sys/powerpc/pseries/mmu_phyp.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2010 Andreas Tobler
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   6  * modification, are permitted provided that the following conditions
   7  * are met:
   8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  13  *
  14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  15  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  16  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  17  * IN NO EVENT SHALL TOOLS GMBH BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
  18  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
  19  * PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS;
  20  * OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY,
  21  * WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR
  22  * OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF
  23  * ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  24  */
  25
  26 #include <sys/cdefs.h>
  27 __FBSDID("$FreeBSD$");
  28
  29 #include <sys/param.h>
  30 #include <sys/kernel.h>
  31 #include <sys/ktr.h>
  32 #include <sys/lock.h>
  33 #include <sys/msgbuf.h>
  34 #include <sys/mutex.h>
  35 #include <sys/proc.h>
  36 #include <sys/sysctl.h>
  37 #include <sys/systm.h>
  38 #include <sys/vmmeter.h>
  39
  40 #include <dev/ofw/openfirm.h>
  41 #include <machine/ofw_machdep.h>
  42
  43 #include <vm/vm.h>
  44 #include <vm/vm_param.h>
  45 #include <vm/vm_kern.h>
  46 #include <vm/vm_page.h>
  47 #include <vm/vm_map.h>
  48 #include <vm/vm_object.h>
  49 #include <vm/vm_extern.h>
  50 #include <vm/vm_pageout.h>
  51 #include <vm/uma.h>
  52
  53 #include <powerpc/aim/mmu_oea64.h>
  54
  55 #include "mmu_if.h"
  56 #include "moea64_if.h"
  57
  58 #include "phyp-hvcall.h"
  59
  60 extern int n_slbs;
  61
  62 /*
  63  * Kernel MMU interface
  64  */
  65
  66 static void     mphyp_bootstrap(mmu_t mmup, vm_offset_t kernelstart,
  67                     vm_offset_t kernelend);
  68 static void     mphyp_cpu_bootstrap(mmu_t mmup, int ap);
  69 static void     mphyp_pte_synch(mmu_t, uintptr_t pt, struct lpte *pvo_pt);
  70 static void     mphyp_pte_clear(mmu_t, uintptr_t pt, struct lpte *pvo_pt,
  71                     uint64_t vpn, u_int64_t ptebit);
  72 static void     mphyp_pte_unset(mmu_t, uintptr_t pt, struct lpte *pvo_pt,
  73                     uint64_t vpn);
  74 static void     mphyp_pte_change(mmu_t, uintptr_t pt, struct lpte *pvo_pt,
  75                     uint64_t vpn);
  76 static int      mphyp_pte_insert(mmu_t, u_int ptegidx, struct lpte *pvo_pt);
  77 static uintptr_t mphyp_pvo_to_pte(mmu_t, const struct pvo_entry *pvo);
  78
  79 #define VSID_HASH_MASK          0x0000007fffffffffULL
  80
  81
  82 static mmu_method_t mphyp_methods[] = {
  83         MMUMETHOD(mmu_bootstrap,        mphyp_bootstrap),
  84         MMUMETHOD(mmu_cpu_bootstrap,    mphyp_cpu_bootstrap),
  85
  86         MMUMETHOD(moea64_pte_synch,     mphyp_pte_synch),
  87         MMUMETHOD(moea64_pte_clear,     mphyp_pte_clear),
  88         MMUMETHOD(moea64_pte_unset,     mphyp_pte_unset),
  89         MMUMETHOD(moea64_pte_change,    mphyp_pte_change),
  90         MMUMETHOD(moea64_pte_insert,    mphyp_pte_insert),
  91         MMUMETHOD(moea64_pvo_to_pte,    mphyp_pvo_to_pte),
  92
  93         { 0, 0 }
  94 };
  95
  96 MMU_DEF_INHERIT(pseries_mmu, "mmu_phyp", mphyp_methods, 0, oea64_mmu);
  97
  98 static void
  99 mphyp_bootstrap(mmu_t mmup, vm_offset_t kernelstart, vm_offset_t kernelend)
 100 {
 101         uint64_t final_pteg_count = 0;
 102         char buf[8];
 103         uint32_t prop[2];
 104         uint32_t nptlp, shift = 0, slb_encoding = 0;
 105         phandle_t dev, node, root;
 106         int idx, len, res;
 107
 108         moea64_early_bootstrap(mmup, kernelstart, kernelend);
 109
 110         root = OF_peer(0);
 111
 112         dev = OF_child(root);
 113         while (dev != 0) {
 114                 res = OF_getprop(dev, "name", buf, sizeof(buf));
 115                 if (res > 0 && strcmp(buf, "cpus") == 0)
 116                         break;
 117                 dev = OF_peer(dev);
 118         }
 119
 120         node = OF_child(dev);
 121
 122         while (node != 0) {
 123                 res = OF_getprop(node, "device_type", buf, sizeof(buf));
 124                 if (res > 0 && strcmp(buf, "cpu") == 0)
 125                         break;
 126                 node = OF_peer(node);
 127         }
 128
 129         res = OF_getprop(node, "ibm,pft-size", prop, sizeof(prop));
 130         if (res <= 0)
 131                 panic("mmu_phyp: unknown PFT size");
 132         final_pteg_count = 1 << prop[1];
 133         res = OF_getprop(node, "ibm,slb-size", prop, sizeof(prop[0]));
 134         if (res > 0)
 135                 n_slbs = prop[0];
 136
 137         moea64_pteg_count = final_pteg_count / sizeof(struct lpteg);
 138
 139         /*
 140          * Scan the large page size property for PAPR compatible machines.
