arch/xtensa/mm/init.c

   1 /*
   2  * arch/xtensa/mm/init.c
   3  *
   4  * Derived from MIPS, PPC.
   5  *
   6  * This file is subject to the terms and conditions of the GNU General Public
   7  * License.  See the file "COPYING" in the main directory of this archive
   8  * for more details.
   9  *
  10  * Copyright (C) 2001 - 2005 Tensilica Inc.
  11  *
  12  * Chris Zankel <chris@zankel.net>
  13  * Joe Taylor   <joe@tensilica.com, joetylr@yahoo.com>
  14  * Marc Gauthier
  15  * Kevin Chea
  16  */
  17
  18 #include <linux/init.h>
  19 #include <linux/signal.h>
  20 #include <linux/sched.h>
  21 #include <linux/kernel.h>
  22 #include <linux/errno.h>
  23 #include <linux/string.h>
  24 #include <linux/types.h>
  25 #include <linux/ptrace.h>
  26 #include <linux/bootmem.h>
  27 #include <linux/swap.h>
  28
  29 #include <asm/pgtable.h>
  30 #include <asm/bootparam.h>
  31 #include <asm/mmu_context.h>
  32 #include <asm/tlb.h>
  33 #include <asm/tlbflush.h>
  34 #include <asm/page.h>
  35 #include <asm/pgalloc.h>
  36 #include <asm/pgtable.h>
  37
  38
  39 #define DEBUG 0
  40
  41 DEFINE_PER_CPU(struct mmu_gather, mmu_gathers);
  42 //static DEFINE_SPINLOCK(tlb_lock);
  43
  44 /*
  45  * This flag is used to indicate that the page was mapped and modified in
  46  * kernel space, so the cache is probably dirty at that address.
  47  * If cache aliasing is enabled and the page color mismatches, update_mmu_cache
  48  * synchronizes the caches if this bit is set.
  49  */
  50
  51 #define PG_cache_clean PG_arch_1
  52
  53 /* References to section boundaries */
  54
  55 extern char _ftext, _etext, _fdata, _edata, _rodata_end;
  56 extern char __init_begin, __init_end;
  57
  58 /*
  59  * mem_reserve(start, end, must_exist)
  60  *
  61  * Reserve some memory from the memory pool.
  62  *
  63  * Parameters:
  64  *  start       Start of region,
  65  *  end         End of region,
  66  *  must_exist  Must exist in memory pool.
  67  *
  68  * Returns:
  69  *  0 (memory area couldn't be mapped)
  70  * -1 (success)
  71  */
  72
  73 int __init mem_reserve(unsigned long start, unsigned long end, int must_exist)
  74 {
  75         int i;
  76
  77         if (start == end)
  78                 return 0;
  79
  80         start = start & PAGE_MASK;
  81         end = PAGE_ALIGN(end);
  82
  83         for (i = 0; i < sysmem.nr_banks; i++)
  84                 if (start < sysmem.bank[i].end
  85                     && end >= sysmem.bank[i].start)
  86                         break;
  87
  88         if (i == sysmem.nr_banks) {
  89                 if (must_exist)
  90                         printk (KERN_WARNING "mem_reserve: [0x%0lx, 0x%0lx) "
  91                                 "not in any region!\n", start, end);
  92                 return 0;
  93         }
  94
  95         if (start > sysmem.bank[i].start) {
  96                 if (end < sysmem.bank[i].end) {
  97                         /* split entry */
  98                         if (sysmem.nr_banks >= SYSMEM_BANKS_MAX)
  99                                 panic("meminfo overflow\n");
 100                         sysmem.bank[sysmem.nr_banks].start = end;
 101                         sysmem.bank[sysmem.nr_banks].end = sysmem.bank[i].end;
 102                         sysmem.nr_banks++;
 103                 }
 104                 sysmem.bank[i].end = start;
 105         } else {
 106                 if (end < sysmem.bank[i].end)
 107                         sysmem.bank[i].start = end;
 108                 else {
 109                         /* remove entry */
 110                         sysmem.nr_banks--;
 111                         sysmem.bank[i].start = sysmem.bank[sysmem.nr_banks].start;
 112                         sysmem.bank[i].end   = sysmem.bank[sysmem.nr_banks].end;
 113                 }
 114         }
 115         return -1;
 116 }
 117
 118
 119 /*
 120  * Initialize the bootmem system and give it all the memory we have available.
