]> www.pilppa.org Git - linux-2.6-omap-h63xx.git/blob - arch/x86/kernel/amd_iommu.c
38e88d40ab1091099656cf0c326c5f902d307b86
[linux-2.6-omap-h63xx.git] / 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         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
191
192         return ret;
193 }
194
195 /*
196  * This function is called whenever we need to ensure that the IOMMU has
197  * completed execution of all commands we sent. It sends a
198  * COMPLETION_WAIT command and waits for it to finish. The IOMMU informs
199  * us about that by writing a value to a physical address we pass with
200  * the command.
201  */
202 static int iommu_completion_wait(struct amd_iommu *iommu)
203 {
204         int ret, ready = 0;
205         unsigned status = 0;
206         struct iommu_cmd cmd;
207         unsigned long i = 0;
208
209         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
210         cmd.data[0] = CMD_COMPL_WAIT_INT_MASK;
211         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_COMPL_WAIT);
212
213         iommu->need_sync = 0;
214
215         ret = iommu_queue_command(iommu, &cmd);
216
217         if (ret)
218                 return ret;
219
220         while (!ready && (i < EXIT_LOOP_COUNT)) {
221                 ++i;
222                 /* wait for the bit to become one */
223                 status = readl(iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
224                 ready = status & MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
225         }
226
227         /* set bit back to zero */
228         status &= ~MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
229         writel(status, iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
230
231         if (unlikely((i == EXIT_LOOP_COUNT) && printk_ratelimit()))
232                 printk(KERN_WARNING "AMD IOMMU: Completion wait loop failed\n");
233
234         return 0;
235 }
236
237 /*
238  * Command send function for invalidating a device table entry
239  */
240 static int iommu_queue_inv_dev_entry(struct amd_iommu *iommu, u16 devid)
241 {
242         struct iommu_cmd cmd;
243
244         BUG_ON(iommu == NULL);
245
246         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
247         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_INV_DEV_ENTRY);
248         cmd.data[0] = devid;
249
250         iommu->need_sync = 1;
251
252         return iommu_queue_command(iommu, &cmd);
253 }
254
255 /*
256  * Generic command send function for invalidaing TLB entries
257  */
258 static int iommu_queue_inv_iommu_pages(struct amd_iommu *iommu,
259                 u64 address, u16 domid, int pde, int s)
260 {
261         struct iommu_cmd cmd;
262
263         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
264         address &= PAGE_MASK;
265         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_INV_IOMMU_PAGES);
266         cmd.data[1] |= domid;
267         cmd.data[2] = lower_32_bits(address);
268         cmd.data[3] = upper_32_bits(address);
269         if (s) /* size bit - we flush more than one 4kb page */
270                 cmd.data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_SIZE_MASK;
271         if (pde) /* PDE bit - we wan't flush everything not only the PTEs */
272                 cmd.data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_PDE_MASK;
273
274         iommu->need_sync = 1;
275
276         return iommu_queue_command(iommu, &cmd);
277 }
278
279 /*
280  * TLB invalidation function which is called from the mapping functions.
281  * It invalidates a single PTE if the range to flush is within a single
282  * page. Otherwise it flushes the whole TLB of the IOMMU.
283  */
284 static int iommu_flush_pages(struct amd_iommu *iommu, u16 domid,
285                 u64 address, size_t size)
286 {
287         int s = 0;
288         unsigned pages = iommu_num_pages(address, size);
289
290         address &= PAGE_MASK;
291
292         if (pages > 1) {
293                 /*
294                  * If we have to flush more than one page, flush all
295                  * TLB entries for this domain
296                  */
297                 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
298                 s = 1;
299         }
300
301         iommu_queue_inv_iommu_pages(iommu, address, domid, 0, s);
302
303         return 0;
304 }
305
306 /* Flush the whole IO/TLB for a given protection domain */
307 static void iommu_flush_tlb(struct amd_iommu *iommu, u16 domid)
308 {
309         u64 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
310
311         iommu_queue_inv_iommu_pages(iommu, address, domid, 0, 1);
312 }
313
314 /****************************************************************************
315  *
316  * The functions below are used the create the page table mappings for
317  * unity mapped regions.
318  *
319  ****************************************************************************/
320
321 /*
322  * Generic mapping functions. It maps a physical address into a DMA
323  * address space. It allocates the page table pages if necessary.
324  * In the future it can be extended to a generic mapping function
325  * supporting all features of AMD IOMMU page tables like level skipping
326  * and full 64 bit address spaces.
