Merge tag 'devprop-5.14-rc1' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/rafael...
[linux-2.6-microblaze.git] / arch / arc / mm / tlb.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * TLB Management (flush/create/diagnostics) for ARC700
4  *
5  * Copyright (C) 2004, 2007-2010, 2011-2012 Synopsys, Inc. (www.synopsys.com)
6  *
7  * vineetg: Aug 2011
8  *  -Reintroduce duplicate PD fixup - some customer chips still have the issue
9  *
10  * vineetg: May 2011
11  *  -No need to flush_cache_page( ) for each call to update_mmu_cache()
12  *   some of the LMBench tests improved amazingly
13  *      = page-fault thrice as fast (75 usec to 28 usec)
14  *      = mmap twice as fast (9.6 msec to 4.6 msec),
15  *      = fork (5.3 msec to 3.7 msec)
16  *
17  * vineetg: April 2011 :
18  *  -MMU v3: PD{0,1} bits layout changed: They don't overlap anymore,
19  *      helps avoid a shift when preparing PD0 from PTE
20  *
21  * vineetg: April 2011 : Preparing for MMU V3
22  *  -MMU v2/v3 BCRs decoded differently
23  *  -Remove TLB_SIZE hardcoding as it's variable now: 256 or 512
24  *  -tlb_entry_erase( ) can be void
25  *  -local_flush_tlb_range( ):
26  *      = need not "ceil" @end
27  *      = walks MMU only if range spans < 32 entries, as opposed to 256
28  *
29  * Vineetg: Sept 10th 2008
30  *  -Changes related to MMU v2 (Rel 4.8)
31  *
32  * Vineetg: Aug 29th 2008
33  *  -In TLB Flush operations (Metal Fix MMU) there is a explicit command to
34  *    flush Micro-TLBS. If TLB Index Reg is invalid prior to TLBIVUTLB cmd,
35  *    it fails. Thus need to load it with ANY valid value before invoking
36  *    TLBIVUTLB cmd
37  *
38  * Vineetg: Aug 21th 2008:
39  *  -Reduced the duration of IRQ lockouts in TLB Flush routines
40  *  -Multiple copies of TLB erase code separated into a "single" function
41  *  -In TLB Flush routines, interrupt disabling moved UP to retrieve ASID
42  *       in interrupt-safe region.
43  *
44  * Vineetg: April 23rd Bug #93131
45  *    Problem: tlb_flush_kernel_range() doesn't do anything if the range to
46  *              flush is more than the size of TLB itself.
47  *
48  * Rahul Trivedi : Codito Technologies 2004
49  */
50
51 #include <linux/module.h>
52 #include <linux/bug.h>
53 #include <linux/mm_types.h>
54
55 #include <asm/arcregs.h>
56 #include <asm/setup.h>
57 #include <asm/mmu_context.h>
58 #include <asm/mmu.h>
59
60 /*                      Need for ARC MMU v2
61  *
62  * ARC700 MMU-v1 had a Joint-TLB for Code and Data and is 2 way set-assoc.
63  * For a memcpy operation with 3 players (src/dst/code) such that all 3 pages
64  * map into same set, there would be contention for the 2 ways causing severe
65  * Thrashing.
66  *
67  * Although J-TLB is 2 way set assoc, ARC700 caches J-TLB into uTLBS which has
68  * much higher associativity. u-D-TLB is 8 ways, u-I-TLB is 4 ways.
69  * Given this, the thrashing problem should never happen because once the 3
70  * J-TLB entries are created (even though 3rd will knock out one of the prev
71  * two), the u-D-TLB and u-I-TLB will have what is required to accomplish memcpy
72  *
73  * Yet we still see the Thrashing because a J-TLB Write cause flush of u-TLBs.
74  * This is a simple design for keeping them in sync. So what do we do?
75  * The solution which James came up was pretty neat. It utilised the assoc
76  * of uTLBs by not invalidating always but only when absolutely necessary.
77  *
78  * - Existing TLB commands work as before
79  * - New command (TLBWriteNI) for TLB write without clearing uTLBs
80  * - New command (TLBIVUTLB) to invalidate uTLBs.
81  *
82  * The uTLBs need only be invalidated when pages are being removed from the
83  * OS page table. If a 'victim' TLB entry is being overwritten in the main TLB
84  * as a result of a miss, the removed entry is still allowed to exist in the
85  * uTLBs as it is still valid and present in the OS page table. This allows the
86  * full associativity of the uTLBs to hide the limited associativity of the main
87  * TLB.
88  *
89  * During a miss handler, the new "TLBWriteNI" command is used to load
90  * entries without clearing the uTLBs.
