arch/powerpc/mm/book3s32/mmu.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
   2 /*
   3  * This file contains the routines for handling the MMU on those
   4  * PowerPC implementations where the MMU substantially follows the
   5  * architecture specification.  This includes the 6xx, 7xx, 7xxx,
   6  * and 8260 implementations but excludes the 8xx and 4xx.
   7  *  -- paulus
   8  *
   9  *  Derived from arch/ppc/mm/init.c:
  10  *    Copyright (C) 1995-1996 Gary Thomas (gdt@linuxppc.org)
  11  *
  12  *  Modifications by Paul Mackerras (PowerMac) (paulus@cs.anu.edu.au)
  13  *  and Cort Dougan (PReP) (cort@cs.nmt.edu)
  14  *    Copyright (C) 1996 Paul Mackerras
  15  *
  16  *  Derived from "arch/i386/mm/init.c"
  17  *    Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
  18  */
  19
  20 #include <linux/kernel.h>
  21 #include <linux/mm.h>
  22 #include <linux/init.h>
  23 #include <linux/highmem.h>
  24 #include <linux/memblock.h>
  25
  26 #include <asm/mmu.h>
  27 #include <asm/machdep.h>
  28 #include <asm/code-patching.h>
  29 #include <asm/sections.h>
  30
  31 #include <mm/mmu_decl.h>
  32
  33 u8 __initdata early_hash[SZ_256K] __aligned(SZ_256K) = {0};
  34
  35 static struct hash_pte __initdata *Hash = (struct hash_pte *)early_hash;
  36 static unsigned long __initdata Hash_size, Hash_mask;
  37 static unsigned int __initdata hash_mb, hash_mb2;
  38 unsigned long __initdata _SDR1;
  39
  40 struct ppc_bat BATS[8][2];      /* 8 pairs of IBAT, DBAT */
  41
  42 static struct batrange {        /* stores address ranges mapped by BATs */
  43         unsigned long start;
  44         unsigned long limit;
  45         phys_addr_t phys;
  46 } bat_addrs[8];
  47
  48 #ifdef CONFIG_SMP
  49 unsigned long mmu_hash_lock;
  50 #endif
  51
  52 /*
  53  * Return PA for this VA if it is mapped by a BAT, or 0
  54  */
  55 phys_addr_t v_block_mapped(unsigned long va)
  56 {
  57         int b;
  58         for (b = 0; b < ARRAY_SIZE(bat_addrs); ++b)
  59                 if (va >= bat_addrs[b].start && va < bat_addrs[b].limit)
  60                         return bat_addrs[b].phys + (va - bat_addrs[b].start);
  61         return 0;
  62 }
  63
  64 /*
  65  * Return VA for a given PA or 0 if not mapped
  66  */
  67 unsigned long p_block_mapped(phys_addr_t pa)
  68 {
  69         int b;
  70         for (b = 0; b < ARRAY_SIZE(bat_addrs); ++b)
  71                 if (pa >= bat_addrs[b].phys
  72                     && pa < (bat_addrs[b].limit-bat_addrs[b].start)
  73                               +bat_addrs[b].phys)
  74                         return bat_addrs[b].start+(pa-bat_addrs[b].phys);
  75         return 0;
  76 }
  77
  78 int __init find_free_bat(void)
  79 {
  80         int b;
  81         int n = mmu_has_feature(MMU_FTR_USE_HIGH_BATS) ? 8 : 4;
  82
  83         for (b = 0; b < n; b++) {
  84                 struct ppc_bat *bat = BATS[b];
  85
  86                 if (!(bat[1].batu & 3))
  87                         return b;
  88         }
  89         return -1;
  90 }
  91
  92 /*
  93  * This function calculates the size of the larger block usable to map the
  94  * beginning of an area based on the start address and size of that area:
  95  * - max block size is 256 on 6xx.
  96  * - base address must be aligned to the block size. So the maximum block size
  97  *   is identified by the lowest bit set to 1 in the base address (for instance
  98  *   if base is 0x16000000, max size is 0x02000000).
  99  * - block size has to be a power of two. This is calculated by finding the
 100  *   highest bit set to 1.
 101  */
 102 unsigned int bat_block_size(unsigned long base, unsigned long top)
 103 {
 104         unsigned int max_size = SZ_256M;
 105         unsigned int base_shift = (ffs(base) - 1) & 31;
 106         unsigned int block_shift = (fls(top - base) - 1) & 31;
 107
 108         return min3(max_size, 1U << base_shift, 1U << block_shift);
 109 }
 110
 111 /*
 112  * Set up one of the IBAT (block address translation) register pairs.
 113  * The parameters are not checked; in particular size must be a power
 114  * of 2 between 128k and 256M.
