Merge git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/bart/ide-2.6
[linux-2.6] / arch / x86 / kernel / amd_iommu.c
1 /*
2  * Copyright (C) 2007-2008 Advanced Micro Devices, Inc.
3  * Author: Joerg Roedel <joerg.roedel@amd.com>
4  *         Leo Duran <leo.duran@amd.com>
5  *
6  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
7  * under the terms of the GNU General Public License version 2 as published
8  * by the Free Software Foundation.
9  *
10  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
11  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
13  * GNU General Public License for more details.
14  *
15  * You should have received a copy of the GNU General Public License
16  * along with this program; if not, write to the Free Software
17  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307 USA
18  */
19
20 #include <linux/pci.h>
21 #include <linux/gfp.h>
22 #include <linux/bitops.h>
23 #include <linux/scatterlist.h>
24 #include <linux/iommu-helper.h>
25 #include <asm/proto.h>
26 #include <asm/iommu.h>
27 #include <asm/gart.h>
28 #include <asm/amd_iommu_types.h>
29 #include <asm/amd_iommu.h>
30
31 #define CMD_SET_TYPE(cmd, t) ((cmd)->data[1] |= ((t) << 28))
32
33 #define EXIT_LOOP_COUNT 10000000
34
35 static DEFINE_RWLOCK(amd_iommu_devtable_lock);
36
37 /* A list of preallocated protection domains */
38 static LIST_HEAD(iommu_pd_list);
39 static DEFINE_SPINLOCK(iommu_pd_list_lock);
40
41 /*
42  * general struct to manage commands send to an IOMMU
43  */
44 struct iommu_cmd {
45         u32 data[4];
46 };
47
48 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
49                              struct unity_map_entry *e);
50
51 /* returns !0 if the IOMMU is caching non-present entries in its TLB */
52 static int iommu_has_npcache(struct amd_iommu *iommu)
53 {
54         return iommu->cap & (1UL << IOMMU_CAP_NPCACHE);
55 }
56
57 /****************************************************************************
58  *
59  * Interrupt handling functions
60  *
61  ****************************************************************************/
62
63 static void iommu_print_event(void *__evt)
64 {
65         u32 *event = __evt;
66         int type  = (event[1] >> EVENT_TYPE_SHIFT)  & EVENT_TYPE_MASK;
67         int devid = (event[0] >> EVENT_DEVID_SHIFT) & EVENT_DEVID_MASK;
68         int domid = (event[1] >> EVENT_DOMID_SHIFT) & EVENT_DOMID_MASK;
69         int flags = (event[1] >> EVENT_FLAGS_SHIFT) & EVENT_FLAGS_MASK;
70         u64 address = (u64)(((u64)event[3]) << 32) | event[2];
71
72         printk(KERN_ERR "AMD IOMMU: Event logged [");
73
74         switch (type) {
75         case EVENT_TYPE_ILL_DEV:
76                 printk("ILLEGAL_DEV_TABLE_ENTRY device=%02x:%02x.%x "
77                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
78                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
79                        address, flags);
80                 break;
81         case EVENT_TYPE_IO_FAULT:
82                 printk("IO_PAGE_FAULT device=%02x:%02x.%x "
83                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
84                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
85                        domid, address, flags);
86                 break;
87         case EVENT_TYPE_DEV_TAB_ERR:
88                 printk("DEV_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
89                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
90                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
91                        address, flags);
92                 break;
93         case EVENT_TYPE_PAGE_TAB_ERR:
94                 printk("PAGE_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
95                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
96                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
97                        domid, address, flags);
98                 break;
99         case EVENT_TYPE_ILL_CMD:
100                 printk("ILLEGAL_COMMAND_ERROR address=0x%016llx]\n", address);
101                 break;
102         case EVENT_TYPE_CMD_HARD_ERR:
103                 printk("COMMAND_HARDWARE_ERROR address=0x%016llx "
104                        "flags=0x%04x]\n", address, flags);
105                 break;
106         case EVENT_TYPE_IOTLB_INV_TO:
107                 printk("IOTLB_INV_TIMEOUT device=%02x:%02x.%x "
108                        "address=0x%016llx]\n",
109                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
110                        address);
111                 break;
112         case EVENT_TYPE_INV_DEV_REQ:
113                 printk("INVALID_DEVICE_REQUEST device=%02x:%02x.%x "
114                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
115                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
116                        address, flags);
117                 break;
118         default:
119                 printk(KERN_ERR "UNKNOWN type=0x%02x]\n", type);
120         }
121 }
122
123 static void iommu_poll_events(struct amd_iommu *iommu)
124 {
125         u32 head, tail;
126         unsigned long flags;
127
128         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
129
130         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
131         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_TAIL_OFFSET);
132
133         while (head != tail) {
134                 iommu_print_event(iommu->evt_buf + head);
135                 head = (head + EVENT_ENTRY_SIZE) % iommu->evt_buf_size;
136         }
137
138         writel(head, iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
139
140         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
141 }
142
143 irqreturn_t amd_iommu_int_handler(int irq, void *data)
144 {
145         struct amd_iommu *iommu;
146
147         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list)
148                 iommu_poll_events(iommu);
149
150         return IRQ_HANDLED;
151 }
152
153 /****************************************************************************
154  *
155  * IOMMU command queuing functions
156  *
157  ****************************************************************************/
158
159 /*
160  * Writes the command to the IOMMUs command buffer and informs the
161  * hardware about the new command. Must be called with iommu->lock held.
