git.oblomov.eu Git - linux-2.6/blob - 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/debugfs.h>
  24 #include <linux/scatterlist.h>
  25 #include <linux/dma-mapping.h>
  26 #include <linux/iommu-helper.h>
  27 #ifdef CONFIG_IOMMU_API
  28 #include <linux/iommu.h>
  29 #endif
  30 #include <asm/proto.h>
  31 #include <asm/iommu.h>
  32 #include <asm/gart.h>
  33 #include <asm/amd_iommu_types.h>
  34 #include <asm/amd_iommu.h>
  35
  36 #define CMD_SET_TYPE(cmd, t) ((cmd)->data[1] |= ((t) << 28))
  37
  38 #define EXIT_LOOP_COUNT 10000000
  39
  40 static DEFINE_RWLOCK(amd_iommu_devtable_lock);
  41
  42 /* A list of preallocated protection domains */
  43 static LIST_HEAD(iommu_pd_list);
  44 static DEFINE_SPINLOCK(iommu_pd_list_lock);
  45
  46 #ifdef CONFIG_IOMMU_API
  47 static struct iommu_ops amd_iommu_ops;
  48 #endif
  49
  50 /*
  51  * general struct to manage commands send to an IOMMU
  52  */
  53 struct iommu_cmd {
  54         u32 data[4];
  55 };
  56
  57 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
  58                              struct unity_map_entry *e);
  59 static struct dma_ops_domain *find_protection_domain(u16 devid);
  60
  61
  62 #ifdef CONFIG_AMD_IOMMU_STATS
  63
  64 /*
  65  * Initialization code for statistics collection
  66  */
  67
  68 DECLARE_STATS_COUNTER(compl_wait);
  69 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_map_single);
  70 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_unmap_single);
  71 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_map_sg);
  72 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_unmap_sg);
  73 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_alloc_coherent);
  74 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_free_coherent);
  75 DECLARE_STATS_COUNTER(cross_page);
  76 DECLARE_STATS_COUNTER(domain_flush_single);
  77 DECLARE_STATS_COUNTER(domain_flush_all);
  78 DECLARE_STATS_COUNTER(alloced_io_mem);
  79 DECLARE_STATS_COUNTER(total_map_requests);
  80
  81 static struct dentry *stats_dir;
  82 static struct dentry *de_isolate;
  83 static struct dentry *de_fflush;
  84
  85 static void amd_iommu_stats_add(struct __iommu_counter *cnt)
  86 {
  87         if (stats_dir == NULL)
  88                 return;
  89
  90         cnt->dent = debugfs_create_u64(cnt->name, 0444, stats_dir,
  91                                        &cnt->value);
  92 }
  93
  94 static void amd_iommu_stats_init(void)
  95 {
  96         stats_dir = debugfs_create_dir("amd-iommu", NULL);
  97         if (stats_dir == NULL)
  98                 return;
  99
 100         de_isolate = debugfs_create_bool("isolation", 0444, stats_dir,
 101                                          (u32 *)&amd_iommu_isolate);
 102
 103         de_fflush  = debugfs_create_bool("fullflush", 0444, stats_dir,
 104                                          (u32 *)&amd_iommu_unmap_flush);
 105
 106         amd_iommu_stats_add(&compl_wait);
 107         amd_iommu_stats_add(&cnt_map_single);
 108         amd_iommu_stats_add(&cnt_unmap_single);
 109         amd_iommu_stats_add(&cnt_map_sg);
 110         amd_iommu_stats_add(&cnt_unmap_sg);
 111         amd_iommu_stats_add(&cnt_alloc_coherent);
 112         amd_iommu_stats_add(&cnt_free_coherent);
 113         amd_iommu_stats_add(&cross_page);
 114         amd_iommu_stats_add(&domain_flush_single);
 115         amd_iommu_stats_add(&domain_flush_all);
 116         amd_iommu_stats_add(&alloced_io_mem);
 117         amd_iommu_stats_add(&total_map_requests);
 118 }
 119
 120 #endif
 121
 122 /* returns !0 if the IOMMU is caching non-present entries in its TLB */
 123 static int iommu_has_npcache(struct amd_iommu *iommu)
 124 {
 125         return iommu->cap & (1UL << IOMMU_CAP_NPCACHE);
 126 }
 127
 128 /****************************************************************************
 129  *
 130  * Interrupt handling functions
 131  *
 132  ****************************************************************************/
 133
 134 static void iommu_print_event(void *__evt)
 135 {
 136         u32 *event = __evt;
 137         int type  = (event[1] >> EVENT_TYPE_SHIFT)  & EVENT_TYPE_MASK;
 138         int devid = (event[0] >> EVENT_DEVID_SHIFT) & EVENT_DEVID_MASK;
 139         int domid = (event[1] >> EVENT_DOMID_SHIFT) & EVENT_DOMID_MASK;
 140         int flags = (event[1] >> EVENT_FLAGS_SHIFT) & EVENT_FLAGS_MASK;
 141         u64 address = (u64)(((u64)event[3]) << 32) | event[2];
 142
 143         printk(KERN_ERR "AMD IOMMU: Event logged [");
 144
 145         switch (type) {
 146         case EVENT_TYPE_ILL_DEV:
 147                 printk("ILLEGAL_DEV_TABLE_ENTRY device=%02x:%02x.%x "
 148                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 149                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 150                        address, flags);
 151                 break;
 152         case EVENT_TYPE_IO_FAULT:
 153                 printk("IO_PAGE_FAULT device=%02x:%02x.%x "
 154                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 155                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 156                        domid, address, flags);
 157                 break;
 158         case EVENT_TYPE_DEV_TAB_ERR:
 159                 printk("DEV_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
 160                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 161                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 162                        address, flags);
 163                 break;
 164         case EVENT_TYPE_PAGE_TAB_ERR:
 165                 printk("PAGE_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
 166                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 167                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 168                        domid, address, flags);
 169                 break;
 170         case EVENT_TYPE_ILL_CMD:
 171                 printk("ILLEGAL_COMMAND_ERROR address=0x%016llx]\n", address);
 172                 break;
 173         case EVENT_TYPE_CMD_HARD_ERR:
 174                 printk("COMMAND_HARDWARE_ERROR address=0x%016llx "
 175                        "flags=0x%04x]\n", address, flags);
 176                 break;
 177         case EVENT_TYPE_IOTLB_INV_TO:
 178                 printk("IOTLB_INV_TIMEOUT device=%02x:%02x.%x "
 179                        "address=0x%016llx]\n",
 180                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 181                        address);
 182                 break;
 183         case EVENT_TYPE_INV_DEV_REQ:
 184                 printk("INVALID_DEVICE_REQUEST device=%02x:%02x.%x "
 185                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 186                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 187                        address, flags);
 188                 break;
 189         default:
 190                 printk(KERN_ERR "UNKNOWN type=0x%02x]\n", type);
 191         }
 192 }
 193
 194 static void iommu_poll_events(struct amd_iommu *iommu)
 195 {
 196         u32 head, tail;
 197         unsigned long flags;
 198
 199         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 200
 201         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
 202         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_TAIL_OFFSET);
 203
 204         while (head != tail) {
 205                 iommu_print_event(iommu->evt_buf + head);
 206                 head = (head + EVENT_ENTRY_SIZE) % iommu->evt_buf_size;
 207         }
 208
 209         writel(head, iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
 210
 211         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 212 }
 213
 214 irqreturn_t amd_iommu_int_handler(int irq, void *data)
 215 {
 216         struct amd_iommu *iommu;
 217
 218         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list)
 219                 iommu_poll_events(iommu);
 220
 221         return IRQ_HANDLED;
 222 }
 223
 224 /****************************************************************************
 225  *
 226  * IOMMU command queuing functions
 227  *
 228  ****************************************************************************/
 229
 230 /*
 231  * Writes the command to the IOMMUs command buffer and informs the
 232  * hardware about the new command. Must be called with iommu->lock held.
