Kernel/x86_64 - Bugfixing
[tpg/acess2.git] / Kernel / arch / x86_64 / mm_virt.c
index 90c3721..708f78f 100644 (file)
@@ -9,6 +9,8 @@
 #include <proc.h>
 
 // === CONSTANTS ===
+#define PHYS_BITS      52      // TODO: Move out
+
 #define PML4_SHIFT     39
 #define PDP_SHIFT      30
 #define PDIR_SHIFT     21
 #define PDP_MASK       (((Uint)1 << 18)-1)
 #define PML4_MASK      (((Uint)1 << 9)-1)
 
-#define        PF_PRESENT      0x1
-#define        PF_WRITE        0x2
-#define        PF_USER         0x4
-#define        PF_LARGE        0x0
+#define        PF_PRESENT      0x001
+#define        PF_WRITE        0x002
+#define        PF_USER         0x004
+#define        PF_LARGE        0x000
 #define        PF_COW          0x200
 #define        PF_PAGED        0x400
 #define        PF_NX           0x80000000##00000000
 #define PAGEDIRPTR(idx)        PAGEDIR((MM_FRACTAL_BASE>>21)+((idx)&PDP_MASK))
 #define PAGEMAPLVL4(idx)       PAGEDIRPTR((MM_FRACTAL_BASE>>30)+((idx)&PML4_MASK))
 
+#define TMPTABLE(idx)  (*((tPAddr*)MM_TMPFRAC_BASE+((idx)&PAGE_MASK)))
+#define TMPDIR(idx)    TMPTABLE((MM_FRACTAL_BASE>>12)+((idx)&TABLE_MASK))
+#define TMPDIRPTR(idx) TMPDIR((MM_FRACTAL_BASE>>21)+((idx)&PDP_MASK))
+#define TMPMAPLVL4(idx)        TMPDIRPTR((MM_FRACTAL_BASE>>30)+((idx)&PML4_MASK))
+#define TMPCR3()       PAGEMAPLVL4(MM_TMPFRAC_BASE>>39)
+
 #define INVLPG(__addr) __asm__ __volatile__ ("invlpg (%0)"::"r"(__addr));
 
+// === CONSTS ===
+//tPAddr       * const gaPageTable = MM_FRACTAL_BASE;
+
+// === EXTERNS ===
+extern tPAddr  gInitialPML4[512];
+
 // === PROTOTYPES ===
 void   MM_InitVirt(void);
 //void MM_FinishVirtualInit(void);
 void   MM_PageFault(tVAddr Addr, Uint ErrorCode, tRegs *Regs);
 void   MM_DumpTables(tVAddr Start, tVAddr End);
+ int   MM_GetPageEntryPtr(tVAddr Addr, BOOL bTemp, BOOL bAllocate, BOOL bLargePage, tPAddr **Pointer);
+ int   MM_MapEx(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr, BOOL bTemp, BOOL bLarge);
 // int MM_Map(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr);
 void   MM_Unmap(tVAddr VAddr);
 void   MM_ClearUser(void);
  int   MM_GetPageEntry(tVAddr Addr, tPAddr *Phys, Uint *Flags);
 
 // === GLOBALS ===
+tMutex glMM_TempFractalLock;
 
 // === CODE ===
 void MM_InitVirt(void)
@@ -63,7 +80,7 @@ void MM_FinishVirtualInit(void)
  */
 void MM_PageFault(tVAddr Addr, Uint ErrorCode, tRegs *Regs)
 {
-       // TODO: Copy on Write
+       // TODO: Implement Copy-on-Write
        #if 0
        if( gaPageDir  [Addr>>22] & PF_PRESENT
         && gaPageTable[Addr>>12] & PF_PRESENT
@@ -138,7 +155,7 @@ void MM_DumpTables(tVAddr Start, tVAddr End)
        const tPAddr    CHANGEABLE_BITS = 0xFF8;
        const tPAddr    MASK = ~CHANGEABLE_BITS;        // Physical address and access bits
        tVAddr  rangeStart = 0;
-       tPAddr  expected = CHANGEABLE_BITS;     // MASK is used because it's not a vaild value
+       tPAddr  expected = CHANGEABLE_BITS;     // CHANGEABLE_BITS is used because it's not a vaild value
        tVAddr  curPos;
        Uint    page;
        