162  */
163 static int __iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
164 {
165         u32 tail, head;
166         u8 *target;
167
168         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
169         target = iommu->cmd_buf + tail;
170         memcpy_toio(target, cmd, sizeof(*cmd));
171         tail = (tail + sizeof(*cmd)) % iommu->cmd_buf_size;
172         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_HEAD_OFFSET);
173         if (tail == head)
174                 return -ENOMEM;
175         writel(tail, iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
176
177         return 0;
178 }
179
180 /*
181  * General queuing function for commands. Takes iommu->lock and calls
182  * __iommu_queue_command().
183  */
184 static int iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
185 {
186         unsigned long flags;
187         int ret;
188
189         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
190         ret = __iommu_queue_command(iommu, cmd);
191         if (!ret)
192                 iommu->need_sync = 1;
193         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
194
195         return ret;
196 }
197
198 /*
199  * This function is called whenever we need to ensure that the IOMMU has
200  * completed execution of all commands we sent. It sends a
201  * COMPLETION_WAIT command and waits for it to finish. The IOMMU informs
202  * us about that by writing a value to a physical address we pass with
203  * the command.
204  */
205 static int iommu_completion_wait(struct amd_iommu *iommu)
206 {
207         int ret = 0, ready = 0;
208         unsigned status = 0;
209         struct iommu_cmd cmd;
210         unsigned long flags, i = 0;
211
212         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
213         cmd.data[0] = CMD_COMPL_WAIT_INT_MASK;
214         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_COMPL_WAIT);
215
216         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
217
218         if (!iommu->need_sync)
219                 goto out;
220
221         iommu->need_sync = 0;
222
223         ret = __iommu_queue_command(iommu, &cmd);
224
225         if (ret)
226                 goto out;
227
228         while (!ready && (i < EXIT_LOOP_COUNT)) {
229                 ++i;
230                 /* wait for the bit to become one */
231                 status = readl(iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
232                 ready = status & MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
233         }
234
235         /* set bit back to zero */
236         status &= ~MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
237         writel(status, iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
238
239         if (unlikely(i == EXIT_LOOP_COUNT))
240                 panic("AMD IOMMU: Completion wait loop failed\n");
241
242 out:
243         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
244
245         return 0;
246 }
247
248 /*
249  * Command send function for invalidating a device table entry
250  */
251 static int iommu_queue_inv_dev_entry(struct amd_iommu *iommu, u16 devid)
252 {
253         struct iommu_cmd cmd;
254         int ret;
255
256         BUG_ON(iommu == NULL);
257
258         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
259         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_INV_DEV_ENTRY);
260         cmd.data[0] = devid;
261
262         ret = iommu_queue_command(iommu, &cmd);
263
264         return ret;
265 }
266
267 /*
268  * Generic command send function for invalidaing TLB entries
269  */
270 static int iommu_queue_inv_iommu_pages(struct amd_iommu *iommu,
271                 u64 address, u16 domid, int pde, int s)
272 {
273         struct iommu_cmd cmd;
274         int ret;
275
276         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
277         address &= PAGE_MASK;
278         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_INV_IOMMU_PAGES);
279         cmd.data[1] |= domid;
280         cmd.data[2] = lower_32_bits(address);
281         cmd.data[3] = upper_32_bits(address);
282         if (s) /* size bit - we flush more than one 4kb page */
283                 cmd.data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_SIZE_MASK;
284         if (pde) /* PDE bit - we wan't flush everything not only the PTEs */
285                 cmd.data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_PDE_MASK;
286
287         ret = iommu_queue_command(iommu, &cmd);
288
289         return ret;
290 }
291
292 /*
293  * TLB invalidation function which is called from the mapping functions.
294  * It invalidates a single PTE if the range to flush is within a single
295  * page. Otherwise it flushes the whole TLB of the IOMMU.
296  */
297 static int iommu_flush_pages(struct amd_iommu *iommu, u16 domid,
298                 u64 address, size_t size)
299 {
300         int s = 0;
301         unsigned pages = iommu_num_pages(address, size, PAGE_SIZE);
302
303         address &= PAGE_MASK;
304
305         if (pages > 1) {
306                 /*
307                  * If we have to flush more than one page, flush all
308                  * TLB entries for this domain
309                  */
310                 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
311                 s = 1;
312         }
313
314         iommu_queue_inv_iommu_pages(iommu, address, domid, 0, s);
315
316         return 0;
317 }
318
319 /* Flush the whole IO/TLB for a given protection domain */
320 static void iommu_flush_tlb(struct amd_iommu *iommu, u16 domid)
321 {
322         u64 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
323
324         iommu_queue_inv_iommu_pages(iommu, address, domid, 0, 1);
325 }
326
327 /****************************************************************************
328  *
329  * The functions below are used the create the page table mappings for
330  * unity mapped regions.
331  *
332  ****************************************************************************/
333
334 /*
335  * Generic mapping functions. It maps a physical address into a DMA
336  * address space. It allocates the page table pages if necessary.
337  * In the future it can be extended to a generic mapping function
338  * supporting all features of AMD IOMMU page tables like level skipping
339  * and full 64 bit address spaces.