 233  */
 234 static int __iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
 235 {
 236         u32 tail, head;
 237         u8 *target;
 238
 239         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
 240         target = iommu->cmd_buf + tail;
 241         memcpy_toio(target, cmd, sizeof(*cmd));
 242         tail = (tail + sizeof(*cmd)) % iommu->cmd_buf_size;
 243         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_HEAD_OFFSET);
 244         if (tail == head)
 245                 return -ENOMEM;
 246         writel(tail, iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
 247
 248         return 0;
 249 }
 250
 251 /*
 252  * General queuing function for commands. Takes iommu->lock and calls
 253  * __iommu_queue_command().
 254  */
 255 static int iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
 256 {
 257         unsigned long flags;
 258         int ret;
 259
 260         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 261         ret = __iommu_queue_command(iommu, cmd);
 262         if (!ret)
 263                 iommu->need_sync = true;
 264         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 265
 266         return ret;
 267 }
 268
 269 /*
 270  * This function waits until an IOMMU has completed a completion
 271  * wait command
 272  */
 273 static void __iommu_wait_for_completion(struct amd_iommu *iommu)
 274 {
 275         int ready = 0;
 276         unsigned status = 0;
 277         unsigned long i = 0;
 278
 279         INC_STATS_COUNTER(compl_wait);
 280
 281         while (!ready && (i < EXIT_LOOP_COUNT)) {
 282                 ++i;
 283                 /* wait for the bit to become one */
 284                 status = readl(iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
 285                 ready = status & MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
 286         }
 287
 288         /* set bit back to zero */
 289         status &= ~MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
 290         writel(status, iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
 291
 292         if (unlikely(i == EXIT_LOOP_COUNT))
 293                 panic("AMD IOMMU: Completion wait loop failed\n");
 294 }
 295
 296 /*
 297  * This function queues a completion wait command into the command
 298  * buffer of an IOMMU
 299  */
 300 static int __iommu_completion_wait(struct amd_iommu *iommu)
 301 {
 302         struct iommu_cmd cmd;
 303
 304          memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
 305          cmd.data[0] = CMD_COMPL_WAIT_INT_MASK;
 306          CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_COMPL_WAIT);
 307
 308          return __iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 309 }
 310
 311 /*
 312  * This function is called whenever we need to ensure that the IOMMU has
 313  * completed execution of all commands we sent. It sends a
 314  * COMPLETION_WAIT command and waits for it to finish. The IOMMU informs
 315  * us about that by writing a value to a physical address we pass with
 316  * the command.
 317  */
 318 static int iommu_completion_wait(struct amd_iommu *iommu)
 319 {
 320         int ret = 0;
 321         unsigned long flags;
 322
 323         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 324
 325         if (!iommu->need_sync)
 326                 goto out;
 327
 328         ret = __iommu_completion_wait(iommu);
 329
 330         iommu->need_sync = false;
 331
 332         if (ret)
 333                 goto out;
 334
 335         __iommu_wait_for_completion(iommu);
 336
 337 out:
 338         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 339
 340         return 0;
 341 }
 342
 343 /*
 344  * Command send function for invalidating a device table entry
 345  */
 346 static int iommu_queue_inv_dev_entry(struct amd_iommu *iommu, u16 devid)
 347 {
 348         struct iommu_cmd cmd;
 349         int ret;
 350
 351         BUG_ON(iommu == NULL);
 352
 353         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
 354         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_INV_DEV_ENTRY);
 355         cmd.data[0] = devid;
 356
 357         ret = iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 358
 359         return ret;
 360 }
 361
 362 static void __iommu_build_inv_iommu_pages(struct iommu_cmd *cmd, u64 address,
 363                                           u16 domid, int pde, int s)
 364 {
 365         memset(cmd, 0, sizeof(*cmd));
 366         address &= PAGE_MASK;
 367         CMD_SET_TYPE(cmd, CMD_INV_IOMMU_PAGES);
 368         cmd->data[1] |= domid;
 369         cmd->data[2] = lower_32_bits(address);
 370         cmd->data[3] = upper_32_bits(address);
 371         if (s) /* size bit - we flush more than one 4kb page */
 372                 cmd->data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_SIZE_MASK;
 373         if (pde) /* PDE bit - we wan't flush everything not only the PTEs */
 374                 cmd->data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_PDE_MASK;
 375 }
 376
 377 /*
 378  * Generic command send function for invalidaing TLB entries
 379  */
 380 static int iommu_queue_inv_iommu_pages(struct amd_iommu *iommu,
 381                 u64 address, u16 domid, int pde, int s)
 382 {
 383         struct iommu_cmd cmd;
 384         int ret;
 385
 386         __iommu_build_inv_iommu_pages(&cmd, address, domid, pde, s);
 387
 388         ret = iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 389
 390         return ret;
 391 }
 392
 393 /*
 394  * TLB invalidation function which is called from the mapping functions.
 395  * It invalidates a single PTE if the range to flush is within a single
 396  * page. Otherwise it flushes the whole TLB of the IOMMU.
 397  */
 398 static int iommu_flush_pages(struct amd_iommu *iommu, u16 domid,
 399                 u64 address, size_t size)
 400 {
 401         int s = 0;
 402         unsigned pages = iommu_num_pages(address, size, PAGE_SIZE);
 403
 404         address &= PAGE_MASK;
 405
 406         if (pages > 1) {
 407                 /*
 408                  * If we have to flush more than one page, flush all
 409                  * TLB entries for this domain
 410                  */
 411                 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
 412                 s = 1;
 413         }
 414
 415         iommu_queue_inv_iommu_pages(iommu, address, domid, 0, s);
 416
 417         return 0;
 418 }
 419
 420 /* Flush the whole IO/TLB for a given protection domain */
 421 static void iommu_flush_tlb(struct amd_iommu *iommu, u16 domid)
 422 {
 423         u64 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
 424
 425         INC_STATS_COUNTER(domain_flush_single);
 426
 427         iommu_queue_inv_iommu_pages(iommu, address, domid, 0, 1);
 428 }
 429
 430 /*
 431  * This function is used to flush the IO/TLB for a given protection domain
 432  * on every IOMMU in the system
 433  */
 434 static void iommu_flush_domain(u16 domid)
 435 {
 436         unsigned long flags;
 437         struct amd_iommu *iommu;
 438         struct iommu_cmd cmd;
 439
 440         INC_STATS_COUNTER(domain_flush_all);
 441
 442         __iommu_build_inv_iommu_pages(&cmd, CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS,
 443                                       domid, 1, 1);
 444
 445         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
 446                 spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 447                 __iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 448                 __iommu_completion_wait(iommu);
 449                 __iommu_wait_for_completion(iommu);
 450                 spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 451         }
 452 }
 453
 454 /****************************************************************************
 455  *
 456  * The functions below are used the create the page table mappings for
 457  * unity mapped regions.
 458  *
 459  ****************************************************************************/
 460
 461 /*
 462  * Generic mapping functions. It maps a physical address into a DMA
 463  * address space. It allocates the page table pages if necessary.
 464  * In the future it can be extended to a generic mapping function
 465  * supporting all features of AMD IOMMU page tables like level skipping
 466  * and full 64 bit address spaces.
