arch/x86/mm/ioremap.c

   1 /*
   2  * Re-map IO memory to kernel address space so that we can access it.
   3  * This is needed for high PCI addresses that aren't mapped in the
   4  * 640k-1MB IO memory area on PC's
   5  *
   6  * (C) Copyright 1995 1996 Linus Torvalds
   7  */
   8
   9 #include <linux/bootmem.h>
  10 #include <linux/init.h>
  11 #include <linux/io.h>
  12 #include <linux/module.h>
  13 #include <linux/slab.h>
  14 #include <linux/vmalloc.h>
  15 #include <linux/mmiotrace.h>
  16
  17 #include <asm/cacheflush.h>
  18 #include <asm/e820.h>
  19 #include <asm/fixmap.h>
  20 #include <asm/pgtable.h>
  21 #include <asm/tlbflush.h>
  22 #include <asm/pgalloc.h>
  23 #include <asm/pat.h>
  24
  25 #include "physaddr.h"
  26
  27 int page_is_ram(unsigned long pagenr)
  28 {
  29         resource_size_t addr, end;
  30         int i;
  31
  32         /*
  33          * A special case is the first 4Kb of memory;
  34          * This is a BIOS owned area, not kernel ram, but generally
  35          * not listed as such in the E820 table.
  36          */
  37         if (pagenr == 0)
  38                 return 0;
  39
  40         /*
  41          * Second special case: Some BIOSen report the PC BIOS
  42          * area (640->1Mb) as ram even though it is not.
  43          */
  44         if (pagenr >= (BIOS_BEGIN >> PAGE_SHIFT) &&
  45                     pagenr < (BIOS_END >> PAGE_SHIFT))
  46                 return 0;
  47
  48         for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {
  49                 /*
  50                  * Not usable memory:
  51                  */
  52                 if (e820.map[i].type != E820_RAM)
  53                         continue;
  54                 addr = (e820.map[i].addr + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
  55                 end = (e820.map[i].addr + e820.map[i].size) >> PAGE_SHIFT;
  56
  57
  58                 if ((pagenr >= addr) && (pagenr < end))
  59                         return 1;
  60         }
  61         return 0;
  62 }
  63
  64 /*
  65  * Fix up the linear direct mapping of the kernel to avoid cache attribute
  66  * conflicts.
  67  */
  68 int ioremap_change_attr(unsigned long vaddr, unsigned long size,
  69                                unsigned long prot_val)
  70 {
  71         unsigned long nrpages = size >> PAGE_SHIFT;
  72         int err;
  73
  74         switch (prot_val) {
  75         case _PAGE_CACHE_UC:
  76         default:
  77                 err = _set_memory_uc(vaddr, nrpages);
  78                 break;
  79         case _PAGE_CACHE_WC:
  80                 err = _set_memory_wc(vaddr, nrpages);
  81                 break;
  82         case _PAGE_CACHE_WB:
  83                 err = _set_memory_wb(vaddr, nrpages);
  84                 break;
  85         }
  86
  87         return err;
  88 }
  89
  90 /*
  91  * Remap an arbitrary physical address space into the kernel virtual
  92  * address space. Needed when the kernel wants to access high addresses
  93  * directly.
  94  *
  95  * NOTE! We need to allow non-page-aligned mappings too: we will obviously
  96  * have to convert them into an offset in a page-aligned mapping, but the
  97  * caller shouldn't need to know that small detail.
  98  */
  99 static void __iomem *__ioremap_caller(resource_size_t phys_addr,
 100                 unsigned long size, unsigned long prot_val, void *caller)
 101 {
 102         unsigned long pfn, offset, vaddr;
 103         resource_size_t last_addr;
 104         const resource_size_t unaligned_phys_addr = phys_addr;
 105         const unsigned long unaligned_size = size;
 106         struct vm_struct *area;
 107         unsigned long new_prot_val;
 108         pgprot_t prot;
 109         int retval;
 110         void __iomem *ret_addr;
 111
 112         /* Don't allow wraparound or zero size */
 113         last_addr = phys_addr + size - 1;
 114         if (!size || last_addr < phys_addr)
 115                 return NULL;
 116
 117         if (!phys_addr_valid(phys_addr)) {
 118                 printk(KERN_WARNING "ioremap: invalid physical address %llx\n",
 119                        (unsigned long long)phys_addr);
 120                 WARN_ON_ONCE(1);
 121                 return NULL;
 122         }
 123
 124         /*
 125          * Don't remap the low PCI/ISA area, it's always mapped..
