AMD IOMMU: make dma_ops_free_pagetable generic
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / arch / x86 / kernel / amd_iommu.c
1 /*
2  * Copyright (C) 2007-2008 Advanced Micro Devices, Inc.
3  * Author: Joerg Roedel <joerg.roedel@amd.com>
4  *         Leo Duran <leo.duran@amd.com>
5  *
6  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
7  * under the terms of the GNU General Public License version 2 as published
8  * by the Free Software Foundation.
9  *
10  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
11  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
13  * GNU General Public License for more details.
14  *
15  * You should have received a copy of the GNU General Public License
16  * along with this program; if not, write to the Free Software
17  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307 USA
18  */
19
20 #include <linux/pci.h>
21 #include <linux/gfp.h>
22 #include <linux/bitops.h>
23 #include <linux/scatterlist.h>
24 #include <linux/iommu-helper.h>
25 #include <asm/proto.h>
26 #include <asm/iommu.h>
27 #include <asm/gart.h>
28 #include <asm/amd_iommu_types.h>
29 #include <asm/amd_iommu.h>
30
31 #define CMD_SET_TYPE(cmd, t) ((cmd)->data[1] |= ((t) << 28))
32
33 #define EXIT_LOOP_COUNT 10000000
34
35 static DEFINE_RWLOCK(amd_iommu_devtable_lock);
36
37 /* A list of preallocated protection domains */
38 static LIST_HEAD(iommu_pd_list);
39 static DEFINE_SPINLOCK(iommu_pd_list_lock);
40
41 /*
42  * general struct to manage commands send to an IOMMU
43  */
44 struct iommu_cmd {
45         u32 data[4];
46 };
47
48 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
49                              struct unity_map_entry *e);
50
51 /* returns !0 if the IOMMU is caching non-present entries in its TLB */
52 static int iommu_has_npcache(struct amd_iommu *iommu)
53 {
54         return iommu->cap & (1UL << IOMMU_CAP_NPCACHE);
55 }
56
57 /****************************************************************************
58  *
59  * Interrupt handling functions
60  *
61  ****************************************************************************/
62
63 static void iommu_print_event(void *__evt)
64 {
65         u32 *event = __evt;
66         int type  = (event[1] >> EVENT_TYPE_SHIFT)  & EVENT_TYPE_MASK;
67         int devid = (event[0] >> EVENT_DEVID_SHIFT) & EVENT_DEVID_MASK;
68         int domid = (event[1] >> EVENT_DOMID_SHIFT) & EVENT_DOMID_MASK;
69         int flags = (event[1] >> EVENT_FLAGS_SHIFT) & EVENT_FLAGS_MASK;
70         u64 address = (u64)(((u64)event[3]) << 32) | event[2];
71
72         printk(KERN_ERR "AMD IOMMU: Event logged [");
73
74         switch (type) {
75         case EVENT_TYPE_ILL_DEV:
76                 printk("ILLEGAL_DEV_TABLE_ENTRY device=%02x:%02x.%x "
77                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
78                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
79                        address, flags);
80                 break;
81         case EVENT_TYPE_IO_FAULT:
82                 printk("IO_PAGE_FAULT device=%02x:%02x.%x "
83                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
84                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
85                        domid, address, flags);
86                 break;
87         case EVENT_TYPE_DEV_TAB_ERR:
88                 printk("DEV_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
89                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
90                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
91                        address, flags);
92                 break;
93         case EVENT_TYPE_PAGE_TAB_ERR:
94                 printk("PAGE_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
95                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
96                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
97                        domid, address, flags);
98                 break;
99         case EVENT_TYPE_ILL_CMD:
100                 printk("ILLEGAL_COMMAND_ERROR address=0x%016llx]\n", address);
101                 break;
102         case EVENT_TYPE_CMD_HARD_ERR:
103                 printk("COMMAND_HARDWARE_ERROR address=0x%016llx "
104                        "flags=0x%04x]\n", address, flags);
105                 break;
106         case EVENT_TYPE_IOTLB_INV_TO:
107                 printk("IOTLB_INV_TIMEOUT device=%02x:%02x.%x "
108                        "address=0x%016llx]\n",
109                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
110                        address);
111                 break;
112         case EVENT_TYPE_INV_DEV_REQ:
113                 printk("INVALID_DEVICE_REQUEST device=%02x:%02x.%x "
114                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
115                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
116                        address, flags);
117                 break;
118         default:
119                 printk(KERN_ERR "UNKNOWN type=0x%02x]\n", type);
120         }
121 }
122
123 static void iommu_poll_events(struct amd_iommu *iommu)
124 {
125         u32 head, tail;
126         unsigned long flags;
127
128         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
129
130         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
131         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_TAIL_OFFSET);
132
133         while (head != tail) {
134                 iommu_print_event(iommu->evt_buf + head);
135                 head = (head + EVENT_ENTRY_SIZE) % iommu->evt_buf_size;
136         }
137
138         writel(head, iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
139
140         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
141 }
142
143 irqreturn_t amd_iommu_int_handler(int irq, void *data)
144 {
145         struct amd_iommu *iommu;
146
147         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list)
148                 iommu_poll_events(iommu);
149
150         return IRQ_HANDLED;
151 }
152
153 /****************************************************************************
154  *
155  * IOMMU command queuing functions
156  *
157  ****************************************************************************/
158
159 /*
160  * Writes the command to the IOMMUs command buffer and informs the
161  * hardware about the new command. Must be called with iommu->lock held.
