arch/m68k/mm/motorola.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * linux/arch/m68k/mm/motorola.c
   4  *
   5  * Routines specific to the Motorola MMU, originally from:
   6  * linux/arch/m68k/init.c
   7  * which are Copyright (C) 1995 Hamish Macdonald
   8  *
   9  * Moved 8/20/1999 Sam Creasey
  10  */
  11
  12 #include <linux/module.h>
  13 #include <linux/signal.h>
  14 #include <linux/sched.h>
  15 #include <linux/mm.h>
  16 #include <linux/swap.h>
  17 #include <linux/kernel.h>
  18 #include <linux/string.h>
  19 #include <linux/types.h>
  20 #include <linux/init.h>
  21 #include <linux/memblock.h>
  22 #include <linux/gfp.h>
  23
  24 #include <asm/setup.h>
  25 #include <linux/uaccess.h>
  26 #include <asm/page.h>
  27 #include <asm/pgalloc.h>
  28 #include <asm/machdep.h>
  29 #include <asm/io.h>
  30 #include <asm/dma.h>
  31 #ifdef CONFIG_ATARI
  32 #include <asm/atari_stram.h>
  33 #endif
  34 #include <asm/sections.h>
  35
  36 #undef DEBUG
  37
  38 #ifndef mm_cachebits
  39 /*
  40  * Bits to add to page descriptors for "normal" caching mode.
  41  * For 68020/030 this is 0.
  42  * For 68040, this is _PAGE_CACHE040 (cachable, copyback)
  43  */
  44 unsigned long mm_cachebits;
  45 EXPORT_SYMBOL(mm_cachebits);
  46 #endif
  47
  48
  49 /*
  50  * Motorola 680x0 user's manual recommends using uncached memory for address
  51  * translation tables.
  52  *
  53  * Seeing how the MMU can be external on (some of) these chips, that seems like
  54  * a very important recommendation to follow. Provide some helpers to combat
  55  * 'variation' amongst the users of this.
  56  */
  57
  58 void mmu_page_ctor(void *page)
  59 {
  60         __flush_page_to_ram(page);
  61         flush_tlb_kernel_page(page);
  62         nocache_page(page);
  63 }
  64
  65 void mmu_page_dtor(void *page)
  66 {
  67         cache_page(page);
  68 }
  69
  70 /* ++andreas: {get,free}_pointer_table rewritten to use unused fields from
  71    struct page instead of separately kmalloced struct.  Stolen from
  72    arch/sparc/mm/srmmu.c ... */
  73
  74 typedef struct list_head ptable_desc;
  75
  76 static struct list_head ptable_list[2] = {
  77         LIST_HEAD_INIT(ptable_list[0]),
  78         LIST_HEAD_INIT(ptable_list[1]),
  79 };
  80
  81 #define PD_PTABLE(page) ((ptable_desc *)&(virt_to_page(page)->lru))
  82 #define PD_PAGE(ptable) (list_entry(ptable, struct page, lru))
  83 #define PD_MARKBITS(dp) (*(unsigned int *)&PD_PAGE(dp)->index)
  84
  85 static const int ptable_shift[2] = {
  86         7+2, /* PGD, PMD */
  87         6+2, /* PTE */
  88 };
  89
  90 #define ptable_size(type) (1U << ptable_shift[type])
  91 #define ptable_mask(type) ((1U << (PAGE_SIZE / ptable_size(type))) - 1)
  92
  93 void __init init_pointer_table(void *table, int type)
  94 {
  95         ptable_desc *dp;
  96         unsigned long ptable = (unsigned long)table;
  97         unsigned long page = ptable & PAGE_MASK;
  98         unsigned int mask = 1U << ((ptable - page)/ptable_size(type));
  99
 100         dp = PD_PTABLE(page);
 101         if (!(PD_MARKBITS(dp) & mask)) {
 102                 PD_MARKBITS(dp) = ptable_mask(type);
 103                 list_add(dp, &ptable_list[type]);
 104         }
 105
 106         PD_MARKBITS(dp) &= ~mask;
 107         pr_debug("init_pointer_table: %lx, %x\n", ptable, PD_MARKBITS(dp));
 108
 109         /* unreserve the page so it's possible to free that page */
 110         __ClearPageReserved(PD_PAGE(dp));
 111         init_page_count(PD_PAGE(dp));
 112
 113         return;
 114 }
 115
 116 void *get_pointer_table(int type)
 117 {
 118         ptable_desc *dp = ptable_list[type].next;
 119         unsigned int mask = list_empty(&ptable_list[type]) ? 0 : PD_MARKBITS(dp);
 120         unsigned int tmp, off;
 121
 122         /*
 123          * For a pointer table for a user process address space, a
 124          * table is taken from a page allocated for the purpose.  Each
 125          * page can hold 8 pointer tables.  The page is remapped in
 126          * virtual address space to be noncacheable.
