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/io.h>
  21
  22 #include <asm/cputype.h>
  23 #include <asm/sections.h>
  24 #include <asm/setup.h>
  25 #include <asm/sizes.h>
  26 #include <asm/tlb.h>
  27 #include <asm/memblock.h>
  28
  29 #include <mach/map.h>
  30
  31 #include "mm.h"
  32
  33 /*
  34  * empty_zero_page is a special page that is used for
  35  * zero-initialized data and COW.
  36  */
  37 struct page *empty_zero_page;
  38 EXPORT_SYMBOL(empty_zero_page);
  39
  40 /*
  41  * The pmd table for the upper-most set of pages.
  42  */
  43 pmd_t *top_pmd;
  44
  45 pgprot_t pgprot_user;
  46 EXPORT_SYMBOL(pgprot_user);
  47
  48 pgprot_t pgprot_kernel;
  49 EXPORT_SYMBOL(pgprot_kernel);
  50
  51 static int __init noalign_setup(char *__unused)
  52 {
  53         cr_alignment &= ~CR_A;
  54         cr_no_alignment &= ~CR_A;
  55         set_cr(cr_alignment);
  56         return 1;
  57 }
  58 __setup("noalign", noalign_setup);
  59
  60 void adjust_cr(unsigned long mask, unsigned long set)
  61 {
  62         unsigned long flags;
  63
  64         mask &= ~CR_A;
  65
  66         set &= mask;
  67
  68         local_irq_save(flags);
  69
  70         cr_no_alignment = (cr_no_alignment & ~mask) | set;
  71         cr_alignment = (cr_alignment & ~mask) | set;
  72
  73         set_cr((get_cr() & ~mask) | set);
  74
  75         local_irq_restore(flags);
  76 }
  77
  78 struct map_desc {
  79         unsigned long virtual;
  80         unsigned long pfn;
  81         unsigned long length;
  82         unsigned int type;
  83 };
  84
  85 #define PROT_PTE_DEVICE         (PTE_PRESENT | PTE_YOUNG |      \
  86                                 PTE_DIRTY | PTE_READ | PTE_WRITE)
  87 #define PROT_SECT_DEVICE        (PMD_TYPE_SECT | PMD_PRESENT |  \
  88                                 PMD_SECT_READ | PMD_SECT_WRITE)
  89
  90 static struct mem_type mem_types[] = {
  91         [MT_DEVICE] = {           /* Strongly ordered */
  92                 .prot_pte       = PROT_PTE_DEVICE,
  93                 .prot_l1        = PMD_TYPE_TABLE | PMD_PRESENT,
  94                 .prot_sect      = PROT_SECT_DEVICE,
  95         },
  96         /*
  97          * MT_KUSER: pte for vecpage -- cacheable,
  98          *       and sect for unigfx mmap -- noncacheable
  99          */
 100         [MT_KUSER] = {
 101                 .prot_pte  = PTE_PRESENT | PTE_YOUNG | PTE_DIRTY |
 102                                 PTE_CACHEABLE | PTE_READ | PTE_EXEC,
 103                 .prot_l1   = PMD_TYPE_TABLE | PMD_PRESENT,
 104                 .prot_sect = PROT_SECT_DEVICE,
 105         },
 106         [MT_HIGH_VECTORS] = {
 107                 .prot_pte  = PTE_PRESENT | PTE_YOUNG | PTE_DIRTY |
 108                                 PTE_CACHEABLE | PTE_READ | PTE_WRITE |
 109                                 PTE_EXEC,
 110                 .prot_l1   = PMD_TYPE_TABLE | PMD_PRESENT,
 111         },
 112         [MT_MEMORY] = {
 113                 .prot_pte  = PTE_PRESENT | PTE_YOUNG | PTE_DIRTY |
 114                                 PTE_WRITE | PTE_EXEC,
 115                 .prot_l1   = PMD_TYPE_TABLE | PMD_PRESENT,
 116                 .prot_sect = PMD_TYPE_SECT | PMD_PRESENT | PMD_SECT_CACHEABLE |
 117                                 PMD_SECT_READ | PMD_SECT_WRITE | PMD_SECT_EXEC,
 118         },
 119         [MT_ROM] = {
 120                 .prot_sect = PMD_TYPE_SECT | PMD_PRESENT | PMD_SECT_CACHEABLE |
 121                                 PMD_SECT_READ,
 122         },
 123 };
 124
 125 const struct mem_type *get_mem_type(unsigned int type)
 126 {
 127         return type < ARRAY_SIZE(mem_types) ? &mem_types[type] : NULL;
 128 }
 129 EXPORT_SYMBOL(get_mem_type);
 130
 131 /*
 132  * Adjust the PMD section entries according to the CPU in use.
