Merge branch 'docs' of git://git.lwn.net/linux-2.6
[sfrench/cifs-2.6.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 & 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 = 0, ready = 0;
205         unsigned status = 0;
206         struct iommu_cmd cmd;
207         unsigned long flags, 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         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
216
217         ret = __iommu_queue_command(iommu, &cmd);
218
219         if (ret)
220                 goto out;
221
222         while (!ready && (i < EXIT_LOOP_COUNT)) {
223                 ++i;
224                 /* wait for the bit to become one */
225                 status = readl(iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
226                 ready = status & MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
227         }
228
229         /* set bit back to zero */
230         status &= ~MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
231         writel(status, iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
232
233         if (unlikely((i == EXIT_LOOP_COUNT) && printk_ratelimit()))
234                 printk(KERN_WARNING "AMD IOMMU: Completion wait loop failed\n");
235 out:
236         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
237
238         return 0;
239 }
240
241 /*
242  * Command send function for invalidating a device table entry
243  */
244 static int iommu_queue_inv_dev_entry(struct amd_iommu *iommu, u16 devid)
245 {
246         struct iommu_cmd cmd;
247         int ret;
248
249         BUG_ON(iommu == NULL);
250
251         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
252         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_INV_DEV_ENTRY);
253         cmd.data[0] = devid;
254
255         ret = iommu_queue_command(iommu, &cmd);
256
257         iommu->need_sync = 1;
258
259         return ret;
260 }
261
262 /*
263  * Generic command send function for invalidaing TLB entries
264  */
265 static int iommu_queue_inv_iommu_pages(struct amd_iommu *iommu,
266                 u64 address, u16 domid, int pde, int s)
267 {
268         struct iommu_cmd cmd;
269         int ret;
270
271         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
272         address &= PAGE_MASK;
273         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_INV_IOMMU_PAGES);
274         cmd.data[1] |= domid;
275         cmd.data[2] = lower_32_bits(address);
276         cmd.data[3] = upper_32_bits(address);
277         if (s) /* size bit - we flush more than one 4kb page */
278                 cmd.data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_SIZE_MASK;
279         if (pde) /* PDE bit - we wan't flush everything not only the PTEs */
280                 cmd.data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_PDE_MASK;
281
282         ret = iommu_queue_command(iommu, &cmd);
283
284         iommu->need_sync = 1;
285
286         return ret;
287 }
288
289 /*
290  * TLB invalidation function which is called from the mapping functions.
291  * It invalidates a single PTE if the range to flush is within a single
292  * page. Otherwise it flushes the whole TLB of the IOMMU.
293  */
294 static int iommu_flush_pages(struct amd_iommu *iommu, u16 domid,
295                 u64 address, size_t size)
296 {
297         int s = 0;
298         unsigned pages = iommu_num_pages(address, size, PAGE_SIZE);
299
300         address &= PAGE_MASK;
301
302         if (pages > 1) {
303                 /*
304                  * If we have to flush more than one page, flush all
305                  * TLB entries for this domain
306                  */
307                 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
308                 s = 1;
309         }
310
311         iommu_queue_inv_iommu_pages(iommu, address, domid, 0, s);
312
313         return 0;
314 }
315
316 /* Flush the whole IO/TLB for a given protection domain */
317 static void iommu_flush_tlb(struct amd_iommu *iommu, u16 domid)
318 {
319         u64 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
320
321         iommu_queue_inv_iommu_pages(iommu, address, domid, 0, 1);
322 }
323
324 /****************************************************************************
325  *
326  * The functions below are used the create the page table mappings for
327  * unity mapped regions.
328  *
329  ****************************************************************************/
330
331 /*
332  * Generic mapping functions. It maps a physical address into a DMA
333  * address space. It allocates the page table pages if necessary.
334  * In the future it can be extended to a generic mapping function
335  * supporting all features of AMD IOMMU page tables like level skipping
336  * and full 64 bit address spaces.
