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 #include <linux/iommu.h>
  28 #include <asm/proto.h>
  29 #include <asm/iommu.h>
  30 #include <asm/gart.h>
  31 #include <asm/amd_iommu_types.h>
  32 #include <asm/amd_iommu.h>
  33
  34 #define CMD_SET_TYPE(cmd, t) ((cmd)->data[1] |= ((t) << 28))
  35
  36 #define EXIT_LOOP_COUNT 10000000
  37
  38 static DEFINE_RWLOCK(amd_iommu_devtable_lock);
  39
  40 /* A list of preallocated protection domains */
  41 static LIST_HEAD(iommu_pd_list);
  42 static DEFINE_SPINLOCK(iommu_pd_list_lock);
  43
  44 #ifdef CONFIG_IOMMU_API
  45 static struct iommu_ops amd_iommu_ops;
  46 #endif
  47
  48 /*
  49  * general struct to manage commands send to an IOMMU
  50  */
  51 struct iommu_cmd {
  52         u32 data[4];
  53 };
  54
  55 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
  56                              struct unity_map_entry *e);
  57 static struct dma_ops_domain *find_protection_domain(u16 devid);
  58 static u64* alloc_pte(struct protection_domain *dom,
  59                       unsigned long address, u64
  60                       **pte_page, gfp_t gfp);
  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;
 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 = alloc_pte(dom, bus_addr, NULL, GFP_KERNEL);
 483
 484         if (IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
 485                 return -EBUSY;
 486
 487         __pte = phys_addr | IOMMU_PTE_P;
 488         if (prot & IOMMU_PROT_IR)
 489                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
 490         if (prot & IOMMU_PROT_IW)
 491                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
 492
 493         *pte = __pte;
 494
 495         return 0;
 496 }
 497
 498 static void iommu_unmap_page(struct protection_domain *dom,
 499                              unsigned long bus_addr)
 500 {
 501         u64 *pte;
 502
 503         pte = &dom->pt_root[IOMMU_PTE_L2_INDEX(bus_addr)];
 504
 505         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
 506                 return;
 507
 508         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
 509         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(bus_addr)];
 510
 511         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
 512                 return;
 513
 514         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
 515         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(bus_addr)];
 516
 517         *pte = 0;
 518 }
 519
 520 /*
 521  * This function checks if a specific unity mapping entry is needed for
 522  * this specific IOMMU.
 523  */
 524 static int iommu_for_unity_map(struct amd_iommu *iommu,
 525                                struct unity_map_entry *entry)
 526 {
 527         u16 bdf, i;
 528
 529         for (i = entry->devid_start; i <= entry->devid_end; ++i) {
 530                 bdf = amd_iommu_alias_table[i];
 531                 if (amd_iommu_rlookup_table[bdf] == iommu)
 532                         return 1;
 533         }
 534
 535         return 0;
 536 }
 537
 538 /*
 539  * Init the unity mappings for a specific IOMMU in the system
 540  *
 541  * Basically iterates over all unity mapping entries and applies them to
 542  * the default domain DMA of that IOMMU if necessary.
 543  */
 544 static int iommu_init_unity_mappings(struct amd_iommu *iommu)
 545 {
 546         struct unity_map_entry *entry;
 547         int ret;
 548
 549         list_for_each_entry(entry, &amd_iommu_unity_map, list) {
 550                 if (!iommu_for_unity_map(iommu, entry))
 551                         continue;
 552                 ret = dma_ops_unity_map(iommu->default_dom, entry);
 553                 if (ret)
 554                         return ret;
 555         }
 556
 557         return 0;
 558 }
 559
 560 /*
 561  * This function actually applies the mapping to the page table of the
 562  * dma_ops domain.
 563  */
 564 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
 565                              struct unity_map_entry *e)
 566 {
 567         u64 addr;
 568         int ret;
 569
 570         for (addr = e->address_start; addr < e->address_end;
 571              addr += PAGE_SIZE) {
 572                 ret = iommu_map_page(&dma_dom->domain, addr, addr, e->prot);
 573                 if (ret)
 574                         return ret;
 575                 /*
 576                  * if unity mapping is in aperture range mark the page
 577                  * as allocated in the aperture
 578                  */
 579                 if (addr < dma_dom->aperture_size)
 580                         __set_bit(addr >> PAGE_SHIFT,
 581                                   dma_dom->aperture[0]->bitmap);
 582         }
 583
 584         return 0;
 585 }
 586
 587 /*
 588  * Inits the unity mappings required for a specific device
 589  */
 590 static int init_unity_mappings_for_device(struct dma_ops_domain *dma_dom,
 591                                           u16 devid)
 592 {
 593         struct unity_map_entry *e;
 594         int ret;
 595
 596         list_for_each_entry(e, &amd_iommu_unity_map, list) {
 597                 if (!(devid >= e->devid_start && devid <= e->devid_end))
 598                         continue;
 599                 ret = dma_ops_unity_map(dma_dom, e);
 600                 if (ret)
 601                         return ret;
 602         }
 603
 604         return 0;
 605 }
 606
 607 /****************************************************************************
 608  *
 609  * The next functions belong to the address allocator for the dma_ops
 610  * interface functions. They work like the allocators in the other IOMMU
 611  * drivers. Its basically a bitmap which marks the allocated pages in
 612  * the aperture. Maybe it could be enhanced in the future to a more
 613  * efficient allocator.
 614  *
 615  ****************************************************************************/
 616
 617 /*
 618  * The address allocator core functions.
