kernel/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 #include <asm/memblock.h>
  29
  30 #include <mach/map.h>
  31
  32 #include "mm.h"
  33
  34 /*
  35  * empty_zero_page is a special page that is used for
  36  * zero-initialized data and COW.
  37  */
  38 struct page *empty_zero_page;
  39 EXPORT_SYMBOL(empty_zero_page);
  40
  41 /*
  42  * The pmd table for the upper-most set of pages.
  43  */
  44 pmd_t *top_pmd;
  45
  46 pgprot_t pgprot_user;
  47 EXPORT_SYMBOL(pgprot_user);
  48
  49 pgprot_t pgprot_kernel;
  50 EXPORT_SYMBOL(pgprot_kernel);
  51
  52 static int __init noalign_setup(char *__unused)
  53 {
  54         cr_alignment &= ~CR_A;
  55         cr_no_alignment &= ~CR_A;
  56         set_cr(cr_alignment);
  57         return 1;
  58 }
  59 __setup("noalign", noalign_setup);
  60
  61 void adjust_cr(unsigned long mask, unsigned long set)
  62 {
  63         unsigned long flags;
  64
  65         mask &= ~CR_A;
  66
  67         set &= mask;
  68
  69         local_irq_save(flags);
  70
  71         cr_no_alignment = (cr_no_alignment & ~mask) | set;
  72         cr_alignment = (cr_alignment & ~mask) | set;
  73
  74         set_cr((get_cr() & ~mask) | set);
  75
  76         local_irq_restore(flags);
  77 }
  78
  79 struct map_desc {
  80         unsigned long virtual;
  81         unsigned long pfn;
  82         unsigned long length;
  83         unsigned int type;
  84 };
  85
  86 #define PROT_PTE_DEVICE         (PTE_PRESENT | PTE_YOUNG |      \
  87                                 PTE_DIRTY | PTE_READ | PTE_WRITE)
  88 #define PROT_SECT_DEVICE        (PMD_TYPE_SECT | PMD_PRESENT |  \
  89                                 PMD_SECT_READ | PMD_SECT_WRITE)
  90
  91 static struct mem_type mem_types[] = {
  92         [MT_DEVICE] = {           /* Strongly ordered */
  93                 .prot_pte       = PROT_PTE_DEVICE,
  94                 .prot_l1        = PMD_TYPE_TABLE | PMD_PRESENT,
  95                 .prot_sect      = PROT_SECT_DEVICE,
  96         },
  97         /*
  98          * MT_KUSER: pte for vecpage -- cacheable,
  99          *       and sect for unigfx mmap -- noncacheable
 100          */
 101         [MT_KUSER] = {
 102                 .prot_pte  = PTE_PRESENT | PTE_YOUNG | PTE_DIRTY |
 103                                 PTE_CACHEABLE | PTE_READ | PTE_EXEC,
 104                 .prot_l1   = PMD_TYPE_TABLE | PMD_PRESENT,
 105                 .prot_sect = PROT_SECT_DEVICE,
 106         },
 107         [MT_HIGH_VECTORS] = {
 108                 .prot_pte  = PTE_PRESENT | PTE_YOUNG | PTE_DIRTY |
 109                                 PTE_CACHEABLE | PTE_READ | PTE_WRITE |
 110                                 PTE_EXEC,
 111                 .prot_l1   = PMD_TYPE_TABLE | PMD_PRESENT,
 112         },
 113         [MT_MEMORY] = {
 114                 .prot_pte  = PTE_PRESENT | PTE_YOUNG | PTE_DIRTY |
 115                                 PTE_WRITE | PTE_EXEC,
 116                 .prot_l1   = PMD_TYPE_TABLE | PMD_PRESENT,
 117                 .prot_sect = PMD_TYPE_SECT | PMD_PRESENT | PMD_SECT_CACHEABLE |
 118                                 PMD_SECT_READ | PMD_SECT_WRITE | PMD_SECT_EXEC,
 119         },
 120         [MT_ROM] = {
 121                 .prot_sect = PMD_TYPE_SECT | PMD_PRESENT | PMD_SECT_CACHEABLE |
 122                                 PMD_SECT_READ,
 123         },
 124 };
 125
 126 const struct mem_type *get_mem_type(unsigned int type)
 127 {
 128         return type < ARRAY_SIZE(mem_types) ? &mem_types[type] : NULL;
 129 }
 130 EXPORT_SYMBOL(get_mem_type);
 131
 132 /*
 133  * Adjust the PMD section entries according to the CPU in use.
