arch/x86/kernel/amd_iommu.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2007-2009 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/bitmap.h>
  22 #include <linux/slab.h>
  23 #include <linux/debugfs.h>
  24 #include <linux/scatterlist.h>
  25 #include <linux/dma-mapping.h>
  26 #include <linux/iommu-helper.h>
  27 #include <linux/iommu.h>
  28 #include <asm/proto.h>
  29 #include <asm/iommu.h>
  30 #include <asm/gart.h>
  31 #include <asm/amd_iommu_proto.h>
  32 #include <asm/amd_iommu_types.h>
  33 #include <asm/amd_iommu.h>
  34
  35 #define CMD_SET_TYPE(cmd, t) ((cmd)->data[1] |= ((t) << 28))
  36
  37 #define EXIT_LOOP_COUNT 10000000
  38
  39 static DEFINE_RWLOCK(amd_iommu_devtable_lock);
  40
  41 /* A list of preallocated protection domains */
  42 static LIST_HEAD(iommu_pd_list);
  43 static DEFINE_SPINLOCK(iommu_pd_list_lock);
  44
  45 /*
  46  * Domain for untranslated devices - only allocated
  47  * if iommu=pt passed on kernel cmd line.
  48  */
  49 static struct protection_domain *pt_domain;
  50
  51 static struct iommu_ops amd_iommu_ops;
  52
  53 /*
  54  * general struct to manage commands send to an IOMMU
  55  */
  56 struct iommu_cmd {
  57         u32 data[4];
  58 };
  59
  60 static void reset_iommu_command_buffer(struct amd_iommu *iommu);
  61 static void update_domain(struct protection_domain *domain);
  62
  63 /****************************************************************************
  64  *
  65  * Helper functions
  66  *
  67  ****************************************************************************/
  68
  69 static inline u16 get_device_id(struct device *dev)
  70 {
  71         struct pci_dev *pdev = to_pci_dev(dev);
  72
  73         return calc_devid(pdev->bus->number, pdev->devfn);
  74 }
  75
  76 static struct iommu_dev_data *get_dev_data(struct device *dev)
  77 {
  78         return dev->archdata.iommu;
  79 }
  80
  81 /*
  82  * In this function the list of preallocated protection domains is traversed to
  83  * find the domain for a specific device
  84  */
  85 static struct dma_ops_domain *find_protection_domain(u16 devid)
  86 {
  87         struct dma_ops_domain *entry, *ret = NULL;
  88         unsigned long flags;
  89         u16 alias = amd_iommu_alias_table[devid];
  90
  91         if (list_empty(&iommu_pd_list))
  92                 return NULL;
  93
  94         spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
  95
  96         list_for_each_entry(entry, &iommu_pd_list, list) {
  97                 if (entry->target_dev == devid ||
  98                     entry->target_dev == alias) {
  99                         ret = entry;
 100                         break;
 101                 }
 102         }
 103
 104         spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
 105
 106         return ret;
 107 }
 108
 109 /*
 110  * This function checks if the driver got a valid device from the caller to
 111  * avoid dereferencing invalid pointers.
 112  */
 113 static bool check_device(struct device *dev)
 114 {
 115         u16 devid;
 116
 117         if (!dev || !dev->dma_mask)
 118                 return false;
 119
 120         /* No device or no PCI device */
 121         if (dev->bus != &pci_bus_type)
 122                 return false;
 123
 124         devid = get_device_id(dev);
 125
 126         /* Out of our scope? */
 127         if (devid > amd_iommu_last_bdf)
 128                 return false;
 129
 130         if (amd_iommu_rlookup_table[devid] == NULL)
 131                 return false;
 132
 133         return true;
 134 }
 135
 136 static int iommu_init_device(struct device *dev)
 137 {
 138         struct iommu_dev_data *dev_data;
 139         struct pci_dev *pdev;
 140         u16 devid, alias;
 141
 142         if (dev->archdata.iommu)
 143                 return 0;
 144
 145         dev_data = kzalloc(sizeof(*dev_data), GFP_KERNEL);
 146         if (!dev_data)
 147                 return -ENOMEM;
 148
 149         dev_data->dev = dev;
 150
 151         devid = get_device_id(dev);
 152         alias = amd_iommu_alias_table[devid];
 153         pdev = pci_get_bus_and_slot(PCI_BUS(alias), alias & 0xff);
 154         if (pdev)
 155                 dev_data->alias = &pdev->dev;
 156
 157         atomic_set(&dev_data->bind, 0);
 158
 159         dev->archdata.iommu = dev_data;
 160
 161
 162         return 0;
 163 }
 164
 165 static void iommu_uninit_device(struct device *dev)
 166 {
 167         kfree(dev->archdata.iommu);
 168 }
 169
 170 void __init amd_iommu_uninit_devices(void)
 171 {
 172         struct pci_dev *pdev = NULL;
 173
 174         for_each_pci_dev(pdev) {
 175
 176                 if (!check_device(&pdev->dev))
 177                         continue;
 178
 179                 iommu_uninit_device(&pdev->dev);
 180         }
 181 }
 182
 183 int __init amd_iommu_init_devices(void)
 184 {
 185         struct pci_dev *pdev = NULL;
 186         int ret = 0;
 187
 188         for_each_pci_dev(pdev) {
 189
 190                 if (!check_device(&pdev->dev))
 191                         continue;
 192
 193                 ret = iommu_init_device(&pdev->dev);
 194                 if (ret)
 195                         goto out_free;
 196         }
 197
 198         return 0;
 199
 200 out_free:
 201
 202         amd_iommu_uninit_devices();
 203
 204         return ret;
 205 }
 206 #ifdef CONFIG_AMD_IOMMU_STATS
 207
 208 /*
 209  * Initialization code for statistics collection
 210  */
 211
 212 DECLARE_STATS_COUNTER(compl_wait);
 213 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_map_single);
 214 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_unmap_single);
 215 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_map_sg);
 216 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_unmap_sg);
 217 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_alloc_coherent);
 218 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_free_coherent);
 219 DECLARE_STATS_COUNTER(cross_page);
 220 DECLARE_STATS_COUNTER(domain_flush_single);
 221 DECLARE_STATS_COUNTER(domain_flush_all);
 222 DECLARE_STATS_COUNTER(alloced_io_mem);
 223 DECLARE_STATS_COUNTER(total_map_requests);
 224
 225 static struct dentry *stats_dir;
 226 static struct dentry *de_fflush;
 227
 228 static void amd_iommu_stats_add(struct __iommu_counter *cnt)
 229 {
 230         if (stats_dir == NULL)
 231                 return;
 232
 233         cnt->dent = debugfs_create_u64(cnt->name, 0444, stats_dir,
 234                                        &cnt->value);
 235 }
 236
 237 static void amd_iommu_stats_init(void)
 238 {
 239         stats_dir = debugfs_create_dir("amd-iommu", NULL);
 240         if (stats_dir == NULL)
 241                 return;
 242
 243         de_fflush  = debugfs_create_bool("fullflush", 0444, stats_dir,
 244                                          (u32 *)&amd_iommu_unmap_flush);
 245
 246         amd_iommu_stats_add(&compl_wait);
 247         amd_iommu_stats_add(&cnt_map_single);
 248         amd_iommu_stats_add(&cnt_unmap_single);
 249         amd_iommu_stats_add(&cnt_map_sg);
 250         amd_iommu_stats_add(&cnt_unmap_sg);
 251         amd_iommu_stats_add(&cnt_alloc_coherent);
 252         amd_iommu_stats_add(&cnt_free_coherent);
 253         amd_iommu_stats_add(&cross_page);
 254         amd_iommu_stats_add(&domain_flush_single);
 255         amd_iommu_stats_add(&domain_flush_all);
 256         amd_iommu_stats_add(&alloced_io_mem);
 257         amd_iommu_stats_add(&total_map_requests);
 258 }
 259
 260 #endif
 261
 262 /****************************************************************************
 263  *
 264  * Interrupt handling functions
 265  *
 266  ****************************************************************************/
 267
 268 static void dump_dte_entry(u16 devid)
 269 {
 270         int i;
 271
 272         for (i = 0; i < 8; ++i)
 273                 pr_err("AMD-Vi: DTE[%d]: %08x\n", i,
 274                         amd_iommu_dev_table[devid].data[i]);
 275 }
 276
 277 static void dump_command(unsigned long phys_addr)
 278 {
 279         struct iommu_cmd *cmd = phys_to_virt(phys_addr);
 280         int i;
 281
 282         for (i = 0; i < 4; ++i)
 283                 pr_err("AMD-Vi: CMD[%d]: %08x\n", i, cmd->data[i]);
 284 }
 285
 286 static void iommu_print_event(struct amd_iommu *iommu, void *__evt)
 287 {
 288         u32 *event = __evt;
 289         int type  = (event[1] >> EVENT_TYPE_SHIFT)  & EVENT_TYPE_MASK;
 290         int devid = (event[0] >> EVENT_DEVID_SHIFT) & EVENT_DEVID_MASK;
 291         int domid = (event[1] >> EVENT_DOMID_SHIFT) & EVENT_DOMID_MASK;
 292         int flags = (event[1] >> EVENT_FLAGS_SHIFT) & EVENT_FLAGS_MASK;
 293         u64 address = (u64)(((u64)event[3]) << 32) | event[2];
 294
 295         printk(KERN_ERR "AMD-Vi: Event logged [");
 296
 297         switch (type) {
 298         case EVENT_TYPE_ILL_DEV:
 299                 printk("ILLEGAL_DEV_TABLE_ENTRY device=%02x:%02x.%x "
 300                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 301                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 302                        address, flags);
 303                 dump_dte_entry(devid);
 304                 break;
 305         case EVENT_TYPE_IO_FAULT:
 306                 printk("IO_PAGE_FAULT device=%02x:%02x.%x "
 307                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 308                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 309                        domid, address, flags);
 310                 break;
 311         case EVENT_TYPE_DEV_TAB_ERR:
 312                 printk("DEV_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
 313                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 314                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 315                        address, flags);
 316                 break;
 317         case EVENT_TYPE_PAGE_TAB_ERR:
 318                 printk("PAGE_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
 319                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 320                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 321                        domid, address, flags);
 322                 break;
 323         case EVENT_TYPE_ILL_CMD:
 324                 printk("ILLEGAL_COMMAND_ERROR address=0x%016llx]\n", address);
 325                 iommu->reset_in_progress = true;
 326                 reset_iommu_command_buffer(iommu);
 327                 dump_command(address);
 328                 break;
 329         case EVENT_TYPE_CMD_HARD_ERR:
 330                 printk("COMMAND_HARDWARE_ERROR address=0x%016llx "
 331                        "flags=0x%04x]\n", address, flags);
 332                 break;
 333         case EVENT_TYPE_IOTLB_INV_TO:
 334                 printk("IOTLB_INV_TIMEOUT device=%02x:%02x.%x "
 335                        "address=0x%016llx]\n",
 336                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 337                        address);
 338                 break;
 339         case EVENT_TYPE_INV_DEV_REQ:
 340                 printk("INVALID_DEVICE_REQUEST device=%02x:%02x.%x "
 341                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 342                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 343                        address, flags);
 344                 break;
 345         default:
 346                 printk(KERN_ERR "UNKNOWN type=0x%02x]\n", type);
 347         }
 348 }
 349
 350 static void iommu_poll_events(struct amd_iommu *iommu)
 351 {
 352         u32 head, tail;
 353         unsigned long flags;
 354
 355         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 356
 357         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
 358         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_TAIL_OFFSET);
 359
 360         while (head != tail) {
 361                 iommu_print_event(iommu, iommu->evt_buf + head);
 362                 head = (head + EVENT_ENTRY_SIZE) % iommu->evt_buf_size;
 363         }
 364
 365         writel(head, iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
 366
 367         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 368 }
 369
 370 irqreturn_t amd_iommu_int_handler(int irq, void *data)
 371 {
 372         struct amd_iommu *iommu;
 373
 374         for_each_iommu(iommu)
 375                 iommu_poll_events(iommu);
 376
 377         return IRQ_HANDLED;
 378 }
 379
 380 /****************************************************************************
 381  *
 382  * IOMMU command queuing functions
 383  *
 384  ****************************************************************************/
 385
 386 /*
 387  * Writes the command to the IOMMUs command buffer and informs the
 388  * hardware about the new command. Must be called with iommu->lock held.
