Add qemu 2.4.0
[kvmfornfv.git] / qemu / target-ppc / mmu-hash64.c
1 /*
2  *  PowerPC MMU, TLB, SLB and BAT emulation helpers for QEMU.
3  *
4  *  Copyright (c) 2003-2007 Jocelyn Mayer
5  *  Copyright (c) 2013 David Gibson, IBM Corporation
6  *
7  * This library is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * This library is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with this library; if not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19  */
20 #include "cpu.h"
21 #include "exec/helper-proto.h"
22 #include "sysemu/kvm.h"
23 #include "kvm_ppc.h"
24 #include "mmu-hash64.h"
25
26 //#define DEBUG_MMU
27 //#define DEBUG_SLB
28
29 #ifdef DEBUG_MMU
30 #  define LOG_MMU_STATE(cpu) log_cpu_state((cpu), 0)
31 #else
32 #  define LOG_MMU_STATE(cpu) do { } while (0)
33 #endif
34
35 #ifdef DEBUG_SLB
36 #  define LOG_SLB(...) qemu_log(__VA_ARGS__)
37 #else
38 #  define LOG_SLB(...) do { } while (0)
39 #endif
40
41 /*
42  * Used to indicate whether we have allocated htab in the
43  * host kernel
44  */
45 bool kvmppc_kern_htab;
46 /*
47  * SLB handling
48  */
49
50 static ppc_slb_t *slb_lookup(CPUPPCState *env, target_ulong eaddr)
51 {
52     uint64_t esid_256M, esid_1T;
53     int n;
54
55     LOG_SLB("%s: eaddr " TARGET_FMT_lx "\n", __func__, eaddr);
56
57     esid_256M = (eaddr & SEGMENT_MASK_256M) | SLB_ESID_V;
58     esid_1T = (eaddr & SEGMENT_MASK_1T) | SLB_ESID_V;
59
60     for (n = 0; n < env->slb_nr; n++) {
61         ppc_slb_t *slb = &env->slb[n];
62
63         LOG_SLB("%s: slot %d %016" PRIx64 " %016"
64                     PRIx64 "\n", __func__, n, slb->esid, slb->vsid);
65         /* We check for 1T matches on all MMUs here - if the MMU
66          * doesn't have 1T segment support, we will have prevented 1T
67          * entries from being inserted in the slbmte code. */
68         if (((slb->esid == esid_256M) &&
69              ((slb->vsid & SLB_VSID_B) == SLB_VSID_B_256M))
70             || ((slb->esid == esid_1T) &&
71                 ((slb->vsid & SLB_VSID_B) == SLB_VSID_B_1T))) {
72             return slb;
73         }
74     }
75
76     return NULL;
77 }
78
79 void dump_slb(FILE *f, fprintf_function cpu_fprintf, CPUPPCState *env)
80 {
81     int i;
82     uint64_t slbe, slbv;
83
84     cpu_synchronize_state(CPU(ppc_env_get_cpu(env)));
85
86     cpu_fprintf(f, "SLB\tESID\t\t\tVSID\n");
87     for (i = 0; i < env->slb_nr; i++) {
88         slbe = env->slb[i].esid;
89         slbv = env->slb[i].vsid;
90         if (slbe == 0 && slbv == 0) {
91             continue;
92         }
93         cpu_fprintf(f, "%d\t0x%016" PRIx64 "\t0x%016" PRIx64 "\n",
94                     i, slbe, slbv);
95     }
96 }
97
98 void helper_slbia(CPUPPCState *env)
99 {
100     PowerPCCPU *cpu = ppc_env_get_cpu(env);
101     int n, do_invalidate;
102
103     do_invalidate = 0;
104     /* XXX: Warning: slbia never invalidates the first segment */
105     for (n = 1; n < env->slb_nr; n++) {
106         ppc_slb_t *slb = &env->slb[n];
107
108         if (slb->esid & SLB_ESID_V) {
109             slb->esid &= ~SLB_ESID_V;
110             /* XXX: given the fact that segment size is 256 MB or 1TB,
111              *      and we still don't have a tlb_flush_mask(env, n, mask)