327  */
328 static int iommu_map(struct protection_domain *dom,
329                      unsigned long bus_addr,
330                      unsigned long phys_addr,
331                      int prot)
332 {
333         u64 __pte, *pte, *page;
334
335         bus_addr  = PAGE_ALIGN(bus_addr);
336         phys_addr = PAGE_ALIGN(bus_addr);
337
338         /* only support 512GB address spaces for now */
339         if (bus_addr > IOMMU_MAP_SIZE_L3 || !(prot & IOMMU_PROT_MASK))
340                 return -EINVAL;
341
342         pte = &dom->pt_root[IOMMU_PTE_L2_INDEX(bus_addr)];
343
344         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
345                 page = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
346                 if (!page)
347                         return -ENOMEM;
348                 *pte = IOMMU_L2_PDE(virt_to_phys(page));
349         }
350
351         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
352         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(bus_addr)];
353
354         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
355                 page = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
356                 if (!page)
357                         return -ENOMEM;
358                 *pte = IOMMU_L1_PDE(virt_to_phys(page));
359         }
360
361         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
362         pte = &pte[IOMMU_PTE_L0_INDEX(bus_addr)];
363
364         if (IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
365                 return -EBUSY;
366
367         __pte = phys_addr | IOMMU_PTE_P;
368         if (prot & IOMMU_PROT_IR)
369                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
370         if (prot & IOMMU_PROT_IW)
371                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
372
373         *pte = __pte;
374
375         return 0;
376 }
377
378 /*
379  * This function checks if a specific unity mapping entry is needed for
380  * this specific IOMMU.
381  */
382 static int iommu_for_unity_map(struct amd_iommu *iommu,
383                                struct unity_map_entry *entry)
384 {
385         u16 bdf, i;
386
387         for (i = entry->devid_start; i <= entry->devid_end; ++i) {
388                 bdf = amd_iommu_alias_table[i];
389                 if (amd_iommu_rlookup_table[bdf] == iommu)
390                         return 1;
391         }
392
393         return 0;
394 }
395
396 /*
397  * Init the unity mappings for a specific IOMMU in the system
398  *
399  * Basically iterates over all unity mapping entries and applies them to
400  * the default domain DMA of that IOMMU if necessary.
401  */
402 static int iommu_init_unity_mappings(struct amd_iommu *iommu)
403 {
404         struct unity_map_entry *entry;
405         int ret;
406
407         list_for_each_entry(entry, &amd_iommu_unity_map, list) {
408                 if (!iommu_for_unity_map(iommu, entry))
409                         continue;
410                 ret = dma_ops_unity_map(iommu->default_dom, entry);
411                 if (ret)
412                         return ret;
413         }
414
415         return 0;
416 }
417
418 /*
419  * This function actually applies the mapping to the page table of the
420  * dma_ops domain.
421  */
422 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
423                              struct unity_map_entry *e)
424 {
425         u64 addr;
426         int ret;
427
428         for (addr = e->address_start; addr < e->address_end;
429              addr += PAGE_SIZE) {
430                 ret = iommu_map(&dma_dom->domain, addr, addr, e->prot);
431                 if (ret)
432                         return ret;
433                 /*
434                  * if unity mapping is in aperture range mark the page
435                  * as allocated in the aperture
436                  */
437                 if (addr < dma_dom->aperture_size)
438                         __set_bit(addr >> PAGE_SHIFT, dma_dom->bitmap);
439         }
440
441         return 0;
442 }
443
444 /*
445  * Inits the unity mappings required for a specific device
446  */
447 static int init_unity_mappings_for_device(struct dma_ops_domain *dma_dom,
448                                           u16 devid)
449 {
450         struct unity_map_entry *e;
451         int ret;
452
453         list_for_each_entry(e, &amd_iommu_unity_map, list) {
454                 if (!(devid >= e->devid_start && devid <= e->devid_end))
455                         continue;
456                 ret = dma_ops_unity_map(dma_dom, e);
457                 if (ret)
458                         return ret;
459         }
460
461         return 0;
462 }
463
464 /****************************************************************************
465  *
466  * The next functions belong to the address allocator for the dma_ops
467  * interface functions. They work like the allocators in the other IOMMU
468  * drivers. Its basically a bitmap which marks the allocated pages in
469  * the aperture. Maybe it could be enhanced in the future to a more
470  * efficient allocator.
471  *
472  ****************************************************************************/
473
474 /*
475  * The address allocator core function.