 121  */
 122
 123 void __init bootmem_init(void)
 124 {
 125         unsigned long pfn;
 126         unsigned long bootmap_start, bootmap_size;
 127         int i;
 128
 129         max_low_pfn = max_pfn = 0;
 130         min_low_pfn = ~0;
 131
 132         for (i=0; i < sysmem.nr_banks; i++) {
 133                 pfn = PAGE_ALIGN(sysmem.bank[i].start) >> PAGE_SHIFT;
 134                 if (pfn < min_low_pfn)
 135                         min_low_pfn = pfn;
 136                 pfn = PAGE_ALIGN(sysmem.bank[i].end - 1) >> PAGE_SHIFT;
 137                 if (pfn > max_pfn)
 138                         max_pfn = pfn;
 139         }
 140
 141         if (min_low_pfn > max_pfn)
 142                 panic("No memory found!\n");
 143
 144         max_low_pfn = max_pfn < MAX_MEM_PFN >> PAGE_SHIFT ?
 145                 max_pfn : MAX_MEM_PFN >> PAGE_SHIFT;
 146
 147         /* Find an area to use for the bootmem bitmap. */
 148
 149         bootmap_size = bootmem_bootmap_pages(max_low_pfn) << PAGE_SHIFT;
 150         bootmap_start = ~0;
 151
 152         for (i=0; i<sysmem.nr_banks; i++)
 153                 if (sysmem.bank[i].end - sysmem.bank[i].start >= bootmap_size) {
 154                         bootmap_start = sysmem.bank[i].start;
 155                         break;
 156                 }
 157
 158         if (bootmap_start == ~0UL)
 159                 panic("Cannot find %ld bytes for bootmap\n", bootmap_size);
 160
 161         /* Reserve the bootmem bitmap area */
 162
 163         mem_reserve(bootmap_start, bootmap_start + bootmap_size, 1);
 164         bootmap_size = init_bootmem_node(NODE_DATA(0), min_low_pfn,
 165                                          bootmap_start >> PAGE_SHIFT,
 166                                          max_low_pfn);
 167
 168         /* Add all remaining memory pieces into the bootmem map */
 169
 170         for (i=0; i<sysmem.nr_banks; i++)
 171                 free_bootmem(sysmem.bank[i].start,
 172                              sysmem.bank[i].end - sysmem.bank[i].start);
 173
 174 }
 175
 176
 177 void __init paging_init(void)
 178 {
 179         unsigned long zones_size[MAX_NR_ZONES];
 180         int i;
 181
 182         /* All pages are DMA-able, so we put them all in the DMA zone. */
 183
 184         zones_size[ZONE_DMA] = max_low_pfn;
 185         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++)
 186                 zones_size[i] = 0;
 187
 188 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 189         zones_size[ZONE_HIGHMEM] = max_pfn - max_low_pfn;
 190 #endif
 191
 192         /* Initialize the kernel's page tables. */
 193
 194         memset(swapper_pg_dir, 0, PAGE_SIZE);
 195
 196         free_area_init(zones_size);
 197 }
 198
 199 /*
 200  * Flush the mmu and reset associated register to default values.
 201  */
 202
 203 void __init init_mmu (void)
 204 {
 205         /* Writing zeros to the <t>TLBCFG special registers ensure
 206          * that valid values exist in the register.  For existing
 207          * PGSZID<w> fields, zero selects the first element of the
 208          * page-size array.  For nonexistant PGSZID<w> fields, zero is
 209          * the best value to write.  Also, when changing PGSZID<w>
 210          * fields, the corresponding TLB must be flushed.
 211          */
 212         set_itlbcfg_register (0);
 213         set_dtlbcfg_register (0);
 214         flush_tlb_all ();
 215
 216         /* Set rasid register to a known value. */
 217
 218         set_rasid_register (ASID_USER_FIRST);
 219
 220         /* Set PTEVADDR special register to the start of the page
 221          * table, which is in kernel mappable space (ie. not
 222          * statically mapped).  This register's value is undefined on
 223          * reset.
