arch/powerpc/mm/slb.c

   1 /*
   2  * PowerPC64 SLB support.
   3  *
   4  * Copyright (C) 2004 David Gibson <dwg@au.ibm.com>, IBM
   5  * Based on earlier code written by:
   6  * Dave Engebretsen and Mike Corrigan {engebret|mikejc}@us.ibm.com
   7  *    Copyright (c) 2001 Dave Engebretsen
   8  * Copyright (C) 2002 Anton Blanchard <anton@au.ibm.com>, IBM
   9  *
  10  *
  11  *      This program is free software; you can redistribute it and/or
  12  *      modify it under the terms of the GNU General Public License
  13  *      as published by the Free Software Foundation; either version
  14  *      2 of the License, or (at your option) any later version.
  15  */
  16
  17 #include <asm/asm-prototypes.h>
  18 #include <asm/pgtable.h>
  19 #include <asm/mmu.h>
  20 #include <asm/mmu_context.h>
  21 #include <asm/paca.h>
  22 #include <asm/cputable.h>
  23 #include <asm/cacheflush.h>
  24 #include <asm/smp.h>
  25 #include <linux/compiler.h>
  26 #include <linux/context_tracking.h>
  27 #include <linux/mm_types.h>
  28
  29 #include <asm/udbg.h>
  30 #include <asm/code-patching.h>
  31
  32 enum slb_index {
  33         LINEAR_INDEX    = 0, /* Kernel linear map  (0xc000000000000000) */
  34         KSTACK_INDEX    = 1, /* Kernel stack map */
  35 };
  36
  37 static long slb_allocate_user(struct mm_struct *mm, unsigned long ea);
  38
  39 #define slb_esid_mask(ssize)    \
  40         (((ssize) == MMU_SEGSIZE_256M)? ESID_MASK: ESID_MASK_1T)
  41
  42 static inline unsigned long mk_esid_data(unsigned long ea, int ssize,
  43                                          enum slb_index index)
  44 {
  45         return (ea & slb_esid_mask(ssize)) | SLB_ESID_V | index;
  46 }
  47
  48 static inline unsigned long __mk_vsid_data(unsigned long vsid, int ssize,
  49                                          unsigned long flags)
  50 {
  51         return (vsid << slb_vsid_shift(ssize)) | flags |
  52                 ((unsigned long) ssize << SLB_VSID_SSIZE_SHIFT);
  53 }
  54
  55 static inline unsigned long mk_vsid_data(unsigned long ea, int ssize,
  56                                          unsigned long flags)
  57 {
  58         return __mk_vsid_data(get_kernel_vsid(ea, ssize), ssize, flags);
  59 }
  60
  61 static void assert_slb_exists(unsigned long ea)
  62 {
  63 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
  64         unsigned long tmp;
  65
  66         WARN_ON_ONCE(mfmsr() & MSR_EE);
  67
  68         asm volatile("slbfee. %0, %1" : "=r"(tmp) : "r"(ea) : "cr0");
  69         WARN_ON(tmp == 0);
  70 #endif
  71 }
  72
  73 static void assert_slb_notexists(unsigned long ea)
  74 {
  75 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
  76         unsigned long tmp;
  77
  78         WARN_ON_ONCE(mfmsr() & MSR_EE);
  79
  80         asm volatile("slbfee. %0, %1" : "=r"(tmp) : "r"(ea) : "cr0");
  81         WARN_ON(tmp != 0);
  82 #endif
  83 }
  84
  85 static inline void slb_shadow_update(unsigned long ea, int ssize,
  86                                      unsigned long flags,
  87                                      enum slb_index index)
  88 {
  89         struct slb_shadow *p = get_slb_shadow();
  90
  91         /*
  92          * Clear the ESID first so the entry is not valid while we are
  93          * updating it.  No write barriers are needed here, provided
  94          * we only update the current CPU's SLB shadow buffer.
