git.oblomov.eu Git - linux-2.6/blob - arch/x86/mm/pat.c

   1 /*
   2  * Handle caching attributes in page tables (PAT)
   3  *
   4  * Authors: Venkatesh Pallipadi <venkatesh.pallipadi@intel.com>
   5  *          Suresh B Siddha <suresh.b.siddha@intel.com>
   6  *
   7  * Loosely based on earlier PAT patchset from Eric Biederman and Andi Kleen.
   8  */
   9
  10 #include <linux/mm.h>
  11 #include <linux/kernel.h>
  12 #include <linux/gfp.h>
  13 #include <linux/fs.h>
  14 #include <linux/bootmem.h>
  15
  16 #include <asm/msr.h>
  17 #include <asm/tlbflush.h>
  18 #include <asm/processor.h>
  19 #include <asm/pgtable.h>
  20 #include <asm/pat.h>
  21 #include <asm/e820.h>
  22 #include <asm/cacheflush.h>
  23 #include <asm/fcntl.h>
  24 #include <asm/mtrr.h>
  25 #include <asm/io.h>
  26
  27 int pat_wc_enabled = 1;
  28
  29 static u64 __read_mostly boot_pat_state;
  30
  31 static int nopat(char *str)
  32 {
  33         pat_wc_enabled = 0;
  34         printk(KERN_INFO "x86: PAT support disabled.\n");
  35
  36         return 0;
  37 }
  38 early_param("nopat", nopat);
  39
  40 static int pat_known_cpu(void)
  41 {
  42         if (!pat_wc_enabled)
  43                 return 0;
  44
  45         if (cpu_has_pat)
  46                 return 1;
  47
  48         pat_wc_enabled = 0;
  49         printk(KERN_INFO "CPU and/or kernel does not support PAT.\n");
  50         return 0;
  51 }
  52
  53 enum {
  54         PAT_UC = 0,             /* uncached */
  55         PAT_WC = 1,             /* Write combining */
  56         PAT_WT = 4,             /* Write Through */
  57         PAT_WP = 5,             /* Write Protected */
  58         PAT_WB = 6,             /* Write Back (default) */
  59         PAT_UC_MINUS = 7,       /* UC, but can be overriden by MTRR */
  60 };
  61
  62 #define PAT(x,y)        ((u64)PAT_ ## y << ((x)*8))
  63
  64 void pat_init(void)
  65 {
  66         u64 pat;
  67
  68 #ifndef CONFIG_X86_PAT
  69         nopat(NULL);
  70 #endif
  71
  72         /* Boot CPU enables PAT based on CPU feature */
  73         if (!smp_processor_id() && !pat_known_cpu())
  74                 return;
  75
  76         /* APs enable PAT iff boot CPU has enabled it before */
  77         if (smp_processor_id() && !pat_wc_enabled)
  78                 return;
  79
  80         /* Set PWT to Write-Combining. All other bits stay the same */
  81         /*
  82          * PTE encoding used in Linux:
  83          *      PAT
  84          *      |PCD
  85          *      ||PWT
  86          *      |||
  87          *      000 WB          _PAGE_CACHE_WB
  88          *      001 WC          _PAGE_CACHE_WC
  89          *      010 UC-         _PAGE_CACHE_UC_MINUS
  90          *      011 UC          _PAGE_CACHE_UC
  91          * PAT bit unused
  92          */
  93         pat = PAT(0,WB) | PAT(1,WC) | PAT(2,UC_MINUS) | PAT(3,UC) |
  94               PAT(4,WB) | PAT(5,WC) | PAT(6,UC_MINUS) | PAT(7,UC);
  95
  96         /* Boot CPU check */
  97         if (!smp_processor_id()) {
  98                 rdmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, boot_pat_state);
  99         }
 100
 101         wrmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
 102         printk(KERN_INFO "x86 PAT enabled: cpu %d, old 0x%Lx, new 0x%Lx\n",
 103                smp_processor_id(), boot_pat_state, pat);
 104 }
 105
 106 #undef PAT
 107
 108 static char *cattr_name(unsigned long flags)
 109 {
 110         switch (flags & _PAGE_CACHE_MASK) {
 111                 case _PAGE_CACHE_UC:            return "uncached";
 112                 case _PAGE_CACHE_UC_MINUS:      return "uncached-minus";
 113                 case _PAGE_CACHE_WB:            return "write-back";
 114                 case _PAGE_CACHE_WC:            return "write-combining";
 115                 default:                        return "broken";
 116         }
 117 }
 118
 119 /*
 120  * The global memtype list keeps track of memory type for specific
 121  * physical memory areas. Conflicting memory types in different
 122  * mappings can cause CPU cache corruption. To avoid this we keep track.
