sparc64: Support transparent huge pages.
[~shefty/rdma-dev.git] / arch / sparc / include / asm / tsb.h
1 #ifndef _SPARC64_TSB_H
2 #define _SPARC64_TSB_H
3
4 /* The sparc64 TSB is similar to the powerpc hashtables.  It's a
5  * power-of-2 sized table of TAG/PTE pairs.  The cpu precomputes
6  * pointers into this table for 8K and 64K page sizes, and also a
7  * comparison TAG based upon the virtual address and context which
8  * faults.
9  *
10  * TLB miss trap handler software does the actual lookup via something
11  * of the form:
12  *
13  *      ldxa            [%g0] ASI_{D,I}MMU_TSB_8KB_PTR, %g1
14  *      ldxa            [%g0] ASI_{D,I}MMU, %g6
15  *      sllx            %g6, 22, %g6
16  *      srlx            %g6, 22, %g6
17  *      ldda            [%g1] ASI_NUCLEUS_QUAD_LDD, %g4
18  *      cmp             %g4, %g6
19  *      bne,pn  %xcc, tsb_miss_{d,i}tlb
20  *       mov            FAULT_CODE_{D,I}TLB, %g3
21  *      stxa            %g5, [%g0] ASI_{D,I}TLB_DATA_IN
22  *      retry
23  *
24  *
25  * Each 16-byte slot of the TSB is the 8-byte tag and then the 8-byte
26  * PTE.  The TAG is of the same layout as the TLB TAG TARGET mmu
27  * register which is:
28  *
29  * -------------------------------------------------
30  * |  -  |  CONTEXT |  -  |    VADDR bits 63:22    |
31  * -------------------------------------------------
32  *  63 61 60      48 47 42 41                     0
33  *
34  * But actually, since we use per-mm TSB's, we zero out the CONTEXT
35  * field.
36  *
37  * Like the powerpc hashtables we need to use locking in order to
38  * synchronize while we update the entries.  PTE updates need locking
39  * as well.
40  *
41  * We need to carefully choose a lock bits for the TSB entry.  We
42  * choose to use bit 47 in the tag.  Also, since we never map anything
43  * at page zero in context zero, we use zero as an invalid tag entry.
44  * When the lock bit is set, this forces a tag comparison failure.
45  */
46
47 #define TSB_TAG_LOCK_BIT        47
48 #define TSB_TAG_LOCK_HIGH       (1 << (TSB_TAG_LOCK_BIT - 32))
49
50 #define TSB_TAG_INVALID_BIT     46
51 #define TSB_TAG_INVALID_HIGH    (1 << (TSB_TAG_INVALID_BIT - 32))
52
53 /* Some cpus support physical address quad loads.  We want to use
54  * those if possible so we don't need to hard-lock the TSB mapping
55  * into the TLB.  We encode some instruction patching in order to
56  * support this.
57  *
58  * The kernel TSB is locked into the TLB by virtue of being in the
59  * kernel image, so we don't play these games for swapper_tsb access.
60  */
61 #ifndef __ASSEMBLY__
62 struct tsb_ldquad_phys_patch_entry {
63         unsigned int    addr;
64         unsigned int    sun4u_insn;
65         unsigned int    sun4v_insn;
66 };
67 extern struct tsb_ldquad_phys_patch_entry __tsb_ldquad_phys_patch,
68         __tsb_ldquad_phys_patch_end;
69
70 struct tsb_phys_patch_entry {
71         unsigned int    addr;
72         unsigned int    insn;
73 };
74 extern struct tsb_phys_patch_entry __tsb_phys_patch, __tsb_phys_patch_end;
75 #endif
76 #define TSB_LOAD_QUAD(TSB, REG) \
77 661:    ldda            [TSB] ASI_NUCLEUS_QUAD_LDD, REG; \
78         .section        .tsb_ldquad_phys_patch, "ax"; \
79         .word           661b; \
80         ldda            [TSB] ASI_QUAD_LDD_PHYS, REG; \
81         ldda            [TSB] ASI_QUAD_LDD_PHYS_4V, REG; \
82         .previous
83
84 #define TSB_LOAD_TAG_HIGH(TSB, REG) \
85 661:    lduwa           [TSB] ASI_N, REG; \
86         .section        .tsb_phys_patch, "ax"; \
87         .word           661b; \
88         lduwa           [TSB] ASI_PHYS_USE_EC, REG; \
89         .previous
90
91 #define TSB_LOAD_TAG(TSB, REG) \
92 661:    ldxa            [TSB] ASI_N, REG; \
93         .section        .tsb_phys_patch, "ax"; \
94         .word           661b; \
95         ldxa            [TSB] ASI_PHYS_USE_EC, REG; \
96         .previous
97
98 #define TSB_CAS_TAG_HIGH(TSB, REG1, REG2) \
99 661:    casa            [TSB] ASI_N, REG1, REG2; \
100         .section        .tsb_phys_patch, "ax"; \
101         .word           661b; \
102         casa            [TSB] ASI_PHYS_USE_EC, REG1, REG2; \
103         .previous
104
105 #define TSB_CAS_TAG(TSB, REG1, REG2) \
106 661:    casxa           [TSB] ASI_N, REG1, REG2; \