  95          */
  96         WRITE_ONCE(p->save_area[index].esid, 0);
  97         WRITE_ONCE(p->save_area[index].vsid, cpu_to_be64(mk_vsid_data(ea, ssize, flags)));
  98         WRITE_ONCE(p->save_area[index].esid, cpu_to_be64(mk_esid_data(ea, ssize, index)));
  99 }
 100
 101 static inline void slb_shadow_clear(enum slb_index index)
 102 {
 103         WRITE_ONCE(get_slb_shadow()->save_area[index].esid, cpu_to_be64(index));
 104 }
 105
 106 static inline void create_shadowed_slbe(unsigned long ea, int ssize,
 107                                         unsigned long flags,
 108                                         enum slb_index index)
 109 {
 110         /*
 111          * Updating the shadow buffer before writing the SLB ensures
 112          * we don't get a stale entry here if we get preempted by PHYP
 113          * between these two statements.
 114          */
 115         slb_shadow_update(ea, ssize, flags, index);
 116
 117         assert_slb_notexists(ea);
 118         asm volatile("slbmte  %0,%1" :
 119                      : "r" (mk_vsid_data(ea, ssize, flags)),
 120                        "r" (mk_esid_data(ea, ssize, index))
 121                      : "memory" );
 122 }
 123
 124 /*
 125  * Insert bolted entries into SLB (which may not be empty, so don't clear
 126  * slb_cache_ptr).
 127  */
 128 void __slb_restore_bolted_realmode(void)
 129 {
 130         struct slb_shadow *p = get_slb_shadow();
 131         enum slb_index index;
 132
 133          /* No isync needed because realmode. */
 134         for (index = 0; index < SLB_NUM_BOLTED; index++) {
 135                 asm volatile("slbmte  %0,%1" :
 136                      : "r" (be64_to_cpu(p->save_area[index].vsid)),
 137                        "r" (be64_to_cpu(p->save_area[index].esid)));
 138         }
 139
 140         assert_slb_exists(local_paca->kstack);
 141 }
 142
 143 /*
 144  * Insert the bolted entries into an empty SLB.
 145  */
 146 void slb_restore_bolted_realmode(void)
 147 {
 148         __slb_restore_bolted_realmode();
 149         get_paca()->slb_cache_ptr = 0;
 150
 151         get_paca()->slb_kern_bitmap = (1U << SLB_NUM_BOLTED) - 1;
 152         get_paca()->slb_used_bitmap = get_paca()->slb_kern_bitmap;
 153 }
 154
 155 /*
 156  * This flushes all SLB entries including 0, so it must be realmode.
 157  */
 158 void slb_flush_all_realmode(void)
 159 {
 160         asm volatile("slbmte %0,%0; slbia" : : "r" (0));
 161 }
 162
 163 /*
 164  * This flushes non-bolted entries, it can be run in virtual mode. Must
 165  * be called with interrupts disabled.
 166  */
 167 void slb_flush_and_restore_bolted(void)
 168 {
 169         struct slb_shadow *p = get_slb_shadow();
 170
 171         BUILD_BUG_ON(SLB_NUM_BOLTED != 2);
 172
 173         WARN_ON(!irqs_disabled());
 174
 175         /*
 176          * We can't take a PMU exception in the following code, so hard
 177          * disable interrupts.
