1997270bb6f4054dfea5753252447f9ccc565af1
[linux-2.6.git] / drivers / char / mspec.c
1 /*
2  * Copyright (C) 2001-2006 Silicon Graphics, Inc.  All rights
3  * reserved.
4  *
5  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
6  * under the terms of version 2 of the GNU General Public License
7  * as published by the Free Software Foundation.
8  */
9
10 /*
11  * SN Platform Special Memory (mspec) Support
12  *
13  * This driver exports the SN special memory (mspec) facility to user
14  * processes.
15  * There are three types of memory made available thru this driver:
16  * fetchops, uncached and cached.
17  *
18  * Fetchops are atomic memory operations that are implemented in the
19  * memory controller on SGI SN hardware.
20  *
21  * Uncached are used for memory write combining feature of the ia64
22  * cpu.
23  *
24  * Cached are used for areas of memory that are used as cached addresses
25  * on our partition and used as uncached addresses from other partitions.
26  * Due to a design constraint of the SN2 Shub, you can not have processors
27  * on the same FSB perform both a cached and uncached reference to the
28  * same cache line.  These special memory cached regions prevent the
29  * kernel from ever dropping in a TLB entry and therefore prevent the
30  * processor from ever speculating a cache line from this page.
31  */
32
33 #include <linux/types.h>
34 #include <linux/kernel.h>
35 #include <linux/module.h>
36 #include <linux/init.h>
37 #include <linux/errno.h>
38 #include <linux/miscdevice.h>
39 #include <linux/spinlock.h>
40 #include <linux/mm.h>
41 #include <linux/fs.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/string.h>
44 #include <linux/slab.h>
45 #include <linux/numa.h>
46 #include <asm/page.h>
47 #include <asm/system.h>
48 #include <asm/pgtable.h>
49 #include <asm/atomic.h>
50 #include <asm/tlbflush.h>
51 #include <asm/uncached.h>
52 #include <asm/sn/addrs.h>
53 #include <asm/sn/arch.h>
54 #include <asm/sn/mspec.h>
55 #include <asm/sn/sn_cpuid.h>
56 #include <asm/sn/io.h>
57 #include <asm/sn/bte.h>
58 #include <asm/sn/shubio.h>
59
60
61 #define FETCHOP_ID      "SGI Fetchop,"
62 #define CACHED_ID       "Cached,"
63 #define UNCACHED_ID     "Uncached"
64 #define REVISION        "4.0"
65 #define MSPEC_BASENAME  "mspec"
66
67 /*
68  * Page types allocated by the device.
69  */
70 enum mspec_page_type {
71         MSPEC_FETCHOP = 1,
72         MSPEC_CACHED,
73         MSPEC_UNCACHED
74 };
75
76 #ifdef CONFIG_SGI_SN
77 static int is_sn2;
78 #else
79 #define is_sn2          0
80 #endif
81
82 /*
83  * One of these structures is allocated when an mspec region is mmaped. The
84  * structure is pointed to by the vma->vm_private_data field in the vma struct.
85  * This structure is used to record the addresses of the mspec pages.
86  * This structure is shared by all vma's that are split off from the
87  * original vma when split_vma()'s are done.
88  *
89  * The refcnt is incremented atomically because mm->mmap_sem does not
90  * protect in fork case where multiple tasks share the vma_data.
91  */
92 struct vma_data {
93         atomic_t refcnt;        /* Number of vmas sharing the data. */
94         spinlock_t lock;        /* Serialize access to this structure. */
95         int count;              /* Number of pages allocated. */
96         enum mspec_page_type type; /* Type of pages allocated. */
97         int flags;              /* See VMD_xxx below. */
98         unsigned long vm_start; /* Original (unsplit) base. */
99         unsigned long vm_end;   /* Original (unsplit) end. */
100         unsigned long maddr[0]; /* Array of MSPEC addresses. */
101 };
102
103 #define VMD_VMALLOCED 0x1       /* vmalloc'd rather than kmalloc'd */
104
105 /* used on shub2 to clear FOP cache in the HUB */
106 static unsigned long scratch_page[MAX_NUMNODES];
107 #define SH2_AMO_CACHE_ENTRIES   4
108
109 static inline int
110 mspec_zero_block(unsigned long addr, int len)
111 {
112         int status;
113
114         if (is_sn2) {
115                 if (is_shub2()) {
116                         int nid;
117                         void *p;
118                         int i;
119
120                         nid = nasid_to_cnodeid(get_node_number(__pa(addr)));
121                         p = (void *)TO_AMO(scratch_page[nid]);
122
123                         for (i=0; i < SH2_AMO_CACHE_ENTRIES; i++) {
124                                 FETCHOP_LOAD_OP(p, FETCHOP_LOAD);
125                                 p += FETCHOP_VAR_SIZE;
126                         }
127                 }
128
129                 status = bte_copy(0, addr & ~__IA64_UNCACHED_OFFSET, len,
130                                   BTE_WACQUIRE | BTE_ZERO_FILL, NULL);
131         } else {
132                 memset((char *) addr, 0, len);
133                 status = 0;
134         }
135         return status;
136 }
137
138 /*
139  * mspec_open
140  *
141  * Called when a device mapping is created by a means other than mmap
142  * (via fork, munmap, etc.).  Increments the reference count on the
143  * underlying mspec data so it is not freed prematurely.
