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/pgtable.h>
  18 #include <asm/mmu.h>
  19 #include <asm/mmu_context.h>
  20 #include <asm/paca.h>
  21 #include <asm/cputable.h>
  22 #include <asm/cacheflush.h>
  23 #include <asm/smp.h>
  24 #include <linux/compiler.h>
  25 #include <linux/context_tracking.h>
  26 #include <linux/mm_types.h>
  27
  28 #include <asm/udbg.h>
  29 #include <asm/code-patching.h>
  30
  31 enum slb_index {
  32         LINEAR_INDEX    = 0, /* Kernel linear map  (0xc000000000000000) */
  33         VMALLOC_INDEX   = 1, /* Kernel virtual map (0xd000000000000000) */
  34         KSTACK_INDEX    = 2, /* Kernel stack map */
  35 };
  36
  37 extern void slb_allocate(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 ea, int ssize,
  49                                          unsigned long flags)
  50 {
  51         return (get_kernel_vsid(ea, ssize) << slb_vsid_shift(ssize)) | flags |
  52                 ((unsigned long) ssize << SLB_VSID_SSIZE_SHIFT);
  53 }
  54
  55 static inline void slb_shadow_update(unsigned long ea, int ssize,
  56                                      unsigned long flags,
  57                                      enum slb_index index)
  58 {
  59         struct slb_shadow *p = get_slb_shadow();
  60
  61         /*
  62          * Clear the ESID first so the entry is not valid while we are
  63          * updating it.  No write barriers are needed here, provided
  64          * we only update the current CPU's SLB shadow buffer.
  65          */
  66         WRITE_ONCE(p->save_area[index].esid, 0);
  67         WRITE_ONCE(p->save_area[index].vsid, cpu_to_be64(mk_vsid_data(ea, ssize, flags)));
  68         WRITE_ONCE(p->save_area[index].esid, cpu_to_be64(mk_esid_data(ea, ssize, index)));
  69 }
  70
  71 static inline void slb_shadow_clear(enum slb_index index)
  72 {
  73         WRITE_ONCE(get_slb_shadow()->save_area[index].esid, 0);
  74 }
  75
  76 static inline void create_shadowed_slbe(unsigned long ea, int ssize,
  77                                         unsigned long flags,
  78                                         enum slb_index index)
  79 {
  80         /*
  81          * Updating the shadow buffer before writing the SLB ensures
  82          * we don't get a stale entry here if we get preempted by PHYP
  83          * between these two statements.
  84          */
  85         slb_shadow_update(ea, ssize, flags, index);
  86
  87         asm volatile("slbmte  %0,%1" :
  88                      : "r" (mk_vsid_data(ea, ssize, flags)),
  89                        "r" (mk_esid_data(ea, ssize, index))
  90                      : "memory" );
  91 }
  92
  93 static void __slb_flush_and_rebolt(void)
  94 {
  95         /* If you change this make sure you change SLB_NUM_BOLTED
  96          * and PR KVM appropriately too. */
  97         unsigned long linear_llp, vmalloc_llp, lflags, vflags;
  98         unsigned long ksp_esid_data, ksp_vsid_data;
  99
 100         linear_llp = mmu_psize_defs[mmu_linear_psize].sllp;
 101         vmalloc_llp = mmu_psize_defs[mmu_vmalloc_psize].sllp;
 102         lflags = SLB_VSID_KERNEL | linear_llp;
 103         vflags = SLB_VSID_KERNEL | vmalloc_llp;
 104
 105         ksp_esid_data = mk_esid_data(get_paca()->kstack, mmu_kernel_ssize, KSTACK_INDEX);
 106         if ((ksp_esid_data & ~0xfffffffUL) <= PAGE_OFFSET) {
 107                 ksp_esid_data &= ~SLB_ESID_V;
 108                 ksp_vsid_data = 0;
 109                 slb_shadow_clear(KSTACK_INDEX);
 110         } else {
 111                 /* Update stack entry; others don't change */
 112                 slb_shadow_update(get_paca()->kstack, mmu_kernel_ssize, lflags, KSTACK_INDEX);
