KVM: PPC: Keep index within boundaries in kvmppc_44x_emul_tlbwe()
[kernel.git] / arch / powerpc / kvm / 44x_tlb.c
1 /*
2  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
3  * it under the terms of the GNU General Public License, version 2, as
4  * published by the Free Software Foundation.
5  *
6  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
7  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
8  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
9  * GNU General Public License for more details.
10  *
11  * You should have received a copy of the GNU General Public License
12  * along with this program; if not, write to the Free Software
13  * Foundation, 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA.
14  *
15  * Copyright IBM Corp. 2007
16  *
17  * Authors: Hollis Blanchard <hollisb@us.ibm.com>
18  */
19
20 #include <linux/types.h>
21 #include <linux/string.h>
22 #include <linux/kvm.h>
23 #include <linux/kvm_host.h>
24 #include <linux/highmem.h>
25
26 #include <asm/tlbflush.h>
27 #include <asm/mmu-44x.h>
28 #include <asm/kvm_ppc.h>
29 #include <asm/kvm_44x.h>
30 #include "timing.h"
31
32 #include "44x_tlb.h"
33 #include "trace.h"
34
35 #ifndef PPC44x_TLBE_SIZE
36 #define PPC44x_TLBE_SIZE        PPC44x_TLB_4K
37 #endif
38
39 #define PAGE_SIZE_4K (1<<12)
40 #define PAGE_MASK_4K (~(PAGE_SIZE_4K - 1))
41
42 #define PPC44x_TLB_UATTR_MASK \
43         (PPC44x_TLB_U0|PPC44x_TLB_U1|PPC44x_TLB_U2|PPC44x_TLB_U3)
44 #define PPC44x_TLB_USER_PERM_MASK (PPC44x_TLB_UX|PPC44x_TLB_UR|PPC44x_TLB_UW)
45 #define PPC44x_TLB_SUPER_PERM_MASK (PPC44x_TLB_SX|PPC44x_TLB_SR|PPC44x_TLB_SW)
46
47 #ifdef DEBUG
48 void kvmppc_dump_tlbs(struct kvm_vcpu *vcpu)
49 {
50         struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe;
51         int i;
52
53         printk("vcpu %d TLB dump:\n", vcpu->vcpu_id);
54         printk("| %2s | %3s | %8s | %8s | %8s |\n",
55                         "nr", "tid", "word0", "word1", "word2");
56
57         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(vcpu_44x->guest_tlb); i++) {
58                 tlbe = &vcpu_44x->guest_tlb[i];
59                 if (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_VALID)
60                         printk(" G%2d |  %02X | %08X | %08X | %08X |\n",
61                                i, tlbe->tid, tlbe->word0, tlbe->word1,
62                                tlbe->word2);
63         }
64 }
65 #endif
66
67 static inline void kvmppc_44x_tlbie(unsigned int index)
68 {
69         /* 0 <= index < 64, so the V bit is clear and we can use the index as
70          * word0. */
71         asm volatile(
72                 "tlbwe %[index], %[index], 0\n"
73         :
74         : [index] "r"(index)
75         );
76 }
77
78 static inline void kvmppc_44x_tlbre(unsigned int index,
79                                     struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe)
80 {
81         asm volatile(
82                 "tlbre %[word0], %[index], 0\n"
83                 "mfspr %[tid], %[sprn_mmucr]\n"
84                 "andi. %[tid], %[tid], 0xff\n"
85                 "tlbre %[word1], %[index], 1\n"
86                 "tlbre %[word2], %[index], 2\n"
87                 : [word0] "=r"(tlbe->word0),
88                   [word1] "=r"(tlbe->word1),
89                   [word2] "=r"(tlbe->word2),
90                   [tid]   "=r"(tlbe->tid)
91                 : [index] "r"(index),
92                   [sprn_mmucr] "i"(SPRN_MMUCR)
93                 : "cc"
94         );
95 }
96
97 static inline void kvmppc_44x_tlbwe(unsigned int index,
98                                     struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe)
99 {
100         unsigned long tmp;
101
102         asm volatile(
103                 "mfspr %[tmp], %[sprn_mmucr]\n"
104                 "rlwimi %[tmp], %[tid], 0, 0xff\n"
105                 "mtspr %[sprn_mmucr], %[tmp]\n"