 134  */
 135 static void __init build_mem_type_table(void)
 136 {
 137         pgprot_user   = __pgprot(PTE_PRESENT | PTE_YOUNG | PTE_CACHEABLE);
 138         pgprot_kernel = __pgprot(PTE_PRESENT | PTE_YOUNG |
 139                                  PTE_DIRTY | PTE_READ | PTE_WRITE |
 140                                  PTE_EXEC | PTE_CACHEABLE);
 141 }
 142
 143 #define vectors_base()  (vectors_high() ? 0xffff0000 : 0)
 144
 145 static void __init *early_alloc(unsigned long sz)
 146 {
 147         void *ptr = __va(memblock_alloc(sz, sz));
 148         memset(ptr, 0, sz);
 149         return ptr;
 150 }
 151
 152 static pte_t * __init early_pte_alloc(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
 153                 unsigned long prot)
 154 {
 155         if (pmd_none(*pmd)) {
 156                 pte_t *pte = early_alloc(PTRS_PER_PTE * sizeof(pte_t));
 157                 __pmd_populate(pmd, __pa(pte) | prot);
 158         }
 159         BUG_ON(pmd_bad(*pmd));
 160         return pte_offset_kernel(pmd, addr);
 161 }
 162
 163 static void __init alloc_init_pte(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
 164                                   unsigned long end, unsigned long pfn,
 165                                   const struct mem_type *type)
 166 {
 167         pte_t *pte = early_pte_alloc(pmd, addr, type->prot_l1);
 168         do {
 169                 set_pte(pte, pfn_pte(pfn, __pgprot(type->prot_pte)));
 170                 pfn++;
 171         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 172 }
 173
 174 static void __init alloc_init_section(pgd_t *pgd, unsigned long addr,
 175                                       unsigned long end, unsigned long phys,
 176                                       const struct mem_type *type)
 177 {
 178         pmd_t *pmd = pmd_offset((pud_t *)pgd, addr);
 179
 180         /*
 181          * Try a section mapping - end, addr and phys must all be aligned
 182          * to a section boundary.
 183          */
 184         if (((addr | end | phys) & ~SECTION_MASK) == 0) {
 185                 pmd_t *p = pmd;
 186
 187                 do {
 188                         set_pmd(pmd, __pmd(phys | type->prot_sect));
 189                         phys += SECTION_SIZE;
 190                 } while (pmd++, addr += SECTION_SIZE, addr != end);
 191
 192                 flush_pmd_entry(p);
 193         } else {
 194                 /*
 195                  * No need to loop; pte's aren't interested in the
 196                  * individual L1 entries.
 197                  */
 198                 alloc_init_pte(pmd, addr, end, __phys_to_pfn(phys), type);
 199         }
 200 }
 201
 202 /*
 203  * Create the page directory entries and any necessary
 204  * page tables for the mapping specified by `md'.  We
 205  * are able to cope here with varying sizes and address
 206  * offsets, and we take full advantage of sections.
 207  */
 208 static void __init create_mapping(struct map_desc *md)
 209 {
 210         unsigned long phys, addr, length, end;
 211         const struct mem_type *type;
 212         pgd_t *pgd;
 213
 214         if (md->virtual != vectors_base() && md->virtual < TASK_SIZE) {
 215                 printk(KERN_WARNING "BUG: not creating mapping for "
 216                        "0x%08llx at 0x%08lx in user region\n",
 217                        __pfn_to_phys((u64)md->pfn), md->virtual);
 218                 return;
 219         }
 220
 221         if ((md->type == MT_DEVICE || md->type == MT_ROM) &&
 222             md->virtual >= PAGE_OFFSET && md->virtual < VMALLOC_END) {
 223                 printk(KERN_WARNING "BUG: mapping for 0x%08llx at 0x%08lx "
 224                        "overlaps vmalloc space\n",
 225                        __pfn_to_phys((u64)md->pfn), md->virtual);
 226         }
 227
 228         type = &mem_types[md->type];
 229
 230         addr = md->virtual & PAGE_MASK;
 231         phys = (unsigned long)__pfn_to_phys(md->pfn);
 232         length = PAGE_ALIGN(md->length + (md->virtual & ~PAGE_MASK));
 233
 234         if (type->prot_l1 == 0 && ((addr | phys | length) & ~SECTION_MASK)) {
 235                 printk(KERN_WARNING "BUG: map for 0x%08lx at 0x%08lx can not "
 236                        "be mapped using pages, ignoring.\n",
 237                        __pfn_to_phys(md->pfn), addr);
 238                 return;
 239         }
 240
 241         pgd = pgd_offset_k(addr);
 242         end = addr + length;
 243         do {
 244                 unsigned long next = pgd_addr_end(addr, end);
 245
 246                 alloc_init_section(pgd, addr, next, phys, type);
 247
 248                 phys += next - addr;
 249                 addr = next;
 250         } while (pgd++, addr != end);
 251 }
 252
 253 static void * __initdata vmalloc_min = (void *)(VMALLOC_END - SZ_128M);
 254
 255 /*
 256  * vmalloc=size forces the vmalloc area to be exactly 'size'
 257  * bytes. This can be used to increase (or decrease) the vmalloc
 258  * area - the default is 128m.