476  *
477  * called with domain->lock held
478  */
479 static unsigned long dma_ops_alloc_addresses(struct device *dev,
480                                              struct dma_ops_domain *dom,
481                                              unsigned int pages,
482                                              unsigned long align_mask,
483                                              u64 dma_mask)
484 {
485         unsigned long limit;
486         unsigned long address;
487         unsigned long boundary_size;
488
489         boundary_size = ALIGN(dma_get_seg_boundary(dev) + 1,
490                         PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
491         limit = iommu_device_max_index(dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT, 0,
492                                        dma_mask >> PAGE_SHIFT);
493
494         if (dom->next_bit >= limit) {
495                 dom->next_bit = 0;
496                 dom->need_flush = true;
497         }
498
499         address = iommu_area_alloc(dom->bitmap, limit, dom->next_bit, pages,
500                                    0 , boundary_size, align_mask);
501         if (address == -1) {
502                 address = iommu_area_alloc(dom->bitmap, limit, 0, pages,
503                                 0, boundary_size, align_mask);
504                 dom->need_flush = true;
505         }
506
507         if (likely(address != -1)) {
508                 dom->next_bit = address + pages;
509                 address <<= PAGE_SHIFT;
510         } else
511                 address = bad_dma_address;
512
513         WARN_ON((address + (PAGE_SIZE*pages)) > dom->aperture_size);
514
515         return address;
516 }
517
518 /*
519  * The address free function.
520  *
521  * called with domain->lock held
522  */
523 static void dma_ops_free_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
524                                    unsigned long address,
525                                    unsigned int pages)
526 {
527         address >>= PAGE_SHIFT;
528         iommu_area_free(dom->bitmap, address, pages);
529 }
530
531 /****************************************************************************
532  *
533  * The next functions belong to the domain allocation. A domain is
534  * allocated for every IOMMU as the default domain. If device isolation
535  * is enabled, every device get its own domain. The most important thing
536  * about domains is the page table mapping the DMA address space they
537  * contain.
538  *
539  ****************************************************************************/
540
541 static u16 domain_id_alloc(void)
542 {
543         unsigned long flags;
544         int id;
545
546         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
547         id = find_first_zero_bit(amd_iommu_pd_alloc_bitmap, MAX_DOMAIN_ID);
548         BUG_ON(id == 0);
549         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
550                 __set_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
551         else
552                 id = 0;
553         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
554
555         return id;
556 }
557
558 /*
559  * Used to reserve address ranges in the aperture (e.g. for exclusion
560  * ranges.
561  */
562 static void dma_ops_reserve_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
563                                       unsigned long start_page,
564                                       unsigned int pages)
565 {
566         unsigned int last_page = dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT;
567
568         if (start_page + pages > last_page)
569                 pages = last_page - start_page;
570
571         iommu_area_reserve(dom->bitmap, start_page, pages);
572 }
573
574 static void dma_ops_free_pagetable(struct dma_ops_domain *dma_dom)
575 {
576         int i, j;
577         u64 *p1, *p2, *p3;
578
579         p1 = dma_dom->domain.pt_root;
580
581         if (!p1)
582                 return;
583
584         for (i = 0; i < 512; ++i) {
585                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p1[i]))
586                         continue;
587
588                 p2 = IOMMU_PTE_PAGE(p1[i]);
589                 for (j = 0; j < 512; ++i) {
590                         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p2[j]))
591                                 continue;
592                         p3 = IOMMU_PTE_PAGE(p2[j]);
593                         free_page((unsigned long)p3);
594                 }
595
596                 free_page((unsigned long)p2);
597         }
598
599         free_page((unsigned long)p1);
600 }
601
602 /*
603  * Free a domain, only used if something went wrong in the
604  * allocation path and we need to free an already allocated page table
605  */
606 static void dma_ops_domain_free(struct dma_ops_domain *dom)
607 {
608         if (!dom)
609                 return;
610
611         dma_ops_free_pagetable(dom);
612
613         kfree(dom->pte_pages);
614
615         kfree(dom->bitmap);
616
617         kfree(dom);
618 }
619
620 /*
621  * Allocates a new protection domain usable for the dma_ops functions.
