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 DEFINE_PER_CPU(struct mmu_gather, mmu_gathers);
  34
  35 /*
  36  * empty_zero_page is a special page that is used for
  37  * zero-initialized data and COW.
  38  */
  39 struct page *empty_zero_page;
  40 EXPORT_SYMBOL(empty_zero_page);
  41
  42 /*
  43  * The pmd table for the upper-most set of pages.
  44  */
  45 pmd_t *top_pmd;
  46
  47 pgprot_t pgprot_user;
  48 EXPORT_SYMBOL(pgprot_user);
  49
  50 pgprot_t pgprot_kernel;
  51 EXPORT_SYMBOL(pgprot_kernel);
  52
  53 static int __init noalign_setup(char *__unused)
  54 {
  55         cr_alignment &= ~CR_A;
  56         cr_no_alignment &= ~CR_A;
  57         set_cr(cr_alignment);
  58         return 1;
  59 }
  60 __setup("noalign", noalign_setup);
  61
  62 void adjust_cr(unsigned long mask, unsigned long set)
  63 {
  64         unsigned long flags;
  65
  66         mask &= ~CR_A;
  67
  68         set &= mask;
  69
  70         local_irq_save(flags);
  71
  72         cr_no_alignment = (cr_no_alignment & ~mask) | set;
  73         cr_alignment = (cr_alignment & ~mask) | set;
  74
  75         set_cr((get_cr() & ~mask) | set);
  76
  77         local_irq_restore(flags);
  78 }
  79
  80 struct map_desc {
  81         unsigned long virtual;
  82         unsigned long pfn;
  83         unsigned long length;
  84         unsigned int type;
  85 };
  86
  87 #define PROT_PTE_DEVICE         (PTE_PRESENT | PTE_YOUNG |      \
  88                                 PTE_DIRTY | PTE_READ | PTE_WRITE)
  89 #define PROT_SECT_DEVICE        (PMD_TYPE_SECT | PMD_PRESENT |  \
  90                                 PMD_SECT_READ | PMD_SECT_WRITE)
  91
  92 static struct mem_type mem_types[] = {
  93         [MT_DEVICE] = {           /* Strongly ordered */
  94                 .prot_pte       = PROT_PTE_DEVICE,
  95                 .prot_l1        = PMD_TYPE_TABLE | PMD_PRESENT,
  96                 .prot_sect      = PROT_SECT_DEVICE,
  97         },
  98         /*
  99          * MT_KUSER: pte for vecpage -- cacheable,
 100          *       and sect for unigfx mmap -- noncacheable
 101          */
 102         [MT_KUSER] = {
 103                 .prot_pte  = PTE_PRESENT | PTE_YOUNG | PTE_DIRTY |
 104                                 PTE_CACHEABLE | PTE_READ | PTE_EXEC,
 105                 .prot_l1   = PMD_TYPE_TABLE | PMD_PRESENT,
 106                 .prot_sect = PROT_SECT_DEVICE,
 107         },
 108         [MT_HIGH_VECTORS] = {
 109                 .prot_pte  = PTE_PRESENT | PTE_YOUNG | PTE_DIRTY |
 110                                 PTE_CACHEABLE | PTE_READ | PTE_WRITE |
 111                                 PTE_EXEC,
 112                 .prot_l1   = PMD_TYPE_TABLE | PMD_PRESENT,
 113         },
 114         [MT_MEMORY] = {
 115                 .prot_pte  = PTE_PRESENT | PTE_YOUNG | PTE_DIRTY |
 116                                 PTE_WRITE | PTE_EXEC,
 117                 .prot_l1   = PMD_TYPE_TABLE | PMD_PRESENT,
 118                 .prot_sect = PMD_TYPE_SECT | PMD_PRESENT | PMD_SECT_CACHEABLE |
 119                                 PMD_SECT_READ | PMD_SECT_WRITE | PMD_SECT_EXEC,
 120         },
 121         [MT_ROM] = {
 122                 .prot_sect = PMD_TYPE_SECT | PMD_PRESENT | PMD_SECT_CACHEABLE |
 123                                 PMD_SECT_READ,
 124         },
 125 };
 126
 127 const struct mem_type *get_mem_type(unsigned int type)
 128 {
 129         return type < ARRAY_SIZE(mem_types) ? &mem_types[type] : NULL;
 130 }
 131 EXPORT_SYMBOL(get_mem_type);
 132
 133 /*
 134  * Adjust the PMD section entries according to the CPU in use.