 178          */
 179         hard_irq_disable();
 180
 181         asm volatile("isync\n"
 182                      "slbia\n"
 183                      "slbmte  %0, %1\n"
 184                      "isync\n"
 185                      :: "r" (be64_to_cpu(p->save_area[KSTACK_INDEX].vsid)),
 186                         "r" (be64_to_cpu(p->save_area[KSTACK_INDEX].esid))
 187                      : "memory");
 188         assert_slb_exists(get_paca()->kstack);
 189
 190         get_paca()->slb_cache_ptr = 0;
 191
 192         get_paca()->slb_kern_bitmap = (1U << SLB_NUM_BOLTED) - 1;
 193         get_paca()->slb_used_bitmap = get_paca()->slb_kern_bitmap;
 194 }
 195
 196 void slb_save_contents(struct slb_entry *slb_ptr)
 197 {
 198         int i;
 199         unsigned long e, v;
 200
 201         /* Save slb_cache_ptr value. */
 202         get_paca()->slb_save_cache_ptr = get_paca()->slb_cache_ptr;
 203
 204         if (!slb_ptr)
 205                 return;
 206
 207         for (i = 0; i < mmu_slb_size; i++) {
 208                 asm volatile("slbmfee  %0,%1" : "=r" (e) : "r" (i));
 209                 asm volatile("slbmfev  %0,%1" : "=r" (v) : "r" (i));
 210                 slb_ptr->esid = e;
 211                 slb_ptr->vsid = v;
 212                 slb_ptr++;
 213         }
 214 }
 215
 216 void slb_dump_contents(struct slb_entry *slb_ptr)
 217 {
 218         int i, n;
 219         unsigned long e, v;
 220         unsigned long llp;
 221
 222         if (!slb_ptr)
 223                 return;
 224
 225         pr_err("SLB contents of cpu 0x%x\n", smp_processor_id());
 226         pr_err("Last SLB entry inserted at slot %d\n", get_paca()->stab_rr);
 227
 228         for (i = 0; i < mmu_slb_size; i++) {
 229                 e = slb_ptr->esid;
 230                 v = slb_ptr->vsid;
 231                 slb_ptr++;
 232
 233                 if (!e && !v)
 234                         continue;
 235
 236                 pr_err("%02d %016lx %016lx\n", i, e, v);
 237
 238                 if (!(e & SLB_ESID_V)) {
 239                         pr_err("\n");
 240                         continue;
 241                 }
 242                 llp = v & SLB_VSID_LLP;
 243                 if (v & SLB_VSID_B_1T) {
 244                         pr_err("  1T  ESID=%9lx  VSID=%13lx LLP:%3lx\n",
 245                                GET_ESID_1T(e),
 246                                (v & ~SLB_VSID_B) >> SLB_VSID_SHIFT_1T, llp);
 247                 } else {
 248                         pr_err(" 256M ESID=%9lx  VSID=%13lx LLP:%3lx\n",
 249                                GET_ESID(e),
 250                                (v & ~SLB_VSID_B) >> SLB_VSID_SHIFT, llp);
 251                 }
 252         }
 253         pr_err("----------------------------------\n");
 254
 255         /* Dump slb cache entires as well. */
 256         pr_err("SLB cache ptr value = %d\n", get_paca()->slb_save_cache_ptr);
 257         pr_err("Valid SLB cache entries:\n");
 258         n = min_t(int, get_paca()->slb_save_cache_ptr, SLB_CACHE_ENTRIES);
 259         for (i = 0; i < n; i++)
 260                 pr_err("%02d EA[0-35]=%9x\n", i, get_paca()->slb_cache[i]);
 261         pr_err("Rest of SLB cache entries:\n");
 262         for (i = n; i < SLB_CACHE_ENTRIES; i++)
 263                 pr_err("%02d EA[0-35]=%9x\n", i, get_paca()->slb_cache[i]);
 264 }
 265
 266 void slb_vmalloc_update(void)
 267 {
 268         /*
 269          * vmalloc is not bolted, so just have to flush non-bolted.
 270          */
 271         slb_flush_and_restore_bolted();
 272 }
 273
 274 static bool preload_hit(struct thread_info *ti, unsigned long esid)
 275 {
 276         unsigned char i;
 277
 278         for (i = 0; i < ti->slb_preload_nr; i++) {
 279                 unsigned char idx;
 280
 281                 idx = (ti->slb_preload_tail + i) % SLB_PRELOAD_NR;
 282                 if (esid == ti->slb_preload_esid[idx])
 283                         return true;
 284         }
 285         return false;
 286 }
 287
 288 static bool preload_add(struct thread_info *ti, unsigned long ea)
 289 {
 290         unsigned char idx;
 291         unsigned long esid;
 292
 293         if (mmu_has_feature(MMU_FTR_1T_SEGMENT)) {
 294                 /* EAs are stored >> 28 so 256MB segments don't need clearing */
 295                 if (ea & ESID_MASK_1T)
 296                         ea &= ESID_MASK_1T;
 297         }
 298
 299         esid = ea >> SID_SHIFT;
 300
 301         if (preload_hit(ti, esid))
 302                 return false;
 303
 304         idx = (ti->slb_preload_tail + ti->slb_preload_nr) % SLB_PRELOAD_NR;
 305         ti->slb_preload_esid[idx] = esid;
 306         if (ti->slb_preload_nr == SLB_PRELOAD_NR)
 307                 ti->slb_preload_tail = (ti->slb_preload_tail + 1) % SLB_PRELOAD_NR;
 308         else
 309                 ti->slb_preload_nr++;
 310
 311         return true;
 312 }
 313
 314 static void preload_age(struct thread_info *ti)
 315 {
 316         if (!ti->slb_preload_nr)
 317                 return;
 318         ti->slb_preload_nr--;
 319         ti->slb_preload_tail = (ti->slb_preload_tail + 1) % SLB_PRELOAD_NR;
 320 }
 321
 322 void slb_setup_new_exec(void)
 323 {
 324         struct thread_info *ti = current_thread_info();
 325         struct mm_struct *mm = current->mm;
 326         unsigned long exec = 0x10000000;
 327
 328         WARN_ON(irqs_disabled());
 329
 330         /*
 331          * preload cache can only be used to determine whether a SLB
 332          * entry exists if it does not start to overflow.