337  */
338 static int iommu_map(struct protection_domain *dom,
339                      unsigned long bus_addr,
340                      unsigned long phys_addr,
341                      int prot)
342 {
343         u64 __pte, *pte, *page;
344
345         bus_addr  = PAGE_ALIGN(bus_addr);
346         phys_addr = PAGE_ALIGN(bus_addr);
347
348         /* only support 512GB address spaces for now */
349         if (bus_addr > IOMMU_MAP_SIZE_L3 || !(prot & IOMMU_PROT_MASK))
350                 return -EINVAL;
351
352         pte = &dom->pt_root[IOMMU_PTE_L2_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_L2_PDE(virt_to_phys(page));
359         }
360
361         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
362         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(bus_addr)];
363
364         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
365                 page = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
366                 if (!page)
367                         return -ENOMEM;
368                 *pte = IOMMU_L1_PDE(virt_to_phys(page));
369         }
370
371         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
372         pte = &pte[IOMMU_PTE_L0_INDEX(bus_addr)];
373
374         if (IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
375                 return -EBUSY;
376
377         __pte = phys_addr | IOMMU_PTE_P;
378         if (prot & IOMMU_PROT_IR)
379                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
380         if (prot & IOMMU_PROT_IW)
381                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
382
383         *pte = __pte;
384
385         return 0;
386 }
387
388 /*
389  * This function checks if a specific unity mapping entry is needed for
390  * this specific IOMMU.
391  */
392 static int iommu_for_unity_map(struct amd_iommu *iommu,
393                                struct unity_map_entry *entry)
394 {
395         u16 bdf, i;
396
397         for (i = entry->devid_start; i <= entry->devid_end; ++i) {
398                 bdf = amd_iommu_alias_table[i];
399                 if (amd_iommu_rlookup_table[bdf] == iommu)
400                         return 1;
401         }
402
403         return 0;
404 }
405
406 /*
407  * Init the unity mappings for a specific IOMMU in the system
408  *
409  * Basically iterates over all unity mapping entries and applies them to
410  * the default domain DMA of that IOMMU if necessary.
411  */
412 static int iommu_init_unity_mappings(struct amd_iommu *iommu)
413 {
414         struct unity_map_entry *entry;
415         int ret;
416
417         list_for_each_entry(entry, &amd_iommu_unity_map, list) {
418                 if (!iommu_for_unity_map(iommu, entry))
419                         continue;
420                 ret = dma_ops_unity_map(iommu->default_dom, entry);
421                 if (ret)
422                         return ret;
423         }
424
425         return 0;
426 }
427
428 /*
429  * This function actually applies the mapping to the page table of the
430  * dma_ops domain.
431  */
432 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
433                              struct unity_map_entry *e)
434 {
435         u64 addr;
436         int ret;
437
438         for (addr = e->address_start; addr < e->address_end;
439              addr += PAGE_SIZE) {
440                 ret = iommu_map(&dma_dom->domain, addr, addr, e->prot);
441                 if (ret)
442                         return ret;
443                 /*
444                  * if unity mapping is in aperture range mark the page
445                  * as allocated in the aperture
446                  */
447                 if (addr < dma_dom->aperture_size)
448                         __set_bit(addr >> PAGE_SHIFT, dma_dom->bitmap);
449         }
450
451         return 0;
452 }
453
454 /*
455  * Inits the unity mappings required for a specific device
456  */
457 static int init_unity_mappings_for_device(struct dma_ops_domain *dma_dom,
458                                           u16 devid)
459 {
460         struct unity_map_entry *e;
461         int ret;
462
463         list_for_each_entry(e, &amd_iommu_unity_map, list) {
464                 if (!(devid >= e->devid_start && devid <= e->devid_end))
465                         continue;
466                 ret = dma_ops_unity_map(dma_dom, e);
467                 if (ret)
468                         return ret;
469         }
470
471         return 0;
472 }
473
474 /****************************************************************************
475  *
476  * The next functions belong to the address allocator for the dma_ops
477  * interface functions. They work like the allocators in the other IOMMU
478  * drivers. Its basically a bitmap which marks the allocated pages in
479  * the aperture. Maybe it could be enhanced in the future to a more
480  * efficient allocator.
481  *
482  ****************************************************************************/
483
484 /*
485  * The address allocator core function.
