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