162  */
163 static int __iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
164 {
165         u32 tail, head;
166         u8 *target;
167
168         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
169         target = iommu->cmd_buf + tail;
170         memcpy_toio(target, cmd, sizeof(*cmd));
171         tail = (tail + sizeof(*cmd)) % iommu->cmd_buf_size;
172         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_HEAD_OFFSET);
173         if (tail == head)
174                 return -ENOMEM;
175         writel(tail, iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
176
177         return 0;
178 }
179
180 /*
181  * General queuing function for commands. Takes iommu->lock and calls
182  * __iommu_queue_command().
183  */
184 static int iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
185 {
186         unsigned long flags;
187         int ret;
188
189         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
190         ret = __iommu_queue_command(iommu, cmd);
191         if (!ret)
192                 iommu->need_sync = 1;
193         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
194
195         return ret;
196 }
197
198 /*
199  * This function is called whenever we need to ensure that the IOMMU has
200  * completed execution of all commands we sent. It sends a
201  * COMPLETION_WAIT command and waits for it to finish. The IOMMU informs
202  * us about that by writing a value to a physical address we pass with
203  * the command.
204  */
205 static int iommu_completion_wait(struct amd_iommu *iommu)
206 {
207         int ret = 0, ready = 0;
208         unsigned status = 0;
209         struct iommu_cmd cmd;
210         unsigned long flags, i = 0;
211
212         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
213         cmd.data[0] = CMD_COMPL_WAIT_INT_MASK;
214         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_COMPL_WAIT);
215
216         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
217
218         if (!iommu->need_sync)
219                 goto out;
220
221         iommu->need_sync = 0;
222
223         ret = __iommu_queue_command(iommu, &cmd);
224
225         if (ret)
226                 goto out;
227
228         while (!ready && (i < EXIT_LOOP_COUNT)) {
229                 ++i;
230                 /* wait for the bit to become one */
231                 status = readl(iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
232                 ready = status & MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
233         }
234
235         /* set bit back to zero */
236         status &= ~MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
237         writel(status, iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
238
239         if (unlikely(i == EXIT_LOOP_COUNT))
240                 panic("AMD IOMMU: Completion wait loop failed\n");
241
242 out:
243         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
244
245         return 0;
246 }
247
248 /*
249  * Command send function for invalidating a device table entry
250  */
251 static int iommu_queue_inv_dev_entry(struct amd_iommu *iommu, u16 devid)
252 {
253         struct iommu_cmd cmd;
254         int ret;
255
256         BUG_ON(iommu == NULL);
257
258         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
259         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_INV_DEV_ENTRY);
260         cmd.data[0] = devid;
261
262         ret = iommu_queue_command(iommu, &cmd);
263
264         return ret;
265 }
266
267 /*
268  * Generic command send function for invalidaing TLB entries
269  */
270 static int iommu_queue_inv_iommu_pages(struct amd_iommu *iommu,
271                 u64 address, u16 domid, int pde, int s)
272 {
273         struct iommu_cmd cmd;
274         int ret;
275
276         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
277         address &= PAGE_MASK;
278         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_INV_IOMMU_PAGES);
279         cmd.data[1] |= domid;
280         cmd.data[2] = lower_32_bits(address);
281         cmd.data[3] = upper_32_bits(address);
282         if (s) /* size bit - we flush more than one 4kb page */
283                 cmd.data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_SIZE_MASK;
284         if (pde) /* PDE bit - we wan't flush everything not only the PTEs */
285                 cmd.data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_PDE_MASK;
286
287         ret = iommu_queue_command(iommu, &cmd);
288
289         return ret;
290 }
291
292 /*
293  * TLB invalidation function which is called from the mapping functions.
294  * It invalidates a single PTE if the range to flush is within a single
295  * page. Otherwise it flushes the whole TLB of the IOMMU.
296  */
297 static int iommu_flush_pages(struct amd_iommu *iommu, u16 domid,
298                 u64 address, size_t size)
299 {
300         int s = 0;
301         unsigned pages = iommu_num_pages(address, size, PAGE_SIZE);
302
303         address &= PAGE_MASK;
304
305         if (pages > 1) {
306                 /*
307                  * If we have to flush more than one page, flush all
308                  * TLB entries for this domain
309                  */
310                 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
311                 s = 1;
312         }
313
314         iommu_queue_inv_iommu_pages(iommu, address, domid, 0, s);
315
316         return 0;
317 }
318
319 /* Flush the whole IO/TLB for a given protection domain */
320 static void iommu_flush_tlb(struct amd_iommu *iommu, u16 domid)
321 {
322         u64 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
323
324         iommu_queue_inv_iommu_pages(iommu, address, domid, 0, 1);
325 }
326
327 /****************************************************************************
328  *
329  * The functions below are used the create the page table mappings for
330  * unity mapped regions.
331  *
332  ****************************************************************************/
333
334 /*
335  * Generic mapping functions. It maps a physical address into a DMA
336  * address space. It allocates the page table pages if necessary.
