]> rtime.felk.cvut.cz Git - lisovros/qemu_apohw.git/blob - target-ppc/mmu-hash64.c
apohw: port A0B36APO labs matrix keyboard hardware emulation to QEMU 2.1.
[lisovros/qemu_apohw.git] / target-ppc / mmu-hash64.c
1 /*
2  *  PowerPC MMU, TLB, SLB and BAT emulation helpers for QEMU.
3  *
4  *  Copyright (c) 2003-2007 Jocelyn Mayer
5  *  Copyright (c) 2013 David Gibson, IBM Corporation
6  *
7  * This library is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * This library is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with this library; if not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19  */
20 #include "cpu.h"
21 #include "exec/helper-proto.h"
22 #include "sysemu/kvm.h"
23 #include "kvm_ppc.h"
24 #include "mmu-hash64.h"
25
26 //#define DEBUG_MMU
27 //#define DEBUG_SLB
28
29 #ifdef DEBUG_MMU
30 #  define LOG_MMU(...) qemu_log(__VA_ARGS__)
31 #  define LOG_MMU_STATE(cpu) log_cpu_state((cpu), 0)
32 #else
33 #  define LOG_MMU(...) do { } while (0)
34 #  define LOG_MMU_STATE(cpu) do { } while (0)
35 #endif
36
37 #ifdef DEBUG_SLB
38 #  define LOG_SLB(...) qemu_log(__VA_ARGS__)
39 #else
40 #  define LOG_SLB(...) do { } while (0)
41 #endif
42
43 /*
44  * Used to indicate whether we have allocated htab in the
45  * host kernel
46  */
47 bool kvmppc_kern_htab;
48 /*
49  * SLB handling
50  */
51
52 static ppc_slb_t *slb_lookup(CPUPPCState *env, target_ulong eaddr)
53 {
54     uint64_t esid_256M, esid_1T;
55     int n;
56
57     LOG_SLB("%s: eaddr " TARGET_FMT_lx "\n", __func__, eaddr);
58
59     esid_256M = (eaddr & SEGMENT_MASK_256M) | SLB_ESID_V;
60     esid_1T = (eaddr & SEGMENT_MASK_1T) | SLB_ESID_V;
61
62     for (n = 0; n < env->slb_nr; n++) {
63         ppc_slb_t *slb = &env->slb[n];
64
65         LOG_SLB("%s: slot %d %016" PRIx64 " %016"
66                     PRIx64 "\n", __func__, n, slb->esid, slb->vsid);
67         /* We check for 1T matches on all MMUs here - if the MMU
68          * doesn't have 1T segment support, we will have prevented 1T
69          * entries from being inserted in the slbmte code. */
70         if (((slb->esid == esid_256M) &&
71              ((slb->vsid & SLB_VSID_B) == SLB_VSID_B_256M))
72             || ((slb->esid == esid_1T) &&
73                 ((slb->vsid & SLB_VSID_B) == SLB_VSID_B_1T))) {
74             return slb;
75         }
76     }
77
78     return NULL;
79 }
80
81 void dump_slb(FILE *f, fprintf_function cpu_fprintf, CPUPPCState *env)
82 {
83     int i;
84     uint64_t slbe, slbv;
85
86     cpu_synchronize_state(CPU(ppc_env_get_cpu(env)));
87
88     cpu_fprintf(f, "SLB\tESID\t\t\tVSID\n");
89     for (i = 0; i < env->slb_nr; i++) {
90         slbe = env->slb[i].esid;
91         slbv = env->slb[i].vsid;
92         if (slbe == 0 && slbv == 0) {
93             continue;
94         }
95         cpu_fprintf(f, "%d\t0x%016" PRIx64 "\t0x%016" PRIx64 "\n",
96                     i, slbe, slbv);
97     }
98 }
99
100 void helper_slbia(CPUPPCState *env)
101 {
102     PowerPCCPU *cpu = ppc_env_get_cpu(env);
103     int n, do_invalidate;
104
105     do_invalidate = 0;
106     /* XXX: Warning: slbia never invalidates the first segment */
107     for (n = 1; n < env->slb_nr; n++) {
108         ppc_slb_t *slb = &env->slb[n];
109
110         if (slb->esid & SLB_ESID_V) {
111             slb->esid &= ~SLB_ESID_V;
