KVM: ppc: Refactor powerpc.c to relocate 440-specific code
[linux-2.6.git] / 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
28 #include "44x_tlb.h"
29
30 #define PPC44x_TLB_USER_PERM_MASK (PPC44x_TLB_UX|PPC44x_TLB_UR|PPC44x_TLB_UW)
31 #define PPC44x_TLB_SUPER_PERM_MASK (PPC44x_TLB_SX|PPC44x_TLB_SR|PPC44x_TLB_SW)
32
33 static unsigned int kvmppc_tlb_44x_pos;
34
35 #ifdef DEBUG
36 void kvmppc_dump_tlbs(struct kvm_vcpu *vcpu)
37 {
38         struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe;
39         int i;
40
41         printk("vcpu %d TLB dump:\n", vcpu->vcpu_id);
42         printk("| %2s | %3s | %8s | %8s | %8s |\n",
43                         "nr", "tid", "word0", "word1", "word2");
44
45         for (i = 0; i < PPC44x_TLB_SIZE; i++) {
46                 tlbe = &vcpu->arch.guest_tlb[i];
47                 if (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_VALID)
48                         printk(" G%2d |  %02X | %08X | %08X | %08X |\n",
49                                i, tlbe->tid, tlbe->word0, tlbe->word1,
50                                tlbe->word2);
51         }
52
53         for (i = 0; i < PPC44x_TLB_SIZE; i++) {
54                 tlbe = &vcpu->arch.shadow_tlb[i];
55                 if (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_VALID)
56                         printk(" S%2d | %02X | %08X | %08X | %08X |\n",
57                                i, tlbe->tid, tlbe->word0, tlbe->word1,
58                                tlbe->word2);
59         }
60 }
61 #endif
62
63 static u32 kvmppc_44x_tlb_shadow_attrib(u32 attrib, int usermode)
64 {
65         /* Mask off reserved bits. */
66         attrib &= PPC44x_TLB_PERM_MASK|PPC44x_TLB_ATTR_MASK;
67
68         if (!usermode) {
69                 /* Guest is in supervisor mode, so we need to translate guest
70                  * supervisor permissions into user permissions. */
71                 attrib &= ~PPC44x_TLB_USER_PERM_MASK;
72                 attrib |= (attrib & PPC44x_TLB_SUPER_PERM_MASK) << 3;
73         }
74
75         /* Make sure host can always access this memory. */
76         attrib |= PPC44x_TLB_SX|PPC44x_TLB_SR|PPC44x_TLB_SW;
77
78         return attrib;
79 }
80
81 /* Search the guest TLB for a matching entry. */
82 int kvmppc_44x_tlb_index(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t eaddr, unsigned int pid,
83                          unsigned int as)
84 {
85         int i;
86
87         /* XXX Replace loop with fancy data structures. */
88         for (i = 0; i < PPC44x_TLB_SIZE; i++) {
89                 struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe = &vcpu->arch.guest_tlb[i];
90                 unsigned int tid;
91
92                 if (eaddr < get_tlb_eaddr(tlbe))
93                         continue;
94
95                 if (eaddr > get_tlb_end(tlbe))
96                         continue;
97
98                 tid = get_tlb_tid(tlbe);
99                 if (tid && (tid != pid))
100                         continue;
101
102                 if (!get_tlb_v(tlbe))
103                         continue;
104
105                 if (get_tlb_ts(tlbe) != as)
106                         continue;
107
108                 return i;
109         }
110
111         return -1;
112 }
113
114 struct kvmppc_44x_tlbe *kvmppc_44x_itlb_search(struct kvm_vcpu *vcpu,
115                                                gva_t eaddr)
116 {
117         unsigned int as = !!(vcpu->arch.msr & MSR_IS);
118         unsigned int index;
119
120         index = kvmppc_44x_tlb_index(vcpu, eaddr, vcpu->arch.pid, as);
121         if (index == -1)
122                 return NULL;
123         return &vcpu->arch.guest_tlb[index];
124 }
125
126 struct kvmppc_44x_tlbe *kvmppc_44x_dtlb_search(struct kvm_vcpu *vcpu,
127                                                gva_t eaddr)
128 {
129         unsigned int as = !!(vcpu->arch.msr & MSR_DS);
130         unsigned int index;
131
132         index = kvmppc_44x_tlb_index(vcpu, eaddr, vcpu->arch.pid, as);
133         if (index == -1)
134                 return NULL;
135         return &vcpu->arch.guest_tlb[index];
136 }
137
138 static int kvmppc_44x_tlbe_is_writable(struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe)
139 {
140         return tlbe->word2 & (PPC44x_TLB_SW|PPC44x_TLB_UW);
141 }
142
143 static void kvmppc_44x_shadow_release(struct kvm_vcpu *vcpu,
144                                       unsigned int index)