 115  */
 116 static void setibat(int index, unsigned long virt, phys_addr_t phys,
 117                     unsigned int size, pgprot_t prot)
 118 {
 119         unsigned int bl = (size >> 17) - 1;
 120         int wimgxpp;
 121         struct ppc_bat *bat = BATS[index];
 122         unsigned long flags = pgprot_val(prot);
 123
 124         if (!cpu_has_feature(CPU_FTR_NEED_COHERENT))
 125                 flags &= ~_PAGE_COHERENT;
 126
 127         wimgxpp = (flags & _PAGE_COHERENT) | (_PAGE_EXEC ? BPP_RX : BPP_XX);
 128         bat[0].batu = virt | (bl << 2) | 2; /* Vs=1, Vp=0 */
 129         bat[0].batl = BAT_PHYS_ADDR(phys) | wimgxpp;
 130         if (!is_kernel_addr(virt))
 131                 bat[0].batu |= 1;       /* Vp = 1 */
 132 }
 133
 134 static void clearibat(int index)
 135 {
 136         struct ppc_bat *bat = BATS[index];
 137
 138         bat[0].batu = 0;
 139         bat[0].batl = 0;
 140 }
 141
 142 static unsigned long __init __mmu_mapin_ram(unsigned long base, unsigned long top)
 143 {
 144         int idx;
 145
 146         while ((idx = find_free_bat()) != -1 && base != top) {
 147                 unsigned int size = bat_block_size(base, top);
 148
 149                 if (size < 128 << 10)
 150                         break;
 151                 setbat(idx, PAGE_OFFSET + base, base, size, PAGE_KERNEL_X);
 152                 base += size;
 153         }
 154
 155         return base;
 156 }
 157
 158 unsigned long __init mmu_mapin_ram(unsigned long base, unsigned long top)
 159 {
 160         unsigned long done;
 161         unsigned long border = (unsigned long)__srwx_boundary - PAGE_OFFSET;
 162         unsigned long size;
 163
 164         size = roundup_pow_of_two((unsigned long)_einittext - PAGE_OFFSET);
 165         setibat(0, PAGE_OFFSET, 0, size, PAGE_KERNEL_X);
 166
 167         if (debug_pagealloc_enabled_or_kfence()) {
 168                 pr_debug_once("Read-Write memory mapped without BATs\n");
 169                 if (base >= border)
 170                         return base;
 171                 if (top >= border)
 172                         top = border;
 173         }
 174
 175         if (!strict_kernel_rwx_enabled() || base >= border || top <= border)
 176                 return __mmu_mapin_ram(base, top);
 177
 178         done = __mmu_mapin_ram(base, border);
 179         if (done != border)
 180                 return done;
 181
 182         return __mmu_mapin_ram(border, top);
 183 }
 184
 185 static bool is_module_segment(unsigned long addr)
 186 {
 187         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MODULES))
 188                 return false;
 189         if (addr < ALIGN_DOWN(MODULES_VADDR, SZ_256M))
 190                 return false;
 191         if (addr > ALIGN(MODULES_END, SZ_256M) - 1)
 192                 return false;
 193         return true;
 194 }
 195
 196 void mmu_mark_initmem_nx(void)
 197 {
 198         int nb = mmu_has_feature(MMU_FTR_USE_HIGH_BATS) ? 8 : 4;
 199         int i;
 200         unsigned long base = (unsigned long)_stext - PAGE_OFFSET;
 201         unsigned long top = ALIGN((unsigned long)_etext - PAGE_OFFSET, SZ_128K);
 202         unsigned long border = (unsigned long)__init_begin - PAGE_OFFSET;
 203         unsigned long size;
 204
 205         for (i = 0; i < nb - 1 && base < top;) {
 206                 size = bat_block_size(base, top);
 207                 setibat(i++, PAGE_OFFSET + base, base, size, PAGE_KERNEL_TEXT);
 208                 base += size;
 209         }
 210         if (base < top) {
 211                 size = bat_block_size(base, top);
 212                 if ((top - base) > size) {
 213                         size <<= 1;
 214                         if (strict_kernel_rwx_enabled() && base + size > border)
 215                                 pr_warn("Some RW data is getting mapped X. "
 216                                         "Adjust CONFIG_DATA_SHIFT to avoid that.\n");
 217                 }
 218                 setibat(i++, PAGE_OFFSET + base, base, size, PAGE_KERNEL_TEXT);
 219                 base += size;
 220         }
 221         for (; i < nb; i++)
 222                 clearibat(i);
 223
 224         update_bats();
 225
 226         for (i = TASK_SIZE >> 28; i < 16; i++) {
 227                 /* Do not set NX on VM space for modules */
 228                 if (is_module_segment(i << 28))
 229                         continue;
 230
 231                 mtsr(mfsr(i << 28) | 0x10000000, i << 28);
 232         }
 233 }
 234
 235 void mmu_mark_rodata_ro(void)
 236 {
 237         int nb = mmu_has_feature(MMU_FTR_USE_HIGH_BATS) ? 8 : 4;
 238         int i;
 239
 240         for (i = 0; i < nb; i++) {
 241                 struct ppc_bat *bat = BATS[i];
 242
 243                 if (bat_addrs[i].start < (unsigned long)__end_rodata)
 244                         bat[1].batl = (bat[1].batl & ~BPP_RW) | BPP_RX;
 245         }
 246
 247         update_bats();
 248 }
 249
 250 /*
 251  * Set up one of the D BAT (block address translation) register pairs.
