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/*
 * TLB Exception Handling for ARC
 *
 * Copyright (C) 2004, 2007-2010, 2011-2012 Synopsys, Inc. (www.synopsys.com)
 *
 * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
 * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
 * published by the Free Software Foundation.
 *
 * Vineetg: April 2011 :
 *  -MMU v1: moved out legacy code into a seperate file
 *  -MMU v3: PD{0,1} bits layout changed: They don't overlap anymore,
 *      helps avoid a shift when preparing PD0 from PTE
 *
 * Vineetg: July 2009
 *  -For MMU V2, we need not do heuristics at the time of commiting a D-TLB
 *   entry, so that it doesn't knock out it's I-TLB entry
 *  -Some more fine tuning:
 *   bmsk instead of add, asl.cc instead of branch, delay slot utilise etc
 *
 * Vineetg: July 2009
 *  -Practically rewrote the I/D TLB Miss handlers
 *   Now 40 and 135 instructions a peice as compared to 131 and 449 resp.
 *   Hence Leaner by 1.5 K
 *   Used Conditional arithmetic to replace excessive branching
 *   Also used short instructions wherever possible
 *
 * Vineetg: Aug 13th 2008
 *  -Passing ECR (Exception Cause REG) to do_page_fault( ) for printing
 *   more information in case of a Fatality
 *
 * Vineetg: March 25th Bug #92690
 *  -Added Debug Code to check if sw-ASID == hw-ASID
 
 * Rahul Trivedi, Amit Bhor: Codito Technologies 2004
 */
 
#include <linux/linkage.h>
#include <asm/entry.h>
#include <asm/mmu.h>
#include <asm/pgtable.h>
#include <asm/arcregs.h>
#include <asm/cache.h>
#include <asm/processor.h>
#include <asm/tlb-mmu1.h>
 
#ifdef CONFIG_ISA_ARCOMPACT
;-----------------------------------------------------------------
; ARC700 Exception Handling doesn't auto-switch stack and it only provides
; ONE scratch AUX reg "ARC_REG_SCRATCH_DATA0"
;
; For Non-SMP, the scratch AUX reg is repurposed to cache task PGD, so a
; "global" is used to free-up FIRST core reg to be able to code the rest of
; exception prologue (IRQ auto-disabled on Exceptions, so it's IRQ-safe).
; Since the Fast Path TLB Miss handler is coded with 4 regs, the remaining 3
; need to be saved as well by extending the "global" to be 4 words. Hence
;    ".size   ex_saved_reg1, 16"
; [All of this dance is to avoid stack switching for each TLB Miss, since we
; only need to save only a handful of regs, as opposed to complete reg file]
;
; For ARC700 SMP, the "global" obviously can't be used for free up the FIRST
; core reg as it will not be SMP safe.
; Thus scratch AUX reg is used (and no longer used to cache task PGD).
; To save the rest of 3 regs - per cpu, the global is made "per-cpu".
; Epilogue thus has to locate the "per-cpu" storage for regs.
; To avoid cache line bouncing the per-cpu global is aligned/sized per
; L1_CACHE_SHIFT, despite fundamentally needing to be 12 bytes only. Hence
;    ".size   ex_saved_reg1, (CONFIG_NR_CPUS << L1_CACHE_SHIFT)"
 
; As simple as that....
;--------------------------------------------------------------------------
 
; scratch memory to save [r0-r3] used to code TLB refill Handler
ARCFP_DATA ex_saved_reg1
   .align 1 << L1_CACHE_SHIFT
   .type   ex_saved_reg1, @object
#ifdef CONFIG_SMP
   .size   ex_saved_reg1, (CONFIG_NR_CPUS << L1_CACHE_SHIFT)
ex_saved_reg1:
   .zero (CONFIG_NR_CPUS << L1_CACHE_SHIFT)
#else
   .size   ex_saved_reg1, 16
ex_saved_reg1:
   .zero 16
#endif
 
.macro TLBMISS_FREEUP_REGS
#ifdef CONFIG_SMP
   sr  r0, [ARC_REG_SCRATCH_DATA0]    ; freeup r0 to code with
   GET_CPU_ID  r0            ; get to per cpu scratch mem,
   asl r0, r0, L1_CACHE_SHIFT    ; cache line wide per cpu
   add r0, @ex_saved_reg1, r0
#else
   st    r0, [@ex_saved_reg1]
   mov_s r0, @ex_saved_reg1
#endif
   st_s  r1, [r0, 4]
   st_s  r2, [r0, 8]
   st_s  r3, [r0, 12]
 