91  *
92  * When the OS page table is updated, TLB entries that may be associated with a
93  * removed page are removed (flushed) from the TLB using TLBWrite. In this
94  * circumstance, the uTLBs must also be cleared. This is done by using the
95  * existing TLBWrite command. An explicit IVUTLB is also required for those
96  * corner cases when TLBWrite was not executed at all because the corresp
97  * J-TLB entry got evicted/replaced.
98  */
99
100
101 /* A copy of the ASID from the PID reg is kept in asid_cache */
102 DEFINE_PER_CPU(unsigned int, asid_cache) = MM_CTXT_FIRST_CYCLE;
103
104 static int __read_mostly pae_exists;
105
106 /*
107  * Utility Routine to erase a J-TLB entry
108  * Caller needs to setup Index Reg (manually or via getIndex)
109  */
110 static inline void __tlb_entry_erase(void)
111 {
112         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, 0);
113
114         if (is_pae40_enabled())
115                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1HI, 0);
116
117         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, 0);
118         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
119 }
120
121 static void utlb_invalidate(void)
122 {
123 #if (CONFIG_ARC_MMU_VER >= 2)
124
125 #if (CONFIG_ARC_MMU_VER == 2)
126         /* MMU v2 introduced the uTLB Flush command.
127          * There was however an obscure hardware bug, where uTLB flush would
128          * fail when a prior probe for J-TLB (both totally unrelated) would
129          * return lkup err - because the entry didn't exist in MMU.
130          * The Workaround was to set Index reg with some valid value, prior to
131          * flush. This was fixed in MMU v3
132          */
133         unsigned int idx;
134
135         /* make sure INDEX Reg is valid */
136         idx = read_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX);
137
138         /* If not write some dummy val */
139         if (unlikely(idx & TLB_LKUP_ERR))
140                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX, 0xa);
141 #endif
142
143         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBIVUTLB);
144 #endif
145
146 }
147
148 #if (CONFIG_ARC_MMU_VER < 4)
149
150 static inline unsigned int tlb_entry_lkup(unsigned long vaddr_n_asid)
151 {
152         unsigned int idx;
153
154         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, vaddr_n_asid);
155
156         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBProbe);
157         idx = read_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX);
158
159         return idx;
160 }
161
162 static void tlb_entry_erase(unsigned int vaddr_n_asid)
163 {
164         unsigned int idx;
165
166         /* Locate the TLB entry for this vaddr + ASID */
167         idx = tlb_entry_lkup(vaddr_n_asid);
168
169         /* No error means entry found, zero it out */
170         if (likely(!(idx & TLB_LKUP_ERR))) {
171                 __tlb_entry_erase();
172         } else {
173                 /* Duplicate entry error */
174                 WARN(idx == TLB_DUP_ERR, "Probe returned Dup PD for %x\n",
175                                            vaddr_n_asid);
176         }
177 }
178
179 static void tlb_entry_insert(unsigned int pd0, pte_t pd1)
180 {
181         unsigned int idx;
182
183         /*
184          * First verify if entry for this vaddr+ASID already exists
185          * This also sets up PD0 (vaddr, ASID..) for final commit
186          */
187         idx = tlb_entry_lkup(pd0);
188
189         /*
190          * If Not already present get a free slot from MMU.
191          * Otherwise, Probe would have located the entry and set INDEX Reg
192          * with existing location. This will cause Write CMD to over-write
193          * existing entry with new PD0 and PD1
194          */
195         if (likely(idx & TLB_LKUP_ERR))
196                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBGetIndex);
197
198         /* setup the other half of TLB entry (pfn, rwx..) */
199         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, pd1);
200
201         /*
202          * Commit the Entry to MMU
203          * It doesn't sound safe to use the TLBWriteNI cmd here
204          * which doesn't flush uTLBs. I'd rather be safe than sorry.
205          */
206         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWrite);
207 }
208
209 #else   /* CONFIG_ARC_MMU_VER >= 4) */
210
211 static void tlb_entry_erase(unsigned int vaddr_n_asid)
212 {
213         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, vaddr_n_asid | _PAGE_PRESENT);
214         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBDeleteEntry);
215 }
216
217 static void tlb_entry_insert(unsigned int pd0, pte_t pd1)
218 {
219         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, pd0);
220         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, pd1);
221
222         if (is_pae40_enabled())
223                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1HI, (u64)pd1 >> 32);
224
225         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBInsertEntry);
226 }
227
228 #endif
229
230 /*
231  * Un-conditionally (without lookup) erase the entire MMU contents
232  */
233
234 noinline void local_flush_tlb_all(void)
235 {
236         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
237         unsigned long flags;
238         unsigned int entry;
239         int num_tlb = mmu->sets * mmu->ways;
240
241         local_irq_save(flags);
242
243         /* Load PD0 and PD1 with template for a Blank Entry */
244         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1, 0);
245
246         if (is_pae40_enabled())
247                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1HI, 0);
248
249         write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, 0);
250
251         for (entry = 0; entry < num_tlb; entry++) {
252                 /* write this entry to the TLB */
253                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX, entry);
254                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWriteNI);
255         }
256
257         if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)) {
258                 const int stlb_idx = 0x800;
259
260                 /* Blank sTLB entry */
261                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0, _PAGE_HW_SZ);
262
263                 for (entry = stlb_idx; entry < stlb_idx + 16; entry++) {
264                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX, entry);
265                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBWriteNI);
266                 }
267         }
268
269         utlb_invalidate();
270
271         local_irq_restore(flags);
272 }
273
274 /*
275  * Flush the entire MM for userland. The fastest way is to move to Next ASID
276  */
277 noinline void local_flush_tlb_mm(struct mm_struct *mm)
278 {
279         /*
280          * Small optimisation courtesy IA64
281          * flush_mm called during fork,exit,munmap etc, multiple times as well.
