sys/i386/include/pmap.h

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   6  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
   7  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
   8  *
   9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  * modification, are permitted provided that the following conditions
  11  * are met:
  12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  14  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  16  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  17  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  18  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  19  *    without specific prior written permission.
  20  *
  21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  22  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  23  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  24  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  25  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  26  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  27  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  28  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  29  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  30  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  31  * SUCH DAMAGE.
  32  *
  33  * Derived from hp300 version by Mike Hibler, this version by William
  34  * Jolitz uses a recursive map [a pde points to the page directory] to
  35  * map the page tables using the pagetables themselves. This is done to
  36  * reduce the impact on kernel virtual memory for lots of sparse address
  37  * space, and to reduce the cost of memory to each process.
  38  *
  39  *      from: hp300: @(#)pmap.h 7.2 (Berkeley) 12/16/90
  40  *      from: @(#)pmap.h        7.4 (Berkeley) 5/12/91
  41  * $FreeBSD$
  42  */
  43
  44 #ifndef _MACHINE_PMAP_H_
  45 #define _MACHINE_PMAP_H_
  46
  47 /*
  48  * Page-directory and page-table entries follow this format, with a few
  49  * of the fields not present here and there, depending on a lot of things.
  50  */
  51                                 /* ---- Intel Nomenclature ---- */
  52 #define PG_V            0x001   /* P    Valid                   */
  53 #define PG_RW           0x002   /* R/W  Read/Write              */
  54 #define PG_U            0x004   /* U/S  User/Supervisor         */
  55 #define PG_NC_PWT       0x008   /* PWT  Write through           */
  56 #define PG_NC_PCD       0x010   /* PCD  Cache disable           */
  57 #define PG_A            0x020   /* A    Accessed                */
  58 #define PG_M            0x040   /* D    Dirty                   */
  59 #define PG_PS           0x080   /* PS   Page size (0=4k,1=4M)   */
  60 #define PG_PTE_PAT      0x080   /* PAT  PAT index               */
  61 #define PG_G            0x100   /* G    Global                  */
  62 #define PG_AVAIL1       0x200   /*    / Available for system    */
  63 #define PG_AVAIL2       0x400   /*   <  programmers use         */
  64 #define PG_AVAIL3       0x800   /*    \                         */
  65 #define PG_PDE_PAT      0x1000  /* PAT  PAT index               */
  66 #ifdef PAE
  67 #define PG_NX           (1ull<<63) /* No-execute */
  68 #endif
  69
  70
  71 /* Our various interpretations of the above */
  72 #define PG_W            PG_AVAIL1       /* "Wired" pseudoflag */
  73 #define PG_MANAGED      PG_AVAIL2
  74 #ifdef PAE
  75 #define PG_FRAME        (0x000ffffffffff000ull)
  76 #define PG_PS_FRAME     (0x000fffffffe00000ull)
  77 #else
  78 #define PG_FRAME        (~PAGE_MASK)
  79 #define PG_PS_FRAME     (0xffc00000)
  80 #endif
  81 #define PG_PROT         (PG_RW|PG_U)    /* all protection bits . */
  82 #define PG_N            (PG_NC_PWT|PG_NC_PCD)   /* Non-cacheable */
  83
  84 /*
  85  * Page Protection Exception bits
  86  */
  87
  88 #define PGEX_P          0x01    /* Protection violation vs. not present */
  89 #define PGEX_W          0x02    /* during a Write cycle */
  90 #define PGEX_U          0x04    /* access from User mode (UPL) */
  91 #define PGEX_RSV        0x08    /* reserved PTE field is non-zero */
  92 #define PGEX_I          0x10    /* during an instruction fetch */
  93
  94 /*
  95  * Size of Kernel address space.  This is the number of page table pages
  96  * (4MB each) to use for the kernel.  256 pages == 1 Gigabyte.
  97  * This **MUST** be a multiple of 4 (eg: 252, 256, 260, etc).
  98  * For PAE, the page table page unit size is 2MB.  This means that 512 pages
  99  * is 1 Gigabyte.  Double everything.  It must be a multiple of 8 for PAE.