 113                 ksp_vsid_data =
 114                         be64_to_cpu(get_slb_shadow()->save_area[KSTACK_INDEX].vsid);
 115         }
 116
 117         /* We need to do this all in asm, so we're sure we don't touch
 118          * the stack between the slbia and rebolting it. */
 119         asm volatile("isync\n"
 120                      "slbia\n"
 121                      /* Slot 1 - first VMALLOC segment */
 122                      "slbmte    %0,%1\n"
 123                      /* Slot 2 - kernel stack */
 124                      "slbmte    %2,%3\n"
 125                      "isync"
 126                      :: "r"(mk_vsid_data(VMALLOC_START, mmu_kernel_ssize, vflags)),
 127                         "r"(mk_esid_data(VMALLOC_START, mmu_kernel_ssize, VMALLOC_INDEX)),
 128                         "r"(ksp_vsid_data),
 129                         "r"(ksp_esid_data)
 130                      : "memory");
 131 }
 132
 133 void slb_flush_and_rebolt(void)
 134 {
 135
 136         WARN_ON(!irqs_disabled());
 137
 138         /*
 139          * We can't take a PMU exception in the following code, so hard
 140          * disable interrupts.
 141          */
 142         hard_irq_disable();
 143
 144         __slb_flush_and_rebolt();
 145         get_paca()->slb_cache_ptr = 0;
 146 }
 147
 148 void slb_vmalloc_update(void)
 149 {
 150         unsigned long vflags;
 151
 152         vflags = SLB_VSID_KERNEL | mmu_psize_defs[mmu_vmalloc_psize].sllp;
 153         slb_shadow_update(VMALLOC_START, mmu_kernel_ssize, vflags, VMALLOC_INDEX);
 154         slb_flush_and_rebolt();
 155 }
 156
 157 /* Helper function to compare esids.  There are four cases to handle.
 158  * 1. The system is not 1T segment size capable.  Use the GET_ESID compare.
 159  * 2. The system is 1T capable, both addresses are < 1T, use the GET_ESID compare.
 160  * 3. The system is 1T capable, only one of the two addresses is > 1T.  This is not a match.
 161  * 4. The system is 1T capable, both addresses are > 1T, use the GET_ESID_1T macro to compare.
 162  */
 163 static inline int esids_match(unsigned long addr1, unsigned long addr2)
 164 {
 165         int esid_1t_count;
 166
 167         /* System is not 1T segment size capable. */
 168         if (!mmu_has_feature(MMU_FTR_1T_SEGMENT))
 169                 return (GET_ESID(addr1) == GET_ESID(addr2));
 170
 171         esid_1t_count = (((addr1 >> SID_SHIFT_1T) != 0) +
 172                                 ((addr2 >> SID_SHIFT_1T) != 0));
 173
 174         /* both addresses are < 1T */
 175         if (esid_1t_count == 0)
 176                 return (GET_ESID(addr1) == GET_ESID(addr2));
 177
 178         /* One address < 1T, the other > 1T.  Not a match */
 179         if (esid_1t_count == 1)
 180                 return 0;
 181
 182         /* Both addresses are > 1T. */
 183         return (GET_ESID_1T(addr1) == GET_ESID_1T(addr2));
 184 }
 185
 186 /* Flush all user entries from the segment table of the current processor. */
 187 void switch_slb(struct task_struct *tsk, struct mm_struct *mm)
 188 {
 189         unsigned long offset;
 190         unsigned long slbie_data = 0;
 191         unsigned long pc = KSTK_EIP(tsk);
 192         unsigned long stack = KSTK_ESP(tsk);
 193         unsigned long exec_base;
 194
 195         /*
 196          * We need interrupts hard-disabled here, not just soft-disabled,
 197          * so that a PMU interrupt can't occur, which might try to access
 198          * user memory (to get a stack trace) and possible cause an SLB miss
 199          * which would update the slb_cache/slb_cache_ptr fields in the PACA.