340  */
341 static int iommu_map(struct protection_domain *dom,
342                      unsigned long bus_addr,
343                      unsigned long phys_addr,
344                      int prot)
345 {
346         u64 __pte, *pte, *page;
347
348         bus_addr  = PAGE_ALIGN(bus_addr);
349         phys_addr = PAGE_ALIGN(phys_addr);
350
351         /* only support 512GB address spaces for now */
352         if (bus_addr > IOMMU_MAP_SIZE_L3 || !(prot & IOMMU_PROT_MASK))
353                 return -EINVAL;
354
355         pte = &dom->pt_root[IOMMU_PTE_L2_INDEX(bus_addr)];
356
357         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
358                 page = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
359                 if (!page)
360                         return -ENOMEM;
361                 *pte = IOMMU_L2_PDE(virt_to_phys(page));
362         }
363
364         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
365         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(bus_addr)];
366
367         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
368                 page = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
369                 if (!page)
370                         return -ENOMEM;
371                 *pte = IOMMU_L1_PDE(virt_to_phys(page));
372         }
373
374         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
375         pte = &pte[IOMMU_PTE_L0_INDEX(bus_addr)];
376
377         if (IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
378                 return -EBUSY;
379
380         __pte = phys_addr | IOMMU_PTE_P;
381         if (prot & IOMMU_PROT_IR)
382                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
383         if (prot & IOMMU_PROT_IW)
384                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
385
386         *pte = __pte;
387
388         return 0;
389 }
390
391 /*
392  * This function checks if a specific unity mapping entry is needed for
393  * this specific IOMMU.
394  */
395 static int iommu_for_unity_map(struct amd_iommu *iommu,
396                                struct unity_map_entry *entry)
397 {
398         u16 bdf, i;
399
400         for (i = entry->devid_start; i <= entry->devid_end; ++i) {
401                 bdf = amd_iommu_alias_table[i];
402                 if (amd_iommu_rlookup_table[bdf] == iommu)
403                         return 1;
404         }
405
406         return 0;
407 }
408
409 /*
410  * Init the unity mappings for a specific IOMMU in the system
411  *
412  * Basically iterates over all unity mapping entries and applies them to
413  * the default domain DMA of that IOMMU if necessary.
414  */
415 static int iommu_init_unity_mappings(struct amd_iommu *iommu)
416 {
417         struct unity_map_entry *entry;
418         int ret;
419
420         list_for_each_entry(entry, &amd_iommu_unity_map, list) {
421                 if (!iommu_for_unity_map(iommu, entry))
422                         continue;
423                 ret = dma_ops_unity_map(iommu->default_dom, entry);
424                 if (ret)
425                         return ret;
426         }
427
428         return 0;
429 }
430
431 /*
432  * This function actually applies the mapping to the page table of the
433  * dma_ops domain.
434  */
435 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
436                              struct unity_map_entry *e)
437 {
438         u64 addr;
439         int ret;
440
441         for (addr = e->address_start; addr < e->address_end;
442              addr += PAGE_SIZE) {
443                 ret = iommu_map(&dma_dom->domain, addr, addr, e->prot);
444                 if (ret)
445                         return ret;
446                 /*
447                  * if unity mapping is in aperture range mark the page
448                  * as allocated in the aperture
449                  */
450                 if (addr < dma_dom->aperture_size)
451                         __set_bit(addr >> PAGE_SHIFT, dma_dom->bitmap);
452         }
453
454         return 0;
455 }
456
457 /*
458  * Inits the unity mappings required for a specific device
459  */
460 static int init_unity_mappings_for_device(struct dma_ops_domain *dma_dom,
461                                           u16 devid)
462 {
463         struct unity_map_entry *e;
464         int ret;
465
466         list_for_each_entry(e, &amd_iommu_unity_map, list) {
467                 if (!(devid >= e->devid_start && devid <= e->devid_end))
468                         continue;
469                 ret = dma_ops_unity_map(dma_dom, e);
470                 if (ret)
471                         return ret;
472         }
473
474         return 0;
475 }
476
477 /****************************************************************************
478  *
479  * The next functions belong to the address allocator for the dma_ops
480  * interface functions. They work like the allocators in the other IOMMU
481  * drivers. Its basically a bitmap which marks the allocated pages in
482  * the aperture. Maybe it could be enhanced in the future to a more
483  * efficient allocator.
484  *
485  ****************************************************************************/
486
487 /*
488  * The address allocator core function.
489  *
490  * called with domain->lock held
491  */
492 static unsigned long dma_ops_alloc_addresses(struct device *dev,
493                                              struct dma_ops_domain *dom,
494                                              unsigned int pages,
495                                              unsigned long align_mask,
496                                              u64 dma_mask)
497 {
498         unsigned long limit;
499         unsigned long address;
500         unsigned long boundary_size;
501
502         boundary_size = ALIGN(dma_get_seg_boundary(dev) + 1,
503                         PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
504         limit = iommu_device_max_index(dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT, 0,
505                                        dma_mask >> PAGE_SHIFT);
506
507         if (dom->next_bit >= limit) {
508                 dom->next_bit = 0;
509                 dom->need_flush = true;
510         }
511
512         address = iommu_area_alloc(dom->bitmap, limit, dom->next_bit, pages,
513                                    0 , boundary_size, align_mask);
514         if (address == -1) {
515                 address = iommu_area_alloc(dom->bitmap, limit, 0, pages,
516                                 0, boundary_size, align_mask);
517                 dom->need_flush = true;
518         }
519
520         if (likely(address != -1)) {
521                 dom->next_bit = address + pages;
522                 address <<= PAGE_SHIFT;
523         } else
524                 address = bad_dma_address;
525
526         WARN_ON((address + (PAGE_SIZE*pages)) > dom->aperture_size);
527
528         return address;
529 }
530
531 /*
532  * The address free function.
