arch/xtensa/include/asm/pgtable.h

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only */
   2 /*
   3  * include/asm-xtensa/pgtable.h
   4  *
   5  * Copyright (C) 2001 - 2013 Tensilica Inc.
   6  */
   7
   8 #ifndef _XTENSA_PGTABLE_H
   9 #define _XTENSA_PGTABLE_H
  10
  11 #include <asm/page.h>
  12 #include <asm/kmem_layout.h>
  13 #include <asm-generic/pgtable-nopmd.h>
  14
  15 /*
  16  * We only use two ring levels, user and kernel space.
  17  */
  18
  19 #ifdef CONFIG_MMU
  20 #define USER_RING               1       /* user ring level */
  21 #else
  22 #define USER_RING               0
  23 #endif
  24 #define KERNEL_RING             0       /* kernel ring level */
  25
  26 /*
  27  * The Xtensa architecture port of Linux has a two-level page table system,
  28  * i.e. the logical three-level Linux page table layout is folded.
  29  * Each task has the following memory page tables:
  30  *
  31  *   PGD table (page directory), ie. 3rd-level page table:
  32  *      One page (4 kB) of 1024 (PTRS_PER_PGD) pointers to PTE tables
  33  *      (Architectures that don't have the PMD folded point to the PMD tables)
  34  *
  35  *      The pointer to the PGD table for a given task can be retrieved from
  36  *      the task structure (struct task_struct*) t, e.g. current():
  37  *        (t->mm ? t->mm : t->active_mm)->pgd
  38  *
  39  *   PMD tables (page middle-directory), ie. 2nd-level page tables:
  40  *      Absent for the Xtensa architecture (folded, PTRS_PER_PMD == 1).
  41  *
  42  *   PTE tables (page table entry), ie. 1st-level page tables:
  43  *      One page (4 kB) of 1024 (PTRS_PER_PTE) PTEs with a special PTE
  44  *      invalid_pte_table for absent mappings.
  45  *
  46  * The individual pages are 4 kB big with special pages for the empty_zero_page.
  47  */
  48
  49 #define PGDIR_SHIFT     22
  50 #define PGDIR_SIZE      (1UL << PGDIR_SHIFT)
  51 #define PGDIR_MASK      (~(PGDIR_SIZE-1))
  52
  53 /*
  54  * Entries per page directory level: we use two-level, so
  55  * we don't really have any PMD directory physically.
  56  */
  57 #define PTRS_PER_PTE            1024
  58 #define PTRS_PER_PTE_SHIFT      10
  59 #define PTRS_PER_PGD            1024
  60 #define USER_PTRS_PER_PGD       (TASK_SIZE/PGDIR_SIZE)
  61 #define FIRST_USER_PGD_NR       (FIRST_USER_ADDRESS >> PGDIR_SHIFT)
  62
  63 #ifdef CONFIG_MMU
  64 /*
  65  * Virtual memory area. We keep a distance to other memory regions to be
  66  * on the safe side. We also use this area for cache aliasing.
  67  */
  68 #define VMALLOC_START           (XCHAL_KSEG_CACHED_VADDR - 0x10000000)
  69 #define VMALLOC_END             (VMALLOC_START + 0x07FEFFFF)
  70 #define TLBTEMP_BASE_1          (VMALLOC_START + 0x08000000)
  71 #define TLBTEMP_BASE_2          (TLBTEMP_BASE_1 + DCACHE_WAY_SIZE)
  72 #if 2 * DCACHE_WAY_SIZE > ICACHE_WAY_SIZE
  73 #define TLBTEMP_SIZE            (2 * DCACHE_WAY_SIZE)
  74 #else
  75 #define TLBTEMP_SIZE            ICACHE_WAY_SIZE
  76 #endif
  77
  78 #else
  79
  80 #define VMALLOC_START           __XTENSA_UL_CONST(0)
  81 #define VMALLOC_END             __XTENSA_UL_CONST(0xffffffff)
  82
  83 #endif
  84
  85 /*
  86  * For the Xtensa architecture, the PTE layout is as follows:
  87  *
  88  *              31------12  11  10-9   8-6  5-4  3-2  1-0
  89  *              +-----------------------------------------+