 133  */
 134 static void __init build_mem_type_table(void)
 135 {
 136         pgprot_user   = __pgprot(PTE_PRESENT | PTE_YOUNG | PTE_CACHEABLE);
 137         pgprot_kernel = __pgprot(PTE_PRESENT | PTE_YOUNG |
 138                                  PTE_DIRTY | PTE_READ | PTE_WRITE |
 139                                  PTE_EXEC | PTE_CACHEABLE);
 140 }
 141
 142 #define vectors_base()  (vectors_high() ? 0xffff0000 : 0)
 143
 144 static void __init *early_alloc(unsigned long sz)
 145 {
 146         return memblock_alloc(sz, sz);
 147 }
 148
 149 static pte_t * __init early_pte_alloc(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
 150                 unsigned long prot)
 151 {
 152         if (pmd_none(*pmd)) {
 153                 pte_t *pte = early_alloc(PTRS_PER_PTE * sizeof(pte_t));
 154                 __pmd_populate(pmd, __pa(pte) | prot);
 155         }
 156         BUG_ON(pmd_bad(*pmd));
 157         return pte_offset_kernel(pmd, addr);
 158 }
 159
 160 static void __init alloc_init_pte(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
 161                                   unsigned long end, unsigned long pfn,
 162                                   const struct mem_type *type)
 163 {
 164         pte_t *pte = early_pte_alloc(pmd, addr, type->prot_l1);
 165         do {
 166                 set_pte(pte, pfn_pte(pfn, __pgprot(type->prot_pte)));
 167                 pfn++;
 168         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 169 }
 170
 171 static void __init alloc_init_section(pgd_t *pgd, unsigned long addr,
 172                                       unsigned long end, unsigned long phys,
 173                                       const struct mem_type *type)
 174 {
 175         pmd_t *pmd = pmd_offset((pud_t *)pgd, addr);
 176
 177         /*
 178          * Try a section mapping - end, addr and phys must all be aligned
 179          * to a section boundary.
 180          */
 181         if (((addr | end | phys) & ~SECTION_MASK) == 0) {
 182                 pmd_t *p = pmd;
 183
 184                 do {
 185                         set_pmd(pmd, __pmd(phys | type->prot_sect));
 186                         phys += SECTION_SIZE;
 187                 } while (pmd++, addr += SECTION_SIZE, addr != end);
 188
 189                 flush_pmd_entry(p);
 190         } else {
 191                 /*
 192                  * No need to loop; pte's aren't interested in the
 193                  * individual L1 entries.
 194                  */
 195                 alloc_init_pte(pmd, addr, end, __phys_to_pfn(phys), type);
 196         }
 197 }
 198
 199 /*
 200  * Create the page directory entries and any necessary
 201  * page tables for the mapping specified by `md'.  We
 202  * are able to cope here with varying sizes and address
 203  * offsets, and we take full advantage of sections.
 204  */
 205 static void __init create_mapping(struct map_desc *md)
 206 {
 207         unsigned long phys, addr, length, end;
 208         const struct mem_type *type;
 209         pgd_t *pgd;
 210
 211         if (md->virtual != vectors_base() && md->virtual < TASK_SIZE) {
 212                 printk(KERN_WARNING "BUG: not creating mapping for "
 213                        "0x%08llx at 0x%08lx in user region\n",
 214                        __pfn_to_phys((u64)md->pfn), md->virtual);
 215                 return;
 216         }
 217
 218         if ((md->type == MT_DEVICE || md->type == MT_ROM) &&
 219             md->virtual >= PAGE_OFFSET && md->virtual < VMALLOC_END) {
 220                 printk(KERN_WARNING "BUG: mapping for 0x%08llx at 0x%08lx "
 221                        "overlaps vmalloc space\n",
 222                        __pfn_to_phys((u64)md->pfn), md->virtual);
 223         }
 224
 225         type = &mem_types[md->type];
 226
 227         addr = md->virtual & PAGE_MASK;
 228         phys = (unsigned long)__pfn_to_phys(md->pfn);
 229         length = PAGE_ALIGN(md->length + (md->virtual & ~PAGE_MASK));
 230
 231         if (type->prot_l1 == 0 && ((addr | phys | length) & ~SECTION_MASK)) {
 232                 printk(KERN_WARNING "BUG: map for 0x%08lx at 0x%08lx can not "
 233                        "be mapped using pages, ignoring.\n",
 234                        __pfn_to_phys(md->pfn), addr);
 235                 return;
 236         }
 237
 238         pgd = pgd_offset_k(addr);
 239         end = addr + length;
 240         do {
 241                 unsigned long next = pgd_addr_end(addr, end);
 242
 243                 alloc_init_section(pgd, addr, next, phys, type);
 244
 245                 phys += next - addr;
 246                 addr = next;
 247         } while (pgd++, addr != end);
 248 }
 249
 250 static void * __initdata vmalloc_min = (void *)(VMALLOC_END - SZ_128M);
 251
 252 /*
 253  * vmalloc=size forces the vmalloc area to be exactly 'size'
 254  * bytes. This can be used to increase (or decrease) the vmalloc
 255  * area - the default is 128m.