112             /* XXX: given the fact that segment size is 256 MB or 1TB,
113              *      and we still don't have a tlb_flush_mask(env, n, mask)
114              *      in QEMU, we just invalidate all TLBs
115              */
116             do_invalidate = 1;
117         }
118     }
119     if (do_invalidate) {
120         tlb_flush(CPU(cpu), 1);
121     }
122 }
123
124 void helper_slbie(CPUPPCState *env, target_ulong addr)
125 {
126     PowerPCCPU *cpu = ppc_env_get_cpu(env);
127     ppc_slb_t *slb;
128
129     slb = slb_lookup(env, addr);
130     if (!slb) {
131         return;
132     }
133
134     if (slb->esid & SLB_ESID_V) {
135         slb->esid &= ~SLB_ESID_V;
136
137         /* XXX: given the fact that segment size is 256 MB or 1TB,
138          *      and we still don't have a tlb_flush_mask(env, n, mask)
139          *      in QEMU, we just invalidate all TLBs
140          */
141         tlb_flush(CPU(cpu), 1);
142     }
143 }
144
145 int ppc_store_slb(CPUPPCState *env, target_ulong rb, target_ulong rs)
146 {
147     int slot = rb & 0xfff;
148     ppc_slb_t *slb = &env->slb[slot];
149
150     if (rb & (0x1000 - env->slb_nr)) {
151         return -1; /* Reserved bits set or slot too high */
152     }
153     if (rs & (SLB_VSID_B & ~SLB_VSID_B_1T)) {
154         return -1; /* Bad segment size */
155     }
156     if ((rs & SLB_VSID_B) && !(env->mmu_model & POWERPC_MMU_1TSEG)) {
157         return -1; /* 1T segment on MMU that doesn't support it */
158     }
159
160     /* Mask out the slot number as we store the entry */
161     slb->esid = rb & (SLB_ESID_ESID | SLB_ESID_V);
162     slb->vsid = rs;
163
164     LOG_SLB("%s: %d " TARGET_FMT_lx " - " TARGET_FMT_lx " => %016" PRIx64
165             " %016" PRIx64 "\n", __func__, slot, rb, rs,
166             slb->esid, slb->vsid);
167
168     return 0;
169 }
170
171 static int ppc_load_slb_esid(CPUPPCState *env, target_ulong rb,
172                              target_ulong *rt)
173 {
174     int slot = rb & 0xfff;
175     ppc_slb_t *slb = &env->slb[slot];
176
177     if (slot >= env->slb_nr) {
178         return -1;
179     }
180
181     *rt = slb->esid;
182     return 0;
183 }
184
185 static int ppc_load_slb_vsid(CPUPPCState *env, target_ulong rb,
186                              target_ulong *rt)
187 {
188     int slot = rb & 0xfff;
189     ppc_slb_t *slb = &env->slb[slot];
190
191     if (slot >= env->slb_nr) {
192         return -1;
193     }
194
195     *rt = slb->vsid;
196     return 0;
197 }
198
199 void helper_store_slb(CPUPPCState *env, target_ulong rb, target_ulong rs)
200 {
201     if (ppc_store_slb(env, rb, rs) < 0) {
202         helper_raise_exception_err(env, POWERPC_EXCP_PROGRAM,
203                                    POWERPC_EXCP_INVAL);
204     }
205 }
206
207 target_ulong helper_load_slb_esid(CPUPPCState *env, target_ulong rb)
208 {
209     target_ulong rt = 0;
210
211     if (ppc_load_slb_esid(env, rb, &rt) < 0) {
212         helper_raise_exception_err(env, POWERPC_EXCP_PROGRAM,
213                                    POWERPC_EXCP_INVAL);
214     }
215     return rt;
216 }
217
218 target_ulong helper_load_slb_vsid(CPUPPCState *env, target_ulong rb)
219 {
220     target_ulong rt = 0;
221
222     if (ppc_load_slb_vsid(env, rb, &rt) < 0) {
