arch/arm64/include/asm/kvm_mmu.h

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2012,2013 - ARM Ltd
   3  * Author: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>
   4  *
   5  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   6  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
   7  * published by the Free Software Foundation.
   8  *
   9  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  12  * GNU General Public License for more details.
  13  *
  14  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  15  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  16  */
  17
  18 #ifndef __ARM64_KVM_MMU_H__
  19 #define __ARM64_KVM_MMU_H__
  20
  21 #include <asm/page.h>
  22 #include <asm/memory.h>
  23 #include <asm/cpufeature.h>
  24
  25 /*
  26  * As ARMv8.0 only has the TTBR0_EL2 register, we cannot express
  27  * "negative" addresses. This makes it impossible to directly share
  28  * mappings with the kernel.
  29  *
  30  * Instead, give the HYP mode its own VA region at a fixed offset from
  31  * the kernel by just masking the top bits (which are all ones for a
  32  * kernel address). We need to find out how many bits to mask.
  33  *
  34  * We want to build a set of page tables that cover both parts of the
  35  * idmap (the trampoline page used to initialize EL2), and our normal
  36  * runtime VA space, at the same time.
  37  *
  38  * Given that the kernel uses VA_BITS for its entire address space,
  39  * and that half of that space (VA_BITS - 1) is used for the linear
  40  * mapping, we can also limit the EL2 space to (VA_BITS - 1).
  41  *
  42  * The main question is "Within the VA_BITS space, does EL2 use the
  43  * top or the bottom half of that space to shadow the kernel's linear
  44  * mapping?". As we need to idmap the trampoline page, this is
  45  * determined by the range in which this page lives.
  46  *
  47  * If the page is in the bottom half, we have to use the top half. If
  48  * the page is in the top half, we have to use the bottom half:
  49  *
  50  * T = __virt_to_phys(__hyp_idmap_text_start)
  51  * if (T & BIT(VA_BITS - 1))
  52  *      HYP_VA_MIN = 0  //idmap in upper half
  53  * else
  54  *      HYP_VA_MIN = 1 << (VA_BITS - 1)
  55  * HYP_VA_MAX = HYP_VA_MIN + (1 << (VA_BITS - 1)) - 1
  56  *
  57  * This of course assumes that the trampoline page exists within the
  58  * VA_BITS range. If it doesn't, then it means we're in the odd case
  59  * where the kernel idmap (as well as HYP) uses more levels than the
  60  * kernel runtime page tables (as seen when the kernel is configured
  61  * for 4k pages, 39bits VA, and yet memory lives just above that
  62  * limit, forcing the idmap to use 4 levels of page tables while the
  63  * kernel itself only uses 3). In this particular case, it doesn't
  64  * matter which side of VA_BITS we use, as we're guaranteed not to
  65  * conflict with anything.
  66  *
  67  * When using VHE, there are no separate hyp mappings and all KVM
  68  * functionality is already mapped as part of the main kernel
  69  * mappings, and none of this applies in that case.
  70  */
  71 #define HYP_PAGE_OFFSET_SHIFT   VA_BITS
  72 #define HYP_PAGE_OFFSET_MASK    ((UL(1) << HYP_PAGE_OFFSET_SHIFT) - 1)
  73 #define HYP_PAGE_OFFSET         (PAGE_OFFSET & HYP_PAGE_OFFSET_MASK)
  74
  75 /*
  76  * Our virtual mapping for the idmap-ed MMU-enable code. Must be
  77  * shared across all the page-tables. Conveniently, we use the last
  78  * possible page, where no kernel mapping will ever exist.
  79  */
  80 #define TRAMPOLINE_VA           (HYP_PAGE_OFFSET_MASK & PAGE_MASK)
  81
  82 #ifdef __ASSEMBLY__
  83
  84 #include <asm/alternative.h>
  85 #include <asm/cpufeature.h>
  86
  87 /*
  88  * Convert a kernel VA into a HYP VA.
  89  * reg: VA to be converted.
  90  */
  91 .macro kern_hyp_va      reg
  92 alternative_if_not ARM64_HAS_VIRT_HOST_EXTN
  93         and     \reg, \reg, #HYP_PAGE_OFFSET_MASK
  94 alternative_else
  95         nop
  96 alternative_endif
  97 .endm
  98
  99 #else
 100
 101 #include <asm/pgalloc.h>
 102 #include <asm/cachetype.h>
 103 #include <asm/cacheflush.h>
 104 #include <asm/mmu_context.h>
 105 #include <asm/pgtable.h>
 106
 107 #define KERN_TO_HYP(kva)        ((unsigned long)kva - PAGE_OFFSET + HYP_PAGE_OFFSET)
 108
 109 /*
 110  * We currently only support a 40bit IPA.