 200          */
 201         hard_irq_disable();
 202         offset = get_paca()->slb_cache_ptr;
 203         if (!mmu_has_feature(MMU_FTR_NO_SLBIE_B) &&
 204             offset <= SLB_CACHE_ENTRIES) {
 205                 int i;
 206                 asm volatile("isync" : : : "memory");
 207                 for (i = 0; i < offset; i++) {
 208                         slbie_data = (unsigned long)get_paca()->slb_cache[i]
 209                                 << SID_SHIFT; /* EA */
 210                         slbie_data |= user_segment_size(slbie_data)
 211                                 << SLBIE_SSIZE_SHIFT;
 212                         slbie_data |= SLBIE_C; /* C set for user addresses */
 213                         asm volatile("slbie %0" : : "r" (slbie_data));
 214                 }
 215                 asm volatile("isync" : : : "memory");
 216         } else {
 217                 __slb_flush_and_rebolt();
 218         }
 219
 220         /* Workaround POWER5 < DD2.1 issue */
 221         if (offset == 1 || offset > SLB_CACHE_ENTRIES)
 222                 asm volatile("slbie %0" : : "r" (slbie_data));
 223
 224         get_paca()->slb_cache_ptr = 0;
 225         copy_mm_to_paca(mm);
 226
 227         /*
 228          * preload some userspace segments into the SLB.
 229          * Almost all 32 and 64bit PowerPC executables are linked at
 230          * 0x10000000 so it makes sense to preload this segment.
 231          */
 232         exec_base = 0x10000000;
 233
 234         if (is_kernel_addr(pc) || is_kernel_addr(stack) ||
 235             is_kernel_addr(exec_base))
 236                 return;
 237
 238         slb_allocate(pc);
 239
 240         if (!esids_match(pc, stack))
 241                 slb_allocate(stack);
 242
 243         if (!esids_match(pc, exec_base) &&
 244             !esids_match(stack, exec_base))
 245                 slb_allocate(exec_base);
 246 }
 247
 248 static inline void patch_slb_encoding(unsigned int *insn_addr,
 249                                       unsigned int immed)
 250 {
 251
 252         /*
 253          * This function patches either an li or a cmpldi instruction with
 254          * a new immediate value. This relies on the fact that both li
 255          * (which is actually addi) and cmpldi both take a 16-bit immediate
 256          * value, and it is situated in the same location in the instruction,
 257          * ie. bits 16-31 (Big endian bit order) or the lower 16 bits.
 258          * The signedness of the immediate operand differs between the two
 259          * instructions however this code is only ever patching a small value,
 260          * much less than 1 << 15, so we can get away with it.
 261          * To patch the value we read the existing instruction, clear the
 262          * immediate value, and or in our new value, then write the instruction
 263          * back.
