[PATCH] 8xx: avoid "dcbst" misbehaviour with unpopulated TLB
[linux-3.10.git] / arch / ppc / mm / init.c
1 /*
2  *  PowerPC version
3  *    Copyright (C) 1995-1996 Gary Thomas (gdt@linuxppc.org)
4  *
5  *  Modifications by Paul Mackerras (PowerMac) (paulus@cs.anu.edu.au)
6  *  and Cort Dougan (PReP) (cort@cs.nmt.edu)
7  *    Copyright (C) 1996 Paul Mackerras
8  *  Amiga/APUS changes by Jesper Skov (jskov@cygnus.co.uk).
9  *  PPC44x/36-bit changes by Matt Porter (mporter@mvista.com)
10  *
11  *  Derived from "arch/i386/mm/init.c"
12  *    Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
13  *
14  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
15  *  modify it under the terms of the GNU General Public License
16  *  as published by the Free Software Foundation; either version
17  *  2 of the License, or (at your option) any later version.
18  *
19  */
20
21 #include <linux/config.h>
22 #include <linux/module.h>
23 #include <linux/sched.h>
24 #include <linux/kernel.h>
25 #include <linux/errno.h>
26 #include <linux/string.h>
27 #include <linux/types.h>
28 #include <linux/mm.h>
29 #include <linux/stddef.h>
30 #include <linux/init.h>
31 #include <linux/bootmem.h>
32 #include <linux/highmem.h>
33 #include <linux/initrd.h>
34 #include <linux/pagemap.h>
35
36 #include <asm/pgalloc.h>
37 #include <asm/prom.h>
38 #include <asm/io.h>
39 #include <asm/mmu_context.h>
40 #include <asm/pgtable.h>
41 #include <asm/mmu.h>
42 #include <asm/smp.h>
43 #include <asm/machdep.h>
44 #include <asm/btext.h>
45 #include <asm/tlb.h>
46 #include <asm/bootinfo.h>
47
48 #include "mem_pieces.h"
49 #include "mmu_decl.h"
50
51 #if defined(CONFIG_KERNEL_START_BOOL) || defined(CONFIG_LOWMEM_SIZE_BOOL)
52 /* The ammount of lowmem must be within 0xF0000000 - KERNELBASE. */
53 #if (CONFIG_LOWMEM_SIZE > (0xF0000000 - KERNELBASE))
54 #error "You must adjust CONFIG_LOWMEM_SIZE or CONFIG_START_KERNEL"
55 #endif
56 #endif
57 #define MAX_LOW_MEM     CONFIG_LOWMEM_SIZE
58
59 DEFINE_PER_CPU(struct mmu_gather, mmu_gathers);
60
61 unsigned long total_memory;
62 unsigned long total_lowmem;
63
64 unsigned long ppc_memstart;
65 unsigned long ppc_memoffset = PAGE_OFFSET;
66
67 int mem_init_done;
68 int init_bootmem_done;
69 int boot_mapsize;
70 #ifdef CONFIG_PPC_PMAC
71 unsigned long agp_special_page;
72 #endif
73
74 extern char _end[];
75 extern char etext[], _stext[];
76 extern char __init_begin, __init_end;
77 extern char __prep_begin, __prep_end;
78 extern char __chrp_begin, __chrp_end;
79 extern char __pmac_begin, __pmac_end;
80 extern char __openfirmware_begin, __openfirmware_end;
81
82 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
83 pte_t *kmap_pte;
84 pgprot_t kmap_prot;
85
86 EXPORT_SYMBOL(kmap_prot);
87 EXPORT_SYMBOL(kmap_pte);
88 #endif
89
90 void MMU_init(void);
91 void set_phys_avail(unsigned long total_ram);
92
93 /* XXX should be in current.h  -- paulus */
94 extern struct task_struct *current_set[NR_CPUS];
95
96 char *klimit = _end;
97 struct mem_pieces phys_avail;
98
99 /*
100  * this tells the system to map all of ram with the segregs
101  * (i.e. page tables) instead of the bats.