622  * It also intializes the page table and the address allocator data
623  * structures required for the dma_ops interface
624  */
625 static struct dma_ops_domain *dma_ops_domain_alloc(struct amd_iommu *iommu,
626                                                    unsigned order)
627 {
628         struct dma_ops_domain *dma_dom;
629         unsigned i, num_pte_pages;
630         u64 *l2_pde;
631         u64 address;
632
633         /*
634          * Currently the DMA aperture must be between 32 MB and 1GB in size
635          */
636         if ((order < 25) || (order > 30))
637                 return NULL;
638
639         dma_dom = kzalloc(sizeof(struct dma_ops_domain), GFP_KERNEL);
640         if (!dma_dom)
641                 return NULL;
642
643         spin_lock_init(&dma_dom->domain.lock);
644
645         dma_dom->domain.id = domain_id_alloc();
646         if (dma_dom->domain.id == 0)
647                 goto free_dma_dom;
648         dma_dom->domain.mode = PAGE_MODE_3_LEVEL;
649         dma_dom->domain.pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
650         dma_dom->domain.priv = dma_dom;
651         if (!dma_dom->domain.pt_root)
652                 goto free_dma_dom;
653         dma_dom->aperture_size = (1ULL << order);
654         dma_dom->bitmap = kzalloc(dma_dom->aperture_size / (PAGE_SIZE * 8),
655                                   GFP_KERNEL);
656         if (!dma_dom->bitmap)
657                 goto free_dma_dom;
658         /*
659          * mark the first page as allocated so we never return 0 as
660          * a valid dma-address. So we can use 0 as error value
661          */
662         dma_dom->bitmap[0] = 1;
663         dma_dom->next_bit = 0;
664
665         dma_dom->need_flush = false;
666         dma_dom->target_dev = 0xffff;
667
668         /* Intialize the exclusion range if necessary */
669         if (iommu->exclusion_start &&
670             iommu->exclusion_start < dma_dom->aperture_size) {
671                 unsigned long startpage = iommu->exclusion_start >> PAGE_SHIFT;
672                 int pages = iommu_num_pages(iommu->exclusion_start,
673                                             iommu->exclusion_length);
674                 dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, startpage, pages);
675         }
676
677         /*
678          * At the last step, build the page tables so we don't need to
679          * allocate page table pages in the dma_ops mapping/unmapping
680          * path.
681          */
682         num_pte_pages = dma_dom->aperture_size / (PAGE_SIZE * 512);
683         dma_dom->pte_pages = kzalloc(num_pte_pages * sizeof(void *),
684                         GFP_KERNEL);
685         if (!dma_dom->pte_pages)
686                 goto free_dma_dom;
687
688         l2_pde = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
689         if (l2_pde == NULL)
690                 goto free_dma_dom;
691
692         dma_dom->domain.pt_root[0] = IOMMU_L2_PDE(virt_to_phys(l2_pde));
693
694         for (i = 0; i < num_pte_pages; ++i) {
695                 dma_dom->pte_pages[i] = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
696                 if (!dma_dom->pte_pages[i])
697                         goto free_dma_dom;
698                 address = virt_to_phys(dma_dom->pte_pages[i]);
699                 l2_pde[i] = IOMMU_L1_PDE(address);
700         }
701
702         return dma_dom;
703
704 free_dma_dom:
705         dma_ops_domain_free(dma_dom);
706
707         return NULL;
708 }
709
710 /*
711  * Find out the protection domain structure for a given PCI device. This
712  * will give us the pointer to the page table root for example.
713  */
714 static struct protection_domain *domain_for_device(u16 devid)
715 {
716         struct protection_domain *dom;
717         unsigned long flags;
718
719         read_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
720         dom = amd_iommu_pd_table[devid];
721         read_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
722
723         return dom;
724 }
725
726 /*
727  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
728  * assigns it visible for the hardware
729  */
730 static void set_device_domain(struct amd_iommu *iommu,
731                               struct protection_domain *domain,
732                               u16 devid)
733 {
734         unsigned long flags;
735
736         u64 pte_root = virt_to_phys(domain->pt_root);
737
738         pte_root |= (domain->mode & DEV_ENTRY_MODE_MASK)
739                     << DEV_ENTRY_MODE_SHIFT;
740         pte_root |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
741
742         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
743         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = lower_32_bits(pte_root);
744         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = upper_32_bits(pte_root);
745         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = domain->id;
746
747         amd_iommu_pd_table[devid] = domain;
748         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
749
750         iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, devid);
751
752         iommu->need_sync = 1;
753 }
754
755 /*****************************************************************************
756  *
757  * The next functions belong to the dma_ops mapping/unmapping code.
758  *
759  *****************************************************************************/
760
761 /*
762  * This function checks if the driver got a valid device from the caller to
763  * avoid dereferencing invalid pointers.
