arch/arm64/include/asm/kvm_mmu.h

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2012,2013 - ARM Ltd
   3  * Author: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>
   4  *
   5  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   6  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
   7  * published by the Free Software Foundation.
   8  *
   9  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  12  * GNU General Public License for more details.
  13  *
  14  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  15  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  16  */
  17
  18 #ifndef __ARM64_KVM_MMU_H__
  19 #define __ARM64_KVM_MMU_H__
  20
  21 #include <asm/page.h>
  22 #include <asm/memory.h>
  23 #include <asm/cpufeature.h>
  24
  25 /*
  26  * As ARMv8.0 only has the TTBR0_EL2 register, we cannot express
  27  * "negative" addresses. This makes it impossible to directly share
  28  * mappings with the kernel.
  29  *
  30  * Instead, give the HYP mode its own VA region at a fixed offset from
  31  * the kernel by just masking the top bits (which are all ones for a
  32  * kernel address).
  33  *
  34  * ARMv8.1 (using VHE) does have a TTBR1_EL2, and doesn't use these
  35  * macros (the entire kernel runs at EL2).
  36  */
  37 #define HYP_PAGE_OFFSET_SHIFT   VA_BITS
  38 #define HYP_PAGE_OFFSET_MASK    ((UL(1) << HYP_PAGE_OFFSET_SHIFT) - 1)
  39 #define HYP_PAGE_OFFSET         (PAGE_OFFSET & HYP_PAGE_OFFSET_MASK)
  40
  41 /*
  42  * Our virtual mapping for the idmap-ed MMU-enable code. Must be
  43  * shared across all the page-tables. Conveniently, we use the last
  44  * possible page, where no kernel mapping will ever exist.
  45  */
  46 #define TRAMPOLINE_VA           (HYP_PAGE_OFFSET_MASK & PAGE_MASK)
  47
  48 /*
  49  * KVM_MMU_CACHE_MIN_PAGES is the number of stage2 page table translation
  50  * levels in addition to the PGD and potentially the PUD which are
  51  * pre-allocated (we pre-allocate the fake PGD and the PUD when the Stage-2
  52  * tables use one level of tables less than the kernel.
  53  */
  54 #ifdef CONFIG_ARM64_64K_PAGES
  55 #define KVM_MMU_CACHE_MIN_PAGES 1
  56 #else
  57 #define KVM_MMU_CACHE_MIN_PAGES 2
  58 #endif
  59
  60 #ifdef __ASSEMBLY__
  61
  62 #include <asm/alternative.h>
  63 #include <asm/cpufeature.h>
  64
  65 /*
  66  * Convert a kernel VA into a HYP VA.
  67  * reg: VA to be converted.
  68  */
  69 .macro kern_hyp_va      reg
  70 alternative_if_not ARM64_HAS_VIRT_HOST_EXTN
  71         and     \reg, \reg, #HYP_PAGE_OFFSET_MASK
  72 alternative_else
  73         nop
  74 alternative_endif
  75 .endm
  76
  77 #else
  78
  79 #include <asm/pgalloc.h>
  80 #include <asm/cachetype.h>
  81 #include <asm/cacheflush.h>
  82 #include <asm/mmu_context.h>
  83 #include <asm/pgtable.h>
  84
  85 #define KERN_TO_HYP(kva)        ((unsigned long)kva - PAGE_OFFSET + HYP_PAGE_OFFSET)
  86
  87 /*
  88  * We currently only support a 40bit IPA.
  89  */
  90 #define KVM_PHYS_SHIFT  (40)
  91 #define KVM_PHYS_SIZE   (1UL << KVM_PHYS_SHIFT)
  92 #define KVM_PHYS_MASK   (KVM_PHYS_SIZE - 1UL)
  93
  94 int create_hyp_mappings(void *from, void *to);
  95 int create_hyp_io_mappings(void *from, void *to, phys_addr_t);
  96 void free_boot_hyp_pgd(void);
  97 void free_hyp_pgds(void);