112              *      in QEMU, we just invalidate all TLBs
113              */
114             do_invalidate = 1;
115         }
116     }
117     if (do_invalidate) {
118         tlb_flush(CPU(cpu), 1);
119     }
120 }
121
122 void helper_slbie(CPUPPCState *env, target_ulong addr)
123 {
124     PowerPCCPU *cpu = ppc_env_get_cpu(env);
125     ppc_slb_t *slb;
126
127     slb = slb_lookup(env, addr);
128     if (!slb) {
129         return;
130     }
131
132     if (slb->esid & SLB_ESID_V) {
133         slb->esid &= ~SLB_ESID_V;
134
135         /* XXX: given the fact that segment size is 256 MB or 1TB,
136          *      and we still don't have a tlb_flush_mask(env, n, mask)
137          *      in QEMU, we just invalidate all TLBs
138          */
139         tlb_flush(CPU(cpu), 1);
140     }
141 }
142
143 int ppc_store_slb(CPUPPCState *env, target_ulong rb, target_ulong rs)
144 {
145     int slot = rb & 0xfff;
146     ppc_slb_t *slb = &env->slb[slot];
147
148     if (rb & (0x1000 - env->slb_nr)) {
149         return -1; /* Reserved bits set or slot too high */
150     }
151     if (rs & (SLB_VSID_B & ~SLB_VSID_B_1T)) {
152         return -1; /* Bad segment size */
153     }
154     if ((rs & SLB_VSID_B) && !(env->mmu_model & POWERPC_MMU_1TSEG)) {
155         return -1; /* 1T segment on MMU that doesn't support it */
156     }
157
158     /* Mask out the slot number as we store the entry */
159     slb->esid = rb & (SLB_ESID_ESID | SLB_ESID_V);
160     slb->vsid = rs;
161
162     LOG_SLB("%s: %d " TARGET_FMT_lx " - " TARGET_FMT_lx " => %016" PRIx64
163             " %016" PRIx64 "\n", __func__, slot, rb, rs,
164             slb->esid, slb->vsid);
165
166     return 0;
167 }
168
169 static int ppc_load_slb_esid(CPUPPCState *env, target_ulong rb,
170                              target_ulong *rt)
171 {
172     int slot = rb & 0xfff;
173     ppc_slb_t *slb = &env->slb[slot];
174
175     if (slot >= env->slb_nr) {
176         return -1;
177     }
178
179     *rt = slb->esid;
180     return 0;
181 }
182
183 static int ppc_load_slb_vsid(CPUPPCState *env, target_ulong rb,
184                              target_ulong *rt)
185 {
186     int slot = rb & 0xfff;
187     ppc_slb_t *slb = &env->slb[slot];
188
189     if (slot >= env->slb_nr) {
190         return -1;
191     }
192
193     *rt = slb->vsid;
194     return 0;
195 }
196
197 void helper_store_slb(CPUPPCState *env, target_ulong rb, target_ulong rs)
198 {
199     if (ppc_store_slb(env, rb, rs) < 0) {
200         helper_raise_exception_err(env, POWERPC_EXCP_PROGRAM,
201                                    POWERPC_EXCP_INVAL);
202     }
203 }
204
205 target_ulong helper_load_slb_esid(CPUPPCState *env, target_ulong rb)
206 {
207     target_ulong rt = 0;
208
209     if (ppc_load_slb_esid(env, rb, &rt) < 0) {
210         helper_raise_exception_err(env, POWERPC_EXCP_PROGRAM,
211                                    POWERPC_EXCP_INVAL);
212     }
213     return rt;
214 }
215
216 target_ulong helper_load_slb_vsid(CPUPPCState *env, target_ulong rb)
217 {
218     target_ulong rt = 0;
219
220     if (ppc_load_slb_vsid(env, rb, &rt) < 0) {
221         helper_raise_exception_err(env, POWERPC_EXCP_PROGRAM,
222                                    POWERPC_EXCP_INVAL);