 224          */
 225         set_ptevaddr_register (PGTABLE_START);
 226 }
 227
 228 /*
 229  * Initialize memory pages.
 230  */
 231
 232 void __init mem_init(void)
 233 {
 234         unsigned long codesize, reservedpages, datasize, initsize;
 235         unsigned long highmemsize, tmp, ram;
 236
 237         max_mapnr = num_physpages = max_low_pfn;
 238         high_memory = (void *) __va(max_mapnr << PAGE_SHIFT);
 239         highmemsize = 0;
 240
 241 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 242 #error HIGHGMEM not implemented in init.c
 243 #endif
 244
 245         totalram_pages += free_all_bootmem();
 246
 247         reservedpages = ram = 0;
 248         for (tmp = 0; tmp < max_low_pfn; tmp++) {
 249                 ram++;
 250                 if (PageReserved(mem_map+tmp))
 251                         reservedpages++;
 252         }
 253
 254         codesize =  (unsigned long) &_etext - (unsigned long) &_ftext;
 255         datasize =  (unsigned long) &_edata - (unsigned long) &_fdata;
 256         initsize =  (unsigned long) &__init_end - (unsigned long) &__init_begin;
 257
 258         printk("Memory: %luk/%luk available (%ldk kernel code, %ldk reserved, "
 259                "%ldk data, %ldk init %ldk highmem)\n",
 260                (unsigned long) nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10),
 261                ram << (PAGE_SHIFT-10),
 262                codesize >> 10,
 263                reservedpages << (PAGE_SHIFT-10),
 264                datasize >> 10,
 265                initsize >> 10,
 266                highmemsize >> 10);
 267 }
 268
 269 void
 270 free_reserved_mem(void *start, void *end)
 271 {
 272         for (; start < end; start += PAGE_SIZE) {
 273                 ClearPageReserved(virt_to_page(start));
 274                 init_page_count(virt_to_page(start));
 275                 free_page((unsigned long)start);
 276                 totalram_pages++;
 277         }
 278 }
 279
 280 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 281 extern int initrd_is_mapped;
 282
 283 void free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 284 {
 285         if (initrd_is_mapped) {
 286                 free_reserved_mem((void*)start, (void*)end);
 287                 printk ("Freeing initrd memory: %ldk freed\n",(end-start)>>10);
 288         }
 289 }
 290 #endif
 291
 292 void free_initmem(void)
 293 {
 294         free_reserved_mem(&__init_begin, &__init_end);
 295         printk("Freeing unused kernel memory: %dk freed\n",
 296                (&__init_end - &__init_begin) >> 10);
 297 }
 298
 299 void show_mem(void)
 300 {
 301         int i, free = 0, total = 0, reserved = 0;
 302         int shared = 0, cached = 0;
 303
 304         printk("Mem-info:\n");
 305         show_free_areas();
 306         printk("Free swap:       %6ldkB\n", nr_swap_pages<<(PAGE_SHIFT-10));
 307         i = max_mapnr;
 308         while (i-- > 0) {
 309                 total++;
 310                 if (PageReserved(mem_map+i))
 311                         reserved++;
 312                 else if (PageSwapCache(mem_map+i))
 313                         cached++;
 314                 else if (!page_count(mem_map + i))
 315                         free++;
 316                 else
 317                         shared += page_count(mem_map + i) - 1;
 318         }
 319         printk("%d pages of RAM\n", total);
 320         printk("%d reserved pages\n", reserved);
 321         printk("%d pages shared\n", shared);
 322         printk("%d pages swap cached\n",cached);
 323         printk("%d free pages\n", free);
 324 }
 325
 326 /* ------------------------------------------------------------------------- */
 327
 328 #if (DCACHE_WAY_SIZE > PAGE_SIZE)
 329
 330 /*
 331  * With cache aliasing, the page color of the page in kernel space and user
 332  * space might mismatch. We temporarily map the page to a different virtual
 333  * address with the same color and clear the page there.