 619  *
 620  * called with domain->lock held
 621  */
 622
 623 static unsigned long dma_ops_area_alloc(struct device *dev,
 624                                         struct dma_ops_domain *dom,
 625                                         unsigned int pages,
 626                                         unsigned long align_mask,
 627                                         u64 dma_mask,
 628                                         unsigned long start)
 629 {
 630         unsigned long next_bit = dom->next_bit % APERTURE_RANGE_PAGES;
 631         int max_index = dom->aperture_size >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
 632         int i = start >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
 633         unsigned long boundary_size;
 634         unsigned long address = -1;
 635         unsigned long limit;
 636
 637         boundary_size = ALIGN(dma_get_seg_boundary(dev) + 1,
 638                         PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
 639
 640         for (;i < max_index; ++i) {
 641                 unsigned long offset = dom->aperture[i]->offset >> PAGE_SHIFT;
 642
 643                 if (dom->aperture[i]->offset >= dma_mask)
 644                         break;
 645
 646                 limit = iommu_device_max_index(APERTURE_RANGE_PAGES, offset,
 647                                                dma_mask >> PAGE_SHIFT);
 648
 649                 address = iommu_area_alloc(dom->aperture[i]->bitmap,
 650                                            limit, next_bit, pages, 0,
 651                                             boundary_size, align_mask);
 652                 if (address != -1) {
 653                         address = dom->aperture[i]->offset +
 654                                   (address << PAGE_SHIFT);
 655                         dom->next_bit = (address >> PAGE_SHIFT) + pages;
 656                         break;
 657                 }
 658
 659                 next_bit = 0;
 660         }
 661
 662         return address;
 663 }
 664
 665 static unsigned long dma_ops_alloc_addresses(struct device *dev,
 666                                              struct dma_ops_domain *dom,
 667                                              unsigned int pages,
 668                                              unsigned long align_mask,
 669                                              u64 dma_mask)
 670 {
 671         unsigned long address;
 672         unsigned long start = dom->next_bit << PAGE_SHIFT;
 673
 674
 675         address = dma_ops_area_alloc(dev, dom, pages, align_mask,
 676                                      dma_mask, start);
 677
 678         if (address == -1) {
 679                 dom->next_bit = 0;
 680                 address = dma_ops_area_alloc(dev, dom, pages, align_mask,
 681                                              dma_mask, 0);
 682                 dom->need_flush = true;
 683         }
 684
 685         if (unlikely(address == -1))
 686                 address = bad_dma_address;
 687
 688         WARN_ON((address + (PAGE_SIZE*pages)) > dom->aperture_size);
 689
 690         return address;
 691 }
 692
 693 /*
 694  * The address free function.
 695  *
 696  * called with domain->lock held
 697  */
 698 static void dma_ops_free_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
 699                                    unsigned long address,
 700                                    unsigned int pages)
 701 {
 702         unsigned i = address >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
 703         struct aperture_range *range = dom->aperture[i];
 704
 705         BUG_ON(i >= APERTURE_MAX_RANGES || range == NULL);
 706
 707         if ((address >> PAGE_SHIFT) >= dom->next_bit)
 708                 dom->need_flush = true;
 709
 710         address = (address % APERTURE_RANGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
 711         iommu_area_free(range->bitmap, address, pages);
 712
 713 }
 714
 715 /****************************************************************************
 716  *
 717  * The next functions belong to the domain allocation. A domain is
 718  * allocated for every IOMMU as the default domain. If device isolation
 719  * is enabled, every device get its own domain. The most important thing
 720  * about domains is the page table mapping the DMA address space they
 721  * contain.
 722  *
 723  ****************************************************************************/
 724
 725 static u16 domain_id_alloc(void)
 726 {
 727         unsigned long flags;
 728         int id;
 729
 730         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 731         id = find_first_zero_bit(amd_iommu_pd_alloc_bitmap, MAX_DOMAIN_ID);
 732         BUG_ON(id == 0);
 733         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
 734                 __set_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
 735         else
 736                 id = 0;
 737         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 738
 739         return id;
 740 }
 741
 742 static void domain_id_free(int id)
 743 {
 744         unsigned long flags;
 745
 746         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 747         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
 748                 __clear_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
 749         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 750 }
 751
 752 /*
 753  * Used to reserve address ranges in the aperture (e.g. for exclusion
 754  * ranges.
 755  */
 756 static void dma_ops_reserve_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
 757                                       unsigned long start_page,
 758                                       unsigned int pages)
 759 {
 760         unsigned int i, last_page = dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT;
 761
 762         if (start_page + pages > last_page)
 763                 pages = last_page - start_page;
 764
 765         for (i = start_page; i < start_page + pages; ++i) {
 766                 int index = i / APERTURE_RANGE_PAGES;
 767                 int page  = i % APERTURE_RANGE_PAGES;
 768                 __set_bit(page, dom->aperture[index]->bitmap);
 769         }
 770 }
 771
 772 static void free_pagetable(struct protection_domain *domain)
 773 {
 774         int i, j;
 775         u64 *p1, *p2, *p3;
 776
 777         p1 = domain->pt_root;
 778
 779         if (!p1)
 780                 return;
 781
 782         for (i = 0; i < 512; ++i) {
 783                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p1[i]))
 784                         continue;
 785
 786                 p2 = IOMMU_PTE_PAGE(p1[i]);
 787                 for (j = 0; j < 512; ++j) {
 788                         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p2[j]))
 789                                 continue;
 790                         p3 = IOMMU_PTE_PAGE(p2[j]);
 791                         free_page((unsigned long)p3);
 792                 }
 793
 794                 free_page((unsigned long)p2);
 795         }
 796
 797         free_page((unsigned long)p1);
 798
 799         domain->pt_root = NULL;
 800 }
 801
 802 /*
 803  * Free a domain, only used if something went wrong in the
 804  * allocation path and we need to free an already allocated page table
 805  */
 806 static void dma_ops_domain_free(struct dma_ops_domain *dom)
 807 {
 808         int i;
 809
 810         if (!dom)
 811                 return;
 812
 813         free_pagetable(&dom->domain);
 814
 815         for (i = 0; i < APERTURE_MAX_RANGES; ++i) {
 816                 if (!dom->aperture[i])
 817                         continue;
 818                 free_page((unsigned long)dom->aperture[i]->bitmap);
 819                 kfree(dom->aperture[i]);
 820         }
 821
 822         kfree(dom);
 823 }
 824
 825 /*
 826  * Allocates a new protection domain usable for the dma_ops functions.
