arch/unicore32/mm/mmu.c

   1 /*
   2  * linux/arch/unicore32/mm/mmu.c
   3  *
   4  * Code specific to PKUnity SoC and UniCore ISA
   5  *
   6  * Copyright (C) 2001-2010 GUAN Xue-tao
   7  *
   8  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   9  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
  10  * published by the Free Software Foundation.
  11  */
  12 #include <linux/module.h>
  13 #include <linux/kernel.h>
  14 #include <linux/errno.h>
  15 #include <linux/init.h>
  16 #include <linux/mman.h>
  17 #include <linux/nodemask.h>
  18 #include <linux/memblock.h>
  19 #include <linux/fs.h>
  20 #include <linux/bootmem.h>
  21 #include <linux/io.h>
  22
  23 #include <asm/cputype.h>
  24 #include <asm/sections.h>
  25 #include <asm/setup.h>
  26 #include <asm/sizes.h>
  27 #include <asm/tlb.h>
  28
  29 #include <mach/map.h>
  30
  31 #include "mm.h"
  32
  33 /*
  34  * empty_zero_page is a special page that is used for
  35  * zero-initialized data and COW.
  36  */
  37 struct page *empty_zero_page;
  38 EXPORT_SYMBOL(empty_zero_page);
  39
  40 /*
  41  * The pmd table for the upper-most set of pages.
  42  */
  43 pmd_t *top_pmd;
  44
  45 pgprot_t pgprot_user;
  46 EXPORT_SYMBOL(pgprot_user);
  47
  48 pgprot_t pgprot_kernel;
  49 EXPORT_SYMBOL(pgprot_kernel);
  50
  51 static int __init noalign_setup(char *__unused)
  52 {
  53         cr_alignment &= ~CR_A;
  54         cr_no_alignment &= ~CR_A;
  55         set_cr(cr_alignment);
  56         return 1;
  57 }
  58 __setup("noalign", noalign_setup);
  59
  60 void adjust_cr(unsigned long mask, unsigned long set)
  61 {
  62         unsigned long flags;
  63
  64         mask &= ~CR_A;
  65
  66         set &= mask;
  67
  68         local_irq_save(flags);
  69
  70         cr_no_alignment = (cr_no_alignment & ~mask) | set;
  71         cr_alignment = (cr_alignment & ~mask) | set;
  72
  73         set_cr((get_cr() & ~mask) | set);
  74
  75         local_irq_restore(flags);
  76 }
  77
  78 struct map_desc {
  79         unsigned long virtual;
  80         unsigned long pfn;
  81         unsigned long length;
  82         unsigned int type;
  83 };
  84
  85 #define PROT_PTE_DEVICE         (PTE_PRESENT | PTE_YOUNG |      \
  86                                 PTE_DIRTY | PTE_READ | PTE_WRITE)
  87 #define PROT_SECT_DEVICE        (PMD_TYPE_SECT | PMD_PRESENT |  \
  88                                 PMD_SECT_READ | PMD_SECT_WRITE)
  89
  90 static struct mem_type mem_types[] = {
  91         [MT_DEVICE] = {           /* Strongly ordered */
  92                 .prot_pte       = PROT_PTE_DEVICE,
  93                 .prot_l1        = PMD_TYPE_TABLE | PMD_PRESENT,
  94                 .prot_sect      = PROT_SECT_DEVICE,
  95         },
  96         /*
  97          * MT_KUSER: pte for vecpage -- cacheable,
  98          *       and sect for unigfx mmap -- noncacheable
  99          */
 100         [MT_KUSER] = {
 101                 .prot_pte  = PTE_PRESENT | PTE_YOUNG | PTE_DIRTY |
 102                                 PTE_CACHEABLE | PTE_READ | PTE_EXEC,
 103                 .prot_l1   = PMD_TYPE_TABLE | PMD_PRESENT,
 104                 .prot_sect = PROT_SECT_DEVICE,
 105         },
 106         [MT_HIGH_VECTORS] = {
 107                 .prot_pte  = PTE_PRESENT | PTE_YOUNG | PTE_DIRTY |
 108                                 PTE_CACHEABLE | PTE_READ | PTE_WRITE |
 109                                 PTE_EXEC,
