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