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 #include <asm/mmu-44x.h>
  26 #include <asm/kvm_ppc.h>
  27 #include <asm/kvm_44x.h>
  28
  29 #include "44x_tlb.h"
  30
  31 #define PPC44x_TLB_USER_PERM_MASK (PPC44x_TLB_UX|PPC44x_TLB_UR|PPC44x_TLB_UW)
  32 #define PPC44x_TLB_SUPER_PERM_MASK (PPC44x_TLB_SX|PPC44x_TLB_SR|PPC44x_TLB_SW)
  33
  34 static unsigned int kvmppc_tlb_44x_pos;
  35
  36 #ifdef DEBUG
  37 void kvmppc_dump_tlbs(struct kvm_vcpu *vcpu)
  38 {
  39         struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe;
  40         int i;
  41
  42         printk("vcpu %d TLB dump:\n", vcpu->vcpu_id);
  43         printk("| %2s | %3s | %8s | %8s | %8s |\n",
  44                         "nr", "tid", "word0", "word1", "word2");
  45
  46         for (i = 0; i < PPC44x_TLB_SIZE; i++) {
  47                 tlbe = &vcpu_44x->guest_tlb[i];
  48                 if (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_VALID)
  49                         printk(" G%2d |  %02X | %08X | %08X | %08X |\n",
  50                                i, tlbe->tid, tlbe->word0, tlbe->word1,
  51                                tlbe->word2);
  52         }
  53
  54         for (i = 0; i < PPC44x_TLB_SIZE; i++) {
  55                 tlbe = &vcpu_44x->shadow_tlb[i];
  56                 if (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_VALID)
  57                         printk(" S%2d | %02X | %08X | %08X | %08X |\n",
  58                                i, tlbe->tid, tlbe->word0, tlbe->word1,
  59                                tlbe->word2);
  60         }
  61 }
  62 #endif
  63
  64 static u32 kvmppc_44x_tlb_shadow_attrib(u32 attrib, int usermode)
  65 {
  66         /* Mask off reserved bits. */
  67         attrib &= PPC44x_TLB_PERM_MASK|PPC44x_TLB_ATTR_MASK;
  68
  69         if (!usermode) {
  70                 /* Guest is in supervisor mode, so we need to translate guest
  71                  * supervisor permissions into user permissions. */
  72                 attrib &= ~PPC44x_TLB_USER_PERM_MASK;
  73                 attrib |= (attrib & PPC44x_TLB_SUPER_PERM_MASK) << 3;
  74         }
  75
  76         /* Make sure host can always access this memory. */
  77         attrib |= PPC44x_TLB_SX|PPC44x_TLB_SR|PPC44x_TLB_SW;
  78
  79         return attrib;
  80 }
  81
  82 /* Search the guest TLB for a matching entry. */
  83 int kvmppc_44x_tlb_index(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t eaddr, unsigned int pid,
  84                          unsigned int as)
  85 {
  86         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
  87         int i;
  88
  89         /* XXX Replace loop with fancy data structures. */
  90         for (i = 0; i < PPC44x_TLB_SIZE; i++) {
  91                 struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe = &vcpu_44x->guest_tlb[i];
  92                 unsigned int tid;
  93
  94                 if (eaddr < get_tlb_eaddr(tlbe))
  95                         continue;
  96
  97                 if (eaddr > get_tlb_end(tlbe))
  98                         continue;
  99
 100                 tid = get_tlb_tid(tlbe);
 101                 if (tid && (tid != pid))
 102                         continue;
 103
 104                 if (!get_tlb_v(tlbe))
 105                         continue;
 106
 107                 if (get_tlb_ts(tlbe) != as)
 108                         continue;
 109
 110                 return i;
 111         }
 112
 113         return -1;
 114 }
 115
 116 struct kvmppc_44x_tlbe *kvmppc_44x_itlb_search(struct kvm_vcpu *vcpu,
 117                                                gva_t eaddr)
 118 {