 259  */
 260 static int __init early_vmalloc(char *arg)
 261 {
 262         unsigned long vmalloc_reserve = memparse(arg, NULL);
 263
 264         if (vmalloc_reserve < SZ_16M) {
 265                 vmalloc_reserve = SZ_16M;
 266                 printk(KERN_WARNING
 267                         "vmalloc area too small, limiting to %luMB\n",
 268                         vmalloc_reserve >> 20);
 269         }
 270
 271         if (vmalloc_reserve > VMALLOC_END - (PAGE_OFFSET + SZ_32M)) {
 272                 vmalloc_reserve = VMALLOC_END - (PAGE_OFFSET + SZ_32M);
 273                 printk(KERN_WARNING
 274                         "vmalloc area is too big, limiting to %luMB\n",
 275                         vmalloc_reserve >> 20);
 276         }
 277
 278         vmalloc_min = (void *)(VMALLOC_END - vmalloc_reserve);
 279         return 0;
 280 }
 281 early_param("vmalloc", early_vmalloc);
 282
 283 static phys_addr_t lowmem_limit __initdata = SZ_1G;
 284
 285 static void __init sanity_check_meminfo(void)
 286 {
 287         int i, j;
 288
 289         lowmem_limit = __pa(vmalloc_min - 1) + 1;
 290         memblock_set_current_limit(lowmem_limit);
 291
 292         for (i = 0, j = 0; i < meminfo.nr_banks; i++) {
 293                 struct membank *bank = &meminfo.bank[j];
 294                 *bank = meminfo.bank[i];
 295                 j++;
 296         }
 297         meminfo.nr_banks = j;
 298 }
 299
 300 static inline void prepare_page_table(void)
 301 {
 302         unsigned long addr;
 303         phys_addr_t end;
 304
 305         /*
 306          * Clear out all the mappings below the kernel image.
 307          */
 308         for (addr = 0; addr < MODULES_VADDR; addr += PGDIR_SIZE)
 309                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 310
 311         for ( ; addr < PAGE_OFFSET; addr += PGDIR_SIZE)
 312                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 313
 314         /*
 315          * Find the end of the first block of lowmem.
 316          */
 317         end = memblock.memory.regions[0].base + memblock.memory.regions[0].size;
 318         if (end >= lowmem_limit)
 319                 end = lowmem_limit;
 320
 321         /*
 322          * Clear out all the kernel space mappings, except for the first
 323          * memory bank, up to the end of the vmalloc region.
 324          */
 325         for (addr = __phys_to_virt(end);
 326              addr < VMALLOC_END; addr += PGDIR_SIZE)
 327                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 328 }
 329
 330 /*
 331  * Reserve the special regions of memory
 332  */
 333 void __init uc32_mm_memblock_reserve(void)
 334 {
 335         /*
 336          * Reserve the page tables.  These are already in use,
 337          * and can only be in node 0.
 338          */
 339         memblock_reserve(__pa(swapper_pg_dir), PTRS_PER_PGD * sizeof(pgd_t));
 340 }
 341
 342 /*
 343  * Set up device the mappings.  Since we clear out the page tables for all
 344  * mappings above VMALLOC_END, we will remove any debug device mappings.
 345  * This means you have to be careful how you debug this function, or any
 346  * called function.  This means you can't use any function or debugging
 347  * method which may touch any device, otherwise the kernel _will_ crash.
 348  */
 349 static void __init devicemaps_init(void)
 350 {
 351         struct map_desc map;
 352         unsigned long addr;
 353         void *vectors;
 354
 355         /*
 356          * Allocate the vector page early.
 357          */
 358         vectors = early_alloc(PAGE_SIZE);
 359
 360         for (addr = VMALLOC_END; addr; addr += PGDIR_SIZE)
 361                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 362
 363         /*
 364          * Create a mapping for the machine vectors at the high-vectors
 365          * location (0xffff0000).  If we aren't using high-vectors, also
 366          * create a mapping at the low-vectors virtual address.
 367          */
 368         map.pfn = __phys_to_pfn(virt_to_phys(vectors));
 369         map.virtual = VECTORS_BASE;
 370         map.length = PAGE_SIZE;
 371         map.type = MT_HIGH_VECTORS;
 372         create_mapping(&map);
 373
 374         /*
 375          * Create a mapping for the kuser page at the special
 376          * location (0xbfff0000) to the same vectors location.
