git.oblomov.eu Git - linux-2.6/blob - arch/powerpc/kvm/44x_tlb.c

   1 /*
   2  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   3  * it under the terms of the GNU General Public License, version 2, as
   4  * published by the Free Software Foundation.
   5  *
   6  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
   7  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
   8  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
   9  * GNU General Public License for more details.
  10  *
  11  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  12  * along with this program; if not, write to the Free Software
  13  * Foundation, 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA.
  14  *
  15  * Copyright IBM Corp. 2007
  16  *
  17  * Authors: Hollis Blanchard <hollisb@us.ibm.com>
  18  */
  19
  20 #include <linux/types.h>
  21 #include <linux/string.h>
  22 #include <linux/kvm.h>
  23 #include <linux/kvm_host.h>
  24 #include <linux/highmem.h>
  25
  26 #include <asm/tlbflush.h>
  27 #include <asm/mmu-44x.h>
  28 #include <asm/kvm_ppc.h>
  29 #include <asm/kvm_44x.h>
  30 #include "timing.h"
  31
  32 #include "44x_tlb.h"
  33
  34 #ifndef PPC44x_TLBE_SIZE
  35 #define PPC44x_TLBE_SIZE        PPC44x_TLB_4K
  36 #endif
  37
  38 #define PAGE_SIZE_4K (1<<12)
  39 #define PAGE_MASK_4K (~(PAGE_SIZE_4K - 1))
  40
  41 #define PPC44x_TLB_UATTR_MASK \
  42         (PPC44x_TLB_U0|PPC44x_TLB_U1|PPC44x_TLB_U2|PPC44x_TLB_U3)
  43 #define PPC44x_TLB_USER_PERM_MASK (PPC44x_TLB_UX|PPC44x_TLB_UR|PPC44x_TLB_UW)
  44 #define PPC44x_TLB_SUPER_PERM_MASK (PPC44x_TLB_SX|PPC44x_TLB_SR|PPC44x_TLB_SW)
  45
  46 #ifdef DEBUG
  47 void kvmppc_dump_tlbs(struct kvm_vcpu *vcpu)
  48 {
  49         struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe;
  50         int i;
  51
  52         printk("vcpu %d TLB dump:\n", vcpu->vcpu_id);
  53         printk("| %2s | %3s | %8s | %8s | %8s |\n",
  54                         "nr", "tid", "word0", "word1", "word2");
  55
  56         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(vcpu_44x->guest_tlb); i++) {
  57                 tlbe = &vcpu_44x->guest_tlb[i];
  58                 if (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_VALID)
  59                         printk(" G%2d |  %02X | %08X | %08X | %08X |\n",
  60                                i, tlbe->tid, tlbe->word0, tlbe->word1,
  61                                tlbe->word2);
  62         }
  63 }
  64 #endif
  65
  66 static inline void kvmppc_44x_tlbie(unsigned int index)
  67 {
  68         /* 0 <= index < 64, so the V bit is clear and we can use the index as
  69          * word0. */
  70         asm volatile(
  71                 "tlbwe %[index], %[index], 0\n"
  72         :
  73         : [index] "r"(index)
  74         );
  75 }
  76
  77 static inline void kvmppc_44x_tlbre(unsigned int index,
  78                                     struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe)
  79 {
  80         asm volatile(
  81                 "tlbre %[word0], %[index], 0\n"
  82                 "mfspr %[tid], %[sprn_mmucr]\n"
  83                 "andi. %[tid], %[tid], 0xff\n"
  84                 "tlbre %[word1], %[index], 1\n"
  85                 "tlbre %[word2], %[index], 2\n"
  86                 : [word0] "=r"(tlbe->word0),
  87                   [word1] "=r"(tlbe->word1),
  88                   [word2] "=r"(tlbe->word2),
  89                   [tid]   "=r"(tlbe->tid)
  90                 : [index] "r"(index),
  91                   [sprn_mmucr] "i"(SPRN_MMUCR)
  92                 : "cc"
  93         );
  94 }
  95
  96 static inline void kvmppc_44x_tlbwe(unsigned int index,
  97                                     struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe)
  98 {
  99         unsigned long tmp;
 100
 101         asm volatile(
 102                 "mfspr %[tmp], %[sprn_mmucr]\n"