 119         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 120         unsigned int as = !!(vcpu->arch.msr & MSR_IS);
 121         unsigned int index;
 122
 123         index = kvmppc_44x_tlb_index(vcpu, eaddr, vcpu->arch.pid, as);
 124         if (index == -1)
 125                 return NULL;
 126         return &vcpu_44x->guest_tlb[index];
 127 }
 128
 129 struct kvmppc_44x_tlbe *kvmppc_44x_dtlb_search(struct kvm_vcpu *vcpu,
 130                                                gva_t eaddr)
 131 {
 132         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 133         unsigned int as = !!(vcpu->arch.msr & MSR_DS);
 134         unsigned int index;
 135
 136         index = kvmppc_44x_tlb_index(vcpu, eaddr, vcpu->arch.pid, as);
 137         if (index == -1)
 138                 return NULL;
 139         return &vcpu_44x->guest_tlb[index];
 140 }
 141
 142 static int kvmppc_44x_tlbe_is_writable(struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe)
 143 {
 144         return tlbe->word2 & (PPC44x_TLB_SW|PPC44x_TLB_UW);
 145 }
 146
 147 static void kvmppc_44x_shadow_release(struct kvm_vcpu *vcpu,
 148                                       unsigned int index)
 149 {
 150         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 151         struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe = &vcpu_44x->shadow_tlb[index];
 152         struct page *page = vcpu_44x->shadow_pages[index];
 153
 154         if (get_tlb_v(stlbe)) {
 155                 if (kvmppc_44x_tlbe_is_writable(stlbe))
 156                         kvm_release_page_dirty(page);
 157                 else
 158                         kvm_release_page_clean(page);
 159         }
 160 }
 161
 162 void kvmppc_core_destroy_mmu(struct kvm_vcpu *vcpu)
 163 {
 164         int i;
 165
 166         for (i = 0; i <= tlb_44x_hwater; i++)
 167                 kvmppc_44x_shadow_release(vcpu, i);
 168 }
 169
 170 void kvmppc_tlbe_set_modified(struct kvm_vcpu *vcpu, unsigned int i)
 171 {
 172         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 173
 174         vcpu_44x->shadow_tlb_mod[i] = 1;
 175 }
 176
 177 /* Caller must ensure that the specified guest TLB entry is safe to insert into
 178  * the shadow TLB. */
 179 void kvmppc_mmu_map(struct kvm_vcpu *vcpu, u64 gvaddr, gfn_t gfn, u64 asid,
 180                     u32 flags)
 181 {
 182         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 183         struct page *new_page;
 184         struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe;
 185         hpa_t hpaddr;
 186         unsigned int victim;
 187
 188         /* Future optimization: don't overwrite the TLB entry containing the
 189          * current PC (or stack?). */
 190         victim = kvmppc_tlb_44x_pos++;
 191         if (kvmppc_tlb_44x_pos > tlb_44x_hwater)
 192                 kvmppc_tlb_44x_pos = 0;
 193         stlbe = &vcpu_44x->shadow_tlb[victim];
 194
 195         /* Get reference to new page. */
 196         new_page = gfn_to_page(vcpu->kvm, gfn);
 197         if (is_error_page(new_page)) {
 198                 printk(KERN_ERR "Couldn't get guest page for gfn %lx!\n", gfn);
 199                 kvm_release_page_clean(new_page);
 200                 return;
 201         }
 202         hpaddr = page_to_phys(new_page);
 203
 204         /* Drop reference to old page. */
 205         kvmppc_44x_shadow_release(vcpu, victim);
 206
 207         vcpu_44x->shadow_pages[victim] = new_page;
 208
 209         /* XXX Make sure (va, size) doesn't overlap any other
 210          * entries. 440x6 user manual says the result would be
 211          * "undefined." */
 212
 213         /* XXX what about AS? */
 214