 135  */
 136 static void __init build_mem_type_table(void)
 137 {
 138         pgprot_user   = __pgprot(PTE_PRESENT | PTE_YOUNG | PTE_CACHEABLE);
 139         pgprot_kernel = __pgprot(PTE_PRESENT | PTE_YOUNG |
 140                                  PTE_DIRTY | PTE_READ | PTE_WRITE |
 141                                  PTE_EXEC | PTE_CACHEABLE);
 142 }
 143
 144 #define vectors_base()  (vectors_high() ? 0xffff0000 : 0)
 145
 146 static void __init *early_alloc(unsigned long sz)
 147 {
 148         void *ptr = __va(memblock_alloc(sz, sz));
 149         memset(ptr, 0, sz);
 150         return ptr;
 151 }
 152
 153 static pte_t * __init early_pte_alloc(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
 154                 unsigned long prot)
 155 {
 156         if (pmd_none(*pmd)) {
 157                 pte_t *pte = early_alloc(PTRS_PER_PTE * sizeof(pte_t));
 158                 __pmd_populate(pmd, __pa(pte) | prot);
 159         }
 160         BUG_ON(pmd_bad(*pmd));
 161         return pte_offset_kernel(pmd, addr);
 162 }
 163
 164 static void __init alloc_init_pte(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
 165                                   unsigned long end, unsigned long pfn,
 166                                   const struct mem_type *type)
 167 {
 168         pte_t *pte = early_pte_alloc(pmd, addr, type->prot_l1);
 169         do {
 170                 set_pte(pte, pfn_pte(pfn, __pgprot(type->prot_pte)));
 171                 pfn++;
 172         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 173 }
 174
 175 static void __init alloc_init_section(pgd_t *pgd, unsigned long addr,
 176                                       unsigned long end, unsigned long phys,
 177                                       const struct mem_type *type)
 178 {
 179         pmd_t *pmd = pmd_offset((pud_t *)pgd, addr);
 180
 181         /*
 182          * Try a section mapping - end, addr and phys must all be aligned
 183          * to a section boundary.
 184          */
 185         if (((addr | end | phys) & ~SECTION_MASK) == 0) {
 186                 pmd_t *p = pmd;
 187
 188                 do {
 189                         set_pmd(pmd, __pmd(phys | type->prot_sect));
 190                         phys += SECTION_SIZE;
 191                 } while (pmd++, addr += SECTION_SIZE, addr != end);
 192
 193                 flush_pmd_entry(p);
 194         } else {
 195                 /*
 196                  * No need to loop; pte's aren't interested in the
 197                  * individual L1 entries.
 198                  */
 199                 alloc_init_pte(pmd, addr, end, __phys_to_pfn(phys), type);
 200         }
 201 }
 202
 203 /*
 204  * Create the page directory entries and any necessary
 205  * page tables for the mapping specified by `md'.  We
 206  * are able to cope here with varying sizes and address
 207  * offsets, and we take full advantage of sections.
 208  */
 209 static void __init create_mapping(struct map_desc *md)
 210 {
 211         unsigned long phys, addr, length, end;
 212         const struct mem_type *type;
 213         pgd_t *pgd;
 214
 215         if (md->virtual != vectors_base() && md->virtual < TASK_SIZE) {
 216                 printk(KERN_WARNING "BUG: not creating mapping for "
 217                        "0x%08llx at 0x%08lx in user region\n",
 218                        __pfn_to_phys((u64)md->pfn), md->virtual);
 219                 return;
 220         }
 221
 222         if ((md->type == MT_DEVICE || md->type == MT_ROM) &&
 223             md->virtual >= PAGE_OFFSET && md->virtual < VMALLOC_END) {
 224                 printk(KERN_WARNING "BUG: mapping for 0x%08llx at 0x%08lx "
 225                        "overlaps vmalloc space\n",
 226                        __pfn_to_phys((u64)md->pfn), md->virtual);
 227         }
 228
 229         type = &mem_types[md->type];
 230
 231         addr = md->virtual & PAGE_MASK;
 232         phys = (unsigned long)__pfn_to_phys(md->pfn);
 233         length = PAGE_ALIGN(md->length + (md->virtual & ~PAGE_MASK));
 234
 235         if (type->prot_l1 == 0 && ((addr | phys | length) & ~SECTION_MASK)) {
 236                 printk(KERN_WARNING "BUG: map for 0x%08lx at 0x%08lx can not "
 237                        "be mapped using pages, ignoring.\n",
 238                        __pfn_to_phys(md->pfn), addr);
 239                 return;
 240         }
 241
 242         pgd = pgd_offset_k(addr);
 243         end = addr + length;
 244         do {
 245                 unsigned long next = pgd_addr_end(addr, end);
 246
 247                 alloc_init_section(pgd, addr, next, phys, type);
 248
 249                 phys += next - addr;
 250                 addr = next;
 251         } while (pgd++, addr != end);
 252 }
 253
 254 static void * __initdata vmalloc_min = (void *)(VMALLOC_END - SZ_128M);
 255
 256 /*
 257  * vmalloc=size forces the vmalloc area to be exactly 'size'
 258  * bytes. This can be used to increase (or decrease) the vmalloc
 259  * area - the default is 128m.