 333          */
 334         if (ti->slb_preload_nr + 2 > SLB_PRELOAD_NR)
 335                 return;
 336
 337         hard_irq_disable();
 338
 339         /*
 340          * We have no good place to clear the slb preload cache on exec,
 341          * flush_thread is about the earliest arch hook but that happens
 342          * after we switch to the mm and have aleady preloaded the SLBEs.
 343          *
 344          * For the most part that's probably okay to use entries from the
 345          * previous exec, they will age out if unused. It may turn out to
 346          * be an advantage to clear the cache before switching to it,
 347          * however.
 348          */
 349
 350         /*
 351          * preload some userspace segments into the SLB.
 352          * Almost all 32 and 64bit PowerPC executables are linked at
 353          * 0x10000000 so it makes sense to preload this segment.
 354          */
 355         if (!is_kernel_addr(exec)) {
 356                 if (preload_add(ti, exec))
 357                         slb_allocate_user(mm, exec);
 358         }
 359
 360         /* Libraries and mmaps. */
 361         if (!is_kernel_addr(mm->mmap_base)) {
 362                 if (preload_add(ti, mm->mmap_base))
 363                         slb_allocate_user(mm, mm->mmap_base);
 364         }
 365
 366         /* see switch_slb */
 367         asm volatile("isync" : : : "memory");
 368
 369         local_irq_enable();
 370 }
 371
 372 void preload_new_slb_context(unsigned long start, unsigned long sp)
 373 {
 374         struct thread_info *ti = current_thread_info();
 375         struct mm_struct *mm = current->mm;
 376         unsigned long heap = mm->start_brk;
 377
 378         WARN_ON(irqs_disabled());
 379
 380         /* see above */
 381         if (ti->slb_preload_nr + 3 > SLB_PRELOAD_NR)
 382                 return;
 383
 384         hard_irq_disable();
 385
 386         /* Userspace entry address. */
 387         if (!is_kernel_addr(start)) {
 388                 if (preload_add(ti, start))
 389                         slb_allocate_user(mm, start);
 390         }
 391
 392         /* Top of stack, grows down. */
 393         if (!is_kernel_addr(sp)) {
 394                 if (preload_add(ti, sp))
 395                         slb_allocate_user(mm, sp);
 396         }
 397
 398         /* Bottom of heap, grows up. */
 399         if (heap && !is_kernel_addr(heap)) {
 400                 if (preload_add(ti, heap))
 401                         slb_allocate_user(mm, heap);
 402         }
 403
 404         /* see switch_slb */
 405         asm volatile("isync" : : : "memory");
 406
 407         local_irq_enable();
 408 }
 409
 410
 411 /* Flush all user entries from the segment table of the current processor. */
 412 void switch_slb(struct task_struct *tsk, struct mm_struct *mm)
 413 {
 414         struct thread_info *ti = task_thread_info(tsk);
 415         unsigned char i;
 416
 417         /*
 418          * We need interrupts hard-disabled here, not just soft-disabled,
 419          * so that a PMU interrupt can't occur, which might try to access
 420          * user memory (to get a stack trace) and possible cause an SLB miss
 421          * which would update the slb_cache/slb_cache_ptr fields in the PACA.