 467  */
 468 static int iommu_map_page(struct protection_domain *dom,
 469                           unsigned long bus_addr,
 470                           unsigned long phys_addr,
 471                           int prot)
 472 {
 473         u64 __pte, *pte, *page;
 474
 475         bus_addr  = PAGE_ALIGN(bus_addr);
 476         phys_addr = PAGE_ALIGN(phys_addr);
 477
 478         /* only support 512GB address spaces for now */
 479         if (bus_addr > IOMMU_MAP_SIZE_L3 || !(prot & IOMMU_PROT_MASK))
 480                 return -EINVAL;
 481
 482         pte = &dom->pt_root[IOMMU_PTE_L2_INDEX(bus_addr)];
 483
 484         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
 485                 page = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 486                 if (!page)
 487                         return -ENOMEM;
 488                 *pte = IOMMU_L2_PDE(virt_to_phys(page));
 489         }
 490
 491         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
 492         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(bus_addr)];
 493
 494         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
 495                 page = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 496                 if (!page)
 497                         return -ENOMEM;
 498                 *pte = IOMMU_L1_PDE(virt_to_phys(page));
 499         }
 500
 501         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
 502         pte = &pte[IOMMU_PTE_L0_INDEX(bus_addr)];
 503
 504         if (IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
 505                 return -EBUSY;
 506
 507         __pte = phys_addr | IOMMU_PTE_P;
 508         if (prot & IOMMU_PROT_IR)
 509                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
 510         if (prot & IOMMU_PROT_IW)
 511                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
 512
 513         *pte = __pte;
 514
 515         return 0;
 516 }
 517
 518 static void iommu_unmap_page(struct protection_domain *dom,
 519                              unsigned long bus_addr)
 520 {
 521         u64 *pte;
 522
 523         pte = &dom->pt_root[IOMMU_PTE_L2_INDEX(bus_addr)];
 524
 525         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
 526                 return;
 527
 528         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
 529         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(bus_addr)];
 530
 531         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
 532                 return;
 533
 534         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
 535         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(bus_addr)];
 536
 537         *pte = 0;
 538 }
 539
 540 /*
 541  * This function checks if a specific unity mapping entry is needed for
 542  * this specific IOMMU.
 543  */
 544 static int iommu_for_unity_map(struct amd_iommu *iommu,
 545                                struct unity_map_entry *entry)
 546 {
 547         u16 bdf, i;
 548
 549         for (i = entry->devid_start; i <= entry->devid_end; ++i) {
 550                 bdf = amd_iommu_alias_table[i];
 551                 if (amd_iommu_rlookup_table[bdf] == iommu)
 552                         return 1;
 553         }
 554
 555         return 0;
 556 }
 557
 558 /*
 559  * Init the unity mappings for a specific IOMMU in the system
 560  *
 561  * Basically iterates over all unity mapping entries and applies them to
 562  * the default domain DMA of that IOMMU if necessary.
 563  */
 564 static int iommu_init_unity_mappings(struct amd_iommu *iommu)
 565 {
 566         struct unity_map_entry *entry;
 567         int ret;
 568
 569         list_for_each_entry(entry, &amd_iommu_unity_map, list) {
 570                 if (!iommu_for_unity_map(iommu, entry))
 571                         continue;
 572                 ret = dma_ops_unity_map(iommu->default_dom, entry);
 573                 if (ret)
 574                         return ret;
 575         }
 576
 577         return 0;
 578 }
 579
 580 /*
 581  * This function actually applies the mapping to the page table of the
 582  * dma_ops domain.
 583  */
 584 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
 585                              struct unity_map_entry *e)
 586 {
 587         u64 addr;
 588         int ret;
 589
 590         for (addr = e->address_start; addr < e->address_end;
 591              addr += PAGE_SIZE) {
 592                 ret = iommu_map_page(&dma_dom->domain, addr, addr, e->prot);
 593                 if (ret)
 594                         return ret;
 595                 /*
 596                  * if unity mapping is in aperture range mark the page
 597                  * as allocated in the aperture
 598                  */
 599                 if (addr < dma_dom->aperture_size)
 600                         __set_bit(addr >> PAGE_SHIFT, dma_dom->bitmap);
 601         }
 602
 603         return 0;
 604 }
 605
 606 /*
 607  * Inits the unity mappings required for a specific device
 608  */
 609 static int init_unity_mappings_for_device(struct dma_ops_domain *dma_dom,
 610                                           u16 devid)
 611 {
 612         struct unity_map_entry *e;
 613         int ret;
 614
 615         list_for_each_entry(e, &amd_iommu_unity_map, list) {
 616                 if (!(devid >= e->devid_start && devid <= e->devid_end))
 617                         continue;
 618                 ret = dma_ops_unity_map(dma_dom, e);
 619                 if (ret)
 620                         return ret;
 621         }
 622
 623         return 0;
 624 }
 625
 626 /****************************************************************************
 627  *
 628  * The next functions belong to the address allocator for the dma_ops
 629  * interface functions. They work like the allocators in the other IOMMU
 630  * drivers. Its basically a bitmap which marks the allocated pages in
 631  * the aperture. Maybe it could be enhanced in the future to a more
 632  * efficient allocator.
 633  *
 634  ****************************************************************************/
 635
 636 /*
 637  * The address allocator core function.
 638  *
 639  * called with domain->lock held
 640  */
 641 static unsigned long dma_ops_alloc_addresses(struct device *dev,
 642                                              struct dma_ops_domain *dom,
 643                                              unsigned int pages,
 644                                              unsigned long align_mask,
 645                                              u64 dma_mask)
 646 {
 647         unsigned long limit;
 648         unsigned long address;
 649         unsigned long boundary_size;
 650
 651         boundary_size = ALIGN(dma_get_seg_boundary(dev) + 1,
 652                         PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
 653         limit = iommu_device_max_index(dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT, 0,
 654                                        dma_mask >> PAGE_SHIFT);
 655
 656         if (dom->next_bit >= limit) {
 657                 dom->next_bit = 0;
 658                 dom->need_flush = true;
 659         }
 660
 661         address = iommu_area_alloc(dom->bitmap, limit, dom->next_bit, pages,
 662                                    0 , boundary_size, align_mask);
 663         if (address == -1) {
 664                 address = iommu_area_alloc(dom->bitmap, limit, 0, pages,
 665                                 0, boundary_size, align_mask);
 666                 dom->need_flush = true;
 667         }
 668
 669         if (likely(address != -1)) {
 670                 dom->next_bit = address + pages;
 671                 address <<= PAGE_SHIFT;
 672         } else
 673                 address = bad_dma_address;
 674
 675         WARN_ON((address + (PAGE_SIZE*pages)) > dom->aperture_size);
 676
 677         return address;
 678 }
 679
 680 /*
 681  * The address free function.
 682  *
 683  * called with domain->lock held
 684  */
 685 static void dma_ops_free_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
 686                                    unsigned long address,
 687                                    unsigned int pages)
 688 {
 689         address >>= PAGE_SHIFT;
 690         iommu_area_free(dom->bitmap, address, pages);
 691
 692         if (address >= dom->next_bit)
 693                 dom->need_flush = true;
 694 }
 695
 696 /****************************************************************************
 697  *
 698  * The next functions belong to the domain allocation. A domain is
 699  * allocated for every IOMMU as the default domain. If device isolation
 700  * is enabled, every device get its own domain. The most important thing
 701  * about domains is the page table mapping the DMA address space they
 702  * contain.