 827  * It also intializes the page table and the address allocator data
 828  * structures required for the dma_ops interface
 829  */
 830 static struct dma_ops_domain *dma_ops_domain_alloc(struct amd_iommu *iommu,
 831                                                    unsigned order)
 832 {
 833         struct dma_ops_domain *dma_dom;
 834         unsigned i, num_pte_pages;
 835         u64 *l2_pde;
 836         u64 address;
 837
 838         /*
 839          * Currently the DMA aperture must be between 32 MB and 1GB in size
 840          */
 841         if ((order < 25) || (order > 30))
 842                 return NULL;
 843
 844         dma_dom = kzalloc(sizeof(struct dma_ops_domain), GFP_KERNEL);
 845         if (!dma_dom)
 846                 return NULL;
 847
 848         dma_dom->aperture[0] = kzalloc(sizeof(struct aperture_range),
 849                                        GFP_KERNEL);
 850         if (!dma_dom->aperture[0])
 851                 goto free_dma_dom;
 852
 853         spin_lock_init(&dma_dom->domain.lock);
 854
 855         dma_dom->domain.id = domain_id_alloc();
 856         if (dma_dom->domain.id == 0)
 857                 goto free_dma_dom;
 858         dma_dom->domain.mode = PAGE_MODE_3_LEVEL;
 859         dma_dom->domain.pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 860         dma_dom->domain.flags = PD_DMA_OPS_MASK;
 861         dma_dom->domain.priv = dma_dom;
 862         if (!dma_dom->domain.pt_root)
 863                 goto free_dma_dom;
 864         dma_dom->aperture_size = APERTURE_RANGE_SIZE;
 865         dma_dom->aperture[0]->bitmap = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 866         if (!dma_dom->aperture[0]->bitmap)
 867                 goto free_dma_dom;
 868         /*
 869          * mark the first page as allocated so we never return 0 as
 870          * a valid dma-address. So we can use 0 as error value
 871          */
 872         dma_dom->aperture[0]->bitmap[0] = 1;
 873         dma_dom->next_bit = 0;
 874
 875         dma_dom->need_flush = false;
 876         dma_dom->target_dev = 0xffff;
 877
 878         /* Intialize the exclusion range if necessary */
 879         if (iommu->exclusion_start &&
 880             iommu->exclusion_start < dma_dom->aperture_size) {
 881                 unsigned long startpage = iommu->exclusion_start >> PAGE_SHIFT;
 882                 int pages = iommu_num_pages(iommu->exclusion_start,
 883                                             iommu->exclusion_length,
 884                                             PAGE_SIZE);
 885                 dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, startpage, pages);
 886         }
 887
 888         /*
 889          * At the last step, build the page tables so we don't need to
 890          * allocate page table pages in the dma_ops mapping/unmapping
 891          * path for the first 128MB of dma address space.
 892          */
 893         num_pte_pages = dma_dom->aperture_size / (PAGE_SIZE * 512);
 894
 895         l2_pde = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 896         if (l2_pde == NULL)
 897                 goto free_dma_dom;
 898
 899         dma_dom->domain.pt_root[0] = IOMMU_L2_PDE(virt_to_phys(l2_pde));
 900
 901         for (i = 0; i < num_pte_pages; ++i) {
 902                 u64 **pte_page = &dma_dom->aperture[0]->pte_pages[i];
 903                 *pte_page = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 904                 if (!*pte_page)
 905                         goto free_dma_dom;
 906                 address = virt_to_phys(*pte_page);
 907                 l2_pde[i] = IOMMU_L1_PDE(address);
 908         }
 909
 910         return dma_dom;
 911
 912 free_dma_dom:
 913         dma_ops_domain_free(dma_dom);
 914
 915         return NULL;
 916 }
 917
 918 /*
 919  * little helper function to check whether a given protection domain is a
 920  * dma_ops domain
 921  */
 922 static bool dma_ops_domain(struct protection_domain *domain)
 923 {
 924         return domain->flags & PD_DMA_OPS_MASK;
 925 }
 926
 927 /*
 928  * Find out the protection domain structure for a given PCI device. This
 929  * will give us the pointer to the page table root for example.
 930  */
 931 static struct protection_domain *domain_for_device(u16 devid)
 932 {
 933         struct protection_domain *dom;
 934         unsigned long flags;
 935
 936         read_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 937         dom = amd_iommu_pd_table[devid];
 938         read_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 939
 940         return dom;
 941 }
 942
 943 /*
 944  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
 945  * assigns it visible for the hardware
 946  */
 947 static void attach_device(struct amd_iommu *iommu,
 948                           struct protection_domain *domain,
 949                           u16 devid)
 950 {
 951         unsigned long flags;
 952         u64 pte_root = virt_to_phys(domain->pt_root);
 953
 954         domain->dev_cnt += 1;
 955
 956         pte_root |= (domain->mode & DEV_ENTRY_MODE_MASK)
 957                     << DEV_ENTRY_MODE_SHIFT;
 958         pte_root |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
 959
 960         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 961         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = lower_32_bits(pte_root);
 962         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = upper_32_bits(pte_root);
 963         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = domain->id;
 964
 965         amd_iommu_pd_table[devid] = domain;
 966         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 967
 968         iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, devid);
 969 }
 970
 971 /*
 972  * Removes a device from a protection domain (unlocked)
 973  */
 974 static void __detach_device(struct protection_domain *domain, u16 devid)
 975 {
 976
 977         /* lock domain */
 978         spin_lock(&domain->lock);
 979
 980         /* remove domain from the lookup table */
 981         amd_iommu_pd_table[devid] = NULL;
 982
 983         /* remove entry from the device table seen by the hardware */
 984         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
 985         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = 0;
 986         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = 0;
 987
 988         /* decrease reference counter */
 989         domain->dev_cnt -= 1;
 990
 991         /* ready */
 992         spin_unlock(&domain->lock);
 993 }
 994
 995 /*
 996  * Removes a device from a protection domain (with devtable_lock held)
 997  */
 998 static void detach_device(struct protection_domain *domain, u16 devid)
 999 {
1000         unsigned long flags;
1001
1002         /* lock device table */
1003         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1004         __detach_device(domain, devid);
1005         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1006 }
1007
1008 static int device_change_notifier(struct notifier_block *nb,
1009                                   unsigned long action, void *data)
1010 {
1011         struct device *dev = data;
1012         struct pci_dev *pdev = to_pci_dev(dev);
1013         u16 devid = calc_devid(pdev->bus->number, pdev->devfn);
1014         struct protection_domain *domain;
1015         struct dma_ops_domain *dma_domain;
1016         struct amd_iommu *iommu;
1017         int order = amd_iommu_aperture_order;
1018         unsigned long flags;
1019
1020         if (devid > amd_iommu_last_bdf)
1021                 goto out;
1022
1023         devid = amd_iommu_alias_table[devid];
1024
1025         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1026         if (iommu == NULL)