486  *
487  * called with domain->lock held
488  */
489 static unsigned long dma_ops_alloc_addresses(struct device *dev,
490                                              struct dma_ops_domain *dom,
491                                              unsigned int pages,
492                                              unsigned long align_mask,
493                                              u64 dma_mask)
494 {
495         unsigned long limit;
496         unsigned long address;
497         unsigned long boundary_size;
498
499         boundary_size = ALIGN(dma_get_seg_boundary(dev) + 1,
500                         PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
501         limit = iommu_device_max_index(dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT, 0,
502                                        dma_mask >> PAGE_SHIFT);
503
504         if (dom->next_bit >= limit) {
505                 dom->next_bit = 0;
506                 dom->need_flush = true;
507         }
508
509         address = iommu_area_alloc(dom->bitmap, limit, dom->next_bit, pages,
510                                    0 , boundary_size, align_mask);
511         if (address == -1) {
512                 address = iommu_area_alloc(dom->bitmap, limit, 0, pages,
513                                 0, boundary_size, align_mask);
514                 dom->need_flush = true;
515         }
516
517         if (likely(address != -1)) {
518                 dom->next_bit = address + pages;
519                 address <<= PAGE_SHIFT;
520         } else
521                 address = bad_dma_address;
522
523         WARN_ON((address + (PAGE_SIZE*pages)) > dom->aperture_size);
524
525         return address;
526 }
527
528 /*
529  * The address free function.
530  *
531  * called with domain->lock held
532  */
533 static void dma_ops_free_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
534                                    unsigned long address,
535                                    unsigned int pages)
536 {
537         address >>= PAGE_SHIFT;
538         iommu_area_free(dom->bitmap, address, pages);
539 }
540
541 /****************************************************************************
542  *
543  * The next functions belong to the domain allocation. A domain is
544  * allocated for every IOMMU as the default domain. If device isolation
545  * is enabled, every device get its own domain. The most important thing
546  * about domains is the page table mapping the DMA address space they
547  * contain.
548  *
549  ****************************************************************************/
550
551 static u16 domain_id_alloc(void)
552 {
553         unsigned long flags;
554         int id;
555
556         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
557         id = find_first_zero_bit(amd_iommu_pd_alloc_bitmap, MAX_DOMAIN_ID);
558         BUG_ON(id == 0);
559         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
560                 __set_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
561         else
562                 id = 0;
563         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
564
565         return id;
566 }
567
568 /*
569  * Used to reserve address ranges in the aperture (e.g. for exclusion
570  * ranges.
571  */
572 static void dma_ops_reserve_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
573                                       unsigned long start_page,
574                                       unsigned int pages)
575 {
576         unsigned int last_page = dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT;
577
578         if (start_page + pages > last_page)
579                 pages = last_page - start_page;
580
581         iommu_area_reserve(dom->bitmap, start_page, pages);
582 }
583
584 static void dma_ops_free_pagetable(struct dma_ops_domain *dma_dom)
585 {
586         int i, j;
587         u64 *p1, *p2, *p3;
588
589         p1 = dma_dom->domain.pt_root;
590
591         if (!p1)
592                 return;
593
594         for (i = 0; i < 512; ++i) {
595                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p1[i]))
596                         continue;
597
598                 p2 = IOMMU_PTE_PAGE(p1[i]);
599                 for (j = 0; j < 512; ++i) {
600                         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p2[j]))
601                                 continue;
602                         p3 = IOMMU_PTE_PAGE(p2[j]);
603                         free_page((unsigned long)p3);
604                 }
605
606                 free_page((unsigned long)p2);
607         }
608
609         free_page((unsigned long)p1);
610 }
611
612 /*
613  * Free a domain, only used if something went wrong in the
614  * allocation path and we need to free an already allocated page table
615  */
616 static void dma_ops_domain_free(struct dma_ops_domain *dom)
617 {
618         if (!dom)
619                 return;
620
621         dma_ops_free_pagetable(dom);
622
623         kfree(dom->pte_pages);
624
625         kfree(dom->bitmap);
626
627         kfree(dom);
628 }
629
630 /*
631  * Allocates a new protection domain usable for the dma_ops functions.