 422          */
 423         hard_irq_disable();
 424         asm volatile("isync" : : : "memory");
 425         if (cpu_has_feature(CPU_FTR_ARCH_300)) {
 426                 /*
 427                  * SLBIA IH=3 invalidates all Class=1 SLBEs and their
 428                  * associated lookaside structures, which matches what
 429                  * switch_slb wants. So ARCH_300 does not use the slb
 430                  * cache.
 431                  */
 432                 asm volatile(PPC_SLBIA(3));
 433         } else {
 434                 unsigned long offset = get_paca()->slb_cache_ptr;
 435
 436                 if (!mmu_has_feature(MMU_FTR_NO_SLBIE_B) &&
 437                     offset <= SLB_CACHE_ENTRIES) {
 438                         unsigned long slbie_data = 0;
 439
 440                         for (i = 0; i < offset; i++) {
 441                                 unsigned long ea;
 442
 443                                 ea = (unsigned long)
 444                                         get_paca()->slb_cache[i] << SID_SHIFT;
 445                                 /*
 446                                  * Could assert_slb_exists here, but hypervisor
 447                                  * or machine check could have come in and
 448                                  * removed the entry at this point.
 449                                  */
 450
 451                                 slbie_data = ea;
 452                                 slbie_data |= user_segment_size(slbie_data)
 453                                                 << SLBIE_SSIZE_SHIFT;
 454                                 slbie_data |= SLBIE_C; /* user slbs have C=1 */
 455                                 asm volatile("slbie %0" : : "r" (slbie_data));
 456                         }
 457
 458                         /* Workaround POWER5 < DD2.1 issue */
 459                         if (!cpu_has_feature(CPU_FTR_ARCH_207S) && offset == 1)
 460                                 asm volatile("slbie %0" : : "r" (slbie_data));
 461
 462                 } else {
 463                         struct slb_shadow *p = get_slb_shadow();
 464                         unsigned long ksp_esid_data =
 465                                 be64_to_cpu(p->save_area[KSTACK_INDEX].esid);
 466                         unsigned long ksp_vsid_data =
 467                                 be64_to_cpu(p->save_area[KSTACK_INDEX].vsid);
 468
 469                         asm volatile(PPC_SLBIA(1) "\n"
 470                                      "slbmte    %0,%1\n"
 471                                      "isync"
 472                                      :: "r"(ksp_vsid_data),
 473                                         "r"(ksp_esid_data));
 474
 475                         get_paca()->slb_kern_bitmap = (1U << SLB_NUM_BOLTED) - 1;
 476                 }
 477
 478                 get_paca()->slb_cache_ptr = 0;
 479         }
 480         get_paca()->slb_used_bitmap = get_paca()->slb_kern_bitmap;
 481
 482         copy_mm_to_paca(mm);
 483
 484         /*
 485          * We gradually age out SLBs after a number of context switches to
 486          * reduce reload overhead of unused entries (like we do with FP/VEC
 487          * reload). Each time we wrap 256 switches, take an entry out of the
 488          * SLB preload cache.
 489          */
 490         tsk->thread.load_slb++;
 491         if (!tsk->thread.load_slb) {
 492                 unsigned long pc = KSTK_EIP(tsk);
 493
 494                 preload_age(ti);
 495                 preload_add(ti, pc);
 496         }
 497
 498         for (i = 0; i < ti->slb_preload_nr; i++) {
 499                 unsigned char idx;
 500                 unsigned long ea;
 501
 502                 idx = (ti->slb_preload_tail + i) % SLB_PRELOAD_NR;
 503                 ea = (unsigned long)ti->slb_preload_esid[idx] << SID_SHIFT;
 504
 505                 slb_allocate_user(mm, ea);
 506         }
 507
 508         /*
 509          * Synchronize slbmte preloads with possible subsequent user memory
 510          * address accesses by the kernel (user mode won't happen until
 511          * rfid, which is safe).