223     }
224     return rt;
225 }
226
227 /*
228  * 64-bit hash table MMU handling
229  */
230
231 static int ppc_hash64_pte_prot(CPUPPCState *env,
232                                ppc_slb_t *slb, ppc_hash_pte64_t pte)
233 {
234     unsigned pp, key;
235     /* Some pp bit combinations have undefined behaviour, so default
236      * to no access in those cases */
237     int prot = 0;
238
239     key = !!(msr_pr ? (slb->vsid & SLB_VSID_KP)
240              : (slb->vsid & SLB_VSID_KS));
241     pp = (pte.pte1 & HPTE64_R_PP) | ((pte.pte1 & HPTE64_R_PP0) >> 61);
242
243     if (key == 0) {
244         switch (pp) {
245         case 0x0:
246         case 0x1:
247         case 0x2:
248             prot = PAGE_READ | PAGE_WRITE;
249             break;
250
251         case 0x3:
252         case 0x6:
253             prot = PAGE_READ;
254             break;
255         }
256     } else {
257         switch (pp) {
258         case 0x0:
259         case 0x6:
260             prot = 0;
261             break;
262
263         case 0x1:
264         case 0x3:
265             prot = PAGE_READ;
266             break;
267
268         case 0x2:
269             prot = PAGE_READ | PAGE_WRITE;
270             break;
271         }
272     }
273
274     /* No execute if either noexec or guarded bits set */
275     if (!(pte.pte1 & HPTE64_R_N) || (pte.pte1 & HPTE64_R_G)
276         || (slb->vsid & SLB_VSID_N)) {
277         prot |= PAGE_EXEC;
278     }
279
280     return prot;
281 }
282
283 static int ppc_hash64_amr_prot(CPUPPCState *env, ppc_hash_pte64_t pte)
284 {
285     int key, amrbits;
286     int prot = PAGE_READ | PAGE_WRITE | PAGE_EXEC;
287
288
289     /* Only recent MMUs implement Virtual Page Class Key Protection */
290     if (!(env->mmu_model & POWERPC_MMU_AMR)) {
291         return prot;
292     }
293
294     key = HPTE64_R_KEY(pte.pte1);
295     amrbits = (env->spr[SPR_AMR] >> 2*(31 - key)) & 0x3;
296
297     /* fprintf(stderr, "AMR protection: key=%d AMR=0x%" PRIx64 "\n", key, */
298     /*         env->spr[SPR_AMR]); */
299
300     /*
301      * A store is permitted if the AMR bit is 0. Remove write
302      * protection if it is set.
303      */
304     if (amrbits & 0x2) {
305         prot &= ~PAGE_WRITE;
306     }
307     /*
308      * A load is permitted if the AMR bit is 0. Remove read
309      * protection if it is set.
310      */
311     if (amrbits & 0x1) {
312         prot &= ~PAGE_READ;
313     }
314
315     return prot;
316 }
317
318 uint64_t ppc_hash64_start_access(PowerPCCPU *cpu, target_ulong pte_index)
319 {
320     uint64_t token = 0;
321     hwaddr pte_offset;
322
323     pte_offset = pte_index * HASH_PTE_SIZE_64;
324     if (kvmppc_kern_htab) {
325         /*
326          * HTAB is controlled by KVM. Fetch the PTEG into a new buffer.
327          */
328         token = kvmppc_hash64_read_pteg(cpu, pte_index);
329         if (token) {
330             return token;
331         }
332         /*
333          * pteg read failed, even though we have allocated htab via
334          * kvmppc_reset_htab.
335          */
336         return 0;
337     }
338     /*
339      * HTAB is controlled by QEMU. Just point to the internally
340      * accessible PTEG.