337  * In the future it can be extended to a generic mapping function
338  * supporting all features of AMD IOMMU page tables like level skipping
339  * and full 64 bit address spaces.
340  */
341 static int iommu_map_page(struct protection_domain *dom,
342                           unsigned long bus_addr,
343                           unsigned long phys_addr,
344                           int prot)
345 {
346         u64 __pte, *pte, *page;
347
348         bus_addr  = PAGE_ALIGN(bus_addr);
349         phys_addr = PAGE_ALIGN(phys_addr);
350
351         /* only support 512GB address spaces for now */
352         if (bus_addr > IOMMU_MAP_SIZE_L3 || !(prot & IOMMU_PROT_MASK))
353                 return -EINVAL;
354
355         pte = &dom->pt_root[IOMMU_PTE_L2_INDEX(bus_addr)];
356
357         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
358                 page = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
359                 if (!page)
360                         return -ENOMEM;
361                 *pte = IOMMU_L2_PDE(virt_to_phys(page));
362         }
363
364         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
365         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(bus_addr)];
366
367         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
368                 page = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
369                 if (!page)
370                         return -ENOMEM;
371                 *pte = IOMMU_L1_PDE(virt_to_phys(page));
372         }
373
374         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
375         pte = &pte[IOMMU_PTE_L0_INDEX(bus_addr)];
376
377         if (IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
378                 return -EBUSY;
379
380         __pte = phys_addr | IOMMU_PTE_P;
381         if (prot & IOMMU_PROT_IR)
382                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
383         if (prot & IOMMU_PROT_IW)
384                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
385
386         *pte = __pte;
387
388         return 0;
389 }
390
391 /*
392  * This function checks if a specific unity mapping entry is needed for
393  * this specific IOMMU.
394  */
395 static int iommu_for_unity_map(struct amd_iommu *iommu,
396                                struct unity_map_entry *entry)
397 {
398         u16 bdf, i;
399
400         for (i = entry->devid_start; i <= entry->devid_end; ++i) {
401                 bdf = amd_iommu_alias_table[i];
402                 if (amd_iommu_rlookup_table[bdf] == iommu)
403                         return 1;
404         }
405
406         return 0;
407 }
408
409 /*
410  * Init the unity mappings for a specific IOMMU in the system
411  *
412  * Basically iterates over all unity mapping entries and applies them to
413  * the default domain DMA of that IOMMU if necessary.
414  */
415 static int iommu_init_unity_mappings(struct amd_iommu *iommu)
416 {
417         struct unity_map_entry *entry;
418         int ret;
419
420         list_for_each_entry(entry, &amd_iommu_unity_map, list) {
421                 if (!iommu_for_unity_map(iommu, entry))
422                         continue;
423                 ret = dma_ops_unity_map(iommu->default_dom, entry);
424                 if (ret)
425                         return ret;
426         }
427
428         return 0;
429 }
430
431 /*
432  * This function actually applies the mapping to the page table of the
433  * dma_ops domain.
434  */
435 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
436                              struct unity_map_entry *e)
437 {
438         u64 addr;
439         int ret;
440
441         for (addr = e->address_start; addr < e->address_end;
442              addr += PAGE_SIZE) {
443                 ret = iommu_map_page(&dma_dom->domain, addr, addr, e->prot);
444                 if (ret)
445                         return ret;
446                 /*
447                  * if unity mapping is in aperture range mark the page
448                  * as allocated in the aperture
449                  */
450                 if (addr < dma_dom->aperture_size)
451                         __set_bit(addr >> PAGE_SHIFT, dma_dom->bitmap);
452         }
453
454         return 0;
455 }
456
457 /*
458  * Inits the unity mappings required for a specific device
459  */
460 static int init_unity_mappings_for_device(struct dma_ops_domain *dma_dom,
461                                           u16 devid)
462 {
463         struct unity_map_entry *e;
464         int ret;
465
466         list_for_each_entry(e, &amd_iommu_unity_map, list) {
467                 if (!(devid >= e->devid_start && devid <= e->devid_end))
468                         continue;
469                 ret = dma_ops_unity_map(dma_dom, e);
470                 if (ret)
471                         return ret;
472         }
473
474         return 0;
475 }
476
477 /****************************************************************************
478  *
479  * The next functions belong to the address allocator for the dma_ops
480  * interface functions. They work like the allocators in the other IOMMU
481  * drivers. Its basically a bitmap which marks the allocated pages in
482  * the aperture. Maybe it could be enhanced in the future to a more
483  * efficient allocator.
484  *
485  ****************************************************************************/
486
487 /*
488  * The address allocator core function.
489  *
490  * called with domain->lock held
491  */
492 static unsigned long dma_ops_alloc_addresses(struct device *dev,
493                                              struct dma_ops_domain *dom,
494                                              unsigned int pages,
495                                              unsigned long align_mask,
496                                              u64 dma_mask)
497 {
498         unsigned long limit;
499         unsigned long address;
500         unsigned long boundary_size;
501
502         boundary_size = ALIGN(dma_get_seg_boundary(dev) + 1,
503                         PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
504         limit = iommu_device_max_index(dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT, 0,
505                                        dma_mask >> PAGE_SHIFT);
506
507         if (dom->next_bit >= limit) {
508                 dom->next_bit = 0;
509                 dom->need_flush = true;
510         }
511
512         address = iommu_area_alloc(dom->bitmap, limit, dom->next_bit, pages,
513                                    0 , boundary_size, align_mask);
514         if (address == -1) {
515                 address = iommu_area_alloc(dom->bitmap, limit, 0, pages,
516                                 0, boundary_size, align_mask);
517                 dom->need_flush = true;
518         }
519
520         if (likely(address != -1)) {
521                 dom->next_bit = address + pages;
522                 address <<= PAGE_SHIFT;
523         } else
524                 address = bad_dma_address;
525
526         WARN_ON((address + (PAGE_SIZE*pages)) > dom->aperture_size);
527
528         return address;
529 }
530
531 /*
532  * The address free function.