533  *
534  * called with domain->lock held
535  */
536 static void dma_ops_free_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
537                                    unsigned long address,
538                                    unsigned int pages)
539 {
540         address >>= PAGE_SHIFT;
541         iommu_area_free(dom->bitmap, address, pages);
542
543         if (address >= dom->next_bit)
544                 dom->need_flush = true;
545 }
546
547 /****************************************************************************
548  *
549  * The next functions belong to the domain allocation. A domain is
550  * allocated for every IOMMU as the default domain. If device isolation
551  * is enabled, every device get its own domain. The most important thing
552  * about domains is the page table mapping the DMA address space they
553  * contain.
554  *
555  ****************************************************************************/
556
557 static u16 domain_id_alloc(void)
558 {
559         unsigned long flags;
560         int id;
561
562         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
563         id = find_first_zero_bit(amd_iommu_pd_alloc_bitmap, MAX_DOMAIN_ID);
564         BUG_ON(id == 0);
565         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
566                 __set_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
567         else
568                 id = 0;
569         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
570
571         return id;
572 }
573
574 /*
575  * Used to reserve address ranges in the aperture (e.g. for exclusion
576  * ranges.
577  */
578 static void dma_ops_reserve_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
579                                       unsigned long start_page,
580                                       unsigned int pages)
581 {
582         unsigned int last_page = dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT;
583
584         if (start_page + pages > last_page)
585                 pages = last_page - start_page;
586
587         iommu_area_reserve(dom->bitmap, start_page, pages);
588 }
589
590 static void dma_ops_free_pagetable(struct dma_ops_domain *dma_dom)
591 {
592         int i, j;
593         u64 *p1, *p2, *p3;
594
595         p1 = dma_dom->domain.pt_root;
596
597         if (!p1)
598                 return;
599
600         for (i = 0; i < 512; ++i) {
601                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p1[i]))
602                         continue;
603
604                 p2 = IOMMU_PTE_PAGE(p1[i]);
605                 for (j = 0; j < 512; ++j) {
606                         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p2[j]))
607                                 continue;
608                         p3 = IOMMU_PTE_PAGE(p2[j]);
609                         free_page((unsigned long)p3);
610                 }
611
612                 free_page((unsigned long)p2);
613         }
614
615         free_page((unsigned long)p1);
616 }
617
618 /*
619  * Free a domain, only used if something went wrong in the
620  * allocation path and we need to free an already allocated page table
621  */
622 static void dma_ops_domain_free(struct dma_ops_domain *dom)
623 {
624         if (!dom)
625                 return;
626
627         dma_ops_free_pagetable(dom);
628
629         kfree(dom->pte_pages);
630
631         kfree(dom->bitmap);
632
633         kfree(dom);
634 }
635
636 /*
637  * Allocates a new protection domain usable for the dma_ops functions.
638  * It also intializes the page table and the address allocator data
639  * structures required for the dma_ops interface
640  */
641 static struct dma_ops_domain *dma_ops_domain_alloc(struct amd_iommu *iommu,
642                                                    unsigned order)
643 {
644         struct dma_ops_domain *dma_dom;
645         unsigned i, num_pte_pages;
646         u64 *l2_pde;
647         u64 address;
648
649         /*
650          * Currently the DMA aperture must be between 32 MB and 1GB in size
651          */
652         if ((order < 25) || (order > 30))
653                 return NULL;
654
655         dma_dom = kzalloc(sizeof(struct dma_ops_domain), GFP_KERNEL);
656         if (!dma_dom)
657                 return NULL;
658
659         spin_lock_init(&dma_dom->domain.lock);
660
661         dma_dom->domain.id = domain_id_alloc();
662         if (dma_dom->domain.id == 0)
663                 goto free_dma_dom;
664         dma_dom->domain.mode = PAGE_MODE_3_LEVEL;
665         dma_dom->domain.pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
666         dma_dom->domain.priv = dma_dom;
667         if (!dma_dom->domain.pt_root)
668                 goto free_dma_dom;
669         dma_dom->aperture_size = (1ULL << order);
670         dma_dom->bitmap = kzalloc(dma_dom->aperture_size / (PAGE_SIZE * 8),
671                                   GFP_KERNEL);
672         if (!dma_dom->bitmap)
673                 goto free_dma_dom;
674         /*
675          * mark the first page as allocated so we never return 0 as
676          * a valid dma-address. So we can use 0 as error value
677          */
678         dma_dom->bitmap[0] = 1;
679         dma_dom->next_bit = 0;
680
681         dma_dom->need_flush = false;
682         dma_dom->target_dev = 0xffff;
683
684         /* Intialize the exclusion range if necessary */
685         if (iommu->exclusion_start &&
686             iommu->exclusion_start < dma_dom->aperture_size) {
687                 unsigned long startpage = iommu->exclusion_start >> PAGE_SHIFT;
688                 int pages = iommu_num_pages(iommu->exclusion_start,
689                                             iommu->exclusion_length,
690                                             PAGE_SIZE);
691                 dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, startpage, pages);
692         }
693
694         /*
695          * At the last step, build the page tables so we don't need to
696          * allocate page table pages in the dma_ops mapping/unmapping
697          * path.