102  * -- Cort
103  */
104 int __map_without_bats;
105 int __map_without_ltlbs;
106
107 /* max amount of RAM to use */
108 unsigned long __max_memory;
109 /* max amount of low RAM to map in */
110 unsigned long __max_low_memory = MAX_LOW_MEM;
111
112 void show_mem(void)
113 {
114         int i,free = 0,total = 0,reserved = 0;
115         int shared = 0, cached = 0;
116         int highmem = 0;
117
118         printk("Mem-info:\n");
119         show_free_areas();
120         printk("Free swap:       %6ldkB\n", nr_swap_pages<<(PAGE_SHIFT-10));
121         i = max_mapnr;
122         while (i-- > 0) {
123                 total++;
124                 if (PageHighMem(mem_map+i))
125                         highmem++;
126                 if (PageReserved(mem_map+i))
127                         reserved++;
128                 else if (PageSwapCache(mem_map+i))
129                         cached++;
130                 else if (!page_count(mem_map+i))
131                         free++;
132                 else
133                         shared += page_count(mem_map+i) - 1;
134         }
135         printk("%d pages of RAM\n",total);
136         printk("%d pages of HIGHMEM\n", highmem);
137         printk("%d free pages\n",free);
138         printk("%d reserved pages\n",reserved);
139         printk("%d pages shared\n",shared);
140         printk("%d pages swap cached\n",cached);
141 }
142
143 /* Free up now-unused memory */
144 static void free_sec(unsigned long start, unsigned long end, const char *name)
145 {
146         unsigned long cnt = 0;
147
148         while (start < end) {
149                 ClearPageReserved(virt_to_page(start));
150                 set_page_count(virt_to_page(start), 1);
151                 free_page(start);
152                 cnt++;
153                 start += PAGE_SIZE;
154         }
155         if (cnt) {
156                 printk(" %ldk %s", cnt << (PAGE_SHIFT - 10), name);
157                 totalram_pages += cnt;
158         }
159 }
160
161 void free_initmem(void)
162 {
163 #define FREESEC(TYPE) \
164         free_sec((unsigned long)(&__ ## TYPE ## _begin), \
165                  (unsigned long)(&__ ## TYPE ## _end), \
166                  #TYPE);
167
168         printk ("Freeing unused kernel memory:");
169         FREESEC(init);
170         if (_machine != _MACH_Pmac)
171                 FREESEC(pmac);
172         if (_machine != _MACH_chrp)
173                 FREESEC(chrp);
174         if (_machine != _MACH_prep)
175                 FREESEC(prep);
176         if (!have_of)
177                 FREESEC(openfirmware);
178         printk("\n");
179         ppc_md.progress = NULL;
180 #undef FREESEC
181 }
182
183 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
184 void free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
185 {
186         printk ("Freeing initrd memory: %ldk freed\n", (end - start) >> 10);
187
188         for (; start < end; start += PAGE_SIZE) {
189                 ClearPageReserved(virt_to_page(start));
190                 set_page_count(virt_to_page(start), 1);
191                 free_page(start);
192                 totalram_pages++;
193         }
194 }
195 #endif
196
197 /*
198  * Check for command-line options that affect what MMU_init will do.
199  */
200 void MMU_setup(void)
201 {
202         /* Check for nobats option (used in mapin_ram). */
203         if (strstr(cmd_line, "nobats")) {
204                 __map_without_bats = 1;
205         }
206
207         if (strstr(cmd_line, "noltlbs")) {
208                 __map_without_ltlbs = 1;
209         }
210
211         /* Look for mem= option on command line */
212         if (strstr(cmd_line, "mem=")) {
213                 char *p, *q;
214                 unsigned long maxmem = 0;
215
216                 for (q = cmd_line; (p = strstr(q, "mem=")) != 0; ) {
217                         q = p + 4;
218                         if (p > cmd_line && p[-1] != ' ')
219                                 continue;
220                         maxmem = simple_strtoul(q, &q, 0);
221                         if (*q == 'k' || *q == 'K') {
222                                 maxmem <<= 10;
223                                 ++q;
224                         } else if (*q == 'm' || *q == 'M') {
225                                 maxmem <<= 20;
226                                 ++q;
227                         }
228                 }
229                 __max_memory = maxmem;
230         }
231 }
232
233 /*
234  * MMU_init sets up the basic memory mappings for the kernel,
235  * including both RAM and possibly some I/O regions,
236  * and sets up the page tables and the MMU hardware ready to go.