 512          */
 513         asm volatile("isync" : : : "memory");
 514 }
 515
 516 void slb_set_size(u16 size)
 517 {
 518         mmu_slb_size = size;
 519 }
 520
 521 void slb_initialize(void)
 522 {
 523         unsigned long linear_llp, vmalloc_llp, io_llp;
 524         unsigned long lflags;
 525         static int slb_encoding_inited;
 526 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 527         unsigned long vmemmap_llp;
 528 #endif
 529
 530         /* Prepare our SLB miss handler based on our page size */
 531         linear_llp = mmu_psize_defs[mmu_linear_psize].sllp;
 532         io_llp = mmu_psize_defs[mmu_io_psize].sllp;
 533         vmalloc_llp = mmu_psize_defs[mmu_vmalloc_psize].sllp;
 534         get_paca()->vmalloc_sllp = SLB_VSID_KERNEL | vmalloc_llp;
 535 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 536         vmemmap_llp = mmu_psize_defs[mmu_vmemmap_psize].sllp;
 537 #endif
 538         if (!slb_encoding_inited) {
 539                 slb_encoding_inited = 1;
 540                 pr_devel("SLB: linear  LLP = %04lx\n", linear_llp);
 541                 pr_devel("SLB: io      LLP = %04lx\n", io_llp);
 542 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 543                 pr_devel("SLB: vmemmap LLP = %04lx\n", vmemmap_llp);
 544 #endif
 545         }
 546
 547         get_paca()->stab_rr = SLB_NUM_BOLTED - 1;
 548         get_paca()->slb_kern_bitmap = (1U << SLB_NUM_BOLTED) - 1;
 549         get_paca()->slb_used_bitmap = get_paca()->slb_kern_bitmap;
 550
 551         lflags = SLB_VSID_KERNEL | linear_llp;
 552
 553         /* Invalidate the entire SLB (even entry 0) & all the ERATS */
 554         asm volatile("isync":::"memory");
 555         asm volatile("slbmte  %0,%0"::"r" (0) : "memory");
 556         asm volatile("isync; slbia; isync":::"memory");
 557         create_shadowed_slbe(PAGE_OFFSET, mmu_kernel_ssize, lflags, LINEAR_INDEX);
 558
 559         /* For the boot cpu, we're running on the stack in init_thread_union,
 560          * which is in the first segment of the linear mapping, and also
 561          * get_paca()->kstack hasn't been initialized yet.
 562          * For secondary cpus, we need to bolt the kernel stack entry now.
 563          */
 564         slb_shadow_clear(KSTACK_INDEX);
 565         if (raw_smp_processor_id() != boot_cpuid &&
 566             (get_paca()->kstack & slb_esid_mask(mmu_kernel_ssize)) > PAGE_OFFSET)
 567                 create_shadowed_slbe(get_paca()->kstack,
 568                                      mmu_kernel_ssize, lflags, KSTACK_INDEX);
 569
 570         asm volatile("isync":::"memory");
 571 }
 572
 573 static void slb_cache_update(unsigned long esid_data)
 574 {
 575         int slb_cache_index;
 576
 577         if (cpu_has_feature(CPU_FTR_ARCH_300))
 578                 return; /* ISAv3.0B and later does not use slb_cache */
 579
 580         /*
 581          * Now update slb cache entries
 582          */
 583         slb_cache_index = local_paca->slb_cache_ptr;
 584         if (slb_cache_index < SLB_CACHE_ENTRIES) {
 585                 /*
 586                  * We have space in slb cache for optimized switch_slb().
 587                  * Top 36 bits from esid_data as per ISA
 588                  */
 589                 local_paca->slb_cache[slb_cache_index++] = esid_data >> 28;
 590                 local_paca->slb_cache_ptr++;
 591         } else {
 592                 /*
 593                  * Our cache is full and the current cache content strictly
 594                  * doesn't indicate the active SLB conents. Bump the ptr
 595                  * so that switch_slb() will ignore the cache.
 596                  */
 597                 local_paca->slb_cache_ptr = SLB_CACHE_ENTRIES + 1;
 598         }
 599 }
 600
 601 static enum slb_index alloc_slb_index(bool kernel)
 602 {
 603         enum slb_index index;
 604
 605         /*
 606          * The allocation bitmaps can become out of synch with the SLB
 607          * when the _switch code does slbie when bolting a new stack
 608          * segment and it must not be anywhere else in the SLB. This leaves
 609          * a kernel allocated entry that is unused in the SLB. With very
 610          * large systems or small segment sizes, the bitmaps could slowly
 611          * fill with these entries. They will eventually be cleared out
 612          * by the round robin allocator in that case, so it's probably not
 613          * worth accounting for.