 111  */
 112 #define KVM_PHYS_SHIFT  (40)
 113 #define KVM_PHYS_SIZE   (1UL << KVM_PHYS_SHIFT)
 114 #define KVM_PHYS_MASK   (KVM_PHYS_SIZE - 1UL)
 115
 116 #include <asm/stage2_pgtable.h>
 117
 118 int create_hyp_mappings(void *from, void *to, pgprot_t prot);
 119 int create_hyp_io_mappings(void *from, void *to, phys_addr_t);
 120 void free_boot_hyp_pgd(void);
 121 void free_hyp_pgds(void);
 122
 123 void stage2_unmap_vm(struct kvm *kvm);
 124 int kvm_alloc_stage2_pgd(struct kvm *kvm);
 125 void kvm_free_stage2_pgd(struct kvm *kvm);
 126 int kvm_phys_addr_ioremap(struct kvm *kvm, phys_addr_t guest_ipa,
 127                           phys_addr_t pa, unsigned long size, bool writable);
 128
 129 int kvm_handle_guest_abort(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_run *run);
 130
 131 void kvm_mmu_free_memory_caches(struct kvm_vcpu *vcpu);
 132
 133 phys_addr_t kvm_mmu_get_httbr(void);
 134 phys_addr_t kvm_mmu_get_boot_httbr(void);
 135 phys_addr_t kvm_get_idmap_vector(void);
 136 phys_addr_t kvm_get_idmap_start(void);
 137 int kvm_mmu_init(void);
 138 void kvm_clear_hyp_idmap(void);
 139
 140 #define kvm_set_pte(ptep, pte)          set_pte(ptep, pte)
 141 #define kvm_set_pmd(pmdp, pmd)          set_pmd(pmdp, pmd)
 142
 143 static inline void kvm_clean_pgd(pgd_t *pgd) {}
 144 static inline void kvm_clean_pmd(pmd_t *pmd) {}
 145 static inline void kvm_clean_pmd_entry(pmd_t *pmd) {}
 146 static inline void kvm_clean_pte(pte_t *pte) {}
 147 static inline void kvm_clean_pte_entry(pte_t *pte) {}
 148
 149 static inline pte_t kvm_s2pte_mkwrite(pte_t pte)
 150 {
 151         pte_val(pte) |= PTE_S2_RDWR;
 152         return pte;
 153 }
 154
 155 static inline pmd_t kvm_s2pmd_mkwrite(pmd_t pmd)
 156 {
 157         pmd_val(pmd) |= PMD_S2_RDWR;
 158         return pmd;
 159 }
 160
 161 static inline void kvm_set_s2pte_readonly(pte_t *pte)
 162 {
 163         pteval_t pteval;
 164         unsigned long tmp;
 165
 166         asm volatile("//        kvm_set_s2pte_readonly\n"
 167         "       prfm    pstl1strm, %2\n"
 168         "1:     ldxr    %0, %2\n"
 169         "       and     %0, %0, %3              // clear PTE_S2_RDWR\n"
 170         "       orr     %0, %0, %4              // set PTE_S2_RDONLY\n"
 171         "       stxr    %w1, %0, %2\n"
 172         "       cbnz    %w1, 1b\n"
 173         : "=&r" (pteval), "=&r" (tmp), "+Q" (pte_val(*pte))
 174         : "L" (~PTE_S2_RDWR), "L" (PTE_S2_RDONLY));
 175 }
 176
 177 static inline bool kvm_s2pte_readonly(pte_t *pte)
 178 {
 179         return (pte_val(*pte) & PTE_S2_RDWR) == PTE_S2_RDONLY;
 180 }
 181
 182 static inline void kvm_set_s2pmd_readonly(pmd_t *pmd)
 183 {
 184         kvm_set_s2pte_readonly((pte_t *)pmd);
 185 }
 186
 187 static inline bool kvm_s2pmd_readonly(pmd_t *pmd)
 188 {
 189         return kvm_s2pte_readonly((pte_t *)pmd);
 190 }
 191
 192 static inline bool kvm_page_empty(void *ptr)
 193 {
 194         struct page *ptr_page = virt_to_page(ptr);
 195         return page_count(ptr_page) == 1;
 196 }
 197
 198 #define hyp_pte_table_empty(ptep) kvm_page_empty(ptep)
 199
 200 #ifdef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
 201 #define hyp_pmd_table_empty(pmdp) (0)
 202 #else
 203 #define hyp_pmd_table_empty(pmdp) kvm_page_empty(pmdp)
 204 #endif
 205
 206 #ifdef __PAGETABLE_PUD_FOLDED
 207 #define hyp_pud_table_empty(pudp) (0)
 208 #else
 209 #define hyp_pud_table_empty(pudp) kvm_page_empty(pudp)
 210 #endif
 211
 212 struct kvm;
 213