223         helper_raise_exception_err(env, POWERPC_EXCP_PROGRAM,
224                                    POWERPC_EXCP_INVAL);
225     }
226     return rt;
227 }
228
229 /*
230  * 64-bit hash table MMU handling
231  */
232
233 static int ppc_hash64_pte_prot(CPUPPCState *env,
234                                ppc_slb_t *slb, ppc_hash_pte64_t pte)
235 {
236     unsigned pp, key;
237     /* Some pp bit combinations have undefined behaviour, so default
238      * to no access in those cases */
239     int prot = 0;
240
241     key = !!(msr_pr ? (slb->vsid & SLB_VSID_KP)
242              : (slb->vsid & SLB_VSID_KS));
243     pp = (pte.pte1 & HPTE64_R_PP) | ((pte.pte1 & HPTE64_R_PP0) >> 61);
244
245     if (key == 0) {
246         switch (pp) {
247         case 0x0:
248         case 0x1:
249         case 0x2:
250             prot = PAGE_READ | PAGE_WRITE;
251             break;
252
253         case 0x3:
254         case 0x6:
255             prot = PAGE_READ;
256             break;
257         }
258     } else {
259         switch (pp) {
260         case 0x0:
261         case 0x6:
262             prot = 0;
263             break;
264
265         case 0x1:
266         case 0x3:
267             prot = PAGE_READ;
268             break;
269
270         case 0x2:
271             prot = PAGE_READ | PAGE_WRITE;
272             break;
273         }
274     }
275
276     /* No execute if either noexec or guarded bits set */
277     if (!(pte.pte1 & HPTE64_R_N) || (pte.pte1 & HPTE64_R_G)
278         || (slb->vsid & SLB_VSID_N)) {
279         prot |= PAGE_EXEC;
280     }
281
282     return prot;
283 }
284
285 static int ppc_hash64_amr_prot(CPUPPCState *env, ppc_hash_pte64_t pte)
286 {
287     int key, amrbits;
288     int prot = PAGE_READ | PAGE_WRITE | PAGE_EXEC;
289
290
291     /* Only recent MMUs implement Virtual Page Class Key Protection */
292     if (!(env->mmu_model & POWERPC_MMU_AMR)) {
293         return prot;
294     }
295
296     key = HPTE64_R_KEY(pte.pte1);
297     amrbits = (env->spr[SPR_AMR] >> 2*(31 - key)) & 0x3;
298
299     /* fprintf(stderr, "AMR protection: key=%d AMR=0x%" PRIx64 "\n", key, */
300     /*         env->spr[SPR_AMR]); */
301
302     /*
303      * A store is permitted if the AMR bit is 0. Remove write
304      * protection if it is set.
305      */
306     if (amrbits & 0x2) {
307         prot &= ~PAGE_WRITE;
308     }
309     /*
310      * A load is permitted if the AMR bit is 0. Remove read
311      * protection if it is set.
312      */
313     if (amrbits & 0x1) {
314         prot &= ~PAGE_READ;
315     }
316
317     return prot;
318 }
319
320 uint64_t ppc_hash64_start_access(PowerPCCPU *cpu, target_ulong pte_index)
321 {
322     uint64_t token = 0;
323     hwaddr pte_offset;
324
325     pte_offset = pte_index * HASH_PTE_SIZE_64;
326     if (kvmppc_kern_htab) {
327         /*
328          * HTAB is controlled by KVM. Fetch the PTEG into a new buffer.
329          */
330         token = kvmppc_hash64_read_pteg(cpu, pte_index);
331         if (token) {
332             return token;
333         }
334         /*
335          * pteg read failed, even though we have allocated htab via
336          * kvmppc_reset_htab.
337          */
338         return 0;
339     }
340     /*
341      * HTAB is controlled by QEMU. Just point to the internally
342      * accessible PTEG.