 110                 .prot_l1   = PMD_TYPE_TABLE | PMD_PRESENT,
 111         },
 112         [MT_MEMORY] = {
 113                 .prot_pte  = PTE_PRESENT | PTE_YOUNG | PTE_DIRTY |
 114                                 PTE_WRITE | PTE_EXEC,
 115                 .prot_l1   = PMD_TYPE_TABLE | PMD_PRESENT,
 116                 .prot_sect = PMD_TYPE_SECT | PMD_PRESENT | PMD_SECT_CACHEABLE |
 117                                 PMD_SECT_READ | PMD_SECT_WRITE | PMD_SECT_EXEC,
 118         },
 119         [MT_ROM] = {
 120                 .prot_sect = PMD_TYPE_SECT | PMD_PRESENT | PMD_SECT_CACHEABLE |
 121                                 PMD_SECT_READ,
 122         },
 123 };
 124
 125 const struct mem_type *get_mem_type(unsigned int type)
 126 {
 127         return type < ARRAY_SIZE(mem_types) ? &mem_types[type] : NULL;
 128 }
 129 EXPORT_SYMBOL(get_mem_type);
 130
 131 /*
 132  * Adjust the PMD section entries according to the CPU in use.
 133  */
 134 static void __init build_mem_type_table(void)
 135 {
 136         pgprot_user   = __pgprot(PTE_PRESENT | PTE_YOUNG | PTE_CACHEABLE);
 137         pgprot_kernel = __pgprot(PTE_PRESENT | PTE_YOUNG |
 138                                  PTE_DIRTY | PTE_READ | PTE_WRITE |
 139                                  PTE_EXEC | PTE_CACHEABLE);
 140 }
 141
 142 #define vectors_base()  (vectors_high() ? 0xffff0000 : 0)
 143
 144 static void __init *early_alloc(unsigned long sz)
 145 {
 146         void *ptr = __va(memblock_alloc(sz, sz));
 147         memset(ptr, 0, sz);
 148         return ptr;
 149 }
 150
 151 static pte_t * __init early_pte_alloc(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
 152                 unsigned long prot)
 153 {
 154         if (pmd_none(*pmd)) {
 155                 pte_t *pte = early_alloc(PTRS_PER_PTE * sizeof(pte_t));
 156                 __pmd_populate(pmd, __pa(pte) | prot);
 157         }
 158         BUG_ON(pmd_bad(*pmd));
 159         return pte_offset_kernel(pmd, addr);
 160 }
 161
 162 static void __init alloc_init_pte(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
 163                                   unsigned long end, unsigned long pfn,
 164                                   const struct mem_type *type)
 165 {
 166         pte_t *pte = early_pte_alloc(pmd, addr, type->prot_l1);
 167         do {
 168                 set_pte(pte, pfn_pte(pfn, __pgprot(type->prot_pte)));
 169                 pfn++;
 170         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 171 }
 172
 173 static void __init alloc_init_section(pgd_t *pgd, unsigned long addr,
 174                                       unsigned long end, unsigned long phys,
 175                                       const struct mem_type *type)
 176 {
 177         pmd_t *pmd = pmd_offset((pud_t *)pgd, addr);
 178
 179         /*
 180          * Try a section mapping - end, addr and phys must all be aligned
 181          * to a section boundary.
 182          */
 183         if (((addr | end | phys) & ~SECTION_MASK) == 0) {
 184                 pmd_t *p = pmd;
 185
 186                 do {
 187                         set_pmd(pmd, __pmd(phys | type->prot_sect));
 188                         phys += SECTION_SIZE;
 189                 } while (pmd++, addr += SECTION_SIZE, addr != end);
 190
 191                 flush_pmd_entry(p);
 192         } else {
 193                 /*
 194                  * No need to loop; pte's aren't interested in the
 195                  * individual L1 entries.