 389  */
 390 static int __iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
 391 {
 392         u32 tail, head;
 393         u8 *target;
 394
 395         WARN_ON(iommu->cmd_buf_size & CMD_BUFFER_UNINITIALIZED);
 396         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
 397         target = iommu->cmd_buf + tail;
 398         memcpy_toio(target, cmd, sizeof(*cmd));
 399         tail = (tail + sizeof(*cmd)) % iommu->cmd_buf_size;
 400         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_HEAD_OFFSET);
 401         if (tail == head)
 402                 return -ENOMEM;
 403         writel(tail, iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
 404
 405         return 0;
 406 }
 407
 408 /*
 409  * General queuing function for commands. Takes iommu->lock and calls
 410  * __iommu_queue_command().
 411  */
 412 static int iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
 413 {
 414         unsigned long flags;
 415         int ret;
 416
 417         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 418         ret = __iommu_queue_command(iommu, cmd);
 419         if (!ret)
 420                 iommu->need_sync = true;
 421         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 422
 423         return ret;
 424 }
 425
 426 /*
 427  * This function waits until an IOMMU has completed a completion
 428  * wait command
 429  */
 430 static void __iommu_wait_for_completion(struct amd_iommu *iommu)
 431 {
 432         int ready = 0;
 433         unsigned status = 0;
 434         unsigned long i = 0;
 435
 436         INC_STATS_COUNTER(compl_wait);
 437
 438         while (!ready && (i < EXIT_LOOP_COUNT)) {
 439                 ++i;
 440                 /* wait for the bit to become one */
 441                 status = readl(iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
 442                 ready = status & MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
 443         }
 444
 445         /* set bit back to zero */
 446         status &= ~MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
 447         writel(status, iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
 448
 449         if (unlikely(i == EXIT_LOOP_COUNT))
 450                 iommu->reset_in_progress = true;
 451 }
 452
 453 /*
 454  * This function queues a completion wait command into the command
 455  * buffer of an IOMMU
 456  */
 457 static int __iommu_completion_wait(struct amd_iommu *iommu)
 458 {
 459         struct iommu_cmd cmd;
 460
 461          memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
 462          cmd.data[0] = CMD_COMPL_WAIT_INT_MASK;
 463          CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_COMPL_WAIT);
 464
 465          return __iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 466 }
 467
 468 /*
 469  * This function is called whenever we need to ensure that the IOMMU has
 470  * completed execution of all commands we sent. It sends a
 471  * COMPLETION_WAIT command and waits for it to finish. The IOMMU informs
 472  * us about that by writing a value to a physical address we pass with
 473  * the command.
 474  */
 475 static int iommu_completion_wait(struct amd_iommu *iommu)
 476 {
 477         int ret = 0;
 478         unsigned long flags;
 479
 480         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 481
 482         if (!iommu->need_sync)
 483                 goto out;
 484
 485         ret = __iommu_completion_wait(iommu);
 486
 487         iommu->need_sync = false;
 488
 489         if (ret)
 490                 goto out;
 491
 492         __iommu_wait_for_completion(iommu);
 493
 494 out:
 495         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 496
 497         if (iommu->reset_in_progress)
 498                 reset_iommu_command_buffer(iommu);
 499
 500         return 0;
 501 }
 502
 503 static void iommu_flush_complete(struct protection_domain *domain)
 504 {
 505         int i;
 506
 507         for (i = 0; i < amd_iommus_present; ++i) {
 508                 if (!domain->dev_iommu[i])
 509                         continue;
 510
 511                 /*
 512                  * Devices of this domain are behind this IOMMU
 513                  * We need to wait for completion of all commands.
 514                  */
 515                 iommu_completion_wait(amd_iommus[i]);
 516         }
 517 }
 518
 519 /*
 520  * Command send function for invalidating a device table entry
 521  */
 522 static int iommu_flush_device(struct device *dev)
 523 {
 524         struct amd_iommu *iommu;
 525         struct iommu_cmd cmd;
 526         u16 devid;
 527
 528         devid = get_device_id(dev);
 529         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
 530
 531         /* Build command */
 532         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
 533         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_INV_DEV_ENTRY);
 534         cmd.data[0] = devid;
 535
 536         return iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 537 }
 538
 539 static void __iommu_build_inv_iommu_pages(struct iommu_cmd *cmd, u64 address,
 540                                           u16 domid, int pde, int s)
 541 {
 542         memset(cmd, 0, sizeof(*cmd));
 543         address &= PAGE_MASK;
 544         CMD_SET_TYPE(cmd, CMD_INV_IOMMU_PAGES);
 545         cmd->data[1] |= domid;
 546         cmd->data[2] = lower_32_bits(address);
 547         cmd->data[3] = upper_32_bits(address);
 548         if (s) /* size bit - we flush more than one 4kb page */
 549                 cmd->data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_SIZE_MASK;
 550         if (pde) /* PDE bit - we wan't flush everything not only the PTEs */
 551                 cmd->data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_PDE_MASK;
 552 }
 553
 554 /*
 555  * Generic command send function for invalidaing TLB entries
 556  */
 557 static int iommu_queue_inv_iommu_pages(struct amd_iommu *iommu,
 558                 u64 address, u16 domid, int pde, int s)
 559 {
 560         struct iommu_cmd cmd;
 561         int ret;
 562
 563         __iommu_build_inv_iommu_pages(&cmd, address, domid, pde, s);
 564
 565         ret = iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 566
 567         return ret;
 568 }
 569
 570 /*
 571  * TLB invalidation function which is called from the mapping functions.
 572  * It invalidates a single PTE if the range to flush is within a single
 573  * page. Otherwise it flushes the whole TLB of the IOMMU.
 574  */
 575 static void __iommu_flush_pages(struct protection_domain *domain,
 576                                 u64 address, size_t size, int pde)
 577 {
 578         int s = 0, i;
 579         unsigned long pages = iommu_num_pages(address, size, PAGE_SIZE);
 580
 581         address &= PAGE_MASK;
 582
 583         if (pages > 1) {
 584                 /*
 585                  * If we have to flush more than one page, flush all
 586                  * TLB entries for this domain
 587                  */
 588                 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
 589                 s = 1;
 590         }
 591
 592
 593         for (i = 0; i < amd_iommus_present; ++i) {
 594                 if (!domain->dev_iommu[i])
 595                         continue;
 596
 597                 /*
 598                  * Devices of this domain are behind this IOMMU
 599                  * We need a TLB flush
 600                  */
 601                 iommu_queue_inv_iommu_pages(amd_iommus[i], address,
 602                                             domain->id, pde, s);
 603         }
 604
 605         return;
 606 }
 607
 608 static void iommu_flush_pages(struct protection_domain *domain,
 609                              u64 address, size_t size)
 610 {
 611         __iommu_flush_pages(domain, address, size, 0);
 612 }
 613
 614 /* Flush the whole IO/TLB for a given protection domain */
 615 static void iommu_flush_tlb(struct protection_domain *domain)
 616 {
 617         __iommu_flush_pages(domain, 0, CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS, 0);
 618 }
 619
 620 /* Flush the whole IO/TLB for a given protection domain - including PDE */
 621 static void iommu_flush_tlb_pde(struct protection_domain *domain)
 622 {
 623         __iommu_flush_pages(domain, 0, CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS, 1);
 624 }
 625
 626
 627 /*
 628  * This function flushes the DTEs for all devices in domain
 629  */
 630 static void iommu_flush_domain_devices(struct protection_domain *domain)
 631 {
 632         struct iommu_dev_data *dev_data;
 633         unsigned long flags;
 634
 635         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
 636
 637         list_for_each_entry(dev_data, &domain->dev_list, list)
 638                 iommu_flush_device(dev_data->dev);
 639
 640         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
 641 }
 642
 643 static void iommu_flush_all_domain_devices(void)
 644 {
 645         struct protection_domain *domain;
 646         unsigned long flags;
 647
 648         spin_lock_irqsave(&amd_iommu_pd_lock, flags);
 649
 650         list_for_each_entry(domain, &amd_iommu_pd_list, list) {
 651                 iommu_flush_domain_devices(domain);
 652                 iommu_flush_complete(domain);
 653         }
 654
 655         spin_unlock_irqrestore(&amd_iommu_pd_lock, flags);
 656 }
 657
 658 void amd_iommu_flush_all_devices(void)
 659 {
 660         iommu_flush_all_domain_devices();
 661 }
 662
 663 /*
 664  * This function uses heavy locking and may disable irqs for some time. But
 665  * this is no issue because it is only called during resume.