   ; VERIFY if the ASID in MMU-PID Reg is same as
   ; one in Linux data structures
 
   tlb_paranoid_check_asm
.endm
 
.macro TLBMISS_RESTORE_REGS
#ifdef CONFIG_SMP
   GET_CPU_ID  r0            ; get to per cpu scratch mem
   asl r0, r0, L1_CACHE_SHIFT    ; each is cache line wide
   add r0, @ex_saved_reg1, r0
   ld_s  r3, [r0,12]
   ld_s  r2, [r0, 8]
   ld_s  r1, [r0, 4]
   lr    r0, [ARC_REG_SCRATCH_DATA0]
#else
   mov_s r0, @ex_saved_reg1
   ld_s  r3, [r0,12]
   ld_s  r2, [r0, 8]
   ld_s  r1, [r0, 4]
   ld_s  r0, [r0]
#endif
.endm
 
#else    /* ARCv2 */
 
.macro TLBMISS_FREEUP_REGS
   PUSH  r0
   PUSH  r1
   PUSH  r2
   PUSH  r3
.endm
 
.macro TLBMISS_RESTORE_REGS
   POP   r3
   POP   r2
   POP   r1
   POP   r0
.endm
 
#endif
 
;============================================================================
;  Troubleshooting Stuff
;============================================================================
 
; Linux keeps ASID (Address Space ID) in task->active_mm->context.asid
; When Creating TLB Entries, instead of doing 3 dependent loads from memory,
; we use the MMU PID Reg to get current ASID.
; In bizzare scenrios SW and HW ASID can get out-of-sync which is trouble.
; So we try to detect this in TLB Mis shandler
 
.macro tlb_paranoid_check_asm
 
#ifdef CONFIG_ARC_DBG_TLB_PARANOIA
 
   GET_CURR_TASK_ON_CPU  r3
   ld r0, [r3, TASK_ACT_MM]
   ld r0, [r0, MM_CTXT+MM_CTXT_ASID]
   breq r0, 0, 55f    ; Error if no ASID allocated
 
   lr r1, [ARC_REG_PID]
   and r1, r1, 0xFF
 
   and r2, r0, 0xFF    ; MMU PID bits only for comparison
   breq r1, r2, 5f
 
55:
   ; Error if H/w and S/w ASID don't match, but NOT if in kernel mode
   lr  r2, [erstatus]
   bbit0 r2, STATUS_U_BIT, 5f
 
   ; We sure are in troubled waters, Flag the error, but to do so
   ; need to switch to kernel mode stack to call error routine
   GET_TSK_STACK_BASE   r3, sp
 
   ; Call printk to shoutout aloud
   mov r2, 1
   j print_asid_mismatch
 
5:    ; ASIDs match so proceed normally
   nop
 
#endif
 
.endm
 
;============================================================================
;TLB Miss handling Code
;============================================================================
 
;-----------------------------------------------------------------------------
; This macro does the page-table lookup for the faulting address.
; OUT: r0 = PTE faulted on, r1 = ptr to PTE, r2 = Faulting V-address
.macro LOAD_FAULT_PTE
 
   lr  r2, [efa]
 
#ifndef CONFIG_SMP
   lr  r1, [ARC_REG_SCRATCH_DATA0] ; current pgd
#else
   GET_CURR_TASK_ON_CPU  r1
   ld  r1, [r1, TASK_ACT_MM]
   ld  r1, [r1, MM_PGD]
#endif
 
   lsr     r0, r2, PGDIR_SHIFT     ; Bits for indexing into PGD
   ld.as   r3, [r1, r0]            ; PGD entry corresp to faulting addr
   tst    r3, r3
   bz    do_slow_path_pf         ; if no Page Table, do page fault
 
#ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
   and.f    0, r3, _PAGE_HW_SZ    ; Is this Huge PMD (thp)
   add2.nz    r1, r1, r0
   bnz.d    2f        ; YES: PGD == PMD has THP PTE: stop pgd walk
   mov.nz    r0, r3
 
