arch/arc/mm/tlbex.S

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only */
   2 /*
   3  * TLB Exception Handling for ARC
   4  *
   5  * Copyright (C) 2004, 2007-2010, 2011-2012 Synopsys, Inc. (www.synopsys.com)
   6  *
   7  * Vineetg: April 2011 :
   8  *  -MMU v1: moved out legacy code into a seperate file
   9  *  -MMU v3: PD{0,1} bits layout changed: They don't overlap anymore,
  10  *      helps avoid a shift when preparing PD0 from PTE
  11  *
  12  * Vineetg: July 2009
  13  *  -For MMU V2, we need not do heuristics at the time of commiting a D-TLB
  14  *   entry, so that it doesn't knock out it's I-TLB entry
  15  *  -Some more fine tuning:
  16  *   bmsk instead of add, asl.cc instead of branch, delay slot utilise etc
  17  *
  18  * Vineetg: July 2009
  19  *  -Practically rewrote the I/D TLB Miss handlers
  20  *   Now 40 and 135 instructions a peice as compared to 131 and 449 resp.
  21  *   Hence Leaner by 1.5 K
  22  *   Used Conditional arithmetic to replace excessive branching
  23  *   Also used short instructions wherever possible
  24  *
  25  * Vineetg: Aug 13th 2008
  26  *  -Passing ECR (Exception Cause REG) to do_page_fault( ) for printing
  27  *   more information in case of a Fatality
  28  *
  29  * Vineetg: March 25th Bug #92690
  30  *  -Added Debug Code to check if sw-ASID == hw-ASID
  31
  32  * Rahul Trivedi, Amit Bhor: Codito Technologies 2004
  33  */
  34
  35 #include <linux/linkage.h>
  36 #include <linux/pgtable.h>
  37 #include <asm/entry.h>
  38 #include <asm/mmu.h>
  39 #include <asm/arcregs.h>
  40 #include <asm/cache.h>
  41 #include <asm/processor.h>
  42
  43 #ifdef CONFIG_ISA_ARCOMPACT
  44 ;-----------------------------------------------------------------
  45 ; ARC700 Exception Handling doesn't auto-switch stack and it only provides
  46 ; ONE scratch AUX reg "ARC_REG_SCRATCH_DATA0"
  47 ;
  48 ; For Non-SMP, the scratch AUX reg is repurposed to cache task PGD, so a
  49 ; "global" is used to free-up FIRST core reg to be able to code the rest of
  50 ; exception prologue (IRQ auto-disabled on Exceptions, so it's IRQ-safe).
  51 ; Since the Fast Path TLB Miss handler is coded with 4 regs, the remaining 3
  52 ; need to be saved as well by extending the "global" to be 4 words. Hence
  53 ;       ".size   ex_saved_reg1, 16"
  54 ; [All of this dance is to avoid stack switching for each TLB Miss, since we
  55 ; only need to save only a handful of regs, as opposed to complete reg file]
  56 ;
  57 ; For ARC700 SMP, the "global" obviously can't be used for free up the FIRST
  58 ; core reg as it will not be SMP safe.
  59 ; Thus scratch AUX reg is used (and no longer used to cache task PGD).
  60 ; To save the rest of 3 regs - per cpu, the global is made "per-cpu".
  61 ; Epilogue thus has to locate the "per-cpu" storage for regs.
  62 ; To avoid cache line bouncing the per-cpu global is aligned/sized per
  63 ; L1_CACHE_SHIFT, despite fundamentally needing to be 12 bytes only. Hence
  64 ;       ".size   ex_saved_reg1, (CONFIG_NR_CPUS << L1_CACHE_SHIFT)"
  65
  66 ; As simple as that....