107         .section        .tsb_phys_patch, "ax"; \
108         .word           661b; \
109         casxa           [TSB] ASI_PHYS_USE_EC, REG1, REG2; \
110         .previous
111
112 #define TSB_STORE(ADDR, VAL) \
113 661:    stxa            VAL, [ADDR] ASI_N; \
114         .section        .tsb_phys_patch, "ax"; \
115         .word           661b; \
116         stxa            VAL, [ADDR] ASI_PHYS_USE_EC; \
117         .previous
118
119 #define TSB_LOCK_TAG(TSB, REG1, REG2)   \
120 99:     TSB_LOAD_TAG_HIGH(TSB, REG1);   \
121         sethi   %hi(TSB_TAG_LOCK_HIGH), REG2;\
122         andcc   REG1, REG2, %g0;        \
123         bne,pn  %icc, 99b;              \
124          nop;                           \
125         TSB_CAS_TAG_HIGH(TSB, REG1, REG2);      \
126         cmp     REG1, REG2;             \
127         bne,pn  %icc, 99b;              \
128          nop;                           \
129
130 #define TSB_WRITE(TSB, TTE, TAG) \
131         add     TSB, 0x8, TSB;   \
132         TSB_STORE(TSB, TTE);     \
133         sub     TSB, 0x8, TSB;   \
134         TSB_STORE(TSB, TAG);
135
136         /* Do a kernel page table walk.  Leaves physical PTE pointer in
137          * REG1.  Jumps to FAIL_LABEL on early page table walk termination.
138          * VADDR will not be clobbered, but REG2 will.
139          */
140 #define KERN_PGTABLE_WALK(VADDR, REG1, REG2, FAIL_LABEL)        \
141         sethi           %hi(swapper_pg_dir), REG1; \
142         or              REG1, %lo(swapper_pg_dir), REG1; \
143         sllx            VADDR, 64 - (PGDIR_SHIFT + PGDIR_BITS), REG2; \
144         srlx            REG2, 64 - PAGE_SHIFT, REG2; \
145         andn            REG2, 0x3, REG2; \
146         lduw            [REG1 + REG2], REG1; \
147         brz,pn          REG1, FAIL_LABEL; \
148          sllx           VADDR, 64 - (PMD_SHIFT + PMD_BITS), REG2; \
149         srlx            REG2, 64 - PAGE_SHIFT, REG2; \
150         sllx            REG1, PGD_PADDR_SHIFT, REG1; \
151         andn            REG2, 0x3, REG2; \
152         lduwa           [REG1 + REG2] ASI_PHYS_USE_EC, REG1; \
153         brz,pn          REG1, FAIL_LABEL; \
154          sllx           VADDR, 64 - PMD_SHIFT, REG2; \
155         srlx            REG2, 64 - (PAGE_SHIFT - 1), REG2; \
156         sllx            REG1, PMD_PADDR_SHIFT, REG1; \
157         andn            REG2, 0x7, REG2; \
158         add             REG1, REG2, REG1;
159
160         /* This macro exists only to make the PMD translator below easier
161          * to read.  It hides the ELF section switch for the sun4v code
162          * patching.
163          */
164 #define OR_PTE_BIT(REG, NAME)                           \
165 661:    or              REG, _PAGE_##NAME##_4U, REG;    \
166         .section        .sun4v_1insn_patch, "ax";       \
167         .word           661b;                           \
168         or              REG, _PAGE_##NAME##_4V, REG;    \
169         .previous;
170
171         /* Load into REG the PTE value for VALID, CACHE, and SZHUGE.  */
172 #define BUILD_PTE_VALID_SZHUGE_CACHE(REG)                                  \
173 661:    sethi           %uhi(_PAGE_VALID|_PAGE_SZHUGE_4U), REG;            \
174         .section        .sun4v_1insn_patch, "ax";                          \
175         .word           661b;                                              \
176         sethi           %uhi(_PAGE_VALID), REG;                            \
177         .previous;                                                         \
178         sllx            REG, 32, REG;                                      \
179 661:    or              REG, _PAGE_CP_4U|_PAGE_CV_4U, REG;                 \
180         .section        .sun4v_1insn_patch, "ax";                          \
181         .word           661b;                                              \
182         or              REG, _PAGE_CP_4V|_PAGE_CV_4V|_PAGE_SZHUGE_4V, REG; \
183         .previous;
184
185         /* PMD has been loaded into REG1, interpret the value, seeing
186          * if it is a HUGE PMD or a normal one.  If it is not valid
187          * then jump to FAIL_LABEL.  If it is a HUGE PMD, and it
188          * translates to a valid PTE, branch to PTE_LABEL.