#endif
   and    r1, r3, PAGE_MASK
 
   ; Get the PTE entry: The idea is
   ; (1) x = addr >> PAGE_SHIFT     -> masks page-off bits from @fault-addr
   ; (2) y = x & (PTRS_PER_PTE - 1) -> to get index
   ; (3) z = (pgtbl + y * 4)
 
#ifdef CONFIG_ARC_HAS_PAE40
#define PTE_SIZE_LOG    3    /* 8 == 2 ^ 3 */
#else
#define PTE_SIZE_LOG    2    /* 4 == 2 ^ 2 */
#endif
 
   ; multiply in step (3) above avoided by shifting lesser in step (1)
   lsr     r0, r2, ( PAGE_SHIFT - PTE_SIZE_LOG )
   and     r0, r0, ( (PTRS_PER_PTE - 1) << PTE_SIZE_LOG )
   ld.aw   r0, [r1, r0]            ; r0: PTE (lower word only for PAE40)
                   ; r1: PTE ptr
 
2:
 
.endm
 
;-----------------------------------------------------------------
; Convert Linux PTE entry into TLB entry
; A one-word PTE entry is programmed as two-word TLB Entry [PD0:PD1] in mmu
;    (for PAE40, two-words PTE, while three-word TLB Entry [PD0:PD1:PD1HI])
; IN: r0 = PTE, r1 = ptr to PTE
 
.macro CONV_PTE_TO_TLB
   and    r3, r0, PTE_BITS_RWX    ;          r  w  x
   asl    r2, r3, 3        ; Kr Kw Kx 0  0  0 (GLOBAL, kernel only)
   and.f  0,  r0, _PAGE_GLOBAL
   or.z   r2, r2, r3        ; Kr Kw Kx Ur Uw Ux (!GLOBAL, user page)
 
   and r3, r0, PTE_BITS_NON_RWX_IN_PD1 ; Extract PFN+cache bits from PTE
   or  r3, r3, r2
 
   sr  r3, [ARC_REG_TLBPD1]        ; paddr[31..13] | Kr Kw Kx Ur Uw Ux | C
#ifdef    CONFIG_ARC_HAS_PAE40
   ld    r3, [r1, 4]        ; paddr[39..32]
   sr    r3, [ARC_REG_TLBPD1HI]
#endif
 
   and r2, r0, PTE_BITS_IN_PD0 ; Extract other PTE flags: (V)alid, (G)lb
 
   lr  r3,[ARC_REG_TLBPD0]     ; MMU prepares PD0 with vaddr and asid
 
   or  r3, r3, r2              ; S | vaddr | {sasid|asid}
   sr  r3,[ARC_REG_TLBPD0]     ; rewrite PD0
.endm
 
;-----------------------------------------------------------------
; Commit the TLB entry into MMU
 
.macro COMMIT_ENTRY_TO_MMU
#if (CONFIG_ARC_MMU_VER < 4)
 
#ifdef CONFIG_EZNPS_MTM_EXT
   /* verify if entry for this vaddr+ASID already exists */
   sr    TLBProbe, [ARC_REG_TLBCOMMAND]
   lr    r0, [ARC_REG_TLBINDEX]
   bbit0 r0, 31, 88f
#endif
 
   /* Get free TLB slot: Set = computed from vaddr, way = random */
   sr  TLBGetIndex, [ARC_REG_TLBCOMMAND]
 
   /* Commit the Write */
#if (CONFIG_ARC_MMU_VER >= 2)   /* introduced in v2 */
   sr TLBWriteNI, [ARC_REG_TLBCOMMAND]
#else
   sr TLBWrite, [ARC_REG_TLBCOMMAND]
#endif
 
#else
   sr TLBInsertEntry, [ARC_REG_TLBCOMMAND]
#endif
 
88:
.endm
 
 
ARCFP_CODE    ;Fast Path Code, candidate for ICCM
 
;-----------------------------------------------------------------------------
; I-TLB Miss Exception Handler
;-----------------------------------------------------------------------------
 
ENTRY(EV_TLBMissI)
 
   TLBMISS_FREEUP_REGS
 
   ;----------------------------------------------------------------
   ; Get the PTE corresponding to V-addr accessed, r2 is setup with EFA
   LOAD_FAULT_PTE
 