@@ -169,8 +186,9 @@ void MM_DumpTables(tVAddr Start, tVAddr End)
                ||  (PAGETABLE(page) & MASK) != expected)
                {                       
                        if(expected != CHANGEABLE_BITS) {
+                               #define CANOICAL(addr)  ((addr)&0x800000000000?(addr)|0xFFFF000000000000:(addr))
                                Log("%016x-0x%016x => %013x-%013x (%c%c%c%c)",
-                                       rangeStart, curPos - 1,
+                                       CANOICAL(rangeStart), CANOICAL(curPos - 1),
                                        PAGETABLE(rangeStart>>12) & ~0xFFF,
                                        (expected & ~0xFFF) - 1,
                                        (expected & PF_PAGED ? 'p' : '-'),
@@ -178,6 +196,7 @@ void MM_DumpTables(tVAddr Start, tVAddr End)
                                        (expected & PF_USER ? 'U' : '-'),
                                        (expected & PF_WRITE ? 'W' : '-')
                                        );
+                               #undef CANOICAL
                                expected = CHANGEABLE_BITS;
                        }
                        if( !(PAGEMAPLVL4(page>>27) & PF_PRESENT) ) {
@@ -222,71 +241,89 @@ void MM_DumpTables(tVAddr Start, tVAddr End)
 }
 
 /**
- * \brief Map a physical page to a virtual one
+ * \brief Get a pointer to a page entry
+ * \param Addr Virtual Address
+ * \param bTemp        Use the Temporary fractal mapping
+ * \param bAllocate    Allocate entries
+ * \param bLargePage   Request a large page
+ * \param Pointer      Location to place the calculated pointer
+ * \return Page size, or -ve on error
  */
-int MM_Map(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr)
+int MM_GetPageEntryPtr(tVAddr Addr, BOOL bTemp, BOOL bAllocate, BOOL bLargePage, tPAddr **Pointer)
 {
+       tPAddr  *pmlevels[4];
        tPAddr  tmp;
+       const int       ADDR_SIZES[] = {39, 30, 21, 12};
+       const int       nADDR_SIZES = sizeof(ADDR_SIZES)/sizeof(ADDR_SIZES[0]);
+        int    i;
        
-       ENTER("xVAddr xPAddr", VAddr, PAddr);
+       if( bTemp )
+               pmlevels[3] = (void*)MM_TMPFRAC_BASE;   // Temporary Page Table
+       else
+               pmlevels[3] = (void*)MM_FRACTAL_BASE;   // Page Table
+       pmlevels[2] = &pmlevels[3][(MM_FRACTAL_BASE>>12)&PAGE_MASK];    // PDIR
+       pmlevels[1] = &pmlevels[2][(MM_FRACTAL_BASE>>21)&TABLE_MASK];   // PDPT
+       pmlevels[0] = &pmlevels[1][(MM_FRACTAL_BASE>>30)&PDP_MASK];     // PML4
        
-       // Check that the page hasn't been mapped already
-       {
-               Uint    flags;
-                int    ret;
-               ret = MM_GetPageEntry(VAddr, &tmp, &flags);
-               if( flags & PF_PRESENT ) {
-                       LEAVE('i', 0);
-                       return 0;
-               }
-       }
+       // Mask address
+       Addr &= (1ULL << 48)-1;
        