 264          */
 265         unsigned int insn = (*insn_addr & 0xffff0000) | immed;
 266         patch_instruction(insn_addr, insn);
 267 }
 268
 269 extern u32 slb_miss_kernel_load_linear[];
 270 extern u32 slb_miss_kernel_load_io[];
 271 extern u32 slb_compare_rr_to_size[];
 272 extern u32 slb_miss_kernel_load_vmemmap[];
 273
 274 void slb_set_size(u16 size)
 275 {
 276         if (mmu_slb_size == size)
 277                 return;
 278
 279         mmu_slb_size = size;
 280         patch_slb_encoding(slb_compare_rr_to_size, mmu_slb_size);
 281 }
 282
 283 void slb_initialize(void)
 284 {
 285         unsigned long linear_llp, vmalloc_llp, io_llp;
 286         unsigned long lflags, vflags;
 287         static int slb_encoding_inited;
 288 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 289         unsigned long vmemmap_llp;
 290 #endif
 291
 292         /* Prepare our SLB miss handler based on our page size */
 293         linear_llp = mmu_psize_defs[mmu_linear_psize].sllp;
 294         io_llp = mmu_psize_defs[mmu_io_psize].sllp;
 295         vmalloc_llp = mmu_psize_defs[mmu_vmalloc_psize].sllp;
 296         get_paca()->vmalloc_sllp = SLB_VSID_KERNEL | vmalloc_llp;
 297 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 298         vmemmap_llp = mmu_psize_defs[mmu_vmemmap_psize].sllp;
 299 #endif
 300         if (!slb_encoding_inited) {
 301                 slb_encoding_inited = 1;
 302                 patch_slb_encoding(slb_miss_kernel_load_linear,
 303                                    SLB_VSID_KERNEL | linear_llp);
 304                 patch_slb_encoding(slb_miss_kernel_load_io,
 305                                    SLB_VSID_KERNEL | io_llp);
 306                 patch_slb_encoding(slb_compare_rr_to_size,
 307                                    mmu_slb_size);
 308
 309                 pr_devel("SLB: linear  LLP = %04lx\n", linear_llp);
 310                 pr_devel("SLB: io      LLP = %04lx\n", io_llp);
 311
 312 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 313                 patch_slb_encoding(slb_miss_kernel_load_vmemmap,
 314                                    SLB_VSID_KERNEL | vmemmap_llp);
 315                 pr_devel("SLB: vmemmap LLP = %04lx\n", vmemmap_llp);
 316 #endif
 317         }
 318
 319         get_paca()->stab_rr = SLB_NUM_BOLTED;
 320
 321         lflags = SLB_VSID_KERNEL | linear_llp;
 322         vflags = SLB_VSID_KERNEL | vmalloc_llp;
 323
 324         /* Invalidate the entire SLB (even entry 0) & all the ERATS */
 325         asm volatile("isync":::"memory");
 326         asm volatile("slbmte  %0,%0"::"r" (0) : "memory");
 327         asm volatile("isync; slbia; isync":::"memory");
 328         create_shadowed_slbe(PAGE_OFFSET, mmu_kernel_ssize, lflags, LINEAR_INDEX);
 329         create_shadowed_slbe(VMALLOC_START, mmu_kernel_ssize, vflags, VMALLOC_INDEX);
 330
 331         /* For the boot cpu, we're running on the stack in init_thread_union,
 332          * which is in the first segment of the linear mapping, and also
 333          * get_paca()->kstack hasn't been initialized yet.
 334          * For secondary cpus, we need to bolt the kernel stack entry now.
 335          */
 336         slb_shadow_clear(KSTACK_INDEX);
 337         if (raw_smp_processor_id() != boot_cpuid &&
 338             (get_paca()->kstack & slb_esid_mask(mmu_kernel_ssize)) > PAGE_OFFSET)
 339                 create_shadowed_slbe(get_paca()->kstack,
 340                                      mmu_kernel_ssize, lflags, KSTACK_INDEX);
 341
 342         asm volatile("isync":::"memory");
 343 }
 344
 345 static void insert_slb_entry(unsigned long vsid, unsigned long ea,
 346                              int bpsize, int ssize)
 347 {
 348         unsigned long flags, vsid_data, esid_data;
 349         enum slb_index index;
 350         int slb_cache_index;
 351
 352         /*
 353          * We are irq disabled, hence should be safe to access PACA.
 354          */
 355         VM_WARN_ON(!irqs_disabled());
 356
 357         /*
 358          * We can't take a PMU exception in the following code, so hard
 359          * disable interrupts.
 360          */
 361         hard_irq_disable();
 362
 363         index = get_paca()->stab_rr;
 364
 365         /*
 366          * simple round-robin replacement of slb starting at SLB_NUM_BOLTED.