1027                 goto out;
1028
1029         domain = domain_for_device(devid);
1030
1031         if (domain && !dma_ops_domain(domain))
1032                 WARN_ONCE(1, "AMD IOMMU WARNING: device %s already bound "
1033                           "to a non-dma-ops domain\n", dev_name(dev));
1034
1035         switch (action) {
1036         case BUS_NOTIFY_BOUND_DRIVER:
1037                 if (domain)
1038                         goto out;
1039                 dma_domain = find_protection_domain(devid);
1040                 if (!dma_domain)
1041                         dma_domain = iommu->default_dom;
1042                 attach_device(iommu, &dma_domain->domain, devid);
1043                 printk(KERN_INFO "AMD IOMMU: Using protection domain %d for "
1044                        "device %s\n", dma_domain->domain.id, dev_name(dev));
1045                 break;
1046         case BUS_NOTIFY_UNBIND_DRIVER:
1047                 if (!domain)
1048                         goto out;
1049                 detach_device(domain, devid);
1050                 break;
1051         case BUS_NOTIFY_ADD_DEVICE:
1052                 /* allocate a protection domain if a device is added */
1053                 dma_domain = find_protection_domain(devid);
1054                 if (dma_domain)
1055                         goto out;
1056                 dma_domain = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1057                 if (!dma_domain)
1058                         goto out;
1059                 dma_domain->target_dev = devid;
1060
1061                 spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
1062                 list_add_tail(&dma_domain->list, &iommu_pd_list);
1063                 spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
1064
1065                 break;
1066         default:
1067                 goto out;
1068         }
1069
1070         iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, devid);
1071         iommu_completion_wait(iommu);
1072
1073 out:
1074         return 0;
1075 }
1076
1077 struct notifier_block device_nb = {
1078         .notifier_call = device_change_notifier,
1079 };
1080
1081 /*****************************************************************************
1082  *
1083  * The next functions belong to the dma_ops mapping/unmapping code.
1084  *
1085  *****************************************************************************/
1086
1087 /*
1088  * This function checks if the driver got a valid device from the caller to
1089  * avoid dereferencing invalid pointers.
1090  */
1091 static bool check_device(struct device *dev)
1092 {
1093         if (!dev || !dev->dma_mask)
1094                 return false;
1095
1096         return true;
1097 }
1098
1099 /*
1100  * In this function the list of preallocated protection domains is traversed to
1101  * find the domain for a specific device
1102  */
1103 static struct dma_ops_domain *find_protection_domain(u16 devid)
1104 {
1105         struct dma_ops_domain *entry, *ret = NULL;
1106         unsigned long flags;
1107
1108         if (list_empty(&iommu_pd_list))
1109                 return NULL;
1110
1111         spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
1112
1113         list_for_each_entry(entry, &iommu_pd_list, list) {
1114                 if (entry->target_dev == devid) {
1115                         ret = entry;
1116                         break;
1117                 }
1118         }
1119
1120         spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
1121
1122         return ret;
1123 }
1124
1125 /*
1126  * In the dma_ops path we only have the struct device. This function
1127  * finds the corresponding IOMMU, the protection domain and the
1128  * requestor id for a given device.
1129  * If the device is not yet associated with a domain this is also done
1130  * in this function.
1131  */
1132 static int get_device_resources(struct device *dev,
1133                                 struct amd_iommu **iommu,
1134                                 struct protection_domain **domain,
1135                                 u16 *bdf)
1136 {
1137         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1138         struct pci_dev *pcidev;
1139         u16 _bdf;
1140
1141         *iommu = NULL;
1142         *domain = NULL;
1143         *bdf = 0xffff;
1144
1145         if (dev->bus != &pci_bus_type)
1146                 return 0;
1147
1148         pcidev = to_pci_dev(dev);
1149         _bdf = calc_devid(pcidev->bus->number, pcidev->devfn);
1150
1151         /* device not translated by any IOMMU in the system? */
1152         if (_bdf > amd_iommu_last_bdf)
1153                 return 0;
1154
1155         *bdf = amd_iommu_alias_table[_bdf];
1156
1157         *iommu = amd_iommu_rlookup_table[*bdf];
1158         if (*iommu == NULL)
1159                 return 0;
1160         *domain = domain_for_device(*bdf);
1161         if (*domain == NULL) {
1162                 dma_dom = find_protection_domain(*bdf);
1163                 if (!dma_dom)
1164                         dma_dom = (*iommu)->default_dom;
1165                 *domain = &dma_dom->domain;
1166                 attach_device(*iommu, *domain, *bdf);
1167                 printk(KERN_INFO "AMD IOMMU: Using protection domain %d for "
1168                                 "device %s\n", (*domain)->id, dev_name(dev));
1169         }
1170
1171         if (domain_for_device(_bdf) == NULL)
1172                 attach_device(*iommu, *domain, _bdf);
1173
1174         return 1;
1175 }
1176
1177 /*
1178  * If the pte_page is not yet allocated this function is called
1179  */
1180 static u64* alloc_pte(struct protection_domain *dom,
1181                       unsigned long address, u64 **pte_page, gfp_t gfp)
1182 {
1183         u64 *pte, *page;
1184
1185         pte = &dom->pt_root[IOMMU_PTE_L2_INDEX(address)];
1186
1187         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
1188                 page = (u64 *)get_zeroed_page(gfp);
1189                 if (!page)
1190                         return NULL;
1191                 *pte = IOMMU_L2_PDE(virt_to_phys(page));
1192         }
1193
1194         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
1195         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(address)];
1196
1197         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
1198                 page = (u64 *)get_zeroed_page(gfp);
1199                 if (!page)
1200                         return NULL;
1201                 *pte = IOMMU_L1_PDE(virt_to_phys(page));
1202         }
1203
1204         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
1205
1206         if (pte_page)
1207                 *pte_page = pte;
1208
1209         pte = &pte[IOMMU_PTE_L0_INDEX(address)];
1210
1211         return pte;
1212 }
1213
1214 /*
1215  * This function fetches the PTE for a given address in the aperture
1216  */
1217 static u64* dma_ops_get_pte(struct dma_ops_domain *dom,
1218                             unsigned long address)
1219 {
1220         struct aperture_range *aperture;
1221         u64 *pte, *pte_page;
1222
1223         aperture = dom->aperture[APERTURE_RANGE_INDEX(address)];
1224         if (!aperture)
1225                 return NULL;
1226
1227         pte = aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)];
1228         if (!pte) {
1229                 pte = alloc_pte(&dom->domain, address, &pte_page, GFP_ATOMIC);
1230                 aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)] = pte_page;
1231         } else
1232                 pte += IOMMU_PTE_L0_INDEX(address);
1233
1234         return pte;
1235 }
1236
1237 /*
1238  * This is the generic map function. It maps one 4kb page at paddr to
1239  * the given address in the DMA address space for the domain.