  90  *              |           |   Software   |   HARDWARE   |
  91  *              |    PPN    |          ADW | RI |Attribute|
  92  *              +-----------------------------------------+
  93  *   pte_none   |             MBZ          | 01 | 11 | 00 |
  94  *              +-----------------------------------------+
  95  *   present    |    PPN    | 0 | 00 | ADW | RI | CA | wx |
  96  *              +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+
  97  *   (PAGE_NONE)|    PPN    | 0 | 00 | ADW | 01 | 11 | 11 |
  98  *              +-----------------------------------------+
  99  *   swap       |     index     |   type   | 01 | 11 | e0 |
 100  *              +-----------------------------------------+
 101  *
 102  * For T1050 hardware and earlier the layout differs for present and (PAGE_NONE)
 103  *              +-----------------------------------------+
 104  *   present    |    PPN    | 0 | 00 | ADW | RI | CA | w1 |
 105  *              +-----------------------------------------+
 106  *   (PAGE_NONE)|    PPN    | 0 | 00 | ADW | 01 | 01 | 00 |
 107  *              +-----------------------------------------+
 108  *
 109  *  Legend:
 110  *   PPN        Physical Page Number
 111  *   ADW        software: accessed (young) / dirty / writable
 112  *   RI         ring (0=privileged, 1=user, 2 and 3 are unused)
 113  *   CA         cache attribute: 00 bypass, 01 writeback, 10 writethrough
 114  *              (11 is invalid and used to mark pages that are not present)
 115  *   e          exclusive marker in swap PTEs
 116  *   w          page is writable (hw)
 117  *   x          page is executable (hw)
 118  *   index      swap offset / PAGE_SIZE (bit 11-31: 21 bits -> 8 GB)
 119  *              (note that the index is always non-zero)
 120  *   type       swap type (5 bits -> 32 types)
 121  *
 122  *  Notes:
 123  *   - (PROT_NONE) is a special case of 'present' but causes an exception for
 124  *     any access (read, write, and execute).
 125  *   - 'multihit-exception' has the highest priority of all MMU exceptions,
 126  *     so the ring must be set to 'RING_USER' even for 'non-present' pages.
 127  *   - on older hardware, the exectuable flag was not supported and
 128  *     used as a 'valid' flag, so it needs to be always set.
 129  *   - we need to keep track of certain flags in software (dirty and young)
 130  *     to do this, we use write exceptions and have a separate software w-flag.
 131  *   - attribute value 1101 (and 1111 on T1050 and earlier) is reserved
 132  */
 133
 134 #define _PAGE_ATTRIB_MASK       0xf
 135
 136 #define _PAGE_HW_EXEC           (1<<0)  /* hardware: page is executable */
 137 #define _PAGE_HW_WRITE          (1<<1)  /* hardware: page is writable */
 138
 139 #define _PAGE_CA_BYPASS         (0<<2)  /* bypass, non-speculative */
 140 #define _PAGE_CA_WB             (1<<2)  /* write-back */
 141 #define _PAGE_CA_WT             (2<<2)  /* write-through */
 142 #define _PAGE_CA_MASK           (3<<2)
 143 #define _PAGE_CA_INVALID        (3<<2)
 144
 145 /* We use invalid attribute values to distinguish special pte entries */
 146 #if XCHAL_HW_VERSION_MAJOR < 2000
 147 #define _PAGE_HW_VALID          0x01    /* older HW needed this bit set */
 148 #define _PAGE_NONE              0x04
 149 #else
 150 #define _PAGE_HW_VALID          0x00
 151 #define _PAGE_NONE              0x0f