145 {
146         struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe = &vcpu->arch.shadow_tlb[index];
147         struct page *page = vcpu->arch.shadow_pages[index];
148
149         if (get_tlb_v(stlbe)) {
150                 if (kvmppc_44x_tlbe_is_writable(stlbe))
151                         kvm_release_page_dirty(page);
152                 else
153                         kvm_release_page_clean(page);
154         }
155 }
156
157 void kvmppc_core_destroy_mmu(struct kvm_vcpu *vcpu)
158 {
159         int i;
160
161         for (i = 0; i <= tlb_44x_hwater; i++)
162                 kvmppc_44x_shadow_release(vcpu, i);
163 }
164
165 void kvmppc_tlbe_set_modified(struct kvm_vcpu *vcpu, unsigned int i)
166 {
167     vcpu->arch.shadow_tlb_mod[i] = 1;
168 }
169
170 /* Caller must ensure that the specified guest TLB entry is safe to insert into
171  * the shadow TLB. */
172 void kvmppc_mmu_map(struct kvm_vcpu *vcpu, u64 gvaddr, gfn_t gfn, u64 asid,
173                     u32 flags)
174 {
175         struct page *new_page;
176         struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe;
177         hpa_t hpaddr;
178         unsigned int victim;
179
180         /* Future optimization: don't overwrite the TLB entry containing the
181          * current PC (or stack?). */
182         victim = kvmppc_tlb_44x_pos++;
183         if (kvmppc_tlb_44x_pos > tlb_44x_hwater)
184                 kvmppc_tlb_44x_pos = 0;
185         stlbe = &vcpu->arch.shadow_tlb[victim];
186
187         /* Get reference to new page. */
188         new_page = gfn_to_page(vcpu->kvm, gfn);
189         if (is_error_page(new_page)) {
190                 printk(KERN_ERR "Couldn't get guest page for gfn %lx!\n", gfn);
191                 kvm_release_page_clean(new_page);
192                 return;
193         }
194         hpaddr = page_to_phys(new_page);
195
196         /* Drop reference to old page. */
197         kvmppc_44x_shadow_release(vcpu, victim);
198
199         vcpu->arch.shadow_pages[victim] = new_page;
200
201         /* XXX Make sure (va, size) doesn't overlap any other
202          * entries. 440x6 user manual says the result would be
203          * "undefined." */
204
205         /* XXX what about AS? */
206
207         stlbe->tid = !(asid & 0xff);
208
209         /* Force TS=1 for all guest mappings. */
210         /* For now we hardcode 4KB mappings, but it will be important to
211          * use host large pages in the future. */
212         stlbe->word0 = (gvaddr & PAGE_MASK) | PPC44x_TLB_VALID | PPC44x_TLB_TS
213                        | PPC44x_TLB_4K;
214         stlbe->word1 = (hpaddr & 0xfffffc00) | ((hpaddr >> 32) & 0xf);
215         stlbe->word2 = kvmppc_44x_tlb_shadow_attrib(flags,
216                                                     vcpu->arch.msr & MSR_PR);
217         kvmppc_tlbe_set_modified(vcpu, victim);
218
219         KVMTRACE_5D(STLB_WRITE, vcpu, victim,
220                         stlbe->tid, stlbe->word0, stlbe->word1, stlbe->word2,
221                         handler);
222 }
223
224 static void kvmppc_mmu_invalidate(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t eaddr,
225                                   gva_t eend, u32 asid)
226 {
227         unsigned int pid = !(asid & 0xff);
228         int i;
229
230         /* XXX Replace loop with fancy data structures. */
231         for (i = 0; i <= tlb_44x_hwater; i++) {
232                 struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe = &vcpu->arch.shadow_tlb[i];
233                 unsigned int tid;
234
235                 if (!get_tlb_v(stlbe))
236                         continue;
237
238                 if (eend < get_tlb_eaddr(stlbe))
239                         continue;
240
241                 if (eaddr > get_tlb_end(stlbe))
242                         continue;
243
244                 tid = get_tlb_tid(stlbe);
245                 if (tid && (tid != pid))
246                         continue;
247
248                 kvmppc_44x_shadow_release(vcpu, i);
249                 stlbe->word0 = 0;
250                 kvmppc_tlbe_set_modified(vcpu, i);
251                 KVMTRACE_5D(STLB_INVAL, vcpu, i,
252                                 stlbe->tid, stlbe->word0, stlbe->word1,
253                                 stlbe->word2, handler);
254         }
255 }
256
257 /* Invalidate all mappings on the privilege switch after PID has been changed.