764  */
765 static bool check_device(struct device *dev)
766 {
767         if (!dev || !dev->dma_mask)
768                 return false;
769
770         return true;
771 }
772
773 /*
774  * In this function the list of preallocated protection domains is traversed to
775  * find the domain for a specific device
776  */
777 static struct dma_ops_domain *find_protection_domain(u16 devid)
778 {
779         struct dma_ops_domain *entry, *ret = NULL;
780         unsigned long flags;
781
782         if (list_empty(&iommu_pd_list))
783                 return NULL;
784
785         spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
786
787         list_for_each_entry(entry, &iommu_pd_list, list) {
788                 if (entry->target_dev == devid) {
789                         ret = entry;
790                         list_del(&ret->list);
791                         break;
792                 }
793         }
794
795         spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
796
797         return ret;
798 }
799
800 /*
801  * In the dma_ops path we only have the struct device. This function
802  * finds the corresponding IOMMU, the protection domain and the
803  * requestor id for a given device.
804  * If the device is not yet associated with a domain this is also done
805  * in this function.
806  */
807 static int get_device_resources(struct device *dev,
808                                 struct amd_iommu **iommu,
809                                 struct protection_domain **domain,
810                                 u16 *bdf)
811 {
812         struct dma_ops_domain *dma_dom;
813         struct pci_dev *pcidev;
814         u16 _bdf;
815
816         *iommu = NULL;
817         *domain = NULL;
818         *bdf = 0xffff;
819
820         if (dev->bus != &pci_bus_type)
821                 return 0;
822
823         pcidev = to_pci_dev(dev);
824         _bdf = calc_devid(pcidev->bus->number, pcidev->devfn);
825
826         /* device not translated by any IOMMU in the system? */
827         if (_bdf > amd_iommu_last_bdf)
828                 return 0;
829
830         *bdf = amd_iommu_alias_table[_bdf];
831
832         *iommu = amd_iommu_rlookup_table[*bdf];
833         if (*iommu == NULL)
834                 return 0;
835         *domain = domain_for_device(*bdf);
836         if (*domain == NULL) {
837                 dma_dom = find_protection_domain(*bdf);
838                 if (!dma_dom)
839                         dma_dom = (*iommu)->default_dom;
840                 *domain = &dma_dom->domain;
841                 set_device_domain(*iommu, *domain, *bdf);
842                 printk(KERN_INFO "AMD IOMMU: Using protection domain %d for "
843                                 "device ", (*domain)->id);
844                 print_devid(_bdf, 1);
845         }
846
847         return 1;
848 }
849
850 /*
851  * This is the generic map function. It maps one 4kb page at paddr to
852  * the given address in the DMA address space for the domain.
853  */
854 static dma_addr_t dma_ops_domain_map(struct amd_iommu *iommu,
855                                      struct dma_ops_domain *dom,
856                                      unsigned long address,
857                                      phys_addr_t paddr,
858                                      int direction)
859 {
860         u64 *pte, __pte;
861
862         WARN_ON(address > dom->aperture_size);
863
864         paddr &= PAGE_MASK;
865
866         pte  = dom->pte_pages[IOMMU_PTE_L1_INDEX(address)];
867         pte += IOMMU_PTE_L0_INDEX(address);
868
869         __pte = paddr | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
870
871         if (direction == DMA_TO_DEVICE)
872                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
873         else if (direction == DMA_FROM_DEVICE)
874                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
875         else if (direction == DMA_BIDIRECTIONAL)
876                 __pte |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW;
877
878         WARN_ON(*pte);
879
880         *pte = __pte;
881
882         return (dma_addr_t)address;
883 }
884
885 /*
886  * The generic unmapping function for on page in the DMA address space.
887  */
888 static void dma_ops_domain_unmap(struct amd_iommu *iommu,
889                                  struct dma_ops_domain *dom,
890                                  unsigned long address)
891 {
892         u64 *pte;
893
894         if (address >= dom->aperture_size)
895                 return;
896
897         WARN_ON(address & 0xfffULL || address > dom->aperture_size);
898
899         pte  = dom->pte_pages[IOMMU_PTE_L1_INDEX(address)];
900         pte += IOMMU_PTE_L0_INDEX(address);
901
902         WARN_ON(!*pte);
903
904         *pte = 0ULL;
905 }
906
907 /*
908  * This function contains common code for mapping of a physically
909  * contiguous memory region into DMA address space. It is uses by all
910  * mapping functions provided by this IOMMU driver.
911  * Must be called with the domain lock held.