698          */
699         num_pte_pages = dma_dom->aperture_size / (PAGE_SIZE * 512);
700         dma_dom->pte_pages = kzalloc(num_pte_pages * sizeof(void *),
701                         GFP_KERNEL);
702         if (!dma_dom->pte_pages)
703                 goto free_dma_dom;
704
705         l2_pde = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
706         if (l2_pde == NULL)
707                 goto free_dma_dom;
708
709         dma_dom->domain.pt_root[0] = IOMMU_L2_PDE(virt_to_phys(l2_pde));
710
711         for (i = 0; i < num_pte_pages; ++i) {
712                 dma_dom->pte_pages[i] = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
713                 if (!dma_dom->pte_pages[i])
714                         goto free_dma_dom;
715                 address = virt_to_phys(dma_dom->pte_pages[i]);
716                 l2_pde[i] = IOMMU_L1_PDE(address);
717         }
718
719         return dma_dom;
720
721 free_dma_dom:
722         dma_ops_domain_free(dma_dom);
723
724         return NULL;
725 }
726
727 /*
728  * Find out the protection domain structure for a given PCI device. This
729  * will give us the pointer to the page table root for example.
730  */
731 static struct protection_domain *domain_for_device(u16 devid)
732 {
733         struct protection_domain *dom;
734         unsigned long flags;
735
736         read_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
737         dom = amd_iommu_pd_table[devid];
738         read_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
739
740         return dom;
741 }
742
743 /*
744  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
745  * assigns it visible for the hardware
746  */
747 static void set_device_domain(struct amd_iommu *iommu,
748                               struct protection_domain *domain,
749                               u16 devid)
750 {
751         unsigned long flags;
752
753         u64 pte_root = virt_to_phys(domain->pt_root);
754
755         pte_root |= (domain->mode & DEV_ENTRY_MODE_MASK)
756                     << DEV_ENTRY_MODE_SHIFT;
757         pte_root |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
758
759         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
760         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = lower_32_bits(pte_root);
761         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = upper_32_bits(pte_root);
762         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = domain->id;
763
764         amd_iommu_pd_table[devid] = domain;
765         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
766
767         iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, devid);
768 }
769
770 /*****************************************************************************
771  *
772  * The next functions belong to the dma_ops mapping/unmapping code.
773  *
774  *****************************************************************************/
775
776 /*
777  * This function checks if the driver got a valid device from the caller to
778  * avoid dereferencing invalid pointers.
779  */
780 static bool check_device(struct device *dev)
781 {
782         if (!dev || !dev->dma_mask)
783                 return false;
784
785         return true;
786 }
787
788 /*
789  * In this function the list of preallocated protection domains is traversed to
790  * find the domain for a specific device
791  */
792 static struct dma_ops_domain *find_protection_domain(u16 devid)
793 {
794         struct dma_ops_domain *entry, *ret = NULL;
795         unsigned long flags;
796
797         if (list_empty(&iommu_pd_list))
798                 return NULL;
799
800         spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
801
802         list_for_each_entry(entry, &iommu_pd_list, list) {
803                 if (entry->target_dev == devid) {
804                         ret = entry;
805                         list_del(&ret->list);
806                         break;
807                 }
808         }
809
810         spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
811
812         return ret;
813 }
814
815 /*
816  * In the dma_ops path we only have the struct device. This function
817  * finds the corresponding IOMMU, the protection domain and the
818  * requestor id for a given device.
819  * If the device is not yet associated with a domain this is also done
820  * in this function.
821  */
822 static int get_device_resources(struct device *dev,
823                                 struct amd_iommu **iommu,
824                                 struct protection_domain **domain,
825                                 u16 *bdf)
826 {
827         struct dma_ops_domain *dma_dom;
828         struct pci_dev *pcidev;
829         u16 _bdf;
830
831         *iommu = NULL;
832         *domain = NULL;
833         *bdf = 0xffff;
834
835         if (dev->bus != &pci_bus_type)
836                 return 0;
837
838         pcidev = to_pci_dev(dev);
839         _bdf = calc_devid(pcidev->bus->number, pcidev->devfn);
840
841         /* device not translated by any IOMMU in the system? */
842         if (_bdf > amd_iommu_last_bdf)
843                 return 0;
844
845         *bdf = amd_iommu_alias_table[_bdf];
846
847         *iommu = amd_iommu_rlookup_table[*bdf];
848         if (*iommu == NULL)
849                 return 0;
850         *domain = domain_for_device(*bdf);
851         if (*domain == NULL) {
852                 dma_dom = find_protection_domain(*bdf);
853                 if (!dma_dom)
854                         dma_dom = (*iommu)->default_dom;
855                 *domain = &dma_dom->domain;
856                 set_device_domain(*iommu, *domain, *bdf);
857                 printk(KERN_INFO "AMD IOMMU: Using protection domain %d for "
858                                 "device ", (*domain)->id);
859                 print_devid(_bdf, 1);
860         }
861
862         if (domain_for_device(_bdf) == NULL)
863                 set_device_domain(*iommu, *domain, _bdf);
864
865         return 1;
866 }
867
868 /*
869  * This is the generic map function. It maps one 4kb page at paddr to
870  * the given address in the DMA address space for the domain.