   ;----------------------------------------------------------------
   ; VERIFY_PTE: Check if PTE permissions approp for executing code
   cmp_s   r2, VMALLOC_START
   mov_s   r2, (_PAGE_PRESENT | _PAGE_EXECUTE)
   or.hs   r2, r2, _PAGE_GLOBAL
 
   and     r3, r0, r2  ; Mask out NON Flag bits from PTE
   xor.f   r3, r3, r2  ; check ( ( pte & flags_test ) == flags_test )
   bnz     do_slow_path_pf
 
   ; Let Linux VM know that the page was accessed
   or      r0, r0, _PAGE_ACCESSED  ; set Accessed Bit
   st_s    r0, [r1]                ; Write back PTE
 
   CONV_PTE_TO_TLB
   COMMIT_ENTRY_TO_MMU
   TLBMISS_RESTORE_REGS
EV_TLBMissI_fast_ret:    ; additional label for VDK OS-kit instrumentation
   rtie
 
END(EV_TLBMissI)
 
;-----------------------------------------------------------------------------
; D-TLB Miss Exception Handler
;-----------------------------------------------------------------------------
 
ENTRY(EV_TLBMissD)
 
   TLBMISS_FREEUP_REGS
 
   ;----------------------------------------------------------------
   ; Get the PTE corresponding to V-addr accessed
   ; If PTE exists, it will setup, r0 = PTE, r1 = Ptr to PTE, r2 = EFA
   LOAD_FAULT_PTE
 
   ;----------------------------------------------------------------
   ; VERIFY_PTE: Chk if PTE permissions approp for data access (R/W/R+W)
 
   cmp_s    r2, VMALLOC_START
   mov_s   r2, _PAGE_PRESENT    ; common bit for K/U PTE
   or.hs    r2, r2, _PAGE_GLOBAL    ; kernel PTE only
 
   ; Linux PTE [RWX] bits are semantically overloaded:
   ; -If PAGE_GLOBAL set, they refer to kernel-only flags (vmalloc)
   ; -Otherwise they are user-mode permissions, and those are exactly
   ;  same for kernel mode as well (e.g. copy_(to|from)_user)
 
   lr      r3, [ecr]
   btst_s  r3, ECR_C_BIT_DTLB_LD_MISS    ; Read Access
   or.nz   r2, r2, _PAGE_READ          ; chk for Read flag in PTE
   btst_s  r3, ECR_C_BIT_DTLB_ST_MISS    ; Write Access
   or.nz   r2, r2, _PAGE_WRITE         ; chk for Write flag in PTE
   ; Above laddering takes care of XCHG access (both R and W)
 
   ; By now, r2 setup with all the Flags we need to check in PTE
   and     r3, r0, r2              ; Mask out NON Flag bits from PTE
   brne.d  r3, r2, do_slow_path_pf ; is ((pte & flags_test) == flags_test)
 
   ;----------------------------------------------------------------
   ; UPDATE_PTE: Let Linux VM know that page was accessed/dirty
   lr      r3, [ecr]
   or      r0, r0, _PAGE_ACCESSED        ; Accessed bit always
   btst_s  r3,  ECR_C_BIT_DTLB_ST_MISS   ; See if it was a Write Access ?
   or.nz   r0, r0, _PAGE_DIRTY           ; if Write, set Dirty bit as well
   st_s    r0, [r1]                      ; Write back PTE
 
   CONV_PTE_TO_TLB
 
#if (CONFIG_ARC_MMU_VER == 1)
   ; MMU with 2 way set assoc J-TLB, needs some help in pathetic case of
   ; memcpy where 3 parties contend for 2 ways, ensuing a livelock.
   ; But only for old MMU or one with Metal Fix
   TLB_WRITE_HEURISTICS
#endif
 
   COMMIT_ENTRY_TO_MMU
   TLBMISS_RESTORE_REGS
EV_TLBMissD_fast_ret:    ; additional label for VDK OS-kit instrumentation
   rtie
 
;-------- Common routine to call Linux Page Fault Handler -----------
do_slow_path_pf:
 
   ; Restore the 4-scratch regs saved by fast path miss handler
   TLBMISS_RESTORE_REGS
 
   ; Slow path TLB Miss handled as a regular ARC Exception
   ; (stack switching / save the complete reg-file).
   b  call_do_page_fault
END(EV_TLBMissD)