 377          */
 378         map.pfn = __phys_to_pfn(virt_to_phys(vectors));
 379         map.virtual = KUSER_VECPAGE_BASE;
 380         map.length = PAGE_SIZE;
 381         map.type = MT_KUSER;
 382         create_mapping(&map);
 383
 384         /*
 385          * Finally flush the caches and tlb to ensure that we're in a
 386          * consistent state wrt the writebuffer.  This also ensures that
 387          * any write-allocated cache lines in the vector page are written
 388          * back.  After this point, we can start to touch devices again.
 389          */
 390         local_flush_tlb_all();
 391         flush_cache_all();
 392 }
 393
 394 static void __init map_lowmem(void)
 395 {
 396         struct memblock_region *reg;
 397
 398         /* Map all the lowmem memory banks. */
 399         for_each_memblock(memory, reg) {
 400                 phys_addr_t start = reg->base;
 401                 phys_addr_t end = start + reg->size;
 402                 struct map_desc map;
 403
 404                 if (end > lowmem_limit)
 405                         end = lowmem_limit;
 406                 if (start >= end)
 407                         break;
 408
 409                 map.pfn = __phys_to_pfn(start);
 410                 map.virtual = __phys_to_virt(start);
 411                 map.length = end - start;
 412                 map.type = MT_MEMORY;
 413
 414                 create_mapping(&map);
 415         }
 416 }
 417
 418 /*
 419  * paging_init() sets up the page tables, initialises the zone memory
 420  * maps, and sets up the zero page, bad page and bad page tables.
 421  */
 422 void __init paging_init(void)
 423 {
 424         void *zero_page;
 425
 426         build_mem_type_table();
 427         sanity_check_meminfo();
 428         prepare_page_table();
 429         map_lowmem();
 430         devicemaps_init();
 431
 432         top_pmd = pmd_off_k(0xffff0000);
 433
 434         /* allocate the zero page. */
 435         zero_page = early_alloc(PAGE_SIZE);
 436
 437         bootmem_init();
 438
 439         empty_zero_page = virt_to_page(zero_page);
 440         __flush_dcache_page(NULL, empty_zero_page);
 441 }
 442
 443 /*
 444  * In order to soft-boot, we need to insert a 1:1 mapping in place of
 445  * the user-mode pages.  This will then ensure that we have predictable
 446  * results when turning the mmu off
 447  */
 448 void setup_mm_for_reboot(void)
 449 {
 450         unsigned long base_pmdval;
 451         pgd_t *pgd;
 452         int i;
 453
 454         /*
 455          * We need to access to user-mode page tables here. For kernel threads
 456          * we don't have any user-mode mappings so we use the context that we
 457          * "borrowed".
 458          */
 459         pgd = current->active_mm->pgd;
 460
 461         base_pmdval = PMD_SECT_WRITE | PMD_SECT_READ | PMD_TYPE_SECT;
 462
 463         for (i = 0; i < FIRST_USER_PGD_NR + USER_PTRS_PER_PGD; i++, pgd++) {
 464                 unsigned long pmdval = (i << PGDIR_SHIFT) | base_pmdval;
 465                 pmd_t *pmd;
 466
 467                 pmd = pmd_off(pgd, i << PGDIR_SHIFT);
 468                 set_pmd(pmd, __pmd(pmdval));
 469                 flush_pmd_entry(pmd);
 470         }
 471
 472         local_flush_tlb_all();
 473 }
 474
 475 /*
 476  * Take care of architecture specific things when placing a new PTE into
 477  * a page table, or changing an existing PTE.  Basically, there are two
 478  * things that we need to take care of:
 479  *
 480  *  1. If PG_dcache_clean is not set for the page, we need to ensure
 481  *     that any cache entries for the kernels virtual memory
 482  *     range are written back to the page.
 483  *  2. If we have multiple shared mappings of the same space in
 484  *     an object, we need to deal with the cache aliasing issues.
 485  *
 486  * Note that the pte lock will be held.
 487  */
 488 void update_mmu_cache(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
 489         pte_t *ptep)
 490 {
 491         unsigned long pfn = pte_pfn(*ptep);
 492         struct address_space *mapping;
 493         struct page *page;
 494
 495         if (!pfn_valid(pfn))
 496                 return;
 497
 498         /*
 499          * The zero page is never written to, so never has any dirty
 500          * cache lines, and therefore never needs to be flushed.
 501          */
 502         page = pfn_to_page(pfn);
 503         if (page == ZERO_PAGE(0))
 504                 return;
 505
 506         mapping = page_mapping(page);
 507         if (!test_and_set_bit(PG_dcache_clean, &page->flags))
 508                 __flush_dcache_page(mapping, page);
 509         if (mapping)
 510                 if (vma->vm_flags & VM_EXEC)
 511                         __flush_icache_all();
 512 }