282          * Only for fork( ) do we need to move parent to a new MMU ctxt,
283          * all other cases are NOPs, hence this check.
284          */
285         if (atomic_read(&mm->mm_users) == 0)
286                 return;
287
288         /*
289          * - Move to a new ASID, but only if the mm is still wired in
290          *   (Android Binder ended up calling this for vma->mm != tsk->mm,
291          *    causing h/w - s/w ASID to get out of sync)
292          * - Also get_new_mmu_context() new implementation allocates a new
293          *   ASID only if it is not allocated already - so unallocate first
294          */
295         destroy_context(mm);
296         if (current->mm == mm)
297                 get_new_mmu_context(mm);
298 }
299
300 /*
301  * Flush a Range of TLB entries for userland.
302  * @start is inclusive, while @end is exclusive
303  * Difference between this and Kernel Range Flush is
304  *  -Here the fastest way (if range is too large) is to move to next ASID
305  *      without doing any explicit Shootdown
306  *  -In case of kernel Flush, entry has to be shot down explicitly
307  */
308 void local_flush_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
309                            unsigned long end)
310 {
311         const unsigned int cpu = smp_processor_id();
312         unsigned long flags;
313
314         /* If range @start to @end is more than 32 TLB entries deep,
315          * its better to move to a new ASID rather than searching for
316          * individual entries and then shooting them down
317          *
318          * The calc above is rough, doesn't account for unaligned parts,
319          * since this is heuristics based anyways
320          */
321         if (unlikely((end - start) >= PAGE_SIZE * 32)) {
322                 local_flush_tlb_mm(vma->vm_mm);
323                 return;
324         }
325
326         /*
327          * @start moved to page start: this alone suffices for checking
328          * loop end condition below, w/o need for aligning @end to end
329          * e.g. 2000 to 4001 will anyhow loop twice
330          */
331         start &= PAGE_MASK;
332
333         local_irq_save(flags);
334
335         if (asid_mm(vma->vm_mm, cpu) != MM_CTXT_NO_ASID) {
336                 while (start < end) {
337                         tlb_entry_erase(start | hw_pid(vma->vm_mm, cpu));
338                         start += PAGE_SIZE;
339                 }
340         }
341
342         local_irq_restore(flags);
343 }
344
345 /* Flush the kernel TLB entries - vmalloc/modules (Global from MMU perspective)
346  *  @start, @end interpreted as kvaddr
347  * Interestingly, shared TLB entries can also be flushed using just
348  * @start,@end alone (interpreted as user vaddr), although technically SASID
349  * is also needed. However our smart TLbProbe lookup takes care of that.