 703  *
 704  ****************************************************************************/
 705
 706 static u16 domain_id_alloc(void)
 707 {
 708         unsigned long flags;
 709         int id;
 710
 711         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 712         id = find_first_zero_bit(amd_iommu_pd_alloc_bitmap, MAX_DOMAIN_ID);
 713         BUG_ON(id == 0);
 714         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
 715                 __set_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
 716         else
 717                 id = 0;
 718         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 719
 720         return id;
 721 }
 722
 723 static void domain_id_free(int id)
 724 {
 725         unsigned long flags;
 726
 727         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 728         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
 729                 __clear_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
 730         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 731 }
 732
 733 /*
 734  * Used to reserve address ranges in the aperture (e.g. for exclusion
 735  * ranges.
 736  */
 737 static void dma_ops_reserve_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
 738                                       unsigned long start_page,
 739                                       unsigned int pages)
 740 {
 741         unsigned int last_page = dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT;
 742
 743         if (start_page + pages > last_page)
 744                 pages = last_page - start_page;
 745
 746         iommu_area_reserve(dom->bitmap, start_page, pages);
 747 }
 748
 749 static void free_pagetable(struct protection_domain *domain)
 750 {
 751         int i, j;
 752         u64 *p1, *p2, *p3;
 753
 754         p1 = domain->pt_root;
 755
 756         if (!p1)
 757                 return;
 758
 759         for (i = 0; i < 512; ++i) {
 760                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p1[i]))
 761                         continue;
 762
 763                 p2 = IOMMU_PTE_PAGE(p1[i]);
 764                 for (j = 0; j < 512; ++j) {
 765                         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p2[j]))
 766                                 continue;
 767                         p3 = IOMMU_PTE_PAGE(p2[j]);
 768                         free_page((unsigned long)p3);
 769                 }
 770
 771                 free_page((unsigned long)p2);
 772         }
 773
 774         free_page((unsigned long)p1);
 775
 776         domain->pt_root = NULL;
 777 }
 778
 779 /*
 780  * Free a domain, only used if something went wrong in the
 781  * allocation path and we need to free an already allocated page table
 782  */
 783 static void dma_ops_domain_free(struct dma_ops_domain *dom)
 784 {
 785         if (!dom)
 786                 return;
 787
 788         free_pagetable(&dom->domain);
 789
 790         kfree(dom->pte_pages);
 791
 792         kfree(dom->bitmap);
 793
 794         kfree(dom);
 795 }
 796
 797 /*
 798  * Allocates a new protection domain usable for the dma_ops functions.
 799  * It also intializes the page table and the address allocator data
 800  * structures required for the dma_ops interface
 801  */
 802 static struct dma_ops_domain *dma_ops_domain_alloc(struct amd_iommu *iommu,
 803                                                    unsigned order)
 804 {
 805         struct dma_ops_domain *dma_dom;
 806         unsigned i, num_pte_pages;
 807         u64 *l2_pde;
 808         u64 address;
 809
 810         /*
 811          * Currently the DMA aperture must be between 32 MB and 1GB in size
 812          */
 813         if ((order < 25) || (order > 30))
 814                 return NULL;
 815
 816         dma_dom = kzalloc(sizeof(struct dma_ops_domain), GFP_KERNEL);
 817         if (!dma_dom)
 818                 return NULL;
 819
 820         spin_lock_init(&dma_dom->domain.lock);
 821
 822         dma_dom->domain.id = domain_id_alloc();
 823         if (dma_dom->domain.id == 0)
 824                 goto free_dma_dom;
 825         dma_dom->domain.mode = PAGE_MODE_3_LEVEL;
 826         dma_dom->domain.pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 827         dma_dom->domain.flags = PD_DMA_OPS_MASK;
 828         dma_dom->domain.priv = dma_dom;
 829         if (!dma_dom->domain.pt_root)
 830                 goto free_dma_dom;
 831         dma_dom->aperture_size = (1ULL << order);
 832         dma_dom->bitmap = kzalloc(dma_dom->aperture_size / (PAGE_SIZE * 8),
 833                                   GFP_KERNEL);
 834         if (!dma_dom->bitmap)
 835                 goto free_dma_dom;
 836         /*
 837          * mark the first page as allocated so we never return 0 as
 838          * a valid dma-address. So we can use 0 as error value
 839          */
 840         dma_dom->bitmap[0] = 1;
 841         dma_dom->next_bit = 0;
 842
 843         dma_dom->need_flush = false;
 844         dma_dom->target_dev = 0xffff;
 845
 846         /* Intialize the exclusion range if necessary */
 847         if (iommu->exclusion_start &&
 848             iommu->exclusion_start < dma_dom->aperture_size) {
 849                 unsigned long startpage = iommu->exclusion_start >> PAGE_SHIFT;
 850                 int pages = iommu_num_pages(iommu->exclusion_start,
 851                                             iommu->exclusion_length,
 852                                             PAGE_SIZE);
 853                 dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, startpage, pages);
 854         }
 855
 856         /*
 857          * At the last step, build the page tables so we don't need to
 858          * allocate page table pages in the dma_ops mapping/unmapping
 859          * path.
 860          */
 861         num_pte_pages = dma_dom->aperture_size / (PAGE_SIZE * 512);
 862         dma_dom->pte_pages = kzalloc(num_pte_pages * sizeof(void *),
 863                         GFP_KERNEL);
 864         if (!dma_dom->pte_pages)
 865                 goto free_dma_dom;
 866
 867         l2_pde = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 868         if (l2_pde == NULL)
 869                 goto free_dma_dom;
 870
 871         dma_dom->domain.pt_root[0] = IOMMU_L2_PDE(virt_to_phys(l2_pde));
 872
 873         for (i = 0; i < num_pte_pages; ++i) {
 874                 dma_dom->pte_pages[i] = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 875                 if (!dma_dom->pte_pages[i])
 876                         goto free_dma_dom;
 877                 address = virt_to_phys(dma_dom->pte_pages[i]);
 878                 l2_pde[i] = IOMMU_L1_PDE(address);
 879         }
 880
 881         return dma_dom;
 882
 883 free_dma_dom:
 884         dma_ops_domain_free(dma_dom);
 885
 886         return NULL;
 887 }
 888
 889 /*
 890  * little helper function to check whether a given protection domain is a
 891  * dma_ops domain
 892  */
 893 static bool dma_ops_domain(struct protection_domain *domain)
 894 {
 895         return domain->flags & PD_DMA_OPS_MASK;
 896 }
 897
 898 /*
 899  * Find out the protection domain structure for a given PCI device. This
 900  * will give us the pointer to the page table root for example.