 123  *
 124  * The list is sorted based on starting address and can contain multiple
 125  * entries for each address (this allows reference counting for overlapping
 126  * areas). All the aliases have the same cache attributes of course.
 127  * Zero attributes are represented as holes.
 128  *
 129  * Currently the data structure is a list because the number of mappings
 130  * are expected to be relatively small. If this should be a problem
 131  * it could be changed to a rbtree or similar.
 132  *
 133  * memtype_lock protects the whole list.
 134  */
 135
 136 struct memtype {
 137         u64 start;
 138         u64 end;
 139         unsigned long type;
 140         struct list_head nd;
 141 };
 142
 143 static LIST_HEAD(memtype_list);
 144 static DEFINE_SPINLOCK(memtype_lock);   /* protects memtype list */
 145
 146 /*
 147  * Does intersection of PAT memory type and MTRR memory type and returns
 148  * the resulting memory type as PAT understands it.
 149  * (Type in pat and mtrr will not have same value)
 150  * The intersection is based on "Effective Memory Type" tables in IA-32
 151  * SDM vol 3a
 152  */
 153 static int pat_x_mtrr_type(u64 start, u64 end, unsigned long prot,
 154                                 unsigned long *ret_prot)
 155 {
 156         unsigned long pat_type;
 157         u8 mtrr_type;
 158
 159         mtrr_type = mtrr_type_lookup(start, end);
 160         if (mtrr_type == 0xFF) {                /* MTRR not enabled */
 161                 *ret_prot = prot;
 162                 return 0;
 163         }
 164         if (mtrr_type == 0xFE) {                /* MTRR match error */
 165                 *ret_prot = _PAGE_CACHE_UC;
 166                 return -1;
 167         }
 168         if (mtrr_type != MTRR_TYPE_UNCACHABLE &&
 169             mtrr_type != MTRR_TYPE_WRBACK &&
 170             mtrr_type != MTRR_TYPE_WRCOMB) {    /* MTRR type unhandled */
 171                 *ret_prot = _PAGE_CACHE_UC;
 172                 return -1;
 173         }
 174
 175         pat_type = prot & _PAGE_CACHE_MASK;
 176         prot &= (~_PAGE_CACHE_MASK);
 177
 178         /* Currently doing intersection by hand. Optimize it later. */
 179         if (pat_type == _PAGE_CACHE_WC) {
 180                 *ret_prot = prot | _PAGE_CACHE_WC;
 181         } else if (pat_type == _PAGE_CACHE_UC_MINUS) {
 182                 *ret_prot = prot | _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 183         } else if (pat_type == _PAGE_CACHE_UC ||
 184                    mtrr_type == MTRR_TYPE_UNCACHABLE) {
 185                 *ret_prot = prot | _PAGE_CACHE_UC;
 186         } else if (mtrr_type == MTRR_TYPE_WRCOMB) {
 187                 *ret_prot = prot | _PAGE_CACHE_WC;
 188         } else {
 189                 *ret_prot = prot | _PAGE_CACHE_WB;
 190         }
 191
 192         return 0;
 193 }
 194
 195 /*
 196  * req_type typically has one of the:
 197  * - _PAGE_CACHE_WB
 198  * - _PAGE_CACHE_WC
 199  * - _PAGE_CACHE_UC_MINUS
 200  * - _PAGE_CACHE_UC
 201  *
 202  * req_type will have a special case value '-1', when requester want to inherit
 203  * the memory type from mtrr (if WB), existing PAT, defaulting to UC_MINUS.
 204  *
 205  * If ret_type is NULL, function will return an error if it cannot reserve the
 206  * region with req_type. If ret_type is non-null, function will return
 207  * available type in ret_type in case of no error. In case of any error
 208  * it will return a negative return value.