 215         stlbe->tid = !(asid & 0xff);
 216
 217         /* Force TS=1 for all guest mappings. */
 218         /* For now we hardcode 4KB mappings, but it will be important to
 219          * use host large pages in the future. */
 220         stlbe->word0 = (gvaddr & PAGE_MASK) | PPC44x_TLB_VALID | PPC44x_TLB_TS
 221                        | PPC44x_TLB_4K;
 222         stlbe->word1 = (hpaddr & 0xfffffc00) | ((hpaddr >> 32) & 0xf);
 223         stlbe->word2 = kvmppc_44x_tlb_shadow_attrib(flags,
 224                                                     vcpu->arch.msr & MSR_PR);
 225         kvmppc_tlbe_set_modified(vcpu, victim);
 226
 227         KVMTRACE_5D(STLB_WRITE, vcpu, victim,
 228                         stlbe->tid, stlbe->word0, stlbe->word1, stlbe->word2,
 229                         handler);
 230 }
 231
 232 static void kvmppc_mmu_invalidate(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t eaddr,
 233                                   gva_t eend, u32 asid)
 234 {
 235         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 236         unsigned int pid = !(asid & 0xff);
 237         int i;
 238
 239         /* XXX Replace loop with fancy data structures. */
 240         for (i = 0; i <= tlb_44x_hwater; i++) {
 241                 struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe = &vcpu_44x->shadow_tlb[i];
 242                 unsigned int tid;
 243
 244                 if (!get_tlb_v(stlbe))
 245                         continue;
 246
 247                 if (eend < get_tlb_eaddr(stlbe))
 248                         continue;
 249
 250                 if (eaddr > get_tlb_end(stlbe))
 251                         continue;
 252
 253                 tid = get_tlb_tid(stlbe);
 254                 if (tid && (tid != pid))
 255                         continue;
 256
 257                 kvmppc_44x_shadow_release(vcpu, i);
 258                 stlbe->word0 = 0;
 259                 kvmppc_tlbe_set_modified(vcpu, i);
 260                 KVMTRACE_5D(STLB_INVAL, vcpu, i,
 261                                 stlbe->tid, stlbe->word0, stlbe->word1,
 262                                 stlbe->word2, handler);
 263         }
 264 }
 265
 266 /* Invalidate all mappings on the privilege switch after PID has been changed.
 267  * The guest always runs with PID=1, so we must clear the entire TLB when
 268  * switching address spaces. */
 269 void kvmppc_mmu_priv_switch(struct kvm_vcpu *vcpu, int usermode)
 270 {
 271         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 272         int i;
 273
 274         if (vcpu->arch.swap_pid) {
 275                 /* XXX Replace loop with fancy data structures. */
 276                 for (i = 0; i <= tlb_44x_hwater; i++) {
 277                         struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe = &vcpu_44x->shadow_tlb[i];
 278
 279                         /* Future optimization: clear only userspace mappings. */
 280                         kvmppc_44x_shadow_release(vcpu, i);
 281                         stlbe->word0 = 0;
 282                         kvmppc_tlbe_set_modified(vcpu, i);
 283                         KVMTRACE_5D(STLB_INVAL, vcpu, i,
 284                                     stlbe->tid, stlbe->word0, stlbe->word1,
 285                                     stlbe->word2, handler);
 286                 }
 287                 vcpu->arch.swap_pid = 0;
 288         }
 289
 290         vcpu->arch.shadow_pid = !usermode;
 291 }
 292
 293 static int tlbe_is_host_safe(const struct kvm_vcpu *vcpu,
 294                              const struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe)
 295 {
 296         gpa_t gpa;
 297