237  */
238 void __init MMU_init(void)
239 {
240         if (ppc_md.progress)
241                 ppc_md.progress("MMU:enter", 0x111);
242
243         /* parse args from command line */
244         MMU_setup();
245
246         /*
247          * Figure out how much memory we have, how much
248          * is lowmem, and how much is highmem.  If we were
249          * passed the total memory size from the bootloader,
250          * just use it.
251          */
252         if (boot_mem_size)
253                 total_memory = boot_mem_size;
254         else
255                 total_memory = ppc_md.find_end_of_memory();
256
257         if (__max_memory && total_memory > __max_memory)
258                 total_memory = __max_memory;
259         total_lowmem = total_memory;
260 #ifdef CONFIG_FSL_BOOKE
261         /* Freescale Book-E parts expect lowmem to be mapped by fixed TLB
262          * entries, so we need to adjust lowmem to match the amount we can map
263          * in the fixed entries */
264         adjust_total_lowmem();
265 #endif /* CONFIG_FSL_BOOKE */
266         if (total_lowmem > __max_low_memory) {
267                 total_lowmem = __max_low_memory;
268 #ifndef CONFIG_HIGHMEM
269                 total_memory = total_lowmem;
270 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
271         }
272         set_phys_avail(total_lowmem);
273
274         /* Initialize the MMU hardware */
275         if (ppc_md.progress)
276                 ppc_md.progress("MMU:hw init", 0x300);
277         MMU_init_hw();
278
279         /* Map in all of RAM starting at KERNELBASE */
280         if (ppc_md.progress)
281                 ppc_md.progress("MMU:mapin", 0x301);
282         mapin_ram();
283
284 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
285         ioremap_base = PKMAP_BASE;
286 #else
287         ioremap_base = 0xfe000000UL;    /* for now, could be 0xfffff000 */
288 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
289         ioremap_bot = ioremap_base;
290
291         /* Map in I/O resources */
292         if (ppc_md.progress)
293                 ppc_md.progress("MMU:setio", 0x302);
294         if (ppc_md.setup_io_mappings)
295                 ppc_md.setup_io_mappings();
296
297         /* Initialize the context management stuff */
298         mmu_context_init();
299
300         if (ppc_md.progress)
301                 ppc_md.progress("MMU:exit", 0x211);
302
303 #ifdef CONFIG_BOOTX_TEXT
304         /* By default, we are no longer mapped */
305         boot_text_mapped = 0;
306         /* Must be done last, or ppc_md.progress will die. */
307         map_boot_text();
308 #endif
309 }
310
311 /* This is only called until mem_init is done. */
312 void __init *early_get_page(void)
313 {
314         void *p;
315
316         if (init_bootmem_done) {
317                 p = alloc_bootmem_pages(PAGE_SIZE);
318         } else {
319                 p = mem_pieces_find(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
320         }
321         return p;
322 }
323
324 /*
325  * Initialize the bootmem system and give it all the memory we
326  * have available.
327  */
328 void __init do_init_bootmem(void)
329 {
330         unsigned long start, size;
331         int i;
332
333         /*
334          * Find an area to use for the bootmem bitmap.
335          * We look for the first area which is at least
336          * 128kB in length (128kB is enough for a bitmap
337          * for 4GB of memory, using 4kB pages), plus 1 page
338          * (in case the address isn't page-aligned).