341      */
342     if (cpu->env.external_htab) {
343         token = (uint64_t)(uintptr_t) cpu->env.external_htab + pte_offset;
344     } else if (cpu->env.htab_base) {
345         token = cpu->env.htab_base + pte_offset;
346     }
347     return token;
348 }
349
350 void ppc_hash64_stop_access(uint64_t token)
351 {
352     if (kvmppc_kern_htab) {
353         kvmppc_hash64_free_pteg(token);
354     }
355 }
356
357 static hwaddr ppc_hash64_pteg_search(CPUPPCState *env, hwaddr hash,
358                                      bool secondary, target_ulong ptem,
359                                      ppc_hash_pte64_t *pte)
360 {
361     int i;
362     uint64_t token;
363     target_ulong pte0, pte1;
364     target_ulong pte_index;
365
366     pte_index = (hash & env->htab_mask) * HPTES_PER_GROUP;
367     token = ppc_hash64_start_access(ppc_env_get_cpu(env), pte_index);
368     if (!token) {
369         return -1;
370     }
371     for (i = 0; i < HPTES_PER_GROUP; i++) {
372         pte0 = ppc_hash64_load_hpte0(env, token, i);
373         pte1 = ppc_hash64_load_hpte1(env, token, i);
374
375         if ((pte0 & HPTE64_V_VALID)
376             && (secondary == !!(pte0 & HPTE64_V_SECONDARY))
377             && HPTE64_V_COMPARE(pte0, ptem)) {
378             pte->pte0 = pte0;
379             pte->pte1 = pte1;
380             ppc_hash64_stop_access(token);
381             return (pte_index + i) * HASH_PTE_SIZE_64;
382         }
383     }
384     ppc_hash64_stop_access(token);
385     /*
386      * We didn't find a valid entry.
387      */
388     return -1;
389 }
390
391 static uint64_t ppc_hash64_page_shift(ppc_slb_t *slb)
392 {
393     uint64_t epnshift;
394
395     /* Page size according to the SLB, which we use to generate the
396      * EPN for hash table lookup..  When we implement more recent MMU
397      * extensions this might be different from the actual page size
398      * encoded in the PTE */
399     if ((slb->vsid & SLB_VSID_LLP_MASK) == SLB_VSID_4K) {
400         epnshift = TARGET_PAGE_BITS;
401     } else if ((slb->vsid & SLB_VSID_LLP_MASK) == SLB_VSID_64K) {
402         epnshift = TARGET_PAGE_BITS_64K;
403     } else {
404         epnshift = TARGET_PAGE_BITS_16M;
405     }
406     return epnshift;
407 }
408
409 static hwaddr ppc_hash64_htab_lookup(CPUPPCState *env,
410                                      ppc_slb_t *slb, target_ulong eaddr,
411                                      ppc_hash_pte64_t *pte)
412 {
413     hwaddr pte_offset;
414     hwaddr hash;
415     uint64_t vsid, epnshift, epnmask, epn, ptem;
416
417     epnshift = ppc_hash64_page_shift(slb);
418     epnmask = ~((1ULL << epnshift) - 1);
419
420     if (slb->vsid & SLB_VSID_B) {
421         /* 1TB segment */
422         vsid = (slb->vsid & SLB_VSID_VSID) >> SLB_VSID_SHIFT_1T;
423         epn = (eaddr & ~SEGMENT_MASK_1T) & epnmask;
424         hash = vsid ^ (vsid << 25) ^ (epn >> epnshift);
425     } else {
426         /* 256M segment */
427         vsid = (slb->vsid & SLB_VSID_VSID) >> SLB_VSID_SHIFT;
428         epn = (eaddr & ~SEGMENT_MASK_256M) & epnmask;
429         hash = vsid ^ (epn >> epnshift);
430     }
431     ptem = (slb->vsid & SLB_VSID_PTEM) | ((epn >> 16) & HPTE64_V_AVPN);
432
433     /* Page address translation */
434     qemu_log_mask(CPU_LOG_MMU,
435             "htab_base " TARGET_FMT_plx " htab_mask " TARGET_FMT_plx
436             " hash " TARGET_FMT_plx "\n",
437             env->htab_base, env->htab_mask, hash);
438
439     /* Primary PTEG lookup */
440     qemu_log_mask(CPU_LOG_MMU,
441             "0 htab=" TARGET_FMT_plx "/" TARGET_FMT_plx