 256  */
 257 static int __init early_vmalloc(char *arg)
 258 {
 259         unsigned long vmalloc_reserve = memparse(arg, NULL);
 260
 261         if (vmalloc_reserve < SZ_16M) {
 262                 vmalloc_reserve = SZ_16M;
 263                 printk(KERN_WARNING
 264                         "vmalloc area too small, limiting to %luMB\n",
 265                         vmalloc_reserve >> 20);
 266         }
 267
 268         if (vmalloc_reserve > VMALLOC_END - (PAGE_OFFSET + SZ_32M)) {
 269                 vmalloc_reserve = VMALLOC_END - (PAGE_OFFSET + SZ_32M);
 270                 printk(KERN_WARNING
 271                         "vmalloc area is too big, limiting to %luMB\n",
 272                         vmalloc_reserve >> 20);
 273         }
 274
 275         vmalloc_min = (void *)(VMALLOC_END - vmalloc_reserve);
 276         return 0;
 277 }
 278 early_param("vmalloc", early_vmalloc);
 279
 280 static phys_addr_t lowmem_limit __initdata = SZ_1G;
 281
 282 static void __init sanity_check_meminfo(void)
 283 {
 284         int i, j;
 285
 286         lowmem_limit = __pa(vmalloc_min - 1) + 1;
 287         memblock_set_current_limit(lowmem_limit);
 288
 289         for (i = 0, j = 0; i < meminfo.nr_banks; i++) {
 290                 struct membank *bank = &meminfo.bank[j];
 291                 *bank = meminfo.bank[i];
 292                 j++;
 293         }
 294         meminfo.nr_banks = j;
 295 }
 296
 297 static inline void prepare_page_table(void)
 298 {
 299         unsigned long addr;
 300         phys_addr_t end;
 301
 302         /*
 303          * Clear out all the mappings below the kernel image.
 304          */
 305         for (addr = 0; addr < MODULES_VADDR; addr += PGDIR_SIZE)
 306                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 307
 308         for ( ; addr < PAGE_OFFSET; addr += PGDIR_SIZE)
 309                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 310
 311         /*
 312          * Find the end of the first block of lowmem.
 313          */
 314         end = memblock.memory.regions[0].base + memblock.memory.regions[0].size;
 315         if (end >= lowmem_limit)
 316                 end = lowmem_limit;
 317
 318         /*
 319          * Clear out all the kernel space mappings, except for the first
 320          * memory bank, up to the end of the vmalloc region.
 321          */
 322         for (addr = __phys_to_virt(end);
 323              addr < VMALLOC_END; addr += PGDIR_SIZE)
 324                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 325 }
 326
 327 /*
 328  * Reserve the special regions of memory
 329  */
 330 void __init uc32_mm_memblock_reserve(void)
 331 {
 332         /*
 333          * Reserve the page tables.  These are already in use,
 334          * and can only be in node 0.
 335          */
 336         memblock_reserve(__pa(swapper_pg_dir), PTRS_PER_PGD * sizeof(pgd_t));
 337 }
 338
 339 /*
 340  * Set up device the mappings.  Since we clear out the page tables for all
 341  * mappings above VMALLOC_END, we will remove any debug device mappings.
 342  * This means you have to be careful how you debug this function, or any
 343  * called function.  This means you can't use any function or debugging
 344  * method which may touch any device, otherwise the kernel _will_ crash.
 345  */
 346 static void __init devicemaps_init(void)
 347 {
 348         struct map_desc map;
 349         unsigned long addr;
 350         void *vectors;
 351
 352         /*
 353          * Allocate the vector page early.
 354          */
 355         vectors = early_alloc(PAGE_SIZE);
 356
 357         for (addr = VMALLOC_END; addr; addr += PGDIR_SIZE)
 358                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 359
 360         /*
 361          * Create a mapping for the machine vectors at the high-vectors
 362          * location (0xffff0000).  If we aren't using high-vectors, also
 363          * create a mapping at the low-vectors virtual address.
 364          */
 365         map.pfn = __phys_to_pfn(virt_to_phys(vectors));
 366         map.virtual = VECTORS_BASE;
 367         map.length = PAGE_SIZE;
 368         map.type = MT_HIGH_VECTORS;
 369         create_mapping(&map);
 370
 371         /*
 372          * Create a mapping for the kuser page at the special
 373          * location (0xbfff0000) to the same vectors location.