 127          */
 128         if (mask == 0) {
 129                 void *page;
 130                 ptable_desc *new;
 131
 132                 if (!(page = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL)))
 133                         return NULL;
 134
 135                 if (type == TABLE_PTE) {
 136                         /*
 137                          * m68k doesn't have SPLIT_PTE_PTLOCKS for not having
 138                          * SMP.
 139                          */
 140                         pgtable_pte_page_ctor(virt_to_page(page));
 141                 }
 142
 143                 mmu_page_ctor(page);
 144
 145                 new = PD_PTABLE(page);
 146                 PD_MARKBITS(new) = ptable_mask(type) - 1;
 147                 list_add_tail(new, dp);
 148
 149                 return (pmd_t *)page;
 150         }
 151
 152         for (tmp = 1, off = 0; (mask & tmp) == 0; tmp <<= 1, off += ptable_size(type))
 153                 ;
 154         PD_MARKBITS(dp) = mask & ~tmp;
 155         if (!PD_MARKBITS(dp)) {
 156                 /* move to end of list */
 157                 list_move_tail(dp, &ptable_list[type]);
 158         }
 159         return page_address(PD_PAGE(dp)) + off;
 160 }
 161
 162 int free_pointer_table(void *table, int type)
 163 {
 164         ptable_desc *dp;
 165         unsigned long ptable = (unsigned long)table;
 166         unsigned long page = ptable & PAGE_MASK;
 167         unsigned int mask = 1U << ((ptable - page)/ptable_size(type));
 168
 169         dp = PD_PTABLE(page);
 170         if (PD_MARKBITS (dp) & mask)
 171                 panic ("table already free!");
 172
 173         PD_MARKBITS (dp) |= mask;
 174
 175         if (PD_MARKBITS(dp) == ptable_mask(type)) {
 176                 /* all tables in page are free, free page */
 177                 list_del(dp);
 178                 mmu_page_dtor((void *)page);
 179                 if (type == TABLE_PTE)
 180                         pgtable_pte_page_dtor(virt_to_page(page));
 181                 free_page (page);
 182                 return 1;
 183         } else if (ptable_list[type].next != dp) {
 184                 /*
 185                  * move this descriptor to the front of the list, since
 186                  * it has one or more free tables.
 187                  */
 188                 list_move(dp, &ptable_list[type]);
 189         }
 190         return 0;
 191 }
 192
 193 /* size of memory already mapped in head.S */
 194 extern __initdata unsigned long m68k_init_mapped_size;
 195
 196 extern unsigned long availmem;
 197
 198 static pte_t *last_pte_table __initdata = NULL;
 199
 200 static pte_t * __init kernel_page_table(void)
 201 {
 202         pte_t *pte_table = last_pte_table;
 203
 204         if (((unsigned long)last_pte_table & ~PAGE_MASK) == 0) {
 205                 pte_table = (pte_t *)memblock_alloc_low(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
 206                 if (!pte_table) {
 207                         panic("%s: Failed to allocate %lu bytes align=%lx\n",
 208                                         __func__, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
 209                 }
 210
 211                 clear_page(pte_table);
 212                 mmu_page_ctor(pte_table);
 213
 214                 last_pte_table = pte_table;
 215         }
 216
 217         last_pte_table += PTRS_PER_PTE;
 218
 219         return pte_table;
 220 }
 221
 222 static pmd_t *last_pmd_table __initdata = NULL;
 223
 224 static pmd_t * __init kernel_ptr_table(void)
 225 {
 226         if (!last_pmd_table) {
 227                 unsigned long pmd, last;
 228                 int i;
 229
 230                 /* Find the last ptr table that was used in head.S and
 231                  * reuse the remaining space in that page for further
 232                  * ptr tables.