632  * It also intializes the page table and the address allocator data
633  * structures required for the dma_ops interface
634  */
635 static struct dma_ops_domain *dma_ops_domain_alloc(struct amd_iommu *iommu,
636                                                    unsigned order)
637 {
638         struct dma_ops_domain *dma_dom;
639         unsigned i, num_pte_pages;
640         u64 *l2_pde;
641         u64 address;
642
643         /*
644          * Currently the DMA aperture must be between 32 MB and 1GB in size
645          */
646         if ((order < 25) || (order > 30))
647                 return NULL;
648
649         dma_dom = kzalloc(sizeof(struct dma_ops_domain), GFP_KERNEL);
650         if (!dma_dom)
651                 return NULL;
652
653         spin_lock_init(&dma_dom->domain.lock);
654
655         dma_dom->domain.id = domain_id_alloc();
656         if (dma_dom->domain.id == 0)
657                 goto free_dma_dom;
658         dma_dom->domain.mode = PAGE_MODE_3_LEVEL;
659         dma_dom->domain.pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
660         dma_dom->domain.priv = dma_dom;
661         if (!dma_dom->domain.pt_root)
662                 goto free_dma_dom;
663         dma_dom->aperture_size = (1ULL << order);
664         dma_dom->bitmap = kzalloc(dma_dom->aperture_size / (PAGE_SIZE * 8),
665                                   GFP_KERNEL);
666         if (!dma_dom->bitmap)
667                 goto free_dma_dom;
668         /*
669          * mark the first page as allocated so we never return 0 as
670          * a valid dma-address. So we can use 0 as error value
671          */
672         dma_dom->bitmap[0] = 1;
673         dma_dom->next_bit = 0;
674
675         dma_dom->need_flush = false;
676         dma_dom->target_dev = 0xffff;
677
678         /* Intialize the exclusion range if necessary */
679         if (iommu->exclusion_start &&
680             iommu->exclusion_start < dma_dom->aperture_size) {
681                 unsigned long startpage = iommu->exclusion_start >> PAGE_SHIFT;
682                 int pages = iommu_num_pages(iommu->exclusion_start,
683                                             iommu->exclusion_length,
684                                             PAGE_SIZE);
685                 dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, startpage, pages);
686         }
687
688         /*
689          * At the last step, build the page tables so we don't need to
690          * allocate page table pages in the dma_ops mapping/unmapping
691          * path.
692          */
693         num_pte_pages = dma_dom->aperture_size / (PAGE_SIZE * 512);
694         dma_dom->pte_pages = kzalloc(num_pte_pages * sizeof(void *),
695                         GFP_KERNEL);
696         if (!dma_dom->pte_pages)
697                 goto free_dma_dom;
698
699         l2_pde = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
700         if (l2_pde == NULL)
701                 goto free_dma_dom;
702
703         dma_dom->domain.pt_root[0] = IOMMU_L2_PDE(virt_to_phys(l2_pde));
704
705         for (i = 0; i < num_pte_pages; ++i) {
706                 dma_dom->pte_pages[i] = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
707                 if (!dma_dom->pte_pages[i])
708                         goto free_dma_dom;
709                 address = virt_to_phys(dma_dom->pte_pages[i]);
710                 l2_pde[i] = IOMMU_L1_PDE(address);
711         }
712
713         return dma_dom;
714
715 free_dma_dom:
716         dma_ops_domain_free(dma_dom);
717
718         return NULL;
719 }
720
721 /*
722  * Find out the protection domain structure for a given PCI device. This
723  * will give us the pointer to the page table root for example.
724  */
725 static struct protection_domain *domain_for_device(u16 devid)
726 {
727         struct protection_domain *dom;
728         unsigned long flags;
729
730         read_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
731         dom = amd_iommu_pd_table[devid];
732         read_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
733
734         return dom;
735 }
736
737 /*
738  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
739  * assigns it visible for the hardware
740  */
741 static void set_device_domain(struct amd_iommu *iommu,
742                               struct protection_domain *domain,
743                               u16 devid)
744 {
745         unsigned long flags;
746
747         u64 pte_root = virt_to_phys(domain->pt_root);
748
749         pte_root |= (domain->mode & DEV_ENTRY_MODE_MASK)
750                     << DEV_ENTRY_MODE_SHIFT;
751         pte_root |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
752
753         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
754         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = lower_32_bits(pte_root);
755         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = upper_32_bits(pte_root);
756         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = domain->id;
757
758         amd_iommu_pd_table[devid] = domain;
759         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
760
761         iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, devid);
762
763         iommu->need_sync = 1;
764 }
765
766 /*****************************************************************************
767  *
768  * The next functions belong to the dma_ops mapping/unmapping code.
769  *
770  *****************************************************************************/
771
772 /*
773  * This function checks if the driver got a valid device from the caller to
774  * avoid dereferencing invalid pointers.