533  *
534  * called with domain->lock held
535  */
536 static void dma_ops_free_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
537                                    unsigned long address,
538                                    unsigned int pages)
539 {
540         address >>= PAGE_SHIFT;
541         iommu_area_free(dom->bitmap, address, pages);
542
543         if (address >= dom->next_bit)
544                 dom->need_flush = true;
545 }
546
547 /****************************************************************************
548  *
549  * The next functions belong to the domain allocation. A domain is
550  * allocated for every IOMMU as the default domain. If device isolation
551  * is enabled, every device get its own domain. The most important thing
552  * about domains is the page table mapping the DMA address space they
553  * contain.
554  *
555  ****************************************************************************/
556
557 static u16 domain_id_alloc(void)
558 {
559         unsigned long flags;
560         int id;
561
562         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
563         id = find_first_zero_bit(amd_iommu_pd_alloc_bitmap, MAX_DOMAIN_ID);
564         BUG_ON(id == 0);
565         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
566                 __set_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
567         else
568                 id = 0;
569         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
570
571         return id;
572 }
573
574 /*
575  * Used to reserve address ranges in the aperture (e.g. for exclusion
576  * ranges.
577  */
578 static void dma_ops_reserve_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
579                                       unsigned long start_page,
580                                       unsigned int pages)
581 {
582         unsigned int last_page = dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT;
583
584         if (start_page + pages > last_page)
585                 pages = last_page - start_page;
586
587         iommu_area_reserve(dom->bitmap, start_page, pages);
588 }
589
590 static void free_pagetable(struct protection_domain *domain)
591 {
592         int i, j;
593         u64 *p1, *p2, *p3;
594
595         p1 = domain->pt_root;
596
597         if (!p1)
598                 return;
599
600         for (i = 0; i < 512; ++i) {
601                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p1[i]))
602                         continue;
603
604                 p2 = IOMMU_PTE_PAGE(p1[i]);
605                 for (j = 0; j < 512; ++j) {
606                         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p2[j]))
607                                 continue;
608                         p3 = IOMMU_PTE_PAGE(p2[j]);
609                         free_page((unsigned long)p3);
610                 }
611
612                 free_page((unsigned long)p2);
613         }
614
615         free_page((unsigned long)p1);
616
617         domain->pt_root = NULL;
618 }
619
620 /*
621  * Free a domain, only used if something went wrong in the
622  * allocation path and we need to free an already allocated page table
623  */
624 static void dma_ops_domain_free(struct dma_ops_domain *dom)
625 {
626         if (!dom)
627                 return;
628
629         free_pagetable(&dom->domain);
630
631         kfree(dom->pte_pages);
632
633         kfree(dom->bitmap);
634
635         kfree(dom);
636 }
637
638 /*
639  * Allocates a new protection domain usable for the dma_ops functions.
640  * It also intializes the page table and the address allocator data
641  * structures required for the dma_ops interface
642  */
643 static struct dma_ops_domain *dma_ops_domain_alloc(struct amd_iommu *iommu,
644                                                    unsigned order)
645 {
646         struct dma_ops_domain *dma_dom;
647         unsigned i, num_pte_pages;
648         u64 *l2_pde;
649         u64 address;
650
651         /*
652          * Currently the DMA aperture must be between 32 MB and 1GB in size
653          */
654         if ((order < 25) || (order > 30))
655                 return NULL;
656
657         dma_dom = kzalloc(sizeof(struct dma_ops_domain), GFP_KERNEL);
658         if (!dma_dom)
659                 return NULL;
660
661         spin_lock_init(&dma_dom->domain.lock);
662
663         dma_dom->domain.id = domain_id_alloc();
664         if (dma_dom->domain.id == 0)
665                 goto free_dma_dom;
666         dma_dom->domain.mode = PAGE_MODE_3_LEVEL;
667         dma_dom->domain.pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
668         dma_dom->domain.priv = dma_dom;
669         if (!dma_dom->domain.pt_root)
670                 goto free_dma_dom;
671         dma_dom->aperture_size = (1ULL << order);
672         dma_dom->bitmap = kzalloc(dma_dom->aperture_size / (PAGE_SIZE * 8),
673                                   GFP_KERNEL);
674         if (!dma_dom->bitmap)
675                 goto free_dma_dom;
676         /*
677          * mark the first page as allocated so we never return 0 as
678          * a valid dma-address. So we can use 0 as error value
679          */
680         dma_dom->bitmap[0] = 1;
681         dma_dom->next_bit = 0;
682
683         dma_dom->need_flush = false;
684         dma_dom->target_dev = 0xffff;
685
686         /* Intialize the exclusion range if necessary */
687         if (iommu->exclusion_start &&
688             iommu->exclusion_start < dma_dom->aperture_size) {
689                 unsigned long startpage = iommu->exclusion_start >> PAGE_SHIFT;
690                 int pages = iommu_num_pages(iommu->exclusion_start,
691                                             iommu->exclusion_length,
692                                             PAGE_SIZE);
693                 dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, startpage, pages);
694         }
695
696         /*
697          * At the last step, build the page tables so we don't need to
698          * allocate page table pages in the dma_ops mapping/unmapping
699          * path.