912  */
913 static dma_addr_t __map_single(struct device *dev,
914                                struct amd_iommu *iommu,
915                                struct dma_ops_domain *dma_dom,
916                                phys_addr_t paddr,
917                                size_t size,
918                                int dir,
919                                bool align,
920                                u64 dma_mask)
921 {
922         dma_addr_t offset = paddr & ~PAGE_MASK;
923         dma_addr_t address, start;
924         unsigned int pages;
925         unsigned long align_mask = 0;
926         int i;
927
928         pages = iommu_num_pages(paddr, size);
929         paddr &= PAGE_MASK;
930
931         if (align)
932                 align_mask = (1UL << get_order(size)) - 1;
933
934         address = dma_ops_alloc_addresses(dev, dma_dom, pages, align_mask,
935                                           dma_mask);
936         if (unlikely(address == bad_dma_address))
937                 goto out;
938
939         start = address;
940         for (i = 0; i < pages; ++i) {
941                 dma_ops_domain_map(iommu, dma_dom, start, paddr, dir);
942                 paddr += PAGE_SIZE;
943                 start += PAGE_SIZE;
944         }
945         address += offset;
946
947         if (unlikely(dma_dom->need_flush && !amd_iommu_unmap_flush)) {
948                 iommu_flush_tlb(iommu, dma_dom->domain.id);
949                 dma_dom->need_flush = false;
950         } else if (unlikely(iommu_has_npcache(iommu)))
951                 iommu_flush_pages(iommu, dma_dom->domain.id, address, size);
952
953 out:
954         return address;
955 }
956
957 /*
958  * Does the reverse of the __map_single function. Must be called with
959  * the domain lock held too
960  */
961 static void __unmap_single(struct amd_iommu *iommu,
962                            struct dma_ops_domain *dma_dom,
963                            dma_addr_t dma_addr,
964                            size_t size,
965                            int dir)
966 {
967         dma_addr_t i, start;
968         unsigned int pages;
969
970         if ((dma_addr == 0) || (dma_addr + size > dma_dom->aperture_size))
971                 return;
972
973         pages = iommu_num_pages(dma_addr, size);
974         dma_addr &= PAGE_MASK;
975         start = dma_addr;
976
977         for (i = 0; i < pages; ++i) {
978                 dma_ops_domain_unmap(iommu, dma_dom, start);
979                 start += PAGE_SIZE;
980         }
981
982         dma_ops_free_addresses(dma_dom, dma_addr, pages);
983
984         if (amd_iommu_unmap_flush)
985                 iommu_flush_pages(iommu, dma_dom->domain.id, dma_addr, size);
986 }
987
988 /*
989  * The exported map_single function for dma_ops.
990  */
991 static dma_addr_t map_single(struct device *dev, phys_addr_t paddr,
992                              size_t size, int dir)
993 {
994         unsigned long flags;
995         struct amd_iommu *iommu;
996         struct protection_domain *domain;
997         u16 devid;
998         dma_addr_t addr;
999         u64 dma_mask;
1000
1001         if (!check_device(dev))
1002                 return bad_dma_address;
1003
1004         dma_mask = *dev->dma_mask;
1005
1006         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1007
1008         if (iommu == NULL || domain == NULL)
1009                 /* device not handled by any AMD IOMMU */
1010                 return (dma_addr_t)paddr;
1011
1012         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1013         addr = __map_single(dev, iommu, domain->priv, paddr, size, dir, false,
1014                             dma_mask);
1015         if (addr == bad_dma_address)
1016                 goto out;
1017
1018         if (unlikely(iommu->need_sync))
1019                 iommu_completion_wait(iommu);
1020
1021 out:
1022         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1023
1024         return addr;
1025 }
1026
1027 /*
1028  * The exported unmap_single function for dma_ops.
1029  */
1030 static void unmap_single(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr,
1031                          size_t size, int dir)
1032 {
1033         unsigned long flags;
1034         struct amd_iommu *iommu;
1035         struct protection_domain *domain;
1036         u16 devid;
1037
1038         if (!check_device(dev) ||
1039             !get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1040                 /* device not handled by any AMD IOMMU */
1041                 return;
1042
1043         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1044
1045         __unmap_single(iommu, domain->priv, dma_addr, size, dir);
1046
1047         if (unlikely(iommu->need_sync))
1048                 iommu_completion_wait(iommu);
1049
1050         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1051 }
1052
1053 /*
1054  * This is a special map_sg function which is used if we should map a
1055  * device which is not handled by an AMD IOMMU in the system.