1240  */
1241 static dma_addr_t dma_ops_domain_map(struct amd_iommu *iommu,
1242                                      struct dma_ops_domain *dom,
1243                                      unsigned long address,
1244                                      phys_addr_t paddr,
1245                                      int direction)
1246 {
1247         u64 *pte, __pte;
1248
1249         WARN_ON(address > dom->aperture_size);
1250
1251         paddr &= PAGE_MASK;
1252
1253         pte  = dma_ops_get_pte(dom, address);
1254         if (!pte)
1255                 return bad_dma_address;
1256
1257         __pte = paddr | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
1258
1259         if (direction == DMA_TO_DEVICE)
1260                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
1261         else if (direction == DMA_FROM_DEVICE)
1262                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
1263         else if (direction == DMA_BIDIRECTIONAL)
1264                 __pte |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW;
1265
1266         WARN_ON(*pte);
1267
1268         *pte = __pte;
1269
1270         return (dma_addr_t)address;
1271 }
1272
1273 /*
1274  * The generic unmapping function for on page in the DMA address space.
1275  */
1276 static void dma_ops_domain_unmap(struct amd_iommu *iommu,
1277                                  struct dma_ops_domain *dom,
1278                                  unsigned long address)
1279 {
1280         struct aperture_range *aperture;
1281         u64 *pte;
1282
1283         if (address >= dom->aperture_size)
1284                 return;
1285
1286         aperture = dom->aperture[APERTURE_RANGE_INDEX(address)];
1287         if (!aperture)
1288                 return;
1289
1290         pte  = aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)];
1291         if (!pte)
1292                 return;
1293
1294         pte += IOMMU_PTE_L0_INDEX(address);
1295
1296         WARN_ON(!*pte);
1297
1298         *pte = 0ULL;
1299 }
1300
1301 /*
1302  * This function contains common code for mapping of a physically
1303  * contiguous memory region into DMA address space. It is used by all
1304  * mapping functions provided with this IOMMU driver.
1305  * Must be called with the domain lock held.
1306  */
1307 static dma_addr_t __map_single(struct device *dev,
1308                                struct amd_iommu *iommu,
1309                                struct dma_ops_domain *dma_dom,
1310                                phys_addr_t paddr,
1311                                size_t size,
1312                                int dir,
1313                                bool align,
1314                                u64 dma_mask)
1315 {
1316         dma_addr_t offset = paddr & ~PAGE_MASK;
1317         dma_addr_t address, start, ret;
1318         unsigned int pages;
1319         unsigned long align_mask = 0;
1320         int i;
1321
1322         pages = iommu_num_pages(paddr, size, PAGE_SIZE);
1323         paddr &= PAGE_MASK;
1324
1325         INC_STATS_COUNTER(total_map_requests);
1326
1327         if (pages > 1)
1328                 INC_STATS_COUNTER(cross_page);
1329
1330         if (align)
1331                 align_mask = (1UL << get_order(size)) - 1;
1332
1333         address = dma_ops_alloc_addresses(dev, dma_dom, pages, align_mask,
1334                                           dma_mask);
1335         if (unlikely(address == bad_dma_address))
1336                 goto out;
1337
1338         start = address;
1339         for (i = 0; i < pages; ++i) {
1340                 ret = dma_ops_domain_map(iommu, dma_dom, start, paddr, dir);
1341                 if (ret == bad_dma_address)
1342                         goto out_unmap;
1343
1344                 paddr += PAGE_SIZE;
1345                 start += PAGE_SIZE;
1346         }
1347         address += offset;
1348
1349         ADD_STATS_COUNTER(alloced_io_mem, size);
1350
1351         if (unlikely(dma_dom->need_flush && !amd_iommu_unmap_flush)) {
1352                 iommu_flush_tlb(iommu, dma_dom->domain.id);
1353                 dma_dom->need_flush = false;
1354         } else if (unlikely(iommu_has_npcache(iommu)))
1355                 iommu_flush_pages(iommu, dma_dom->domain.id, address, size);
1356
1357 out:
1358         return address;
1359
1360 out_unmap:
1361
1362         for (--i; i >= 0; --i) {
1363                 start -= PAGE_SIZE;
1364                 dma_ops_domain_unmap(iommu, dma_dom, start);
1365         }
1366
1367         dma_ops_free_addresses(dma_dom, address, pages);
1368
1369         return bad_dma_address;
1370 }
1371
1372 /*
1373  * Does the reverse of the __map_single function. Must be called with
1374  * the domain lock held too
1375  */
1376 static void __unmap_single(struct amd_iommu *iommu,
1377                            struct dma_ops_domain *dma_dom,
1378                            dma_addr_t dma_addr,
1379                            size_t size,
1380                            int dir)
1381 {
1382         dma_addr_t i, start;
1383         unsigned int pages;
1384
1385         if ((dma_addr == bad_dma_address) ||
1386             (dma_addr + size > dma_dom->aperture_size))
1387                 return;
1388
1389         pages = iommu_num_pages(dma_addr, size, PAGE_SIZE);
1390         dma_addr &= PAGE_MASK;
1391         start = dma_addr;
1392
1393         for (i = 0; i < pages; ++i) {
1394                 dma_ops_domain_unmap(iommu, dma_dom, start);
1395                 start += PAGE_SIZE;
1396         }
1397
1398         SUB_STATS_COUNTER(alloced_io_mem, size);
1399
1400         dma_ops_free_addresses(dma_dom, dma_addr, pages);
1401
1402         if (amd_iommu_unmap_flush || dma_dom->need_flush) {
1403                 iommu_flush_pages(iommu, dma_dom->domain.id, dma_addr, size);
1404                 dma_dom->need_flush = false;
1405         }
1406 }
1407
1408 /*
1409  * The exported map_single function for dma_ops.