 666  */
 667 void amd_iommu_flush_all_domains(void)
 668 {
 669         struct protection_domain *domain;
 670         unsigned long flags;
 671
 672         spin_lock_irqsave(&amd_iommu_pd_lock, flags);
 673
 674         list_for_each_entry(domain, &amd_iommu_pd_list, list) {
 675                 spin_lock(&domain->lock);
 676                 iommu_flush_tlb_pde(domain);
 677                 iommu_flush_complete(domain);
 678                 spin_unlock(&domain->lock);
 679         }
 680
 681         spin_unlock_irqrestore(&amd_iommu_pd_lock, flags);
 682 }
 683
 684 static void reset_iommu_command_buffer(struct amd_iommu *iommu)
 685 {
 686         pr_err("AMD-Vi: Resetting IOMMU command buffer\n");
 687
 688         if (iommu->reset_in_progress)
 689                 panic("AMD-Vi: ILLEGAL_COMMAND_ERROR while resetting command buffer\n");
 690
 691         amd_iommu_reset_cmd_buffer(iommu);
 692         amd_iommu_flush_all_devices();
 693         amd_iommu_flush_all_domains();
 694
 695         iommu->reset_in_progress = false;
 696 }
 697
 698 /****************************************************************************
 699  *
 700  * The functions below are used the create the page table mappings for
 701  * unity mapped regions.
 702  *
 703  ****************************************************************************/
 704
 705 /*
 706  * This function is used to add another level to an IO page table. Adding
 707  * another level increases the size of the address space by 9 bits to a size up
 708  * to 64 bits.
 709  */
 710 static bool increase_address_space(struct protection_domain *domain,
 711                                    gfp_t gfp)
 712 {
 713         u64 *pte;
 714
 715         if (domain->mode == PAGE_MODE_6_LEVEL)
 716                 /* address space already 64 bit large */
 717                 return false;
 718
 719         pte = (void *)get_zeroed_page(gfp);
 720         if (!pte)
 721                 return false;
 722
 723         *pte             = PM_LEVEL_PDE(domain->mode,
 724                                         virt_to_phys(domain->pt_root));
 725         domain->pt_root  = pte;
 726         domain->mode    += 1;
 727         domain->updated  = true;
 728
 729         return true;
 730 }
 731
 732 static u64 *alloc_pte(struct protection_domain *domain,
 733                       unsigned long address,
 734                       unsigned long page_size,
 735                       u64 **pte_page,
 736                       gfp_t gfp)
 737 {
 738         int level, end_lvl;
 739         u64 *pte, *page;
 740
 741         BUG_ON(!is_power_of_2(page_size));
 742
 743         while (address > PM_LEVEL_SIZE(domain->mode))
 744                 increase_address_space(domain, gfp);
 745
 746         level   = domain->mode - 1;
 747         pte     = &domain->pt_root[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
 748         address = PAGE_SIZE_ALIGN(address, page_size);
 749         end_lvl = PAGE_SIZE_LEVEL(page_size);
 750
 751         while (level > end_lvl) {
 752                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
 753                         page = (u64 *)get_zeroed_page(gfp);
 754                         if (!page)
 755                                 return NULL;
 756                         *pte = PM_LEVEL_PDE(level, virt_to_phys(page));
 757                 }
 758
 759                 /* No level skipping support yet */
 760                 if (PM_PTE_LEVEL(*pte) != level)
 761                         return NULL;
 762
 763                 level -= 1;
 764
 765                 pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
 766
 767                 if (pte_page && level == end_lvl)
 768                         *pte_page = pte;
 769
 770                 pte = &pte[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
 771         }
 772
 773         return pte;
 774 }
 775
 776 /*
 777  * This function checks if there is a PTE for a given dma address. If
 778  * there is one, it returns the pointer to it.
 779  */
 780 static u64 *fetch_pte(struct protection_domain *domain, unsigned long address)
 781 {
 782         int level;
 783         u64 *pte;
 784
 785         if (address > PM_LEVEL_SIZE(domain->mode))
 786                 return NULL;
 787
 788         level   =  domain->mode - 1;
 789         pte     = &domain->pt_root[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
 790
 791         while (level > 0) {
 792
 793                 /* Not Present */
 794                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
 795                         return NULL;
 796
 797                 /* Large PTE */
 798                 if (PM_PTE_LEVEL(*pte) == 0x07) {
 799                         unsigned long pte_mask, __pte;
 800
 801                         /*
 802                          * If we have a series of large PTEs, make
 803                          * sure to return a pointer to the first one.
 804                          */
 805                         pte_mask = PTE_PAGE_SIZE(*pte);
 806                         pte_mask = ~((PAGE_SIZE_PTE_COUNT(pte_mask) << 3) - 1);
 807                         __pte    = ((unsigned long)pte) & pte_mask;
 808
 809                         return (u64 *)__pte;
 810                 }
 811
 812                 /* No level skipping support yet */
 813                 if (PM_PTE_LEVEL(*pte) != level)
 814                         return NULL;
 815
 816                 level -= 1;
 817
 818                 /* Walk to the next level */
 819                 pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
 820                 pte = &pte[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
 821         }
 822
 823         return pte;
 824 }
 825
 826 /*
 827  * Generic mapping functions. It maps a physical address into a DMA
 828  * address space. It allocates the page table pages if necessary.
 829  * In the future it can be extended to a generic mapping function
 830  * supporting all features of AMD IOMMU page tables like level skipping
 831  * and full 64 bit address spaces.
 832  */
 833 static int iommu_map_page(struct protection_domain *dom,
 834                           unsigned long bus_addr,
 835                           unsigned long phys_addr,
 836                           int prot,
 837                           unsigned long page_size)
 838 {
 839         u64 __pte, *pte;
 840         int i, count;
 841
 842         if (!(prot & IOMMU_PROT_MASK))
 843                 return -EINVAL;
 844
 845         bus_addr  = PAGE_ALIGN(bus_addr);
 846         phys_addr = PAGE_ALIGN(phys_addr);
 847         count     = PAGE_SIZE_PTE_COUNT(page_size);
 848         pte       = alloc_pte(dom, bus_addr, page_size, NULL, GFP_KERNEL);
 849
 850         for (i = 0; i < count; ++i)
 851                 if (IOMMU_PTE_PRESENT(pte[i]))
 852                         return -EBUSY;
 853
 854         if (page_size > PAGE_SIZE) {
 855                 __pte = PAGE_SIZE_PTE(phys_addr, page_size);
 856                 __pte |= PM_LEVEL_ENC(7) | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
 857         } else
 858                 __pte = phys_addr | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
 859
 860         if (prot & IOMMU_PROT_IR)
 861                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
 862         if (prot & IOMMU_PROT_IW)
 863                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
 864
 865         for (i = 0; i < count; ++i)
 866                 pte[i] = __pte;
 867
 868         update_domain(dom);
 869
 870         return 0;
 871 }
 872
 873 static unsigned long iommu_unmap_page(struct protection_domain *dom,
 874                                       unsigned long bus_addr,
 875                                       unsigned long page_size)
 876 {
 877         unsigned long long unmap_size, unmapped;
 878         u64 *pte;
 879
 880         BUG_ON(!is_power_of_2(page_size));
 881
 882         unmapped = 0;
 883
 884         while (unmapped < page_size) {
 885
 886                 pte = fetch_pte(dom, bus_addr);
 887
 888                 if (!pte) {
 889                         /*
 890                          * No PTE for this address
 891                          * move forward in 4kb steps
 892                          */
 893                         unmap_size = PAGE_SIZE;
 894                 } else if (PM_PTE_LEVEL(*pte) == 0) {
 895                         /* 4kb PTE found for this address */
 896                         unmap_size = PAGE_SIZE;
 897                         *pte       = 0ULL;
 898                 } else {
 899                         int count, i;
 900
 901                         /* Large PTE found which maps this address */
 902                         unmap_size = PTE_PAGE_SIZE(*pte);
 903                         count      = PAGE_SIZE_PTE_COUNT(unmap_size);
 904                         for (i = 0; i < count; i++)
 905                                 pte[i] = 0ULL;
 906                 }
 907
 908                 bus_addr  = (bus_addr & ~(unmap_size - 1)) + unmap_size;
 909                 unmapped += unmap_size;
 910         }
 911
 912         BUG_ON(!is_power_of_2(unmapped));
 913
 914         return unmapped;
 915 }
 916
 917 /*
 918  * This function checks if a specific unity mapping entry is needed for
 919  * this specific IOMMU.
 920  */
 921 static int iommu_for_unity_map(struct amd_iommu *iommu,
 922                                struct unity_map_entry *entry)
 923 {
 924         u16 bdf, i;
 925
 926         for (i = entry->devid_start; i <= entry->devid_end; ++i) {
 927                 bdf = amd_iommu_alias_table[i];
 928                 if (amd_iommu_rlookup_table[bdf] == iommu)
 929                         return 1;
 930         }
 931
 932         return 0;
 933 }
 934
 935 /*
 936  * This function actually applies the mapping to the page table of the
 937  * dma_ops domain.
 938  */
 939 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
 940                              struct unity_map_entry *e)
 941 {
 942         u64 addr;
 943         int ret;
 944
 945         for (addr = e->address_start; addr < e->address_end;
 946              addr += PAGE_SIZE) {
 947                 ret = iommu_map_page(&dma_dom->domain, addr, addr, e->prot,
 948                                      PAGE_SIZE);
 949                 if (ret)
 950                         return ret;
 951                 /*
 952                  * if unity mapping is in aperture range mark the page
 953                  * as allocated in the aperture
 954                  */
 955                 if (addr < dma_dom->aperture_size)
 956                         __set_bit(addr >> PAGE_SHIFT,
 957                                   dma_dom->aperture[0]->bitmap);
 958         }
 959
 960         return 0;
 961 }
 962
 963 /*
 964  * Init the unity mappings for a specific IOMMU in the system
 965  *
 966  * Basically iterates over all unity mapping entries and applies them to
 967  * the default domain DMA of that IOMMU if necessary.