 374          */
 375         map.pfn = __phys_to_pfn(virt_to_phys(vectors));
 376         map.virtual = KUSER_VECPAGE_BASE;
 377         map.length = PAGE_SIZE;
 378         map.type = MT_KUSER;
 379         create_mapping(&map);
 380
 381         /*
 382          * Finally flush the caches and tlb to ensure that we're in a
 383          * consistent state wrt the writebuffer.  This also ensures that
 384          * any write-allocated cache lines in the vector page are written
 385          * back.  After this point, we can start to touch devices again.
 386          */
 387         local_flush_tlb_all();
 388         flush_cache_all();
 389 }
 390
 391 static void __init map_lowmem(void)
 392 {
 393         struct memblock_region *reg;
 394
 395         /* Map all the lowmem memory banks. */
 396         for_each_memblock(memory, reg) {
 397                 phys_addr_t start = reg->base;
 398                 phys_addr_t end = start + reg->size;
 399                 struct map_desc map;
 400
 401                 if (end > lowmem_limit)
 402                         end = lowmem_limit;
 403                 if (start >= end)
 404                         break;
 405
 406                 map.pfn = __phys_to_pfn(start);
 407                 map.virtual = __phys_to_virt(start);
 408                 map.length = end - start;
 409                 map.type = MT_MEMORY;
 410
 411                 create_mapping(&map);
 412         }
 413 }
 414
 415 /*
 416  * paging_init() sets up the page tables, initialises the zone memory
 417  * maps, and sets up the zero page, bad page and bad page tables.
 418  */
 419 void __init paging_init(void)
 420 {
 421         void *zero_page;
 422
 423         build_mem_type_table();
 424         sanity_check_meminfo();
 425         prepare_page_table();
 426         map_lowmem();
 427         devicemaps_init();
 428
 429         top_pmd = pmd_off_k(0xffff0000);
 430
 431         /* allocate the zero page. */
 432         zero_page = early_alloc(PAGE_SIZE);
 433
 434         bootmem_init();
 435
 436         empty_zero_page = virt_to_page(zero_page);
 437         __flush_dcache_page(NULL, empty_zero_page);
 438 }
 439
 440 /*
 441  * In order to soft-boot, we need to insert a 1:1 mapping in place of
 442  * the user-mode pages.  This will then ensure that we have predictable
 443  * results when turning the mmu off
 444  */
 445 void setup_mm_for_reboot(void)
 446 {
 447         unsigned long base_pmdval;
 448         pgd_t *pgd;
 449         int i;
 450
 451         /*
 452          * We need to access to user-mode page tables here. For kernel threads
 453          * we don't have any user-mode mappings so we use the context that we
 454          * "borrowed".
 455          */
 456         pgd = current->active_mm->pgd;
 457
 458         base_pmdval = PMD_SECT_WRITE | PMD_SECT_READ | PMD_TYPE_SECT;
 459
 460         for (i = 0; i < FIRST_USER_PGD_NR + USER_PTRS_PER_PGD; i++, pgd++) {
 461                 unsigned long pmdval = (i << PGDIR_SHIFT) | base_pmdval;
 462                 pmd_t *pmd;
 463
 464                 pmd = pmd_off(pgd, i << PGDIR_SHIFT);
 465                 set_pmd(pmd, __pmd(pmdval));
 466                 flush_pmd_entry(pmd);
 467         }
 468
 469         local_flush_tlb_all();
 470 }
 471
 472 /*
 473  * Take care of architecture specific things when placing a new PTE into
 474  * a page table, or changing an existing PTE.  Basically, there are two
 475  * things that we need to take care of:
 476  *
 477  *  1. If PG_dcache_clean is not set for the page, we need to ensure
 478  *     that any cache entries for the kernels virtual memory
 479  *     range are written back to the page.
 480  *  2. If we have multiple shared mappings of the same space in
 481  *     an object, we need to deal with the cache aliasing issues.
 482  *
 483  * Note that the pte lock will be held.
 484  */
 485 void update_mmu_cache(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
 486         pte_t *ptep)
 487 {
 488         unsigned long pfn = pte_pfn(*ptep);
 489         struct address_space *mapping;
 490         struct page *page;
 491
 492         if (!pfn_valid(pfn))
 493                 return;
 494
 495         /*
 496          * The zero page is never written to, so never has any dirty
 497          * cache lines, and therefore never needs to be flushed.
 498          */
 499         page = pfn_to_page(pfn);
 500         if (page == ZERO_PAGE(0))
 501                 return;
 502
 503         mapping = page_mapping_file(page);
 504         if (!test_and_set_bit(PG_dcache_clean, &page->flags))
 505                 __flush_dcache_page(mapping, page);
 506         if (mapping)
 507                 if (vma->vm_flags & VM_EXEC)
 508                         __flush_icache_all();
 509 }