 614          */
 615
 616         /*
 617          * SLBs beyond 32 entries are allocated with stab_rr only
 618          * POWER7/8/9 have 32 SLB entries, this could be expanded if a
 619          * future CPU has more.
 620          */
 621         if (local_paca->slb_used_bitmap != U32_MAX) {
 622                 index = ffz(local_paca->slb_used_bitmap);
 623                 local_paca->slb_used_bitmap |= 1U << index;
 624                 if (kernel)
 625                         local_paca->slb_kern_bitmap |= 1U << index;
 626         } else {
 627                 /* round-robin replacement of slb starting at SLB_NUM_BOLTED. */
 628                 index = local_paca->stab_rr;
 629                 if (index < (mmu_slb_size - 1))
 630                         index++;
 631                 else
 632                         index = SLB_NUM_BOLTED;
 633                 local_paca->stab_rr = index;
 634                 if (index < 32) {
 635                         if (kernel)
 636                                 local_paca->slb_kern_bitmap |= 1U << index;
 637                         else
 638                                 local_paca->slb_kern_bitmap &= ~(1U << index);
 639                 }
 640         }
 641         BUG_ON(index < SLB_NUM_BOLTED);
 642
 643         return index;
 644 }
 645
 646 static long slb_insert_entry(unsigned long ea, unsigned long context,
 647                                 unsigned long flags, int ssize, bool kernel)
 648 {
 649         unsigned long vsid;
 650         unsigned long vsid_data, esid_data;
 651         enum slb_index index;
 652
 653         vsid = get_vsid(context, ea, ssize);
 654         if (!vsid)
 655                 return -EFAULT;
 656
 657         /*
 658          * There must not be a kernel SLB fault in alloc_slb_index or before
 659          * slbmte here or the allocation bitmaps could get out of whack with
 660          * the SLB.
 661          *
 662          * User SLB faults or preloads take this path which might get inlined
 663          * into the caller, so add compiler barriers here to ensure unsafe
 664          * memory accesses do not come between.
 665          */
 666         barrier();
 667
 668         index = alloc_slb_index(kernel);
 669
 670         vsid_data = __mk_vsid_data(vsid, ssize, flags);
 671         esid_data = mk_esid_data(ea, ssize, index);
 672
 673         /*
 674          * No need for an isync before or after this slbmte. The exception
 675          * we enter with and the rfid we exit with are context synchronizing.
 676          * User preloads should add isync afterwards in case the kernel
 677          * accesses user memory before it returns to userspace with rfid.
 678          */
 679         assert_slb_notexists(ea);
 680         asm volatile("slbmte %0, %1" : : "r" (vsid_data), "r" (esid_data));
 681
 682         barrier();
 683
 684         if (!kernel)
 685                 slb_cache_update(esid_data);
 686
 687         return 0;
 688 }
 689
 690 static long slb_allocate_kernel(unsigned long ea, unsigned long id)
 691 {
 692         unsigned long context;
 693         unsigned long flags;
 694         int ssize;
 695
 696         if (id == KERNEL_REGION_ID) {
 697
 698                 /* We only support upto MAX_PHYSMEM_BITS */
 699                 if ((ea & ~REGION_MASK) > (1UL << MAX_PHYSMEM_BITS))
 700                         return -EFAULT;
 701
 702                 flags = SLB_VSID_KERNEL | mmu_psize_defs[mmu_linear_psize].sllp;
 703
 704 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 705         } else if (id == VMEMMAP_REGION_ID) {
 706
 707                 if ((ea & ~REGION_MASK) >= (1ULL << MAX_EA_BITS_PER_CONTEXT))
 708                         return -EFAULT;
 709
 710                 flags = SLB_VSID_KERNEL | mmu_psize_defs[mmu_vmemmap_psize].sllp;
 711 #endif
 712         } else if (id == VMALLOC_REGION_ID) {
 713
 714                 if ((ea & ~REGION_MASK) >= (1ULL << MAX_EA_BITS_PER_CONTEXT))
 715                         return -EFAULT;
 716
 717                 if (ea < H_VMALLOC_END)
 718                         flags = get_paca()->vmalloc_sllp;
 719                 else
 720                         flags = SLB_VSID_KERNEL | mmu_psize_defs[mmu_io_psize].sllp;
 721         } else {
 722                 return -EFAULT;
 723         }
 724
 725         ssize = MMU_SEGSIZE_1T;
 726         if (!mmu_has_feature(MMU_FTR_1T_SEGMENT))
 727                 ssize = MMU_SEGSIZE_256M;
 728
 729         context = get_kernel_context(ea);
 730         return slb_insert_entry(ea, context, flags, ssize, true);
 731 }
 732
 733 static long slb_allocate_user(struct mm_struct *mm, unsigned long ea)
 734 {
 735         unsigned long context;
 736         unsigned long flags;
 737         int bpsize;
 738         int ssize;
 739
 740         /*
 741          * consider this as bad access if we take a SLB miss
 742          * on an address above addr limit.