350  */
351 void local_flush_tlb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end)
352 {
353         unsigned long flags;
354
355         /* exactly same as above, except for TLB entry not taking ASID */
356
357         if (unlikely((end - start) >= PAGE_SIZE * 32)) {
358                 local_flush_tlb_all();
359                 return;
360         }
361
362         start &= PAGE_MASK;
363
364         local_irq_save(flags);
365         while (start < end) {
366                 tlb_entry_erase(start);
367                 start += PAGE_SIZE;
368         }
369
370         local_irq_restore(flags);
371 }
372
373 /*
374  * Delete TLB entry in MMU for a given page (??? address)
375  * NOTE One TLB entry contains translation for single PAGE
376  */
377
378 void local_flush_tlb_page(struct vm_area_struct *vma, unsigned long page)
379 {
380         const unsigned int cpu = smp_processor_id();
381         unsigned long flags;
382
383         /* Note that it is critical that interrupts are DISABLED between
384          * checking the ASID and using it flush the TLB entry
385          */
386         local_irq_save(flags);
387
388         if (asid_mm(vma->vm_mm, cpu) != MM_CTXT_NO_ASID) {
389                 tlb_entry_erase((page & PAGE_MASK) | hw_pid(vma->vm_mm, cpu));
390         }
391
392         local_irq_restore(flags);
393 }
394
395 #ifdef CONFIG_SMP
396
397 struct tlb_args {
398         struct vm_area_struct *ta_vma;
399         unsigned long ta_start;
400         unsigned long ta_end;
401 };
402
403 static inline void ipi_flush_tlb_page(void *arg)
404 {
405         struct tlb_args *ta = arg;
406
407         local_flush_tlb_page(ta->ta_vma, ta->ta_start);
408 }
409
410 static inline void ipi_flush_tlb_range(void *arg)
411 {
412         struct tlb_args *ta = arg;
413
414         local_flush_tlb_range(ta->ta_vma, ta->ta_start, ta->ta_end);
415 }
416
417 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
418 static inline void ipi_flush_pmd_tlb_range(void *arg)
419 {
420         struct tlb_args *ta = arg;
421
422         local_flush_pmd_tlb_range(ta->ta_vma, ta->ta_start, ta->ta_end);
423 }
424 #endif
425
426 static inline void ipi_flush_tlb_kernel_range(void *arg)
427 {
428         struct tlb_args *ta = (struct tlb_args *)arg;
429
430         local_flush_tlb_kernel_range(ta->ta_start, ta->ta_end);
431 }
432
433 void flush_tlb_all(void)
434 {
435         on_each_cpu((smp_call_func_t)local_flush_tlb_all, NULL, 1);
436 }
437
438 void flush_tlb_mm(struct mm_struct *mm)
439 {
440         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(mm), (smp_call_func_t)local_flush_tlb_mm,
441                          mm, 1);
442 }
443
444 void flush_tlb_page(struct vm_area_struct *vma, unsigned long uaddr)
445 {
446         struct tlb_args ta = {
447                 .ta_vma = vma,
448                 .ta_start = uaddr
449         };
450
451         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(vma->vm_mm), ipi_flush_tlb_page, &ta, 1);
452 }
453
454 void flush_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
455                      unsigned long end)
456 {
457         struct tlb_args ta = {
458                 .ta_vma = vma,
459                 .ta_start = start,
460                 .ta_end = end
461         };
462
463         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(vma->vm_mm), ipi_flush_tlb_range, &ta, 1);
464 }
465
466 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
467 void flush_pmd_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
468                          unsigned long end)
469 {
470         struct tlb_args ta = {
471                 .ta_vma = vma,
472                 .ta_start = start,
473                 .ta_end = end
474         };
475
476         on_each_cpu_mask(mm_cpumask(vma->vm_mm), ipi_flush_pmd_tlb_range, &ta, 1);
477 }
478 #endif
479
480 void flush_tlb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end)
481 {
482         struct tlb_args ta = {
483                 .ta_start = start,
484                 .ta_end = end
485         };
486
487         on_each_cpu(ipi_flush_tlb_kernel_range, &ta, 1);
488 }
489 #endif
490
491 /*
492  * Routine to create a TLB entry
493  */
494 void create_tlb(struct vm_area_struct *vma, unsigned long vaddr, pte_t *ptep)
495 {
496         unsigned long flags;
497         unsigned int asid_or_sasid, rwx;
498         unsigned long pd0;
499         pte_t pd1;
500
501         /*
502          * create_tlb() assumes that current->mm == vma->mm, since
503          * -it ASID for TLB entry is fetched from MMU ASID reg (valid for curr)
504          * -completes the lazy write to SASID reg (again valid for curr tsk)
505          *
506          * Removing the assumption involves
507          * -Using vma->mm->context{ASID,SASID}, as opposed to MMU reg.
508          * -Fix the TLB paranoid debug code to not trigger false negatives.
509          * -More importantly it makes this handler inconsistent with fast-path
510          *  TLB Refill handler which always deals with "current"
511          *
512          * Lets see the use cases when current->mm != vma->mm and we land here
513          *  1. execve->copy_strings()->__get_user_pages->handle_mm_fault
514          *     Here VM wants to pre-install a TLB entry for user stack while
515          *     current->mm still points to pre-execve mm (hence the condition).
516          *     However the stack vaddr is soon relocated (randomization) and
517          *     move_page_tables() tries to undo that TLB entry.
518          *     Thus not creating TLB entry is not any worse.
519          *
520          *  2. ptrace(POKETEXT) causes a CoW - debugger(current) inserting a
521          *     breakpoint in debugged task. Not creating a TLB now is not
522          *     performance critical.
523          *
524          * Both the cases above are not good enough for code churn.