 103                 "rlwimi %[tmp], %[tid], 0, 0xff\n"
 104                 "mtspr %[sprn_mmucr], %[tmp]\n"
 105                 "tlbwe %[word0], %[index], 0\n"
 106                 "tlbwe %[word1], %[index], 1\n"
 107                 "tlbwe %[word2], %[index], 2\n"
 108                 : [tmp]   "=&r"(tmp)
 109                 : [word0] "r"(stlbe->word0),
 110                   [word1] "r"(stlbe->word1),
 111                   [word2] "r"(stlbe->word2),
 112                   [tid]   "r"(stlbe->tid),
 113                   [index] "r"(index),
 114                   [sprn_mmucr] "i"(SPRN_MMUCR)
 115         );
 116 }
 117
 118 static u32 kvmppc_44x_tlb_shadow_attrib(u32 attrib, int usermode)
 119 {
 120         /* We only care about the guest's permission and user bits. */
 121         attrib &= PPC44x_TLB_PERM_MASK|PPC44x_TLB_UATTR_MASK;
 122
 123         if (!usermode) {
 124                 /* Guest is in supervisor mode, so we need to translate guest
 125                  * supervisor permissions into user permissions. */
 126                 attrib &= ~PPC44x_TLB_USER_PERM_MASK;
 127                 attrib |= (attrib & PPC44x_TLB_SUPER_PERM_MASK) << 3;
 128         }
 129
 130         /* Make sure host can always access this memory. */
 131         attrib |= PPC44x_TLB_SX|PPC44x_TLB_SR|PPC44x_TLB_SW;
 132
 133         /* WIMGE = 0b00100 */
 134         attrib |= PPC44x_TLB_M;
 135
 136         return attrib;
 137 }
 138
 139 /* Load shadow TLB back into hardware. */
 140 void kvmppc_44x_tlb_load(struct kvm_vcpu *vcpu)
 141 {
 142         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 143         int i;
 144
 145         for (i = 0; i <= tlb_44x_hwater; i++) {
 146                 struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe = &vcpu_44x->shadow_tlb[i];
 147
 148                 if (get_tlb_v(stlbe) && get_tlb_ts(stlbe))
 149                         kvmppc_44x_tlbwe(i, stlbe);
 150         }
 151 }
 152
 153 static void kvmppc_44x_tlbe_set_modified(struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x,
 154                                          unsigned int i)
 155 {
 156         vcpu_44x->shadow_tlb_mod[i] = 1;
 157 }
 158
 159 /* Save hardware TLB to the vcpu, and invalidate all guest mappings. */
 160 void kvmppc_44x_tlb_put(struct kvm_vcpu *vcpu)
 161 {
 162         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 163         int i;
 164
 165         for (i = 0; i <= tlb_44x_hwater; i++) {
 166                 struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe = &vcpu_44x->shadow_tlb[i];
 167
 168                 if (vcpu_44x->shadow_tlb_mod[i])
 169                         kvmppc_44x_tlbre(i, stlbe);
 170
 171                 if (get_tlb_v(stlbe) && get_tlb_ts(stlbe))
 172                         kvmppc_44x_tlbie(i);
 173         }
 174 }
 175
 176
 177 /* Search the guest TLB for a matching entry. */
 178 int kvmppc_44x_tlb_index(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t eaddr, unsigned int pid,
 179                          unsigned int as)
 180 {
 181         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 182         int i;
 183
 184         /* XXX Replace loop with fancy data structures. */
 185         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(vcpu_44x->guest_tlb); i++) {
 186                 struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe = &vcpu_44x->guest_tlb[i];
 187                 unsigned int tid;
 188
 189                 if (eaddr < get_tlb_eaddr(tlbe))
 190                         continue;
 191
 192                 if (eaddr > get_tlb_end(tlbe))
 193                         continue;
 194
 195                 tid = get_tlb_tid(tlbe);
 196                 if (tid && (tid != pid))
 197                         continue;
 198
 199                 if (!get_tlb_v(tlbe))
 200                         continue;
 201