106                 "tlbwe %[word0], %[index], 0\n"
107                 "tlbwe %[word1], %[index], 1\n"
108                 "tlbwe %[word2], %[index], 2\n"
109                 : [tmp]   "=&r"(tmp)
110                 : [word0] "r"(stlbe->word0),
111                   [word1] "r"(stlbe->word1),
112                   [word2] "r"(stlbe->word2),
113                   [tid]   "r"(stlbe->tid),
114                   [index] "r"(index),
115                   [sprn_mmucr] "i"(SPRN_MMUCR)
116         );
117 }
118
119 static u32 kvmppc_44x_tlb_shadow_attrib(u32 attrib, int usermode)
120 {
121         /* We only care about the guest's permission and user bits. */
122         attrib &= PPC44x_TLB_PERM_MASK|PPC44x_TLB_UATTR_MASK;
123
124         if (!usermode) {
125                 /* Guest is in supervisor mode, so we need to translate guest
126                  * supervisor permissions into user permissions. */
127                 attrib &= ~PPC44x_TLB_USER_PERM_MASK;
128                 attrib |= (attrib & PPC44x_TLB_SUPER_PERM_MASK) << 3;
129         }
130
131         /* Make sure host can always access this memory. */
132         attrib |= PPC44x_TLB_SX|PPC44x_TLB_SR|PPC44x_TLB_SW;
133
134         /* WIMGE = 0b00100 */
135         attrib |= PPC44x_TLB_M;
136
137         return attrib;
138 }
139
140 /* Load shadow TLB back into hardware. */
141 void kvmppc_44x_tlb_load(struct kvm_vcpu *vcpu)
142 {
143         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
144         int i;
145
146         for (i = 0; i <= tlb_44x_hwater; i++) {
147                 struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe = &vcpu_44x->shadow_tlb[i];
148
149                 if (get_tlb_v(stlbe) && get_tlb_ts(stlbe))
150                         kvmppc_44x_tlbwe(i, stlbe);
151         }
152 }
153
154 static void kvmppc_44x_tlbe_set_modified(struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x,
155                                          unsigned int i)
156 {
157         vcpu_44x->shadow_tlb_mod[i] = 1;
158 }
159
160 /* Save hardware TLB to the vcpu, and invalidate all guest mappings. */
161 void kvmppc_44x_tlb_put(struct kvm_vcpu *vcpu)
162 {
163         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
164         int i;
165
166         for (i = 0; i <= tlb_44x_hwater; i++) {
167                 struct kvmppc_44x_tlbe *stlbe = &vcpu_44x->shadow_tlb[i];
168
169                 if (vcpu_44x->shadow_tlb_mod[i])
170                         kvmppc_44x_tlbre(i, stlbe);
171
172                 if (get_tlb_v(stlbe) && get_tlb_ts(stlbe))
173                         kvmppc_44x_tlbie(i);
174         }
175 }
176
177
178 /* Search the guest TLB for a matching entry. */
179 int kvmppc_44x_tlb_index(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t eaddr, unsigned int pid,
180                          unsigned int as)
181 {
182         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
183         int i;
184
185         /* XXX Replace loop with fancy data structures. */
186         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(vcpu_44x->guest_tlb); i++) {
187                 struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe = &vcpu_44x->guest_tlb[i];
188                 unsigned int tid;
189
190                 if (eaddr < get_tlb_eaddr(tlbe))
191                         continue;
192
193                 if (eaddr > get_tlb_end(tlbe))
194                         continue;
195
196                 tid = get_tlb_tid(tlbe);
197                 if (tid && (tid != pid))
198                         continue;
199
200                 if (!get_tlb_v(tlbe))
201                         continue;
202
203                 if (get_tlb_ts(tlbe) != as)
204                         continue;
205
206                 return i;
207         }
208
209         return -1;
210 }
211
212 gpa_t kvmppc_mmu_xlate(struct kvm_vcpu *vcpu, unsigned int gtlb_index,