1056  */
1057 static int map_sg_no_iommu(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1058                            int nelems, int dir)
1059 {
1060         struct scatterlist *s;
1061         int i;
1062
1063         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1064                 s->dma_address = (dma_addr_t)sg_phys(s);
1065                 s->dma_length  = s->length;
1066         }
1067
1068         return nelems;
1069 }
1070
1071 /*
1072  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1073  * lists).
1074  */
1075 static int map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1076                   int nelems, int dir)
1077 {
1078         unsigned long flags;
1079         struct amd_iommu *iommu;
1080         struct protection_domain *domain;
1081         u16 devid;
1082         int i;
1083         struct scatterlist *s;
1084         phys_addr_t paddr;
1085         int mapped_elems = 0;
1086         u64 dma_mask;
1087
1088         if (!check_device(dev))
1089                 return 0;
1090
1091         dma_mask = *dev->dma_mask;
1092
1093         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1094
1095         if (!iommu || !domain)
1096                 return map_sg_no_iommu(dev, sglist, nelems, dir);
1097
1098         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1099
1100         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1101                 paddr = sg_phys(s);
1102
1103                 s->dma_address = __map_single(dev, iommu, domain->priv,
1104                                               paddr, s->length, dir, false,
1105                                               dma_mask);
1106
1107                 if (s->dma_address) {
1108                         s->dma_length = s->length;
1109                         mapped_elems++;
1110                 } else
1111                         goto unmap;
1112         }
1113
1114         if (unlikely(iommu->need_sync))
1115                 iommu_completion_wait(iommu);
1116
1117 out:
1118         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1119
1120         return mapped_elems;
1121 unmap:
1122         for_each_sg(sglist, s, mapped_elems, i) {
1123                 if (s->dma_address)
1124                         __unmap_single(iommu, domain->priv, s->dma_address,
1125                                        s->dma_length, dir);
1126                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
1127         }
1128
1129         mapped_elems = 0;
1130
1131         goto out;
1132 }
1133
1134 /*
1135  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1136  * lists).
1137  */
1138 static void unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1139                      int nelems, int dir)
1140 {
1141         unsigned long flags;
1142         struct amd_iommu *iommu;
1143         struct protection_domain *domain;
1144         struct scatterlist *s;
1145         u16 devid;
1146         int i;
1147
1148         if (!check_device(dev) ||
1149             !get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1150                 return;
1151
1152         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1153
1154         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1155                 __unmap_single(iommu, domain->priv, s->dma_address,
1156                                s->dma_length, dir);
1157                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
1158         }
1159
1160         if (unlikely(iommu->need_sync))
1161                 iommu_completion_wait(iommu);
1162
1163         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1164 }
1165
1166 /*
1167  * The exported alloc_coherent function for dma_ops.
1168  */
1169 static void *alloc_coherent(struct device *dev, size_t size,
1170                             dma_addr_t *dma_addr, gfp_t flag)
1171 {
1172         unsigned long flags;
1173         void *virt_addr;
1174         struct amd_iommu *iommu;
1175         struct protection_domain *domain;
1176         u16 devid;
1177         phys_addr_t paddr;
1178         u64 dma_mask = dev->coherent_dma_mask;
1179
1180         if (!check_device(dev))
1181                 return NULL;
1182
1183         if (!get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1184                 flag &= ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM | __GFP_DMA32);
1185
1186         flag |= __GFP_ZERO;
1187         virt_addr = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
1188         if (!virt_addr)
1189                 return 0;
1190
1191         paddr = virt_to_phys(virt_addr);
1192
1193         if (!iommu || !domain) {
1194                 *dma_addr = (dma_addr_t)paddr;
1195                 return virt_addr;
1196         }
1197
1198         if (!dma_mask)
1199                 dma_mask = *dev->dma_mask;
1200
1201         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1202
1203         *dma_addr = __map_single(dev, iommu, domain->priv, paddr,
1204                                  size, DMA_BIDIRECTIONAL, true, dma_mask);
1205
1206         if (*dma_addr == bad_dma_address) {
1207                 free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
1208                 virt_addr = NULL;
1209                 goto out;
1210         }
1211
1212         if (unlikely(iommu->need_sync))
1213                 iommu_completion_wait(iommu);
1214
1215 out:
1216         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1217
1218         return virt_addr;
1219 }
1220
1221 /*
1222  * The exported free_coherent function for dma_ops.