700          */
701         num_pte_pages = dma_dom->aperture_size / (PAGE_SIZE * 512);
702         dma_dom->pte_pages = kzalloc(num_pte_pages * sizeof(void *),
703                         GFP_KERNEL);
704         if (!dma_dom->pte_pages)
705                 goto free_dma_dom;
706
707         l2_pde = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
708         if (l2_pde == NULL)
709                 goto free_dma_dom;
710
711         dma_dom->domain.pt_root[0] = IOMMU_L2_PDE(virt_to_phys(l2_pde));
712
713         for (i = 0; i < num_pte_pages; ++i) {
714                 dma_dom->pte_pages[i] = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
715                 if (!dma_dom->pte_pages[i])
716                         goto free_dma_dom;
717                 address = virt_to_phys(dma_dom->pte_pages[i]);
718                 l2_pde[i] = IOMMU_L1_PDE(address);
719         }
720
721         return dma_dom;
722
723 free_dma_dom:
724         dma_ops_domain_free(dma_dom);
725
726         return NULL;
727 }
728
729 /*
730  * Find out the protection domain structure for a given PCI device. This
731  * will give us the pointer to the page table root for example.
732  */
733 static struct protection_domain *domain_for_device(u16 devid)
734 {
735         struct protection_domain *dom;
736         unsigned long flags;
737
738         read_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
739         dom = amd_iommu_pd_table[devid];
740         read_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
741
742         return dom;
743 }
744
745 /*
746  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
747  * assigns it visible for the hardware
748  */
749 static void set_device_domain(struct amd_iommu *iommu,
750                               struct protection_domain *domain,
751                               u16 devid)
752 {
753         unsigned long flags;
754
755         u64 pte_root = virt_to_phys(domain->pt_root);
756
757         pte_root |= (domain->mode & DEV_ENTRY_MODE_MASK)
758                     << DEV_ENTRY_MODE_SHIFT;
759         pte_root |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
760
761         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
762         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = lower_32_bits(pte_root);
763         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = upper_32_bits(pte_root);
764         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = domain->id;
765
766         amd_iommu_pd_table[devid] = domain;
767         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
768
769         iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, devid);
770 }
771
772 /*****************************************************************************
773  *
774  * The next functions belong to the dma_ops mapping/unmapping code.
775  *
776  *****************************************************************************/
777
778 /*
779  * This function checks if the driver got a valid device from the caller to
780  * avoid dereferencing invalid pointers.
781  */
782 static bool check_device(struct device *dev)
783 {
784         if (!dev || !dev->dma_mask)
785                 return false;
786
787         return true;
788 }
789
790 /*
791  * In this function the list of preallocated protection domains is traversed to
792  * find the domain for a specific device
793  */
794 static struct dma_ops_domain *find_protection_domain(u16 devid)
795 {
796         struct dma_ops_domain *entry, *ret = NULL;
797         unsigned long flags;
798
799         if (list_empty(&iommu_pd_list))
800                 return NULL;
801
802         spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
803
804         list_for_each_entry(entry, &iommu_pd_list, list) {
805                 if (entry->target_dev == devid) {
806                         ret = entry;
807                         list_del(&ret->list);
808                         break;
809                 }
810         }
811
812         spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
813
814         return ret;
815 }
816
817 /*
818  * In the dma_ops path we only have the struct device. This function
819  * finds the corresponding IOMMU, the protection domain and the
820  * requestor id for a given device.
821  * If the device is not yet associated with a domain this is also done
822  * in this function.
823  */
824 static int get_device_resources(struct device *dev,
825                                 struct amd_iommu **iommu,
826                                 struct protection_domain **domain,
827                                 u16 *bdf)
828 {
829         struct dma_ops_domain *dma_dom;
830         struct pci_dev *pcidev;
831         u16 _bdf;
832
833         *iommu = NULL;
834         *domain = NULL;
835         *bdf = 0xffff;
836
837         if (dev->bus != &pci_bus_type)
838                 return 0;
839
840         pcidev = to_pci_dev(dev);
841         _bdf = calc_devid(pcidev->bus->number, pcidev->devfn);
842
843         /* device not translated by any IOMMU in the system? */
844         if (_bdf > amd_iommu_last_bdf)
845                 return 0;
846
847         *bdf = amd_iommu_alias_table[_bdf];
848
849         *iommu = amd_iommu_rlookup_table[*bdf];
850         if (*iommu == NULL)
851                 return 0;
852         *domain = domain_for_device(*bdf);
853         if (*domain == NULL) {
854                 dma_dom = find_protection_domain(*bdf);
855                 if (!dma_dom)
856                         dma_dom = (*iommu)->default_dom;
857                 *domain = &dma_dom->domain;
858                 set_device_domain(*iommu, *domain, *bdf);
859                 printk(KERN_INFO "AMD IOMMU: Using protection domain %d for "
860                                 "device ", (*domain)->id);
861                 print_devid(_bdf, 1);
862         }
863
864         if (domain_for_device(_bdf) == NULL)
865                 set_device_domain(*iommu, *domain, _bdf);
866
867         return 1;
868 }
869
870 /*
871  * This is the generic map function. It maps one 4kb page at paddr to
872  * the given address in the DMA address space for the domain.