 152 #endif
 153
 154 #define _PAGE_USER              (1<<4)  /* user access (ring=1) */
 155
 156 /* Software */
 157 #define _PAGE_WRITABLE_BIT      6
 158 #define _PAGE_WRITABLE          (1<<6)  /* software: page writable */
 159 #define _PAGE_DIRTY             (1<<7)  /* software: page dirty */
 160 #define _PAGE_ACCESSED          (1<<8)  /* software: page accessed (read) */
 161
 162 /* We borrow bit 1 to store the exclusive marker in swap PTEs. */
 163 #define _PAGE_SWP_EXCLUSIVE     (1<<1)
 164
 165 #ifdef CONFIG_MMU
 166
 167 #define _PAGE_CHG_MASK     (PAGE_MASK | _PAGE_ACCESSED | _PAGE_DIRTY)
 168 #define _PAGE_PRESENT      (_PAGE_HW_VALID | _PAGE_CA_WB | _PAGE_ACCESSED)
 169
 170 #define PAGE_NONE          __pgprot(_PAGE_NONE | _PAGE_USER)
 171 #define PAGE_COPY          __pgprot(_PAGE_PRESENT | _PAGE_USER)
 172 #define PAGE_COPY_EXEC     __pgprot(_PAGE_PRESENT | _PAGE_USER | _PAGE_HW_EXEC)
 173 #define PAGE_READONLY      __pgprot(_PAGE_PRESENT | _PAGE_USER)
 174 #define PAGE_READONLY_EXEC __pgprot(_PAGE_PRESENT | _PAGE_USER | _PAGE_HW_EXEC)
 175 #define PAGE_SHARED        __pgprot(_PAGE_PRESENT | _PAGE_USER | _PAGE_WRITABLE)
 176 #define PAGE_SHARED_EXEC \
 177         __pgprot(_PAGE_PRESENT | _PAGE_USER | _PAGE_WRITABLE | _PAGE_HW_EXEC)
 178 #define PAGE_KERNEL        __pgprot(_PAGE_PRESENT | _PAGE_HW_WRITE)
 179 #define PAGE_KERNEL_RO     __pgprot(_PAGE_PRESENT)
 180 #define PAGE_KERNEL_EXEC   __pgprot(_PAGE_PRESENT|_PAGE_HW_WRITE|_PAGE_HW_EXEC)
 181
 182 #if (DCACHE_WAY_SIZE > PAGE_SIZE)
 183 # define _PAGE_DIRECTORY   (_PAGE_HW_VALID | _PAGE_ACCESSED | _PAGE_CA_BYPASS)
 184 #else
 185 # define _PAGE_DIRECTORY   (_PAGE_HW_VALID | _PAGE_ACCESSED | _PAGE_CA_WB)
 186 #endif
 187
 188 #else /* no mmu */
 189
 190 # define _PAGE_CHG_MASK  (PAGE_MASK | _PAGE_ACCESSED | _PAGE_DIRTY)
 191 # define PAGE_NONE       __pgprot(0)
 192 # define PAGE_SHARED     __pgprot(0)
 193 # define PAGE_COPY       __pgprot(0)
 194 # define PAGE_READONLY   __pgprot(0)
 195 # define PAGE_KERNEL     __pgprot(0)
 196
 197 #endif
 198
 199 /*
 200  * On certain configurations of Xtensa MMUs (eg. the initial Linux config),
 201  * the MMU can't do page protection for execute, and considers that the same as
 202  * read.  Also, write permissions may imply read permissions.
 203  * What follows is the closest we can get by reasonable means..
 204  * See linux/mm/mmap.c for protection_map[] array that uses these definitions.
 205  */
 206 #ifndef __ASSEMBLY__
 207
 208 #define pte_ERROR(e) \
 209         printk("%s:%d: bad pte %08lx.\n", __FILE__, __LINE__, pte_val(e))
 210 #define pgd_ERROR(e) \
 211         printk("%s:%d: bad pgd entry %08lx.\n", __FILE__, __LINE__, pgd_val(e))
 212
 213 extern unsigned long empty_zero_page[1024];
 214
 215 #define ZERO_PAGE(vaddr) (virt_to_page(empty_zero_page))
 216
 217 #ifdef CONFIG_MMU
 218 extern pgd_t swapper_pg_dir[PAGE_SIZE/sizeof(pgd_t)];
 219 extern void paging_init(void);
 220 #else
 221 # define swapper_pg_dir NULL
 222 static inline void paging_init(void) { }
 223 #endif
 224
 225 /*
 226  * The pmd contains the kernel virtual address of the pte page.
 227  */
 228 #define pmd_page_vaddr(pmd) ((unsigned long)(pmd_val(pmd) & PAGE_MASK))
 229 #define pmd_pfn(pmd) (__pa(pmd_val(pmd)) >> PAGE_SHIFT)
 230 #define pmd_page(pmd) virt_to_page(pmd_val(pmd))
 231
 232 /*
 233  * pte status.