 233                  */
 234                 last = (unsigned long)kernel_pg_dir;
 235                 for (i = 0; i < PTRS_PER_PGD; i++) {
 236                         pud_t *pud = (pud_t *)(&kernel_pg_dir[i]);
 237
 238                         if (!pud_present(*pud))
 239                                 continue;
 240                         pmd = pgd_page_vaddr(kernel_pg_dir[i]);
 241                         if (pmd > last)
 242                                 last = pmd;
 243                 }
 244
 245                 last_pmd_table = (pmd_t *)last;
 246 #ifdef DEBUG
 247                 printk("kernel_ptr_init: %p\n", last_pmd_table);
 248 #endif
 249         }
 250
 251         last_pmd_table += PTRS_PER_PMD;
 252         if (((unsigned long)last_pmd_table & ~PAGE_MASK) == 0) {
 253                 last_pmd_table = (pmd_t *)memblock_alloc_low(PAGE_SIZE,
 254                                                            PAGE_SIZE);
 255                 if (!last_pmd_table)
 256                         panic("%s: Failed to allocate %lu bytes align=%lx\n",
 257                               __func__, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
 258
 259                 clear_page(last_pmd_table);
 260                 mmu_page_ctor(last_pmd_table);
 261         }
 262
 263         return last_pmd_table;
 264 }
 265
 266 static void __init map_node(int node)
 267 {
 268         unsigned long physaddr, virtaddr, size;
 269         pgd_t *pgd_dir;
 270         p4d_t *p4d_dir;
 271         pud_t *pud_dir;
 272         pmd_t *pmd_dir;
 273         pte_t *pte_dir;
 274
 275         size = m68k_memory[node].size;
 276         physaddr = m68k_memory[node].addr;
 277         virtaddr = (unsigned long)phys_to_virt(physaddr);
 278         physaddr |= m68k_supervisor_cachemode |
 279                     _PAGE_PRESENT | _PAGE_ACCESSED | _PAGE_DIRTY;
 280         if (CPU_IS_040_OR_060)
 281                 physaddr |= _PAGE_GLOBAL040;
 282
 283         while (size > 0) {
 284 #ifdef DEBUG
 285                 if (!(virtaddr & (PMD_SIZE-1)))
 286                         printk ("\npa=%#lx va=%#lx ", physaddr & PAGE_MASK,
 287                                 virtaddr);
 288 #endif
 289                 pgd_dir = pgd_offset_k(virtaddr);
 290                 if (virtaddr && CPU_IS_020_OR_030) {
 291                         if (!(virtaddr & (PGDIR_SIZE-1)) &&
 292                             size >= PGDIR_SIZE) {
 293 #ifdef DEBUG
 294                                 printk ("[very early term]");
 295 #endif
 296                                 pgd_val(*pgd_dir) = physaddr;
 297                                 size -= PGDIR_SIZE;
 298                                 virtaddr += PGDIR_SIZE;
 299                                 physaddr += PGDIR_SIZE;
 300                                 continue;
 301                         }
 302                 }
 303                 p4d_dir = p4d_offset(pgd_dir, virtaddr);
 304                 pud_dir = pud_offset(p4d_dir, virtaddr);
 305                 if (!pud_present(*pud_dir)) {
 306                         pmd_dir = kernel_ptr_table();
 307 #ifdef DEBUG
 308                         printk ("[new pointer %p]", pmd_dir);
 309 #endif
 310                         pud_set(pud_dir, pmd_dir);
 311                 } else
 312                         pmd_dir = pmd_offset(pud_dir, virtaddr);
 313
 314                 if (CPU_IS_020_OR_030) {
 315                         if (virtaddr) {
 316 #ifdef DEBUG
 317                                 printk ("[early term]");
 318 #endif
 319                                 pmd_val(*pmd_dir) = physaddr;
 320                                 physaddr += PMD_SIZE;
 321                         } else {
 322                                 int i;
 323 #ifdef DEBUG
 324                                 printk ("[zero map]");
 325 #endif
 326                                 pte_dir = kernel_page_table();
 327                                 pmd_set(pmd_dir, pte_dir);
 328
 329                                 pte_val(*pte_dir++) = 0;
 330                                 physaddr += PAGE_SIZE;
 331                                 for (i = 1; i < PTRS_PER_PTE; physaddr += PAGE_SIZE, i++)
 332                                         pte_val(*pte_dir++) = physaddr;
 333                         }
 334                         size -= PMD_SIZE;
 335                         virtaddr += PMD_SIZE;
 336                 } else {
 337                         if (!pmd_present(*pmd_dir)) {
 338 #ifdef DEBUG
 339                                 printk ("[new table]");
 340 #endif
 341                                 pte_dir = kernel_page_table();
 342                                 pmd_set(pmd_dir, pte_dir);
 343                         }
 344                         pte_dir = pte_offset_kernel(pmd_dir, virtaddr);
 345
 346                         if (virtaddr) {
 347                                 if (!pte_present(*pte_dir))
 348                                         pte_val(*pte_dir) = physaddr;
 349                         } else
 350                                 pte_val(*pte_dir) = 0;
 351                         size -= PAGE_SIZE;
 352                         virtaddr += PAGE_SIZE;
 353                         physaddr += PAGE_SIZE;
 354                 }
 355
 356         }
 357 #ifdef DEBUG
 358         printk("\n");
 359 #endif
 360 }
 361
 362 /*
 363  * paging_init() continues the virtual memory environment setup which
 364  * was begun by the code in arch/head.S.