 202                 if (get_tlb_ts(tlbe) != as)
 203                         continue;
 204
 205                 return i;
 206         }
 207
 208         return -1;
 209 }
 210
 211 int kvmppc_44x_itlb_index(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t eaddr)
 212 {
 213         unsigned int as = !!(vcpu->arch.msr & MSR_IS);
 214
 215         return kvmppc_44x_tlb_index(vcpu, eaddr, vcpu->arch.pid, as);
 216 }
 217
 218 int kvmppc_44x_dtlb_index(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t eaddr)
 219 {
 220         unsigned int as = !!(vcpu->arch.msr & MSR_DS);
 221
 222         return kvmppc_44x_tlb_index(vcpu, eaddr, vcpu->arch.pid, as);
 223 }
 224
 225 static void kvmppc_44x_shadow_release(struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x,
 226                                       unsigned int stlb_index)
 227 {
 228         struct kvmppc_44x_shadow_ref *ref = &vcpu_44x->shadow_refs[stlb_index];
 229
 230         if (!ref->page)
 231                 return;
 232
 233         /* Discard from the TLB. */
 234         /* Note: we could actually invalidate a host mapping, if the host overwrote
 235          * this TLB entry since we inserted a guest mapping. */
 236         kvmppc_44x_tlbie(stlb_index);
 237
 238         /* Now release the page. */
 239         if (ref->writeable)
 240                 kvm_release_page_dirty(ref->page);
 241         else
 242                 kvm_release_page_clean(ref->page);
 243
 244         ref->page = NULL;
 245
 246         /* XXX set tlb_44x_index to stlb_index? */
 247
 248         KVMTRACE_1D(STLB_INVAL, &vcpu_44x->vcpu, stlb_index, handler);
 249 }
 250
 251 void kvmppc_core_destroy_mmu(struct kvm_vcpu *vcpu)
 252 {
 253         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 254         int i;
 255
 256         for (i = 0; i <= tlb_44x_hwater; i++)
 257                 kvmppc_44x_shadow_release(vcpu_44x, i);
 258 }
 259
 260 /**
 261  * kvmppc_mmu_map -- create a host mapping for guest memory
 262  *
 263  * If the guest wanted a larger page than the host supports, only the first
 264  * host page is mapped here and the rest are demand faulted.
 265  *
 266  * If the guest wanted a smaller page than the host page size, we map only the
 267  * guest-size page (i.e. not a full host page mapping).
 268  *
 269  * Caller must ensure that the specified guest TLB entry is safe to insert into
 270  * the shadow TLB.
 271  */
 272 void kvmppc_mmu_map(struct kvm_vcpu *vcpu, u64 gvaddr, gpa_t gpaddr, u64 asid,
 273                     u32 flags, u32 max_bytes, unsigned int gtlb_index)
 274 {
 275         struct kvmppc_44x_tlbe stlbe;
 276         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 277         struct kvmppc_44x_shadow_ref *ref;
 278         struct page *new_page;
 279         hpa_t hpaddr;
 280         gfn_t gfn;
 281         unsigned int victim;
 282
 283         /* Select TLB entry to clobber. Indirectly guard against races with the TLB
 284          * miss handler by disabling interrupts. */
 285         local_irq_disable();
 286         victim = ++tlb_44x_index;
 287         if (victim > tlb_44x_hwater)
 288                 victim = 0;
 289         tlb_44x_index = victim;
 290         local_irq_enable();
 291
 292         /* Get reference to new page. */
 293         gfn = gpaddr >> PAGE_SHIFT;
 294         new_page = gfn_to_page(vcpu->kvm, gfn);
 295         if (is_error_page(new_page)) {
 296                 printk(KERN_ERR "Couldn't get guest page for gfn %lx!\n", gfn);
 297                 kvm_release_page_clean(new_page);
 298                 return;
 299         }
 300         hpaddr = page_to_phys(new_page);
 301
 302         /* Invalidate any previous shadow mappings. */
 303         kvmppc_44x_shadow_release(vcpu_44x, victim);
 304
 305         /* XXX Make sure (va, size) doesn't overlap any other
 306          * entries. 440x6 user manual says the result would be