 196                  */
 197                 alloc_init_pte(pmd, addr, end, __phys_to_pfn(phys), type);
 198         }
 199 }
 200
 201 /*
 202  * Create the page directory entries and any necessary
 203  * page tables for the mapping specified by `md'.  We
 204  * are able to cope here with varying sizes and address
 205  * offsets, and we take full advantage of sections.
 206  */
 207 static void __init create_mapping(struct map_desc *md)
 208 {
 209         unsigned long phys, addr, length, end;
 210         const struct mem_type *type;
 211         pgd_t *pgd;
 212
 213         if (md->virtual != vectors_base() && md->virtual < TASK_SIZE) {
 214                 printk(KERN_WARNING "BUG: not creating mapping for "
 215                        "0x%08llx at 0x%08lx in user region\n",
 216                        __pfn_to_phys((u64)md->pfn), md->virtual);
 217                 return;
 218         }
 219
 220         if ((md->type == MT_DEVICE || md->type == MT_ROM) &&
 221             md->virtual >= PAGE_OFFSET && md->virtual < VMALLOC_END) {
 222                 printk(KERN_WARNING "BUG: mapping for 0x%08llx at 0x%08lx "
 223                        "overlaps vmalloc space\n",
 224                        __pfn_to_phys((u64)md->pfn), md->virtual);
 225         }
 226
 227         type = &mem_types[md->type];
 228
 229         addr = md->virtual & PAGE_MASK;
 230         phys = (unsigned long)__pfn_to_phys(md->pfn);
 231         length = PAGE_ALIGN(md->length + (md->virtual & ~PAGE_MASK));
 232
 233         if (type->prot_l1 == 0 && ((addr | phys | length) & ~SECTION_MASK)) {
 234                 printk(KERN_WARNING "BUG: map for 0x%08lx at 0x%08lx can not "
 235                        "be mapped using pages, ignoring.\n",
 236                        __pfn_to_phys(md->pfn), addr);
 237                 return;
 238         }
 239
 240         pgd = pgd_offset_k(addr);
 241         end = addr + length;
 242         do {
 243                 unsigned long next = pgd_addr_end(addr, end);
 244
 245                 alloc_init_section(pgd, addr, next, phys, type);
 246
 247                 phys += next - addr;
 248                 addr = next;
 249         } while (pgd++, addr != end);
 250 }
 251
 252 static void * __initdata vmalloc_min = (void *)(VMALLOC_END - SZ_128M);
 253
 254 /*
 255  * vmalloc=size forces the vmalloc area to be exactly 'size'
 256  * bytes. This can be used to increase (or decrease) the vmalloc
 257  * area - the default is 128m.
 258  */
 259 static int __init early_vmalloc(char *arg)
 260 {
 261         unsigned long vmalloc_reserve = memparse(arg, NULL);
 262
 263         if (vmalloc_reserve < SZ_16M) {
 264                 vmalloc_reserve = SZ_16M;
 265                 printk(KERN_WARNING
 266                         "vmalloc area too small, limiting to %luMB\n",
 267                         vmalloc_reserve >> 20);
 268         }
 269
 270         if (vmalloc_reserve > VMALLOC_END - (PAGE_OFFSET + SZ_32M)) {
 271                 vmalloc_reserve = VMALLOC_END - (PAGE_OFFSET + SZ_32M);
 272                 printk(KERN_WARNING
 273                         "vmalloc area is too big, limiting to %luMB\n",
 274                         vmalloc_reserve >> 20);
 275         }
 276
 277         vmalloc_min = (void *)(VMALLOC_END - vmalloc_reserve);
 278         return 0;
 279 }
 280 early_param("vmalloc", early_vmalloc);
 281
 282 static phys_addr_t lowmem_limit __initdata = SZ_1G;
 283
 284 static void __init sanity_check_meminfo(void)
 285 {
 286         int i, j;
 287
 288         lowmem_limit = __pa(vmalloc_min - 1) + 1;
 289         memblock_set_current_limit(lowmem_limit);
 290
 291         for (i = 0, j = 0; i < meminfo.nr_banks; i++) {
 292                 struct membank *bank = &meminfo.bank[j];
 293                 *bank = meminfo.bank[i];
 294                 j++;
 295         }
 296         meminfo.nr_banks = j;
 297 }
 298
 299 static inline void prepare_page_table(void)
 300 {
 301         unsigned long addr;
 302         phys_addr_t end;
 303
 304         /*
 305          * Clear out all the mappings below the kernel image.