-       // Check PML4
-       if( !(PAGEMAPLVL4(VAddr >> 39) & 1) )
+       for( i = 0; i < nADDR_SIZES-1; i ++ )
        {
-               tmp = MM_AllocPhys();
-               if(!tmp) {
-                       LEAVE('i', 0);
-                       return 0;
+//             INVLPG( &pmlevels[i][ (Addr >> ADDR_SIZES[i]) & 
+               
+               // Check for a large page
+               if( (Addr & ((1ULL << ADDR_SIZES[i])-1)) == 0 && bLargePage )
+               {
+                       if(Pointer)     *Pointer = &pmlevels[i][Addr >> ADDR_SIZES[i]];
+                       return ADDR_SIZES[i];
                }
-               PAGEMAPLVL4(VAddr >> 39) = tmp | 3;
-               INVLPG( &PAGEDIRPTR( (VAddr>>39)<<9 ) );
-               memset( &PAGEDIRPTR( (VAddr>>39)<<9 ), 0, 4096 );
-       }
-       
-       // Check PDP
-       if( !(PAGEDIRPTR(VAddr >> 30) & 1) )
-       {
-               tmp = MM_AllocPhys();
-               if(!tmp) {
-                       LEAVE('i', 0);
-                       return 0;
+               // Allocate an entry if required
+               if( !(pmlevels[i][Addr >> ADDR_SIZES[i]] & 1) )
+               {
+                       if( !bAllocate )        return -4;      // If allocation is not requested, error
+                       tmp = MM_AllocPhys();
+                       if(!tmp)        return -2;
+                       pmlevels[i][Addr >> ADDR_SIZES[i]] = tmp | 3;
+                       INVLPG( &pmlevels[i+1][ (Addr>>ADDR_SIZES[i])<<9 ] );
+                       memset( &pmlevels[i+1][ (Addr>>ADDR_SIZES[i])<<9 ], 0, 0x1000 );
                }
-               PAGEDIRPTR(VAddr >> 30) = tmp | 3;
-               INVLPG( &PAGEDIR( (VAddr>>30)<<9 ) );
-               memset( &PAGEDIR( (VAddr>>30)<<9 ), 0, 0x1000 );
-       }
-       
-       // Check Page Dir
-       if( !(PAGEDIR(VAddr >> 21) & 1) )
-       {
-               tmp = MM_AllocPhys();
-               if(!tmp) {
-                       LEAVE('i', 0);
-                       return 0;
+               // Catch large pages
+               else if( pmlevels[i][Addr >> ADDR_SIZES[i]] & PF_LARGE )
+               {
+                       // Alignment
+                       if( (Addr & ((1ULL << ADDR_SIZES[i])-1)) != 0 ) return -3;
+                       if(Pointer)     *Pointer = &pmlevels[i][Addr >> ADDR_SIZES[i]];
+                       return ADDR_SIZES[i];   // Large page warning
                }
-               PAGEDIR(VAddr >> 21) = tmp | 3;
-               INVLPG( &PAGETABLE( (VAddr>>21)<<9 ) );
-               memset( &PAGETABLE( (VAddr>>21)<<9 ), 0, 4096 );
        }
        
-       // Check if this virtual address is already mapped
-       if( PAGETABLE(VAddr >> PTAB_SHIFT) & 1 ) {
-               LEAVE('i', 0);
-               return 0;
-       }
+       // And, set the page table entry
+       if(Pointer)     *Pointer = &pmlevels[i][Addr >> ADDR_SIZES[i]];
+       return ADDR_SIZES[i];
+}
+
+/**
+ * \brief Map a physical page to a virtual one
+ * \param VAddr        Target virtual address
+ * \param PAddr        Physical address of page
+ * \param bTemp        Use tempoary mappings
+ * \param bLarge       Treat as a large page
+ */
+int MM_MapEx(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr, BOOL bTemp, BOOL bLarge)
+{
+       tPAddr  *ent;
+        int    rv;
+       
+       ENTER("xVAddr xPAddr", VAddr, PAddr);
+       
+       // Get page pointer (Allow allocating)
+       rv = MM_GetPageEntryPtr(VAddr, bTemp, 1, bLarge, &ent);
+       if(rv < 0)      LEAVE_RET('i', 0);
        
-       PAGETABLE(VAddr >> PTAB_SHIFT) = PAddr | 3;
+       if( *ent & 1 )  LEAVE_RET('i', 0);
+       
+       *ent = PAddr | 3;
        
        INVLPG( VAddr );
 
@@ -294,6 +331,16 @@ int MM_Map(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr)
        return 1;
 }
 
+/**
+ * \brief Map a physical page to a virtual one
+ * \param VAddr        Target virtual address
+ * \param PAddr        Physical address of page
+ */
+int MM_Map(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr)
+{
+       return MM_MapEx(VAddr, PAddr, 0, 0);
+}
+
 /**
  * \brief Removed a mapped page
  */
@@ -319,23 +366,13 @@ tPAddr MM_Allocate(tVAddr VAddr)
        