213                        gva_t eaddr)
214 {
215         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
216         struct kvmppc_44x_tlbe *gtlbe = &vcpu_44x->guest_tlb[gtlb_index];
217         unsigned int pgmask = get_tlb_bytes(gtlbe) - 1;
218
219         return get_tlb_raddr(gtlbe) | (eaddr & pgmask);
220 }
221
222 int kvmppc_mmu_itlb_index(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t eaddr)
223 {
224         unsigned int as = !!(vcpu->arch.msr & MSR_IS);
225
226         return kvmppc_44x_tlb_index(vcpu, eaddr, vcpu->arch.pid, as);
227 }
228
229 int kvmppc_mmu_dtlb_index(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t eaddr)
230 {
231         unsigned int as = !!(vcpu->arch.msr & MSR_DS);
232
233         return kvmppc_44x_tlb_index(vcpu, eaddr, vcpu->arch.pid, as);
234 }
235
236 void kvmppc_mmu_itlb_miss(struct kvm_vcpu *vcpu)
237 {
238 }
239
240 void kvmppc_mmu_dtlb_miss(struct kvm_vcpu *vcpu)
241 {
242 }
243
244 static void kvmppc_44x_shadow_release(struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x,
245                                       unsigned int stlb_index)
246 {
247         struct kvmppc_44x_shadow_ref *ref = &vcpu_44x->shadow_refs[stlb_index];
248
249         if (!ref->page)
250                 return;
251
252         /* Discard from the TLB. */
253         /* Note: we could actually invalidate a host mapping, if the host overwrote
254          * this TLB entry since we inserted a guest mapping. */
255         kvmppc_44x_tlbie(stlb_index);
256
257         /* Now release the page. */
258         if (ref->writeable)
259                 kvm_release_page_dirty(ref->page);
260         else
261                 kvm_release_page_clean(ref->page);
262
263         ref->page = NULL;
264
265         /* XXX set tlb_44x_index to stlb_index? */
266
267         trace_kvm_stlb_inval(stlb_index);
268 }
269
270 void kvmppc_mmu_destroy(struct kvm_vcpu *vcpu)
271 {
272         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
273         int i;
274
275         for (i = 0; i <= tlb_44x_hwater; i++)
276                 kvmppc_44x_shadow_release(vcpu_44x, i);
277 }
278
279 /**
280  * kvmppc_mmu_map -- create a host mapping for guest memory
281  *
282  * If the guest wanted a larger page than the host supports, only the first
283  * host page is mapped here and the rest are demand faulted.
284  *
285  * If the guest wanted a smaller page than the host page size, we map only the
286  * guest-size page (i.e. not a full host page mapping).
287  *
288  * Caller must ensure that the specified guest TLB entry is safe to insert into
289  * the shadow TLB.
290  */
291 void kvmppc_mmu_map(struct kvm_vcpu *vcpu, u64 gvaddr, gpa_t gpaddr,
292                     unsigned int gtlb_index)
293 {
294         struct kvmppc_44x_tlbe stlbe;
295         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
296         struct kvmppc_44x_tlbe *gtlbe = &vcpu_44x->guest_tlb[gtlb_index];
297         struct kvmppc_44x_shadow_ref *ref;
298         struct page *new_page;
299         hpa_t hpaddr;
300         gfn_t gfn;
301         u32 asid = gtlbe->tid;
302         u32 flags = gtlbe->word2;
303         u32 max_bytes = get_tlb_bytes(gtlbe);
304         unsigned int victim;
305
306         /* Select TLB entry to clobber. Indirectly guard against races with the TLB
307          * miss handler by disabling interrupts. */
308         local_irq_disable();
309         victim = ++tlb_44x_index;
310         if (victim > tlb_44x_hwater)
311                 victim = 0;
312         tlb_44x_index = victim;
313         local_irq_enable();
314
315         /* Get reference to new page. */
316         gfn = gpaddr >> PAGE_SHIFT;
317         new_page = gfn_to_page(vcpu->kvm, gfn);
318         if (is_error_page(new_page)) {
319                 printk(KERN_ERR "Couldn't get guest page for gfn %lx!\n", gfn);