 209  */
 210 int reserve_memtype(u64 start, u64 end, unsigned long req_type,
 211                         unsigned long *ret_type)
 212 {
 213         struct memtype *new_entry = NULL;
 214         struct memtype *parse;
 215         unsigned long actual_type;
 216         int err = 0;
 217
 218         /* Only track when pat_wc_enabled */
 219         if (!pat_wc_enabled) {
 220                 /* This is identical to page table setting without PAT */
 221                 if (ret_type) {
 222                         if (req_type == -1) {
 223                                 *ret_type = _PAGE_CACHE_WB;
 224                         } else {
 225                                 *ret_type = req_type;
 226                         }
 227                 }
 228                 return 0;
 229         }
 230
 231         /* Low ISA region is always mapped WB in page table. No need to track */
 232         if (start >= ISA_START_ADDRESS && (end - 1) <= ISA_END_ADDRESS) {
 233                 if (ret_type)
 234                         *ret_type = _PAGE_CACHE_WB;
 235
 236                 return 0;
 237         }
 238
 239         if (req_type == -1) {
 240                 /*
 241                  * Special case where caller wants to inherit from mtrr or
 242                  * existing pat mapping, defaulting to UC_MINUS in case of
 243                  * no match.
 244                  */
 245                 u8 mtrr_type = mtrr_type_lookup(start, end);
 246                 if (mtrr_type == 0xFE) { /* MTRR match error */
 247                         err = -1;
 248                 }
 249
 250                 if (mtrr_type == MTRR_TYPE_WRBACK) {
 251                         req_type = _PAGE_CACHE_WB;
 252                         actual_type = _PAGE_CACHE_WB;
 253                 } else {
 254                         req_type = _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 255                         actual_type = _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 256                 }
 257         } else {
 258                 req_type &= _PAGE_CACHE_MASK;
 259                 err = pat_x_mtrr_type(start, end, req_type, &actual_type);
 260         }
 261
 262         if (err) {
 263                 if (ret_type)
 264                         *ret_type = actual_type;
 265
 266                 return -EINVAL;
 267         }
 268
 269         new_entry  = kmalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
 270         if (!new_entry)
 271                 return -ENOMEM;
 272
 273         new_entry->start = start;
 274         new_entry->end = end;
 275         new_entry->type = actual_type;
 276
 277         if (ret_type)
 278                 *ret_type = actual_type;
 279
 280         spin_lock(&memtype_lock);
 281
 282         /* Search for existing mapping that overlaps the current range */
 283         list_for_each_entry(parse, &memtype_list, nd) {
 284                 struct memtype *saved_ptr;
 285
 286                 if (parse->start >= end) {
 287                         pr_debug("New Entry\n");
 288                         list_add(&new_entry->nd, parse->nd.prev);
 289                         new_entry = NULL;
 290                         break;
 291                 }
 292
 293                 if (start <= parse->start && end >= parse->start) {
 294                         if (actual_type != parse->type && ret_type) {
 295                                 actual_type = parse->type;
 296                                 *ret_type = actual_type;
 297                                 new_entry->type = actual_type;
 298                         }
 299
 300                         if (actual_type != parse->type) {
 301                                 printk(
 302                 KERN_INFO "%s:%d conflicting memory types %Lx-%Lx %s<->%s\n",
 303                                         current->comm, current->pid,
 304                                         start, end,
 305                                         cattr_name(actual_type),
 306                                         cattr_name(parse->type));
 307                                 err = -EBUSY;
 308                                 break;
 309                         }
 310
 311                         saved_ptr = parse;
 312                         /*
 313                          * Check to see whether the request overlaps more
 314                          * than one entry in the list
 315                          */
 316                         list_for_each_entry_continue(parse, &memtype_list, nd) {
 317                                 if (end <= parse->start) {
 318                                         break;
 319                                 }
 320
 321                                 if (actual_type != parse->type) {
 322                                         printk(
 323                 KERN_INFO "%s:%d conflicting memory types %Lx-%Lx %s<->%s\n",
 324                                                 current->comm, current->pid,
 325                                                 start, end,
 326                                                 cattr_name(actual_type),
 327                                                 cattr_name(parse->type));
 328                                         err = -EBUSY;
 329                                         break;
 330                                 }
 331                         }
 332
 333                         if (err) {
 334                                 break;
 335                         }
 336
 337                         printk("Overlap at 0x%Lx-0x%Lx\n",
 338                                saved_ptr->start, saved_ptr->end);