339          */
340         start = 0;
341         size = 0;
342         for (i = 0; i < phys_avail.n_regions; ++i) {
343                 unsigned long a = phys_avail.regions[i].address;
344                 unsigned long s = phys_avail.regions[i].size;
345                 if (s <= size)
346                         continue;
347                 start = a;
348                 size = s;
349                 if (s >= 33 * PAGE_SIZE)
350                         break;
351         }
352         start = PAGE_ALIGN(start);
353
354         min_low_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
355         max_low_pfn = (PPC_MEMSTART + total_lowmem) >> PAGE_SHIFT;
356         max_pfn = (PPC_MEMSTART + total_memory) >> PAGE_SHIFT;
357         boot_mapsize = init_bootmem_node(&contig_page_data, min_low_pfn,
358                                          PPC_MEMSTART >> PAGE_SHIFT,
359                                          max_low_pfn);
360
361         /* remove the bootmem bitmap from the available memory */
362         mem_pieces_remove(&phys_avail, start, boot_mapsize, 1);
363
364         /* add everything in phys_avail into the bootmem map */
365         for (i = 0; i < phys_avail.n_regions; ++i)
366                 free_bootmem(phys_avail.regions[i].address,
367                              phys_avail.regions[i].size);
368
369         init_bootmem_done = 1;
370 }
371
372 /*
373  * paging_init() sets up the page tables - in fact we've already done this.
374  */
375 void __init paging_init(void)
376 {
377         unsigned long zones_size[MAX_NR_ZONES], i;
378
379 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
380         map_page(PKMAP_BASE, 0, 0);     /* XXX gross */
381         pkmap_page_table = pte_offset_kernel(pmd_offset(pgd_offset_k
382                         (PKMAP_BASE), PKMAP_BASE), PKMAP_BASE);
383         map_page(KMAP_FIX_BEGIN, 0, 0); /* XXX gross */
384         kmap_pte = pte_offset_kernel(pmd_offset(pgd_offset_k
385                         (KMAP_FIX_BEGIN), KMAP_FIX_BEGIN), KMAP_FIX_BEGIN);
386         kmap_prot = PAGE_KERNEL;
387 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
388
389         /*
390          * All pages are DMA-able so we put them all in the DMA zone.
391          */
392         zones_size[ZONE_DMA] = total_lowmem >> PAGE_SHIFT;
393         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++)
394                 zones_size[i] = 0;
395
396 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
397         zones_size[ZONE_HIGHMEM] = (total_memory - total_lowmem) >> PAGE_SHIFT;
398 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
399
400         free_area_init(zones_size);
401 }
402
403 void __init mem_init(void)
404 {
405         unsigned long addr;
406         int codepages = 0;
407         int datapages = 0;
408         int initpages = 0;
409 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
410         unsigned long highmem_mapnr;
411
412         highmem_mapnr = total_lowmem >> PAGE_SHIFT;
413 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
414         max_mapnr = total_memory >> PAGE_SHIFT;
415
416         high_memory = (void *) __va(PPC_MEMSTART + total_lowmem);
417         num_physpages = max_mapnr;      /* RAM is assumed contiguous */
418
419         totalram_pages += free_all_bootmem();
420
421 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
422         /* if we are booted from BootX with an initial ramdisk,
423            make sure the ramdisk pages aren't reserved. */
424         if (initrd_start) {
425                 for (addr = initrd_start; addr < initrd_end; addr += PAGE_SIZE)
426                         ClearPageReserved(virt_to_page(addr));
427         }
428 #endif /* CONFIG_BLK_DEV_INITRD */
429
430 #ifdef CONFIG_PPC_OF
431         /* mark the RTAS pages as reserved */
432         if ( rtas_data )
433                 for (addr = (ulong)__va(rtas_data);
434                      addr < PAGE_ALIGN((ulong)__va(rtas_data)+rtas_size) ;
435                      addr += PAGE_SIZE)
436                         SetPageReserved(virt_to_page(addr));
437 #endif
438 #ifdef CONFIG_PPC_PMAC
439         if (agp_special_page)
440                 SetPageReserved(virt_to_page(agp_special_page));
441 #endif
442         for (addr = PAGE_OFFSET; addr < (unsigned long)high_memory;