320                 kvm_release_page_clean(new_page);
321                 return;
322         }
323         hpaddr = page_to_phys(new_page);
324
325         /* Invalidate any previous shadow mappings. */
326         kvmppc_44x_shadow_release(vcpu_44x, victim);
327
328         /* XXX Make sure (va, size) doesn't overlap any other
329          * entries. 440x6 user manual says the result would be
330          * "undefined." */
331
332         /* XXX what about AS? */
333
334         /* Force TS=1 for all guest mappings. */
335         stlbe.word0 = PPC44x_TLB_VALID | PPC44x_TLB_TS;
336
337         if (max_bytes >= PAGE_SIZE) {
338                 /* Guest mapping is larger than or equal to host page size. We can use
339                  * a "native" host mapping. */
340                 stlbe.word0 |= (gvaddr & PAGE_MASK) | PPC44x_TLBE_SIZE;
341         } else {
342                 /* Guest mapping is smaller than host page size. We must restrict the
343                  * size of the mapping to be at most the smaller of the two, but for
344                  * simplicity we fall back to a 4K mapping (this is probably what the
345                  * guest is using anyways). */
346                 stlbe.word0 |= (gvaddr & PAGE_MASK_4K) | PPC44x_TLB_4K;
347
348                 /* 'hpaddr' is a host page, which is larger than the mapping we're
349                  * inserting here. To compensate, we must add the in-page offset to the
350                  * sub-page. */
351                 hpaddr |= gpaddr & (PAGE_MASK ^ PAGE_MASK_4K);
352         }
353
354         stlbe.word1 = (hpaddr & 0xfffffc00) | ((hpaddr >> 32) & 0xf);
355         stlbe.word2 = kvmppc_44x_tlb_shadow_attrib(flags,
356                                                     vcpu->arch.msr & MSR_PR);
357         stlbe.tid = !(asid & 0xff);
358
359         /* Keep track of the reference so we can properly release it later. */
360         ref = &vcpu_44x->shadow_refs[victim];
361         ref->page = new_page;
362         ref->gtlb_index = gtlb_index;
363         ref->writeable = !!(stlbe.word2 & PPC44x_TLB_UW);
364         ref->tid = stlbe.tid;
365
366         /* Insert shadow mapping into hardware TLB. */
367         kvmppc_44x_tlbe_set_modified(vcpu_44x, victim);
368         kvmppc_44x_tlbwe(victim, &stlbe);
369         trace_kvm_stlb_write(victim, stlbe.tid, stlbe.word0, stlbe.word1,
370                              stlbe.word2);
371 }
372
373 /* For a particular guest TLB entry, invalidate the corresponding host TLB
374  * mappings and release the host pages. */
375 static void kvmppc_44x_invalidate(struct kvm_vcpu *vcpu,
376                                   unsigned int gtlb_index)
377 {
378         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
379         int i;
380
381         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(vcpu_44x->shadow_refs); i++) {
382                 struct kvmppc_44x_shadow_ref *ref = &vcpu_44x->shadow_refs[i];
383                 if (ref->gtlb_index == gtlb_index)
384                         kvmppc_44x_shadow_release(vcpu_44x, i);
385         }
386 }
387
388 void kvmppc_mmu_priv_switch(struct kvm_vcpu *vcpu, int usermode)
389 {
390         vcpu->arch.shadow_pid = !usermode;
391 }
392
393 void kvmppc_set_pid(struct kvm_vcpu *vcpu, u32 new_pid)
394 {
395         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
396         int i;
397
398         if (unlikely(vcpu->arch.pid == new_pid))
399                 return;
400
401         vcpu->arch.pid = new_pid;
402
403         /* Guest userspace runs with TID=0 mappings and PID=0, to make sure it
404          * can't access guest kernel mappings (TID=1). When we switch to a new
405          * guest PID, which will also use host PID=0, we must discard the old guest
406          * userspace mappings. */
407         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(vcpu_44x->shadow_refs); i++) {