 968  */
 969 static int iommu_init_unity_mappings(struct amd_iommu *iommu)
 970 {
 971         struct unity_map_entry *entry;
 972         int ret;
 973
 974         list_for_each_entry(entry, &amd_iommu_unity_map, list) {
 975                 if (!iommu_for_unity_map(iommu, entry))
 976                         continue;
 977                 ret = dma_ops_unity_map(iommu->default_dom, entry);
 978                 if (ret)
 979                         return ret;
 980         }
 981
 982         return 0;
 983 }
 984
 985 /*
 986  * Inits the unity mappings required for a specific device
 987  */
 988 static int init_unity_mappings_for_device(struct dma_ops_domain *dma_dom,
 989                                           u16 devid)
 990 {
 991         struct unity_map_entry *e;
 992         int ret;
 993
 994         list_for_each_entry(e, &amd_iommu_unity_map, list) {
 995                 if (!(devid >= e->devid_start && devid <= e->devid_end))
 996                         continue;
 997                 ret = dma_ops_unity_map(dma_dom, e);
 998                 if (ret)
 999                         return ret;
1000         }
1001
1002         return 0;
1003 }
1004
1005 /****************************************************************************
1006  *
1007  * The next functions belong to the address allocator for the dma_ops
1008  * interface functions. They work like the allocators in the other IOMMU
1009  * drivers. Its basically a bitmap which marks the allocated pages in
1010  * the aperture. Maybe it could be enhanced in the future to a more
1011  * efficient allocator.
1012  *
1013  ****************************************************************************/
1014
1015 /*
1016  * The address allocator core functions.
1017  *
1018  * called with domain->lock held
1019  */
1020
1021 /*
1022  * Used to reserve address ranges in the aperture (e.g. for exclusion
1023  * ranges.
1024  */
1025 static void dma_ops_reserve_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
1026                                       unsigned long start_page,
1027                                       unsigned int pages)
1028 {
1029         unsigned int i, last_page = dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT;
1030
1031         if (start_page + pages > last_page)
1032                 pages = last_page - start_page;
1033
1034         for (i = start_page; i < start_page + pages; ++i) {
1035                 int index = i / APERTURE_RANGE_PAGES;
1036                 int page  = i % APERTURE_RANGE_PAGES;
1037                 __set_bit(page, dom->aperture[index]->bitmap);
1038         }
1039 }
1040
1041 /*
1042  * This function is used to add a new aperture range to an existing
1043  * aperture in case of dma_ops domain allocation or address allocation
1044  * failure.
1045  */
1046 static int alloc_new_range(struct dma_ops_domain *dma_dom,
1047                            bool populate, gfp_t gfp)
1048 {
1049         int index = dma_dom->aperture_size >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
1050         struct amd_iommu *iommu;
1051         unsigned long i;
1052
1053 #ifdef CONFIG_IOMMU_STRESS
1054         populate = false;
1055 #endif
1056
1057         if (index >= APERTURE_MAX_RANGES)
1058                 return -ENOMEM;
1059
1060         dma_dom->aperture[index] = kzalloc(sizeof(struct aperture_range), gfp);
1061         if (!dma_dom->aperture[index])
1062                 return -ENOMEM;
1063
1064         dma_dom->aperture[index]->bitmap = (void *)get_zeroed_page(gfp);
1065         if (!dma_dom->aperture[index]->bitmap)
1066                 goto out_free;
1067
1068         dma_dom->aperture[index]->offset = dma_dom->aperture_size;
1069
1070         if (populate) {
1071                 unsigned long address = dma_dom->aperture_size;
1072                 int i, num_ptes = APERTURE_RANGE_PAGES / 512;
1073                 u64 *pte, *pte_page;
1074
1075                 for (i = 0; i < num_ptes; ++i) {
1076                         pte = alloc_pte(&dma_dom->domain, address, PAGE_SIZE,
1077                                         &pte_page, gfp);
1078                         if (!pte)
1079                                 goto out_free;
1080
1081                         dma_dom->aperture[index]->pte_pages[i] = pte_page;
1082
1083                         address += APERTURE_RANGE_SIZE / 64;
1084                 }
1085         }
1086
1087         dma_dom->aperture_size += APERTURE_RANGE_SIZE;
1088
1089         /* Intialize the exclusion range if necessary */
1090         for_each_iommu(iommu) {
1091                 if (iommu->exclusion_start &&
1092                     iommu->exclusion_start >= dma_dom->aperture[index]->offset
1093                     && iommu->exclusion_start < dma_dom->aperture_size) {
1094                         unsigned long startpage;
1095                         int pages = iommu_num_pages(iommu->exclusion_start,
1096                                                     iommu->exclusion_length,
1097                                                     PAGE_SIZE);
1098                         startpage = iommu->exclusion_start >> PAGE_SHIFT;
1099                         dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, startpage, pages);
1100                 }
1101         }
1102
1103         /*
1104          * Check for areas already mapped as present in the new aperture
1105          * range and mark those pages as reserved in the allocator. Such
1106          * mappings may already exist as a result of requested unity
1107          * mappings for devices.
1108          */
1109         for (i = dma_dom->aperture[index]->offset;
1110              i < dma_dom->aperture_size;
1111              i += PAGE_SIZE) {
1112                 u64 *pte = fetch_pte(&dma_dom->domain, i);
1113                 if (!pte || !IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
1114                         continue;
1115
1116                 dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, i << PAGE_SHIFT, 1);
1117         }
1118
1119         update_domain(&dma_dom->domain);
1120
1121         return 0;
1122
1123 out_free:
1124         update_domain(&dma_dom->domain);
1125
1126         free_page((unsigned long)dma_dom->aperture[index]->bitmap);
1127
1128         kfree(dma_dom->aperture[index]);
1129         dma_dom->aperture[index] = NULL;
1130
1131         return -ENOMEM;
1132 }
1133
1134 static unsigned long dma_ops_area_alloc(struct device *dev,
1135                                         struct dma_ops_domain *dom,
1136                                         unsigned int pages,
1137                                         unsigned long align_mask,
1138                                         u64 dma_mask,
1139                                         unsigned long start)
1140 {
1141         unsigned long next_bit = dom->next_address % APERTURE_RANGE_SIZE;
1142         int max_index = dom->aperture_size >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
1143         int i = start >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
1144         unsigned long boundary_size;
1145         unsigned long address = -1;
1146         unsigned long limit;
1147
1148         next_bit >>= PAGE_SHIFT;
1149
1150         boundary_size = ALIGN(dma_get_seg_boundary(dev) + 1,
1151                         PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
1152
1153         for (;i < max_index; ++i) {
1154                 unsigned long offset = dom->aperture[i]->offset >> PAGE_SHIFT;
1155
1156                 if (dom->aperture[i]->offset >= dma_mask)
1157                         break;
1158
1159                 limit = iommu_device_max_index(APERTURE_RANGE_PAGES, offset,
1160                                                dma_mask >> PAGE_SHIFT);
1161
1162                 address = iommu_area_alloc(dom->aperture[i]->bitmap,
1163                                            limit, next_bit, pages, 0,
1164                                             boundary_size, align_mask);
1165                 if (address != -1) {
1166                         address = dom->aperture[i]->offset +
1167                                   (address << PAGE_SHIFT);
1168                         dom->next_address = address + (pages << PAGE_SHIFT);
1169                         break;
1170                 }
1171
1172                 next_bit = 0;
1173         }
1174
1175         return address;
1176 }
1177
1178 static unsigned long dma_ops_alloc_addresses(struct device *dev,
1179                                              struct dma_ops_domain *dom,
1180                                              unsigned int pages,
1181                                              unsigned long align_mask,
1182                                              u64 dma_mask)
1183 {
1184         unsigned long address;
1185
1186 #ifdef CONFIG_IOMMU_STRESS
1187         dom->next_address = 0;
1188         dom->need_flush = true;
1189 #endif
1190
1191         address = dma_ops_area_alloc(dev, dom, pages, align_mask,
1192                                      dma_mask, dom->next_address);
1193
1194         if (address == -1) {
1195                 dom->next_address = 0;
1196                 address = dma_ops_area_alloc(dev, dom, pages, align_mask,
1197                                              dma_mask, 0);
1198                 dom->need_flush = true;
1199         }
1200
1201         if (unlikely(address == -1))
1202                 address = DMA_ERROR_CODE;
1203
1204         WARN_ON((address + (PAGE_SIZE*pages)) > dom->aperture_size);
1205
1206         return address;
1207 }
1208
1209 /*
1210  * The address free function.
1211  *
1212  * called with domain->lock held
1213  */
1214 static void dma_ops_free_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
1215                                    unsigned long address,
1216                                    unsigned int pages)
1217 {
1218         unsigned i = address >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
1219         struct aperture_range *range = dom->aperture[i];
1220
1221         BUG_ON(i >= APERTURE_MAX_RANGES || range == NULL);
1222
1223 #ifdef CONFIG_IOMMU_STRESS
1224         if (i < 4)
1225                 return;
1226 #endif
1227
1228         if (address >= dom->next_address)
1229                 dom->need_flush = true;
1230
1231         address = (address % APERTURE_RANGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
1232
1233         bitmap_clear(range->bitmap, address, pages);
1234
1235 }
1236
1237 /****************************************************************************
1238  *
1239  * The next functions belong to the domain allocation. A domain is
1240  * allocated for every IOMMU as the default domain. If device isolation
1241  * is enabled, every device get its own domain. The most important thing
1242  * about domains is the page table mapping the DMA address space they
1243  * contain.