1223  */
1224 static void free_coherent(struct device *dev, size_t size,
1225                           void *virt_addr, dma_addr_t dma_addr)
1226 {
1227         unsigned long flags;
1228         struct amd_iommu *iommu;
1229         struct protection_domain *domain;
1230         u16 devid;
1231
1232         if (!check_device(dev))
1233                 return;
1234
1235         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1236
1237         if (!iommu || !domain)
1238                 goto free_mem;
1239
1240         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1241
1242         __unmap_single(iommu, domain->priv, dma_addr, size, DMA_BIDIRECTIONAL);
1243
1244         if (unlikely(iommu->need_sync))
1245                 iommu_completion_wait(iommu);
1246
1247         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1248
1249 free_mem:
1250         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
1251 }
1252
1253 /*
1254  * This function is called by the DMA layer to find out if we can handle a
1255  * particular device. It is part of the dma_ops.
1256  */
1257 static int amd_iommu_dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
1258 {
1259         u16 bdf;
1260         struct pci_dev *pcidev;
1261
1262         /* No device or no PCI device */
1263         if (!dev || dev->bus != &pci_bus_type)
1264                 return 0;
1265
1266         pcidev = to_pci_dev(dev);
1267
1268         bdf = calc_devid(pcidev->bus->number, pcidev->devfn);
1269
1270         /* Out of our scope? */
1271         if (bdf > amd_iommu_last_bdf)
1272                 return 0;
1273
1274         return 1;
1275 }
1276
1277 /*
1278  * The function for pre-allocating protection domains.
1279  *
1280  * If the driver core informs the DMA layer if a driver grabs a device
1281  * we don't need to preallocate the protection domains anymore.
1282  * For now we have to.
1283  */
1284 void prealloc_protection_domains(void)
1285 {
1286         struct pci_dev *dev = NULL;
1287         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1288         struct amd_iommu *iommu;
1289         int order = amd_iommu_aperture_order;
1290         u16 devid;
1291
1292         while ((dev = pci_get_device(PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, dev)) != NULL) {
1293                 devid = (dev->bus->number << 8) | dev->devfn;
1294                 if (devid > amd_iommu_last_bdf)
1295                         continue;
1296                 devid = amd_iommu_alias_table[devid];
1297                 if (domain_for_device(devid))
1298                         continue;
1299                 iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1300                 if (!iommu)
1301                         continue;
1302                 dma_dom = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1303                 if (!dma_dom)
1304                         continue;
1305                 init_unity_mappings_for_device(dma_dom, devid);
1306                 dma_dom->target_dev = devid;
1307
1308                 list_add_tail(&dma_dom->list, &iommu_pd_list);
1309         }
1310 }
1311
1312 static struct dma_mapping_ops amd_iommu_dma_ops = {
1313         .alloc_coherent = alloc_coherent,
1314         .free_coherent = free_coherent,
1315         .map_single = map_single,
1316         .unmap_single = unmap_single,
1317         .map_sg = map_sg,
1318         .unmap_sg = unmap_sg,
1319         .dma_supported = amd_iommu_dma_supported,
1320 };
1321
1322 /*
1323  * The function which clues the AMD IOMMU driver into dma_ops.
1324  */
1325 int __init amd_iommu_init_dma_ops(void)
1326 {
1327         struct amd_iommu *iommu;
1328         int order = amd_iommu_aperture_order;
1329         int ret;
1330
1331         /*
1332          * first allocate a default protection domain for every IOMMU we
1333          * found in the system. Devices not assigned to any other
1334          * protection domain will be assigned to the default one.
1335          */
1336         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
1337                 iommu->default_dom = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1338                 if (iommu->default_dom == NULL)
1339                         return -ENOMEM;
1340                 ret = iommu_init_unity_mappings(iommu);
1341                 if (ret)
1342                         goto free_domains;
1343         }
1344
1345         /*
1346          * If device isolation is enabled, pre-allocate the protection
1347          * domains for each device.
1348          */
1349         if (amd_iommu_isolate)
1350                 prealloc_protection_domains();
1351
1352         iommu_detected = 1;
1353         force_iommu = 1;
1354         bad_dma_address = 0;
1355 #ifdef CONFIG_GART_IOMMU
1356         gart_iommu_aperture_disabled = 1;
1357         gart_iommu_aperture = 0;
1358 #endif
1359
1360         /* Make the driver finally visible to the drivers */
1361         dma_ops = &amd_iommu_dma_ops;
1362
1363         return 0;
1364
1365 free_domains:
1366
1367         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
1368                 if (iommu->default_dom)
1369                         dma_ops_domain_free(iommu->default_dom);
1370         }
1371
1372         return ret;
1373 }