 100  */
 101 #ifndef KVA_PAGES
 102 #ifdef PAE
 103 #define KVA_PAGES       512
 104 #else
 105 #define KVA_PAGES       256
 106 #endif
 107 #endif
 108
 109 /*
 110  * Pte related macros
 111  */
 112 #define VADDR(pdi, pti) ((vm_offset_t)(((pdi)<<PDRSHIFT)|((pti)<<PAGE_SHIFT)))
 113
 114 /* Initial number of kernel page tables. */
 115 #ifndef NKPT
 116 #ifdef PAE
 117 /* 152 page tables needed to map 16G (76B "struct vm_page", 2M page tables). */
 118 #define NKPT            240
 119 #else
 120 /* 18 page tables needed to map 4G (72B "struct vm_page", 4M page tables). */
 121 #define NKPT            30
 122 #endif
 123 #endif
 124
 125 #ifndef NKPDE
 126 #define NKPDE   (KVA_PAGES)     /* number of page tables/pde's */
 127 #endif
 128
 129 /*
 130  * The *PTDI values control the layout of virtual memory
 131  *
 132  * XXX This works for now, but I am not real happy with it, I'll fix it
 133  * right after I fix locore.s and the magic 28K hole
 134  */
 135 #define KPTDI           (NPDEPTD-NKPDE) /* start of kernel virtual pde's */
 136 #define PTDPTDI         (KPTDI-NPGPTD)  /* ptd entry that points to ptd! */
 137
 138 /*
 139  * XXX doesn't really belong here I guess...
 140  */
 141 #define ISA_HOLE_START    0xa0000
 142 #define ISA_HOLE_LENGTH (0x100000-ISA_HOLE_START)
 143
 144 #ifndef LOCORE
 145
 146 #include <sys/queue.h>
 147 #include <sys/_lock.h>
 148 #include <sys/_mutex.h>
 149
 150 #ifdef PAE
 151
 152 typedef uint64_t pdpt_entry_t;
 153 typedef uint64_t pd_entry_t;
 154 typedef uint64_t pt_entry_t;
 155
 156 #define PTESHIFT        (3)
 157 #define PDESHIFT        (3)
 158
 159 #else
 160
 161 typedef uint32_t pd_entry_t;
 162 typedef uint32_t pt_entry_t;
 163
 164 #define PTESHIFT        (2)
 165 #define PDESHIFT        (2)
 166
 167 #endif
 168
 169 /*
 170  * Address of current and alternate address space page table maps
 171  * and directories.
 172  */
 173 #ifdef _KERNEL
 174 extern pt_entry_t PTmap[];
 175 extern pd_entry_t PTD[];
 176 extern pd_entry_t PTDpde[];
 177
 178 #ifdef PAE
 179 extern pdpt_entry_t *IdlePDPT;
 180 #endif
 181 extern pd_entry_t *IdlePTD;     /* physical address of "Idle" state directory */
 182 #endif
 183
 184 #ifdef _KERNEL
 185 /*
 186  * virtual address to page table entry and
 187  * to physical address.
 188  * Note: these work recursively, thus vtopte of a pte will give
 189  * the corresponding pde that in turn maps it.
 190  */
 191 #define vtopte(va)      (PTmap + i386_btop(va))
 192 #define vtophys(va)     pmap_kextract((vm_offset_t)(va))
 193
 194 /*
 195  *      Routine:        pmap_kextract
 196  *      Function:
 197  *              Extract the physical page address associated
 198  *              kernel virtual address.