1244  *
1245  ****************************************************************************/
1246
1247 /*
1248  * This function adds a protection domain to the global protection domain list
1249  */
1250 static void add_domain_to_list(struct protection_domain *domain)
1251 {
1252         unsigned long flags;
1253
1254         spin_lock_irqsave(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1255         list_add(&domain->list, &amd_iommu_pd_list);
1256         spin_unlock_irqrestore(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1257 }
1258
1259 /*
1260  * This function removes a protection domain to the global
1261  * protection domain list
1262  */
1263 static void del_domain_from_list(struct protection_domain *domain)
1264 {
1265         unsigned long flags;
1266
1267         spin_lock_irqsave(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1268         list_del(&domain->list);
1269         spin_unlock_irqrestore(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1270 }
1271
1272 static u16 domain_id_alloc(void)
1273 {
1274         unsigned long flags;
1275         int id;
1276
1277         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1278         id = find_first_zero_bit(amd_iommu_pd_alloc_bitmap, MAX_DOMAIN_ID);
1279         BUG_ON(id == 0);
1280         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
1281                 __set_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
1282         else
1283                 id = 0;
1284         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1285
1286         return id;
1287 }
1288
1289 static void domain_id_free(int id)
1290 {
1291         unsigned long flags;
1292
1293         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1294         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
1295                 __clear_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
1296         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1297 }
1298
1299 static void free_pagetable(struct protection_domain *domain)
1300 {
1301         int i, j;
1302         u64 *p1, *p2, *p3;
1303
1304         p1 = domain->pt_root;
1305
1306         if (!p1)
1307                 return;
1308
1309         for (i = 0; i < 512; ++i) {
1310                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p1[i]))
1311                         continue;
1312
1313                 p2 = IOMMU_PTE_PAGE(p1[i]);
1314                 for (j = 0; j < 512; ++j) {
1315                         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p2[j]))
1316                                 continue;
1317                         p3 = IOMMU_PTE_PAGE(p2[j]);
1318                         free_page((unsigned long)p3);
1319                 }
1320
1321                 free_page((unsigned long)p2);
1322         }
1323
1324         free_page((unsigned long)p1);
1325
1326         domain->pt_root = NULL;
1327 }
1328
1329 /*
1330  * Free a domain, only used if something went wrong in the
1331  * allocation path and we need to free an already allocated page table
1332  */
1333 static void dma_ops_domain_free(struct dma_ops_domain *dom)
1334 {
1335         int i;
1336
1337         if (!dom)
1338                 return;
1339
1340         del_domain_from_list(&dom->domain);
1341
1342         free_pagetable(&dom->domain);
1343
1344         for (i = 0; i < APERTURE_MAX_RANGES; ++i) {
1345                 if (!dom->aperture[i])
1346                         continue;
1347                 free_page((unsigned long)dom->aperture[i]->bitmap);
1348                 kfree(dom->aperture[i]);
1349         }
1350
1351         kfree(dom);
1352 }
1353
1354 /*
1355  * Allocates a new protection domain usable for the dma_ops functions.
1356  * It also intializes the page table and the address allocator data
1357  * structures required for the dma_ops interface
1358  */
1359 static struct dma_ops_domain *dma_ops_domain_alloc(void)
1360 {
1361         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1362
1363         dma_dom = kzalloc(sizeof(struct dma_ops_domain), GFP_KERNEL);
1364         if (!dma_dom)
1365                 return NULL;
1366
1367         spin_lock_init(&dma_dom->domain.lock);
1368
1369         dma_dom->domain.id = domain_id_alloc();
1370         if (dma_dom->domain.id == 0)
1371                 goto free_dma_dom;
1372         INIT_LIST_HEAD(&dma_dom->domain.dev_list);
1373         dma_dom->domain.mode = PAGE_MODE_2_LEVEL;
1374         dma_dom->domain.pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
1375         dma_dom->domain.flags = PD_DMA_OPS_MASK;
1376         dma_dom->domain.priv = dma_dom;
1377         if (!dma_dom->domain.pt_root)
1378                 goto free_dma_dom;
1379
1380         dma_dom->need_flush = false;
1381         dma_dom->target_dev = 0xffff;
1382
1383         add_domain_to_list(&dma_dom->domain);
1384
1385         if (alloc_new_range(dma_dom, true, GFP_KERNEL))
1386                 goto free_dma_dom;
1387
1388         /*
1389          * mark the first page as allocated so we never return 0 as
1390          * a valid dma-address. So we can use 0 as error value
1391          */
1392         dma_dom->aperture[0]->bitmap[0] = 1;
1393         dma_dom->next_address = 0;
1394
1395
1396         return dma_dom;
1397
1398 free_dma_dom:
1399         dma_ops_domain_free(dma_dom);
1400
1401         return NULL;
1402 }
1403
1404 /*
1405  * little helper function to check whether a given protection domain is a
1406  * dma_ops domain
1407  */
1408 static bool dma_ops_domain(struct protection_domain *domain)
1409 {
1410         return domain->flags & PD_DMA_OPS_MASK;
1411 }
1412
1413 static void set_dte_entry(u16 devid, struct protection_domain *domain)
1414 {
1415         u64 pte_root = virt_to_phys(domain->pt_root);
1416
1417         pte_root |= (domain->mode & DEV_ENTRY_MODE_MASK)
1418                     << DEV_ENTRY_MODE_SHIFT;
1419         pte_root |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
1420
1421         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = domain->id;
1422         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = upper_32_bits(pte_root);
1423         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = lower_32_bits(pte_root);
1424 }
1425
1426 static void clear_dte_entry(u16 devid)
1427 {
1428         /* remove entry from the device table seen by the hardware */
1429         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
1430         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = 0;
1431         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = 0;
1432
1433         amd_iommu_apply_erratum_63(devid);
1434 }
1435
1436 static void do_attach(struct device *dev, struct protection_domain *domain)
1437 {
1438         struct iommu_dev_data *dev_data;
1439         struct amd_iommu *iommu;
1440         u16 devid;
1441
1442         devid    = get_device_id(dev);
1443         iommu    = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1444         dev_data = get_dev_data(dev);
1445
1446         /* Update data structures */
1447         dev_data->domain = domain;
1448         list_add(&dev_data->list, &domain->dev_list);
1449         set_dte_entry(devid, domain);
1450
1451         /* Do reference counting */
1452         domain->dev_iommu[iommu->index] += 1;
1453         domain->dev_cnt                 += 1;
1454
1455         /* Flush the DTE entry */
1456         iommu_flush_device(dev);
1457 }
1458
1459 static void do_detach(struct device *dev)
1460 {
1461         struct iommu_dev_data *dev_data;
1462         struct amd_iommu *iommu;
1463         u16 devid;
1464
1465         devid    = get_device_id(dev);
1466         iommu    = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1467         dev_data = get_dev_data(dev);
1468
1469         /* decrease reference counters */
1470         dev_data->domain->dev_iommu[iommu->index] -= 1;
1471         dev_data->domain->dev_cnt                 -= 1;
1472
1473         /* Update data structures */
1474         dev_data->domain = NULL;
1475         list_del(&dev_data->list);
1476         clear_dte_entry(devid);
1477
1478         /* Flush the DTE entry */
1479         iommu_flush_device(dev);
1480 }
1481
1482 /*
1483  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
1484  * assigns it visible for the hardware
1485  */
1486 static int __attach_device(struct device *dev,
1487                            struct protection_domain *domain)
1488 {
1489         struct iommu_dev_data *dev_data, *alias_data;
1490
1491         dev_data   = get_dev_data(dev);
1492         alias_data = get_dev_data(dev_data->alias);
1493
1494         if (!alias_data)
1495                 return -EINVAL;
1496
1497         /* lock domain */
1498         spin_lock(&domain->lock);
1499
1500         /* Some sanity checks */
1501         if (alias_data->domain != NULL &&
1502             alias_data->domain != domain)
1503                 return -EBUSY;
1504
1505         if (dev_data->domain != NULL &&
1506             dev_data->domain != domain)
1507                 return -EBUSY;
1508
1509         /* Do real assignment */
1510         if (dev_data->alias != dev) {
1511                 alias_data = get_dev_data(dev_data->alias);
1512                 if (alias_data->domain == NULL)
1513                         do_attach(dev_data->alias, domain);
1514
1515                 atomic_inc(&alias_data->bind);
1516         }
1517
1518         if (dev_data->domain == NULL)
1519                 do_attach(dev, domain);
1520
1521         atomic_inc(&dev_data->bind);
1522
1523         /* ready */
1524         spin_unlock(&domain->lock);
1525
1526         return 0;
1527 }
1528
1529 /*
1530  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
1531  * assigns it visible for the hardware
1532  */
1533 static int attach_device(struct device *dev,
1534                          struct protection_domain *domain)
1535 {
1536         unsigned long flags;
1537         int ret;
1538
1539         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1540         ret = __attach_device(dev, domain);
1541         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1542
1543         /*
1544          * We might boot into a crash-kernel here. The crashed kernel
1545          * left the caches in the IOMMU dirty. So we have to flush
1546          * here to evict all dirty stuff.
1547          */
1548         iommu_flush_tlb_pde(domain);
1549
1550         return ret;
1551 }
1552
1553 /*
1554  * Removes a device from a protection domain (unlocked)
1555  */
1556 static void __detach_device(struct device *dev)
1557 {
1558         struct iommu_dev_data *dev_data = get_dev_data(dev);
1559         struct iommu_dev_data *alias_data;
1560         struct protection_domain *domain;
1561         unsigned long flags;
1562
1563         BUG_ON(!dev_data->domain);
1564
1565         domain = dev_data->domain;
1566
1567         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1568
1569         if (dev_data->alias != dev) {
1570                 alias_data = get_dev_data(dev_data->alias);
1571                 if (atomic_dec_and_test(&alias_data->bind))
1572                         do_detach(dev_data->alias);
1573         }
1574
1575         if (atomic_dec_and_test(&dev_data->bind))
1576                 do_detach(dev);
1577
1578         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1579
1580         /*
1581          * If we run in passthrough mode the device must be assigned to the
1582          * passthrough domain if it is detached from any other domain.
1583          * Make sure we can deassign from the pt_domain itself.
1584          */
1585         if (iommu_pass_through &&
1586             (dev_data->domain == NULL && domain != pt_domain))
1587                 __attach_device(dev, pt_domain);
1588 }
1589
1590 /*
1591  * Removes a device from a protection domain (with devtable_lock held)
1592  */
1593 static void detach_device(struct device *dev)
1594 {
1595         unsigned long flags;
1596
1597         /* lock device table */
1598         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1599         __detach_device(dev);
1600         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1601 }
1602
1603 /*
1604  * Find out the protection domain structure for a given PCI device. This
1605  * will give us the pointer to the page table root for example.