775  */
776 static bool check_device(struct device *dev)
777 {
778         if (!dev || !dev->dma_mask)
779                 return false;
780
781         return true;
782 }
783
784 /*
785  * In this function the list of preallocated protection domains is traversed to
786  * find the domain for a specific device
787  */
788 static struct dma_ops_domain *find_protection_domain(u16 devid)
789 {
790         struct dma_ops_domain *entry, *ret = NULL;
791         unsigned long flags;
792
793         if (list_empty(&iommu_pd_list))
794                 return NULL;
795
796         spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
797
798         list_for_each_entry(entry, &iommu_pd_list, list) {
799                 if (entry->target_dev == devid) {
800                         ret = entry;
801                         list_del(&ret->list);
802                         break;
803                 }
804         }
805
806         spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
807
808         return ret;
809 }
810
811 /*
812  * In the dma_ops path we only have the struct device. This function
813  * finds the corresponding IOMMU, the protection domain and the
814  * requestor id for a given device.
815  * If the device is not yet associated with a domain this is also done
816  * in this function.
817  */
818 static int get_device_resources(struct device *dev,
819                                 struct amd_iommu **iommu,
820                                 struct protection_domain **domain,
821                                 u16 *bdf)
822 {
823         struct dma_ops_domain *dma_dom;
824         struct pci_dev *pcidev;
825         u16 _bdf;
826
827         *iommu = NULL;
828         *domain = NULL;
829         *bdf = 0xffff;
830
831         if (dev->bus != &pci_bus_type)
832                 return 0;
833
834         pcidev = to_pci_dev(dev);
835         _bdf = calc_devid(pcidev->bus->number, pcidev->devfn);
836
837         /* device not translated by any IOMMU in the system? */
838         if (_bdf > amd_iommu_last_bdf)
839                 return 0;
840
841         *bdf = amd_iommu_alias_table[_bdf];
842
843         *iommu = amd_iommu_rlookup_table[*bdf];
844         if (*iommu == NULL)
845                 return 0;
846         *domain = domain_for_device(*bdf);
847         if (*domain == NULL) {
848                 dma_dom = find_protection_domain(*bdf);
849                 if (!dma_dom)
850                         dma_dom = (*iommu)->default_dom;
851                 *domain = &dma_dom->domain;
852                 set_device_domain(*iommu, *domain, *bdf);
853                 printk(KERN_INFO "AMD IOMMU: Using protection domain %d for "
854                                 "device ", (*domain)->id);
855                 print_devid(_bdf, 1);
856         }
857
858         return 1;
859 }
860
861 /*
862  * This is the generic map function. It maps one 4kb page at paddr to
863  * the given address in the DMA address space for the domain.
864  */
865 static dma_addr_t dma_ops_domain_map(struct amd_iommu *iommu,
866                                      struct dma_ops_domain *dom,
867                                      unsigned long address,
868                                      phys_addr_t paddr,
869                                      int direction)
870 {
871         u64 *pte, __pte;
872
873         WARN_ON(address > dom->aperture_size);
874
875         paddr &= PAGE_MASK;
876
877         pte  = dom->pte_pages[IOMMU_PTE_L1_INDEX(address)];
878         pte += IOMMU_PTE_L0_INDEX(address);
879
880         __pte = paddr | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
881
882         if (direction == DMA_TO_DEVICE)
883                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
884         else if (direction == DMA_FROM_DEVICE)
885                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
886         else if (direction == DMA_BIDIRECTIONAL)
887                 __pte |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW;
888
889         WARN_ON(*pte);
890
891         *pte = __pte;
892
893         return (dma_addr_t)address;
894 }
895
896 /*
897  * The generic unmapping function for on page in the DMA address space.
898  */
899 static void dma_ops_domain_unmap(struct amd_iommu *iommu,
900                                  struct dma_ops_domain *dom,
901                                  unsigned long address)
902 {
903         u64 *pte;
904
905         if (address >= dom->aperture_size)
906                 return;
907
908         WARN_ON(address & 0xfffULL || address > dom->aperture_size);
909
910         pte  = dom->pte_pages[IOMMU_PTE_L1_INDEX(address)];
911         pte += IOMMU_PTE_L0_INDEX(address);
912
913         WARN_ON(!*pte);
914
915         *pte = 0ULL;
916 }
917
918 /*
919  * This function contains common code for mapping of a physically
920  * contiguous memory region into DMA address space. It is uses by all
921  * mapping functions provided by this IOMMU driver.
922  * Must be called with the domain lock held.
