arch/arm64/include/asm/tlbflush.h

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only */
   2 /*
   3  * Based on arch/arm/include/asm/tlbflush.h
   4  *
   5  * Copyright (C) 1999-2003 Russell King
   6  * Copyright (C) 2012 ARM Ltd.
   7  */
   8 #ifndef __ASM_TLBFLUSH_H
   9 #define __ASM_TLBFLUSH_H
  10
  11 #ifndef __ASSEMBLY__
  12
  13 #include <linux/bitfield.h>
  14 #include <linux/mm_types.h>
  15 #include <linux/sched.h>
  16 #include <asm/cputype.h>
  17 #include <asm/mmu.h>
  18
  19 /*
  20  * Raw TLBI operations.
  21  *
  22  * Where necessary, use the __tlbi() macro to avoid asm()
  23  * boilerplate. Drivers and most kernel code should use the TLB
  24  * management routines in preference to the macro below.
  25  *
  26  * The macro can be used as __tlbi(op) or __tlbi(op, arg), depending
  27  * on whether a particular TLBI operation takes an argument or
  28  * not. The macros handles invoking the asm with or without the
  29  * register argument as appropriate.
  30  */
  31 #define __TLBI_0(op, arg) asm (ARM64_ASM_PREAMBLE                              \
  32                                "tlbi " #op "\n"                                \
  33                    ALTERNATIVE("nop\n                   nop",                  \
  34                                "dsb ish\n               tlbi " #op,            \
  35                                ARM64_WORKAROUND_REPEAT_TLBI,                   \
  36                                CONFIG_ARM64_WORKAROUND_REPEAT_TLBI)            \
  37                             : : )
  38
  39 #define __TLBI_1(op, arg) asm (ARM64_ASM_PREAMBLE                              \
  40                                "tlbi " #op ", %0\n"                            \
  41                    ALTERNATIVE("nop\n                   nop",                  \
  42                                "dsb ish\n               tlbi " #op ", %0",     \
  43                                ARM64_WORKAROUND_REPEAT_TLBI,                   \
  44                                CONFIG_ARM64_WORKAROUND_REPEAT_TLBI)            \
  45                             : : "r" (arg))
  46
  47 #define __TLBI_N(op, arg, n, ...) __TLBI_##n(op, arg)
  48
  49 #define __tlbi(op, ...)         __TLBI_N(op, ##__VA_ARGS__, 1, 0)
  50
  51 #define __tlbi_user(op, arg) do {                                               \
  52         if (arm64_kernel_unmapped_at_el0())                                     \
  53                 __tlbi(op, (arg) | USER_ASID_FLAG);                             \
  54 } while (0)
  55
  56 /* This macro creates a properly formatted VA operand for the TLBI */
  57 #define __TLBI_VADDR(addr, asid)                                \
  58         ({                                                      \
  59                 unsigned long __ta = (addr) >> 12;              \
  60                 __ta &= GENMASK_ULL(43, 0);                     \
  61                 __ta |= (unsigned long)(asid) << 48;            \
  62                 __ta;                                           \
  63         })
  64
  65 /*
  66  * Get translation granule of the system, which is decided by
  67  * PAGE_SIZE.  Used by TTL.
  68  *  - 4KB       : 1
  69  *  - 16KB      : 2
  70  *  - 64KB      : 3
  71  */
  72 #define TLBI_TTL_TG_4K          1
  73 #define TLBI_TTL_TG_16K         2
  74 #define TLBI_TTL_TG_64K         3
  75
  76 static inline unsigned long get_trans_granule(void)
  77 {
  78         switch (PAGE_SIZE) {
  79         case SZ_4K:
  80                 return TLBI_TTL_TG_4K;
  81         case SZ_16K:
  82                 return TLBI_TTL_TG_16K;
  83         case SZ_64K:
  84                 return TLBI_TTL_TG_64K;
  85         default:
  86                 return 0;
  87         }
  88 }
  89
  90 /*
  91  * Level-based TLBI operations.
  92  *
  93  * When ARMv8.4-TTL exists, TLBI operations take an additional hint for
  94  * the level at which the invalidation must take place. If the level is
  95  * wrong, no invalidation may take place. In the case where the level
  96  * cannot be easily determined, a 0 value for the level parameter will
  97  * perform a non-hinted invalidation.
  98  *
  99  * For Stage-2 invalidation, use the level values provided to that effect
 100  * in asm/stage2_pgtable.h.