  67 ;--------------------------------------------------------------------------
  68
  69 ; scratch memory to save [r0-r3] used to code TLB refill Handler
  70 ARCFP_DATA ex_saved_reg1
  71         .align 1 << L1_CACHE_SHIFT
  72         .type   ex_saved_reg1, @object
  73 #ifdef CONFIG_SMP
  74         .size   ex_saved_reg1, (CONFIG_NR_CPUS << L1_CACHE_SHIFT)
  75 ex_saved_reg1:
  76         .zero (CONFIG_NR_CPUS << L1_CACHE_SHIFT)
  77 #else
  78         .size   ex_saved_reg1, 16
  79 ex_saved_reg1:
  80         .zero 16
  81 #endif
  82
  83 .macro TLBMISS_FREEUP_REGS
  84 #ifdef CONFIG_SMP
  85         sr  r0, [ARC_REG_SCRATCH_DATA0] ; freeup r0 to code with
  86         GET_CPU_ID  r0                  ; get to per cpu scratch mem,
  87         asl r0, r0, L1_CACHE_SHIFT      ; cache line wide per cpu
  88         add r0, @ex_saved_reg1, r0
  89 #else
  90         st    r0, [@ex_saved_reg1]
  91         mov_s r0, @ex_saved_reg1
  92 #endif
  93         st_s  r1, [r0, 4]
  94         st_s  r2, [r0, 8]
  95         st_s  r3, [r0, 12]
  96 .endm
  97
  98 .macro TLBMISS_RESTORE_REGS
  99 #ifdef CONFIG_SMP
 100         GET_CPU_ID  r0                  ; get to per cpu scratch mem
 101         asl r0, r0, L1_CACHE_SHIFT      ; each is cache line wide
 102         add r0, @ex_saved_reg1, r0
 103         ld_s  r3, [r0,12]
 104         ld_s  r2, [r0, 8]
 105         ld_s  r1, [r0, 4]
 106         lr    r0, [ARC_REG_SCRATCH_DATA0]
 107 #else
 108         mov_s r0, @ex_saved_reg1
 109         ld_s  r3, [r0,12]
 110         ld_s  r2, [r0, 8]
 111         ld_s  r1, [r0, 4]
 112         ld_s  r0, [r0]
 113 #endif
 114 .endm
 115
 116 #else   /* ARCv2 */
 117
 118 .macro TLBMISS_FREEUP_REGS
 119 #ifdef CONFIG_ARC_HAS_LL64
 120         std   r0, [sp, -16]
 121         std   r2, [sp, -8]
 122 #else
 123         PUSH  r0
 124         PUSH  r1
 125         PUSH  r2
 126         PUSH  r3
 127 #endif
 128 .endm
 129
 130 .macro TLBMISS_RESTORE_REGS
 131 #ifdef CONFIG_ARC_HAS_LL64
 132         ldd   r0, [sp, -16]
 133         ldd   r2, [sp, -8]
 134 #else
 135         POP   r3
 136         POP   r2
 137         POP   r1
 138         POP   r0
 139 #endif
 140 .endm
 141
 142 #endif
 143
 144 ;============================================================================
 145 ;TLB Miss handling Code
 146 ;============================================================================
 147
 148 #ifndef PMD_SHIFT
 149 #define PMD_SHIFT PUD_SHIFT
 150 #endif
 151
 152 #ifndef PUD_SHIFT
 153 #define PUD_SHIFT PGDIR_SHIFT
 154 #endif
 155
 156 ;-----------------------------------------------------------------------------
 157 ; This macro does the page-table lookup for the faulting address.
 158 ; OUT: r0 = PTE faulted on, r1 = ptr to PTE, r2 = Faulting V-address
 159 .macro LOAD_FAULT_PTE
 160
 161         lr  r2, [efa]
 162
 163 #ifdef CONFIG_ISA_ARCV2
 164         lr  r1, [ARC_REG_SCRATCH_DATA0] ; current pgd
 165 #else
 166         GET_CURR_TASK_ON_CPU  r1
 167         ld  r1, [r1, TASK_ACT_MM]
 168         ld  r1, [r1, MM_PGD]
 169 #endif
 170
 171         lsr     r0, r2, PGDIR_SHIFT     ; Bits for indexing into PGD
 172         ld.as   r3, [r1, r0]            ; PGD entry corresp to faulting addr
 173         tst     r3, r3
 174         bz      do_slow_path_pf         ; if no Page Table, do page fault
 175
 176 #if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 3
 177         lsr     r0, r2, PUD_SHIFT       ; Bits for indexing into PUD
 178         and     r0, r0, (PTRS_PER_PUD - 1)
 179         ld.as   r1, [r3, r0]            ; PMD entry
 180         tst     r1, r1
 181         bz      do_slow_path_pf
 182         mov     r3, r1
 183 #endif
 184
 185 #if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 2
 186         lsr     r0, r2, PMD_SHIFT       ; Bits for indexing into PMD
 187         and     r0, r0, (PTRS_PER_PMD - 1)