 234  */
 235 # define pte_none(pte)   (pte_val(pte) == (_PAGE_CA_INVALID | _PAGE_USER))
 236 #if XCHAL_HW_VERSION_MAJOR < 2000
 237 # define pte_present(pte) ((pte_val(pte) & _PAGE_CA_MASK) != _PAGE_CA_INVALID)
 238 #else
 239 # define pte_present(pte)                                               \
 240         (((pte_val(pte) & _PAGE_CA_MASK) != _PAGE_CA_INVALID)           \
 241          || ((pte_val(pte) & _PAGE_ATTRIB_MASK) == _PAGE_NONE))
 242 #endif
 243 #define pte_clear(mm,addr,ptep)                                         \
 244         do { update_pte(ptep, __pte(_PAGE_CA_INVALID | _PAGE_USER)); } while (0)
 245
 246 #define pmd_none(pmd)    (!pmd_val(pmd))
 247 #define pmd_present(pmd) (pmd_val(pmd) & PAGE_MASK)
 248 #define pmd_bad(pmd)     (pmd_val(pmd) & ~PAGE_MASK)
 249 #define pmd_clear(pmdp)  do { set_pmd(pmdp, __pmd(0)); } while (0)
 250
 251 static inline int pte_write(pte_t pte) { return pte_val(pte) & _PAGE_WRITABLE; }
 252 static inline int pte_dirty(pte_t pte) { return pte_val(pte) & _PAGE_DIRTY; }
 253 static inline int pte_young(pte_t pte) { return pte_val(pte) & _PAGE_ACCESSED; }
 254
 255 static inline pte_t pte_wrprotect(pte_t pte)
 256         { pte_val(pte) &= ~(_PAGE_WRITABLE | _PAGE_HW_WRITE); return pte; }
 257 static inline pte_t pte_mkclean(pte_t pte)
 258         { pte_val(pte) &= ~(_PAGE_DIRTY | _PAGE_HW_WRITE); return pte; }
 259 static inline pte_t pte_mkold(pte_t pte)
 260         { pte_val(pte) &= ~_PAGE_ACCESSED; return pte; }
 261 static inline pte_t pte_mkdirty(pte_t pte)
 262         { pte_val(pte) |= _PAGE_DIRTY; return pte; }
 263 static inline pte_t pte_mkyoung(pte_t pte)
 264         { pte_val(pte) |= _PAGE_ACCESSED; return pte; }
 265 static inline pte_t pte_mkwrite_novma(pte_t pte)
 266         { pte_val(pte) |= _PAGE_WRITABLE; return pte; }
 267
 268 #define pgprot_noncached(prot) \
 269                 ((__pgprot((pgprot_val(prot) & ~_PAGE_CA_MASK) | \
 270                            _PAGE_CA_BYPASS)))
 271
 272 /*
 273  * Conversion functions: convert a page and protection to a page entry,
 274  * and a page entry and page directory to the page they refer to.
 275  */
 276
 277 #define PFN_PTE_SHIFT           PAGE_SHIFT
 278 #define pte_pfn(pte)            (pte_val(pte) >> PAGE_SHIFT)
 279 #define pte_same(a,b)           (pte_val(a) == pte_val(b))
 280 #define pte_page(x)             pfn_to_page(pte_pfn(x))
 281 #define pfn_pte(pfn, prot)      __pte(((pfn) << PAGE_SHIFT) | pgprot_val(prot))
 282 #define mk_pte(page, prot)      pfn_pte(page_to_pfn(page), prot)
 283
 284 static inline pte_t pte_modify(pte_t pte, pgprot_t newprot)
 285 {
 286         return __pte((pte_val(pte) & _PAGE_CHG_MASK) | pgprot_val(newprot));
 287 }
 288
 289 /*
 290  * Certain architectures need to do special things when pte's
 291  * within a page table are directly modified.  Thus, the following
 292  * hook is made available.
 293  */
 294 static inline void update_pte(pte_t *ptep, pte_t pteval)
 295 {
 296         *ptep = pteval;
 297 #if (DCACHE_WAY_SIZE > PAGE_SIZE) && XCHAL_DCACHE_IS_WRITEBACK
 298         __asm__ __volatile__ ("dhwb %0, 0" :: "a" (ptep));
 299 #endif
 300
 301 }
 302
 303 struct mm_struct;
 304
 305 static inline void set_pte(pte_t *ptep, pte_t pte)
 306 {
 307         update_pte(ptep, pte);
 308 }
 309
 310 static inline void
 311 set_pmd(pmd_t *pmdp, pmd_t pmdval)
 312 {
 313         *pmdp = pmdval;
 314 }
 315
 316 struct vm_area_struct;
 317
 318 static inline int
 319 ptep_test_and_clear_young(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
 320                           pte_t *ptep)
 321 {
 322         pte_t pte = *ptep;
 323         if (!pte_young(pte))
 324                 return 0;
 325         update_pte(ptep, pte_mkold(pte));
 326         return 1;
 327 }
 328
 329 static inline pte_t
 330 ptep_get_and_clear(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, pte_t *ptep)
 331 {
 332         pte_t pte = *ptep;
 333         pte_clear(mm, addr, ptep);
 334         return pte;
 335 }
 336
 337 static inline void
 338 ptep_set_wrprotect(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, pte_t *ptep)
 339 {
 340         pte_t pte = *ptep;
 341         update_pte(ptep, pte_wrprotect(pte));
 342 }
 343
 344 /*
 345  * Encode/decode swap entries and swap PTEs. Swap PTEs are all PTEs that
 346  * are !pte_none() && !pte_present().