 334  */
 335
 336 void clear_user_page(void *kaddr, unsigned long vaddr, struct page* page)
 337 {
 338
 339         /*  There shouldn't be any entries for this page. */
 340
 341         __flush_invalidate_dcache_page_phys(__pa(page_address(page)));
 342
 343         if (!PAGE_COLOR_EQ(vaddr, kaddr)) {
 344                 unsigned long v, p;
 345
 346                 /* Temporarily map page to DTLB_WAY_DCACHE_ALIAS0. */
 347
 348                 spin_lock(&tlb_lock);
 349
 350                 p = (unsigned long)pte_val((mk_pte(page,PAGE_KERNEL)));
 351                 kaddr = (void*)PAGE_COLOR_MAP0(vaddr);
 352                 v = (unsigned long)kaddr | DTLB_WAY_DCACHE_ALIAS0;
 353                 __asm__ __volatile__("wdtlb %0,%1; dsync" : :"a" (p), "a" (v));
 354
 355                 clear_page(kaddr);
 356
 357                 spin_unlock(&tlb_lock);
 358         } else {
 359                 clear_page(kaddr);
 360         }
 361
 362         /* We need to make sure that i$ and d$ are coherent. */
 363
 364         clear_bit(PG_cache_clean, &page->flags);
 365 }
 366
 367 /*
 368  * With cache aliasing, we have to make sure that the page color of the page
 369  * in kernel space matches that of the virtual user address before we read
 370  * the page. If the page color differ, we create a temporary DTLB entry with
 371  * the corrent page color and use this 'temporary' address as the source.
 372  * We then use the same approach as in clear_user_page and copy the data
 373  * to the kernel space and clear the PG_cache_clean bit to synchronize caches
 374  * later.
 375  *
 376  * Note:
 377  * Instead of using another 'way' for the temporary DTLB entry, we could
 378  * probably use the same entry that points to the kernel address (after
 379  * saving the original value and restoring it when we are done).
 380  */
 381
 382 void copy_user_page(void* to, void* from, unsigned long vaddr,
 383                     struct page* to_page)
 384 {
 385         /* There shouldn't be any entries for the new page. */
 386
 387         __flush_invalidate_dcache_page_phys(__pa(page_address(to_page)));
 388
 389         spin_lock(&tlb_lock);
 390
 391         if (!PAGE_COLOR_EQ(vaddr, from)) {
 392                 unsigned long v, p, t;
 393
 394                 __asm__ __volatile__ ("pdtlb %1,%2; rdtlb1 %0,%1"
 395                                       : "=a"(p), "=a"(t) : "a"(from));
 396                 from = (void*)PAGE_COLOR_MAP0(vaddr);
 397                 v = (unsigned long)from | DTLB_WAY_DCACHE_ALIAS0;
 398                 __asm__ __volatile__ ("wdtlb %0,%1; dsync" ::"a" (p), "a" (v));
 399         }
 400
 401         if (!PAGE_COLOR_EQ(vaddr, to)) {
 402                 unsigned long v, p;
 403
 404                 p = (unsigned long)pte_val((mk_pte(to_page,PAGE_KERNEL)));
 405                 to = (void*)PAGE_COLOR_MAP1(vaddr);
 406                 v = (unsigned long)to | DTLB_WAY_DCACHE_ALIAS1;
 407                 __asm__ __volatile__ ("wdtlb %0,%1; dsync" ::"a" (p), "a" (v));
 408         }
 409         copy_page(to, from);
 410
 411         spin_unlock(&tlb_lock);
 412
 413         /* We need to make sure that i$ and d$ are coherent. */
 414
 415         clear_bit(PG_cache_clean, &to_page->flags);
 416 }
 417
 418
 419
 420 /*
 421  * Any time the kernel writes to a user page cache page, or it is about to
 422  * read from a page cache page this routine is called.
 423  *
 424  * Note:
 425  * The kernel currently only provides one architecture bit in the page
 426  * flags that we use for I$/D$ coherency. Maybe, in future, we can
 427  * use a sepearte bit for deferred dcache aliasing:
 428  * If the page is not mapped yet, we only need to set a flag,
 429  * if mapped, we need to invalidate the page.
 430  */
 431 // FIXME: we probably need this for WB caches not only for Page Coloring..