 339                         /* No conflict. Go ahead and add this new entry */
 340                         list_add(&new_entry->nd, saved_ptr->nd.prev);
 341                         new_entry = NULL;
 342                         break;
 343                 }
 344
 345                 if (start < parse->end) {
 346                         if (actual_type != parse->type && ret_type) {
 347                                 actual_type = parse->type;
 348                                 *ret_type = actual_type;
 349                                 new_entry->type = actual_type;
 350                         }
 351
 352                         if (actual_type != parse->type) {
 353                                 printk(
 354                 KERN_INFO "%s:%d conflicting memory types %Lx-%Lx %s<->%s\n",
 355                                         current->comm, current->pid,
 356                                         start, end,
 357                                         cattr_name(actual_type),
 358                                         cattr_name(parse->type));
 359                                 err = -EBUSY;
 360                                 break;
 361                         }
 362
 363                         saved_ptr = parse;
 364                         /*
 365                          * Check to see whether the request overlaps more
 366                          * than one entry in the list
 367                          */
 368                         list_for_each_entry_continue(parse, &memtype_list, nd) {
 369                                 if (end <= parse->start) {
 370                                         break;
 371                                 }
 372
 373                                 if (actual_type != parse->type) {
 374                                         printk(
 375                 KERN_INFO "%s:%d conflicting memory types %Lx-%Lx %s<->%s\n",
 376                                                 current->comm, current->pid,
 377                                                 start, end,
 378                                                 cattr_name(actual_type),
 379                                                 cattr_name(parse->type));
 380                                         err = -EBUSY;
 381                                         break;
 382                                 }
 383                         }
 384
 385                         if (err) {
 386                                 break;
 387                         }
 388
 389                         printk(KERN_INFO "Overlap at 0x%Lx-0x%Lx\n",
 390                                saved_ptr->start, saved_ptr->end);
 391                         /* No conflict. Go ahead and add this new entry */
 392                         list_add(&new_entry->nd, &saved_ptr->nd);
 393                         new_entry = NULL;
 394                         break;
 395                 }
 396         }
 397
 398         if (err) {
 399                 printk(KERN_INFO
 400         "reserve_memtype failed 0x%Lx-0x%Lx, track %s, req %s\n",
 401                         start, end, cattr_name(new_entry->type),
 402                         cattr_name(req_type));
 403                 kfree(new_entry);
 404                 spin_unlock(&memtype_lock);
 405                 return err;
 406         }
 407
 408         if (new_entry) {
 409                 /* No conflict. Not yet added to the list. Add to the tail */
 410                 list_add_tail(&new_entry->nd, &memtype_list);
 411                 pr_debug("New Entry\n");
 412         }
 413
 414         if (ret_type) {
 415                 pr_debug(
 416         "reserve_memtype added 0x%Lx-0x%Lx, track %s, req %s, ret %s\n",
 417                         start, end, cattr_name(actual_type),
 418                         cattr_name(req_type), cattr_name(*ret_type));
 419         } else {
 420                 pr_debug(
 421         "reserve_memtype added 0x%Lx-0x%Lx, track %s, req %s\n",
 422                         start, end, cattr_name(actual_type),
 423                         cattr_name(req_type));
 424         }
 425
 426         spin_unlock(&memtype_lock);
 427         return err;
 428 }
 429
 430 int free_memtype(u64 start, u64 end)
 431 {
 432         struct memtype *ml;
 433         int err = -EINVAL;
 434
 435         /* Only track when pat_wc_enabled */
 436         if (!pat_wc_enabled) {
 437                 return 0;
 438         }
 439
 440         /* Low ISA region is always mapped WB. No need to track */
 441         if (start >= ISA_START_ADDRESS && end <= ISA_END_ADDRESS) {
 442                 return 0;
 443         }
 444
 445         spin_lock(&memtype_lock);
 446         list_for_each_entry(ml, &memtype_list, nd) {
 447                 if (ml->start == start && ml->end == end) {
 448                         list_del(&ml->nd);
 449                         kfree(ml);
 450                         err = 0;
 451                         break;
 452                 }
 453         }
 454         spin_unlock(&memtype_lock);
 455
 456         if (err) {
 457                 printk(KERN_INFO "%s:%d freeing invalid memtype %Lx-%Lx\n",
 458                         current->comm, current->pid, start, end);
 459         }
 460
 461         pr_debug("free_memtype request 0x%Lx-0x%Lx\n", start, end);
 462         return err;
 463 }
 464
 465
 466 /*
 467  * /dev/mem mmap interface. The memtype used for mapping varies:
 468  * - Use UC for mappings with O_SYNC flag
 469  * - Without O_SYNC flag, if there is any conflict in reserve_memtype,
 470  *   inherit the memtype from existing mapping.