871  */
872 static dma_addr_t dma_ops_domain_map(struct amd_iommu *iommu,
873                                      struct dma_ops_domain *dom,
874                                      unsigned long address,
875                                      phys_addr_t paddr,
876                                      int direction)
877 {
878         u64 *pte, __pte;
879
880         WARN_ON(address > dom->aperture_size);
881
882         paddr &= PAGE_MASK;
883
884         pte  = dom->pte_pages[IOMMU_PTE_L1_INDEX(address)];
885         pte += IOMMU_PTE_L0_INDEX(address);
886
887         __pte = paddr | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
888
889         if (direction == DMA_TO_DEVICE)
890                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
891         else if (direction == DMA_FROM_DEVICE)
892                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
893         else if (direction == DMA_BIDIRECTIONAL)
894                 __pte |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW;
895
896         WARN_ON(*pte);
897
898         *pte = __pte;
899
900         return (dma_addr_t)address;
901 }
902
903 /*
904  * The generic unmapping function for on page in the DMA address space.
905  */
906 static void dma_ops_domain_unmap(struct amd_iommu *iommu,
907                                  struct dma_ops_domain *dom,
908                                  unsigned long address)
909 {
910         u64 *pte;
911
912         if (address >= dom->aperture_size)
913                 return;
914
915         WARN_ON(address & ~PAGE_MASK || address >= dom->aperture_size);
916
917         pte  = dom->pte_pages[IOMMU_PTE_L1_INDEX(address)];
918         pte += IOMMU_PTE_L0_INDEX(address);
919
920         WARN_ON(!*pte);
921
922         *pte = 0ULL;
923 }
924
925 /*
926  * This function contains common code for mapping of a physically
927  * contiguous memory region into DMA address space. It is used by all
928  * mapping functions provided with this IOMMU driver.
929  * Must be called with the domain lock held.
930  */
931 static dma_addr_t __map_single(struct device *dev,
932                                struct amd_iommu *iommu,
933                                struct dma_ops_domain *dma_dom,
934                                phys_addr_t paddr,
935                                size_t size,
936                                int dir,
937                                bool align,
938                                u64 dma_mask)
939 {
940         dma_addr_t offset = paddr & ~PAGE_MASK;
941         dma_addr_t address, start;
942         unsigned int pages;
943         unsigned long align_mask = 0;
944         int i;
945
946         pages = iommu_num_pages(paddr, size, PAGE_SIZE);
947         paddr &= PAGE_MASK;
948
949         if (align)
950                 align_mask = (1UL << get_order(size)) - 1;
951
952         address = dma_ops_alloc_addresses(dev, dma_dom, pages, align_mask,
953                                           dma_mask);
954         if (unlikely(address == bad_dma_address))
955                 goto out;
956
957         start = address;
958         for (i = 0; i < pages; ++i) {
959                 dma_ops_domain_map(iommu, dma_dom, start, paddr, dir);
960                 paddr += PAGE_SIZE;
961                 start += PAGE_SIZE;
962         }
963         address += offset;
964
965         if (unlikely(dma_dom->need_flush && !amd_iommu_unmap_flush)) {
966                 iommu_flush_tlb(iommu, dma_dom->domain.id);
967                 dma_dom->need_flush = false;
968         } else if (unlikely(iommu_has_npcache(iommu)))
969                 iommu_flush_pages(iommu, dma_dom->domain.id, address, size);
970
971 out:
972         return address;
973 }
974
975 /*
976  * Does the reverse of the __map_single function. Must be called with
977  * the domain lock held too
978  */
979 static void __unmap_single(struct amd_iommu *iommu,
980                            struct dma_ops_domain *dma_dom,
981                            dma_addr_t dma_addr,
982                            size_t size,
983                            int dir)
984 {
985         dma_addr_t i, start;
986         unsigned int pages;
987
988         if ((dma_addr == bad_dma_address) ||
989             (dma_addr + size > dma_dom->aperture_size))
990                 return;
991
992         pages = iommu_num_pages(dma_addr, size, PAGE_SIZE);
993         dma_addr &= PAGE_MASK;
994         start = dma_addr;
995
996         for (i = 0; i < pages; ++i) {
997                 dma_ops_domain_unmap(iommu, dma_dom, start);
998                 start += PAGE_SIZE;
999         }
1000
1001         dma_ops_free_addresses(dma_dom, dma_addr, pages);
1002
1003         if (amd_iommu_unmap_flush || dma_dom->need_flush) {
1004                 iommu_flush_pages(iommu, dma_dom->domain.id, dma_addr, size);
1005                 dma_dom->need_flush = false;
1006         }
1007 }
1008
1009 /*
1010  * The exported map_single function for dma_ops.