525          */
526         if (current->active_mm != vma->vm_mm)
527                 return;
528
529         local_irq_save(flags);
530
531         tlb_paranoid_check(asid_mm(vma->vm_mm, smp_processor_id()), vaddr);
532
533         vaddr &= PAGE_MASK;
534
535         /* update this PTE credentials */
536         pte_val(*ptep) |= (_PAGE_PRESENT | _PAGE_ACCESSED);
537
538         /* Create HW TLB(PD0,PD1) from PTE  */
539
540         /* ASID for this task */
541         asid_or_sasid = read_aux_reg(ARC_REG_PID) & 0xff;
542
543         pd0 = vaddr | asid_or_sasid | (pte_val(*ptep) & PTE_BITS_IN_PD0);
544
545         /*
546          * ARC MMU provides fully orthogonal access bits for K/U mode,
547          * however Linux only saves 1 set to save PTE real-estate
548          * Here we convert 3 PTE bits into 6 MMU bits:
549          * -Kernel only entries have Kr Kw Kx 0 0 0
550          * -User entries have mirrored K and U bits
551          */
552         rwx = pte_val(*ptep) & PTE_BITS_RWX;
553
554         if (pte_val(*ptep) & _PAGE_GLOBAL)
555                 rwx <<= 3;              /* r w x => Kr Kw Kx 0 0 0 */
556         else
557                 rwx |= (rwx << 3);      /* r w x => Kr Kw Kx Ur Uw Ux */
558
559         pd1 = rwx | (pte_val(*ptep) & PTE_BITS_NON_RWX_IN_PD1);
560
561         tlb_entry_insert(pd0, pd1);
562
563         local_irq_restore(flags);
564 }
565
566 /*
567  * Called at the end of pagefault, for a userspace mapped page
568  *  -pre-install the corresponding TLB entry into MMU
569  *  -Finalize the delayed D-cache flush of kernel mapping of page due to
570  *      flush_dcache_page(), copy_user_page()
571  *
572  * Note that flush (when done) involves both WBACK - so physical page is
573  * in sync as well as INV - so any non-congruent aliases don't remain
574  */
575 void update_mmu_cache(struct vm_area_struct *vma, unsigned long vaddr_unaligned,
576                       pte_t *ptep)
577 {
578         unsigned long vaddr = vaddr_unaligned & PAGE_MASK;
579         phys_addr_t paddr = pte_val(*ptep) & PAGE_MASK_PHYS;
580         struct page *page = pfn_to_page(pte_pfn(*ptep));
581
582         create_tlb(vma, vaddr, ptep);
583
584         if (page == ZERO_PAGE(0)) {
585                 return;
586         }
587
588         /*
589          * Exec page : Independent of aliasing/page-color considerations,
590          *             since icache doesn't snoop dcache on ARC, any dirty
591          *             K-mapping of a code page needs to be wback+inv so that
592          *             icache fetch by userspace sees code correctly.
593          * !EXEC page: If K-mapping is NOT congruent to U-mapping, flush it
594          *             so userspace sees the right data.
595          *  (Avoids the flush for Non-exec + congruent mapping case)
596          */
597         if ((vma->vm_flags & VM_EXEC) ||
598              addr_not_cache_congruent(paddr, vaddr)) {
599
600                 int dirty = !test_and_set_bit(PG_dc_clean, &page->flags);
601                 if (dirty) {
602                         /* wback + inv dcache lines (K-mapping) */
603                         __flush_dcache_page(paddr, paddr);
604
605                         /* invalidate any existing icache lines (U-mapping) */
606                         if (vma->vm_flags & VM_EXEC)
607                                 __inv_icache_page(paddr, vaddr);
608                 }
609         }
610 }
611
612 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
613
614 /*
615  * MMUv4 in HS38x cores supports Super Pages which are basis for Linux THP
616  * support.
617  *
618  * Normal and Super pages can co-exist (ofcourse not overlap) in TLB with a
619  * new bit "SZ" in TLB page descriptor to distinguish between them.
620  * Super Page size is configurable in hardware (4K to 16M), but fixed once
621  * RTL builds.
622  *
623  * The exact THP size a Linux configuration will support is a function of:
624  *  - MMU page size (typical 8K, RTL fixed)
625  *  - software page walker address split between PGD:PTE:PFN (typical
626  *    11:8:13, but can be changed with 1 line)
627  * So for above default, THP size supported is 8K * (2^8) = 2M
628  *
629  * Default Page Walker is 2 levels, PGD:PTE:PFN, which in THP regime
630  * reduces to 1 level (as PTE is folded into PGD and canonically referred
631  * to as PMD).