1410  */
1411 static dma_addr_t map_page(struct device *dev, struct page *page,
1412                            unsigned long offset, size_t size,
1413                            enum dma_data_direction dir,
1414                            struct dma_attrs *attrs)
1415 {
1416         unsigned long flags;
1417         struct amd_iommu *iommu;
1418         struct protection_domain *domain;
1419         u16 devid;
1420         dma_addr_t addr;
1421         u64 dma_mask;
1422         phys_addr_t paddr = page_to_phys(page) + offset;
1423
1424         INC_STATS_COUNTER(cnt_map_single);
1425
1426         if (!check_device(dev))
1427                 return bad_dma_address;
1428
1429         dma_mask = *dev->dma_mask;
1430
1431         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1432
1433         if (iommu == NULL || domain == NULL)
1434                 /* device not handled by any AMD IOMMU */
1435                 return (dma_addr_t)paddr;
1436
1437         if (!dma_ops_domain(domain))
1438                 return bad_dma_address;
1439
1440         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1441         addr = __map_single(dev, iommu, domain->priv, paddr, size, dir, false,
1442                             dma_mask);
1443         if (addr == bad_dma_address)
1444                 goto out;
1445
1446         iommu_completion_wait(iommu);
1447
1448 out:
1449         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1450
1451         return addr;
1452 }
1453
1454 /*
1455  * The exported unmap_single function for dma_ops.
1456  */
1457 static void unmap_page(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr, size_t size,
1458                        enum dma_data_direction dir, struct dma_attrs *attrs)
1459 {
1460         unsigned long flags;
1461         struct amd_iommu *iommu;
1462         struct protection_domain *domain;
1463         u16 devid;
1464
1465         INC_STATS_COUNTER(cnt_unmap_single);
1466
1467         if (!check_device(dev) ||
1468             !get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1469                 /* device not handled by any AMD IOMMU */
1470                 return;
1471
1472         if (!dma_ops_domain(domain))
1473                 return;
1474
1475         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1476
1477         __unmap_single(iommu, domain->priv, dma_addr, size, dir);
1478
1479         iommu_completion_wait(iommu);
1480
1481         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1482 }
1483
1484 /*
1485  * This is a special map_sg function which is used if we should map a
1486  * device which is not handled by an AMD IOMMU in the system.
1487  */
1488 static int map_sg_no_iommu(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1489                            int nelems, int dir)
1490 {
1491         struct scatterlist *s;
1492         int i;
1493
1494         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1495                 s->dma_address = (dma_addr_t)sg_phys(s);
1496                 s->dma_length  = s->length;
1497         }
1498
1499         return nelems;
1500 }
1501
1502 /*
1503  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1504  * lists).
1505  */
1506 static int map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1507                   int nelems, enum dma_data_direction dir,
1508                   struct dma_attrs *attrs)
1509 {
1510         unsigned long flags;
1511         struct amd_iommu *iommu;
1512         struct protection_domain *domain;
1513         u16 devid;
1514         int i;
1515         struct scatterlist *s;
1516         phys_addr_t paddr;
1517         int mapped_elems = 0;
1518         u64 dma_mask;
1519
1520         INC_STATS_COUNTER(cnt_map_sg);
1521
1522         if (!check_device(dev))
1523                 return 0;
1524
1525         dma_mask = *dev->dma_mask;
1526
1527         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1528
1529         if (!iommu || !domain)
1530                 return map_sg_no_iommu(dev, sglist, nelems, dir);
1531
1532         if (!dma_ops_domain(domain))
1533                 return 0;
1534
1535         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1536
1537         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1538                 paddr = sg_phys(s);
1539
1540                 s->dma_address = __map_single(dev, iommu, domain->priv,
1541                                               paddr, s->length, dir, false,
1542                                               dma_mask);
1543
1544                 if (s->dma_address) {
1545                         s->dma_length = s->length;
1546                         mapped_elems++;
1547                 } else
1548                         goto unmap;
1549         }
1550
1551         iommu_completion_wait(iommu);
1552
1553 out:
1554         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1555
1556         return mapped_elems;
1557 unmap:
1558         for_each_sg(sglist, s, mapped_elems, i) {
1559                 if (s->dma_address)
1560                         __unmap_single(iommu, domain->priv, s->dma_address,
1561                                        s->dma_length, dir);
1562                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
1563         }
1564
1565         mapped_elems = 0;
1566
1567         goto out;
1568 }
1569
1570 /*
1571  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1572  * lists).
1573  */
1574 static void unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1575                      int nelems, enum dma_data_direction dir,
1576                      struct dma_attrs *attrs)
1577 {
1578         unsigned long flags;
1579         struct amd_iommu *iommu;
1580         struct protection_domain *domain;
1581         struct scatterlist *s;
1582         u16 devid;
1583         int i;
1584
1585         INC_STATS_COUNTER(cnt_unmap_sg);
1586
1587         if (!check_device(dev) ||
1588             !get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1589                 return;
1590
1591         if (!dma_ops_domain(domain))
1592                 return;
1593
1594         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1595
1596         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1597                 __unmap_single(iommu, domain->priv, s->dma_address,
1598                                s->dma_length, dir);
1599                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
1600         }
1601
1602         iommu_completion_wait(iommu);
1603
1604         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1605 }
1606
1607 /*
1608  * The exported alloc_coherent function for dma_ops.
1609  */
1610 static void *alloc_coherent(struct device *dev, size_t size,
1611                             dma_addr_t *dma_addr, gfp_t flag)
1612 {
1613         unsigned long flags;
1614         void *virt_addr;
1615         struct amd_iommu *iommu;
1616         struct protection_domain *domain;
1617         u16 devid;
1618         phys_addr_t paddr;
1619         u64 dma_mask = dev->coherent_dma_mask;
1620
1621         INC_STATS_COUNTER(cnt_alloc_coherent);
1622
1623         if (!check_device(dev))
1624                 return NULL;
1625
1626         if (!get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1627                 flag &= ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM | __GFP_DMA32);
1628
1629         flag |= __GFP_ZERO;
1630         virt_addr = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
1631         if (!virt_addr)
1632                 return 0;
1633
1634         paddr = virt_to_phys(virt_addr);
1635
1636         if (!iommu || !domain) {
1637                 *dma_addr = (dma_addr_t)paddr;
1638                 return virt_addr;
1639         }
1640
1641         if (!dma_ops_domain(domain))
1642                 goto out_free;
1643
1644         if (!dma_mask)
1645                 dma_mask = *dev->dma_mask;
1646
1647         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1648
1649         *dma_addr = __map_single(dev, iommu, domain->priv, paddr,
1650                                  size, DMA_BIDIRECTIONAL, true, dma_mask);
1651
1652         if (*dma_addr == bad_dma_address)
1653                 goto out_free;
1654
1655         iommu_completion_wait(iommu);
1656
1657         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1658
1659         return virt_addr;
1660
1661 out_free:
1662
1663         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
1664
1665         return NULL;
1666 }
1667
1668 /*
1669  * The exported free_coherent function for dma_ops.