        ENTER("xVAddr", VAddr);
        
-       // NOTE: This is hack, but I like my dumps to be neat
-       #if 1
-       if( !MM_Map(VAddr, 0) ) // Make sure things are allocated
-       {
-               Warning("MM_Allocate: Unable to map, tables did not initialise");
-               LEAVE('i', 0);
-               return 0;
-       }
-       MM_Unmap(VAddr);
-       #endif
+       // Ensure the tables are allocated before the page (keeps things neat)
+       MM_GetPageEntryPtr(VAddr, 0, 1, 0, NULL);
        
+       // Allocate the page
        ret = MM_AllocPhys();
        LOG("ret = %x", ret);
-       if(!ret) {
-               LEAVE('i', 0);
-               return 0;
-       }
+       if(!ret)        LEAVE_RET('i', 0);
        
        if( !MM_Map(VAddr, ret) )
        {
@@ -345,10 +382,13 @@ tPAddr MM_Allocate(tVAddr VAddr)
                return 0;
        }
        
-       LEAVE('x', ret);
+       LEAVE('X', ret);
        return ret;
 }
 
+/**
+ * \brief Deallocate a page at a virtual address
+ */
 void MM_Deallocate(tVAddr VAddr)
 {
        tPAddr  phys;
@@ -370,57 +410,17 @@ void MM_Deallocate(tVAddr VAddr)
  */
 int MM_GetPageEntry(tVAddr Addr, tPAddr *Phys, Uint *Flags)
 {
-       if(!Phys || !Flags)     return 0;
+       tPAddr  *ptr;
+        int    ret;
        
-       // Check if the PML4 entry is present
-       if( !(PAGEMAPLVL4(Addr >> 39) & 1) ) {
-               *Phys = 0;
-               *Flags = 0;
-               return 39;
-       }
-       // - Check for large page
-       if( PAGEMAPLVL4(Addr >> 39) & PF_LARGE ) {
-               *Phys = PAGEMAPLVL4(Addr >> 39) & ~0xFFF;
-               *Flags = PAGEMAPLVL4(Addr >> 39) & 0xFFF;
-               return 39;
-       }
+       if(!Phys || !Flags)     return 0;
        
-       // Check the PDP entry
-       if( !(PAGEDIRPTR(Addr >> 30) & 1) ) {
-               *Phys = 0;
-               *Flags = 0;
-               return 30;
-       }
-       // - Check for large page
-       if( PAGEDIRPTR(Addr >> 30) & PF_LARGE ) {
-               *Phys = PAGEDIRPTR(Addr >> 30) & ~0xFFF;
-               *Flags = PAGEDIRPTR(Addr >> 30) & 0xFFF;
-               return 30;
-       }
+       ret = MM_GetPageEntryPtr(Addr, 0, 0, 0, &ptr);
+       if( ret < 0 )   return 0;
        
-       // Check PDIR Entry
-       if( !(PAGEDIR(Addr >> 21) & 1) ) {
-               *Phys = 0;
-               *Flags = 0;
-               return 21;
-       }
-       // - Check for large page
-       if( PAGEDIR(Addr >> 21) & PF_LARGE ) {
-               *Phys = PAGEDIR(Addr >> 21) & ~0xFFF;
-               *Flags = PAGEDIR(Addr >> 21) & 0xFFF;
-               return 21;
-       }
-       
-       // And, check the page table entry
-       if( !(PAGETABLE(Addr >> PTAB_SHIFT) & 1) ) {
-               *Phys = 0;
-               *Flags = 0;
-       }
-       else {
-               *Phys = PAGETABLE(Addr >> PTAB_SHIFT) & ~0xFFF;
-               *Flags = PAGETABLE(Addr >> PTAB_SHIFT) & 0xFFF;
-       }
-       return 12;
+       *Phys = *ptr & ~0xFFF;
+       *Flags = *ptr & 0xFFF;
+       return ret;
 }
 
 /**
@@ -428,12 +428,13 @@ int MM_GetPageEntry(tVAddr Addr, tPAddr *Phys, Uint *Flags)
  */
 tPAddr MM_GetPhysAddr(tVAddr Addr)
 {
-       tPAddr  ret;
-       Uint    flags;
+       tPAddr  *ptr;
+        int    ret;
        