1011  */
1012 static dma_addr_t map_single(struct device *dev, phys_addr_t paddr,
1013                              size_t size, int dir)
1014 {
1015         unsigned long flags;
1016         struct amd_iommu *iommu;
1017         struct protection_domain *domain;
1018         u16 devid;
1019         dma_addr_t addr;
1020         u64 dma_mask;
1021
1022         if (!check_device(dev))
1023                 return bad_dma_address;
1024
1025         dma_mask = *dev->dma_mask;
1026
1027         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1028
1029         if (iommu == NULL || domain == NULL)
1030                 /* device not handled by any AMD IOMMU */
1031                 return (dma_addr_t)paddr;
1032
1033         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1034         addr = __map_single(dev, iommu, domain->priv, paddr, size, dir, false,
1035                             dma_mask);
1036         if (addr == bad_dma_address)
1037                 goto out;
1038
1039         iommu_completion_wait(iommu);
1040
1041 out:
1042         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1043
1044         return addr;
1045 }
1046
1047 /*
1048  * The exported unmap_single function for dma_ops.
1049  */
1050 static void unmap_single(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr,
1051                          size_t size, int dir)
1052 {
1053         unsigned long flags;
1054         struct amd_iommu *iommu;
1055         struct protection_domain *domain;
1056         u16 devid;
1057
1058         if (!check_device(dev) ||
1059             !get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1060                 /* device not handled by any AMD IOMMU */
1061                 return;
1062
1063         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1064
1065         __unmap_single(iommu, domain->priv, dma_addr, size, dir);
1066
1067         iommu_completion_wait(iommu);
1068
1069         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1070 }
1071
1072 /*
1073  * This is a special map_sg function which is used if we should map a
1074  * device which is not handled by an AMD IOMMU in the system.
1075  */
1076 static int map_sg_no_iommu(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1077                            int nelems, int dir)
1078 {
1079         struct scatterlist *s;
1080         int i;
1081
1082         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1083                 s->dma_address = (dma_addr_t)sg_phys(s);
1084                 s->dma_length  = s->length;
1085         }
1086
1087         return nelems;
1088 }
1089
1090 /*
1091  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1092  * lists).
1093  */
1094 static int map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1095                   int nelems, int dir)
1096 {
1097         unsigned long flags;
1098         struct amd_iommu *iommu;
1099         struct protection_domain *domain;
1100         u16 devid;
1101         int i;
1102         struct scatterlist *s;
1103         phys_addr_t paddr;
1104         int mapped_elems = 0;
1105         u64 dma_mask;
1106
1107         if (!check_device(dev))
1108                 return 0;
1109
1110         dma_mask = *dev->dma_mask;
1111
1112         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1113
1114         if (!iommu || !domain)
1115                 return map_sg_no_iommu(dev, sglist, nelems, dir);
1116
1117         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1118
1119         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1120                 paddr = sg_phys(s);
1121
1122                 s->dma_address = __map_single(dev, iommu, domain->priv,
1123                                               paddr, s->length, dir, false,
1124                                               dma_mask);
1125
1126                 if (s->dma_address) {
1127                         s->dma_length = s->length;
1128                         mapped_elems++;
1129                 } else
1130                         goto unmap;
1131         }
1132
1133         iommu_completion_wait(iommu);
1134
1135 out:
1136         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1137
1138         return mapped_elems;
1139 unmap:
1140         for_each_sg(sglist, s, mapped_elems, i) {
1141                 if (s->dma_address)
1142                         __unmap_single(iommu, domain->priv, s->dma_address,
1143                                        s->dma_length, dir);
1144                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
1145         }
1146
1147         mapped_elems = 0;
1148
1149         goto out;
1150 }
1151
1152 /*
1153  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1154  * lists).
1155  */
1156 static void unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1157                      int nelems, int dir)
1158 {
1159         unsigned long flags;
1160         struct amd_iommu *iommu;
1161         struct protection_domain *domain;
1162         struct scatterlist *s;
1163         u16 devid;
1164         int i;
1165
1166         if (!check_device(dev) ||
1167             !get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1168                 return;
1169
1170         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1171
1172         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1173                 __unmap_single(iommu, domain->priv, s->dma_address,
1174                                s->dma_length, dir);
1175                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
1176         }
1177
1178         iommu_completion_wait(iommu);
1179
1180         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1181 }
1182
1183 /*
1184  * The exported alloc_coherent function for dma_ops.
1185  */
1186 static void *alloc_coherent(struct device *dev, size_t size,
1187                             dma_addr_t *dma_addr, gfp_t flag)
1188 {
1189         unsigned long flags;
1190         void *virt_addr;
1191         struct amd_iommu *iommu;
1192         struct protection_domain *domain;
1193         u16 devid;
1194         phys_addr_t paddr;
1195         u64 dma_mask = dev->coherent_dma_mask;
1196
1197         if (!check_device(dev))
1198                 return NULL;
1199
1200         if (!get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1201                 flag &= ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM | __GFP_DMA32);
1202
1203         flag |= __GFP_ZERO;
1204         virt_addr = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
1205         if (!virt_addr)
1206                 return 0;
1207
1208         paddr = virt_to_phys(virt_addr);
1209
1210         if (!iommu || !domain) {
1211                 *dma_addr = (dma_addr_t)paddr;
1212                 return virt_addr;
1213         }
1214
1215         if (!dma_mask)
1216                 dma_mask = *dev->dma_mask;
1217
1218         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1219
1220         *dma_addr = __map_single(dev, iommu, domain->priv, paddr,
1221                                  size, DMA_BIDIRECTIONAL, true, dma_mask);
1222
1223         if (*dma_addr == bad_dma_address) {
1224                 free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
1225                 virt_addr = NULL;
1226                 goto out;
1227         }
1228
1229         iommu_completion_wait(iommu);
1230
1231 out:
1232         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1233
1234         return virt_addr;
1235 }
1236
1237 /*
1238  * The exported free_coherent function for dma_ops.