258  * The guest always runs with PID=1, so we must clear the entire TLB when
259  * switching address spaces. */
260 void kvmppc_mmu_priv_switch(struct kvm_vcpu *vcpu, int usermode)
261 {
262         int i;
263
264         if (vcpu->arch.swap_pid) {
265                 /* XXX Replace loop with fancy data structures. */
266                 for (i = 0; i <= tlb_44x_hwater; i++) {
267                         struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe = &vcpu->arch.shadow_tlb[i];
268
269                         /* Future optimization: clear only userspace mappings. */
270                         kvmppc_44x_shadow_release(vcpu, i);
271                         stlbe->word0 = 0;
272                         kvmppc_tlbe_set_modified(vcpu, i);
273                         KVMTRACE_5D(STLB_INVAL, vcpu, i,
274                                     stlbe->tid, stlbe->word0, stlbe->word1,
275                                     stlbe->word2, handler);
276                 }
277                 vcpu->arch.swap_pid = 0;
278         }
279
280         vcpu->arch.shadow_pid = !usermode;
281 }
282
283 static int tlbe_is_host_safe(const struct kvm_vcpu *vcpu,
284                              const struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe)
285 {
286         gpa_t gpa;
287
288         if (!get_tlb_v(tlbe))
289                 return 0;
290
291         /* Does it match current guest AS? */
292         /* XXX what about IS != DS? */
293         if (get_tlb_ts(tlbe) != !!(vcpu->arch.msr & MSR_IS))
294                 return 0;
295
296         gpa = get_tlb_raddr(tlbe);
297         if (!gfn_to_memslot(vcpu->kvm, gpa >> PAGE_SHIFT))
298                 /* Mapping is not for RAM. */
299                 return 0;
300
301         return 1;
302 }
303
304 int kvmppc_emul_tlbwe(struct kvm_vcpu *vcpu, u8 ra, u8 rs, u8 ws)
305 {
306         u64 eaddr;
307         u64 raddr;
308         u64 asid;
309         u32 flags;
310         struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe;
311         unsigned int index;
312
313         index = vcpu->arch.gpr[ra];
314         if (index > PPC44x_TLB_SIZE) {
315                 printk("%s: index %d\n", __func__, index);
316                 kvmppc_dump_vcpu(vcpu);
317                 return EMULATE_FAIL;
318         }
319
320         tlbe = &vcpu->arch.guest_tlb[index];
321
322         /* Invalidate shadow mappings for the about-to-be-clobbered TLBE. */
323         if (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_VALID) {
324                 eaddr = get_tlb_eaddr(tlbe);
325                 asid = (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_TS) | tlbe->tid;
326                 kvmppc_mmu_invalidate(vcpu, eaddr, get_tlb_end(tlbe), asid);
327         }
328
329         switch (ws) {
330         case PPC44x_TLB_PAGEID:
331                 tlbe->tid = vcpu->arch.mmucr & 0xff;
332                 tlbe->word0 = vcpu->arch.gpr[rs];
333                 break;
334
335         case PPC44x_TLB_XLAT:
336                 tlbe->word1 = vcpu->arch.gpr[rs];
337                 break;
338
339         case PPC44x_TLB_ATTRIB:
340                 tlbe->word2 = vcpu->arch.gpr[rs];
341                 break;
342
343         default:
344                 return EMULATE_FAIL;
345         }
346
347         if (tlbe_is_host_safe(vcpu, tlbe)) {
348                 eaddr = get_tlb_eaddr(tlbe);
349                 raddr = get_tlb_raddr(tlbe);
350                 asid = (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_TS) | tlbe->tid;
351                 flags = tlbe->word2 & 0xffff;
352
353                 /* Create a 4KB mapping on the host. If the guest wanted a
354                  * large page, only the first 4KB is mapped here and the rest
355                  * are mapped on the fly. */
356                 kvmppc_mmu_map(vcpu, eaddr, raddr >> PAGE_SHIFT, asid, flags);
357         }
358
359         KVMTRACE_5D(GTLB_WRITE, vcpu, index,
360                     tlbe->tid, tlbe->word0, tlbe->word1, tlbe->word2,
361                     handler);
362
363         return EMULATE_DONE;
364 }
365
366 int kvmppc_emul_tlbsx(struct kvm_vcpu *vcpu, u8 rt, u8 ra, u8 rb, u8 rc)
367 {
368         u32 ea;
369         int index;
370         unsigned int as = get_mmucr_sts(vcpu);
371         unsigned int pid = get_mmucr_stid(vcpu);
372
373         ea = vcpu->arch.gpr[rb];
374         if (ra)
375                 ea += vcpu->arch.gpr[ra];
376
377         index = kvmppc_44x_tlb_index(vcpu, ea, pid, as);
378         if (rc) {
379                 if (index < 0)
380                         vcpu->arch.cr &= ~0x20000000;
381                 else
382                         vcpu->arch.cr |= 0x20000000;
383         }
384         vcpu->arch.gpr[rt] = index;
385
386         return EMULATE_DONE;
387 }