443              addr += PAGE_SIZE) {
444                 if (!PageReserved(virt_to_page(addr)))
445                         continue;
446                 if (addr < (ulong) etext)
447                         codepages++;
448                 else if (addr >= (unsigned long)&__init_begin
449                          && addr < (unsigned long)&__init_end)
450                         initpages++;
451                 else if (addr < (ulong) klimit)
452                         datapages++;
453         }
454
455 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
456         {
457                 unsigned long pfn;
458
459                 for (pfn = highmem_mapnr; pfn < max_mapnr; ++pfn) {
460                         struct page *page = mem_map + pfn;
461
462                         ClearPageReserved(page);
463                         set_page_count(page, 1);
464                         __free_page(page);
465                         totalhigh_pages++;
466                 }
467                 totalram_pages += totalhigh_pages;
468         }
469 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
470
471         printk("Memory: %luk available (%dk kernel code, %dk data, %dk init, %ldk highmem)\n",
472                (unsigned long)nr_free_pages()<< (PAGE_SHIFT-10),
473                codepages<< (PAGE_SHIFT-10), datapages<< (PAGE_SHIFT-10),
474                initpages<< (PAGE_SHIFT-10),
475                (unsigned long) (totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10)));
476
477 #ifdef CONFIG_PPC_PMAC
478         if (agp_special_page)
479                 printk(KERN_INFO "AGP special page: 0x%08lx\n", agp_special_page);
480 #endif
481
482         mem_init_done = 1;
483 }
484
485 /*
486  * Set phys_avail to the amount of physical memory,
487  * less the kernel text/data/bss.
488  */
489 void __init
490 set_phys_avail(unsigned long total_memory)
491 {
492         unsigned long kstart, ksize;
493
494         /*
495          * Initially, available physical memory is equivalent to all
496          * physical memory.
497          */
498
499         phys_avail.regions[0].address = PPC_MEMSTART;
500         phys_avail.regions[0].size = total_memory;
501         phys_avail.n_regions = 1;
502
503         /*
504          * Map out the kernel text/data/bss from the available physical
505          * memory.
506          */
507
508         kstart = __pa(_stext);  /* should be 0 */
509         ksize = PAGE_ALIGN(klimit - _stext);
510
511         mem_pieces_remove(&phys_avail, kstart, ksize, 0);
512         mem_pieces_remove(&phys_avail, 0, 0x4000, 0);
513
514 #if defined(CONFIG_BLK_DEV_INITRD)
515         /* Remove the init RAM disk from the available memory. */
516         if (initrd_start) {
517                 mem_pieces_remove(&phys_avail, __pa(initrd_start),
518                                   initrd_end - initrd_start, 1);
519         }
520 #endif /* CONFIG_BLK_DEV_INITRD */
521 #ifdef CONFIG_PPC_OF
522         /* remove the RTAS pages from the available memory */
523         if (rtas_data)
524                 mem_pieces_remove(&phys_avail, rtas_data, rtas_size, 1);
525 #endif
526 #ifdef CONFIG_PPC_PMAC
527         /* Because of some uninorth weirdness, we need a page of
528          * memory as high as possible (it must be outside of the
529          * bus address seen as the AGP aperture). It will be used
530          * by the r128 DRM driver
531          *
532          * FIXME: We need to make sure that page doesn't overlap any of the\
533          * above. This could be done by improving mem_pieces_find to be able
534          * to do a backward search from the end of the list.
535          */
536         if (_machine == _MACH_Pmac && find_devices("uni-north-agp")) {
537                 agp_special_page = (total_memory - PAGE_SIZE);
538                 mem_pieces_remove(&phys_avail, agp_special_page, PAGE_SIZE, 0);
539                 agp_special_page = (unsigned long)__va(agp_special_page);
540         }
541 #endif /* CONFIG_PPC_PMAC */
542 }
543
544 /* Mark some memory as reserved by removing it from phys_avail. */
545 void __init reserve_phys_mem(unsigned long start, unsigned long size)
546 {
547         mem_pieces_remove(&phys_avail, start, size, 1);
548 }
549
550 /*
551  * This is called when a page has been modified by the kernel.