1239  */
1240 static void free_coherent(struct device *dev, size_t size,
1241                           void *virt_addr, dma_addr_t dma_addr)
1242 {
1243         unsigned long flags;
1244         struct amd_iommu *iommu;
1245         struct protection_domain *domain;
1246         u16 devid;
1247
1248         if (!check_device(dev))
1249                 return;
1250
1251         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1252
1253         if (!iommu || !domain)
1254                 goto free_mem;
1255
1256         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1257
1258         __unmap_single(iommu, domain->priv, dma_addr, size, DMA_BIDIRECTIONAL);
1259
1260         iommu_completion_wait(iommu);
1261
1262         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1263
1264 free_mem:
1265         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
1266 }
1267
1268 /*
1269  * This function is called by the DMA layer to find out if we can handle a
1270  * particular device. It is part of the dma_ops.
1271  */
1272 static int amd_iommu_dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
1273 {
1274         u16 bdf;
1275         struct pci_dev *pcidev;
1276
1277         /* No device or no PCI device */
1278         if (!dev || dev->bus != &pci_bus_type)
1279                 return 0;
1280
1281         pcidev = to_pci_dev(dev);
1282
1283         bdf = calc_devid(pcidev->bus->number, pcidev->devfn);
1284
1285         /* Out of our scope? */
1286         if (bdf > amd_iommu_last_bdf)
1287                 return 0;
1288
1289         return 1;
1290 }
1291
1292 /*
1293  * The function for pre-allocating protection domains.
1294  *
1295  * If the driver core informs the DMA layer if a driver grabs a device
1296  * we don't need to preallocate the protection domains anymore.
1297  * For now we have to.
1298  */
1299 void prealloc_protection_domains(void)
1300 {
1301         struct pci_dev *dev = NULL;
1302         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1303         struct amd_iommu *iommu;
1304         int order = amd_iommu_aperture_order;
1305         u16 devid;
1306
1307         while ((dev = pci_get_device(PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, dev)) != NULL) {
1308                 devid = (dev->bus->number << 8) | dev->devfn;
1309                 if (devid > amd_iommu_last_bdf)
1310                         continue;
1311                 devid = amd_iommu_alias_table[devid];
1312                 if (domain_for_device(devid))
1313                         continue;
1314                 iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1315                 if (!iommu)
1316                         continue;
1317                 dma_dom = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1318                 if (!dma_dom)
1319                         continue;
1320                 init_unity_mappings_for_device(dma_dom, devid);
1321                 dma_dom->target_dev = devid;
1322
1323                 list_add_tail(&dma_dom->list, &iommu_pd_list);
1324         }
1325 }
1326
1327 static struct dma_mapping_ops amd_iommu_dma_ops = {
1328         .alloc_coherent = alloc_coherent,
1329         .free_coherent = free_coherent,
1330         .map_single = map_single,
1331         .unmap_single = unmap_single,
1332         .map_sg = map_sg,
1333         .unmap_sg = unmap_sg,
1334         .dma_supported = amd_iommu_dma_supported,
1335 };
1336
1337 /*
1338  * The function which clues the AMD IOMMU driver into dma_ops.
1339  */
1340 int __init amd_iommu_init_dma_ops(void)
1341 {
1342         struct amd_iommu *iommu;
1343         int order = amd_iommu_aperture_order;
1344         int ret;
1345
1346         /*
1347          * first allocate a default protection domain for every IOMMU we
1348          * found in the system. Devices not assigned to any other
1349          * protection domain will be assigned to the default one.
1350          */
1351         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
1352                 iommu->default_dom = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1353                 if (iommu->default_dom == NULL)
1354                         return -ENOMEM;
1355                 ret = iommu_init_unity_mappings(iommu);
1356                 if (ret)
1357                         goto free_domains;
1358         }
1359
1360         /*
1361          * If device isolation is enabled, pre-allocate the protection
1362          * domains for each device.
1363          */
1364         if (amd_iommu_isolate)
1365                 prealloc_protection_domains();
1366
1367         iommu_detected = 1;
1368         force_iommu = 1;
1369         bad_dma_address = 0;
1370 #ifdef CONFIG_GART_IOMMU
1371         gart_iommu_aperture_disabled = 1;
1372         gart_iommu_aperture = 0;
1373 #endif
1374
1375         /* Make the driver finally visible to the drivers */
1376         dma_ops = &amd_iommu_dma_ops;
1377
1378         return 0;
1379
1380 free_domains:
1381
1382         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
1383                 if (iommu->default_dom)
1384                         dma_ops_domain_free(iommu->default_dom);
1385         }
1386
1387         return ret;
1388 }