632  * Thus THP PMD accessors are implemented in terms of PTE (just like sparc)
633  */
634
635 void update_mmu_cache_pmd(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
636                                  pmd_t *pmd)
637 {
638         pte_t pte = __pte(pmd_val(*pmd));
639         update_mmu_cache(vma, addr, &pte);
640 }
641
642 void pgtable_trans_huge_deposit(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmdp,
643                                 pgtable_t pgtable)
644 {
645         struct list_head *lh = (struct list_head *) pgtable;
646
647         assert_spin_locked(&mm->page_table_lock);
648
649         /* FIFO */
650         if (!pmd_huge_pte(mm, pmdp))
651                 INIT_LIST_HEAD(lh);
652         else
653                 list_add(lh, (struct list_head *) pmd_huge_pte(mm, pmdp));
654         pmd_huge_pte(mm, pmdp) = pgtable;
655 }
656
657 pgtable_t pgtable_trans_huge_withdraw(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmdp)
658 {
659         struct list_head *lh;
660         pgtable_t pgtable;
661
662         assert_spin_locked(&mm->page_table_lock);
663
664         pgtable = pmd_huge_pte(mm, pmdp);
665         lh = (struct list_head *) pgtable;
666         if (list_empty(lh))
667                 pmd_huge_pte(mm, pmdp) = NULL;
668         else {
669                 pmd_huge_pte(mm, pmdp) = (pgtable_t) lh->next;
670                 list_del(lh);
671         }
672
673         pte_val(pgtable[0]) = 0;
674         pte_val(pgtable[1]) = 0;
675
676         return pgtable;
677 }
678
679 void local_flush_pmd_tlb_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
680                                unsigned long end)
681 {
682         unsigned int cpu;
683         unsigned long flags;
684
685         local_irq_save(flags);
686
687         cpu = smp_processor_id();
688
689         if (likely(asid_mm(vma->vm_mm, cpu) != MM_CTXT_NO_ASID)) {
690                 unsigned int asid = hw_pid(vma->vm_mm, cpu);
691
692                 /* No need to loop here: this will always be for 1 Huge Page */
693                 tlb_entry_erase(start | _PAGE_HW_SZ | asid);
694         }
695
696         local_irq_restore(flags);
697 }
698
699 #endif
700
701 /* Read the Cache Build Configuration Registers, Decode them and save into
702  * the cpuinfo structure for later use.
703  * No Validation is done here, simply read/convert the BCRs
704  */
705 void read_decode_mmu_bcr(void)
706 {
707         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
708         unsigned int tmp;
709         struct bcr_mmu_1_2 {
710 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
711                 unsigned int ver:8, ways:4, sets:4, u_itlb:8, u_dtlb:8;
712 #else
713                 unsigned int u_dtlb:8, u_itlb:8, sets:4, ways:4, ver:8;
714 #endif
715         } *mmu2;
716
717         struct bcr_mmu_3 {
718 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
719         unsigned int ver:8, ways:4, sets:4, res:3, sasid:1, pg_sz:4,
720                      u_itlb:4, u_dtlb:4;
721 #else
722         unsigned int u_dtlb:4, u_itlb:4, pg_sz:4, sasid:1, res:3, sets:4,
723                      ways:4, ver:8;
724 #endif
725         } *mmu3;
726
727         struct bcr_mmu_4 {
728 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
729         unsigned int ver:8, sasid:1, sz1:4, sz0:4, res:2, pae:1,
730                      n_ways:2, n_entry:2, n_super:2, u_itlb:3, u_dtlb:3;
731 #else
732         /*           DTLB      ITLB      JES        JE         JA      */
733         unsigned int u_dtlb:3, u_itlb:3, n_super:2, n_entry:2, n_ways:2,
734                      pae:1, res:2, sz0:4, sz1:4, sasid:1, ver:8;
735 #endif
736         } *mmu4;
737
738         tmp = read_aux_reg(ARC_REG_MMU_BCR);
739         mmu->ver = (tmp >> 24);
740
741         if (is_isa_arcompact()) {
742                 if (mmu->ver <= 2) {
743                         mmu2 = (struct bcr_mmu_1_2 *)&tmp;
744                         mmu->pg_sz_k = TO_KB(0x2000);
745                         mmu->sets = 1 << mmu2->sets;
746                         mmu->ways = 1 << mmu2->ways;
747                         mmu->u_dtlb = mmu2->u_dtlb;
748                         mmu->u_itlb = mmu2->u_itlb;
749                 } else {
750                         mmu3 = (struct bcr_mmu_3 *)&tmp;
751                         mmu->pg_sz_k = 1 << (mmu3->pg_sz - 1);
752                         mmu->sets = 1 << mmu3->sets;
753                         mmu->ways = 1 << mmu3->ways;