 188         ld.as   r1, [r3, r0]            ; PMD entry
 189         tst     r1, r1
 190         bz      do_slow_path_pf
 191         mov     r3, r1
 192 #endif
 193
 194 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
 195         and.f   0, r3, _PAGE_HW_SZ      ; Is this Huge PMD (thp)
 196         add2.nz r1, r1, r0
 197         bnz.d   2f              ; YES: PGD == PMD has THP PTE: stop pgd walk
 198         mov.nz  r0, r3
 199
 200 #endif
 201         and     r1, r3, PAGE_MASK
 202
 203         ; Get the PTE entry: The idea is
 204         ; (1) x = addr >> PAGE_SHIFT    -> masks page-off bits from @fault-addr
 205         ; (2) y = x & (PTRS_PER_PTE - 1) -> to get index
 206         ; (3) z = (pgtbl + y * 4)
 207
 208 #ifdef CONFIG_ARC_HAS_PAE40
 209 #define PTE_SIZE_LOG    3       /* 8 == 2 ^ 3 */
 210 #else
 211 #define PTE_SIZE_LOG    2       /* 4 == 2 ^ 2 */
 212 #endif
 213
 214         ; multiply in step (3) above avoided by shifting lesser in step (1)
 215         lsr     r0, r2, ( PAGE_SHIFT - PTE_SIZE_LOG )
 216         and     r0, r0, ( (PTRS_PER_PTE - 1) << PTE_SIZE_LOG )
 217         ld.aw   r0, [r1, r0]            ; r0: PTE (lower word only for PAE40)
 218                                         ; r1: PTE ptr
 219
 220 2:
 221
 222 .endm
 223
 224 ;-----------------------------------------------------------------
 225 ; Convert Linux PTE entry into TLB entry
 226 ; A one-word PTE entry is programmed as two-word TLB Entry [PD0:PD1] in mmu
 227 ;    (for PAE40, two-words PTE, while three-word TLB Entry [PD0:PD1:PD1HI])
 228 ; IN: r0 = PTE, r1 = ptr to PTE
 229
 230 .macro CONV_PTE_TO_TLB
 231         and    r3, r0, PTE_BITS_RWX     ;          r  w  x
 232         asl    r2, r3, 3                ; Kr Kw Kx 0  0  0 (GLOBAL, kernel only)
 233         and.f  0,  r0, _PAGE_GLOBAL
 234         or.z   r2, r2, r3               ; Kr Kw Kx Ur Uw Ux (!GLOBAL, user page)
 235
 236         and r3, r0, PTE_BITS_NON_RWX_IN_PD1 ; Extract PFN+cache bits from PTE
 237         or  r3, r3, r2
 238
 239         sr  r3, [ARC_REG_TLBPD1]        ; paddr[31..13] | Kr Kw Kx Ur Uw Ux | C
 240 #ifdef  CONFIG_ARC_HAS_PAE40
 241         ld      r3, [r1, 4]             ; paddr[39..32]
 242         sr      r3, [ARC_REG_TLBPD1HI]
 243 #endif
 244
 245         and r2, r0, PTE_BITS_IN_PD0 ; Extract other PTE flags: (V)alid, (G)lb
 246
 247         lr  r3,[ARC_REG_TLBPD0]     ; MMU prepares PD0 with vaddr and asid
 248
 249         or  r3, r3, r2              ; S | vaddr | {sasid|asid}
 250         sr  r3,[ARC_REG_TLBPD0]     ; rewrite PD0
 251 .endm
 252
 253 ;-----------------------------------------------------------------
 254 ; Commit the TLB entry into MMU
 255
 256 .macro COMMIT_ENTRY_TO_MMU
 257 #ifdef CONFIG_ARC_MMU_V3
 258
 259         /* Get free TLB slot: Set = computed from vaddr, way = random */
 260         sr  TLBGetIndex, [ARC_REG_TLBCOMMAND]
 261
 262         /* Commit the Write */
 263         sr TLBWriteNI, [ARC_REG_TLBCOMMAND]
 264
 265 #else
 266         sr TLBInsertEntry, [ARC_REG_TLBCOMMAND]
 267 #endif
 268
 269 88:
 270 .endm
 271
 272
 273 ARCFP_CODE      ;Fast Path Code, candidate for ICCM
 274
 275 ;-----------------------------------------------------------------------------
 276 ; I-TLB Miss Exception Handler
 277 ;-----------------------------------------------------------------------------
 278
 279 ENTRY(EV_TLBMissI)
 280
 281         TLBMISS_FREEUP_REGS
 282
 283         ;----------------------------------------------------------------
 284         ; Get the PTE corresponding to V-addr accessed, r2 is setup with EFA
 285         LOAD_FAULT_PTE
 286
 287         ;----------------------------------------------------------------
 288         ; VERIFY_PTE: Check if PTE permissions approp for executing code
 289         cmp_s   r2, VMALLOC_START
 290         mov_s   r2, (_PAGE_PRESENT | _PAGE_EXECUTE)
 291         or.hs   r2, r2, _PAGE_GLOBAL
 292