 306          */
 307         for (addr = 0; addr < MODULES_VADDR; addr += PGDIR_SIZE)
 308                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 309
 310         for ( ; addr < PAGE_OFFSET; addr += PGDIR_SIZE)
 311                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 312
 313         /*
 314          * Find the end of the first block of lowmem.
 315          */
 316         end = memblock.memory.regions[0].base + memblock.memory.regions[0].size;
 317         if (end >= lowmem_limit)
 318                 end = lowmem_limit;
 319
 320         /*
 321          * Clear out all the kernel space mappings, except for the first
 322          * memory bank, up to the end of the vmalloc region.
 323          */
 324         for (addr = __phys_to_virt(end);
 325              addr < VMALLOC_END; addr += PGDIR_SIZE)
 326                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 327 }
 328
 329 /*
 330  * Reserve the special regions of memory
 331  */
 332 void __init uc32_mm_memblock_reserve(void)
 333 {
 334         /*
 335          * Reserve the page tables.  These are already in use,
 336          * and can only be in node 0.
 337          */
 338         memblock_reserve(__pa(swapper_pg_dir), PTRS_PER_PGD * sizeof(pgd_t));
 339 }
 340
 341 /*
 342  * Set up device the mappings.  Since we clear out the page tables for all
 343  * mappings above VMALLOC_END, we will remove any debug device mappings.
 344  * This means you have to be careful how you debug this function, or any
 345  * called function.  This means you can't use any function or debugging
 346  * method which may touch any device, otherwise the kernel _will_ crash.
 347  */
 348 static void __init devicemaps_init(void)
 349 {
 350         struct map_desc map;
 351         unsigned long addr;
 352         void *vectors;
 353
 354         /*
 355          * Allocate the vector page early.
 356          */
 357         vectors = early_alloc(PAGE_SIZE);
 358
 359         for (addr = VMALLOC_END; addr; addr += PGDIR_SIZE)
 360                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 361
 362         /*
 363          * Create a mapping for the machine vectors at the high-vectors
 364          * location (0xffff0000).  If we aren't using high-vectors, also
 365          * create a mapping at the low-vectors virtual address.
 366          */
 367         map.pfn = __phys_to_pfn(virt_to_phys(vectors));
 368         map.virtual = VECTORS_BASE;
 369         map.length = PAGE_SIZE;
 370         map.type = MT_HIGH_VECTORS;
 371         create_mapping(&map);
 372
 373         /*
 374          * Create a mapping for the kuser page at the special
 375          * location (0xbfff0000) to the same vectors location.
 376          */
 377         map.pfn = __phys_to_pfn(virt_to_phys(vectors));
 378         map.virtual = KUSER_VECPAGE_BASE;
 379         map.length = PAGE_SIZE;
 380         map.type = MT_KUSER;
 381         create_mapping(&map);
 382
 383         /*
 384          * Finally flush the caches and tlb to ensure that we're in a
 385          * consistent state wrt the writebuffer.  This also ensures that
 386          * any write-allocated cache lines in the vector page are written
 387          * back.  After this point, we can start to touch devices again.