873  */
874 static dma_addr_t dma_ops_domain_map(struct amd_iommu *iommu,
875                                      struct dma_ops_domain *dom,
876                                      unsigned long address,
877                                      phys_addr_t paddr,
878                                      int direction)
879 {
880         u64 *pte, __pte;
881
882         WARN_ON(address > dom->aperture_size);
883
884         paddr &= PAGE_MASK;
885
886         pte  = dom->pte_pages[IOMMU_PTE_L1_INDEX(address)];
887         pte += IOMMU_PTE_L0_INDEX(address);
888
889         __pte = paddr | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
890
891         if (direction == DMA_TO_DEVICE)
892                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
893         else if (direction == DMA_FROM_DEVICE)
894                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
895         else if (direction == DMA_BIDIRECTIONAL)
896                 __pte |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW;
897
898         WARN_ON(*pte);
899
900         *pte = __pte;
901
902         return (dma_addr_t)address;
903 }
904
905 /*
906  * The generic unmapping function for on page in the DMA address space.
907  */
908 static void dma_ops_domain_unmap(struct amd_iommu *iommu,
909                                  struct dma_ops_domain *dom,
910                                  unsigned long address)
911 {
912         u64 *pte;
913
914         if (address >= dom->aperture_size)
915                 return;
916
917         WARN_ON(address & ~PAGE_MASK || address >= dom->aperture_size);
918
919         pte  = dom->pte_pages[IOMMU_PTE_L1_INDEX(address)];
920         pte += IOMMU_PTE_L0_INDEX(address);
921
922         WARN_ON(!*pte);
923
924         *pte = 0ULL;
925 }
926
927 /*
928  * This function contains common code for mapping of a physically
929  * contiguous memory region into DMA address space. It is used by all
930  * mapping functions provided with this IOMMU driver.
931  * Must be called with the domain lock held.
932  */
933 static dma_addr_t __map_single(struct device *dev,
934                                struct amd_iommu *iommu,
935                                struct dma_ops_domain *dma_dom,
936                                phys_addr_t paddr,
937                                size_t size,
938                                int dir,
939                                bool align,
940                                u64 dma_mask)
941 {
942         dma_addr_t offset = paddr & ~PAGE_MASK;
943         dma_addr_t address, start;
944         unsigned int pages;
945         unsigned long align_mask = 0;
946         int i;
947
948         pages = iommu_num_pages(paddr, size, PAGE_SIZE);
949         paddr &= PAGE_MASK;
950
951         if (align)
952                 align_mask = (1UL << get_order(size)) - 1;
953
954         address = dma_ops_alloc_addresses(dev, dma_dom, pages, align_mask,
955                                           dma_mask);
956         if (unlikely(address == bad_dma_address))
957                 goto out;
958
959         start = address;
960         for (i = 0; i < pages; ++i) {
961                 dma_ops_domain_map(iommu, dma_dom, start, paddr, dir);
962                 paddr += PAGE_SIZE;
963                 start += PAGE_SIZE;
964         }
965         address += offset;
966
967         if (unlikely(dma_dom->need_flush && !amd_iommu_unmap_flush)) {
968                 iommu_flush_tlb(iommu, dma_dom->domain.id);
969                 dma_dom->need_flush = false;
970         } else if (unlikely(iommu_has_npcache(iommu)))
971                 iommu_flush_pages(iommu, dma_dom->domain.id, address, size);
972
973 out:
974         return address;
975 }
976
977 /*
978  * Does the reverse of the __map_single function. Must be called with
979  * the domain lock held too
980  */
981 static void __unmap_single(struct amd_iommu *iommu,
982                            struct dma_ops_domain *dma_dom,
983                            dma_addr_t dma_addr,
984                            size_t size,
985                            int dir)
986 {
987         dma_addr_t i, start;
988         unsigned int pages;
989
990         if ((dma_addr == bad_dma_address) ||
991             (dma_addr + size > dma_dom->aperture_size))
992                 return;
993
994         pages = iommu_num_pages(dma_addr, size, PAGE_SIZE);
995         dma_addr &= PAGE_MASK;
996         start = dma_addr;
997
998         for (i = 0; i < pages; ++i) {
999                 dma_ops_domain_unmap(iommu, dma_dom, start);
1000                 start += PAGE_SIZE;
1001         }
1002
1003         dma_ops_free_addresses(dma_dom, dma_addr, pages);
1004
1005         if (amd_iommu_unmap_flush || dma_dom->need_flush) {
1006                 iommu_flush_pages(iommu, dma_dom->domain.id, dma_addr, size);
1007                 dma_dom->need_flush = false;
1008         }
1009 }
1010
1011 /*
1012  * The exported map_single function for dma_ops.