923  */
924 static dma_addr_t __map_single(struct device *dev,
925                                struct amd_iommu *iommu,
926                                struct dma_ops_domain *dma_dom,
927                                phys_addr_t paddr,
928                                size_t size,
929                                int dir,
930                                bool align,
931                                u64 dma_mask)
932 {
933         dma_addr_t offset = paddr & ~PAGE_MASK;
934         dma_addr_t address, start;
935         unsigned int pages;
936         unsigned long align_mask = 0;
937         int i;
938
939         pages = iommu_num_pages(paddr, size, PAGE_SIZE);
940         paddr &= PAGE_MASK;
941
942         if (align)
943                 align_mask = (1UL << get_order(size)) - 1;
944
945         address = dma_ops_alloc_addresses(dev, dma_dom, pages, align_mask,
946                                           dma_mask);
947         if (unlikely(address == bad_dma_address))
948                 goto out;
949
950         start = address;
951         for (i = 0; i < pages; ++i) {
952                 dma_ops_domain_map(iommu, dma_dom, start, paddr, dir);
953                 paddr += PAGE_SIZE;
954                 start += PAGE_SIZE;
955         }
956         address += offset;
957
958         if (unlikely(dma_dom->need_flush && !amd_iommu_unmap_flush)) {
959                 iommu_flush_tlb(iommu, dma_dom->domain.id);
960                 dma_dom->need_flush = false;
961         } else if (unlikely(iommu_has_npcache(iommu)))
962                 iommu_flush_pages(iommu, dma_dom->domain.id, address, size);
963
964 out:
965         return address;
966 }
967
968 /*
969  * Does the reverse of the __map_single function. Must be called with
970  * the domain lock held too
971  */
972 static void __unmap_single(struct amd_iommu *iommu,
973                            struct dma_ops_domain *dma_dom,
974                            dma_addr_t dma_addr,
975                            size_t size,
976                            int dir)
977 {
978         dma_addr_t i, start;
979         unsigned int pages;
980
981         if ((dma_addr == 0) || (dma_addr + size > dma_dom->aperture_size))
982                 return;
983
984         pages = iommu_num_pages(dma_addr, size, PAGE_SIZE);
985         dma_addr &= PAGE_MASK;
986         start = dma_addr;
987
988         for (i = 0; i < pages; ++i) {
989                 dma_ops_domain_unmap(iommu, dma_dom, start);
990                 start += PAGE_SIZE;
991         }
992
993         dma_ops_free_addresses(dma_dom, dma_addr, pages);
994
995         if (amd_iommu_unmap_flush)
996                 iommu_flush_pages(iommu, dma_dom->domain.id, dma_addr, size);
997 }
998
999 /*
1000  * The exported map_single function for dma_ops.
1001  */
1002 static dma_addr_t map_single(struct device *dev, phys_addr_t paddr,
1003                              size_t size, int dir)
1004 {
1005         unsigned long flags;
1006         struct amd_iommu *iommu;
1007         struct protection_domain *domain;
1008         u16 devid;
1009         dma_addr_t addr;
1010         u64 dma_mask;
1011
1012         if (!check_device(dev))
1013                 return bad_dma_address;
1014
1015         dma_mask = *dev->dma_mask;
1016
1017         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1018
1019         if (iommu == NULL || domain == NULL)
1020                 /* device not handled by any AMD IOMMU */
1021                 return (dma_addr_t)paddr;
1022
1023         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1024         addr = __map_single(dev, iommu, domain->priv, paddr, size, dir, false,
1025                             dma_mask);
1026         if (addr == bad_dma_address)
1027                 goto out;
1028
1029         if (unlikely(iommu->need_sync))
1030                 iommu_completion_wait(iommu);
1031
1032 out:
1033         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1034
1035         return addr;
1036 }
1037
1038 /*
1039  * The exported unmap_single function for dma_ops.
1040  */
1041 static void unmap_single(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr,
1042                          size_t size, int dir)
1043 {
1044         unsigned long flags;
1045         struct amd_iommu *iommu;
1046         struct protection_domain *domain;
1047         u16 devid;
1048
1049         if (!check_device(dev) ||
1050             !get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1051                 /* device not handled by any AMD IOMMU */
1052                 return;
1053
1054         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1055
1056         __unmap_single(iommu, domain->priv, dma_addr, size, dir);
1057
1058         if (unlikely(iommu->need_sync))
1059                 iommu_completion_wait(iommu);
1060
1061         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1062 }
1063
1064 /*
1065  * This is a special map_sg function which is used if we should map a
1066  * device which is not handled by an AMD IOMMU in the system.
1067  */
1068 static int map_sg_no_iommu(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1069                            int nelems, int dir)
1070 {
1071         struct scatterlist *s;
1072         int i;
1073
1074         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1075                 s->dma_address = (dma_addr_t)sg_phys(s);
1076                 s->dma_length  = s->length;
1077         }
1078
1079         return nelems;
1080 }
1081
1082 /*
1083  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1084  * lists).
