KVM: ppc: use prefetchable mappings for guest memory
[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 #include <asm/kvm_44x.h>
28
29 #include "44x_tlb.h"
30
31 #define PPC44x_TLB_UATTR_MASK \
32         (PPC44x_TLB_U0|PPC44x_TLB_U1|PPC44x_TLB_U2|PPC44x_TLB_U3)
33 #define PPC44x_TLB_USER_PERM_MASK (PPC44x_TLB_UX|PPC44x_TLB_UR|PPC44x_TLB_UW)
34 #define PPC44x_TLB_SUPER_PERM_MASK (PPC44x_TLB_SX|PPC44x_TLB_SR|PPC44x_TLB_SW)
35
36 static unsigned int kvmppc_tlb_44x_pos;
37
38 #ifdef DEBUG
39 void kvmppc_dump_tlbs(struct kvm_vcpu *vcpu)
40 {
41         struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe;
42         int i;
43
44         printk("vcpu %d TLB dump:\n", vcpu->vcpu_id);
45         printk("| %2s | %3s | %8s | %8s | %8s |\n",
46                         "nr", "tid", "word0", "word1", "word2");
47
48         for (i = 0; i < PPC44x_TLB_SIZE; i++) {
49                 tlbe = &vcpu_44x->guest_tlb[i];
50                 if (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_VALID)
51                         printk(" G%2d |  %02X | %08X | %08X | %08X |\n",
52                                i, tlbe->tid, tlbe->word0, tlbe->word1,
53                                tlbe->word2);
54         }
55
56         for (i = 0; i < PPC44x_TLB_SIZE; i++) {
57                 tlbe = &vcpu_44x->shadow_tlb[i];
58                 if (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_VALID)
59                         printk(" S%2d | %02X | %08X | %08X | %08X |\n",
60                                i, tlbe->tid, tlbe->word0, tlbe->word1,
61                                tlbe->word2);
62         }
63 }
64 #endif
65
66 static u32 kvmppc_44x_tlb_shadow_attrib(u32 attrib, int usermode)
67 {
68         /* We only care about the guest's permission and user bits. */
69         attrib &= PPC44x_TLB_PERM_MASK|PPC44x_TLB_UATTR_MASK;
70
71         if (!usermode) {
72                 /* Guest is in supervisor mode, so we need to translate guest
73                  * supervisor permissions into user permissions. */
74                 attrib &= ~PPC44x_TLB_USER_PERM_MASK;
75                 attrib |= (attrib & PPC44x_TLB_SUPER_PERM_MASK) << 3;
76         }
77
78         /* Make sure host can always access this memory. */
79         attrib |= PPC44x_TLB_SX|PPC44x_TLB_SR|PPC44x_TLB_SW;
80
81         /* WIMGE = 0b00100 */
82         attrib |= PPC44x_TLB_M;
83
84         return attrib;
85 }
86
87 /* Search the guest TLB for a matching entry. */
88 int kvmppc_44x_tlb_index(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t eaddr, unsigned int pid,
89                          unsigned int as)
90 {
91         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
92         int i;
93
94         /* XXX Replace loop with fancy data structures. */
95         for (i = 0; i < PPC44x_TLB_SIZE; i++) {
96                 struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe = &vcpu_44x->guest_tlb[i];
97                 unsigned int tid;
98
99                 if (eaddr < get_tlb_eaddr(tlbe))
100                         continue;
101
102                 if (eaddr > get_tlb_end(tlbe))
103                         continue;
104
105                 tid = get_tlb_tid(tlbe);
106                 if (tid && (tid != pid))
107                         continue;
108
109                 if (!get_tlb_v(tlbe))
110                         continue;
111
112                 if (get_tlb_ts(tlbe) != as)
113                         continue;
114
115                 return i;
116         }
117
118         return -1;
119 }
120
121 struct kvmppc_44x_tlbe *kvmppc_44x_itlb_search(struct kvm_vcpu *vcpu,
122                                                gva_t eaddr)
123 {
124         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
125         unsigned int as = !!(vcpu->arch.msr & MSR_IS);
126         unsigned int index;
127
128         index = kvmppc_44x_tlb_index(vcpu, eaddr, vcpu->arch.pid, as);
129         if (index == -1)
130                 return NULL;
131         return &vcpu_44x->guest_tlb[index];
132 }
133
134 struct kvmppc_44x_tlbe *kvmppc_44x_dtlb_search(struct kvm_vcpu *vcpu,
135                                                gva_t eaddr)
136 {
137         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
138         unsigned int as = !!(vcpu->arch.msr & MSR_DS);
139         unsigned int index;
140
141         index = kvmppc_44x_tlb_index(vcpu, eaddr, vcpu->arch.pid, as);
142         if (index == -1)
143                 return NULL;
144         return &vcpu_44x->guest_tlb[index];
145 }
146
147 static int kvmppc_44x_tlbe_is_writable(struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe)
148 {
149         return tlbe->word2 & (PPC44x_TLB_SW|PPC44x_TLB_UW);
150 }
151