-       MM_GetPageEntry(Addr, &ret, &flags);
+       ret = MM_GetPageEntryPtr(Addr, 0, 0, 0, &ptr);
+       if( ret < 0 )   return 0;
        
-       return ret | (Addr & 0xFFF);
+       return (*ptr & ~0xFFF) | (Addr & 0xFFF);
 }
 
 /**
@@ -442,19 +443,14 @@ tPAddr MM_GetPhysAddr(tVAddr Addr)
 void MM_SetFlags(tVAddr VAddr, Uint Flags, Uint Mask)
 {
        tPAddr  *ent;
+        int    rv;
        
-       // Validity Check
-       if( !(PAGEMAPLVL4(VAddr >> 39) & 1) )
-               return ;
-       if( !(PAGEDIRPTR(VAddr >> 30) & 1) )
-               return ;
-       if( !(PAGEDIR(VAddr >> 21) & 1) )
-               return ;
-       if( !(PAGETABLE(VAddr >> 12) & 1) )
-               return ;
+       // Get pointer
+       rv = MM_GetPageEntryPtr(VAddr, 0, 0, 0, &ent);
+       if(rv < 0)      return ;
        
-       // Set Flags
-       ent = &PAGETABLE(VAddr >> 12);
+       // Ensure the entry is valid
+       if( !(*ent & 1) )       return ;
        
        // Read-Only
        if( Mask & MM_PFLAG_RO )
@@ -509,20 +505,12 @@ void MM_SetFlags(tVAddr VAddr, Uint Flags, Uint Mask)
 Uint MM_GetFlags(tVAddr VAddr)
 {
        tPAddr  *ent;
-       Uint    ret = 0;
+        int    rv, ret = 0;
        
-       // Validity Check
-       if( !(PAGEMAPLVL4(VAddr >> 39) & 1) )
-               return 0;
-       if( !(PAGEDIRPTR(VAddr >> 30) & 1) )
-               return 0;
-       if( !(PAGEDIR(VAddr >> 21) & 1) )
-               return 0;
-       if( !(PAGETABLE(VAddr >> 12) & 1) )
-               return 0;
+       rv = MM_GetPageEntryPtr(VAddr, 0, 0, 0, &ent);
+       if(rv < 0)      return 0;
        
-       // Set Flags
-       ent = &PAGETABLE(VAddr >> 12);
+       if( !(*ent & 1) )       return 0;
        
        // Read-Only
        if( !(*ent & PF_WRITE) )        ret |= MM_PFLAG_RO;
@@ -542,6 +530,30 @@ Uint MM_GetFlags(tVAddr VAddr)
  */
 tVAddr MM_MapHWPages(tPAddr PAddr, Uint Number)
 {
+       tVAddr  ret;
+        int    num;
+       
+       //TODO: Add speedups (memory of first possible free)
+       for( ret = MM_HWMAP_BASE; ret < MM_HWMAP_TOP; ret += 0x1000 )
+       {
+               for( num = Number; num -- && ret < MM_HWMAP_TOP; ret += 0x1000 )
+               {
+                       if( MM_GetPhysAddr(ret) != 0 )  break;
+               }
+               if( num >= 0 )  continue;
+               
+               PAddr += 0x1000 * Number;
+               
+               while( Number -- )
+               {
+                       ret -= 0x1000;
+                       PAddr -= 0x1000;
+                       MM_Map(ret, PAddr);
+               }
+               
+               return ret;
+       }
+       
        Log_KernelPanic("MM", "TODO: Implement MM_MapHWPages");
        return 0;
 }
@@ -551,7 +563,60 @@ tVAddr MM_MapHWPages(tPAddr PAddr, Uint Number)
  */
 void MM_UnmapHWPages(tVAddr VAddr, Uint Number)
 {
-       Log_KernelPanic("MM", "TODO: Implement MM_UnmapHWPages");
+//     Log_KernelPanic("MM", "TODO: Implement MM_UnmapHWPages");
+       while( Number -- )
+       {
+               MM_Unmap(VAddr);
+               VAddr += 0x1000;
+       }
+}
+
+
+/**
+ * \fn tVAddr MM_AllocDMA(int Pages, int MaxBits, tPAddr *PhysAddr)
+ * \brief Allocates DMA physical memory
+ * \param Pages        Number of pages required
+ * \param MaxBits      Maximum number of bits the physical address can have
+ * \param PhysAddr     Pointer to the location to place the physical address allocated
+ * \return Virtual address allocate
+ */
+tVAddr MM_AllocDMA(int Pages, int MaxBits, tPAddr *PhysAddr)
+{
+       tPAddr  phys;
+       tVAddr  ret;
+       
+       // Sanity Check
+       if(MaxBits < 12 || !PhysAddr)   return 0;
+       
+       // Fast Allocate
+       if(Pages == 1 && MaxBits >= PHYS_BITS)
+       {
+               phys = MM_AllocPhys();
+               *PhysAddr = phys;
+               ret = MM_MapHWPages(phys, 1);
+               if(ret == 0) {
+                       MM_DerefPhys(phys);
+                       return 0;
+               }
+               return ret;
+       }
+       
+       // Slow Allocate
+       phys = MM_AllocPhysRange(Pages, MaxBits);
+       // - Was it allocated?
+       if(phys == 0)   return 0;
+       
+       // Allocated successfully, now map
+       ret = MM_MapHWPages(phys, Pages);
+       if( ret == 0 ) {
+               // If it didn't map, free then return 0
+               for(;Pages--;phys+=0x1000)
+                       MM_DerefPhys(phys);
+               return 0;
+       }
+       
+       *PhysAddr = phys;
+       return ret;
 }
 