343      */
344     if (cpu->env.external_htab) {
345         token = (uint64_t)(uintptr_t) cpu->env.external_htab + pte_offset;
346     } else if (cpu->env.htab_base) {
347         token = cpu->env.htab_base + pte_offset;
348     }
349     return token;
350 }
351
352 void ppc_hash64_stop_access(uint64_t token)
353 {
354     if (kvmppc_kern_htab) {
355         return kvmppc_hash64_free_pteg(token);
356     }
357 }
358
359 static hwaddr ppc_hash64_pteg_search(CPUPPCState *env, hwaddr hash,
360                                      bool secondary, target_ulong ptem,
361                                      ppc_hash_pte64_t *pte)
362 {
363     int i;
364     uint64_t token;
365     target_ulong pte0, pte1;
366     target_ulong pte_index;
367
368     pte_index = (hash & env->htab_mask) * HPTES_PER_GROUP;
369     token = ppc_hash64_start_access(ppc_env_get_cpu(env), pte_index);
370     if (!token) {
371         return -1;
372     }
373     for (i = 0; i < HPTES_PER_GROUP; i++) {
374         pte0 = ppc_hash64_load_hpte0(env, token, i);
375         pte1 = ppc_hash64_load_hpte1(env, token, i);
376
377         if ((pte0 & HPTE64_V_VALID)
378             && (secondary == !!(pte0 & HPTE64_V_SECONDARY))
379             && HPTE64_V_COMPARE(pte0, ptem)) {
380             pte->pte0 = pte0;
381             pte->pte1 = pte1;
382             ppc_hash64_stop_access(token);
383             return (pte_index + i) * HASH_PTE_SIZE_64;
384         }
385     }
386     ppc_hash64_stop_access(token);
387     /*
388      * We didn't find a valid entry.
389      */
390     return -1;
391 }
392
393 static hwaddr ppc_hash64_htab_lookup(CPUPPCState *env,
394                                      ppc_slb_t *slb, target_ulong eaddr,
395                                      ppc_hash_pte64_t *pte)
396 {
397     hwaddr pte_offset;
398     hwaddr hash;
399     uint64_t vsid, epnshift, epnmask, epn, ptem;
400
401     /* Page size according to the SLB, which we use to generate the
402      * EPN for hash table lookup..  When we implement more recent MMU
403      * extensions this might be different from the actual page size
404      * encoded in the PTE */
405     epnshift = (slb->vsid & SLB_VSID_L)
406         ? TARGET_PAGE_BITS_16M : TARGET_PAGE_BITS;
407     epnmask = ~((1ULL << epnshift) - 1);
408
409     if (slb->vsid & SLB_VSID_B) {
410         /* 1TB segment */
411         vsid = (slb->vsid & SLB_VSID_VSID) >> SLB_VSID_SHIFT_1T;
412         epn = (eaddr & ~SEGMENT_MASK_1T) & epnmask;
413         hash = vsid ^ (vsid << 25) ^ (epn >> epnshift);
414     } else {
415         /* 256M segment */
416         vsid = (slb->vsid & SLB_VSID_VSID) >> SLB_VSID_SHIFT;
417         epn = (eaddr & ~SEGMENT_MASK_256M) & epnmask;
418         hash = vsid ^ (epn >> epnshift);
419     }
420     ptem = (slb->vsid & SLB_VSID_PTEM) | ((epn >> 16) & HPTE64_V_AVPN);
421
422     /* Page address translation */
423     LOG_MMU("htab_base " TARGET_FMT_plx " htab_mask " TARGET_FMT_plx
424             " hash " TARGET_FMT_plx "\n",
425             env->htab_base, env->htab_mask, hash);
426
427     /* Primary PTEG lookup */
428     LOG_MMU("0 htab=" TARGET_FMT_plx "/" TARGET_FMT_plx
429             " vsid=" TARGET_FMT_lx " ptem=" TARGET_FMT_lx
430             " hash=" TARGET_FMT_plx "\n",
431             env->htab_base, env->htab_mask, vsid, ptem,  hash);
432     pte_offset = ppc_hash64_pteg_search(env, hash, 0, ptem, pte);