 901  */
 902 static struct protection_domain *domain_for_device(u16 devid)
 903 {
 904         struct protection_domain *dom;
 905         unsigned long flags;
 906
 907         read_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 908         dom = amd_iommu_pd_table[devid];
 909         read_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 910
 911         return dom;
 912 }
 913
 914 /*
 915  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
 916  * assigns it visible for the hardware
 917  */
 918 static void attach_device(struct amd_iommu *iommu,
 919                           struct protection_domain *domain,
 920                           u16 devid)
 921 {
 922         unsigned long flags;
 923         u64 pte_root = virt_to_phys(domain->pt_root);
 924
 925         domain->dev_cnt += 1;
 926
 927         pte_root |= (domain->mode & DEV_ENTRY_MODE_MASK)
 928                     << DEV_ENTRY_MODE_SHIFT;
 929         pte_root |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
 930
 931         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 932         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = lower_32_bits(pte_root);
 933         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = upper_32_bits(pte_root);
 934         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = domain->id;
 935
 936         amd_iommu_pd_table[devid] = domain;
 937         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 938
 939         iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, devid);
 940 }
 941
 942 /*
 943  * Removes a device from a protection domain (unlocked)
 944  */
 945 static void __detach_device(struct protection_domain *domain, u16 devid)
 946 {
 947
 948         /* lock domain */
 949         spin_lock(&domain->lock);
 950
 951         /* remove domain from the lookup table */
 952         amd_iommu_pd_table[devid] = NULL;
 953
 954         /* remove entry from the device table seen by the hardware */
 955         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
 956         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = 0;
 957         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = 0;
 958
 959         /* decrease reference counter */
 960         domain->dev_cnt -= 1;
 961
 962         /* ready */
 963         spin_unlock(&domain->lock);
 964 }
 965
 966 /*
 967  * Removes a device from a protection domain (with devtable_lock held)
 968  */
 969 static void detach_device(struct protection_domain *domain, u16 devid)
 970 {
 971         unsigned long flags;
 972
 973         /* lock device table */
 974         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 975         __detach_device(domain, devid);
 976         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 977 }
 978
 979 static int device_change_notifier(struct notifier_block *nb,
 980                                   unsigned long action, void *data)
 981 {
 982         struct device *dev = data;
 983         struct pci_dev *pdev = to_pci_dev(dev);
 984         u16 devid = calc_devid(pdev->bus->number, pdev->devfn);
 985         struct protection_domain *domain;
 986         struct dma_ops_domain *dma_domain;
 987         struct amd_iommu *iommu;
 988         int order = amd_iommu_aperture_order;
 989         unsigned long flags;
 990
 991         if (devid > amd_iommu_last_bdf)
 992                 goto out;
 993
 994         devid = amd_iommu_alias_table[devid];
 995
 996         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
 997         if (iommu == NULL)
 998                 goto out;
 999
1000         domain = domain_for_device(devid);
1001
1002         if (domain && !dma_ops_domain(domain))
1003                 WARN_ONCE(1, "AMD IOMMU WARNING: device %s already bound "
1004                           "to a non-dma-ops domain\n", dev_name(dev));
1005
1006         switch (action) {
1007         case BUS_NOTIFY_BOUND_DRIVER:
1008                 if (domain)
1009                         goto out;
1010                 dma_domain = find_protection_domain(devid);
1011                 if (!dma_domain)
1012                         dma_domain = iommu->default_dom;
1013                 attach_device(iommu, &dma_domain->domain, devid);
1014                 printk(KERN_INFO "AMD IOMMU: Using protection domain %d for "
1015                        "device %s\n", dma_domain->domain.id, dev_name(dev));
1016                 break;
1017         case BUS_NOTIFY_UNBIND_DRIVER:
1018                 if (!domain)
1019                         goto out;
1020                 detach_device(domain, devid);
1021                 break;
1022         case BUS_NOTIFY_ADD_DEVICE:
1023                 /* allocate a protection domain if a device is added */
1024                 dma_domain = find_protection_domain(devid);
1025                 if (dma_domain)
1026                         goto out;
1027                 dma_domain = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1028                 if (!dma_domain)
1029                         goto out;
1030                 dma_domain->target_dev = devid;
1031
1032                 spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
1033                 list_add_tail(&dma_domain->list, &iommu_pd_list);
1034                 spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
1035
1036                 break;
1037         default:
1038                 goto out;
1039         }
1040
1041         iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, devid);
1042         iommu_completion_wait(iommu);
1043
1044 out:
1045         return 0;
1046 }
1047
1048 struct notifier_block device_nb = {
1049         .notifier_call = device_change_notifier,
1050 };
1051
1052 /*****************************************************************************
1053  *
1054  * The next functions belong to the dma_ops mapping/unmapping code.
1055  *
1056  *****************************************************************************/
1057
1058 /*
1059  * This function checks if the driver got a valid device from the caller to
1060  * avoid dereferencing invalid pointers.
1061  */
1062 static bool check_device(struct device *dev)
1063 {
1064         if (!dev || !dev->dma_mask)
1065                 return false;
1066
1067         return true;
1068 }
1069
1070 /*
1071  * In this function the list of preallocated protection domains is traversed to
1072  * find the domain for a specific device
1073  */
1074 static struct dma_ops_domain *find_protection_domain(u16 devid)
1075 {
1076         struct dma_ops_domain *entry, *ret = NULL;
1077         unsigned long flags;
1078
1079         if (list_empty(&iommu_pd_list))
1080                 return NULL;
1081
1082         spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
1083
1084         list_for_each_entry(entry, &iommu_pd_list, list) {
1085                 if (entry->target_dev == devid) {
1086                         ret = entry;
1087                         break;
1088                 }
1089         }
1090
1091         spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
1092
1093         return ret;
1094 }
1095
1096 /*
1097  * In the dma_ops path we only have the struct device. This function
1098  * finds the corresponding IOMMU, the protection domain and the
1099  * requestor id for a given device.
1100  * If the device is not yet associated with a domain this is also done
1101  * in this function.
1102  */
1103 static int get_device_resources(struct device *dev,
1104                                 struct amd_iommu **iommu,
1105                                 struct protection_domain **domain,
1106                                 u16 *bdf)
1107 {
1108         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1109         struct pci_dev *pcidev;
1110         u16 _bdf;
1111
1112         *iommu = NULL;
1113         *domain = NULL;
1114         *bdf = 0xffff;
1115
1116         if (dev->bus != &pci_bus_type)
1117                 return 0;
1118
1119         pcidev = to_pci_dev(dev);
1120         _bdf = calc_devid(pcidev->bus->number, pcidev->devfn);
1121
1122         /* device not translated by any IOMMU in the system? */
1123         if (_bdf > amd_iommu_last_bdf)
1124                 return 0;
1125
1126         *bdf = amd_iommu_alias_table[_bdf];
1127
1128         *iommu = amd_iommu_rlookup_table[*bdf];
1129         if (*iommu == NULL)
1130                 return 0;
1131         *domain = domain_for_device(*bdf);
1132         if (*domain == NULL) {
1133                 dma_dom = find_protection_domain(*bdf);
1134                 if (!dma_dom)
1135                         dma_dom = (*iommu)->default_dom;
1136                 *domain = &dma_dom->domain;
1137                 attach_device(*iommu, *domain, *bdf);
1138                 printk(KERN_INFO "AMD IOMMU: Using protection domain %d for "
1139                                 "device %s\n", (*domain)->id, dev_name(dev));
1140         }
1141
1142         if (domain_for_device(_bdf) == NULL)
1143                 attach_device(*iommu, *domain, _bdf);
1144
1145         return 1;
1146 }
1147
1148 /*
1149  * This is the generic map function. It maps one 4kb page at paddr to
1150  * the given address in the DMA address space for the domain.
1151  */
1152 static dma_addr_t dma_ops_domain_map(struct amd_iommu *iommu,
1153                                      struct dma_ops_domain *dom,
1154                                      unsigned long address,
1155                                      phys_addr_t paddr,
1156                                      int direction)
1157 {
1158         u64 *pte, __pte;
1159
1160         WARN_ON(address > dom->aperture_size);
1161
1162         paddr &= PAGE_MASK;
1163
1164         pte  = dom->pte_pages[IOMMU_PTE_L1_INDEX(address)];
1165         pte += IOMMU_PTE_L0_INDEX(address);
1166
1167         __pte = paddr | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
1168
1169         if (direction == DMA_TO_DEVICE)
1170                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
1171         else if (direction == DMA_FROM_DEVICE)
1172                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
1173         else if (direction == DMA_BIDIRECTIONAL)
1174                 __pte |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW;
1175
1176         WARN_ON(*pte);
1177
1178         *pte = __pte;
1179
1180         return (dma_addr_t)address;
1181 }
1182
1183 /*
1184  * The generic unmapping function for on page in the DMA address space.