144  */
145 static void
146 mspec_open(struct vm_area_struct *vma)
147 {
148         struct vma_data *vdata;
149
150         vdata = vma->vm_private_data;
151         atomic_inc(&vdata->refcnt);
152 }
153
154 /*
155  * mspec_close
156  *
157  * Called when unmapping a device mapping. Frees all mspec pages
158  * belonging to all the vma's sharing this vma_data structure.
159  */
160 static void
161 mspec_close(struct vm_area_struct *vma)
162 {
163         struct vma_data *vdata;
164         int index, last_index;
165         unsigned long my_page;
166
167         vdata = vma->vm_private_data;
168
169         if (!atomic_dec_and_test(&vdata->refcnt))
170                 return;
171
172         last_index = (vdata->vm_end - vdata->vm_start) >> PAGE_SHIFT;
173         for (index = 0; index < last_index; index++) {
174                 if (vdata->maddr[index] == 0)
175                         continue;
176                 /*
177                  * Clear the page before sticking it back
178                  * into the pool.
179                  */
180                 my_page = vdata->maddr[index];
181                 vdata->maddr[index] = 0;
182                 if (!mspec_zero_block(my_page, PAGE_SIZE))
183                         uncached_free_page(my_page, 1);
184                 else
185                         printk(KERN_WARNING "mspec_close(): "
186                                "failed to zero page %ld\n", my_page);
187         }
188
189         if (vdata->flags & VMD_VMALLOCED)
190                 vfree(vdata);
191         else
192                 kfree(vdata);
193 }
194
195 /*
196  * mspec_fault
197  *
198  * Creates a mspec page and maps it to user space.
199  */
200 static int
201 mspec_fault(struct vm_area_struct *vma, struct vm_fault *vmf)
202 {
203         unsigned long paddr, maddr;
204         unsigned long pfn;
205         pgoff_t index = vmf->pgoff;
206         struct vma_data *vdata = vma->vm_private_data;
207
208         maddr = (volatile unsigned long) vdata->maddr[index];
209         if (maddr == 0) {
210                 maddr = uncached_alloc_page(numa_node_id(), 1);
211                 if (maddr == 0)
212                         return VM_FAULT_OOM;
213
214                 spin_lock(&vdata->lock);
215                 if (vdata->maddr[index] == 0) {
216                         vdata->count++;
217                         vdata->maddr[index] = maddr;
218                 } else {
219                         uncached_free_page(maddr, 1);
220                         maddr = vdata->maddr[index];
221                 }
222                 spin_unlock(&vdata->lock);
223         }
224
225         if (vdata->type == MSPEC_FETCHOP)
226                 paddr = TO_AMO(maddr);
227         else
228                 paddr = maddr & ~__IA64_UNCACHED_OFFSET;
229
230         pfn = paddr >> PAGE_SHIFT;
231
232         /*
233          * vm_insert_pfn can fail with -EBUSY, but in that case it will
234          * be because another thread has installed the pte first, so it
235          * is no problem.
236          */
237         vm_insert_pfn(vma, (unsigned long)vmf->virtual_address, pfn);
238
239         return VM_FAULT_NOPAGE;
240 }
241
242 static const struct vm_operations_struct mspec_vm_ops = {
243         .open = mspec_open,
244         .close = mspec_close,
245         .fault = mspec_fault,
246 };
247
248 /*
249  * mspec_mmap
250  *
251  * Called when mmaping the device.  Initializes the vma with a fault handler
252  * and private data structure necessary to allocate, track, and free the
253  * underlying pages.
