 0)
 410                         kvmppc_44x_shadow_release(vcpu_44x, i);
 411         }
 412 }
 413
 414 static int tlbe_is_host_safe(const struct kvm_vcpu *vcpu,
 415                              const struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe)
 416 {
 417         gpa_t gpa;
 418
 419         if (!get_tlb_v(tlbe))
 420                 return 0;
 421
 422         /* Does it match current guest AS? */
 423         /* XXX what about IS != DS? */
 424         if (get_tlb_ts(tlbe) != !!(vcpu->arch.msr & MSR_IS))
 425                 return 0;
 426
 427         gpa = get_tlb_raddr(tlbe);
 428         if (!gfn_to_memslot(vcpu->kvm, gpa >> PAGE_SHIFT))
 429                 /* Mapping is not for RAM. */
 430                 return 0;
 431
 432         return 1;
 433 }
 434
 435 int kvmppc_44x_emul_tlbwe(struct kvm_vcpu *vcpu, u8 ra, u8 rs, u8 ws)
 436 {
 437         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 438         struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe;
 439         unsigned int gtlb_index;
 440
 441         gtlb_index = vcpu->arch.gpr[ra];
 442         if (gtlb_index > KVM44x_GUEST_TLB_SIZE) {
 443                 printk("%s: index %d\n", __func__, gtlb_index);
 444                 kvmppc_dump_vcpu(vcpu);
 445                 return EMULATE_FAIL;
 446         }
 447
 448         tlbe = &vcpu_44x->guest_tlb[gtlb_index];
 449
 450         /* Invalidate shadow mappings for the about-to-be-clobbered TLB entry. */
 451         if (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_VALID)
 452                 kvmppc_44x_invalidate(vcpu, gtlb_index);
 453
 454         switch (ws) {
 455         case PPC44x_TLB_PAGEID:
 456                 tlbe->tid = get_mmucr_stid(vcpu);
 457                 tlbe->word0 = vcpu->arch.gpr[rs];
 458                 break;
 459
 460         case PPC44x_TLB_XLAT:
 461                 tlbe->word1 = vcpu->arch.gpr[rs];
 462                 break;
 463
 464         case PPC44x_TLB_ATTRIB:
 465                 tlbe->word2 = vcpu->arch.gpr[rs];
 466                 break;
 467
 468         default:
 469                 return EMULATE_FAIL;
 470         }
 471
 472         if (tlbe_is_host_safe(vcpu, tlbe)) {
 473                 gva_t eaddr;
 474                 gpa_t gpaddr;
 475                 u32 bytes;
 476
 477                 eaddr = get_tlb_eaddr(tlbe);
 478                 gpaddr = get_tlb_raddr(tlbe);
 479
 480                 /* Use the advertised page size to mask effective and real addrs. */
 481                 bytes = get_tlb_bytes(tlbe);
 482                 eaddr &= ~(bytes - 1);
 483                 gpaddr &= ~(bytes - 1);
 484
 485                 kvmppc_mmu_map(vcpu, eaddr, gpaddr, gtlb_index);
 486         }
 487
 488         KVMTRACE_5D(GTLB_WRITE, vcpu, gtlb_index, tlbe->tid, tlbe->word0,
 489                     tlbe->word1, tlbe->word2, handler);
 490
 491         kvmppc_set_exit_type(vcpu, EMULATED_TLBWE_EXITS);
 492         return EMULATE_DONE;
 493 }
 494
 495 int kvmppc_44x_emul_tlbsx(struct kvm_vcpu *vcpu, u8 rt, u8 ra, u8 rb, u8 rc)
 496 {
 497         u32 ea;
 498         int gtlb_index;
 499         unsigned int as = get_mmucr_sts(vcpu);
 500         unsigned int pid = get_mmucr_stid(vcpu);
 501
 502         ea = vcpu->arch.gpr[rb];
 503         if (ra)
 504                 ea += vcpu->arch.gpr[ra];
 505
 506         gtlb_index = kvmppc_44x_tlb_index(vcpu, ea, pid, as);
 507         if (rc) {
 508                 if (gtlb_index < 0)
 509                         vcpu->arch.cr &= ~0x20000000;
 510                 else
 511                         vcpu->arch.cr |= 0x20000000;
 512         }
 513         vcpu->arch.gpr[rt] = gtlb_index;
 514
 515         kvmppc_set_exit_type(vcpu, EMULATED_TLBSX_EXITS);
 516         return EMULATE_DONE;
 517 }