442             " vsid=" TARGET_FMT_lx " ptem=" TARGET_FMT_lx
443             " hash=" TARGET_FMT_plx "\n",
444             env->htab_base, env->htab_mask, vsid, ptem,  hash);
445     pte_offset = ppc_hash64_pteg_search(env, hash, 0, ptem, pte);
446
447     if (pte_offset == -1) {
448         /* Secondary PTEG lookup */
449         qemu_log_mask(CPU_LOG_MMU,
450                 "1 htab=" TARGET_FMT_plx "/" TARGET_FMT_plx
451                 " vsid=" TARGET_FMT_lx " api=" TARGET_FMT_lx
452                 " hash=" TARGET_FMT_plx "\n", env->htab_base,
453                 env->htab_mask, vsid, ptem, ~hash);
454
455         pte_offset = ppc_hash64_pteg_search(env, ~hash, 1, ptem, pte);
456     }
457
458     return pte_offset;
459 }
460
461 static hwaddr ppc_hash64_pte_raddr(ppc_slb_t *slb, ppc_hash_pte64_t pte,
462                                    target_ulong eaddr)
463 {
464     hwaddr mask;
465     int target_page_bits;
466     hwaddr rpn = pte.pte1 & HPTE64_R_RPN;
467     /*
468      * We support 4K, 64K and 16M now
469      */
470     target_page_bits = ppc_hash64_page_shift(slb);
471     mask = (1ULL << target_page_bits) - 1;
472     return (rpn & ~mask) | (eaddr & mask);
473 }
474
475 int ppc_hash64_handle_mmu_fault(PowerPCCPU *cpu, target_ulong eaddr,
476                                 int rwx, int mmu_idx)
477 {
478     CPUState *cs = CPU(cpu);
479     CPUPPCState *env = &cpu->env;
480     ppc_slb_t *slb;
481     hwaddr pte_offset;
482     ppc_hash_pte64_t pte;
483     int pp_prot, amr_prot, prot;
484     uint64_t new_pte1;
485     const int need_prot[] = {PAGE_READ, PAGE_WRITE, PAGE_EXEC};
486     hwaddr raddr;
487
488     assert((rwx == 0) || (rwx == 1) || (rwx == 2));
489
490     /* 1. Handle real mode accesses */
491     if (((rwx == 2) && (msr_ir == 0)) || ((rwx != 2) && (msr_dr == 0))) {
492         /* Translation is off */
493         /* In real mode the top 4 effective address bits are ignored */
494         raddr = eaddr & 0x0FFFFFFFFFFFFFFFULL;
495         tlb_set_page(cs, eaddr & TARGET_PAGE_MASK, raddr & TARGET_PAGE_MASK,
496                      PAGE_READ | PAGE_WRITE | PAGE_EXEC, mmu_idx,
497                      TARGET_PAGE_SIZE);
498         return 0;
499     }
500
501     /* 2. Translation is on, so look up the SLB */
502     slb = slb_lookup(env, eaddr);
503
504     if (!slb) {
505         if (rwx == 2) {
506             cs->exception_index = POWERPC_EXCP_ISEG;
507             env->error_code = 0;
508         } else {
509             cs->exception_index = POWERPC_EXCP_DSEG;
510             env->error_code = 0;
511             env->spr[SPR_DAR] = eaddr;
512         }
513         return 1;
514     }
515
516     /* 3. Check for segment level no-execute violation */
517     if ((rwx == 2) && (slb->vsid & SLB_VSID_N)) {
518         cs->exception_index = POWERPC_EXCP_ISI;
519         env->error_code = 0x10000000;
520         return 1;
521     }
522
523     /* 4. Locate the PTE in the hash table */
524     pte_offset = ppc_hash64_htab_lookup(env, slb, eaddr, &pte);
525     if (pte_offset == -1) {
526         if (rwx == 2) {
527             cs->exception_index = POWERPC_EXCP_ISI;
528             env->error_code = 0x40000000;
529         } else {
530             cs->exception_index = POWERPC_EXCP_DSI;
531             env->error_code = 0;
532             env->spr[SPR_DAR] = eaddr;
533             if (rwx == 1) {
534                 env->spr[SPR_DSISR] = 0x42000000;
535             } else {
536                 env->spr[SPR_DSISR] = 0x40000000;
537             }
538         }