 293         and     r3, r0, r2  ; Mask out NON Flag bits from PTE
 294         xor.f   r3, r3, r2  ; check ( ( pte & flags_test ) == flags_test )
 295         bnz     do_slow_path_pf
 296
 297         ; Let Linux VM know that the page was accessed
 298         or      r0, r0, _PAGE_ACCESSED  ; set Accessed Bit
 299         st_s    r0, [r1]                ; Write back PTE
 300
 301         CONV_PTE_TO_TLB
 302         COMMIT_ENTRY_TO_MMU
 303         TLBMISS_RESTORE_REGS
 304 EV_TLBMissI_fast_ret:   ; additional label for VDK OS-kit instrumentation
 305         rtie
 306
 307 END(EV_TLBMissI)
 308
 309 ;-----------------------------------------------------------------------------
 310 ; D-TLB Miss Exception Handler
 311 ;-----------------------------------------------------------------------------
 312
 313 ENTRY(EV_TLBMissD)
 314
 315         TLBMISS_FREEUP_REGS
 316
 317         ;----------------------------------------------------------------
 318         ; Get the PTE corresponding to V-addr accessed
 319         ; If PTE exists, it will setup, r0 = PTE, r1 = Ptr to PTE, r2 = EFA
 320         LOAD_FAULT_PTE
 321
 322         ;----------------------------------------------------------------
 323         ; VERIFY_PTE: Chk if PTE permissions approp for data access (R/W/R+W)
 324
 325         cmp_s   r2, VMALLOC_START
 326         mov_s   r2, _PAGE_PRESENT       ; common bit for K/U PTE
 327         or.hs   r2, r2, _PAGE_GLOBAL    ; kernel PTE only
 328
 329         ; Linux PTE [RWX] bits are semantically overloaded:
 330         ; -If PAGE_GLOBAL set, they refer to kernel-only flags (vmalloc)
 331         ; -Otherwise they are user-mode permissions, and those are exactly
 332         ;  same for kernel mode as well (e.g. copy_(to|from)_user)
 333
 334         lr      r3, [ecr]
 335         btst_s  r3, ECR_C_BIT_DTLB_LD_MISS      ; Read Access
 336         or.nz   r2, r2, _PAGE_READ              ; chk for Read flag in PTE
 337         btst_s  r3, ECR_C_BIT_DTLB_ST_MISS      ; Write Access
 338         or.nz   r2, r2, _PAGE_WRITE             ; chk for Write flag in PTE
 339         ; Above laddering takes care of XCHG access (both R and W)
 340
 341         ; By now, r2 setup with all the Flags we need to check in PTE
 342         and     r3, r0, r2              ; Mask out NON Flag bits from PTE
 343         brne.d  r3, r2, do_slow_path_pf ; is ((pte & flags_test) == flags_test)
 344
 345         ;----------------------------------------------------------------
 346         ; UPDATE_PTE: Let Linux VM know that page was accessed/dirty
 347         or      r0, r0, _PAGE_ACCESSED        ; Accessed bit always
 348         or.nz   r0, r0, _PAGE_DIRTY           ; if Write, set Dirty bit as well
 349         st_s    r0, [r1]                      ; Write back PTE
 350
 351         CONV_PTE_TO_TLB
 352
 353         COMMIT_ENTRY_TO_MMU
 354         TLBMISS_RESTORE_REGS
 355 EV_TLBMissD_fast_ret:   ; additional label for VDK OS-kit instrumentation
 356         rtie
 357
 358 ;-------- Common routine to call Linux Page Fault Handler -----------
 359 do_slow_path_pf:
 360
 361 #ifdef CONFIG_ISA_ARCV2
 362         ; Set Z flag if exception in U mode. Hardware micro-ops do this on any
 363         ; taken interrupt/exception, and thus is already the case at the entry
 364         ; above, but ensuing code would have already clobbered.
 365         ; EXCEPTION_PROLOGUE called in slow path, relies on correct Z flag set
 366
 367         lr      r2, [erstatus]
 368         and     r2, r2, STATUS_U_MASK
 369         bxor.f  0, r2, STATUS_U_BIT
 370 #endif
 371
 372         ; Restore the 4-scratch regs saved by fast path miss handler
 373         TLBMISS_RESTORE_REGS
 374
 375         ; Slow path TLB Miss handled as a regular ARC Exception
 376         ; (stack switching / save the complete reg-file).
 377         b  call_do_page_fault
 378 END(EV_TLBMissD)