 141          * See PAPR D.5 Changes to Section 5.1.4, 'CPU Node Properties'
 142          * for the encoding of the property.
 143          */
 144
 145         len = OF_getproplen(node, "ibm,segment-page-sizes");
 146         if (len > 0) {
 147                 /*
 148                  * We have to use a variable length array on the stack
 149                  * since we have very limited stack space.
 150                  */
 151                 cell_t arr[len/sizeof(cell_t)];
 152                 res = OF_getprop(node, "ibm,segment-page-sizes", &arr,
 153                                  sizeof(arr));
 154                 len /= 4;
 155                 idx = 0;
 156                 while (len > 0) {
 157                         shift = arr[idx];
 158                         slb_encoding = arr[idx + 1];
 159                         nptlp = arr[idx + 2];
 160                         idx += 3;
 161                         len -= 3;
 162                         while (len > 0 && nptlp) {
 163                                 idx += 2;
 164                                 len -= 2;
 165                                 nptlp--;
 166                         }
 167                 }
 168                 moea64_large_page_shift = shift;
 169                 moea64_large_page_size = 1 << shift;
 170         }
 171
 172         moea64_mid_bootstrap(mmup, kernelstart, kernelend);
 173         moea64_late_bootstrap(mmup, kernelstart, kernelend);
 174 }
 175
 176 static void
 177 mphyp_cpu_bootstrap(mmu_t mmup, int ap)
 178 {
 179         struct slb *slb = PCPU_GET(slb);
 180         register_t seg0;
 181         int i;
 182
 183         /*
 184          * Install kernel SLB entries
 185          */
 186
 187         __asm __volatile ("slbia");
 188         __asm __volatile ("slbmfee %0,%1; slbie %0;" : "=r"(seg0) : "r"(0));
 189         for (i = 0; i < 64; i++) {
 190                 if (!(slb[i].slbe & SLBE_VALID))
 191                         continue;
 192
 193                 __asm __volatile ("slbmte %0, %1" ::
 194                     "r"(slb[i].slbv), "r"(slb[i].slbe));
 195         }
 196 }
 197
 198 static void
 199 mphyp_pte_synch(mmu_t mmu, uintptr_t slot, struct lpte *pvo_pt)
 200 {
 201         struct lpte pte;
 202         uint64_t junk;
 203
 204         __asm __volatile("ptesync");
 205         phyp_pft_hcall(H_READ, 0, slot, 0, 0, &pte.pte_hi, &pte.pte_lo,
 206             &junk);
 207
 208         pvo_pt->pte_lo |= pte.pte_lo & (LPTE_CHG | LPTE_REF);
 209 }
 210
 211 static void
 212 mphyp_pte_clear(mmu_t mmu, uintptr_t slot, struct lpte *pvo_pt, uint64_t vpn,
 213     u_int64_t ptebit)
 214 {
 215
 216         if (ptebit & LPTE_CHG)
 217                 phyp_hcall(H_CLEAR_MOD, 0, slot);
 218         if (ptebit & LPTE_REF)
 219                 phyp_hcall(H_CLEAR_REF, 0, slot);
 220 }
 221
 222 static void
 223 mphyp_pte_unset(mmu_t mmu, uintptr_t slot, struct lpte *pvo_pt, uint64_t vpn)
 224 {
 225         struct lpte pte;
 226         uint64_t junk;
 227         int err;
 228
 229         err = phyp_pft_hcall(H_REMOVE, 1UL << 31, slot,
 230             pvo_pt->pte_hi & LPTE_AVPN_MASK, 0, &pte.pte_hi, &pte.pte_lo,
 231             &junk);
 232         KASSERT(err == H_SUCCESS, ("Error removing page: %d", err));
 233
 234         pvo_pt->pte_lo |= pte.pte_lo & (LPTE_CHG | LPTE_REF);
 235 }
 236
 237 static void
 238 mphyp_pte_change(mmu_t mmu, uintptr_t slot, struct lpte *pvo_pt, uint64_t vpn)
 239 {
 240         struct lpte evicted;
 241         uint64_t index, junk;
 242         int64_t result;
 243
 244         /*
 245          * NB: this is protected by the global table lock, so this two-step
 246          * is safe, except for the scratch-page case. No CPUs on which we run
 247          * this code should be using scratch pages.