1085  */
1086 static int map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1087                   int nelems, int dir)
1088 {
1089         unsigned long flags;
1090         struct amd_iommu *iommu;
1091         struct protection_domain *domain;
1092         u16 devid;
1093         int i;
1094         struct scatterlist *s;
1095         phys_addr_t paddr;
1096         int mapped_elems = 0;
1097         u64 dma_mask;
1098
1099         if (!check_device(dev))
1100                 return 0;
1101
1102         dma_mask = *dev->dma_mask;
1103
1104         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1105
1106         if (!iommu || !domain)
1107                 return map_sg_no_iommu(dev, sglist, nelems, dir);
1108
1109         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1110
1111         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1112                 paddr = sg_phys(s);
1113
1114                 s->dma_address = __map_single(dev, iommu, domain->priv,
1115                                               paddr, s->length, dir, false,
1116                                               dma_mask);
1117
1118                 if (s->dma_address) {
1119                         s->dma_length = s->length;
1120                         mapped_elems++;
1121                 } else
1122                         goto unmap;
1123         }
1124
1125         if (unlikely(iommu->need_sync))
1126                 iommu_completion_wait(iommu);
1127
1128 out:
1129         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1130
1131         return mapped_elems;
1132 unmap:
1133         for_each_sg(sglist, s, mapped_elems, i) {
1134                 if (s->dma_address)
1135                         __unmap_single(iommu, domain->priv, s->dma_address,
1136                                        s->dma_length, dir);
1137                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
1138         }
1139
1140         mapped_elems = 0;
1141
1142         goto out;
1143 }
1144
1145 /*
1146  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1147  * lists).
1148  */
1149 static void unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1150                      int nelems, int dir)
1151 {
1152         unsigned long flags;
1153         struct amd_iommu *iommu;
1154         struct protection_domain *domain;
1155         struct scatterlist *s;
1156         u16 devid;
1157         int i;
1158
1159         if (!check_device(dev) ||
1160             !get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1161                 return;
1162
1163         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1164
1165         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1166                 __unmap_single(iommu, domain->priv, s->dma_address,
1167                                s->dma_length, dir);
1168                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
1169         }
1170
1171         if (unlikely(iommu->need_sync))
1172                 iommu_completion_wait(iommu);
1173
1174         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1175 }
1176
1177 /*
1178  * The exported alloc_coherent function for dma_ops.
1179  */
1180 static void *alloc_coherent(struct device *dev, size_t size,
1181                             dma_addr_t *dma_addr, gfp_t flag)
1182 {
1183         unsigned long flags;
1184         void *virt_addr;
1185         struct amd_iommu *iommu;
1186         struct protection_domain *domain;
1187         u16 devid;
1188         phys_addr_t paddr;
1189         u64 dma_mask = dev->coherent_dma_mask;
1190
1191         if (!check_device(dev))
1192                 return NULL;
1193
1194         if (!get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1195                 flag &= ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM | __GFP_DMA32);
1196
1197         flag |= __GFP_ZERO;
1198         virt_addr = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
1199         if (!virt_addr)
1200                 return 0;
1201
1202         paddr = virt_to_phys(virt_addr);
1203
1204         if (!iommu || !domain) {
1205                 *dma_addr = (dma_addr_t)paddr;
1206                 return virt_addr;
1207         }
1208
1209         if (!dma_mask)
1210                 dma_mask = *dev->dma_mask;
1211
1212         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1213
1214         *dma_addr = __map_single(dev, iommu, domain->priv, paddr,
1215                                  size, DMA_BIDIRECTIONAL, true, dma_mask);
1216
1217         if (*dma_addr == bad_dma_address) {
1218                 free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
1219                 virt_addr = NULL;
1220                 goto out;
1221         }
1222
1223         if (unlikely(iommu->need_sync))
1224                 iommu_completion_wait(iommu);
1225
1226 out:
1227         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1228
1229         return virt_addr;
1230 }
1231
1232 /*
1233  * The exported free_coherent function for dma_ops.