 367          */
 368         if (index < (mmu_slb_size - 1))
 369                 index++;
 370         else
 371                 index = SLB_NUM_BOLTED;
 372
 373         get_paca()->stab_rr = index;
 374
 375         flags = SLB_VSID_USER | mmu_psize_defs[bpsize].sllp;
 376         vsid_data = (vsid << slb_vsid_shift(ssize)) | flags |
 377                     ((unsigned long) ssize << SLB_VSID_SSIZE_SHIFT);
 378         esid_data = mk_esid_data(ea, ssize, index);
 379
 380         /*
 381          * No need for an isync before or after this slbmte. The exception
 382          * we enter with and the rfid we exit with are context synchronizing.
 383          * Also we only handle user segments here.
 384          */
 385         asm volatile("slbmte %0, %1" : : "r" (vsid_data), "r" (esid_data)
 386                      : "memory");
 387
 388         /*
 389          * Now update slb cache entries
 390          */
 391         slb_cache_index = get_paca()->slb_cache_ptr;
 392         if (slb_cache_index < SLB_CACHE_ENTRIES) {
 393                 /*
 394                  * We have space in slb cache for optimized switch_slb().
 395                  * Top 36 bits from esid_data as per ISA
 396                  */
 397                 get_paca()->slb_cache[slb_cache_index++] = esid_data >> 28;
 398                 get_paca()->slb_cache_ptr++;
 399         } else {
 400                 /*
 401                  * Our cache is full and the current cache content strictly
 402                  * doesn't indicate the active SLB conents. Bump the ptr
 403                  * so that switch_slb() will ignore the cache.
 404                  */
 405                 get_paca()->slb_cache_ptr = SLB_CACHE_ENTRIES + 1;
 406         }
 407 }
 408
 409 static void handle_multi_context_slb_miss(int context_id, unsigned long ea)
 410 {
 411         struct mm_struct *mm = current->mm;
 412         unsigned long vsid;
 413         int bpsize;
 414
 415         /*
 416          * We are always above 1TB, hence use high user segment size.
 417          */
 418         vsid = get_vsid(context_id, ea, mmu_highuser_ssize);
 419         bpsize = get_slice_psize(mm, ea);
 420         insert_slb_entry(vsid, ea, bpsize, mmu_highuser_ssize);
 421 }
 422
 423 void slb_miss_large_addr(struct pt_regs *regs)
 424 {
 425         enum ctx_state prev_state = exception_enter();
 426         unsigned long ea = regs->dar;
 427         int context;
 428
 429         if (REGION_ID(ea) != USER_REGION_ID)
 430                 goto slb_bad_addr;
 431
 432         /*
 433          * Are we beyound what the page table layout supports ?
 434          */
 435         if ((ea & ~REGION_MASK) >= H_PGTABLE_RANGE)
 436                 goto slb_bad_addr;
 437
 438         /* Lower address should have been handled by asm code */
 439         if (ea < (1UL << MAX_EA_BITS_PER_CONTEXT))
 440                 goto slb_bad_addr;
 441
 442         /*
 443          * consider this as bad access if we take a SLB miss
 444          * on an address above addr limit.
 445          */
 446         if (ea >= current->mm->context.slb_addr_limit)
 447                 goto slb_bad_addr;
 448
 449         context = get_ea_context(&current->mm->context, ea);
 450         if (!context)
 451                 goto slb_bad_addr;
 452
 453         handle_multi_context_slb_miss(context, ea);
 454         exception_exit(prev_state);
 455         return;
 456
 457 slb_bad_addr:
 458         if (user_mode(regs))
 459                 _exception(SIGSEGV, regs, SEGV_BNDERR, ea);
 460         else
 461                 bad_page_fault(regs, ea, SIGSEGV);
 462         exception_exit(prev_state);
 463 }