152 static void kvmppc_44x_shadow_release(struct kvm_vcpu *vcpu,
153                                       unsigned int index)
154 {
155         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
156         struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe = &vcpu_44x->shadow_tlb[index];
157         struct page *page = vcpu_44x->shadow_pages[index];
158
159         if (get_tlb_v(stlbe)) {
160                 if (kvmppc_44x_tlbe_is_writable(stlbe))
161                         kvm_release_page_dirty(page);
162                 else
163                         kvm_release_page_clean(page);
164         }
165 }
166
167 void kvmppc_core_destroy_mmu(struct kvm_vcpu *vcpu)
168 {
169         int i;
170
171         for (i = 0; i <= tlb_44x_hwater; i++)
172                 kvmppc_44x_shadow_release(vcpu, i);
173 }
174
175 void kvmppc_tlbe_set_modified(struct kvm_vcpu *vcpu, unsigned int i)
176 {
177         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
178
179         vcpu_44x->shadow_tlb_mod[i] = 1;
180 }
181
182 /* Caller must ensure that the specified guest TLB entry is safe to insert into
183  * the shadow TLB. */
184 void kvmppc_mmu_map(struct kvm_vcpu *vcpu, u64 gvaddr, gfn_t gfn, u64 asid,
185                     u32 flags)
186 {
187         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
188         struct page *new_page;
189         struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe;
190         hpa_t hpaddr;
191         unsigned int victim;
192
193         /* Future optimization: don't overwrite the TLB entry containing the
194          * current PC (or stack?). */
195         victim = kvmppc_tlb_44x_pos++;
196         if (kvmppc_tlb_44x_pos > tlb_44x_hwater)
197                 kvmppc_tlb_44x_pos = 0;
198         stlbe = &vcpu_44x->shadow_tlb[victim];
199
200         /* Get reference to new page. */
201         new_page = gfn_to_page(vcpu->kvm, gfn);
202         if (is_error_page(new_page)) {
203                 printk(KERN_ERR "Couldn't get guest page for gfn %lx!\n", gfn);
204                 kvm_release_page_clean(new_page);
205                 return;
206         }
207         hpaddr = page_to_phys(new_page);
208
209         /* Drop reference to old page. */
210         kvmppc_44x_shadow_release(vcpu, victim);
211
212         vcpu_44x->shadow_pages[victim] = new_page;
213
214         /* XXX Make sure (va, size) doesn't overlap any other
215          * entries. 440x6 user manual says the result would be
216          * "undefined." */
217
218         /* XXX what about AS? */
219
220         stlbe->tid = !(asid & 0xff);
221
222         /* Force TS=1 for all guest mappings. */
223         /* For now we hardcode 4KB mappings, but it will be important to
224          * use host large pages in the future. */
225         stlbe->word0 = (gvaddr & PAGE_MASK) | PPC44x_TLB_VALID | PPC44x_TLB_TS
226                        | PPC44x_TLB_4K;
227         stlbe->word1 = (hpaddr & 0xfffffc00) | ((hpaddr >> 32) & 0xf);
228         stlbe->word2 = kvmppc_44x_tlb_shadow_attrib(flags,
229                                                     vcpu->arch.msr & MSR_PR);
230         kvmppc_tlbe_set_modified(vcpu, victim);
231
232         KVMTRACE_5D(STLB_WRITE, vcpu, victim,
233                         stlbe->tid, stlbe->word0, stlbe->word1, stlbe->word2,
234                         handler);
235 }
236
237 static void kvmppc_mmu_invalidate(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t eaddr,
238                                   gva_t eend, u32 asid)
239 {
240         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
241         unsigned int pid = !(asid & 0xff);
242         int i;
243
244         /* XXX Replace loop with fancy data structures. */
245         for (i = 0; i <= tlb_44x_hwater; i++) {
246                 struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe = &vcpu_44x->shadow_tlb[i];
247                 unsigned int tid;
248
249                 if (!get_tlb_v(stlbe))
250                         continue;
251
252                 if (eend < get_tlb_eaddr(stlbe))
253                         continue;
254
255                 if (eaddr > get_tlb_end(stlbe))
256                         continue;
257
258                 tid = get_tlb_tid(stlbe);
259                 if (tid && (tid != pid))
260                         continue;
261
262                 kvmppc_44x_shadow_release(vcpu, i);
263                 stlbe->word0 = 0;
264                 kvmppc_tlbe_set_modified(vcpu, i);
265                 KVMTRACE_5D(STLB_INVAL, vcpu, i,
266                                 stlbe->tid, stlbe->word0, stlbe->word1,
267                                 stlbe->word2, handler);
268         }
269 }
270
271 /* Invalidate all mappings on the privilege switch after PID has been changed.