1606  */
1607 static struct protection_domain *domain_for_device(struct device *dev)
1608 {
1609         struct protection_domain *dom;
1610         struct iommu_dev_data *dev_data, *alias_data;
1611         unsigned long flags;
1612         u16 devid, alias;
1613
1614         devid      = get_device_id(dev);
1615         alias      = amd_iommu_alias_table[devid];
1616         dev_data   = get_dev_data(dev);
1617         alias_data = get_dev_data(dev_data->alias);
1618         if (!alias_data)
1619                 return NULL;
1620
1621         read_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1622         dom = dev_data->domain;
1623         if (dom == NULL &&
1624             alias_data->domain != NULL) {
1625                 __attach_device(dev, alias_data->domain);
1626                 dom = alias_data->domain;
1627         }
1628
1629         read_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1630
1631         return dom;
1632 }
1633
1634 static int device_change_notifier(struct notifier_block *nb,
1635                                   unsigned long action, void *data)
1636 {
1637         struct device *dev = data;
1638         u16 devid;
1639         struct protection_domain *domain;
1640         struct dma_ops_domain *dma_domain;
1641         struct amd_iommu *iommu;
1642         unsigned long flags;
1643
1644         if (!check_device(dev))
1645                 return 0;
1646
1647         devid  = get_device_id(dev);
1648         iommu  = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1649
1650         switch (action) {
1651         case BUS_NOTIFY_UNBOUND_DRIVER:
1652
1653                 domain = domain_for_device(dev);
1654
1655                 if (!domain)
1656                         goto out;
1657                 if (iommu_pass_through)
1658                         break;
1659                 detach_device(dev);
1660                 break;
1661         case BUS_NOTIFY_ADD_DEVICE:
1662
1663                 iommu_init_device(dev);
1664
1665                 domain = domain_for_device(dev);
1666
1667                 /* allocate a protection domain if a device is added */
1668                 dma_domain = find_protection_domain(devid);
1669                 if (dma_domain)
1670                         goto out;
1671                 dma_domain = dma_ops_domain_alloc();
1672                 if (!dma_domain)
1673                         goto out;
1674                 dma_domain->target_dev = devid;
1675
1676                 spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
1677                 list_add_tail(&dma_domain->list, &iommu_pd_list);
1678                 spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
1679
1680                 break;
1681         case BUS_NOTIFY_DEL_DEVICE:
1682
1683                 iommu_uninit_device(dev);
1684
1685         default:
1686                 goto out;
1687         }
1688
1689         iommu_flush_device(dev);
1690         iommu_completion_wait(iommu);
1691
1692 out:
1693         return 0;
1694 }
1695
1696 static struct notifier_block device_nb = {
1697         .notifier_call = device_change_notifier,
1698 };
1699
1700 void amd_iommu_init_notifier(void)
1701 {
1702         bus_register_notifier(&pci_bus_type, &device_nb);
1703 }
1704
1705 /*****************************************************************************
1706  *
1707  * The next functions belong to the dma_ops mapping/unmapping code.
1708  *
1709  *****************************************************************************/
1710
1711 /*
1712  * In the dma_ops path we only have the struct device. This function
1713  * finds the corresponding IOMMU, the protection domain and the
1714  * requestor id for a given device.
1715  * If the device is not yet associated with a domain this is also done
1716  * in this function.
1717  */
1718 static struct protection_domain *get_domain(struct device *dev)
1719 {
1720         struct protection_domain *domain;
1721         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1722         u16 devid = get_device_id(dev);
1723
1724         if (!check_device(dev))
1725                 return ERR_PTR(-EINVAL);
1726
1727         domain = domain_for_device(dev);
1728         if (domain != NULL && !dma_ops_domain(domain))
1729                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1730
1731         if (domain != NULL)
1732                 return domain;
1733
1734         /* Device not bount yet - bind it */
1735         dma_dom = find_protection_domain(devid);
1736         if (!dma_dom)
1737                 dma_dom = amd_iommu_rlookup_table[devid]->default_dom;
1738         attach_device(dev, &dma_dom->domain);
1739         DUMP_printk("Using protection domain %d for device %s\n",
1740                     dma_dom->domain.id, dev_name(dev));
1741
1742         return &dma_dom->domain;
1743 }
1744
1745 static void update_device_table(struct protection_domain *domain)
1746 {
1747         struct iommu_dev_data *dev_data;
1748
1749         list_for_each_entry(dev_data, &domain->dev_list, list) {
1750                 u16 devid = get_device_id(dev_data->dev);
1751                 set_dte_entry(devid, domain);
1752         }
1753 }
1754
1755 static void update_domain(struct protection_domain *domain)
1756 {
1757         if (!domain->updated)
1758                 return;
1759
1760         update_device_table(domain);
1761         iommu_flush_domain_devices(domain);
1762         iommu_flush_tlb_pde(domain);
1763
1764         domain->updated = false;
1765 }
1766
1767 /*
1768  * This function fetches the PTE for a given address in the aperture
1769  */
1770 static u64* dma_ops_get_pte(struct dma_ops_domain *dom,
1771                             unsigned long address)
1772 {
1773         struct aperture_range *aperture;
1774         u64 *pte, *pte_page;
1775
1776         aperture = dom->aperture[APERTURE_RANGE_INDEX(address)];
1777         if (!aperture)
1778                 return NULL;
1779
1780         pte = aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)];
1781         if (!pte) {
1782                 pte = alloc_pte(&dom->domain, address, PAGE_SIZE, &pte_page,
1783                                 GFP_ATOMIC);
1784                 aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)] = pte_page;
1785         } else
1786                 pte += PM_LEVEL_INDEX(0, address);
1787
1788         update_domain(&dom->domain);
1789
1790         return pte;
1791 }
1792
1793 /*
1794  * This is the generic map function. It maps one 4kb page at paddr to
1795  * the given address in the DMA address space for the domain.
1796  */
1797 static dma_addr_t dma_ops_domain_map(struct dma_ops_domain *dom,
1798                                      unsigned long address,
1799                                      phys_addr_t paddr,
1800                                      int direction)
1801 {
1802         u64 *pte, __pte;
1803
1804         WARN_ON(address > dom->aperture_size);
1805
1806         paddr &= PAGE_MASK;
1807
1808         pte  = dma_ops_get_pte(dom, address);
1809         if (!pte)
1810                 return DMA_ERROR_CODE;
1811
1812         __pte = paddr | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
1813
1814         if (direction == DMA_TO_DEVICE)
1815                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
1816         else if (direction == DMA_FROM_DEVICE)
1817                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
1818         else if (direction == DMA_BIDIRECTIONAL)
1819                 __pte |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW;
1820
1821         WARN_ON(*pte);
1822
1823         *pte = __pte;
1824
1825         return (dma_addr_t)address;
1826 }
1827
1828 /*
1829  * The generic unmapping function for on page in the DMA address space.
1830  */
1831 static void dma_ops_domain_unmap(struct dma_ops_domain *dom,
1832                                  unsigned long address)
1833 {
1834         struct aperture_range *aperture;
1835         u64 *pte;
1836
1837         if (address >= dom->aperture_size)
1838                 return;
1839
1840         aperture = dom->aperture[APERTURE_RANGE_INDEX(address)];
1841         if (!aperture)
1842                 return;
1843
1844         pte  = aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)];
1845         if (!pte)
1846                 return;
1847
1848         pte += PM_LEVEL_INDEX(0, address);
1849
1850         WARN_ON(!*pte);
1851
1852         *pte = 0ULL;
1853 }
1854
1855 /*
1856  * This function contains common code for mapping of a physically
1857  * contiguous memory region into DMA address space. It is used by all
1858  * mapping functions provided with this IOMMU driver.
1859  * Must be called with the domain lock held.
1860  */
1861 static dma_addr_t __map_single(struct device *dev,
1862                                struct dma_ops_domain *dma_dom,
1863                                phys_addr_t paddr,
1864                                size_t size,
1865                                int dir,
1866                                bool align,
1867                                u64 dma_mask)
1868 {
1869         dma_addr_t offset = paddr & ~PAGE_MASK;
1870         dma_addr_t address, start, ret;
1871         unsigned int pages;
1872         unsigned long align_mask = 0;
1873         int i;
1874
1875         pages = iommu_num_pages(paddr, size, PAGE_SIZE);
1876         paddr &= PAGE_MASK;
1877
1878         INC_STATS_COUNTER(total_map_requests);
1879
1880         if (pages > 1)
1881                 INC_STATS_COUNTER(cross_page);
1882
1883         if (align)
1884                 align_mask = (1UL << get_order(size)) - 1;
1885
1886 retry:
1887         address = dma_ops_alloc_addresses(dev, dma_dom, pages, align_mask,
1888                                           dma_mask);
1889         if (unlikely(address == DMA_ERROR_CODE)) {
1890                 /*
1891                  * setting next_address here will let the address
1892                  * allocator only scan the new allocated range in the
1893                  * first run. This is a small optimization.