 199  */
 200 static __inline vm_paddr_t
 201 pmap_kextract(vm_offset_t va)
 202 {
 203         vm_paddr_t pa;
 204
 205         if ((pa = PTD[va >> PDRSHIFT]) & PG_PS) {
 206                 pa = (pa & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
 207         } else {
 208                 pa = *vtopte(va);
 209                 pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
 210         }
 211         return pa;
 212 }
 213
 214 #ifdef PAE
 215
 216 static __inline pt_entry_t
 217 pte_load(pt_entry_t *ptep)
 218 {
 219         pt_entry_t r;
 220
 221         __asm __volatile(
 222             "lock; cmpxchg8b %1"
 223             : "=A" (r)
 224             : "m" (*ptep), "a" (0), "d" (0), "b" (0), "c" (0));
 225         return (r);
 226 }
 227
 228 static __inline pt_entry_t
 229 pte_load_store(pt_entry_t *ptep, pt_entry_t v)
 230 {
 231         pt_entry_t r;
 232
 233         r = *ptep;
 234         __asm __volatile(
 235             "1:\n"
 236             "\tlock; cmpxchg8b %1\n"
 237             "\tjnz 1b"
 238             : "+A" (r)
 239             : "m" (*ptep), "b" ((uint32_t)v), "c" ((uint32_t)(v >> 32)));
 240         return (r);
 241 }
 242
 243 /* XXXRU move to atomic.h? */
 244 static __inline int
 245 atomic_cmpset_64(volatile uint64_t *dst, uint64_t exp, uint64_t src)
 246 {
 247         int64_t res = exp;
 248
 249         __asm __volatile (
 250         "       lock ;                  "
 251         "       cmpxchg8b %2 ;          "
 252         "       setz    %%al ;          "
 253         "       movzbl  %%al,%0 ;       "
 254         "# atomic_cmpset_64"
 255         : "+A" (res),                   /* 0 (result) */
 256           "=m" (*dst)                   /* 1 */
 257         : "m" (*dst),                   /* 2 */
 258           "b" ((uint32_t)src),
 259           "c" ((uint32_t)(src >> 32)));
 260
 261         return (res);
 262 }
 263
 264 #define pte_load_clear(ptep)    pte_load_store((ptep), (pt_entry_t)0ULL)
 265
 266 #define pte_store(ptep, pte)    pte_load_store((ptep), (pt_entry_t)pte)
 267
 268 extern pt_entry_t pg_nx;
 269
 270 #else /* PAE */
 271
 272 static __inline pt_entry_t
 273 pte_load(pt_entry_t *ptep)
 274 {
 275         pt_entry_t r;
 276
 277         r = *ptep;
 278         return (r);
 279 }
 280
 281 static __inline pt_entry_t
 282 pte_load_store(pt_entry_t *ptep, pt_entry_t pte)
 283 {
 284         pt_entry_t r;
 285
 286         __asm __volatile(
 287             "xchgl %0,%1"
 288             : "=m" (*ptep),
 289               "=r" (r)
 290             : "1" (pte),
 291               "m" (*ptep));
 292         return (r);
 293 }
 294
 295 #define pte_load_clear(pte)     atomic_readandclear_int(pte)
 296
 297 static __inline void
 298 pte_store(pt_entry_t *ptep, pt_entry_t pte)
 299 {
 300
 301         *ptep = pte;
 302 }
 303
 304 #endif /* PAE */
 305
 306 #define pte_clear(ptep)         pte_store((ptep), (pt_entry_t)0ULL)
 307
 308 #define pde_store(pdep, pde)    pte_store((pdep), (pde))
 309
 310 #endif /* _KERNEL */
 311
 312 /*
 313  * Pmap stuff
 314  */
 315 struct  pv_entry;
 316 struct  pv_chunk;
 317
 318 struct md_page {
 319         TAILQ_HEAD(,pv_entry)   pv_list;
 320 };
 321
 322 struct pmap {
 323         struct mtx              pm_mtx;
 324         pd_entry_t              *pm_pdir;       /* KVA of page directory */
 325         TAILQ_HEAD(,pv_chunk)   pm_pvchunk;     /* list of mappings in pmap */
 326         u_int                   pm_active;      /* active on cpus */
 327         struct pmap_statistics  pm_stats;       /* pmap statistics */
 328         LIST_ENTRY(pmap)        pm_list;        /* List of all pmaps */
 329 #ifdef PAE
 330         pdpt_entry_t            *pm_pdpt;       /* KVA of page director pointer
 331                                                    table */
 332 #endif
 333 };
 334
 335 typedef struct pmap     *pmap_t;
 336
 337 #ifdef _KERNEL
 338 extern struct pmap      kernel_pmap_store;
 339 #define kernel_pmap     (&kernel_pmap_store)
 340
 341 #define PMAP_LOCK(pmap)         mtx_lock(&(pmap)->pm_mtx)
 342 #define PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, type) \
 343                                 mtx_assert(&(pmap)->pm_mtx, (type))
 344 #define PMAP_LOCK_DESTROY(pmap) mtx_destroy(&(pmap)->pm_mtx)
 345 #define PMAP_LOCK_INIT(pmap)    mtx_init(&(pmap)->pm_mtx, "pmap", \
 346                                     NULL, MTX_DEF | MTX_DUPOK)
 347 #define PMAP_LOCKED(pmap)       mtx_owned(&(pmap)->pm_mtx)
 348 #define PMAP_MTX(pmap)          (&(pmap)->pm_mtx)
 349 #define PMAP_TRYLOCK(pmap)      mtx_trylock(&(pmap)->pm_mtx)
 350 #define PMAP_UNLOCK(pmap)       mtx_unlock(&(pmap)->pm_mtx)
 351 #endif
 352
 353 /*
 354  * For each vm_page_t, there is a list of all currently valid virtual
 355  * mappings of that page.  An entry is a pv_entry_t, the list is pv_list.