  98
  99 void stage2_unmap_vm(struct kvm *kvm);
 100 int kvm_alloc_stage2_pgd(struct kvm *kvm);
 101 void kvm_free_stage2_pgd(struct kvm *kvm);
 102 int kvm_phys_addr_ioremap(struct kvm *kvm, phys_addr_t guest_ipa,
 103                           phys_addr_t pa, unsigned long size, bool writable);
 104
 105 int kvm_handle_guest_abort(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_run *run);
 106
 107 void kvm_mmu_free_memory_caches(struct kvm_vcpu *vcpu);
 108
 109 phys_addr_t kvm_mmu_get_httbr(void);
 110 phys_addr_t kvm_mmu_get_boot_httbr(void);
 111 phys_addr_t kvm_get_idmap_vector(void);
 112 phys_addr_t kvm_get_idmap_start(void);
 113 int kvm_mmu_init(void);
 114 void kvm_clear_hyp_idmap(void);
 115
 116 #define kvm_set_pte(ptep, pte)          set_pte(ptep, pte)
 117 #define kvm_set_pmd(pmdp, pmd)          set_pmd(pmdp, pmd)
 118
 119 static inline void kvm_clean_pgd(pgd_t *pgd) {}
 120 static inline void kvm_clean_pmd(pmd_t *pmd) {}
 121 static inline void kvm_clean_pmd_entry(pmd_t *pmd) {}
 122 static inline void kvm_clean_pte(pte_t *pte) {}
 123 static inline void kvm_clean_pte_entry(pte_t *pte) {}
 124
 125 static inline void kvm_set_s2pte_writable(pte_t *pte)
 126 {
 127         pte_val(*pte) |= PTE_S2_RDWR;
 128 }
 129
 130 static inline void kvm_set_s2pmd_writable(pmd_t *pmd)
 131 {
 132         pmd_val(*pmd) |= PMD_S2_RDWR;
 133 }
 134
 135 static inline void kvm_set_s2pte_readonly(pte_t *pte)
 136 {
 137         pte_val(*pte) = (pte_val(*pte) & ~PTE_S2_RDWR) | PTE_S2_RDONLY;
 138 }
 139
 140 static inline bool kvm_s2pte_readonly(pte_t *pte)
 141 {
 142         return (pte_val(*pte) & PTE_S2_RDWR) == PTE_S2_RDONLY;
 143 }
 144
 145 static inline void kvm_set_s2pmd_readonly(pmd_t *pmd)
 146 {
 147         pmd_val(*pmd) = (pmd_val(*pmd) & ~PMD_S2_RDWR) | PMD_S2_RDONLY;
 148 }
 149
 150 static inline bool kvm_s2pmd_readonly(pmd_t *pmd)
 151 {
 152         return (pmd_val(*pmd) & PMD_S2_RDWR) == PMD_S2_RDONLY;
 153 }
 154
 155
 156 #define kvm_pgd_addr_end(addr, end)     pgd_addr_end(addr, end)
 157 #define kvm_pud_addr_end(addr, end)     pud_addr_end(addr, end)
 158 #define kvm_pmd_addr_end(addr, end)     pmd_addr_end(addr, end)
 159
 160 /*
 161  * In the case where PGDIR_SHIFT is larger than KVM_PHYS_SHIFT, we can address
 162  * the entire IPA input range with a single pgd entry, and we would only need
 163  * one pgd entry.  Note that in this case, the pgd is actually not used by
 164  * the MMU for Stage-2 translations, but is merely a fake pgd used as a data
 165  * structure for the kernel pgtable macros to work.
 166  */
 167 #if PGDIR_SHIFT > KVM_PHYS_SHIFT
 168 #define PTRS_PER_S2_PGD_SHIFT   0
 169 #else
 170 #define PTRS_PER_S2_PGD_SHIFT   (KVM_PHYS_SHIFT - PGDIR_SHIFT)
 171 #endif
 172 #define PTRS_PER_S2_PGD         (1 << PTRS_PER_S2_PGD_SHIFT)
 173
 174 #define kvm_pgd_index(addr)     (((addr) >> PGDIR_SHIFT) & (PTRS_PER_S2_PGD - 1))
 175
 176 /*
 177  * If we are concatenating first level stage-2 page tables, we would have less
 178  * than or equal to 16 pointers in the fake PGD, because that's what the
 179  * architecture allows.  In this case, (4 - CONFIG_PGTABLE_LEVELS)
 180  * represents the first level for the host, and we add 1 to go to the next
 181  * level (which uses contatenation) for the stage-2 tables.
