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