 101  */
 102 #define TLBI_TTL_MASK           GENMASK_ULL(47, 44)
 103
 104 #define __tlbi_level(op, addr, level) do {                              \
 105         u64 arg = addr;                                                 \
 106                                                                         \
 107         if (cpus_have_const_cap(ARM64_HAS_ARMv8_4_TTL) &&               \
 108             level) {                                                    \
 109                 u64 ttl = level & 3;                                    \
 110                 ttl |= get_trans_granule() << 2;                        \
 111                 arg &= ~TLBI_TTL_MASK;                                  \
 112                 arg |= FIELD_PREP(TLBI_TTL_MASK, ttl);                  \
 113         }                                                               \
 114                                                                         \
 115         __tlbi(op, arg);                                                \
 116 } while(0)
 117
 118 #define __tlbi_user_level(op, arg, level) do {                          \
 119         if (arm64_kernel_unmapped_at_el0())                             \
 120                 __tlbi_level(op, (arg | USER_ASID_FLAG), level);        \
 121 } while (0)
 122
 123 /*
 124  * This macro creates a properly formatted VA operand for the TLB RANGE.
 125  * The value bit assignments are:
 126  *
 127  * +----------+------+-------+-------+-------+----------------------+
 128  * |   ASID   |  TG  | SCALE |  NUM  |  TTL  |        BADDR         |
 129  * +-----------------+-------+-------+-------+----------------------+
 130  * |63      48|47  46|45   44|43   39|38   37|36                   0|
 131  *
 132  * The address range is determined by below formula:
 133  * [BADDR, BADDR + (NUM + 1) * 2^(5*SCALE + 1) * PAGESIZE)
 134  *
 135  */
 136 #define __TLBI_VADDR_RANGE(addr, asid, scale, num, ttl)         \
 137         ({                                                      \
 138                 unsigned long __ta = (addr) >> PAGE_SHIFT;      \
 139                 __ta &= GENMASK_ULL(36, 0);                     \
 140                 __ta |= (unsigned long)(ttl) << 37;             \
 141                 __ta |= (unsigned long)(num) << 39;             \
 142                 __ta |= (unsigned long)(scale) << 44;           \
 143                 __ta |= get_trans_granule() << 46;              \
 144                 __ta |= (unsigned long)(asid) << 48;            \
 145                 __ta;                                           \
 146         })
 147
 148 /* These macros are used by the TLBI RANGE feature. */
 149 #define __TLBI_RANGE_PAGES(num, scale)  \
 150         ((unsigned long)((num) + 1) << (5 * (scale) + 1))
 151 #define MAX_TLBI_RANGE_PAGES            __TLBI_RANGE_PAGES(31, 3)
 152
 153 /*
 154  * Generate 'num' values from -1 to 30 with -1 rejected by the
 155  * __flush_tlb_range() loop below.
 156  */
 157 #define TLBI_RANGE_MASK                 GENMASK_ULL(4, 0)
 158 #define __TLBI_RANGE_NUM(pages, scale)  \
 159         ((((pages) >> (5 * (scale) + 1)) & TLBI_RANGE_MASK) - 1)
 160
 161 /*
 162  *      TLB Invalidation
 163  *      ================
 164  *
 165  *      This header file implements the low-level TLB invalidation routines
 166  *      (sometimes referred to as "flushing" in the kernel) for arm64.
 167  *
 168  *      Every invalidation operation uses the following template:
 169  *
 170  *      DSB ISHST       // Ensure prior page-table updates have completed
 171  *      TLBI ...        // Invalidate the TLB
 172  *      DSB ISH         // Ensure the TLB invalidation has completed
 173  *      if (invalidated kernel mappings)
 174  *              ISB     // Discard any instructions fetched from the old mapping
 175  *
 176  *
 177  *      The following functions form part of the "core" TLB invalidation API,
 178  *      as documented in Documentation/core-api/cachetlb.rst:
 179  *
 180  *      flush_tlb_all()
 181  *              Invalidate the entire TLB (kernel + user) on all CPUs
 182  *
 183  *      flush_tlb_mm(mm)
 184  *              Invalidate an entire user address space on all CPUs.
 185  *              The 'mm' argument identifies the ASID to invalidate.
 186  *
 187  *      flush_tlb_range(vma, start, end)
 188  *              Invalidate the virtual-address range '[start, end)' on all
 189  *              CPUs for the user address space corresponding to 'vma->mm'.