254  */
255 static int
256 mspec_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma,
257                                         enum mspec_page_type type)
258 {
259         struct vma_data *vdata;
260         int pages, vdata_size, flags = 0;
261
262         if (vma->vm_pgoff != 0)
263                 return -EINVAL;
264
265         if ((vma->vm_flags & VM_SHARED) == 0)
266                 return -EINVAL;
267
268         if ((vma->vm_flags & VM_WRITE) == 0)
269                 return -EPERM;
270
271         pages = (vma->vm_end - vma->vm_start) >> PAGE_SHIFT;
272         vdata_size = sizeof(struct vma_data) + pages * sizeof(long);
273         if (vdata_size <= PAGE_SIZE)
274                 vdata = kmalloc(vdata_size, GFP_KERNEL);
275         else {
276                 vdata = vmalloc(vdata_size);
277                 flags = VMD_VMALLOCED;
278         }
279         if (!vdata)
280                 return -ENOMEM;
281         memset(vdata, 0, vdata_size);
282
283         vdata->vm_start = vma->vm_start;
284         vdata->vm_end = vma->vm_end;
285         vdata->flags = flags;
286         vdata->type = type;
287         spin_lock_init(&vdata->lock);
288         vdata->refcnt = ATOMIC_INIT(1);
289         vma->vm_private_data = vdata;
290
291         vma->vm_flags |= (VM_IO | VM_RESERVED | VM_PFNMAP | VM_DONTEXPAND);
292         if (vdata->type == MSPEC_FETCHOP || vdata->type == MSPEC_UNCACHED)
293                 vma->vm_page_prot = pgprot_noncached(vma->vm_page_prot);
294         vma->vm_ops = &mspec_vm_ops;
295
296         return 0;
297 }
298
299 static int
300 fetchop_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
301 {
302         return mspec_mmap(file, vma, MSPEC_FETCHOP);
303 }
304
305 static int
306 cached_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
307 {
308         return mspec_mmap(file, vma, MSPEC_CACHED);
309 }
310
311 static int
312 uncached_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
313 {
314         return mspec_mmap(file, vma, MSPEC_UNCACHED);
315 }
316
317 static const struct file_operations fetchop_fops = {
318         .owner = THIS_MODULE,
319         .mmap = fetchop_mmap
320 };
321
322 static struct miscdevice fetchop_miscdev = {
323         .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
324         .name = "sgi_fetchop",
325         .fops = &fetchop_fops
326 };
327
328 static const struct file_operations cached_fops = {
329         .owner = THIS_MODULE,
330         .mmap = cached_mmap
331 };
332
333 static struct miscdevice cached_miscdev = {
334         .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
335         .name = "mspec_cached",
336         .fops = &cached_fops
337 };
338
339 static const struct file_operations uncached_fops = {
340         .owner = THIS_MODULE,
341         .mmap = uncached_mmap
342 };
343
344 static struct miscdevice uncached_miscdev = {
345         .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
346         .name = "mspec_uncached",
347         .fops = &uncached_fops
348 };
349
350 /*
351  * mspec_init
352  *
353  * Called at boot time to initialize the mspec facility.
354  */
355 static int __init
356 mspec_init(void)
357 {
358         int ret;
359         int nid;
360
361         /*
362          * The fetchop device only works on SN2 hardware, uncached and cached
363          * memory drivers should both be valid on all ia64 hardware
364          */
365 #ifdef CONFIG_SGI_SN
366         if (ia64_platform_is("sn2")) {
367                 is_sn2 = 1;
368                 if (is_shub2()) {
369                         ret = -ENOMEM;
370                         for_each_node_state(nid, N_ONLINE) {
371                                 int actual_nid;
372                                 int nasid;
373                                 unsigned long phys;
374
375                                 scratch_page[nid] = uncached_alloc_page(nid, 1);
376                                 if (scratch_page[nid] == 0)
377                                         goto free_scratch_pages;
378                                 phys = __pa(scratch_page[nid]);
379                                 nasid = get_node_number(phys);
380                                 actual_nid = nasid_to_cnodeid(nasid);
381                                 if (actual_nid != nid)
382                                         goto free_scratch_pages;
383                         }
384                 }
385
386                 ret = misc_register(&fetchop_miscdev);
387                 if (ret) {
388                         printk(KERN_ERR
389                                "%s: failed to register device %i\n",
390                                FETCHOP_ID, ret);
391                         goto free_scratch_pages;
392                 }
393         }
394 #endif
395         ret = misc_register(&cached_miscdev);
396         if (ret) {
397                 printk(KERN_ERR "%s: failed to register device %i\n",
398                        CACHED_ID, ret);
399                 if (is_sn2)
400                         misc_deregister(&fetchop_miscdev);
401                 goto free_scratch_pages;
402         }
403         ret = misc_register(&uncached_miscdev);
404         if (ret) {
405                 printk(KERN_ERR "%s: failed to register device %i\n",
406                        UNCACHED_ID, ret);
407                 misc_deregister(&cached_miscdev);
408                 if (is_sn2)
409                         misc_deregister(&fetchop_miscdev);
410                 goto free_scratch_pages;
411         }
412
413         printk(KERN_INFO "%s %s initialized devices: %s %s %s\n",
414                MSPEC_BASENAME, REVISION, is_sn2 ? FETCHOP_ID : "",
415                CACHED_ID, UNCACHED_ID);
416
417         return 0;
418
419  free_scratch_pages:
420         for_each_node(nid) {
421                 if (scratch_page[nid] != 0)
422                         uncached_free_page(scratch_page[nid], 1);
423         }
424         return ret;
425 }
426
427 static void __exit
428 mspec_exit(void)
429 {
430         int nid;
431
432         misc_deregister(&uncached_miscdev);
433         misc_deregister(&cached_miscdev);
434         if (is_sn2) {
435                 misc_deregister(&fetchop_miscdev);
436
437                 for_each_node(nid) {
438                         if (scratch_page[nid] != 0)
439                                 uncached_free_page(scratch_page[nid], 1);
440                 }
441         }
442 }
443
444 module_init(mspec_init);
445 module_exit(mspec_exit);
446
447 MODULE_AUTHOR("Silicon Graphics, Inc. <linux-altix@sgi.com>");
448 MODULE_DESCRIPTION("Driver for SGI SN special memory operations");
449 MODULE_LICENSE("GPL");