 260  */
 261 static int __init early_vmalloc(char *arg)
 262 {
 263         unsigned long vmalloc_reserve = memparse(arg, NULL);
 264
 265         if (vmalloc_reserve < SZ_16M) {
 266                 vmalloc_reserve = SZ_16M;
 267                 printk(KERN_WARNING
 268                         "vmalloc area too small, limiting to %luMB\n",
 269                         vmalloc_reserve >> 20);
 270         }
 271
 272         if (vmalloc_reserve > VMALLOC_END - (PAGE_OFFSET + SZ_32M)) {
 273                 vmalloc_reserve = VMALLOC_END - (PAGE_OFFSET + SZ_32M);
 274                 printk(KERN_WARNING
 275                         "vmalloc area is too big, limiting to %luMB\n",
 276                         vmalloc_reserve >> 20);
 277         }
 278
 279         vmalloc_min = (void *)(VMALLOC_END - vmalloc_reserve);
 280         return 0;
 281 }
 282 early_param("vmalloc", early_vmalloc);
 283
 284 static phys_addr_t lowmem_limit __initdata = SZ_1G;
 285
 286 static void __init sanity_check_meminfo(void)
 287 {
 288         int i, j;
 289
 290         lowmem_limit = __pa(vmalloc_min - 1) + 1;
 291         memblock_set_current_limit(lowmem_limit);
 292
 293         for (i = 0, j = 0; i < meminfo.nr_banks; i++) {
 294                 struct membank *bank = &meminfo.bank[j];
 295                 *bank = meminfo.bank[i];
 296                 j++;
 297         }
 298         meminfo.nr_banks = j;
 299 }
 300
 301 static inline void prepare_page_table(void)
 302 {
 303         unsigned long addr;
 304         phys_addr_t end;
 305
 306         /*
 307          * Clear out all the mappings below the kernel image.
 308          */
 309         for (addr = 0; addr < MODULES_VADDR; addr += PGDIR_SIZE)
 310                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 311
 312         for ( ; addr < PAGE_OFFSET; addr += PGDIR_SIZE)
 313                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 314
 315         /*
 316          * Find the end of the first block of lowmem.
 317          */
 318         end = memblock.memory.regions[0].base + memblock.memory.regions[0].size;
 319         if (end >= lowmem_limit)
 320                 end = lowmem_limit;
 321
 322         /*
 323          * Clear out all the kernel space mappings, except for the first
 324          * memory bank, up to the end of the vmalloc region.
 325          */
 326         for (addr = __phys_to_virt(end);
 327              addr < VMALLOC_END; addr += PGDIR_SIZE)
 328                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 329 }
 330
 331 /*
 332  * Reserve the special regions of memory
 333  */
 334 void __init uc32_mm_memblock_reserve(void)
 335 {
 336         /*
 337          * Reserve the page tables.  These are already in use,
 338          * and can only be in node 0.
 339          */
 340         memblock_reserve(__pa(swapper_pg_dir), PTRS_PER_PGD * sizeof(pgd_t));
 341 }
 342
 343 /*
 344  * Set up device the mappings.  Since we clear out the page tables for all
 345  * mappings above VMALLOC_END, we will remove any debug device mappings.
 346  * This means you have to be careful how you debug this function, or any
 347  * called function.  This means you can't use any function or debugging
 348  * method which may touch any device, otherwise the kernel _will_ crash.
 349  */
 350 static void __init devicemaps_init(void)
 351 {
 352         struct map_desc map;
 353         unsigned long addr;
 354         void *vectors;
 355
 356         /*
 357          * Allocate the vector page early.
 358          */
 359         vectors = early_alloc(PAGE_SIZE);
 360
 361         for (addr = VMALLOC_END; addr; addr += PGDIR_SIZE)
 362                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 363
 364         /*
 365          * Create a mapping for the machine vectors at the high-vectors
 366          * location (0xffff0000).  If we aren't using high-vectors, also
 367          * create a mapping at the low-vectors virtual address.
 368          */
 369         map.pfn = __phys_to_pfn(virt_to_phys(vectors));
 370         map.virtual = VECTORS_BASE;
 371         map.length = PAGE_SIZE;
 372         map.type = MT_HIGH_VECTORS;
 373         create_mapping(&map);
 374
 375         /*
 376          * Create a mapping for the kuser page at the special
 377          * location (0xbfff0000) to the same vectors location.