433
434     if (pte_offset == -1) {
435         /* Secondary PTEG lookup */
436         LOG_MMU("1 htab=" TARGET_FMT_plx "/" TARGET_FMT_plx
437                 " vsid=" TARGET_FMT_lx " api=" TARGET_FMT_lx
438                 " hash=" TARGET_FMT_plx "\n", env->htab_base,
439                 env->htab_mask, vsid, ptem, ~hash);
440
441         pte_offset = ppc_hash64_pteg_search(env, ~hash, 1, ptem, pte);
442     }
443
444     return pte_offset;
445 }
446
447 static hwaddr ppc_hash64_pte_raddr(ppc_slb_t *slb, ppc_hash_pte64_t pte,
448                                    target_ulong eaddr)
449 {
450     hwaddr rpn = pte.pte1 & HPTE64_R_RPN;
451     /* FIXME: Add support for SLLP extended page sizes */
452     int target_page_bits = (slb->vsid & SLB_VSID_L)
453         ? TARGET_PAGE_BITS_16M : TARGET_PAGE_BITS;
454     hwaddr mask = (1ULL << target_page_bits) - 1;
455
456     return (rpn & ~mask) | (eaddr & mask);
457 }
458
459 int ppc_hash64_handle_mmu_fault(PowerPCCPU *cpu, target_ulong eaddr,
460                                 int rwx, int mmu_idx)
461 {
462     CPUState *cs = CPU(cpu);
463     CPUPPCState *env = &cpu->env;
464     ppc_slb_t *slb;
465     hwaddr pte_offset;
466     ppc_hash_pte64_t pte;
467     int pp_prot, amr_prot, prot;
468     uint64_t new_pte1;
469     const int need_prot[] = {PAGE_READ, PAGE_WRITE, PAGE_EXEC};
470     hwaddr raddr;
471
472     assert((rwx == 0) || (rwx == 1) || (rwx == 2));
473
474     /* 1. Handle real mode accesses */
475     if (((rwx == 2) && (msr_ir == 0)) || ((rwx != 2) && (msr_dr == 0))) {
476         /* Translation is off */
477         /* In real mode the top 4 effective address bits are ignored */
478         raddr = eaddr & 0x0FFFFFFFFFFFFFFFULL;
479         tlb_set_page(cs, eaddr & TARGET_PAGE_MASK, raddr & TARGET_PAGE_MASK,
480                      PAGE_READ | PAGE_WRITE | PAGE_EXEC, mmu_idx,
481                      TARGET_PAGE_SIZE);
482         return 0;
483     }
484
485     /* 2. Translation is on, so look up the SLB */
486     slb = slb_lookup(env, eaddr);
487
488     if (!slb) {
489         if (rwx == 2) {
490             cs->exception_index = POWERPC_EXCP_ISEG;
491             env->error_code = 0;
492         } else {
493             cs->exception_index = POWERPC_EXCP_DSEG;
494             env->error_code = 0;
495             env->spr[SPR_DAR] = eaddr;
496         }
497         return 1;
498     }
499
500     /* 3. Check for segment level no-execute violation */
501     if ((rwx == 2) && (slb->vsid & SLB_VSID_N)) {
502         cs->exception_index = POWERPC_EXCP_ISI;
503         env->error_code = 0x10000000;
504         return 1;
505     }
506
507     /* 4. Locate the PTE in the hash table */
508     pte_offset = ppc_hash64_htab_lookup(env, slb, eaddr, &pte);
509     if (pte_offset == -1) {
510         if (rwx == 2) {
511             cs->exception_index = POWERPC_EXCP_ISI;
512             env->error_code = 0x40000000;
513         } else {
514             cs->exception_index = POWERPC_EXCP_DSI;
515             env->error_code = 0;
516             env->spr[SPR_DAR] = eaddr;
517             if (rwx == 1) {
518                 env->spr[SPR_DSISR] = 0x42000000;
519             } else {
520                 env->spr[SPR_DSISR] = 0x40000000;
521             }
522         }
523         return 1;
524     }
525     LOG_MMU("found PTE at offset %08" HWADDR_PRIx "\n", pte_offset);