 432
 433 void flush_dcache_page(struct page *page)
 434 {
 435         unsigned long addr = __pa(page_address(page));
 436         struct address_space *mapping = page_mapping(page);
 437
 438         __flush_invalidate_dcache_page_phys(addr);
 439
 440         if (!test_bit(PG_cache_clean, &page->flags))
 441                 return;
 442
 443         /* If this page hasn't been mapped, yet, handle I$/D$ coherency later.*/
 444 #if 0
 445         if (mapping && !mapping_mapped(mapping))
 446                 clear_bit(PG_cache_clean, &page->flags);
 447         else
 448 #endif
 449                 __invalidate_icache_page_phys(addr);
 450 }
 451
 452 void flush_cache_range(struct vm_area_struct* vma, unsigned long s,
 453                        unsigned long e)
 454 {
 455         __flush_invalidate_cache_all();
 456 }
 457
 458 void flush_cache_page(struct vm_area_struct* vma, unsigned long address,
 459                       unsigned long pfn)
 460 {
 461         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
 462
 463         /* Remove any entry for the old mapping. */
 464
 465         if (current->active_mm == vma->vm_mm) {
 466                 unsigned long addr = __pa(page_address(page));
 467                 __flush_invalidate_dcache_page_phys(addr);
 468                 if ((vma->vm_flags & VM_EXEC) != 0)
 469                         __invalidate_icache_page_phys(addr);
 470         } else {
 471                 BUG();
 472         }
 473 }
 474
 475 #endif  /* (DCACHE_WAY_SIZE > PAGE_SIZE) */
 476
 477
 478 pte_t* pte_alloc_one_kernel (struct mm_struct* mm, unsigned long addr)
 479 {
 480         pte_t* pte = (pte_t*)__get_free_pages(GFP_KERNEL|__GFP_REPEAT, 0);
 481         if (likely(pte)) {
 482                 pte_t* ptep = (pte_t*)(pte_val(*pte) + PAGE_OFFSET);
 483                 int i;
 484                 for (i = 0; i < 1024; i++, ptep++)
 485                         pte_clear(mm, addr, ptep);
 486         }
 487         return pte;
 488 }
 489
 490 struct page* pte_alloc_one(struct mm_struct *mm, unsigned long addr)
 491 {
 492         struct page *page;
 493
 494         page = alloc_pages(GFP_KERNEL | __GFP_REPEAT, 0);
 495
 496         if (likely(page)) {
 497                 pte_t* ptep = kmap_atomic(page, KM_USER0);
 498                 int i;
 499
 500                 for (i = 0; i < 1024; i++, ptep++)
 501                         pte_clear(mm, addr, ptep);
 502
 503                 kunmap_atomic(ptep, KM_USER0);
 504         }
 505         return page;
 506 }
 507
 508
 509 /*
 510  * Handle D$/I$ coherency.
 511  *
 512  * Note:
 513  * We only have one architecture bit for the page flags, so we cannot handle
 514  * cache aliasing, yet.
 515  */
 516
 517 void
 518 update_mmu_cache(struct vm_area_struct * vma, unsigned long addr, pte_t pte)
 519 {
 520         unsigned long pfn = pte_pfn(pte);
 521         struct page *page;
 522         unsigned long vaddr = addr & PAGE_MASK;
 523
 524         if (!pfn_valid(pfn))
 525                 return;
 526
 527         page = pfn_to_page(pfn);
 528
 529         invalidate_itlb_mapping(addr);
 530         invalidate_dtlb_mapping(addr);
 531
 532         /* We have a new mapping. Use it. */
 533
 534         write_dtlb_entry(pte, dtlb_probe(addr));
 535
 536         /* If the processor can execute from this page, synchronize D$/I$. */
 537
 538         if ((vma->vm_flags & VM_EXEC) != 0) {
 539
 540                 write_itlb_entry(pte, itlb_probe(addr));
 541
 542                 /* Synchronize caches, if not clean. */
 543
 544                 if (!test_and_set_bit(PG_cache_clean, &page->flags)) {
 545                         __flush_dcache_page(vaddr);
 546                         __invalidate_icache_page(vaddr);
 547                 }
 548         }
 549 }
 550