 743          */
 744         if (ea >= mm->context.slb_addr_limit)
 745                 return -EFAULT;
 746
 747         context = get_user_context(&mm->context, ea);
 748         if (!context)
 749                 return -EFAULT;
 750
 751         if (unlikely(ea >= H_PGTABLE_RANGE)) {
 752                 WARN_ON(1);
 753                 return -EFAULT;
 754         }
 755
 756         ssize = user_segment_size(ea);
 757
 758         bpsize = get_slice_psize(mm, ea);
 759         flags = SLB_VSID_USER | mmu_psize_defs[bpsize].sllp;
 760
 761         return slb_insert_entry(ea, context, flags, ssize, false);
 762 }
 763
 764 long do_slb_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long ea)
 765 {
 766         unsigned long id = REGION_ID(ea);
 767
 768         /* IRQs are not reconciled here, so can't check irqs_disabled */
 769         VM_WARN_ON(mfmsr() & MSR_EE);
 770
 771         if (unlikely(!(regs->msr & MSR_RI)))
 772                 return -EINVAL;
 773
 774         /*
 775          * SLB kernel faults must be very careful not to touch anything
 776          * that is not bolted. E.g., PACA and global variables are okay,
 777          * mm->context stuff is not.
 778          *
 779          * SLB user faults can access all of kernel memory, but must be
 780          * careful not to touch things like IRQ state because it is not
 781          * "reconciled" here. The difficulty is that we must use
 782          * fast_exception_return to return from kernel SLB faults without
 783          * looking at possible non-bolted memory. We could test user vs
 784          * kernel faults in the interrupt handler asm and do a full fault,
 785          * reconcile, ret_from_except for user faults which would make them
 786          * first class kernel code. But for performance it's probably nicer
 787          * if they go via fast_exception_return too.
 788          */
 789         if (id >= KERNEL_REGION_ID) {
 790                 long err;
 791 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
 792                 /* Catch recursive kernel SLB faults. */
 793                 BUG_ON(local_paca->in_kernel_slb_handler);
 794                 local_paca->in_kernel_slb_handler = 1;
 795 #endif
 796                 err = slb_allocate_kernel(ea, id);
 797 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
 798                 local_paca->in_kernel_slb_handler = 0;
 799 #endif
 800                 return err;
 801         } else {
 802                 struct mm_struct *mm = current->mm;
 803                 long err;
 804
 805                 if (unlikely(!mm))
 806                         return -EFAULT;
 807
 808                 err = slb_allocate_user(mm, ea);
 809                 if (!err)
 810                         preload_add(current_thread_info(), ea);
 811
 812                 return err;
 813         }
 814 }
 815
 816 void do_bad_slb_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long ea, long err)
 817 {
 818         if (err == -EFAULT) {
 819                 if (user_mode(regs))
 820                         _exception(SIGSEGV, regs, SEGV_BNDERR, ea);
 821                 else
 822                         bad_page_fault(regs, ea, SIGSEGV);
 823         } else if (err == -EINVAL) {
 824                 unrecoverable_exception(regs);
 825         } else {
 826                 BUG();
 827         }
 828 }