 365  */
 366 void __init paging_init(void)
 367 {
 368         unsigned long max_zone_pfn[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
 369         unsigned long min_addr, max_addr;
 370         unsigned long addr;
 371         int i;
 372
 373 #ifdef DEBUG
 374         printk ("start of paging_init (%p, %lx)\n", kernel_pg_dir, availmem);
 375 #endif
 376
 377         /* Fix the cache mode in the page descriptors for the 680[46]0.  */
 378         if (CPU_IS_040_OR_060) {
 379                 int i;
 380 #ifndef mm_cachebits
 381                 mm_cachebits = _PAGE_CACHE040;
 382 #endif
 383                 for (i = 0; i < 16; i++)
 384                         pgprot_val(protection_map[i]) |= _PAGE_CACHE040;
 385         }
 386
 387         min_addr = m68k_memory[0].addr;
 388         max_addr = min_addr + m68k_memory[0].size;
 389         memblock_add_node(m68k_memory[0].addr, m68k_memory[0].size, 0);
 390         for (i = 1; i < m68k_num_memory;) {
 391                 if (m68k_memory[i].addr < min_addr) {
 392                         printk("Ignoring memory chunk at 0x%lx:0x%lx before the first chunk\n",
 393                                 m68k_memory[i].addr, m68k_memory[i].size);
 394                         printk("Fix your bootloader or use a memfile to make use of this area!\n");
 395                         m68k_num_memory--;
 396                         memmove(m68k_memory + i, m68k_memory + i + 1,
 397                                 (m68k_num_memory - i) * sizeof(struct m68k_mem_info));
 398                         continue;
 399                 }
 400                 memblock_add_node(m68k_memory[i].addr, m68k_memory[i].size, i);
 401                 addr = m68k_memory[i].addr + m68k_memory[i].size;
 402                 if (addr > max_addr)
 403                         max_addr = addr;
 404                 i++;
 405         }
 406         m68k_memoffset = min_addr - PAGE_OFFSET;
 407         m68k_virt_to_node_shift = fls(max_addr - min_addr - 1) - 6;
 408
 409         module_fixup(NULL, __start_fixup, __stop_fixup);
 410         flush_icache();
 411
 412         high_memory = phys_to_virt(max_addr);
 413
 414         min_low_pfn = availmem >> PAGE_SHIFT;
 415         max_pfn = max_low_pfn = max_addr >> PAGE_SHIFT;
 416
 417         /* Reserve kernel text/data/bss and the memory allocated in head.S */
 418         memblock_reserve(m68k_memory[0].addr, availmem - m68k_memory[0].addr);
 419
 420         /*
 421          * Map the physical memory available into the kernel virtual
 422          * address space. Make sure memblock will not try to allocate
 423          * pages beyond the memory we already mapped in head.S
 424          */
 425         memblock_set_bottom_up(true);
 426
 427         for (i = 0; i < m68k_num_memory; i++) {
 428                 m68k_setup_node(i);
 429                 map_node(i);
 430         }
 431
 432         flush_tlb_all();
 433
 434         /*
 435          * initialize the bad page table and bad page to point
 436          * to a couple of allocated pages
 437          */
 438         empty_zero_page = memblock_alloc(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
 439         if (!empty_zero_page)
 440                 panic("%s: Failed to allocate %lu bytes align=0x%lx\n",
 441                       __func__, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
 442
 443         /*
 444          * Set up SFC/DFC registers
 445          */
 446         set_fs(KERNEL_DS);
 447
 448 #ifdef DEBUG
 449         printk ("before free_area_init\n");
 450 #endif
 451         for (i = 0; i < m68k_num_memory; i++)
 452                 if (node_present_pages(i))
 453                         node_set_state(i, N_NORMAL_MEMORY);
 454
 455         max_zone_pfn[ZONE_DMA] = memblock_end_of_DRAM();
 456         free_area_init(max_zone_pfn);
 457 }