 190  *              Note that this operation also invalidates any walk-cache
 191  *              entries associated with translations for the specified address
 192  *              range.
 193  *
 194  *      flush_tlb_kernel_range(start, end)
 195  *              Same as flush_tlb_range(..., start, end), but applies to
 196  *              kernel mappings rather than a particular user address space.
 197  *              Whilst not explicitly documented, this function is used when
 198  *              unmapping pages from vmalloc/io space.
 199  *
 200  *      flush_tlb_page(vma, addr)
 201  *              Invalidate a single user mapping for address 'addr' in the
 202  *              address space corresponding to 'vma->mm'.  Note that this
 203  *              operation only invalidates a single, last-level page-table
 204  *              entry and therefore does not affect any walk-caches.
 205  *
 206  *
 207  *      Next, we have some undocumented invalidation routines that you probably
 208  *      don't want to call unless you know what you're doing:
 209  *
 210  *      local_flush_tlb_all()
 211  *              Same as flush_tlb_all(), but only applies to the calling CPU.
 212  *
 213  *      __flush_tlb_kernel_pgtable(addr)
 214  *              Invalidate a single kernel mapping for address 'addr' on all
 215  *              CPUs, ensuring that any walk-cache entries associated with the
 216  *              translation are also invalidated.
 217  *
 218  *      __flush_tlb_range(vma, start, end, stride, last_level)
 219  *              Invalidate the virtual-address range '[start, end)' on all
 220  *              CPUs for the user address space corresponding to 'vma->mm'.
 221  *              The invalidation operations are issued at a granularity
 222  *              determined by 'stride' and only affect any walk-cache entries
 223  *              if 'last_level' is equal to false.
 224  *
 225  *
 226  *      Finally, take a look at asm/tlb.h to see how tlb_flush() is implemented
 227  *      on top of these routines, since that is our interface to the mmu_gather
 228  *      API as used by munmap() and friends.
 229  */
 230 static inline void local_flush_tlb_all(void)
 231 {
 232         dsb(nshst);
 233         __tlbi(vmalle1);
 234         dsb(nsh);
 235         isb();
 236 }
 237
 238 static inline void flush_tlb_all(void)
 239 {
 240         dsb(ishst);
 241         __tlbi(vmalle1is);
 242         dsb(ish);
 243         isb();
 244 }
 245
 246 static inline void flush_tlb_mm(struct mm_struct *mm)
 247 {
 248         unsigned long asid = __TLBI_VADDR(0, ASID(mm));
 249
 250         dsb(ishst);
 251         __tlbi(aside1is, asid);
 252         __tlbi_user(aside1is, asid);
 253         dsb(ish);
 254 }
 255
 256 static inline void flush_tlb_page_nosync(struct vm_area_struct *vma,
 257                                          unsigned long uaddr)
 258 {
 259         unsigned long addr = __TLBI_VADDR(uaddr, ASID(vma->vm_mm));
 260
 261         dsb(ishst);
 262         __tlbi(vale1is, addr);
 263         __tlbi_user(vale1is, addr);
 264 }
 265
 266 static inline void flush_tlb_page(struct vm_area_struct *vma,
 267                                   unsigned long uaddr)
 268 {
 269         flush_tlb_page_nosync(vma, uaddr);
 270         dsb(ish);
 271 }
 272
 273 /*
 274  * This is meant to avoid soft lock-ups on large TLB flushing ranges and not
 275  * necessarily a performance improvement.
 276  */
 277 #define MAX_TLBI_OPS    PTRS_PER_PTE
 278
 279 static inline void __flush_tlb_range(struct vm_area_struct *vma,
 280                                      unsigned long start, unsigned long end,
 281                                      unsigned long stride, bool last_level,
 282                                      int tlb_level)
 283 {
 284         int num = 0;
 285         int scale = 0;
 286         unsigned long asid = ASID(vma->vm_mm);
 287         unsigned long addr;
 288         unsigned long pages;
 289
 290         start = round_down(start, stride);
 291         end = round_up(end, stride);
 292         pages = (end - start) >> PAGE_SHIFT;
 293
 294         /*
 295          * When not uses TLB range ops, we can handle up to
 296          * (MAX_TLBI_OPS - 1) pages;
 297          * When uses TLB range ops, we can handle up to
 298          * (MAX_TLBI_RANGE_PAGES - 1) pages.