1185  */
1186 static void dma_ops_domain_unmap(struct amd_iommu *iommu,
1187                                  struct dma_ops_domain *dom,
1188                                  unsigned long address)
1189 {
1190         u64 *pte;
1191
1192         if (address >= dom->aperture_size)
1193                 return;
1194
1195         WARN_ON(address & ~PAGE_MASK || address >= dom->aperture_size);
1196
1197         pte  = dom->pte_pages[IOMMU_PTE_L1_INDEX(address)];
1198         pte += IOMMU_PTE_L0_INDEX(address);
1199
1200         WARN_ON(!*pte);
1201
1202         *pte = 0ULL;
1203 }
1204
1205 /*
1206  * This function contains common code for mapping of a physically
1207  * contiguous memory region into DMA address space. It is used by all
1208  * mapping functions provided with this IOMMU driver.
1209  * Must be called with the domain lock held.
1210  */
1211 static dma_addr_t __map_single(struct device *dev,
1212                                struct amd_iommu *iommu,
1213                                struct dma_ops_domain *dma_dom,
1214                                phys_addr_t paddr,
1215                                size_t size,
1216                                int dir,
1217                                bool align,
1218                                u64 dma_mask)
1219 {
1220         dma_addr_t offset = paddr & ~PAGE_MASK;
1221         dma_addr_t address, start;
1222         unsigned int pages;
1223         unsigned long align_mask = 0;
1224         int i;
1225
1226         pages = iommu_num_pages(paddr, size, PAGE_SIZE);
1227         paddr &= PAGE_MASK;
1228
1229         INC_STATS_COUNTER(total_map_requests);
1230
1231         if (pages > 1)
1232                 INC_STATS_COUNTER(cross_page);
1233
1234         if (align)
1235                 align_mask = (1UL << get_order(size)) - 1;
1236
1237         address = dma_ops_alloc_addresses(dev, dma_dom, pages, align_mask,
1238                                           dma_mask);
1239         if (unlikely(address == bad_dma_address))
1240                 goto out;
1241
1242         start = address;
1243         for (i = 0; i < pages; ++i) {
1244                 dma_ops_domain_map(iommu, dma_dom, start, paddr, dir);
1245                 paddr += PAGE_SIZE;
1246                 start += PAGE_SIZE;
1247         }
1248         address += offset;
1249
1250         ADD_STATS_COUNTER(alloced_io_mem, size);
1251
1252         if (unlikely(dma_dom->need_flush && !amd_iommu_unmap_flush)) {
1253                 iommu_flush_tlb(iommu, dma_dom->domain.id);
1254                 dma_dom->need_flush = false;
1255         } else if (unlikely(iommu_has_npcache(iommu)))
1256                 iommu_flush_pages(iommu, dma_dom->domain.id, address, size);
1257
1258 out:
1259         return address;
1260 }
1261
1262 /*
1263  * Does the reverse of the __map_single function. Must be called with
1264  * the domain lock held too
1265  */
1266 static void __unmap_single(struct amd_iommu *iommu,
1267                            struct dma_ops_domain *dma_dom,
1268                            dma_addr_t dma_addr,
1269                            size_t size,
1270                            int dir)
1271 {
1272         dma_addr_t i, start;
1273         unsigned int pages;
1274
1275         if ((dma_addr == bad_dma_address) ||
1276             (dma_addr + size > dma_dom->aperture_size))
1277                 return;
1278
1279         pages = iommu_num_pages(dma_addr, size, PAGE_SIZE);
1280         dma_addr &= PAGE_MASK;
1281         start = dma_addr;
1282
1283         for (i = 0; i < pages; ++i) {
1284                 dma_ops_domain_unmap(iommu, dma_dom, start);
1285                 start += PAGE_SIZE;
1286         }
1287
1288         SUB_STATS_COUNTER(alloced_io_mem, size);
1289
1290         dma_ops_free_addresses(dma_dom, dma_addr, pages);
1291
1292         if (amd_iommu_unmap_flush || dma_dom->need_flush) {
1293                 iommu_flush_pages(iommu, dma_dom->domain.id, dma_addr, size);
1294                 dma_dom->need_flush = false;
1295         }
1296 }
1297
1298 /*
1299  * The exported map_single function for dma_ops.
1300  */
1301 static dma_addr_t map_page(struct device *dev, struct page *page,
1302                            unsigned long offset, size_t size,
1303                            enum dma_data_direction dir,
1304                            struct dma_attrs *attrs)
1305 {
1306         unsigned long flags;
1307         struct amd_iommu *iommu;
1308         struct protection_domain *domain;
1309         u16 devid;
1310         dma_addr_t addr;
1311         u64 dma_mask;
1312         phys_addr_t paddr = page_to_phys(page) + offset;
1313
1314         INC_STATS_COUNTER(cnt_map_single);
1315
1316         if (!check_device(dev))
1317                 return bad_dma_address;
1318
1319         dma_mask = *dev->dma_mask;
1320
1321         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1322
1323         if (iommu == NULL || domain == NULL)
1324                 /* device not handled by any AMD IOMMU */
1325                 return (dma_addr_t)paddr;
1326
1327         if (!dma_ops_domain(domain))
1328                 return bad_dma_address;
1329
1330         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1331         addr = __map_single(dev, iommu, domain->priv, paddr, size, dir, false,
1332                             dma_mask);
1333         if (addr == bad_dma_address)
1334                 goto out;
1335
1336         iommu_completion_wait(iommu);
1337
1338 out:
1339         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1340
1341         return addr;
1342 }
1343
1344 /*
1345  * The exported unmap_single function for dma_ops.
1346  */
1347 static void unmap_page(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr, size_t size,
1348                        enum dma_data_direction dir, struct dma_attrs *attrs)
1349 {
1350         unsigned long flags;
1351         struct amd_iommu *iommu;
1352         struct protection_domain *domain;
1353         u16 devid;
1354
1355         INC_STATS_COUNTER(cnt_unmap_single);
1356
1357         if (!check_device(dev) ||
1358             !get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1359                 /* device not handled by any AMD IOMMU */
1360                 return;
1361
1362         if (!dma_ops_domain(domain))
1363                 return;
1364
1365         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1366
1367         __unmap_single(iommu, domain->priv, dma_addr, size, dir);
1368
1369         iommu_completion_wait(iommu);
1370
1371         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1372 }
1373
1374 /*
1375  * This is a special map_sg function which is used if we should map a
1376  * device which is not handled by an AMD IOMMU in the system.
1377  */
1378 static int map_sg_no_iommu(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1379                            int nelems, int dir)
1380 {
1381         struct scatterlist *s;
1382         int i;
1383
1384         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1385                 s->dma_address = (dma_addr_t)sg_phys(s);
1386                 s->dma_length  = s->length;
1387         }
1388
1389         return nelems;
1390 }
1391
1392 /*
1393  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1394  * lists).