552  * It just marks the page as not i-cache clean.  We do the i-cache
553  * flush later when the page is given to a user process, if necessary.
554  */
555 void flush_dcache_page(struct page *page)
556 {
557         clear_bit(PG_arch_1, &page->flags);
558 }
559
560 void flush_dcache_icache_page(struct page *page)
561 {
562 #ifdef CONFIG_BOOKE
563         __flush_dcache_icache(kmap(page));
564         kunmap(page);
565 #else
566         __flush_dcache_icache_phys(page_to_pfn(page) << PAGE_SHIFT);
567 #endif
568
569 }
570 void clear_user_page(void *page, unsigned long vaddr, struct page *pg)
571 {
572         clear_page(page);
573         clear_bit(PG_arch_1, &pg->flags);
574 }
575
576 void copy_user_page(void *vto, void *vfrom, unsigned long vaddr,
577                     struct page *pg)
578 {
579         copy_page(vto, vfrom);
580         clear_bit(PG_arch_1, &pg->flags);
581 }
582
583 void flush_icache_user_range(struct vm_area_struct *vma, struct page *page,
584                              unsigned long addr, int len)
585 {
586         unsigned long maddr;
587
588         maddr = (unsigned long) kmap(page) + (addr & ~PAGE_MASK);
589         flush_icache_range(maddr, maddr + len);
590         kunmap(page);
591 }
592
593 /*
594  * This is called at the end of handling a user page fault, when the
595  * fault has been handled by updating a PTE in the linux page tables.
596  * We use it to preload an HPTE into the hash table corresponding to
597  * the updated linux PTE.
598  */
599 void update_mmu_cache(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
600                       pte_t pte)
601 {
602         /* handle i-cache coherency */
603         unsigned long pfn = pte_pfn(pte);
604
605         if (pfn_valid(pfn)) {
606                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
607                 if (!PageReserved(page)
608                     && !test_bit(PG_arch_1, &page->flags)) {
609                         if (vma->vm_mm == current->active_mm) {
610 #ifdef CONFIG_8xx
611                         /* On 8xx, cache control instructions (particularly 
612                          * "dcbst" from flush_dcache_icache) fault as write 
613                          * operation if there is an unpopulated TLB entry 
614                          * for the address in question. To workaround that, 
615                          * we invalidate the TLB here, thus avoiding dcbst 
616                          * misbehaviour.
617                          */
618                                 _tlbie(address);
619 #endif
620                                 __flush_dcache_icache((void *) address);
621                         } else
622                                 flush_dcache_icache_page(page);
623                         set_bit(PG_arch_1, &page->flags);
624                 }
625         }
626
627 #ifdef CONFIG_PPC_STD_MMU
628         /* We only want HPTEs for linux PTEs that have _PAGE_ACCESSED set */
629         if (Hash != 0 && pte_young(pte)) {
630                 struct mm_struct *mm;
631                 pmd_t *pmd;
632
633                 mm = (address < TASK_SIZE)? vma->vm_mm: &init_mm;
634                 pmd = pmd_offset(pgd_offset(mm, address), address);
635                 if (!pmd_none(*pmd))
636                         add_hash_page(mm->context, address, pmd_val(*pmd));
637         }
638 #endif
639 }
640
641 /*
642  * This is called by /dev/mem to know if a given address has to
643  * be mapped non-cacheable or not
644  */
645 int page_is_ram(unsigned long pfn)
646 {
647         unsigned long paddr = (pfn << PAGE_SHIFT);
648
649         return paddr < __pa(high_memory);
650 }
651
652 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long addr,
653                               unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
654 {
655         if (ppc_md.phys_mem_access_prot)
656                 return ppc_md.phys_mem_access_prot(file, addr, size, vma_prot);
657
658         if (!page_is_ram(addr >> PAGE_SHIFT))
659                 vma_prot = __pgprot(pgprot_val(vma_prot)
660                                     | _PAGE_GUARDED | _PAGE_NO_CACHE);
661         return vma_prot;
662 }
663 EXPORT_SYMBOL(phys_mem_access_prot);