 298         if (!get_tlb_v(tlbe))
 299                 return 0;
 300
 301         /* Does it match current guest AS? */
 302         /* XXX what about IS != DS? */
 303         if (get_tlb_ts(tlbe) != !!(vcpu->arch.msr & MSR_IS))
 304                 return 0;
 305
 306         gpa = get_tlb_raddr(tlbe);
 307         if (!gfn_to_memslot(vcpu->kvm, gpa >> PAGE_SHIFT))
 308                 /* Mapping is not for RAM. */
 309                 return 0;
 310
 311         return 1;
 312 }
 313
 314 int kvmppc_44x_emul_tlbwe(struct kvm_vcpu *vcpu, u8 ra, u8 rs, u8 ws)
 315 {
 316         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
 317         u64 eaddr;
 318         u64 raddr;
 319         u64 asid;
 320         u32 flags;
 321         struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe;
 322         unsigned int index;
 323
 324         index = vcpu->arch.gpr[ra];
 325         if (index > PPC44x_TLB_SIZE) {
 326                 printk("%s: index %d\n", __func__, index);
 327                 kvmppc_dump_vcpu(vcpu);
 328                 return EMULATE_FAIL;
 329         }
 330
 331         tlbe = &vcpu_44x->guest_tlb[index];
 332
 333         /* Invalidate shadow mappings for the about-to-be-clobbered TLBE. */
 334         if (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_VALID) {
 335                 eaddr = get_tlb_eaddr(tlbe);
 336                 asid = (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_TS) | tlbe->tid;
 337                 kvmppc_mmu_invalidate(vcpu, eaddr, get_tlb_end(tlbe), asid);
 338         }
 339
 340         switch (ws) {
 341         case PPC44x_TLB_PAGEID:
 342                 tlbe->tid = vcpu->arch.mmucr & 0xff;
 343                 tlbe->word0 = vcpu->arch.gpr[rs];
 344                 break;
 345
 346         case PPC44x_TLB_XLAT:
 347                 tlbe->word1 = vcpu->arch.gpr[rs];
 348                 break;
 349
 350         case PPC44x_TLB_ATTRIB:
 351                 tlbe->word2 = vcpu->arch.gpr[rs];
 352                 break;
 353
 354         default:
 355                 return EMULATE_FAIL;
 356         }
 357
 358         if (tlbe_is_host_safe(vcpu, tlbe)) {
 359                 eaddr = get_tlb_eaddr(tlbe);
 360                 raddr = get_tlb_raddr(tlbe);
 361                 asid = (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_TS) | tlbe->tid;
 362                 flags = tlbe->word2 & 0xffff;
 363
 364                 /* Create a 4KB mapping on the host. If the guest wanted a
 365                  * large page, only the first 4KB is mapped here and the rest
 366                  * are mapped on the fly. */
 367                 kvmppc_mmu_map(vcpu, eaddr, raddr >> PAGE_SHIFT, asid, flags);
 368         }
 369
 370         KVMTRACE_5D(GTLB_WRITE, vcpu, index,
 371                     tlbe->tid, tlbe->word0, tlbe->word1, tlbe->word2,
 372                     handler);
 373
 374         return EMULATE_DONE;
 375 }
 376
 377 int kvmppc_44x_emul_tlbsx(struct kvm_vcpu *vcpu, u8 rt, u8 ra, u8 rb, u8 rc)
 378 {
 379         u32 ea;
 380         int index;
 381         unsigned int as = get_mmucr_sts(vcpu);
 382         unsigned int pid = get_mmucr_stid(vcpu);
 383
 384         ea = vcpu->arch.gpr[rb];
 385         if (ra)
 386                 ea += vcpu->arch.gpr[ra];
 387
 388         index = kvmppc_44x_tlb_index(vcpu, ea, pid, as);
 389         if (rc) {
 390                 if (index < 0)
 391                         vcpu->arch.cr &= ~0x20000000;
 392                 else
 393                         vcpu->arch.cr |= 0x20000000;
 394         }
 395         vcpu->arch.gpr[rt] = index;
 396
 397         return EMULATE_DONE;
 398 }