 248          */
 249         KASSERT(!(pvo_pt->pte_hi & LPTE_LOCKED),
 250             ("Locked pages not supported on PHYP"));
 251
 252         /* XXX: optimization using H_PROTECT for common case? */
 253         mphyp_pte_unset(mmu, slot, pvo_pt, vpn);
 254         result = phyp_pft_hcall(H_ENTER, H_EXACT, slot, pvo_pt->pte_hi,
 255                                 pvo_pt->pte_lo, &index, &evicted.pte_lo, &junk);
 256         if (result != H_SUCCESS)
 257                 panic("mphyp_pte_change() insertion failure: %ld\n", result);
 258 }
 259
 260 static __inline int
 261 mphyp_pte_spillable_ident(u_int ptegidx, struct lpte *to_evict)
 262 {
 263         uint64_t slot, junk, k;
 264         struct lpte pt;
 265         int     i, j;
 266
 267         /* Start at a random slot */
 268         i = mftb() % 8;
 269         k = -1;
 270         for (j = 0; j < 8; j++) {
 271                 slot = (ptegidx << 3) + (i + j) % 8;
 272                 phyp_pft_hcall(H_READ, 0, slot, 0, 0, &pt.pte_hi, &pt.pte_lo,
 273                     &junk);
 274
 275                 if (pt.pte_hi & LPTE_SWBITS)
 276                         continue;
 277
 278                 /* This is a candidate, so remember it */
 279                 k = slot;
 280
 281                 /* Try to get a page that has not been used lately */
 282                 if (!(pt.pte_lo & LPTE_REF)) {
 283                         memcpy(to_evict, &pt, sizeof(struct lpte));
 284                         return (k);
 285                 }
 286         }
 287
 288         phyp_pft_hcall(H_READ, 0, slot, 0, 0, &to_evict->pte_hi,
 289             &to_evict->pte_lo, &junk);
 290         return (k);
 291 }
 292
 293 static int
 294 mphyp_pte_insert(mmu_t mmu, u_int ptegidx, struct lpte *pvo_pt)
 295 {
 296         int64_t result;
 297         struct lpte evicted;
 298         struct pvo_entry *pvo;
 299         uint64_t index, junk;
 300         u_int pteg_bktidx;
 301
 302         /* Check for locked pages, which we can't support on this system */
 303         KASSERT(!(pvo_pt->pte_hi & LPTE_LOCKED),
 304             ("Locked pages not supported on PHYP"));
 305
 306         /* Initialize PTE */
 307         pvo_pt->pte_hi |= LPTE_VALID;
 308         pvo_pt->pte_hi &= ~LPTE_HID;
 309         evicted.pte_hi = 0;
 310
 311         /*
 312          * First try primary hash.
 313          */
 314         pteg_bktidx = ptegidx;
 315         result = phyp_pft_hcall(H_ENTER, 0, pteg_bktidx << 3, pvo_pt->pte_hi,
 316             pvo_pt->pte_lo, &index, &evicted.pte_lo, &junk);
 317         if (result == H_SUCCESS)
 318                 return (index & 0x07);
 319         KASSERT(result == H_PTEG_FULL, ("Page insertion error: %ld "
 320             "(ptegidx: %#x/%#x, PTE %#lx/%#lx", result, ptegidx,
 321             moea64_pteg_count, pvo_pt->pte_hi, pvo_pt->pte_lo));
 322
 323         /*
 324          * Next try secondary hash.