408                 struct kvmppc_44x_shadow_ref *ref = &vcpu_44x->shadow_refs[i];
409
410                 if (ref->tid == 0)
411                         kvmppc_44x_shadow_release(vcpu_44x, i);
412         }
413 }
414
415 static int tlbe_is_host_safe(const struct kvm_vcpu *vcpu,
416                              const struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe)
417 {
418         gpa_t gpa;
419
420         if (!get_tlb_v(tlbe))
421                 return 0;
422
423         /* Does it match current guest AS? */
424         /* XXX what about IS != DS? */
425         if (get_tlb_ts(tlbe) != !!(vcpu->arch.msr & MSR_IS))
426                 return 0;
427
428         gpa = get_tlb_raddr(tlbe);
429         if (!gfn_to_memslot(vcpu->kvm, gpa >> PAGE_SHIFT))
430                 /* Mapping is not for RAM. */
431                 return 0;
432
433         return 1;
434 }
435
436 int kvmppc_44x_emul_tlbwe(struct kvm_vcpu *vcpu, u8 ra, u8 rs, u8 ws)
437 {
438         struct kvmppc_vcpu_44x *vcpu_44x = to_44x(vcpu);
439         struct kvmppc_44x_tlbe *tlbe;
440         unsigned int gtlb_index;
441
442         gtlb_index = kvmppc_get_gpr(vcpu, ra);
443         if (gtlb_index >= KVM44x_GUEST_TLB_SIZE) {
444                 printk("%s: index %d\n", __func__, gtlb_index);
445                 kvmppc_dump_vcpu(vcpu);
446                 return EMULATE_FAIL;
447         }
448
449         tlbe = &vcpu_44x->guest_tlb[gtlb_index];
450
451         /* Invalidate shadow mappings for the about-to-be-clobbered TLB entry. */
452         if (tlbe->word0 & PPC44x_TLB_VALID)
453                 kvmppc_44x_invalidate(vcpu, gtlb_index);
454
455         switch (ws) {
456         case PPC44x_TLB_PAGEID:
457                 tlbe->tid = get_mmucr_stid(vcpu);
458                 tlbe->word0 = kvmppc_get_gpr(vcpu, rs);
459                 break;
460
461         case PPC44x_TLB_XLAT:
462                 tlbe->word1 = kvmppc_get_gpr(vcpu, rs);
463                 break;
464
465         case PPC44x_TLB_ATTRIB:
466                 tlbe->word2 = kvmppc_get_gpr(vcpu, rs);
467                 break;
468
469         default:
470                 return EMULATE_FAIL;
471         }
472
473         if (tlbe_is_host_safe(vcpu, tlbe)) {
474                 gva_t eaddr;
475                 gpa_t gpaddr;
476                 u32 bytes;
477
478                 eaddr = get_tlb_eaddr(tlbe);
479                 gpaddr = get_tlb_raddr(tlbe);
480
481                 /* Use the advertised page size to mask effective and real addrs. */
482                 bytes = get_tlb_bytes(tlbe);
483                 eaddr &= ~(bytes - 1);
484                 gpaddr &= ~(bytes - 1);
485
486                 kvmppc_mmu_map(vcpu, eaddr, gpaddr, gtlb_index);
487         }
488
489         trace_kvm_gtlb_write(gtlb_index, tlbe->tid, tlbe->word0, tlbe->word1,
490                              tlbe->word2);
491
492         kvmppc_set_exit_type(vcpu, EMULATED_TLBWE_EXITS);
493         return EMULATE_DONE;
494 }
495
496 int kvmppc_44x_emul_tlbsx(struct kvm_vcpu *vcpu, u8 rt, u8 ra, u8 rb, u8 rc)
497 {
498         u32 ea;
499         int gtlb_index;
500         unsigned int as = get_mmucr_sts(vcpu);
501         unsigned int pid = get_mmucr_stid(vcpu);
502
503         ea = kvmppc_get_gpr(vcpu, rb);
504         if (ra)
505                 ea += kvmppc_get_gpr(vcpu, ra);
506
507         gtlb_index = kvmppc_44x_tlb_index(vcpu, ea, pid, as);
508         if (rc) {
509                 u32 cr = kvmppc_get_cr(vcpu);
510
511                 if (gtlb_index < 0)
512                         kvmppc_set_cr(vcpu, cr & ~0x20000000);
513                 else
514                         kvmppc_set_cr(vcpu, cr | 0x20000000);
515         }
516         kvmppc_set_gpr(vcpu, rt, gtlb_index);
517
518         kvmppc_set_exit_type(vcpu, EMULATED_TLBSX_EXITS);
519         return EMULATE_DONE;
520 }