1395  */
1396 static int map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1397                   int nelems, enum dma_data_direction dir,
1398                   struct dma_attrs *attrs)
1399 {
1400         unsigned long flags;
1401         struct amd_iommu *iommu;
1402         struct protection_domain *domain;
1403         u16 devid;
1404         int i;
1405         struct scatterlist *s;
1406         phys_addr_t paddr;
1407         int mapped_elems = 0;
1408         u64 dma_mask;
1409
1410         INC_STATS_COUNTER(cnt_map_sg);
1411
1412         if (!check_device(dev))
1413                 return 0;
1414
1415         dma_mask = *dev->dma_mask;
1416
1417         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1418
1419         if (!iommu || !domain)
1420                 return map_sg_no_iommu(dev, sglist, nelems, dir);
1421
1422         if (!dma_ops_domain(domain))
1423                 return 0;
1424
1425         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1426
1427         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1428                 paddr = sg_phys(s);
1429
1430                 s->dma_address = __map_single(dev, iommu, domain->priv,
1431                                               paddr, s->length, dir, false,
1432                                               dma_mask);
1433
1434                 if (s->dma_address) {
1435                         s->dma_length = s->length;
1436                         mapped_elems++;
1437                 } else
1438                         goto unmap;
1439         }
1440
1441         iommu_completion_wait(iommu);
1442
1443 out:
1444         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1445
1446         return mapped_elems;
1447 unmap:
1448         for_each_sg(sglist, s, mapped_elems, i) {
1449                 if (s->dma_address)
1450                         __unmap_single(iommu, domain->priv, s->dma_address,
1451                                        s->dma_length, dir);
1452                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
1453         }
1454
1455         mapped_elems = 0;
1456
1457         goto out;
1458 }
1459
1460 /*
1461  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1462  * lists).
1463  */
1464 static void unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1465                      int nelems, enum dma_data_direction dir,
1466                      struct dma_attrs *attrs)
1467 {
1468         unsigned long flags;
1469         struct amd_iommu *iommu;
1470         struct protection_domain *domain;
1471         struct scatterlist *s;
1472         u16 devid;
1473         int i;
1474
1475         INC_STATS_COUNTER(cnt_unmap_sg);
1476
1477         if (!check_device(dev) ||
1478             !get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1479                 return;
1480
1481         if (!dma_ops_domain(domain))
1482                 return;
1483
1484         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1485
1486         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1487                 __unmap_single(iommu, domain->priv, s->dma_address,
1488                                s->dma_length, dir);
1489                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
1490         }
1491
1492         iommu_completion_wait(iommu);
1493
1494         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1495 }
1496
1497 /*
1498  * The exported alloc_coherent function for dma_ops.
1499  */
1500 static void *alloc_coherent(struct device *dev, size_t size,
1501                             dma_addr_t *dma_addr, gfp_t flag)
1502 {
1503         unsigned long flags;
1504         void *virt_addr;
1505         struct amd_iommu *iommu;
1506         struct protection_domain *domain;
1507         u16 devid;
1508         phys_addr_t paddr;
1509         u64 dma_mask = dev->coherent_dma_mask;
1510
1511         INC_STATS_COUNTER(cnt_alloc_coherent);
1512
1513         if (!check_device(dev))
1514                 return NULL;
1515
1516         if (!get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1517                 flag &= ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM | __GFP_DMA32);
1518
1519         flag |= __GFP_ZERO;
1520         virt_addr = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
1521         if (!virt_addr)
1522                 return 0;
1523
1524         paddr = virt_to_phys(virt_addr);
1525
1526         if (!iommu || !domain) {
1527                 *dma_addr = (dma_addr_t)paddr;
1528                 return virt_addr;
1529         }
1530
1531         if (!dma_ops_domain(domain))
1532                 goto out_free;
1533
1534         if (!dma_mask)
1535                 dma_mask = *dev->dma_mask;
1536
1537         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1538
1539         *dma_addr = __map_single(dev, iommu, domain->priv, paddr,
1540                                  size, DMA_BIDIRECTIONAL, true, dma_mask);
1541
1542         if (*dma_addr == bad_dma_address)
1543                 goto out_free;
1544
1545         iommu_completion_wait(iommu);
1546
1547         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1548
1549         return virt_addr;
1550
1551 out_free:
1552
1553         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
1554
1555         return NULL;
1556 }
1557
1558 /*
1559  * The exported free_coherent function for dma_ops.
1560  */
1561 static void free_coherent(struct device *dev, size_t size,
1562                           void *virt_addr, dma_addr_t dma_addr)
1563 {
1564         unsigned long flags;
1565         struct amd_iommu *iommu;
1566         struct protection_domain *domain;
1567         u16 devid;
1568
1569         INC_STATS_COUNTER(cnt_free_coherent);
1570
1571         if (!check_device(dev))
1572                 return;
1573
1574         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1575
1576         if (!iommu || !domain)
1577                 goto free_mem;
1578
1579         if (!dma_ops_domain(domain))
1580                 goto free_mem;
1581
1582         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1583
1584         __unmap_single(iommu, domain->priv, dma_addr, size, DMA_BIDIRECTIONAL);
1585
1586         iommu_completion_wait(iommu);
1587
1588         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1589
1590 free_mem:
1591         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
1592 }
1593
1594 /*
1595  * This function is called by the DMA layer to find out if we can handle a
1596  * particular device. It is part of the dma_ops.
1597  */
1598 static int amd_iommu_dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
1599 {
1600         u16 bdf;
1601         struct pci_dev *pcidev;
1602
1603         /* No device or no PCI device */
1604         if (!dev || dev->bus != &pci_bus_type)
1605                 return 0;
1606
1607         pcidev = to_pci_dev(dev);
1608
1609         bdf = calc_devid(pcidev->bus->number, pcidev->devfn);
1610
1611         /* Out of our scope? */
1612         if (bdf > amd_iommu_last_bdf)
1613                 return 0;
1614
1615         return 1;
1616 }
1617
1618 /*
1619  * The function for pre-allocating protection domains.
1620  *
1621  * If the driver core informs the DMA layer if a driver grabs a device
1622  * we don't need to preallocate the protection domains anymore.
1623  * For now we have to.
1624  */
1625 static void prealloc_protection_domains(void)
1626 {
1627         struct pci_dev *dev = NULL;
1628         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1629         struct amd_iommu *iommu;
1630         int order = amd_iommu_aperture_order;
1631         u16 devid;
1632
1633         while ((dev = pci_get_device(PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, dev)) != NULL) {
1634                 devid = calc_devid(dev->bus->number, dev->devfn);
1635                 if (devid > amd_iommu_last_bdf)
1636                         continue;
1637                 devid = amd_iommu_alias_table[devid];
1638                 if (domain_for_device(devid))
1639                         continue;
1640                 iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1641                 if (!iommu)
1642                         continue;
1643                 dma_dom = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1644                 if (!dma_dom)
1645                         continue;
1646                 init_unity_mappings_for_device(dma_dom, devid);
1647                 dma_dom->target_dev = devid;
1648
1649                 list_add_tail(&dma_dom->list, &iommu_pd_list);
1650         }
1651 }
1652
1653 static struct dma_map_ops amd_iommu_dma_ops = {
1654         .alloc_coherent = alloc_coherent,
1655         .free_coherent = free_coherent,
1656         .map_page = map_page,
1657         .unmap_page = unmap_page,
1658         .map_sg = map_sg,
1659         .unmap_sg = unmap_sg,
1660         .dma_supported = amd_iommu_dma_supported,
1661 };
1662
1663 /*
1664  * The function which clues the AMD IOMMU driver into dma_ops.
1665  */
1666 int __init amd_iommu_init_dma_ops(void)
1667 {
1668         struct amd_iommu *iommu;
1669         int order = amd_iommu_aperture_order;
1670         int ret;
1671
1672         /*
1673          * first allocate a default protection domain for every IOMMU we
1674          * found in the system. Devices not assigned to any other
1675          * protection domain will be assigned to the default one.
1676          */
1677         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
1678                 iommu->default_dom = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1679                 if (iommu->default_dom == NULL)
1680                         return -ENOMEM;
1681                 iommu->default_dom->domain.flags |= PD_DEFAULT_MASK;
1682                 ret = iommu_init_unity_mappings(iommu);
1683                 if (ret)
1684                         goto free_domains;
1685         }
1686
1687         /*
1688          * If device isolation is enabled, pre-allocate the protection
1689          * domains for each device.