 471  * - Else use UC_MINUS memtype (for backward compatibility with existing
 472  *   X drivers.
 473  */
 474 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
 475                                 unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
 476 {
 477         return vma_prot;
 478 }
 479
 480 int phys_mem_access_prot_allowed(struct file *file, unsigned long pfn,
 481                                 unsigned long size, pgprot_t *vma_prot)
 482 {
 483         u64 offset = ((u64) pfn) << PAGE_SHIFT;
 484         unsigned long flags = _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 485         unsigned long ret_flags;
 486         int retval;
 487
 488         if (file->f_flags & O_SYNC) {
 489                 flags = _PAGE_CACHE_UC;
 490         }
 491
 492 #ifdef CONFIG_X86_32
 493         /*
 494          * On the PPro and successors, the MTRRs are used to set
 495          * memory types for physical addresses outside main memory,
 496          * so blindly setting UC or PWT on those pages is wrong.
 497          * For Pentiums and earlier, the surround logic should disable
 498          * caching for the high addresses through the KEN pin, but
 499          * we maintain the tradition of paranoia in this code.
 500          */
 501         if (!pat_wc_enabled &&
 502             ! ( test_bit(X86_FEATURE_MTRR, boot_cpu_data.x86_capability) ||
 503                 test_bit(X86_FEATURE_K6_MTRR, boot_cpu_data.x86_capability) ||
 504                 test_bit(X86_FEATURE_CYRIX_ARR, boot_cpu_data.x86_capability) ||
 505                 test_bit(X86_FEATURE_CENTAUR_MCR, boot_cpu_data.x86_capability)) &&
 506            (pfn << PAGE_SHIFT) >= __pa(high_memory)) {
 507                 flags = _PAGE_CACHE_UC;
 508         }
 509 #endif
 510
 511         /*
 512          * With O_SYNC, we can only take UC mapping. Fail if we cannot.
 513          * Without O_SYNC, we want to get
 514          * - WB for WB-able memory and no other conflicting mappings
 515          * - UC_MINUS for non-WB-able memory with no other conflicting mappings
 516          * - Inherit from confliting mappings otherwise
 517          */
 518         if (flags != _PAGE_CACHE_UC_MINUS) {
 519                 retval = reserve_memtype(offset, offset + size, flags, NULL);
 520         } else {
 521                 retval = reserve_memtype(offset, offset + size, -1, &ret_flags);
 522         }
 523
 524         if (retval < 0)
 525                 return 0;
 526
 527         flags = ret_flags;
 528
 529         if (pfn <= max_pfn_mapped &&
 530             ioremap_change_attr((unsigned long)__va(offset), size, flags) < 0) {
 531                 free_memtype(offset, offset + size);
 532                 printk(KERN_INFO
 533                 "%s:%d /dev/mem ioremap_change_attr failed %s for %Lx-%Lx\n",
 534                         current->comm, current->pid,
 535                         cattr_name(flags),
 536                         offset, offset + size);
 537                 return 0;
 538         }
 539
 540         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) & ~_PAGE_CACHE_MASK) |
 541                              flags);
 542         return 1;
 543 }
 544
 545 void map_devmem(unsigned long pfn, unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
 546 {
 547         u64 addr = (u64)pfn << PAGE_SHIFT;
 548         unsigned long flags;
 549         unsigned long want_flags = (pgprot_val(vma_prot) & _PAGE_CACHE_MASK);
 550
 551         reserve_memtype(addr, addr + size, want_flags, &flags);
 552         if (flags != want_flags) {
 553                 printk(KERN_INFO
 554                 "%s:%d /dev/mem expected mapping type %s for %Lx-%Lx, got %s\n",
 555                         current->comm, current->pid,
 556                         cattr_name(want_flags),
 557                         addr, addr + size,
 558                         cattr_name(flags));
 559         }
 560 }
 561
 562 void unmap_devmem(unsigned long pfn, unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
 563 {
 564         u64 addr = (u64)pfn << PAGE_SHIFT;
 565
 566         free_memtype(addr, addr + size);
 567 }
 568