189          *
190          * We translate the PMD by hand, one bit at a time,
191          * constructing the huge PTE.
192          *
193          * So we construct the PTE in REG2 as follows:
194          *
195          * 1) Extract the PMD PFN from REG1 and place it into REG2.
196          *
197          * 2) Translate PMD protection bits in REG1 into REG2, one bit
198          *    at a time using andcc tests on REG1 and OR's into REG2.
199          *
200          *    Only two bits to be concerned with here, EXEC and WRITE.
201          *    Now REG1 is freed up and we can use it as a temporary.
202          *
203          * 3) Construct the VALID, CACHE, and page size PTE bits in
204          *    REG1, OR with REG2 to form final PTE.
205          */
206 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
207 #define USER_PGTABLE_CHECK_PMD_HUGE(VADDR, REG1, REG2, FAIL_LABEL, PTE_LABEL) \
208         brz,pn          REG1, FAIL_LABEL;                                     \
209          andcc          REG1, PMD_ISHUGE, %g0;                                \
210         be,pt           %xcc, 700f;                                           \
211          and            REG1, PMD_HUGE_PRESENT|PMD_HUGE_ACCESSED, REG2;       \
212         cmp             REG2, PMD_HUGE_PRESENT|PMD_HUGE_ACCESSED;             \
213         bne,pn          %xcc, FAIL_LABEL;                                     \
214          andn           REG1, PMD_HUGE_PROTBITS, REG2;                        \
215         sllx            REG2, PMD_PADDR_SHIFT, REG2;                          \
216         /* REG2 now holds PFN << PAGE_SHIFT */                                \
217         andcc           REG1, PMD_HUGE_EXEC, %g0;                             \
218         bne,a,pt        %xcc, 1f;                                             \
219          OR_PTE_BIT(REG2, EXEC);                                              \
220 1:      andcc           REG1, PMD_HUGE_WRITE, %g0;                            \
221         bne,a,pt        %xcc, 1f;                                             \
222          OR_PTE_BIT(REG2, W);                                                 \
223         /* REG1 can now be clobbered, build final PTE */                      \
224 1:      BUILD_PTE_VALID_SZHUGE_CACHE(REG1);                                   \
225         ba,pt           %xcc, PTE_LABEL;                                      \
226          or             REG1, REG2, REG1;                                     \
227 700:
228 #else
229 #define USER_PGTABLE_CHECK_PMD_HUGE(VADDR, REG1, REG2, FAIL_LABEL, PTE_LABEL) \
230         brz,pn          REG1, FAIL_LABEL; \
231          nop;
232 #endif
233
234         /* Do a user page table walk in MMU globals.  Leaves final,
235          * valid, PTE value in REG1.  Jumps to FAIL_LABEL on early
236          * page table walk termination or if the PTE is not valid.
237          *
238          * Physical base of page tables is in PHYS_PGD which will not
239          * be modified.
240          *
241          * VADDR will not be clobbered, but REG1 and REG2 will.
242          */
243 #define USER_PGTABLE_WALK_TL1(VADDR, PHYS_PGD, REG1, REG2, FAIL_LABEL)  \
244         sllx            VADDR, 64 - (PGDIR_SHIFT + PGDIR_BITS), REG2; \
245         srlx            REG2, 64 - PAGE_SHIFT, REG2; \
246         andn            REG2, 0x3, REG2; \
247         lduwa           [PHYS_PGD + REG2] ASI_PHYS_USE_EC, REG1; \
248         brz,pn          REG1, FAIL_LABEL; \
249          sllx           VADDR, 64 - (PMD_SHIFT + PMD_BITS), REG2; \
250         srlx            REG2, 64 - PAGE_SHIFT, REG2; \
251         sllx            REG1, PGD_PADDR_SHIFT, REG1; \
252         andn            REG2, 0x3, REG2; \
253         lduwa           [REG1 + REG2] ASI_PHYS_USE_EC, REG1; \
254         USER_PGTABLE_CHECK_PMD_HUGE(VADDR, REG1, REG2, FAIL_LABEL, 800f) \
255         sllx            VADDR, 64 - PMD_SHIFT, REG2; \
256         srlx            REG2, 64 - (PAGE_SHIFT - 1), REG2; \
257         sllx            REG1, PMD_PADDR_SHIFT, REG1; \
258         andn            REG2, 0x7, REG2; \
259         add             REG1, REG2, REG1; \
260         ldxa            [REG1] ASI_PHYS_USE_EC, REG1; \
261         brgez,pn        REG1, FAIL_LABEL; \
262          nop; \
263 800:
264
265 /* Lookup a OBP mapping on VADDR in the prom_trans[] table at TL>0.