1690          */
1691         if (amd_iommu_isolate)
1692                 prealloc_protection_domains();
1693
1694         iommu_detected = 1;
1695         force_iommu = 1;
1696         bad_dma_address = 0;
1697 #ifdef CONFIG_GART_IOMMU
1698         gart_iommu_aperture_disabled = 1;
1699         gart_iommu_aperture = 0;
1700 #endif
1701
1702         /* Make the driver finally visible to the drivers */
1703         dma_ops = &amd_iommu_dma_ops;
1704
1705         register_iommu(&amd_iommu_ops);
1706
1707         bus_register_notifier(&pci_bus_type, &device_nb);
1708
1709         amd_iommu_stats_init();
1710
1711         return 0;
1712
1713 free_domains:
1714
1715         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
1716                 if (iommu->default_dom)
1717                         dma_ops_domain_free(iommu->default_dom);
1718         }
1719
1720         return ret;
1721 }
1722
1723 /*****************************************************************************
1724  *
1725  * The following functions belong to the exported interface of AMD IOMMU
1726  *
1727  * This interface allows access to lower level functions of the IOMMU
1728  * like protection domain handling and assignement of devices to domains
1729  * which is not possible with the dma_ops interface.
1730  *
1731  *****************************************************************************/
1732
1733 static void cleanup_domain(struct protection_domain *domain)
1734 {
1735         unsigned long flags;
1736         u16 devid;
1737
1738         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1739
1740         for (devid = 0; devid <= amd_iommu_last_bdf; ++devid)
1741                 if (amd_iommu_pd_table[devid] == domain)
1742                         __detach_device(domain, devid);
1743
1744         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1745 }
1746
1747 static int amd_iommu_domain_init(struct iommu_domain *dom)
1748 {
1749         struct protection_domain *domain;
1750
1751         domain = kzalloc(sizeof(*domain), GFP_KERNEL);
1752         if (!domain)
1753                 return -ENOMEM;
1754
1755         spin_lock_init(&domain->lock);
1756         domain->mode = PAGE_MODE_3_LEVEL;
1757         domain->id = domain_id_alloc();
1758         if (!domain->id)
1759                 goto out_free;
1760         domain->pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
1761         if (!domain->pt_root)
1762                 goto out_free;
1763
1764         dom->priv = domain;
1765
1766         return 0;
1767
1768 out_free:
1769         kfree(domain);
1770
1771         return -ENOMEM;
1772 }
1773
1774 static void amd_iommu_domain_destroy(struct iommu_domain *dom)
1775 {
1776         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1777
1778         if (!domain)
1779                 return;
1780
1781         if (domain->dev_cnt > 0)
1782                 cleanup_domain(domain);
1783
1784         BUG_ON(domain->dev_cnt != 0);
1785
1786         free_pagetable(domain);
1787
1788         domain_id_free(domain->id);
1789
1790         kfree(domain);
1791
1792         dom->priv = NULL;
1793 }
1794
1795 static void amd_iommu_detach_device(struct iommu_domain *dom,
1796                                     struct device *dev)
1797 {
1798         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1799         struct amd_iommu *iommu;
1800         struct pci_dev *pdev;
1801         u16 devid;
1802
1803         if (dev->bus != &pci_bus_type)
1804                 return;
1805
1806         pdev = to_pci_dev(dev);
1807
1808         devid = calc_devid(pdev->bus->number, pdev->devfn);
1809
1810         if (devid > 0)
1811                 detach_device(domain, devid);
1812
1813         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1814         if (!iommu)
1815                 return;
1816
1817         iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, devid);
1818         iommu_completion_wait(iommu);
1819 }
1820
1821 static int amd_iommu_attach_device(struct iommu_domain *dom,
1822                                    struct device *dev)
1823 {
1824         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1825         struct protection_domain *old_domain;
1826         struct amd_iommu *iommu;
1827         struct pci_dev *pdev;
1828         u16 devid;
1829
1830         if (dev->bus != &pci_bus_type)
1831                 return -EINVAL;
1832
1833         pdev = to_pci_dev(dev);
1834
1835         devid = calc_devid(pdev->bus->number, pdev->devfn);
1836
1837         if (devid >= amd_iommu_last_bdf ||
1838                         devid != amd_iommu_alias_table[devid])
1839                 return -EINVAL;
1840
1841         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1842         if (!iommu)
1843                 return -EINVAL;
1844
1845         old_domain = domain_for_device(devid);
1846         if (old_domain)
1847                 return -EBUSY;
1848
1849         attach_device(iommu, domain, devid);
1850
1851         iommu_completion_wait(iommu);
1852
1853         return 0;
1854 }
1855
1856 static int amd_iommu_map_range(struct iommu_domain *dom,
1857                                unsigned long iova, phys_addr_t paddr,
1858                                size_t size, int iommu_prot)
1859 {
1860         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1861         unsigned long i,  npages = iommu_num_pages(paddr, size, PAGE_SIZE);
1862         int prot = 0;
1863         int ret;
1864
1865         if (iommu_prot & IOMMU_READ)
1866                 prot |= IOMMU_PROT_IR;
1867         if (iommu_prot & IOMMU_WRITE)
1868                 prot |= IOMMU_PROT_IW;
1869
1870         iova  &= PAGE_MASK;
1871         paddr &= PAGE_MASK;
1872
1873         for (i = 0; i < npages; ++i) {
1874                 ret = iommu_map_page(domain, iova, paddr, prot);
1875                 if (ret)
1876                         return ret;
1877
1878                 iova  += PAGE_SIZE;
1879                 paddr += PAGE_SIZE;
1880         }
1881
1882         return 0;
1883 }
1884
1885 static void amd_iommu_unmap_range(struct iommu_domain *dom,
1886                                   unsigned long iova, size_t size)
1887 {
1888
1889         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1890         unsigned long i,  npages = iommu_num_pages(iova, size, PAGE_SIZE);
1891
1892         iova  &= PAGE_MASK;
1893
1894         for (i = 0; i < npages; ++i) {
1895                 iommu_unmap_page(domain, iova);
1896                 iova  += PAGE_SIZE;
1897         }
1898
1899         iommu_flush_domain(domain->id);
1900 }
1901
1902 static phys_addr_t amd_iommu_iova_to_phys(struct iommu_domain *dom,
1903                                           unsigned long iova)
1904 {
1905         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1906         unsigned long offset = iova & ~PAGE_MASK;
1907         phys_addr_t paddr;
1908         u64 *pte;
1909
1910         pte = &domain->pt_root[IOMMU_PTE_L2_INDEX(iova)];
1911
1912         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
1913                 return 0;
1914
1915         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
1916         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(iova)];
1917
1918         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
1919                 return 0;
1920
1921         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
1922         pte = &pte[IOMMU_PTE_L0_INDEX(iova)];
1923
1924         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
1925                 return 0;
1926
1927         paddr  = *pte & IOMMU_PAGE_MASK;
1928         paddr |= offset;
1929
1930         return paddr;
1931 }
1932
1933 static struct iommu_ops amd_iommu_ops = {
1934         .domain_init = amd_iommu_domain_init,
1935         .domain_destroy = amd_iommu_domain_destroy,
1936         .attach_dev = amd_iommu_attach_device,
1937         .detach_dev = amd_iommu_detach_device,
1938         .map = amd_iommu_map_range,
1939         .unmap = amd_iommu_unmap_range,
1940         .iova_to_phys = amd_iommu_iova_to_phys,
1941 };
1942