754                         mmu->u_dtlb = mmu3->u_dtlb;
755                         mmu->u_itlb = mmu3->u_itlb;
756                         mmu->sasid = mmu3->sasid;
757                 }
758         } else {
759                 mmu4 = (struct bcr_mmu_4 *)&tmp;
760                 mmu->pg_sz_k = 1 << (mmu4->sz0 - 1);
761                 mmu->s_pg_sz_m = 1 << (mmu4->sz1 - 11);
762                 mmu->sets = 64 << mmu4->n_entry;
763                 mmu->ways = mmu4->n_ways * 2;
764                 mmu->u_dtlb = mmu4->u_dtlb * 4;
765                 mmu->u_itlb = mmu4->u_itlb * 4;
766                 mmu->sasid = mmu4->sasid;
767                 pae_exists = mmu->pae = mmu4->pae;
768         }
769 }
770
771 char *arc_mmu_mumbojumbo(int cpu_id, char *buf, int len)
772 {
773         int n = 0;
774         struct cpuinfo_arc_mmu *p_mmu = &cpuinfo_arc700[cpu_id].mmu;
775         char super_pg[64] = "";
776
777         if (p_mmu->s_pg_sz_m)
778                 scnprintf(super_pg, 64, "%dM Super Page %s",
779                           p_mmu->s_pg_sz_m,
780                           IS_USED_CFG(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE));
781
782         n += scnprintf(buf + n, len - n,
783                       "MMU [v%x]\t: %dk PAGE, %sJTLB %d (%dx%d), uDTLB %d, uITLB %d%s%s\n",
784                        p_mmu->ver, p_mmu->pg_sz_k, super_pg,
785                        p_mmu->sets * p_mmu->ways, p_mmu->sets, p_mmu->ways,
786                        p_mmu->u_dtlb, p_mmu->u_itlb,
787                        IS_AVAIL2(p_mmu->pae, ", PAE40 ", CONFIG_ARC_HAS_PAE40));
788
789         return buf;
790 }
791
792 int pae40_exist_but_not_enab(void)
793 {
794         return pae_exists && !is_pae40_enabled();
795 }
796
797 void arc_mmu_init(void)
798 {
799         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
800         char str[256];
801         int compat = 0;
802
803         pr_info("%s", arc_mmu_mumbojumbo(0, str, sizeof(str)));
804
805         /*
806          * Can't be done in processor.h due to header include dependencies
807          */
808         BUILD_BUG_ON(!IS_ALIGNED((CONFIG_ARC_KVADDR_SIZE << 20), PMD_SIZE));
809
810         /*
811          * stack top size sanity check,
812          * Can't be done in processor.h due to header include dependencies
813          */
814         BUILD_BUG_ON(!IS_ALIGNED(STACK_TOP, PMD_SIZE));
815
816         /*
817          * Ensure that MMU features assumed by kernel exist in hardware.
818          * For older ARC700 cpus, it has to be exact match, since the MMU
819          * revisions were not backwards compatible (MMUv3 TLB layout changed
820          * so even if kernel for v2 didn't use any new cmds of v3, it would
821          * still not work.
822          * For HS cpus, MMUv4 was baseline and v5 is backwards compatible
823          * (will run older software).
824          */
825         if (is_isa_arcompact() && mmu->ver == CONFIG_ARC_MMU_VER)
826                 compat = 1;
827         else if (is_isa_arcv2() && mmu->ver >= CONFIG_ARC_MMU_VER)
828                 compat = 1;
829
830         if (!compat) {
831                 panic("MMU ver %d doesn't match kernel built for %d...\n",
832                       mmu->ver, CONFIG_ARC_MMU_VER);
833         }
834
835         if (mmu->pg_sz_k != TO_KB(PAGE_SIZE))
836                 panic("MMU pg size != PAGE_SIZE (%luk)\n", TO_KB(PAGE_SIZE));
837
838         if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) &&
839             mmu->s_pg_sz_m != TO_MB(HPAGE_PMD_SIZE))
840                 panic("MMU Super pg size != Linux HPAGE_PMD_SIZE (%luM)\n",
841                       (unsigned long)TO_MB(HPAGE_PMD_SIZE));
842
843         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARC_HAS_PAE40) && !mmu->pae)
844                 panic("Hardware doesn't support PAE40\n");
845
846         /* Enable the MMU */
847         write_aux_reg(ARC_REG_PID, MMU_ENABLE);
848
849         /* In smp we use this reg for interrupt 1 scratch */
850 #ifdef ARC_USE_SCRATCH_REG
851         /* swapper_pg_dir is the pgd for the kernel, used by vmalloc */
852         write_aux_reg(ARC_REG_SCRATCH_DATA0, swapper_pg_dir);
853 #endif
854
855         if (pae40_exist_but_not_enab())
856                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBPD1HI, 0);
857 }
858
859 /*
860  * TLB Programmer's Model uses Linear Indexes: 0 to {255, 511} for 128 x {2,4}
861  * The mapping is Column-first.