 252  * The parameters are not checked; in particular size must be a power
 253  * of 2 between 128k and 256M.
 254  */
 255 void __init setbat(int index, unsigned long virt, phys_addr_t phys,
 256                    unsigned int size, pgprot_t prot)
 257 {
 258         unsigned int bl;
 259         int wimgxpp;
 260         struct ppc_bat *bat;
 261         unsigned long flags = pgprot_val(prot);
 262
 263         if (index == -1)
 264                 index = find_free_bat();
 265         if (index == -1) {
 266                 pr_err("%s: no BAT available for mapping 0x%llx\n", __func__,
 267                        (unsigned long long)phys);
 268                 return;
 269         }
 270         bat = BATS[index];
 271
 272         if ((flags & _PAGE_NO_CACHE) ||
 273             (cpu_has_feature(CPU_FTR_NEED_COHERENT) == 0))
 274                 flags &= ~_PAGE_COHERENT;
 275
 276         bl = (size >> 17) - 1;
 277         /* Do DBAT first */
 278         wimgxpp = flags & (_PAGE_WRITETHRU | _PAGE_NO_CACHE
 279                            | _PAGE_COHERENT | _PAGE_GUARDED);
 280         wimgxpp |= (flags & _PAGE_WRITE) ? BPP_RW : BPP_RX;
 281         bat[1].batu = virt | (bl << 2) | 2; /* Vs=1, Vp=0 */
 282         bat[1].batl = BAT_PHYS_ADDR(phys) | wimgxpp;
 283         if (!is_kernel_addr(virt))
 284                 bat[1].batu |= 1;       /* Vp = 1 */
 285         if (flags & _PAGE_GUARDED) {
 286                 /* G bit must be zero in IBATs */
 287                 flags &= ~_PAGE_EXEC;
 288         }
 289
 290         bat_addrs[index].start = virt;
 291         bat_addrs[index].limit = virt + ((bl + 1) << 17) - 1;
 292         bat_addrs[index].phys = phys;
 293 }
 294
 295 /*
 296  * Preload a translation in the hash table
 297  */
 298 static void hash_preload(struct mm_struct *mm, unsigned long ea)
 299 {
 300         pmd_t *pmd;
 301
 302         if (!mmu_has_feature(MMU_FTR_HPTE_TABLE))
 303                 return;
 304         pmd = pmd_off(mm, ea);
 305         if (!pmd_none(*pmd))
 306                 add_hash_page(mm->context.id, ea, pmd_val(*pmd));
 307 }
 308
 309 /*
 310  * This is called at the end of handling a user page fault, when the
 311  * fault has been handled by updating a PTE in the linux page tables.
 312  * We use it to preload an HPTE into the hash table corresponding to
 313  * the updated linux PTE.
 314  *
 315  * This must always be called with the pte lock held.
 316  */
 317 void __update_mmu_cache(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
 318                       pte_t *ptep)
 319 {
 320         /*
 321          * We don't need to worry about _PAGE_PRESENT here because we are
 322          * called with either mm->page_table_lock held or ptl lock held
 323          */
 324
 325         /* We only want HPTEs for linux PTEs that have _PAGE_ACCESSED set */
 326         if (!pte_young(*ptep) || address >= TASK_SIZE)
 327                 return;
 328
 329         /* We have to test for regs NULL since init will get here first thing at boot */
 330         if (!current->thread.regs)
 331                 return;
 332
 333         /* We also avoid filling the hash if not coming from a fault */
 334         if (TRAP(current->thread.regs) != 0x300 && TRAP(current->thread.regs) != 0x400)
 335                 return;
 336
 337         hash_preload(vma->vm_mm, address);
 338 }
 339
 340 /*
 341  * Initialize the hash table and patch the instructions in hashtable.S.