 // --- Tempory Mappings ---
@@ -577,11 +642,20 @@ tPAddr MM_Clone(void)
        ret = MM_AllocPhys();
        if(!ret)        return 0;
        
+       // #2 Alter the fractal pointer
+       Mutex_Acquire(&glMM_TempFractalLock);
+       TMPCR3() = ret | 3;
+       
+       INVLPG(TMPMAPLVL4(0));
+       memcpy(&TMPMAPLVL4(0), &PAGEMAPLVL4(0), 0x1000);
+       
        Log_KernelPanic("MM", "TODO: Implement MM_Clone");
        
-       // #2 Alter the fractal pointer
        // #3 Set Copy-On-Write to all user pages
        // #4 Return
+       TMPCR3() = 0;
+       INVLPG(TMPMAPLVL4(0));
+       Mutex_Release(&glMM_TempFractalLock);
        return 0;
 }
 
@@ -640,8 +714,41 @@ void MM_ClearUser(void)
 
 tVAddr MM_NewWorkerStack(void)
 {
-       Log_KernelPanic("MM", "TODO: Implement MM_NewWorkerStack");
-       return 0;
+       tVAddr  ret;
+        int    i;
+       
+//     Log_KernelPanic("MM", "TODO: Implement MM_NewWorkerStack");
+       
+       // #1 Set temp fractal to PID0
+       Mutex_Acquire(&glMM_TempFractalLock);
+       TMPCR3() = ((tPAddr)gInitialPML4 - KERNEL_BASE) | 3;
+       
+       // #2 Scan for a free stack addresss < 2^47
+       for(ret = 0x100000; ret < (1ULL << 47); ret += KERNEL_STACK_SIZE)
+       {
+               if( MM_GetPhysAddr(ret) == 0 )  break;
+       }
+       if( ret >= (1ULL << 47) ) {
+               Mutex_Release(&glMM_TempFractalLock);
+               return 0;
+       }
+       
+       // #3 Map all save the last page in the range
+       //    - This acts as as guard page, and doesn't cost us anything.
+       for( i = 0; i < KERNEL_STACK_SIZE/0x1000 - 1; i ++ )
+       {
+               tPAddr  phys = MM_AllocPhys();
+               if(!phys) {
+                       // TODO: Clean up
+                       Log_Error("MM", "MM_NewWorkerStack - Unable to allocate page");
+                       return 0;
+               }
+               MM_MapEx(ret + i*0x1000, phys, 1, 0);
+       }
+       
+       Mutex_Release(&glMM_TempFractalLock);
+       
+       return ret + i*0x1000;
 }
 
 /**

UCC git Repository :: git.ucc.asn.au