 388          */
 389         local_flush_tlb_all();
 390         flush_cache_all();
 391 }
 392
 393 static void __init map_lowmem(void)
 394 {
 395         struct memblock_region *reg;
 396
 397         /* Map all the lowmem memory banks. */
 398         for_each_memblock(memory, reg) {
 399                 phys_addr_t start = reg->base;
 400                 phys_addr_t end = start + reg->size;
 401                 struct map_desc map;
 402
 403                 if (end > lowmem_limit)
 404                         end = lowmem_limit;
 405                 if (start >= end)
 406                         break;
 407
 408                 map.pfn = __phys_to_pfn(start);
 409                 map.virtual = __phys_to_virt(start);
 410                 map.length = end - start;
 411                 map.type = MT_MEMORY;
 412
 413                 create_mapping(&map);
 414         }
 415 }
 416
 417 /*
 418  * paging_init() sets up the page tables, initialises the zone memory
 419  * maps, and sets up the zero page, bad page and bad page tables.
 420  */
 421 void __init paging_init(void)
 422 {
 423         void *zero_page;
 424
 425         build_mem_type_table();
 426         sanity_check_meminfo();
 427         prepare_page_table();
 428         map_lowmem();
 429         devicemaps_init();
 430
 431         top_pmd = pmd_off_k(0xffff0000);
 432
 433         /* allocate the zero page. */
 434         zero_page = early_alloc(PAGE_SIZE);
 435
 436         bootmem_init();
 437
 438         empty_zero_page = virt_to_page(zero_page);
 439         __flush_dcache_page(NULL, empty_zero_page);
 440 }
 441
 442 /*
 443  * In order to soft-boot, we need to insert a 1:1 mapping in place of
 444  * the user-mode pages.  This will then ensure that we have predictable
 445  * results when turning the mmu off
 446  */
 447 void setup_mm_for_reboot(char mode)
 448 {
 449         unsigned long base_pmdval;
 450         pgd_t *pgd;
 451         int i;
 452
 453         /*
 454          * We need to access to user-mode page tables here. For kernel threads
 455          * we don't have any user-mode mappings so we use the context that we
 456          * "borrowed".
 457          */
 458         pgd = current->active_mm->pgd;
 459
 460         base_pmdval = PMD_SECT_WRITE | PMD_SECT_READ | PMD_TYPE_SECT;
 461
 462         for (i = 0; i < FIRST_USER_PGD_NR + USER_PTRS_PER_PGD; i++, pgd++) {
 463                 unsigned long pmdval = (i << PGDIR_SHIFT) | base_pmdval;
 464                 pmd_t *pmd;
 465
 466                 pmd = pmd_off(pgd, i << PGDIR_SHIFT);
 467                 set_pmd(pmd, __pmd(pmdval));
 468                 flush_pmd_entry(pmd);
 469         }
 470
 471         local_flush_tlb_all();
 472 }
 473
 474 /*
 475  * Take care of architecture specific things when placing a new PTE into
 476  * a page table, or changing an existing PTE.  Basically, there are two
 477  * things that we need to take care of:
 478  *
 479  *  1. If PG_dcache_clean is not set for the page, we need to ensure
 480  *     that any cache entries for the kernels virtual memory
 481  *     range are written back to the page.
 482  *  2. If we have multiple shared mappings of the same space in
 483  *     an object, we need to deal with the cache aliasing issues.
 484  *
 485  * Note that the pte lock will be held.
 486  */
 487 void update_mmu_cache(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
 488         pte_t *ptep)
 489 {
 490         unsigned long pfn = pte_pfn(*ptep);
 491         struct address_space *mapping;
 492         struct page *page;
 493
 494         if (!pfn_valid(pfn))
 495                 return;
 496
 497         /*
 498          * The zero page is never written to, so never has any dirty
 499          * cache lines, and therefore never needs to be flushed.
 500          */
 501         page = pfn_to_page(pfn);
 502         if (page == ZERO_PAGE(0))
 503                 return;
 504
 505         mapping = page_mapping(page);
 506         if (!test_and_set_bit(PG_dcache_clean, &page->flags))
 507                 __flush_dcache_page(mapping, page);
 508         if (mapping)
 509                 if (vma->vm_flags & VM_EXEC)
 510                         __flush_icache_all();
 511 }