 182  */
 183 #if PTRS_PER_S2_PGD <= 16
 184 #define KVM_PREALLOC_LEVEL      (4 - CONFIG_PGTABLE_LEVELS + 1)
 185 #else
 186 #define KVM_PREALLOC_LEVEL      (0)
 187 #endif
 188
 189 static inline void *kvm_get_hwpgd(struct kvm *kvm)
 190 {
 191         pgd_t *pgd = kvm->arch.pgd;
 192         pud_t *pud;
 193
 194         if (KVM_PREALLOC_LEVEL == 0)
 195                 return pgd;
 196
 197         pud = pud_offset(pgd, 0);
 198         if (KVM_PREALLOC_LEVEL == 1)
 199                 return pud;
 200
 201         BUG_ON(KVM_PREALLOC_LEVEL != 2);
 202         return pmd_offset(pud, 0);
 203 }
 204
 205 static inline unsigned int kvm_get_hwpgd_size(void)
 206 {
 207         if (KVM_PREALLOC_LEVEL > 0)
 208                 return PTRS_PER_S2_PGD * PAGE_SIZE;
 209         return PTRS_PER_S2_PGD * sizeof(pgd_t);
 210 }
 211
 212 static inline bool kvm_page_empty(void *ptr)
 213 {
 214         struct page *ptr_page = virt_to_page(ptr);
 215         return page_count(ptr_page) == 1;
 216 }
 217
 218 #define kvm_pte_table_empty(kvm, ptep) kvm_page_empty(ptep)
 219
 220 #ifdef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
 221 #define kvm_pmd_table_empty(kvm, pmdp) (0)
 222 #else
 223 #define kvm_pmd_table_empty(kvm, pmdp) \
 224         (kvm_page_empty(pmdp) && (!(kvm) || KVM_PREALLOC_LEVEL < 2))
 225 #endif
 226
 227 #ifdef __PAGETABLE_PUD_FOLDED
 228 #define kvm_pud_table_empty(kvm, pudp) (0)
 229 #else
 230 #define kvm_pud_table_empty(kvm, pudp) \
 231         (kvm_page_empty(pudp) && (!(kvm) || KVM_PREALLOC_LEVEL < 1))
 232 #endif
 233
 234
 235 struct kvm;
 236
 237 #define kvm_flush_dcache_to_poc(a,l)    __flush_dcache_area((a), (l))
 238
 239 static inline bool vcpu_has_cache_enabled(struct kvm_vcpu *vcpu)
 240 {
 241         return (vcpu_sys_reg(vcpu, SCTLR_EL1) & 0b101) == 0b101;
 242 }
 243
 244 static inline void __coherent_cache_guest_page(struct kvm_vcpu *vcpu,
 245                                                kvm_pfn_t pfn,
 246                                                unsigned long size,
 247                                                bool ipa_uncached)
 248 {
 249         void *va = page_address(pfn_to_page(pfn));
 250
 251         if (!vcpu_has_cache_enabled(vcpu) || ipa_uncached)
 252                 kvm_flush_dcache_to_poc(va, size);
 253
 254         if (!icache_is_aliasing()) {            /* PIPT */
 255                 flush_icache_range((unsigned long)va,
 256                                    (unsigned long)va + size);
 257         } else if (!icache_is_aivivt()) {       /* non ASID-tagged VIVT */
 258                 /* any kind of VIPT cache */
 259                 __flush_icache_all();
 260         }
 261 }
 262
 263 static inline void __kvm_flush_dcache_pte(pte_t pte)
 264 {
 265         struct page *page = pte_page(pte);
 266         kvm_flush_dcache_to_poc(page_address(page), PAGE_SIZE);
 267 }
 268
 269 static inline void __kvm_flush_dcache_pmd(pmd_t pmd)
 270 {
 271         struct page *page = pmd_page(pmd);
 272         kvm_flush_dcache_to_poc(page_address(page), PMD_SIZE);
 273 }
 274
 275 static inline void __kvm_flush_dcache_pud(pud_t pud)
 276 {
 277         struct page *page = pud_page(pud);
 278         kvm_flush_dcache_to_poc(page_address(page), PUD_SIZE);
 279 }
 280
 281 #define kvm_virt_to_phys(x)             __virt_to_phys((unsigned long)(x))
 282
 283 void kvm_set_way_flush(struct kvm_vcpu *vcpu);
 284 void kvm_toggle_cache(struct kvm_vcpu *vcpu, bool was_enabled);
 285
 286 static inline bool __kvm_cpu_uses_extended_idmap(void)
 287 {
 288         return __cpu_uses_extended_idmap();
 289 }
 290
 291 static inline void __kvm_extend_hypmap(pgd_t *boot_hyp_pgd,
 292                                        pgd_t *hyp_pgd,
 293                                        pgd_t *merged_hyp_pgd,
 294                                        unsigned long hyp_idmap_start)
 295 {
 296         int idmap_idx;
 297
 298         /*
 299          * Use the first entry to access the HYP mappings. It is
 300          * guaranteed to be free, otherwise we wouldn't use an
 301          * extended idmap.
 302          */
 303         VM_BUG_ON(pgd_val(merged_hyp_pgd[0]));
 304         merged_hyp_pgd[0] = __pgd(__pa(hyp_pgd) | PMD_TYPE_TABLE);
 305
 306         /*
 307          * Create another extended level entry that points to the boot HYP map,
 308          * which contains an ID mapping of the HYP init code. We essentially
 309          * merge the boot and runtime HYP maps by doing so, but they don't
 310          * overlap anyway, so this is fine.
 311          */
 312         idmap_idx = hyp_idmap_start >> VA_BITS;
 313         VM_BUG_ON(pgd_val(merged_hyp_pgd[idmap_idx]));
 314         merged_hyp_pgd[idmap_idx] = __pgd(__pa(boot_hyp_pgd) | PMD_TYPE_TABLE);
 315 }
 316
 317 static inline unsigned int kvm_get_vmid_bits(void)
 318 {
 319         int reg = read_system_reg(SYS_ID_AA64MMFR1_EL1);
 320
 321         return (cpuid_feature_extract_unsigned_field(reg, ID_AA64MMFR1_VMIDBITS_SHIFT) == 2) ? 16 : 8;
 322 }
 323
 324 #endif /* __ASSEMBLY__ */
 325 #endif /* __ARM64_KVM_MMU_H__ */