 347  */
 348 #define MAX_SWAPFILES_CHECK() BUILD_BUG_ON(MAX_SWAPFILES_SHIFT > 5)
 349
 350 #define __swp_type(entry)       (((entry).val >> 6) & 0x1f)
 351 #define __swp_offset(entry)     ((entry).val >> 11)
 352 #define __swp_entry(type,offs)  \
 353         ((swp_entry_t){(((type) & 0x1f) << 6) | ((offs) << 11) | \
 354          _PAGE_CA_INVALID | _PAGE_USER})
 355 #define __pte_to_swp_entry(pte) ((swp_entry_t) { pte_val(pte) })
 356 #define __swp_entry_to_pte(x)   ((pte_t) { (x).val })
 357
 358 static inline int pte_swp_exclusive(pte_t pte)
 359 {
 360         return pte_val(pte) & _PAGE_SWP_EXCLUSIVE;
 361 }
 362
 363 static inline pte_t pte_swp_mkexclusive(pte_t pte)
 364 {
 365         pte_val(pte) |= _PAGE_SWP_EXCLUSIVE;
 366         return pte;
 367 }
 368
 369 static inline pte_t pte_swp_clear_exclusive(pte_t pte)
 370 {
 371         pte_val(pte) &= ~_PAGE_SWP_EXCLUSIVE;
 372         return pte;
 373 }
 374
 375 #endif /*  !defined (__ASSEMBLY__) */
 376
 377
 378 #ifdef __ASSEMBLY__
 379
 380 /* Assembly macro _PGD_INDEX is the same as C pgd_index(unsigned long),
 381  *                _PGD_OFFSET as C pgd_offset(struct mm_struct*, unsigned long),
 382  *                _PMD_OFFSET as C pmd_offset(pgd_t*, unsigned long)
 383  *                _PTE_OFFSET as C pte_offset(pmd_t*, unsigned long)
 384  *
 385  * Note: We require an additional temporary register which can be the same as
 386  *       the register that holds the address.
 387  *
 388  * ((pte_t*) ((unsigned long)(pmd_val(*pmd) & PAGE_MASK)) + pte_index(addr))
 389  *
 390  */
 391 #define _PGD_INDEX(rt,rs)       extui   rt, rs, PGDIR_SHIFT, 32-PGDIR_SHIFT
 392 #define _PTE_INDEX(rt,rs)       extui   rt, rs, PAGE_SHIFT, PTRS_PER_PTE_SHIFT
 393
 394 #define _PGD_OFFSET(mm,adr,tmp)         l32i    mm, mm, MM_PGD;         \
 395                                         _PGD_INDEX(tmp, adr);           \
 396                                         addx4   mm, tmp, mm
 397
 398 #define _PTE_OFFSET(pmd,adr,tmp)        _PTE_INDEX(tmp, adr);           \
 399                                         srli    pmd, pmd, PAGE_SHIFT;   \
 400                                         slli    pmd, pmd, PAGE_SHIFT;   \
 401                                         addx4   pmd, tmp, pmd
 402
 403 #else
 404
 405 struct vm_fault;
 406 void update_mmu_cache_range(struct vm_fault *vmf, struct vm_area_struct *vma,
 407                 unsigned long address, pte_t *ptep, unsigned int nr);
 408 #define update_mmu_cache(vma, address, ptep) \
 409         update_mmu_cache_range(NULL, vma, address, ptep, 1)
 410
 411 typedef pte_t *pte_addr_t;
 412
 413 void update_mmu_tlb_range(struct vm_area_struct *vma,
 414                 unsigned long address, pte_t *ptep, unsigned int nr);
 415 #define update_mmu_tlb_range update_mmu_tlb_range
 416
 417 #endif /* !defined (__ASSEMBLY__) */
 418
 419 #define __HAVE_ARCH_PTEP_TEST_AND_CLEAR_YOUNG
 420 #define __HAVE_ARCH_PTEP_GET_AND_CLEAR
 421 #define __HAVE_ARCH_PTEP_SET_WRPROTECT
 422 #define __HAVE_ARCH_PTEP_MKDIRTY
 423 #define __HAVE_ARCH_PTE_SAME
 424 /* We provide our own get_unmapped_area to cope with
 425  * SHM area cache aliasing for userland.
 426  */
 427 #define HAVE_ARCH_UNMAPPED_AREA
 428
 429 #endif /* _XTENSA_PGTABLE_H */