1894                  */
1895                 dma_dom->next_address = dma_dom->aperture_size;
1896
1897                 if (alloc_new_range(dma_dom, false, GFP_ATOMIC))
1898                         goto out;
1899
1900                 /*
1901                  * aperture was successfully enlarged by 128 MB, try
1902                  * allocation again
1903                  */
1904                 goto retry;
1905         }
1906
1907         start = address;
1908         for (i = 0; i < pages; ++i) {
1909                 ret = dma_ops_domain_map(dma_dom, start, paddr, dir);
1910                 if (ret == DMA_ERROR_CODE)
1911                         goto out_unmap;
1912
1913                 paddr += PAGE_SIZE;
1914                 start += PAGE_SIZE;
1915         }
1916         address += offset;
1917
1918         ADD_STATS_COUNTER(alloced_io_mem, size);
1919
1920         if (unlikely(dma_dom->need_flush && !amd_iommu_unmap_flush)) {
1921                 iommu_flush_tlb(&dma_dom->domain);
1922                 dma_dom->need_flush = false;
1923         } else if (unlikely(amd_iommu_np_cache))
1924                 iommu_flush_pages(&dma_dom->domain, address, size);
1925
1926 out:
1927         return address;
1928
1929 out_unmap:
1930
1931         for (--i; i >= 0; --i) {
1932                 start -= PAGE_SIZE;
1933                 dma_ops_domain_unmap(dma_dom, start);
1934         }
1935
1936         dma_ops_free_addresses(dma_dom, address, pages);
1937
1938         return DMA_ERROR_CODE;
1939 }
1940
1941 /*
1942  * Does the reverse of the __map_single function. Must be called with
1943  * the domain lock held too
1944  */
1945 static void __unmap_single(struct dma_ops_domain *dma_dom,
1946                            dma_addr_t dma_addr,
1947                            size_t size,
1948                            int dir)
1949 {
1950         dma_addr_t i, start;
1951         unsigned int pages;
1952
1953         if ((dma_addr == DMA_ERROR_CODE) ||
1954             (dma_addr + size > dma_dom->aperture_size))
1955                 return;
1956
1957         pages = iommu_num_pages(dma_addr, size, PAGE_SIZE);
1958         dma_addr &= PAGE_MASK;
1959         start = dma_addr;
1960
1961         for (i = 0; i < pages; ++i) {
1962                 dma_ops_domain_unmap(dma_dom, start);
1963                 start += PAGE_SIZE;
1964         }
1965
1966         SUB_STATS_COUNTER(alloced_io_mem, size);
1967
1968         dma_ops_free_addresses(dma_dom, dma_addr, pages);
1969
1970         if (amd_iommu_unmap_flush || dma_dom->need_flush) {
1971                 iommu_flush_pages(&dma_dom->domain, dma_addr, size);
1972                 dma_dom->need_flush = false;
1973         }
1974 }
1975
1976 /*
1977  * The exported map_single function for dma_ops.
1978  */
1979 static dma_addr_t map_page(struct device *dev, struct page *page,
1980                            unsigned long offset, size_t size,
1981                            enum dma_data_direction dir,
1982                            struct dma_attrs *attrs)
1983 {
1984         unsigned long flags;
1985         struct protection_domain *domain;
1986         dma_addr_t addr;
1987         u64 dma_mask;
1988         phys_addr_t paddr = page_to_phys(page) + offset;
1989
1990         INC_STATS_COUNTER(cnt_map_single);
1991
1992         domain = get_domain(dev);
1993         if (PTR_ERR(domain) == -EINVAL)
1994                 return (dma_addr_t)paddr;
1995         else if (IS_ERR(domain))
1996                 return DMA_ERROR_CODE;
1997
1998         dma_mask = *dev->dma_mask;
1999
2000         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2001
2002         addr = __map_single(dev, domain->priv, paddr, size, dir, false,
2003                             dma_mask);
2004         if (addr == DMA_ERROR_CODE)
2005                 goto out;
2006
2007         iommu_flush_complete(domain);
2008
2009 out:
2010         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2011
2012         return addr;
2013 }
2014
2015 /*
2016  * The exported unmap_single function for dma_ops.
2017  */
2018 static void unmap_page(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr, size_t size,
2019                        enum dma_data_direction dir, struct dma_attrs *attrs)
2020 {
2021         unsigned long flags;
2022         struct protection_domain *domain;
2023
2024         INC_STATS_COUNTER(cnt_unmap_single);
2025
2026         domain = get_domain(dev);
2027         if (IS_ERR(domain))
2028                 return;
2029
2030         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2031
2032         __unmap_single(domain->priv, dma_addr, size, dir);
2033
2034         iommu_flush_complete(domain);
2035
2036         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2037 }
2038
2039 /*
2040  * This is a special map_sg function which is used if we should map a
2041  * device which is not handled by an AMD IOMMU in the system.
2042  */
2043 static int map_sg_no_iommu(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
2044                            int nelems, int dir)
2045 {
2046         struct scatterlist *s;
2047         int i;
2048
2049         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
2050                 s->dma_address = (dma_addr_t)sg_phys(s);
2051                 s->dma_length  = s->length;
2052         }
2053
2054         return nelems;
2055 }
2056
2057 /*
2058  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
2059  * lists).
2060  */
2061 static int map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
2062                   int nelems, enum dma_data_direction dir,
2063                   struct dma_attrs *attrs)
2064 {
2065         unsigned long flags;
2066         struct protection_domain *domain;
2067         int i;
2068         struct scatterlist *s;
2069         phys_addr_t paddr;
2070         int mapped_elems = 0;
2071         u64 dma_mask;
2072
2073         INC_STATS_COUNTER(cnt_map_sg);
2074
2075         domain = get_domain(dev);
2076         if (PTR_ERR(domain) == -EINVAL)
2077                 return map_sg_no_iommu(dev, sglist, nelems, dir);
2078         else if (IS_ERR(domain))
2079                 return 0;
2080
2081         dma_mask = *dev->dma_mask;
2082
2083         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2084
2085         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
2086                 paddr = sg_phys(s);
2087
2088                 s->dma_address = __map_single(dev, domain->priv,
2089                                               paddr, s->length, dir, false,
2090                                               dma_mask);
2091
2092                 if (s->dma_address) {
2093                         s->dma_length = s->length;
2094                         mapped_elems++;
2095                 } else
2096                         goto unmap;
2097         }
2098
2099         iommu_flush_complete(domain);
2100
2101 out:
2102         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2103
2104         return mapped_elems;
2105 unmap:
2106         for_each_sg(sglist, s, mapped_elems, i) {
2107                 if (s->dma_address)
2108                         __unmap_single(domain->priv, s->dma_address,
2109                                        s->dma_length, dir);
2110                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
2111         }
2112
2113         mapped_elems = 0;
2114
2115         goto out;
2116 }
2117
2118 /*
2119  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
2120  * lists).
2121  */
2122 static void unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
2123                      int nelems, enum dma_data_direction dir,
2124                      struct dma_attrs *attrs)
2125 {
2126         unsigned long flags;
2127         struct protection_domain *domain;
2128         struct scatterlist *s;
2129         int i;
2130
2131         INC_STATS_COUNTER(cnt_unmap_sg);
2132
2133         domain = get_domain(dev);
2134         if (IS_ERR(domain))
2135                 return;
2136
2137         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2138
2139         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
2140                 __unmap_single(domain->priv, s->dma_address,
2141                                s->dma_length, dir);
2142                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
2143         }
2144
2145         iommu_flush_complete(domain);
2146
2147         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2148 }
2149
2150 /*
2151  * The exported alloc_coherent function for dma_ops.
2152  */
2153 static void *alloc_coherent(struct device *dev, size_t size,
2154                             dma_addr_t *dma_addr, gfp_t flag)
2155 {
2156         unsigned long flags;
2157         void *virt_addr;
2158         struct protection_domain *domain;
2159         phys_addr_t paddr;
2160         u64 dma_mask = dev->coherent_dma_mask;
2161
2162         INC_STATS_COUNTER(cnt_alloc_coherent);
2163
2164         domain = get_domain(dev);
2165         if (PTR_ERR(domain) == -EINVAL) {
2166                 virt_addr = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
2167                 *dma_addr = __pa(virt_addr);
2168                 return virt_addr;
2169         } else if (IS_ERR(domain))
2170                 return NULL;
2171
2172         dma_mask  = dev->coherent_dma_mask;
2173         flag     &= ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM | __GFP_DMA32);
2174         flag     |= __GFP_ZERO;
2175
2176         virt_addr = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
2177         if (!virt_addr)
2178                 return NULL;
2179
2180         paddr = virt_to_phys(virt_addr);
2181
2182         if (!dma_mask)
2183                 dma_mask = *dev->dma_mask;
2184
2185         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2186
2187         *dma_addr = __map_single(dev, domain->priv, paddr,
2188                                  size, DMA_BIDIRECTIONAL, true, dma_mask);
2189
2190         if (*dma_addr == DMA_ERROR_CODE) {
2191                 spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2192                 goto out_free;
2193         }
2194
2195         iommu_flush_complete(domain);
2196
2197         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2198
2199         return virt_addr;
2200
2201 out_free:
2202
2203         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
2204
2205         return NULL;
2206 }
2207
2208 /*
2209  * The exported free_coherent function for dma_ops.
2210  */
2211 static void free_coherent(struct device *dev, size_t size,
2212                           void *virt_addr, dma_addr_t dma_addr)
2213 {
2214         unsigned long flags;
2215         struct protection_domain *domain;
2216
2217         INC_STATS_COUNTER(cnt_free_coherent);
2218
2219         domain = get_domain(dev);
2220         if (IS_ERR(domain))
2221                 goto free_mem;
2222
2223         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2224
2225         __unmap_single(domain->priv, dma_addr, size, DMA_BIDIRECTIONAL);
2226
2227         iommu_flush_complete(domain);
2228
2229         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2230
2231 free_mem:
2232         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
2233 }
2234
2235 /*
2236  * This function is called by the DMA layer to find out if we can handle a
2237  * particular device. It is part of the dma_ops.
2238  */
2239 static int amd_iommu_dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
2240 {
2241         return check_device(dev);
2242 }
2243
2244 /*
2245  * The function for pre-allocating protection domains.
2246  *
2247  * If the driver core informs the DMA layer if a driver grabs a device
2248  * we don't need to preallocate the protection domains anymore.
2249  * For now we have to.
2250  */
2251 static void prealloc_protection_domains(void)
2252 {
2253         struct pci_dev *dev = NULL;
2254         struct dma_ops_domain *dma_dom;
2255         u16 devid;
2256
2257         for_each_pci_dev(dev) {
2258
2259                 /* Do we handle this device? */
2260                 if (!check_device(&dev->dev))
2261                         continue;
2262
2263                 /* Is there already any domain for it? */
2264                 if (domain_for_device(&dev->dev))
2265                         continue;
2266
2267                 devid = get_device_id(&dev->dev);
2268
2269                 dma_dom = dma_ops_domain_alloc();
2270                 if (!dma_dom)
2271                         continue;
2272                 init_unity_mappings_for_device(dma_dom, devid);
2273                 dma_dom->target_dev = devid;
2274
2275                 attach_device(&dev->dev, &dma_dom->domain);
2276
2277                 list_add_tail(&dma_dom->list, &iommu_pd_list);
2278         }
2279 }
2280
2281 static struct dma_map_ops amd_iommu_dma_ops = {
2282         .alloc_coherent = alloc_coherent,
2283         .free_coherent = free_coherent,
2284         .map_page = map_page,
2285         .unmap_page = unmap_page,
2286         .map_sg = map_sg,
2287         .unmap_sg = unmap_sg,
2288         .dma_supported = amd_iommu_dma_supported,
2289 };
2290
2291 /*
2292  * The function which clues the AMD IOMMU driver into dma_ops.