 214 #define kvm_flush_dcache_to_poc(a,l)    __flush_dcache_area((a), (l))
 215
 216 static inline bool vcpu_has_cache_enabled(struct kvm_vcpu *vcpu)
 217 {
 218         return (vcpu_sys_reg(vcpu, SCTLR_EL1) & 0b101) == 0b101;
 219 }
 220
 221 static inline void __coherent_cache_guest_page(struct kvm_vcpu *vcpu,
 222                                                kvm_pfn_t pfn,
 223                                                unsigned long size,
 224                                                bool ipa_uncached)
 225 {
 226         void *va = page_address(pfn_to_page(pfn));
 227
 228         if (!vcpu_has_cache_enabled(vcpu) || ipa_uncached)
 229                 kvm_flush_dcache_to_poc(va, size);
 230
 231         if (!icache_is_aliasing()) {            /* PIPT */
 232                 flush_icache_range((unsigned long)va,
 233                                    (unsigned long)va + size);
 234         } else if (!icache_is_aivivt()) {       /* non ASID-tagged VIVT */
 235                 /* any kind of VIPT cache */
 236                 __flush_icache_all();
 237         }
 238 }
 239
 240 static inline void __kvm_flush_dcache_pte(pte_t pte)
 241 {
 242         struct page *page = pte_page(pte);
 243         kvm_flush_dcache_to_poc(page_address(page), PAGE_SIZE);
 244 }
 245
 246 static inline void __kvm_flush_dcache_pmd(pmd_t pmd)
 247 {
 248         struct page *page = pmd_page(pmd);
 249         kvm_flush_dcache_to_poc(page_address(page), PMD_SIZE);
 250 }
 251
 252 static inline void __kvm_flush_dcache_pud(pud_t pud)
 253 {
 254         struct page *page = pud_page(pud);
 255         kvm_flush_dcache_to_poc(page_address(page), PUD_SIZE);
 256 }
 257
 258 #define kvm_virt_to_phys(x)             __virt_to_phys((unsigned long)(x))
 259
 260 void kvm_set_way_flush(struct kvm_vcpu *vcpu);
 261 void kvm_toggle_cache(struct kvm_vcpu *vcpu, bool was_enabled);
 262
 263 static inline bool __kvm_cpu_uses_extended_idmap(void)
 264 {
 265         return __cpu_uses_extended_idmap();
 266 }
 267
 268 static inline void __kvm_extend_hypmap(pgd_t *boot_hyp_pgd,
 269                                        pgd_t *hyp_pgd,
 270                                        pgd_t *merged_hyp_pgd,
 271                                        unsigned long hyp_idmap_start)
 272 {
 273         int idmap_idx;
 274
 275         /*
 276          * Use the first entry to access the HYP mappings. It is
 277          * guaranteed to be free, otherwise we wouldn't use an
 278          * extended idmap.
 279          */
 280         VM_BUG_ON(pgd_val(merged_hyp_pgd[0]));
 281         merged_hyp_pgd[0] = __pgd(__pa(hyp_pgd) | PMD_TYPE_TABLE);
 282
 283         /*
 284          * Create another extended level entry that points to the boot HYP map,
 285          * which contains an ID mapping of the HYP init code. We essentially
 286          * merge the boot and runtime HYP maps by doing so, but they don't
 287          * overlap anyway, so this is fine.
 288          */
 289         idmap_idx = hyp_idmap_start >> VA_BITS;
 290         VM_BUG_ON(pgd_val(merged_hyp_pgd[idmap_idx]));
 291         merged_hyp_pgd[idmap_idx] = __pgd(__pa(boot_hyp_pgd) | PMD_TYPE_TABLE);
 292 }
 293
 294 static inline unsigned int kvm_get_vmid_bits(void)
 295 {
 296         int reg = read_system_reg(SYS_ID_AA64MMFR1_EL1);
 297
 298         return (cpuid_feature_extract_unsigned_field(reg, ID_AA64MMFR1_VMIDBITS_SHIFT) == 2) ? 16 : 8;
 299 }
 300
 301 #endif /* __ASSEMBLY__ */
 302 #endif /* __ARM64_KVM_MMU_H__ */