862  *              ---------------------   -----------
863  *              |way0|way1|way2|way3|   |way0|way1|
864  *              ---------------------   -----------
865  * [set0]       |  0 |  1 |  2 |  3 |   |  0 |  1 |
866  * [set1]       |  4 |  5 |  6 |  7 |   |  2 |  3 |
867  *              ~                   ~   ~         ~
868  * [set127]     | 508| 509| 510| 511|   | 254| 255|
869  *              ---------------------   -----------
870  * For normal operations we don't(must not) care how above works since
871  * MMU cmd getIndex(vaddr) abstracts that out.
872  * However for walking WAYS of a SET, we need to know this
873  */
874 #define SET_WAY_TO_IDX(mmu, set, way)  ((set) * mmu->ways + (way))
875
876 /* Handling of Duplicate PD (TLB entry) in MMU.
877  * -Could be due to buggy customer tapeouts or obscure kernel bugs
878  * -MMU complaints not at the time of duplicate PD installation, but at the
879  *      time of lookup matching multiple ways.
880  * -Ideally these should never happen - but if they do - workaround by deleting
881  *      the duplicate one.
882  * -Knob to be verbose abt it.(TODO: hook them up to debugfs)
883  */
884 volatile int dup_pd_silent; /* Be silent abt it or complain (default) */
885
886 void do_tlb_overlap_fault(unsigned long cause, unsigned long address,
887                           struct pt_regs *regs)
888 {
889         struct cpuinfo_arc_mmu *mmu = &cpuinfo_arc700[smp_processor_id()].mmu;
890         unsigned long flags;
891         int set, n_ways = mmu->ways;
892
893         n_ways = min(n_ways, 4);
894         BUG_ON(mmu->ways > 4);
895
896         local_irq_save(flags);
897
898         /* loop thru all sets of TLB */
899         for (set = 0; set < mmu->sets; set++) {
900
901                 int is_valid, way;
902                 unsigned int pd0[4];
903
904                 /* read out all the ways of current set */
905                 for (way = 0, is_valid = 0; way < n_ways; way++) {
906                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX,
907                                           SET_WAY_TO_IDX(mmu, set, way));
908                         write_aux_reg(ARC_REG_TLBCOMMAND, TLBRead);
909                         pd0[way] = read_aux_reg(ARC_REG_TLBPD0);
910                         is_valid |= pd0[way] & _PAGE_PRESENT;
911                         pd0[way] &= PAGE_MASK;
912                 }
913
914                 /* If all the WAYS in SET are empty, skip to next SET */
915                 if (!is_valid)
916                         continue;
917
918                 /* Scan the set for duplicate ways: needs a nested loop */
919                 for (way = 0; way < n_ways - 1; way++) {
920
921                         int n;
922
923                         if (!pd0[way])
924                                 continue;
925
926                         for (n = way + 1; n < n_ways; n++) {
927                                 if (pd0[way] != pd0[n])
928                                         continue;
929
930                                 if (!dup_pd_silent)
931                                         pr_info("Dup TLB PD0 %08x @ set %d ways %d,%d\n",
932                                                 pd0[way], set, way, n);
933
934                                 /*
935                                  * clear entry @way and not @n.
936                                  * This is critical to our optimised loop
937                                  */
938                                 pd0[way] = 0;
939                                 write_aux_reg(ARC_REG_TLBINDEX,
940                                                 SET_WAY_TO_IDX(mmu, set, way));
941                                 __tlb_entry_erase();
942                         }
943                 }
944         }
945
946         local_irq_restore(flags);
947 }
948
949 /***********************************************************************
950  * Diagnostic Routines
951  *  -Called from Low Level TLB Handlers if things don;t look good
952  **********************************************************************/
953
954 #ifdef CONFIG_ARC_DBG_TLB_PARANOIA
955
956 /*
957  * Low Level ASM TLB handler calls this if it finds that HW and SW ASIDS
958  * don't match
959  */
960 void print_asid_mismatch(int mm_asid, int mmu_asid, int is_fast_path)
961 {
962         pr_emerg("ASID Mismatch in %s Path Handler: sw-pid=0x%x hw-pid=0x%x\n",
963                is_fast_path ? "Fast" : "Slow", mm_asid, mmu_asid);
964
965         __asm__ __volatile__("flag 1");
966 }
967
968 void tlb_paranoid_check(unsigned int mm_asid, unsigned long addr)
969 {
970         unsigned int mmu_asid;
971
972         mmu_asid = read_aux_reg(ARC_REG_PID) & 0xff;
973
974         /*
975          * At the time of a TLB miss/installation
976          *   - HW version needs to match SW version
977          *   - SW needs to have a valid ASID
978          */
979         if (addr < 0x70000000 &&
980             ((mm_asid == MM_CTXT_NO_ASID) ||
981               (mmu_asid != (mm_asid & MM_CTXT_ASID_MASK))))
982                 print_asid_mismatch(mm_asid, mmu_asid, 0);
983 }
984 #endif