539         return 1;
540     }
541     qemu_log_mask(CPU_LOG_MMU,
542                 "found PTE at offset %08" HWADDR_PRIx "\n", pte_offset);
543
544     /* 5. Check access permissions */
545
546     pp_prot = ppc_hash64_pte_prot(env, slb, pte);
547     amr_prot = ppc_hash64_amr_prot(env, pte);
548     prot = pp_prot & amr_prot;
549
550     if ((need_prot[rwx] & ~prot) != 0) {
551         /* Access right violation */
552         qemu_log_mask(CPU_LOG_MMU, "PTE access rejected\n");
553         if (rwx == 2) {
554             cs->exception_index = POWERPC_EXCP_ISI;
555             env->error_code = 0x08000000;
556         } else {
557             target_ulong dsisr = 0;
558
559             cs->exception_index = POWERPC_EXCP_DSI;
560             env->error_code = 0;
561             env->spr[SPR_DAR] = eaddr;
562             if (need_prot[rwx] & ~pp_prot) {
563                 dsisr |= 0x08000000;
564             }
565             if (rwx == 1) {
566                 dsisr |= 0x02000000;
567             }
568             if (need_prot[rwx] & ~amr_prot) {
569                 dsisr |= 0x00200000;
570             }
571             env->spr[SPR_DSISR] = dsisr;
572         }
573         return 1;
574     }
575
576     qemu_log_mask(CPU_LOG_MMU, "PTE access granted !\n");
577
578     /* 6. Update PTE referenced and changed bits if necessary */
579
580     new_pte1 = pte.pte1 | HPTE64_R_R; /* set referenced bit */
581     if (rwx == 1) {
582         new_pte1 |= HPTE64_R_C; /* set changed (dirty) bit */
583     } else {
584         /* Treat the page as read-only for now, so that a later write
585          * will pass through this function again to set the C bit */
586         prot &= ~PAGE_WRITE;
587     }
588
589     if (new_pte1 != pte.pte1) {
590         ppc_hash64_store_hpte(env, pte_offset / HASH_PTE_SIZE_64,
591                               pte.pte0, new_pte1);
592     }
593
594     /* 7. Determine the real address from the PTE */
595
596     raddr = ppc_hash64_pte_raddr(slb, pte, eaddr);
597
598     tlb_set_page(cs, eaddr & TARGET_PAGE_MASK, raddr & TARGET_PAGE_MASK,
599                  prot, mmu_idx, TARGET_PAGE_SIZE);
600
601     return 0;
602 }
603
604 hwaddr ppc_hash64_get_phys_page_debug(CPUPPCState *env, target_ulong addr)
605 {
606     ppc_slb_t *slb;
607     hwaddr pte_offset;
608     ppc_hash_pte64_t pte;
609
610     if (msr_dr == 0) {
611         /* In real mode the top 4 effective address bits are ignored */
612         return addr & 0x0FFFFFFFFFFFFFFFULL;
613     }
614
615     slb = slb_lookup(env, addr);
616     if (!slb) {
617         return -1;
618     }
619
620     pte_offset = ppc_hash64_htab_lookup(env, slb, addr, &pte);
621     if (pte_offset == -1) {
622         return -1;
623     }
624
625     return ppc_hash64_pte_raddr(slb, pte, addr) & TARGET_PAGE_MASK;
626 }
627
628 void ppc_hash64_store_hpte(CPUPPCState *env,
629                            target_ulong pte_index,
630                            target_ulong pte0, target_ulong pte1)
631 {
632     CPUState *cs = CPU(ppc_env_get_cpu(env));
633
634     if (kvmppc_kern_htab) {
635         kvmppc_hash64_write_pte(env, pte_index, pte0, pte1);
636         return;
637     }
638
639     pte_index *= HASH_PTE_SIZE_64;
640     if (env->external_htab) {
641         stq_p(env->external_htab + pte_index, pte0);
642         stq_p(env->external_htab + pte_index + HASH_PTE_SIZE_64/2, pte1);
643     } else {
644         stq_phys(cs->as, env->htab_base + pte_index, pte0);
645         stq_phys(cs->as, env->htab_base + pte_index + HASH_PTE_SIZE_64/2, pte1);
646     }
647 }