 307          * "undefined." */
 308
 309         /* XXX what about AS? */
 310
 311         /* Force TS=1 for all guest mappings. */
 312         stlbe.word0 = PPC44x_TLB_VALID | PPC44x_TLB_TS;
 313
 314         if (max_bytes >= PAGE_SIZE) {
 315                 /* Guest mapping is larger than or equal to host page size. We can use
 316                  * a "native" host mapping. */
 317                 stlbe.word0 |= (gvaddr & PAGE_MASK) | PPC44x_TLBE_SIZE;
 318         } else {
 319                 /* Guest mapping is smaller than host page size. We must restrict the
 320                  * size of the mapping to be at most the smaller of the two, but for
 321                  * simplicity we fall back to a 4K mapping (this is probably what the
 322                  * guest is using anyways). */
 323                 stlbe.word0 |= (gvaddr & PAGE_MASK_4K) | PPC44x_TLB_4K;
 324
 325                 /* 'hpaddr' is a host page, which is larger than the mapping we're
 326                  * inserting here. To compensate, we must add the in-page offset to the
 327                  * sub-page. */
 328                 hpaddr |= gpaddr & (PAGE_MASK ^ PAGE_MASK_4K);
 329         }
 330
 331         stlbe.word1 = (hpaddr & 0xfffffc00) | ((hpaddr >> 32) & 0xf);
 332         stlbe.word2 = kvmppc_44x_tlb_shadow_attrib(flags,
 333                                                     vcpu->arch.msr & MSR_PR);
 334         stlbe.tid = !(asid & 0xff);
 335
 336         /* Keep track of the reference so we can properly release it later. */
 337         ref = &vcpu_44x->shadow_refs[victim];
 338         ref->page = new_page;
 339         ref->gtlb_index = gtlb_index;
 340         ref->writeable = !!(stlbe.word2 & PPC44x_TLB_UW);
 341         ref->tid = stlbe.tid;
 342
 343         /* Insert shadow mapping into hardware TLB. */
 344         kvmppc_44x_tlbe_set_modified(vcpu_44x, victim);
 345         kvmppc_44x_tlbwe(victim, &stlbe);
 346         KVMTRACE_5D(STLB_WRITE, vcpu, victim, stlbe.tid, stlbe.word0, stlbe.word1,
 347                     stlbe.word2, handler);
 348 }
 349
 350 /* For a particular guest TLB entry, invalidate the corresponding host TLB
 351  * mappings and release the host pages. */
 352 static void kvmppc_44x_invalidate(struct kvm_vcpu *vcpu,
 353                                   unsigned int gtlb_index)
 354 {
 355         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 356         int i;
 357
 358         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(vcpu_44x->shadow_refs); i++) {
 359                 struct kvmppc_44x_shadow_ref *ref = &vcpu_44x->shadow_refs[i];
 360                 if (ref->gtlb_index == gtlb_index)
 361                         kvmppc_44x_shadow_release(vcpu_44x, i);
 362         }
 363 }
 364
 365 void kvmppc_mmu_priv_switch(struct kvm_vcpu *vcpu, int usermode)
 366 {
 367         vcpu->arch.shadow_pid = !usermode;
 368 }
 369
 370 void kvmppc_set_pid(struct kvm_vcpu *vcpu, u32 new_pid)
 371 {
 372         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 373         int i;
 374
 375         if (unlikely(vcpu->arch.pid == new_pid))
 376                 return;
 377
 378         vcpu->arch.pid = new_pid;
 379
 380         /* Guest userspace runs with TID=0 mappings and PID=0, to make sure it
 381          * can't access guest kernel mappings (TID=1). When we switch to a new
 382          * guest PID, which will also use host PID=0, we must discard the old guest
 383          * userspace mappings. */
 384         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(vcpu_44x->shadow_refs); i++) {
 385                 struct kvmppc_44x_shadow_ref *ref = &vcpu_44x->shadow_refs[i];
 386
 387                 if (ref->tid == 0)
 388                         kvmppc_44x_shadow_release(vcpu_44x, i);
 389         }
 390 }
 391
 392 static int tlbe_is_host_safe(const struct kvm_vcpu *vcpu,