 378          */
 379         map.pfn = __phys_to_pfn(virt_to_phys(vectors));
 380         map.virtual = KUSER_VECPAGE_BASE;
 381         map.length = PAGE_SIZE;
 382         map.type = MT_KUSER;
 383         create_mapping(&map);
 384
 385         /*
 386          * Finally flush the caches and tlb to ensure that we're in a
 387          * consistent state wrt the writebuffer.  This also ensures that
 388          * any write-allocated cache lines in the vector page are written
 389          * back.  After this point, we can start to touch devices again.
 390          */
 391         local_flush_tlb_all();
 392         flush_cache_all();
 393 }
 394
 395 static void __init map_lowmem(void)
 396 {
 397         struct memblock_region *reg;
 398
 399         /* Map all the lowmem memory banks. */
 400         for_each_memblock(memory, reg) {
 401                 phys_addr_t start = reg->base;
 402                 phys_addr_t end = start + reg->size;
 403                 struct map_desc map;
 404
 405                 if (end > lowmem_limit)
 406                         end = lowmem_limit;
 407                 if (start >= end)
 408                         break;
 409
 410                 map.pfn = __phys_to_pfn(start);
 411                 map.virtual = __phys_to_virt(start);
 412                 map.length = end - start;
 413                 map.type = MT_MEMORY;
 414
 415                 create_mapping(&map);
 416         }
 417 }
 418
 419 /*
 420  * paging_init() sets up the page tables, initialises the zone memory
 421  * maps, and sets up the zero page, bad page and bad page tables.
 422  */
 423 void __init paging_init(void)
 424 {
 425         void *zero_page;
 426
 427         build_mem_type_table();
 428         sanity_check_meminfo();
 429         prepare_page_table();
 430         map_lowmem();
 431         devicemaps_init();
 432
 433         top_pmd = pmd_off_k(0xffff0000);
 434
 435         /* allocate the zero page. */
 436         zero_page = early_alloc(PAGE_SIZE);
 437
 438         bootmem_init();
 439
 440         empty_zero_page = virt_to_page(zero_page);
 441         __flush_dcache_page(NULL, empty_zero_page);
 442 }
 443
 444 /*
 445  * In order to soft-boot, we need to insert a 1:1 mapping in place of
 446  * the user-mode pages.  This will then ensure that we have predictable
 447  * results when turning the mmu off
 448  */
 449 void setup_mm_for_reboot(char mode)
 450 {
 451         unsigned long base_pmdval;
 452         pgd_t *pgd;
 453         int i;
 454
 455         /*
 456          * We need to access to user-mode page tables here. For kernel threads
 457          * we don't have any user-mode mappings so we use the context that we
 458          * "borrowed".
 459          */
 460         pgd = current->active_mm->pgd;
 461
 462         base_pmdval = PMD_SECT_WRITE | PMD_SECT_READ | PMD_TYPE_SECT;
 463
 464         for (i = 0; i < FIRST_USER_PGD_NR + USER_PTRS_PER_PGD; i++, pgd++) {
 465                 unsigned long pmdval = (i << PGDIR_SHIFT) | base_pmdval;
 466                 pmd_t *pmd;
 467
 468                 pmd = pmd_off(pgd, i << PGDIR_SHIFT);
 469                 set_pmd(pmd, __pmd(pmdval));
 470                 flush_pmd_entry(pmd);
 471         }
 472
 473         local_flush_tlb_all();
 474 }
 475
 476 /*
 477  * Take care of architecture specific things when placing a new PTE into
 478  * a page table, or changing an existing PTE.  Basically, there are two
 479  * things that we need to take care of:
 480  *
 481  *  1. If PG_dcache_clean is not set for the page, we need to ensure
 482  *     that any cache entries for the kernels virtual memory
 483  *     range are written back to the page.
 484  *  2. If we have multiple shared mappings of the same space in
 485  *     an object, we need to deal with the cache aliasing issues.
 486  *
 487  * Note that the pte lock will be held.
 488  */
 489 void update_mmu_cache(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
 490         pte_t *ptep)
 491 {
 492         unsigned long pfn = pte_pfn(*ptep);
 493         struct address_space *mapping;
 494         struct page *page;
 495
 496         if (!pfn_valid(pfn))
 497                 return;
 498
 499         /*
 500          * The zero page is never written to, so never has any dirty
 501          * cache lines, and therefore never needs to be flushed.
 502          */
 503         page = pfn_to_page(pfn);
 504         if (page == ZERO_PAGE(0))
 505                 return;
 506
 507         mapping = page_mapping(page);
 508         if (!test_and_set_bit(PG_dcache_clean, &page->flags))
 509                 __flush_dcache_page(mapping, page);
 510         if (mapping)
 511                 if (vma->vm_flags & VM_EXEC)
 512                         __flush_icache_all();
 513 }