1013  */
1014 static dma_addr_t map_single(struct device *dev, phys_addr_t paddr,
1015                              size_t size, int dir)
1016 {
1017         unsigned long flags;
1018         struct amd_iommu *iommu;
1019         struct protection_domain *domain;
1020         u16 devid;
1021         dma_addr_t addr;
1022         u64 dma_mask;
1023
1024         if (!check_device(dev))
1025                 return bad_dma_address;
1026
1027         dma_mask = *dev->dma_mask;
1028
1029         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1030
1031         if (iommu == NULL || domain == NULL)
1032                 /* device not handled by any AMD IOMMU */
1033                 return (dma_addr_t)paddr;
1034
1035         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1036         addr = __map_single(dev, iommu, domain->priv, paddr, size, dir, false,
1037                             dma_mask);
1038         if (addr == bad_dma_address)
1039                 goto out;
1040
1041         iommu_completion_wait(iommu);
1042
1043 out:
1044         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1045
1046         return addr;
1047 }
1048
1049 /*
1050  * The exported unmap_single function for dma_ops.
1051  */
1052 static void unmap_single(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr,
1053                          size_t size, int dir)
1054 {
1055         unsigned long flags;
1056         struct amd_iommu *iommu;
1057         struct protection_domain *domain;
1058         u16 devid;
1059
1060         if (!check_device(dev) ||
1061             !get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1062                 /* device not handled by any AMD IOMMU */
1063                 return;
1064
1065         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1066
1067         __unmap_single(iommu, domain->priv, dma_addr, size, dir);
1068
1069         iommu_completion_wait(iommu);
1070
1071         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1072 }
1073
1074 /*
1075  * This is a special map_sg function which is used if we should map a
1076  * device which is not handled by an AMD IOMMU in the system.
1077  */
1078 static int map_sg_no_iommu(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1079                            int nelems, int dir)
1080 {
1081         struct scatterlist *s;
1082         int i;
1083
1084         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1085                 s->dma_address = (dma_addr_t)sg_phys(s);
1086                 s->dma_length  = s->length;
1087         }
1088
1089         return nelems;
1090 }
1091
1092 /*
1093  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1094  * lists).
1095  */
1096 static int map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1097                   int nelems, int dir)
1098 {
1099         unsigned long flags;
1100         struct amd_iommu *iommu;
1101         struct protection_domain *domain;
1102         u16 devid;
1103         int i;
1104         struct scatterlist *s;
1105         phys_addr_t paddr;
1106         int mapped_elems = 0;
1107         u64 dma_mask;
1108
1109         if (!check_device(dev))
1110                 return 0;
1111
1112         dma_mask = *dev->dma_mask;
1113
1114         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1115
1116         if (!iommu || !domain)
1117                 return map_sg_no_iommu(dev, sglist, nelems, dir);
1118
1119         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1120
1121         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1122                 paddr = sg_phys(s);
1123
1124                 s->dma_address = __map_single(dev, iommu, domain->priv,
1125                                               paddr, s->length, dir, false,
1126                                               dma_mask);
1127
1128                 if (s->dma_address) {
1129                         s->dma_length = s->length;
1130                         mapped_elems++;
1131                 } else
1132                         goto unmap;
1133         }
1134
1135         iommu_completion_wait(iommu);
1136
1137 out:
1138         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1139
1140         return mapped_elems;
1141 unmap:
1142         for_each_sg(sglist, s, mapped_elems, i) {
1143                 if (s->dma_address)
1144                         __unmap_single(iommu, domain->priv, s->dma_address,
1145                                        s->dma_length, dir);
1146                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
1147         }
1148
1149         mapped_elems = 0;
1150
1151         goto out;
1152 }
1153
1154 /*
1155  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1156  * lists).
1157  */
1158 static void unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1159                      int nelems, int dir)
1160 {
1161         unsigned long flags;
1162         struct amd_iommu *iommu;
1163         struct protection_domain *domain;
1164         struct scatterlist *s;
1165         u16 devid;
1166         int i;
1167
1168         if (!check_device(dev) ||
1169             !get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1170                 return;
1171
1172         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1173
1174         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1175                 __unmap_single(iommu, domain->priv, s->dma_address,
1176                                s->dma_length, dir);
1177                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
1178         }
1179
1180         iommu_completion_wait(iommu);
1181
1182         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1183 }
1184
1185 /*
1186  * The exported alloc_coherent function for dma_ops.
1187  */
1188 static void *alloc_coherent(struct device *dev, size_t size,
1189                             dma_addr_t *dma_addr, gfp_t flag)
1190 {
1191         unsigned long flags;
1192         void *virt_addr;
1193         struct amd_iommu *iommu;
1194         struct protection_domain *domain;
1195         u16 devid;
1196         phys_addr_t paddr;
1197         u64 dma_mask = dev->coherent_dma_mask;
1198
1199         if (!check_device(dev))
1200                 return NULL;
1201
1202         if (!get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1203                 flag &= ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM | __GFP_DMA32);
1204
1205         flag |= __GFP_ZERO;
1206         virt_addr = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
1207         if (!virt_addr)
1208                 return 0;
1209
1210         paddr = virt_to_phys(virt_addr);
1211
1212         if (!iommu || !domain) {
1213                 *dma_addr = (dma_addr_t)paddr;
1214                 return virt_addr;
1215         }
1216
1217         if (!dma_mask)
1218                 dma_mask = *dev->dma_mask;
1219
1220         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1221
1222         *dma_addr = __map_single(dev, iommu, domain->priv, paddr,
1223                                  size, DMA_BIDIRECTIONAL, true, dma_mask);
1224
1225         if (*dma_addr == bad_dma_address) {
1226                 free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
1227                 virt_addr = NULL;
1228                 goto out;
1229         }
1230
1231         iommu_completion_wait(iommu);
1232
1233 out:
1234         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1235
1236         return virt_addr;
1237 }
1238
1239 /*
1240  * The exported free_coherent function for dma_ops.