 356  */
 357 typedef struct pv_entry {
 358         vm_offset_t     pv_va;          /* virtual address for mapping */
 359         TAILQ_ENTRY(pv_entry)   pv_list;
 360 } *pv_entry_t;
 361
 362 /*
 363  * pv_entries are allocated in chunks per-process.  This avoids the
 364  * need to track per-pmap assignments.
 365  */
 366 #define _NPCM   11
 367 #define _NPCPV  336
 368 struct pv_chunk {
 369         pmap_t                  pc_pmap;
 370         TAILQ_ENTRY(pv_chunk)   pc_list;
 371         uint32_t                pc_map[_NPCM];  /* bitmap; 1 = free */
 372         uint32_t                pc_spare[2];
 373         struct pv_entry         pc_pventry[_NPCPV];
 374 };
 375
 376 #ifdef  _KERNEL
 377
 378 #define NPPROVMTRR              8
 379 #define PPRO_VMTRRphysBase0     0x200
 380 #define PPRO_VMTRRphysMask0     0x201
 381 struct ppro_vmtrr {
 382         u_int64_t base, mask;
 383 };
 384 extern struct ppro_vmtrr PPro_vmtrr[NPPROVMTRR];
 385
 386 extern caddr_t  CADDR1;
 387 extern pt_entry_t *CMAP1;
 388 extern vm_paddr_t phys_avail[];
 389 extern vm_paddr_t dump_avail[];
 390 extern int pseflag;
 391 extern int pgeflag;
 392 extern char *ptvmmap;           /* poor name! */
 393 extern vm_offset_t virtual_avail;
 394 extern vm_offset_t virtual_end;
 395
 396 #define pmap_page_is_mapped(m)  (!TAILQ_EMPTY(&(m)->md.pv_list))
 397 #define pmap_unmapbios(va, sz)  pmap_unmapdev((va), (sz))
 398
 399 void    pmap_bootstrap(vm_paddr_t);
 400 int     pmap_change_attr(vm_offset_t, vm_size_t, int);
 401 void    pmap_init_pat(void);
 402 void    pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
 403 void    pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
 404 void    *pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i);
 405 void    pmap_kremove(vm_offset_t);
 406 void    *pmap_mapbios(vm_paddr_t, vm_size_t);
 407 void    *pmap_mapdev(vm_paddr_t, vm_size_t);
 408 void    *pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t, vm_size_t, int);
 409 void    pmap_unmapdev(vm_offset_t, vm_size_t);
 410 pt_entry_t *pmap_pte(pmap_t, vm_offset_t) __pure2;
 411 void    pmap_set_pg(void);
 412 void    pmap_invalidate_page(pmap_t, vm_offset_t);
 413 void    pmap_invalidate_range(pmap_t, vm_offset_t, vm_offset_t);
 414 void    pmap_invalidate_all(pmap_t);
 415 void    pmap_invalidate_cache(void);
 416
 417 #endif /* _KERNEL */
 418
 419 #endif /* !LOCORE */
 420
 421 #endif /* !_MACHINE_PMAP_H_ */