2293  */
2294
2295 void __init amd_iommu_init_api(void)
2296 {
2297         register_iommu(&amd_iommu_ops);
2298 }
2299
2300 int __init amd_iommu_init_dma_ops(void)
2301 {
2302         struct amd_iommu *iommu;
2303         int ret;
2304
2305         /*
2306          * first allocate a default protection domain for every IOMMU we
2307          * found in the system. Devices not assigned to any other
2308          * protection domain will be assigned to the default one.
2309          */
2310         for_each_iommu(iommu) {
2311                 iommu->default_dom = dma_ops_domain_alloc();
2312                 if (iommu->default_dom == NULL)
2313                         return -ENOMEM;
2314                 iommu->default_dom->domain.flags |= PD_DEFAULT_MASK;
2315                 ret = iommu_init_unity_mappings(iommu);
2316                 if (ret)
2317                         goto free_domains;
2318         }
2319
2320         /*
2321          * Pre-allocate the protection domains for each device.
2322          */
2323         prealloc_protection_domains();
2324
2325         iommu_detected = 1;
2326         swiotlb = 0;
2327 #ifdef CONFIG_GART_IOMMU
2328         gart_iommu_aperture_disabled = 1;
2329         gart_iommu_aperture = 0;
2330 #endif
2331
2332         /* Make the driver finally visible to the drivers */
2333         dma_ops = &amd_iommu_dma_ops;
2334
2335         amd_iommu_stats_init();
2336
2337         return 0;
2338
2339 free_domains:
2340
2341         for_each_iommu(iommu) {
2342                 if (iommu->default_dom)
2343                         dma_ops_domain_free(iommu->default_dom);
2344         }
2345
2346         return ret;
2347 }
2348
2349 /*****************************************************************************
2350  *
2351  * The following functions belong to the exported interface of AMD IOMMU
2352  *
2353  * This interface allows access to lower level functions of the IOMMU
2354  * like protection domain handling and assignement of devices to domains
2355  * which is not possible with the dma_ops interface.
2356  *
2357  *****************************************************************************/
2358
2359 static void cleanup_domain(struct protection_domain *domain)
2360 {
2361         struct iommu_dev_data *dev_data, *next;
2362         unsigned long flags;
2363
2364         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
2365
2366         list_for_each_entry_safe(dev_data, next, &domain->dev_list, list) {
2367                 struct device *dev = dev_data->dev;
2368
2369                 __detach_device(dev);
2370                 atomic_set(&dev_data->bind, 0);
2371         }
2372
2373         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
2374 }
2375
2376 static void protection_domain_free(struct protection_domain *domain)
2377 {
2378         if (!domain)
2379                 return;
2380
2381         del_domain_from_list(domain);
2382
2383         if (domain->id)
2384                 domain_id_free(domain->id);
2385
2386         kfree(domain);
2387 }
2388
2389 static struct protection_domain *protection_domain_alloc(void)
2390 {
2391         struct protection_domain *domain;
2392
2393         domain = kzalloc(sizeof(*domain), GFP_KERNEL);
2394         if (!domain)
2395                 return NULL;
2396
2397         spin_lock_init(&domain->lock);
2398         mutex_init(&domain->api_lock);
2399         domain->id = domain_id_alloc();
2400         if (!domain->id)
2401                 goto out_err;
2402         INIT_LIST_HEAD(&domain->dev_list);
2403
2404         add_domain_to_list(domain);
2405
2406         return domain;
2407
2408 out_err:
2409         kfree(domain);
2410
2411         return NULL;
2412 }
2413
2414 static int amd_iommu_domain_init(struct iommu_domain *dom)
2415 {
2416         struct protection_domain *domain;
2417
2418         domain = protection_domain_alloc();
2419         if (!domain)
2420                 goto out_free;
2421
2422         domain->mode    = PAGE_MODE_3_LEVEL;
2423         domain->pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
2424         if (!domain->pt_root)
2425                 goto out_free;
2426
2427         dom->priv = domain;
2428
2429         return 0;
2430
2431 out_free:
2432         protection_domain_free(domain);
2433
2434         return -ENOMEM;
2435 }
2436
2437 static void amd_iommu_domain_destroy(struct iommu_domain *dom)
2438 {
2439         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2440
2441         if (!domain)
2442                 return;
2443
2444         if (domain->dev_cnt > 0)
2445                 cleanup_domain(domain);
2446
2447         BUG_ON(domain->dev_cnt != 0);
2448
2449         free_pagetable(domain);
2450
2451         protection_domain_free(domain);
2452
2453         dom->priv = NULL;
2454 }
2455
2456 static void amd_iommu_detach_device(struct iommu_domain *dom,
2457                                     struct device *dev)
2458 {
2459         struct iommu_dev_data *dev_data = dev->archdata.iommu;
2460         struct amd_iommu *iommu;
2461         u16 devid;
2462
2463         if (!check_device(dev))
2464                 return;
2465
2466         devid = get_device_id(dev);
2467
2468         if (dev_data->domain != NULL)
2469                 detach_device(dev);
2470
2471         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
2472         if (!iommu)
2473                 return;
2474
2475         iommu_flush_device(dev);
2476         iommu_completion_wait(iommu);
2477 }
2478
2479 static int amd_iommu_attach_device(struct iommu_domain *dom,
2480                                    struct device *dev)
2481 {
2482         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2483         struct iommu_dev_data *dev_data;
2484         struct amd_iommu *iommu;
2485         int ret;
2486         u16 devid;
2487
2488         if (!check_device(dev))
2489                 return -EINVAL;
2490
2491         dev_data = dev->archdata.iommu;
2492
2493         devid = get_device_id(dev);
2494
2495         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
2496         if (!iommu)
2497                 return -EINVAL;
2498
2499         if (dev_data->domain)
2500                 detach_device(dev);
2501
2502         ret = attach_device(dev, domain);
2503
2504         iommu_completion_wait(iommu);
2505
2506         return ret;
2507 }
2508
2509 static int amd_iommu_map(struct iommu_domain *dom, unsigned long iova,
2510                          phys_addr_t paddr, int gfp_order, int iommu_prot)
2511 {
2512         unsigned long page_size = 0x1000UL << gfp_order;
2513         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2514         int prot = 0;
2515         int ret;
2516
2517         if (iommu_prot & IOMMU_READ)
2518                 prot |= IOMMU_PROT_IR;
2519         if (iommu_prot & IOMMU_WRITE)
2520                 prot |= IOMMU_PROT_IW;
2521
2522         mutex_lock(&domain->api_lock);
2523         ret = iommu_map_page(domain, iova, paddr, prot, page_size);
2524         mutex_unlock(&domain->api_lock);
2525
2526         return ret;
2527 }
2528
2529 static int amd_iommu_unmap(struct iommu_domain *dom, unsigned long iova,
2530                            int gfp_order)
2531 {
2532         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2533         unsigned long page_size, unmap_size;
2534
2535         page_size  = 0x1000UL << gfp_order;
2536
2537         mutex_lock(&domain->api_lock);
2538         unmap_size = iommu_unmap_page(domain, iova, page_size);
2539         mutex_unlock(&domain->api_lock);
2540
2541         iommu_flush_tlb_pde(domain);
2542
2543         return get_order(unmap_size);
2544 }
2545
2546 static phys_addr_t amd_iommu_iova_to_phys(struct iommu_domain *dom,
2547                                           unsigned long iova)
2548 {
2549         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2550         unsigned long offset_mask;
2551         phys_addr_t paddr;
2552         u64 *pte, __pte;
2553
2554         pte = fetch_pte(domain, iova);
2555
2556         if (!pte || !IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
2557                 return 0;
2558
2559         if (PM_PTE_LEVEL(*pte) == 0)
2560                 offset_mask = PAGE_SIZE - 1;
2561         else
2562                 offset_mask = PTE_PAGE_SIZE(*pte) - 1;
2563
2564         __pte = *pte & PM_ADDR_MASK;
2565         paddr = (__pte & ~offset_mask) | (iova & offset_mask);
2566
2567         return paddr;
2568 }
2569
2570 static int amd_iommu_domain_has_cap(struct iommu_domain *domain,
2571                                     unsigned long cap)
2572 {
2573         return 0;
2574 }
2575
2576 static struct iommu_ops amd_iommu_ops = {
2577         .domain_init = amd_iommu_domain_init,
2578         .domain_destroy = amd_iommu_domain_destroy,
2579         .attach_dev = amd_iommu_attach_device,
2580         .detach_dev = amd_iommu_detach_device,
2581         .map = amd_iommu_map,
2582         .unmap = amd_iommu_unmap,
2583         .iova_to_phys = amd_iommu_iova_to_phys,
2584         .domain_has_cap = amd_iommu_domain_has_cap,
2585 };
2586
2587 /*****************************************************************************
2588  *
2589  * The next functions do a basic initialization of IOMMU for pass through
2590  * mode
2591  *
2592  * In passthrough mode the IOMMU is initialized and enabled but not used for
2593  * DMA-API translation.
2594  *
2595  *****************************************************************************/
2596
2597 int __init amd_iommu_init_passthrough(void)
2598 {
2599         struct amd_iommu *iommu;
2600         struct pci_dev *dev = NULL;
2601         u16 devid;
2602
2603         /* allocate passthrough domain */
2604         pt_domain = protection_domain_alloc();
2605         if (!pt_domain)
2606                 return -ENOMEM;
2607
2608         pt_domain->mode |= PAGE_MODE_NONE;
2609
2610         while ((dev = pci_get_device(PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, dev)) != NULL) {
2611
2612                 if (!check_device(&dev->dev))
2613                         continue;
2614
2615                 devid = get_device_id(&dev->dev);
2616
2617                 iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
2618                 if (!iommu)
2619                         continue;
2620
2621                 attach_device(&dev->dev, pt_domain);
2622         }
2623
2624         pr_info("AMD-Vi: Initialized for Passthrough Mode\n");
2625
2626         return 0;
2627 }