 325          */
 326         pteg_bktidx ^= moea64_pteg_mask;
 327         pvo_pt->pte_hi |= LPTE_HID;
 328         result = phyp_pft_hcall(H_ENTER, 0, pteg_bktidx << 3,
 329             pvo_pt->pte_hi, pvo_pt->pte_lo, &index, &evicted.pte_lo, &junk);
 330         if (result == H_SUCCESS)
 331                 return (index & 0x07);
 332         KASSERT(result == H_PTEG_FULL, ("Secondary page insertion error: %ld",
 333             result));
 334
 335         /*
 336          * Out of luck. Find a PTE to sacrifice.
 337          */
 338         pteg_bktidx = ptegidx;
 339         index = mphyp_pte_spillable_ident(pteg_bktidx, &evicted);
 340         if (index == -1L) {
 341                 pteg_bktidx ^= moea64_pteg_mask;
 342                 index = mphyp_pte_spillable_ident(pteg_bktidx, &evicted);
 343         }
 344
 345         if (index == -1L) {
 346                 /* No freeable slots in either PTEG? We're hosed. */
 347                 panic("mphyp_pte_insert: overflow");
 348                 return (-1);
 349         }
 350
 351         if (pteg_bktidx == ptegidx)
 352                 pvo_pt->pte_hi &= ~LPTE_HID;
 353         else
 354                 pvo_pt->pte_hi |= LPTE_HID;
 355
 356         /*
 357          * Synchronize the sacrifice PTE with its PVO, then mark both
 358          * invalid. The PVO will be reused when/if the VM system comes
 359          * here after a fault.
 360          */
 361
 362         if (evicted.pte_hi & LPTE_HID)
 363                 pteg_bktidx ^= moea64_pteg_mask; /* PTEs indexed by primary */
 364
 365         LIST_FOREACH(pvo, &moea64_pvo_table[pteg_bktidx], pvo_olink) {
 366                 if (pvo->pvo_pte.lpte.pte_hi == evicted.pte_hi) {
 367                         KASSERT(pvo->pvo_pte.lpte.pte_hi & LPTE_VALID,
 368                             ("Invalid PVO for valid PTE!"));
 369                         mphyp_pte_unset(mmu, index, &pvo->pvo_pte.lpte,
 370                             pvo->pvo_vpn);
 371                         PVO_PTEGIDX_CLR(pvo);
 372                         moea64_pte_overflow++;
 373                         break;
 374                 }
 375         }
 376
 377         KASSERT(pvo->pvo_pte.lpte.pte_hi == evicted.pte_hi,
 378            ("Unable to find PVO for spilled PTE"));
 379
 380         /*
 381          * Set the new PTE.
 382          */
 383         result = phyp_pft_hcall(H_ENTER, H_EXACT, index, pvo_pt->pte_hi,
 384             pvo_pt->pte_lo, &index, &evicted.pte_lo, &junk);
 385         if (result == H_SUCCESS)
 386                 return (index & 0x07);
 387
 388         panic("Page replacement error: %ld", result);
 389         return (-1);
 390 }
 391
 392 static __inline u_int
 393 va_to_pteg(uint64_t vsid, vm_offset_t addr, int large)
 394 {
 395         uint64_t hash;
 396         int shift;
 397
 398         shift = large ? moea64_large_page_shift : ADDR_PIDX_SHFT;
 399         hash = (vsid & VSID_HASH_MASK) ^ (((uint64_t)addr & ADDR_PIDX) >>
 400             shift);
 401         return (hash & moea64_pteg_mask);
 402 }
 403
 404 static uintptr_t
 405 mphyp_pvo_to_pte(mmu_t mmu, const struct pvo_entry *pvo)
 406 {
 407         uint64_t vsid;
 408         u_int ptegidx;
 409
 410         /* If the PTEG index is not set, then there is no page table entry */
 411         if (!PVO_PTEGIDX_ISSET(pvo))
 412                 return (-1);
 413
 414         vsid = PVO_VSID(pvo);
 415         ptegidx = va_to_pteg(vsid, PVO_VADDR(pvo), pvo->pvo_vaddr & PVO_LARGE);
 416
 417         /*
 418          * We can find the actual pte entry without searching by grabbing
 419          * the PTEG index from 3 unused bits in pvo_vaddr and by
 420          * noticing the HID bit.
 421          */
 422         if (pvo->pvo_pte.lpte.pte_hi & LPTE_HID)
 423                 ptegidx ^= moea64_pteg_mask;
 424
 425         return ((ptegidx << 3) | PVO_PTEGIDX_GET(pvo));
 426 }
 427