 299          */
 300         if ((!system_supports_tlb_range() &&
 301              (end - start) >= (MAX_TLBI_OPS * stride)) ||
 302             pages >= MAX_TLBI_RANGE_PAGES) {
 303                 flush_tlb_mm(vma->vm_mm);
 304                 return;
 305         }
 306
 307         dsb(ishst);
 308
 309         /*
 310          * When the CPU does not support TLB range operations, flush the TLB
 311          * entries one by one at the granularity of 'stride'. If the the TLB
 312          * range ops are supported, then:
 313          *
 314          * 1. If 'pages' is odd, flush the first page through non-range
 315          *    operations;
 316          *
 317          * 2. For remaining pages: the minimum range granularity is decided
 318          *    by 'scale', so multiple range TLBI operations may be required.
 319          *    Start from scale = 0, flush the corresponding number of pages
 320          *    ((num+1)*2^(5*scale+1) starting from 'addr'), then increase it
 321          *    until no pages left.
 322          *
 323          * Note that certain ranges can be represented by either num = 31 and
 324          * scale or num = 0 and scale + 1. The loop below favours the latter
 325          * since num is limited to 30 by the __TLBI_RANGE_NUM() macro.
 326          */
 327         while (pages > 0) {
 328                 if (!system_supports_tlb_range() ||
 329                     pages % 2 == 1) {
 330                         addr = __TLBI_VADDR(start, asid);
 331                         if (last_level) {
 332                                 __tlbi_level(vale1is, addr, tlb_level);
 333                                 __tlbi_user_level(vale1is, addr, tlb_level);
 334                         } else {
 335                                 __tlbi_level(vae1is, addr, tlb_level);
 336                                 __tlbi_user_level(vae1is, addr, tlb_level);
 337                         }
 338                         start += stride;
 339                         pages -= stride >> PAGE_SHIFT;
 340                         continue;
 341                 }
 342
 343                 num = __TLBI_RANGE_NUM(pages, scale);
 344                 if (num >= 0) {
 345                         addr = __TLBI_VADDR_RANGE(start, asid, scale,
 346                                                   num, tlb_level);
 347                         if (last_level) {
 348                                 __tlbi(rvale1is, addr);
 349                                 __tlbi_user(rvale1is, addr);
 350                         } else {
 351                                 __tlbi(rvae1is, addr);
 352                                 __tlbi_user(rvae1is, addr);
 353                         }
 354                         start += __TLBI_RANGE_PAGES(num, scale) << PAGE_SHIFT;
 355                         pages -= __TLBI_RANGE_PAGES(num, scale);
 356                 }
 357                 scale++;
 358         }
 359         dsb(ish);
 360 }
 361
 362 static inline void flush_tlb_range(struct vm_area_struct *vma,
 363                                    unsigned long start, unsigned long end)
 364 {
 365         /*
 366          * We cannot use leaf-only invalidation here, since we may be invalidating
 367          * table entries as part of collapsing hugepages or moving page tables.
 368          * Set the tlb_level to 0 because we can not get enough information here.
 369          */
 370         __flush_tlb_range(vma, start, end, PAGE_SIZE, false, 0);
 371 }
 372
 373 static inline void flush_tlb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end)
 374 {
 375         unsigned long addr;
 376
 377         if ((end - start) > (MAX_TLBI_OPS * PAGE_SIZE)) {
 378                 flush_tlb_all();
 379                 return;
 380         }
 381
 382         start = __TLBI_VADDR(start, 0);
 383         end = __TLBI_VADDR(end, 0);
 384
 385         dsb(ishst);
 386         for (addr = start; addr < end; addr += 1 << (PAGE_SHIFT - 12))
 387                 __tlbi(vaale1is, addr);
 388         dsb(ish);
 389         isb();
 390 }
 391
 392 /*
 393  * Used to invalidate the TLB (walk caches) corresponding to intermediate page
 394  * table levels (pgd/pud/pmd).
 395  */
 396 static inline void __flush_tlb_kernel_pgtable(unsigned long kaddr)
 397 {
 398         unsigned long addr = __TLBI_VADDR(kaddr, 0);
 399
 400         dsb(ishst);
 401         __tlbi(vaae1is, addr);
 402         dsb(ish);
 403         isb();
 404 }
 405 #endif
 406
 407 #endif