1670  */
1671 static void free_coherent(struct device *dev, size_t size,
1672                           void *virt_addr, dma_addr_t dma_addr)
1673 {
1674         unsigned long flags;
1675         struct amd_iommu *iommu;
1676         struct protection_domain *domain;
1677         u16 devid;
1678
1679         INC_STATS_COUNTER(cnt_free_coherent);
1680
1681         if (!check_device(dev))
1682                 return;
1683
1684         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1685
1686         if (!iommu || !domain)
1687                 goto free_mem;
1688
1689         if (!dma_ops_domain(domain))
1690                 goto free_mem;
1691
1692         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1693
1694         __unmap_single(iommu, domain->priv, dma_addr, size, DMA_BIDIRECTIONAL);
1695
1696         iommu_completion_wait(iommu);
1697
1698         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1699
1700 free_mem:
1701         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
1702 }
1703
1704 /*
1705  * This function is called by the DMA layer to find out if we can handle a
1706  * particular device. It is part of the dma_ops.
1707  */
1708 static int amd_iommu_dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
1709 {
1710         u16 bdf;
1711         struct pci_dev *pcidev;
1712
1713         /* No device or no PCI device */
1714         if (!dev || dev->bus != &pci_bus_type)
1715                 return 0;
1716
1717         pcidev = to_pci_dev(dev);
1718
1719         bdf = calc_devid(pcidev->bus->number, pcidev->devfn);
1720
1721         /* Out of our scope? */
1722         if (bdf > amd_iommu_last_bdf)
1723                 return 0;
1724
1725         return 1;
1726 }
1727
1728 /*
1729  * The function for pre-allocating protection domains.
1730  *
1731  * If the driver core informs the DMA layer if a driver grabs a device
1732  * we don't need to preallocate the protection domains anymore.
1733  * For now we have to.
1734  */
1735 static void prealloc_protection_domains(void)
1736 {
1737         struct pci_dev *dev = NULL;
1738         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1739         struct amd_iommu *iommu;
1740         int order = amd_iommu_aperture_order;
1741         u16 devid;
1742
1743         while ((dev = pci_get_device(PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, dev)) != NULL) {
1744                 devid = calc_devid(dev->bus->number, dev->devfn);
1745                 if (devid > amd_iommu_last_bdf)
1746                         continue;
1747                 devid = amd_iommu_alias_table[devid];
1748                 if (domain_for_device(devid))
1749                         continue;
1750                 iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1751                 if (!iommu)
1752                         continue;
1753                 dma_dom = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1754                 if (!dma_dom)
1755                         continue;
1756                 init_unity_mappings_for_device(dma_dom, devid);
1757                 dma_dom->target_dev = devid;
1758
1759                 list_add_tail(&dma_dom->list, &iommu_pd_list);
1760         }
1761 }
1762
1763 static struct dma_map_ops amd_iommu_dma_ops = {
1764         .alloc_coherent = alloc_coherent,
1765         .free_coherent = free_coherent,
1766         .map_page = map_page,
1767         .unmap_page = unmap_page,
1768         .map_sg = map_sg,
1769         .unmap_sg = unmap_sg,
1770         .dma_supported = amd_iommu_dma_supported,
1771 };
1772
1773 /*
1774  * The function which clues the AMD IOMMU driver into dma_ops.
1775  */
1776 int __init amd_iommu_init_dma_ops(void)
1777 {
1778         struct amd_iommu *iommu;
1779         int order = amd_iommu_aperture_order;
1780         int ret;
1781
1782         /*
1783          * first allocate a default protection domain for every IOMMU we
1784          * found in the system. Devices not assigned to any other
1785          * protection domain will be assigned to the default one.
1786          */
1787         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
1788                 iommu->default_dom = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1789                 if (iommu->default_dom == NULL)
1790                         return -ENOMEM;
1791                 iommu->default_dom->domain.flags |= PD_DEFAULT_MASK;
1792                 ret = iommu_init_unity_mappings(iommu);
1793                 if (ret)
1794                         goto free_domains;
1795         }
1796
1797         /*
1798          * If device isolation is enabled, pre-allocate the protection
1799          * domains for each device.
1800          */
1801         if (amd_iommu_isolate)
1802                 prealloc_protection_domains();
1803
1804         iommu_detected = 1;
1805         force_iommu = 1;
1806         bad_dma_address = 0;
1807 #ifdef CONFIG_GART_IOMMU
1808         gart_iommu_aperture_disabled = 1;
1809         gart_iommu_aperture = 0;
1810 #endif
1811
1812         /* Make the driver finally visible to the drivers */
1813         dma_ops = &amd_iommu_dma_ops;
1814
1815         register_iommu(&amd_iommu_ops);
1816
1817         bus_register_notifier(&pci_bus_type, &device_nb);
1818
1819         amd_iommu_stats_init();
1820
1821         return 0;
1822
1823 free_domains:
1824
1825         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
1826                 if (iommu->default_dom)
1827                         dma_ops_domain_free(iommu->default_dom);
1828         }
1829
1830         return ret;
1831 }
1832
1833 /*****************************************************************************
1834  *
1835  * The following functions belong to the exported interface of AMD IOMMU
1836  *
1837  * This interface allows access to lower level functions of the IOMMU
1838  * like protection domain handling and assignement of devices to domains
1839  * which is not possible with the dma_ops interface.