1234  */
1235 static void free_coherent(struct device *dev, size_t size,
1236                           void *virt_addr, dma_addr_t dma_addr)
1237 {
1238         unsigned long flags;
1239         struct amd_iommu *iommu;
1240         struct protection_domain *domain;
1241         u16 devid;
1242
1243         if (!check_device(dev))
1244                 return;
1245
1246         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1247
1248         if (!iommu || !domain)
1249                 goto free_mem;
1250
1251         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1252
1253         __unmap_single(iommu, domain->priv, dma_addr, size, DMA_BIDIRECTIONAL);
1254
1255         if (unlikely(iommu->need_sync))
1256                 iommu_completion_wait(iommu);
1257
1258         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1259
1260 free_mem:
1261         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
1262 }
1263
1264 /*
1265  * This function is called by the DMA layer to find out if we can handle a
1266  * particular device. It is part of the dma_ops.
1267  */
1268 static int amd_iommu_dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
1269 {
1270         u16 bdf;
1271         struct pci_dev *pcidev;
1272
1273         /* No device or no PCI device */
1274         if (!dev || dev->bus != &pci_bus_type)
1275                 return 0;
1276
1277         pcidev = to_pci_dev(dev);
1278
1279         bdf = calc_devid(pcidev->bus->number, pcidev->devfn);
1280
1281         /* Out of our scope? */
1282         if (bdf > amd_iommu_last_bdf)
1283                 return 0;
1284
1285         return 1;
1286 }
1287
1288 /*
1289  * The function for pre-allocating protection domains.
1290  *
1291  * If the driver core informs the DMA layer if a driver grabs a device
1292  * we don't need to preallocate the protection domains anymore.
1293  * For now we have to.
1294  */
1295 void prealloc_protection_domains(void)
1296 {
1297         struct pci_dev *dev = NULL;
1298         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1299         struct amd_iommu *iommu;
1300         int order = amd_iommu_aperture_order;
1301         u16 devid;
1302
1303         while ((dev = pci_get_device(PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, dev)) != NULL) {
1304                 devid = (dev->bus->number << 8) | dev->devfn;
1305                 if (devid > amd_iommu_last_bdf)
1306                         continue;
1307                 devid = amd_iommu_alias_table[devid];
1308                 if (domain_for_device(devid))
1309                         continue;
1310                 iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1311                 if (!iommu)
1312                         continue;
1313                 dma_dom = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1314                 if (!dma_dom)
1315                         continue;
1316                 init_unity_mappings_for_device(dma_dom, devid);
1317                 dma_dom->target_dev = devid;
1318
1319                 list_add_tail(&dma_dom->list, &iommu_pd_list);
1320         }
1321 }
1322
1323 static struct dma_mapping_ops amd_iommu_dma_ops = {
1324         .alloc_coherent = alloc_coherent,
1325         .free_coherent = free_coherent,
1326         .map_single = map_single,
1327         .unmap_single = unmap_single,
1328         .map_sg = map_sg,
1329         .unmap_sg = unmap_sg,
1330         .dma_supported = amd_iommu_dma_supported,
1331 };
1332
1333 /*
1334  * The function which clues the AMD IOMMU driver into dma_ops.
1335  */
1336 int __init amd_iommu_init_dma_ops(void)
1337 {
1338         struct amd_iommu *iommu;
1339         int order = amd_iommu_aperture_order;
1340         int ret;
1341
1342         /*
1343          * first allocate a default protection domain for every IOMMU we
1344          * found in the system. Devices not assigned to any other
1345          * protection domain will be assigned to the default one.
1346          */
1347         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
1348                 iommu->default_dom = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1349                 if (iommu->default_dom == NULL)
1350                         return -ENOMEM;
1351                 ret = iommu_init_unity_mappings(iommu);
1352                 if (ret)
1353                         goto free_domains;
1354         }
1355
1356         /*
1357          * If device isolation is enabled, pre-allocate the protection
1358          * domains for each device.
1359          */
1360         if (amd_iommu_isolate)
1361                 prealloc_protection_domains();
1362
1363         iommu_detected = 1;
1364         force_iommu = 1;
1365         bad_dma_address = 0;
1366 #ifdef CONFIG_GART_IOMMU
1367         gart_iommu_aperture_disabled = 1;
1368         gart_iommu_aperture = 0;
1369 #endif
1370
1371         /* Make the driver finally visible to the drivers */
1372         dma_ops = &amd_iommu_dma_ops;
1373
1374         return 0;
1375
1376 free_domains:
1377
1378         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
1379                 if (iommu->default_dom)
1380                         dma_ops_domain_free(iommu->default_dom);
1381         }
1382
1383         return ret;
1384 }