 342  */
 343 void __init MMU_init_hw(void)
 344 {
 345         unsigned int n_hpteg, lg_n_hpteg;
 346
 347         if (!mmu_has_feature(MMU_FTR_HPTE_TABLE))
 348                 return;
 349
 350         if ( ppc_md.progress ) ppc_md.progress("hash:enter", 0x105);
 351
 352 #define LG_HPTEG_SIZE   6               /* 64 bytes per HPTEG */
 353 #define SDR1_LOW_BITS   ((n_hpteg - 1) >> 10)
 354 #define MIN_N_HPTEG     1024            /* min 64kB hash table */
 355
 356         /*
 357          * Allow 1 HPTE (1/8 HPTEG) for each page of memory.
 358          * This is less than the recommended amount, but then
 359          * Linux ain't AIX.
 360          */
 361         n_hpteg = total_memory / (PAGE_SIZE * 8);
 362         if (n_hpteg < MIN_N_HPTEG)
 363                 n_hpteg = MIN_N_HPTEG;
 364         lg_n_hpteg = __ilog2(n_hpteg);
 365         if (n_hpteg & (n_hpteg - 1)) {
 366                 ++lg_n_hpteg;           /* round up if not power of 2 */
 367                 n_hpteg = 1 << lg_n_hpteg;
 368         }
 369         Hash_size = n_hpteg << LG_HPTEG_SIZE;
 370
 371         /*
 372          * Find some memory for the hash table.
 373          */
 374         if ( ppc_md.progress ) ppc_md.progress("hash:find piece", 0x322);
 375         Hash = memblock_alloc(Hash_size, Hash_size);
 376         if (!Hash)
 377                 panic("%s: Failed to allocate %lu bytes align=0x%lx\n",
 378                       __func__, Hash_size, Hash_size);
 379         _SDR1 = __pa(Hash) | SDR1_LOW_BITS;
 380
 381         pr_info("Total memory = %lldMB; using %ldkB for hash table\n",
 382                 (unsigned long long)(total_memory >> 20), Hash_size >> 10);
 383
 384
 385         Hash_mask = n_hpteg - 1;
 386         hash_mb2 = hash_mb = 32 - LG_HPTEG_SIZE - lg_n_hpteg;
 387         if (lg_n_hpteg > 16)
 388                 hash_mb2 = 16 - LG_HPTEG_SIZE;
 389 }
 390
 391 void __init MMU_init_hw_patch(void)
 392 {
 393         unsigned int hmask = Hash_mask >> (16 - LG_HPTEG_SIZE);
 394         unsigned int hash = (unsigned int)Hash - PAGE_OFFSET;
 395
 396         if (!mmu_has_feature(MMU_FTR_HPTE_TABLE))
 397                 return;
 398
 399         if (ppc_md.progress)
 400                 ppc_md.progress("hash:patch", 0x345);
 401         if (ppc_md.progress)
 402                 ppc_md.progress("hash:done", 0x205);
 403
 404         /* WARNING: Make sure nothing can trigger a KASAN check past this point */
 405
 406         /*
 407          * Patch up the instructions in hashtable.S:create_hpte
 408          */
 409         modify_instruction_site(&patch__hash_page_A0, 0xffff, hash >> 16);
 410         modify_instruction_site(&patch__hash_page_A1, 0x7c0, hash_mb << 6);
 411         modify_instruction_site(&patch__hash_page_A2, 0x7c0, hash_mb2 << 6);
 412         modify_instruction_site(&patch__hash_page_B, 0xffff, hmask);
 413         modify_instruction_site(&patch__hash_page_C, 0xffff, hmask);
 414
 415         /*
 416          * Patch up the instructions in hashtable.S:flush_hash_page
 417          */
 418         modify_instruction_site(&patch__flush_hash_A0, 0xffff, hash >> 16);
 419         modify_instruction_site(&patch__flush_hash_A1, 0x7c0, hash_mb << 6);
 420         modify_instruction_site(&patch__flush_hash_A2, 0x7c0, hash_mb2 << 6);
 421         modify_instruction_site(&patch__flush_hash_B, 0xffff, hmask);
 422 }
 423
 424 void setup_initial_memory_limit(phys_addr_t first_memblock_base,
 425                                 phys_addr_t first_memblock_size)
 426 {
 427         /* We don't currently support the first MEMBLOCK not mapping 0
 428          * physical on those processors
 429          */
 430         BUG_ON(first_memblock_base != 0);
 431
 432         memblock_set_current_limit(min_t(u64, first_memblock_size, SZ_256M));
 433 }
 434
 435 void __init print_system_hash_info(void)
 436 {
 437         pr_info("Hash_size         = 0x%lx\n", Hash_size);
 438         if (Hash_mask)
 439                 pr_info("Hash_mask         = 0x%lx\n", Hash_mask);
 440 }
 441
 442 void __init early_init_mmu(void)
 443 {
 444 }