1840  *
1841  *****************************************************************************/
1842
1843 static void cleanup_domain(struct protection_domain *domain)
1844 {
1845         unsigned long flags;
1846         u16 devid;
1847
1848         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1849
1850         for (devid = 0; devid <= amd_iommu_last_bdf; ++devid)
1851                 if (amd_iommu_pd_table[devid] == domain)
1852                         __detach_device(domain, devid);
1853
1854         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1855 }
1856
1857 static int amd_iommu_domain_init(struct iommu_domain *dom)
1858 {
1859         struct protection_domain *domain;
1860
1861         domain = kzalloc(sizeof(*domain), GFP_KERNEL);
1862         if (!domain)
1863                 return -ENOMEM;
1864
1865         spin_lock_init(&domain->lock);
1866         domain->mode = PAGE_MODE_3_LEVEL;
1867         domain->id = domain_id_alloc();
1868         if (!domain->id)
1869                 goto out_free;
1870         domain->pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
1871         if (!domain->pt_root)
1872                 goto out_free;
1873
1874         dom->priv = domain;
1875
1876         return 0;
1877
1878 out_free:
1879         kfree(domain);
1880
1881         return -ENOMEM;
1882 }
1883
1884 static void amd_iommu_domain_destroy(struct iommu_domain *dom)
1885 {
1886         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1887
1888         if (!domain)
1889                 return;
1890
1891         if (domain->dev_cnt > 0)
1892                 cleanup_domain(domain);
1893
1894         BUG_ON(domain->dev_cnt != 0);
1895
1896         free_pagetable(domain);
1897
1898         domain_id_free(domain->id);
1899
1900         kfree(domain);
1901
1902         dom->priv = NULL;
1903 }
1904
1905 static void amd_iommu_detach_device(struct iommu_domain *dom,
1906                                     struct device *dev)
1907 {
1908         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1909         struct amd_iommu *iommu;
1910         struct pci_dev *pdev;
1911         u16 devid;
1912
1913         if (dev->bus != &pci_bus_type)
1914                 return;
1915
1916         pdev = to_pci_dev(dev);
1917
1918         devid = calc_devid(pdev->bus->number, pdev->devfn);
1919
1920         if (devid > 0)
1921                 detach_device(domain, devid);
1922
1923         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1924         if (!iommu)
1925                 return;
1926
1927         iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, devid);
1928         iommu_completion_wait(iommu);
1929 }
1930
1931 static int amd_iommu_attach_device(struct iommu_domain *dom,
1932                                    struct device *dev)
1933 {
1934         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1935         struct protection_domain *old_domain;
1936         struct amd_iommu *iommu;
1937         struct pci_dev *pdev;
1938         u16 devid;
1939
1940         if (dev->bus != &pci_bus_type)
1941                 return -EINVAL;
1942
1943         pdev = to_pci_dev(dev);
1944
1945         devid = calc_devid(pdev->bus->number, pdev->devfn);
1946
1947         if (devid >= amd_iommu_last_bdf ||
1948                         devid != amd_iommu_alias_table[devid])
1949                 return -EINVAL;
1950
1951         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1952         if (!iommu)
1953                 return -EINVAL;
1954
1955         old_domain = domain_for_device(devid);
1956         if (old_domain)
1957                 return -EBUSY;
1958
1959         attach_device(iommu, domain, devid);
1960
1961         iommu_completion_wait(iommu);
1962
1963         return 0;
1964 }
1965
1966 static int amd_iommu_map_range(struct iommu_domain *dom,
1967                                unsigned long iova, phys_addr_t paddr,
1968                                size_t size, int iommu_prot)
1969 {
1970         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1971         unsigned long i,  npages = iommu_num_pages(paddr, size, PAGE_SIZE);
1972         int prot = 0;
1973         int ret;
1974
1975         if (iommu_prot & IOMMU_READ)
1976                 prot |= IOMMU_PROT_IR;
1977         if (iommu_prot & IOMMU_WRITE)
1978                 prot |= IOMMU_PROT_IW;
1979
1980         iova  &= PAGE_MASK;
1981         paddr &= PAGE_MASK;
1982
1983         for (i = 0; i < npages; ++i) {
1984                 ret = iommu_map_page(domain, iova, paddr, prot);
1985                 if (ret)
1986                         return ret;
1987
1988                 iova  += PAGE_SIZE;
1989                 paddr += PAGE_SIZE;
1990         }
1991
1992         return 0;
1993 }
1994
1995 static void amd_iommu_unmap_range(struct iommu_domain *dom,
1996                                   unsigned long iova, size_t size)
1997 {
1998
1999         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2000         unsigned long i,  npages = iommu_num_pages(iova, size, PAGE_SIZE);
2001
2002         iova  &= PAGE_MASK;
2003
2004         for (i = 0; i < npages; ++i) {
2005                 iommu_unmap_page(domain, iova);
2006                 iova  += PAGE_SIZE;
2007         }
2008
2009         iommu_flush_domain(domain->id);
2010 }
2011
2012 static phys_addr_t amd_iommu_iova_to_phys(struct iommu_domain *dom,
2013                                           unsigned long iova)
2014 {
2015         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2016         unsigned long offset = iova & ~PAGE_MASK;
2017         phys_addr_t paddr;
2018         u64 *pte;
2019
2020         pte = &domain->pt_root[IOMMU_PTE_L2_INDEX(iova)];
2021
2022         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
2023                 return 0;
2024
2025         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
2026         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(iova)];
2027
2028         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
2029                 return 0;
2030
2031         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
2032         pte = &pte[IOMMU_PTE_L0_INDEX(iova)];
2033
2034         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
2035                 return 0;
2036
2037         paddr  = *pte & IOMMU_PAGE_MASK;
2038         paddr |= offset;
2039
2040         return paddr;
2041 }
2042
2043 static int amd_iommu_domain_has_cap(struct iommu_domain *domain,
2044                                     unsigned long cap)
2045 {
2046         return 0;
2047 }
2048
2049 static struct iommu_ops amd_iommu_ops = {
2050         .domain_init = amd_iommu_domain_init,
2051         .domain_destroy = amd_iommu_domain_destroy,
2052         .attach_dev = amd_iommu_attach_device,
2053         .detach_dev = amd_iommu_detach_device,
2054         .map = amd_iommu_map_range,
2055         .unmap = amd_iommu_unmap_range,
2056         .iova_to_phys = amd_iommu_iova_to_phys,
2057         .domain_has_cap = amd_iommu_domain_has_cap,
2058 };
2059