272  * The guest always runs with PID=1, so we must clear the entire TLB when
273  * switching address spaces. */
274 void kvmppc_mmu_priv_switch(struct kvm_vcpu *vcpu, int usermode)
275 {
276         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
277         int i;
278
279         if (vcpu->arch.swap_pid) {
280                 /* XXX Replace loop with fancy data structures. */
281                 for (i = 0; i <= tlb_44x_hwater; i++) {
282                         struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe = &vcpu_44x->shadow_tlb[i];
283
284                         /* Future optimization: clear only userspace mappings. */
285                         kvmppc_44x_shadow_release(vcpu, i);
286                         stlbe->word0 = 0;
287                         kvmppc_tlbe_set_modified(vcpu, i);
288                         KVMTRACE_5D(STLB_INVAL, vcpu, i,
289                                     stlbe->tid, stlbe->word0, stlbe->word1,
290                                     stlbe->word2, handler);
291                 }
292                 vcpu->arch.swap_pid = 0;
293         }
294
295         vcpu->arch.shadow_pid = !usermode;
296 }
297
298 static int tlbe_is_host_safe(const struct kvm_vcpu *vcpu,
299                              const struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe)
300 {
301         gpa_t gpa;
302
303         if (!get_tlb_v(tlbe))
304                 return 0;
305
306         /* Does it match current guest AS? */
307         /* XXX what about IS != DS? */
308         if (get_tlb_ts(tlbe) != !!(vcpu->arch.msr & MSR_IS))
309                 return 0;
310
311         gpa = get_tlb_raddr(tlbe);
312         if (!gfn_to_memslot(vcpu->kvm, gpa >> PAGE_SHIFT))
313                 /* Mapping is not for RAM. */
314                 return 0;
315
316         return 1;
317 }
318
319 int kvmppc_44x_emul_tlbwe(struct kvm_vcpu *vcpu, u8 ra, u8 rs, u8 ws)
320 {
321         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
322         u64 eaddr;
323         u64 raddr;
324         u64 asid;
325         u32 flags;
326         struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe;
327         unsigned int index;
328
329         index = vcpu->arch.gpr[ra];
330         if (index > PPC44x_TLB_SIZE) {
331                 printk("%s: index %d\n", __func__, index);
332                 kvmppc_dump_vcpu(vcpu);
333                 return EMULATE_FAIL;
334         }
335
336         tlbe = &vcpu_44x->guest_tlb[index];
337
338         /* Invalidate shadow mappings for the about-to-be-clobbered TLBE. */
339         if (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_VALID) {
340                 eaddr = get_tlb_eaddr(tlbe);
341                 asid = (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_TS) | tlbe->tid;
342                 kvmppc_mmu_invalidate(vcpu, eaddr, get_tlb_end(tlbe), asid);
343         }
344
345         switch (ws) {
346         case PPC44x_TLB_PAGEID:
347                 tlbe->tid = get_mmucr_stid(vcpu);
348                 tlbe->word0 = vcpu->arch.gpr[rs];
349                 break;
350
351         case PPC44x_TLB_XLAT:
352                 tlbe->word1 = vcpu->arch.gpr[rs];
353                 break;
354
355         case PPC44x_TLB_ATTRIB:
356                 tlbe->word2 = vcpu->arch.gpr[rs];
357                 break;
358
359         default:
360                 return EMULATE_FAIL;
361         }
362
363         if (tlbe_is_host_safe(vcpu, tlbe)) {
364                 eaddr = get_tlb_eaddr(tlbe);
365                 raddr = get_tlb_raddr(tlbe);
366                 asid = (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_TS) | tlbe->tid;
367                 flags = tlbe->word2 & 0xffff;
368
369                 /* Create a 4KB mapping on the host. If the guest wanted a
370                  * large page, only the first 4KB is mapped here and the rest
371                  * are mapped on the fly. */
372                 kvmppc_mmu_map(vcpu, eaddr, raddr >> PAGE_SHIFT, asid, flags);
373         }
374
375         KVMTRACE_5D(GTLB_WRITE, vcpu, index,
376                     tlbe->tid, tlbe->word0, tlbe->word1, tlbe->word2,
377                     handler);
378
379         return EMULATE_DONE;
380 }
381
382 int kvmppc_44x_emul_tlbsx(struct kvm_vcpu *vcpu, u8 rt, u8 ra, u8 rb, u8 rc)
383 {
384         u32 ea;
385         int index;
386         unsigned int as = get_mmucr_sts(vcpu);
387         unsigned int pid = get_mmucr_stid(vcpu);
388
389         ea = vcpu->arch.gpr[rb];
390         if (ra)
391                 ea += vcpu->arch.gpr[ra];
392
393         index = kvmppc_44x_tlb_index(vcpu, ea, pid, as);
394         if (rc) {
395                 if (index < 0)
396                         vcpu->arch.cr &= ~0x20000000;
397                 else
398                         vcpu->arch.cr |= 0x20000000;
399         }
400         vcpu->arch.gpr[rt] = index;
401
402         return EMULATE_DONE;
403 }