1241  */
1242 static void free_coherent(struct device *dev, size_t size,
1243                           void *virt_addr, dma_addr_t dma_addr)
1244 {
1245         unsigned long flags;
1246         struct amd_iommu *iommu;
1247         struct protection_domain *domain;
1248         u16 devid;
1249
1250         if (!check_device(dev))
1251                 return;
1252
1253         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1254
1255         if (!iommu || !domain)
1256                 goto free_mem;
1257
1258         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1259
1260         __unmap_single(iommu, domain->priv, dma_addr, size, DMA_BIDIRECTIONAL);
1261
1262         iommu_completion_wait(iommu);
1263
1264         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1265
1266 free_mem:
1267         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
1268 }
1269
1270 /*
1271  * This function is called by the DMA layer to find out if we can handle a
1272  * particular device. It is part of the dma_ops.
1273  */
1274 static int amd_iommu_dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
1275 {
1276         u16 bdf;
1277         struct pci_dev *pcidev;
1278
1279         /* No device or no PCI device */
1280         if (!dev || dev->bus != &pci_bus_type)
1281                 return 0;
1282
1283         pcidev = to_pci_dev(dev);
1284
1285         bdf = calc_devid(pcidev->bus->number, pcidev->devfn);
1286
1287         /* Out of our scope? */
1288         if (bdf > amd_iommu_last_bdf)
1289                 return 0;
1290
1291         return 1;
1292 }
1293
1294 /*
1295  * The function for pre-allocating protection domains.
1296  *
1297  * If the driver core informs the DMA layer if a driver grabs a device
1298  * we don't need to preallocate the protection domains anymore.
1299  * For now we have to.
1300  */
1301 void prealloc_protection_domains(void)
1302 {
1303         struct pci_dev *dev = NULL;
1304         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1305         struct amd_iommu *iommu;
1306         int order = amd_iommu_aperture_order;
1307         u16 devid;
1308
1309         while ((dev = pci_get_device(PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, dev)) != NULL) {
1310                 devid = (dev->bus->number << 8) | dev->devfn;
1311                 if (devid > amd_iommu_last_bdf)
1312                         continue;
1313                 devid = amd_iommu_alias_table[devid];
1314                 if (domain_for_device(devid))
1315                         continue;
1316                 iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1317                 if (!iommu)
1318                         continue;
1319                 dma_dom = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1320                 if (!dma_dom)
1321                         continue;
1322                 init_unity_mappings_for_device(dma_dom, devid);
1323                 dma_dom->target_dev = devid;
1324
1325                 list_add_tail(&dma_dom->list, &iommu_pd_list);
1326         }
1327 }
1328
1329 static struct dma_mapping_ops amd_iommu_dma_ops = {
1330         .alloc_coherent = alloc_coherent,
1331         .free_coherent = free_coherent,
1332         .map_single = map_single,
1333         .unmap_single = unmap_single,
1334         .map_sg = map_sg,
1335         .unmap_sg = unmap_sg,
1336         .dma_supported = amd_iommu_dma_supported,
1337 };
1338
1339 /*
1340  * The function which clues the AMD IOMMU driver into dma_ops.
1341  */
1342 int __init amd_iommu_init_dma_ops(void)
1343 {
1344         struct amd_iommu *iommu;
1345         int order = amd_iommu_aperture_order;
1346         int ret;
1347
1348         /*
1349          * first allocate a default protection domain for every IOMMU we
1350          * found in the system. Devices not assigned to any other
1351          * protection domain will be assigned to the default one.
1352          */
1353         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
1354                 iommu->default_dom = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1355                 if (iommu->default_dom == NULL)
1356                         return -ENOMEM;
1357                 ret = iommu_init_unity_mappings(iommu);
1358                 if (ret)
1359                         goto free_domains;
1360         }
1361
1362         /*
1363          * If device isolation is enabled, pre-allocate the protection
1364          * domains for each device.
1365          */
1366         if (amd_iommu_isolate)
1367                 prealloc_protection_domains();
1368
1369         iommu_detected = 1;
1370         force_iommu = 1;
1371         bad_dma_address = 0;
1372 #ifdef CONFIG_GART_IOMMU
1373         gart_iommu_aperture_disabled = 1;
1374         gart_iommu_aperture = 0;
1375 #endif
1376
1377         /* Make the driver finally visible to the drivers */
1378         dma_ops = &amd_iommu_dma_ops;
1379
1380         return 0;
1381
1382 free_domains:
1383
1384         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
1385                 if (iommu->default_dom)
1386                         dma_ops_domain_free(iommu->default_dom);
1387         }
1388
1389         return ret;
1390 }