 393                              const struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe)
 394 {
 395         gpa_t gpa;
 396
 397         if (!get_tlb_v(tlbe))
 398                 return 0;
 399
 400         /* Does it match current guest AS? */
 401         /* XXX what about IS != DS? */
 402         if (get_tlb_ts(tlbe) != !!(vcpu->arch.msr & MSR_IS))
 403                 return 0;
 404
 405         gpa = get_tlb_raddr(tlbe);
 406         if (!gfn_to_memslot(vcpu->kvm, gpa >> PAGE_SHIFT))
 407                 /* Mapping is not for RAM. */
 408                 return 0;
 409
 410         return 1;
 411 }
 412
 413 int kvmppc_44x_emul_tlbwe(struct kvm_vcpu *vcpu, u8 ra, u8 rs, u8 ws)
 414 {
 415         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 416         struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe;
 417         unsigned int gtlb_index;
 418
 419         gtlb_index = vcpu->arch.gpr[ra];
 420         if (gtlb_index > KVM44x_GUEST_TLB_SIZE) {
 421                 printk("%s: index %d\n", __func__, gtlb_index);
 422                 kvmppc_dump_vcpu(vcpu);
 423                 return EMULATE_FAIL;
 424         }
 425
 426         tlbe = &vcpu_44x->guest_tlb[gtlb_index];
 427
 428         /* Invalidate shadow mappings for the about-to-be-clobbered TLB entry. */
 429         if (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_VALID)
 430                 kvmppc_44x_invalidate(vcpu, gtlb_index);
 431
 432         switch (ws) {
 433         case PPC44x_TLB_PAGEID:
 434                 tlbe->tid = get_mmucr_stid(vcpu);
 435                 tlbe->word0 = vcpu->arch.gpr[rs];
 436                 break;
 437
 438         case PPC44x_TLB_XLAT:
 439                 tlbe->word1 = vcpu->arch.gpr[rs];
 440                 break;
 441
 442         case PPC44x_TLB_ATTRIB:
 443                 tlbe->word2 = vcpu->arch.gpr[rs];
 444                 break;
 445
 446         default:
 447                 return EMULATE_FAIL;
 448         }
 449
 450         if (tlbe_is_host_safe(vcpu, tlbe)) {
 451                 u64 asid;
 452                 gva_t eaddr;
 453                 gpa_t gpaddr;
 454                 u32 flags;
 455                 u32 bytes;
 456
 457                 eaddr = get_tlb_eaddr(tlbe);
 458                 gpaddr = get_tlb_raddr(tlbe);
 459
 460                 /* Use the advertised page size to mask effective and real addrs. */
 461                 bytes = get_tlb_bytes(tlbe);
 462                 eaddr &= ~(bytes - 1);
 463                 gpaddr &= ~(bytes - 1);
 464
 465                 asid = (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_TS) | tlbe->tid;
 466                 flags = tlbe->word2 & 0xffff;
 467
 468                 kvmppc_mmu_map(vcpu, eaddr, gpaddr, asid, flags, bytes, gtlb_index);
 469         }
 470
 471         KVMTRACE_5D(GTLB_WRITE, vcpu, gtlb_index, tlbe->tid, tlbe->word0,
 472                     tlbe->word1, tlbe->word2, handler);
 473
 474         kvmppc_set_exit_type(vcpu, EMULATED_TLBWE_EXITS);
 475         return EMULATE_DONE;
 476 }
 477
 478 int kvmppc_44x_emul_tlbsx(struct kvm_vcpu *vcpu, u8 rt, u8 ra, u8 rb, u8 rc)
 479 {
 480         u32 ea;
 481         int gtlb_index;
 482         unsigned int as = get_mmucr_sts(vcpu);
 483         unsigned int pid = get_mmucr_stid(vcpu);
 484
 485         ea = vcpu->arch.gpr[rb];
 486         if (ra)
 487                 ea += vcpu->arch.gpr[ra];
 488
 489         gtlb_index = kvmppc_44x_tlb_index(vcpu, ea, pid, as);
 490         if (rc) {
 491                 if (gtlb_index < 0)
 492                         vcpu->arch.cr &= ~0x20000000;
 493                 else
 494                         vcpu->arch.cr |= 0x20000000;
 495         }
 496         vcpu->arch.gpr[rt] = gtlb_index;
 497
 498         kvmppc_set_exit_type(vcpu, EMULATED_TLBSX_EXITS);
 499         return EMULATE_DONE;
 500 }