266  * If no entry is found, FAIL_LABEL will be branched to.  On success
267  * the resulting PTE value will be left in REG1.  VADDR is preserved
268  * by this routine.
269  */
270 #define OBP_TRANS_LOOKUP(VADDR, REG1, REG2, REG3, FAIL_LABEL) \
271         sethi           %hi(prom_trans), REG1; \
272         or              REG1, %lo(prom_trans), REG1; \
273 97:     ldx             [REG1 + 0x00], REG2; \
274         brz,pn          REG2, FAIL_LABEL; \
275          nop; \
276         ldx             [REG1 + 0x08], REG3; \
277         add             REG2, REG3, REG3; \
278         cmp             REG2, VADDR; \
279         bgu,pt          %xcc, 98f; \
280          cmp            VADDR, REG3; \
281         bgeu,pt         %xcc, 98f; \
282          ldx            [REG1 + 0x10], REG3; \
283         sub             VADDR, REG2, REG2; \
284         ba,pt           %xcc, 99f; \
285          add            REG3, REG2, REG1; \
286 98:     ba,pt           %xcc, 97b; \
287          add            REG1, (3 * 8), REG1; \
288 99:
289
290         /* We use a 32K TSB for the whole kernel, this allows to
291          * handle about 16MB of modules and vmalloc mappings without
292          * incurring many hash conflicts.
293          */
294 #define KERNEL_TSB_SIZE_BYTES   (32 * 1024)
295 #define KERNEL_TSB_NENTRIES     \
296         (KERNEL_TSB_SIZE_BYTES / 16)
297 #define KERNEL_TSB4M_NENTRIES   4096
298
299 #define KTSB_PHYS_SHIFT         15
300
301         /* Do a kernel TSB lookup at tl>0 on VADDR+TAG, branch to OK_LABEL
302          * on TSB hit.  REG1, REG2, REG3, and REG4 are used as temporaries
303          * and the found TTE will be left in REG1.  REG3 and REG4 must
304          * be an even/odd pair of registers.
305          *
306          * VADDR and TAG will be preserved and not clobbered by this macro.
307          */
308 #define KERN_TSB_LOOKUP_TL1(VADDR, TAG, REG1, REG2, REG3, REG4, OK_LABEL) \
309 661:    sethi           %hi(swapper_tsb), REG1;                 \
310         or              REG1, %lo(swapper_tsb), REG1; \
311         .section        .swapper_tsb_phys_patch, "ax"; \
312         .word           661b; \
313         .previous; \
314 661:    nop; \
315         .section        .tsb_ldquad_phys_patch, "ax"; \
316         .word           661b; \
317         sllx            REG1, KTSB_PHYS_SHIFT, REG1; \
318         sllx            REG1, KTSB_PHYS_SHIFT, REG1; \
319         .previous; \
320         srlx            VADDR, PAGE_SHIFT, REG2; \
321         and             REG2, (KERNEL_TSB_NENTRIES - 1), REG2; \
322         sllx            REG2, 4, REG2; \
323         add             REG1, REG2, REG2; \
324         TSB_LOAD_QUAD(REG2, REG3); \
325         cmp             REG3, TAG; \
326         be,a,pt         %xcc, OK_LABEL; \
327          mov            REG4, REG1;
328
329 #ifndef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
330         /* This version uses a trick, the TAG is already (VADDR >> 22) so
331          * we can make use of that for the index computation.
332          */
333 #define KERN_TSB4M_LOOKUP_TL1(TAG, REG1, REG2, REG3, REG4, OK_LABEL) \
334 661:    sethi           %hi(swapper_4m_tsb), REG1;           \
335         or              REG1, %lo(swapper_4m_tsb), REG1; \
336         .section        .swapper_4m_tsb_phys_patch, "ax"; \
337         .word           661b; \
338         .previous; \
339 661:    nop; \
340         .section        .tsb_ldquad_phys_patch, "ax"; \
341         .word           661b; \
342         sllx            REG1, KTSB_PHYS_SHIFT, REG1; \
343         sllx            REG1, KTSB_PHYS_SHIFT, REG1; \
344         .previous; \
345         and             TAG, (KERNEL_TSB4M_NENTRIES - 1), REG2; \
346         sllx            REG2, 4, REG2; \
347         add             REG1, REG2, REG2; \
348         TSB_LOAD_QUAD(REG2, REG3); \
349         cmp             REG3, TAG; \
350         be,a,pt         %xcc, OK_LABEL; \
351          mov            REG4, REG1;
352 #endif
353
354 #endif /* !(_SPARC64_TSB_H) */