526
527     /* 5. Check access permissions */
528
529     pp_prot = ppc_hash64_pte_prot(env, slb, pte);
530     amr_prot = ppc_hash64_amr_prot(env, pte);
531     prot = pp_prot & amr_prot;
532
533     if ((need_prot[rwx] & ~prot) != 0) {
534         /* Access right violation */
535         LOG_MMU("PTE access rejected\n");
536         if (rwx == 2) {
537             cs->exception_index = POWERPC_EXCP_ISI;
538             env->error_code = 0x08000000;
539         } else {
540             target_ulong dsisr = 0;
541
542             cs->exception_index = POWERPC_EXCP_DSI;
543             env->error_code = 0;
544             env->spr[SPR_DAR] = eaddr;
545             if (need_prot[rwx] & ~pp_prot) {
546                 dsisr |= 0x08000000;
547             }
548             if (rwx == 1) {
549                 dsisr |= 0x02000000;
550             }
551             if (need_prot[rwx] & ~amr_prot) {
552                 dsisr |= 0x00200000;
553             }
554             env->spr[SPR_DSISR] = dsisr;
555         }
556         return 1;
557     }
558
559     LOG_MMU("PTE access granted !\n");
560
561     /* 6. Update PTE referenced and changed bits if necessary */
562
563     new_pte1 = pte.pte1 | HPTE64_R_R; /* set referenced bit */
564     if (rwx == 1) {
565         new_pte1 |= HPTE64_R_C; /* set changed (dirty) bit */
566     } else {
567         /* Treat the page as read-only for now, so that a later write
568          * will pass through this function again to set the C bit */
569         prot &= ~PAGE_WRITE;
570     }
571
572     if (new_pte1 != pte.pte1) {
573         ppc_hash64_store_hpte(env, pte_offset / HASH_PTE_SIZE_64,
574                               pte.pte0, new_pte1);
575     }
576
577     /* 7. Determine the real address from the PTE */
578
579     raddr = ppc_hash64_pte_raddr(slb, pte, eaddr);
580
581     tlb_set_page(cs, eaddr & TARGET_PAGE_MASK, raddr & TARGET_PAGE_MASK,
582                  prot, mmu_idx, TARGET_PAGE_SIZE);
583
584     return 0;
585 }
586
587 hwaddr ppc_hash64_get_phys_page_debug(CPUPPCState *env, target_ulong addr)
588 {
589     ppc_slb_t *slb;
590     hwaddr pte_offset;
591     ppc_hash_pte64_t pte;
592
593     if (msr_dr == 0) {
594         /* In real mode the top 4 effective address bits are ignored */
595         return addr & 0x0FFFFFFFFFFFFFFFULL;
596     }
597
598     slb = slb_lookup(env, addr);
599     if (!slb) {
600         return -1;
601     }
602
603     pte_offset = ppc_hash64_htab_lookup(env, slb, addr, &pte);
604     if (pte_offset == -1) {
605         return -1;
606     }
607
608     return ppc_hash64_pte_raddr(slb, pte, addr) & TARGET_PAGE_MASK;
609 }
610
611 void ppc_hash64_store_hpte(CPUPPCState *env,
612                            target_ulong pte_index,
613                            target_ulong pte0, target_ulong pte1)
614 {
615     CPUState *cs = CPU(ppc_env_get_cpu(env));
616
617     if (kvmppc_kern_htab) {
618         return kvmppc_hash64_write_pte(env, pte_index, pte0, pte1);
619     }
620
621     pte_index *= HASH_PTE_SIZE_64;
622     if (env->external_htab) {
623         stq_p(env->external_htab + pte_index, pte0);
624         stq_p(env->external_htab + pte_index + HASH_PTE_SIZE_64/2, pte1);
625     } else {
626         stq_phys(cs->as, env->htab_base + pte_index, pte0);
627         stq_phys(cs->as, env->htab_base + pte_index + HASH_PTE_SIZE_64/2, pte1);
628     }
629 }