 126          */
 127         if (is_ISA_range(phys_addr, last_addr))
 128                 return (__force void __iomem *)phys_to_virt(phys_addr);
 129
 130         /*
 131          * Check if the request spans more than any BAR in the iomem resource
 132          * tree.
 133          */
 134         WARN_ONCE(iomem_map_sanity_check(phys_addr, size),
 135                   KERN_INFO "Info: mapping multiple BARs. Your kernel is fine.");
 136
 137         /*
 138          * Don't allow anybody to remap normal RAM that we're using..
 139          */
 140         for (pfn = phys_addr >> PAGE_SHIFT;
 141                                 (pfn << PAGE_SHIFT) < (last_addr & PAGE_MASK);
 142                                 pfn++) {
 143
 144                 int is_ram = page_is_ram(pfn);
 145
 146                 if (is_ram && pfn_valid(pfn) && !PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
 147                         return NULL;
 148                 WARN_ON_ONCE(is_ram);
 149         }
 150
 151         /*
 152          * Mappings have to be page-aligned
 153          */
 154         offset = phys_addr & ~PAGE_MASK;
 155         phys_addr &= PAGE_MASK;
 156         size = PAGE_ALIGN(last_addr+1) - phys_addr;
 157
 158         retval = reserve_memtype(phys_addr, (u64)phys_addr + size,
 159                                                 prot_val, &new_prot_val);
 160         if (retval) {
 161                 printk(KERN_ERR "ioremap reserve_memtype failed %d\n", retval);
 162                 return NULL;
 163         }
 164
 165         if (prot_val != new_prot_val) {
 166                 if (!is_new_memtype_allowed(phys_addr, size,
 167                                             prot_val, new_prot_val)) {
 168                         printk(KERN_ERR
 169                 "ioremap error for 0x%llx-0x%llx, requested 0x%lx, got 0x%lx\n",
 170                                 (unsigned long long)phys_addr,
 171                                 (unsigned long long)(phys_addr + size),
 172                                 prot_val, new_prot_val);
 173                         goto err_free_memtype;
 174                 }
 175                 prot_val = new_prot_val;
 176         }
 177
 178         switch (prot_val) {
 179         case _PAGE_CACHE_UC:
 180         default:
 181                 prot = PAGE_KERNEL_IO_NOCACHE;
 182                 break;
 183         case _PAGE_CACHE_UC_MINUS:
 184                 prot = PAGE_KERNEL_IO_UC_MINUS;
 185                 break;
 186         case _PAGE_CACHE_WC:
 187                 prot = PAGE_KERNEL_IO_WC;
 188                 break;
 189         case _PAGE_CACHE_WB:
 190                 prot = PAGE_KERNEL_IO;
 191                 break;
 192         }
 193
 194         /*
 195          * Ok, go for it..
 196          */
 197         area = get_vm_area_caller(size, VM_IOREMAP, caller);
 198         if (!area)
 199                 goto err_free_memtype;
 200         area->phys_addr = phys_addr;
 201         vaddr = (unsigned long) area->addr;
 202
 203         if (kernel_map_sync_memtype(phys_addr, size, prot_val))
 204                 goto err_free_area;
 205
 206         if (ioremap_page_range(vaddr, vaddr + size, phys_addr, prot))
 207                 goto err_free_area;
 208
 209         ret_addr = (void __iomem *) (vaddr + offset);
 210         mmiotrace_ioremap(unaligned_phys_addr, unaligned_size, ret_addr);
 211
 212         return ret_addr;
 213 err_free_area:
 214         free_vm_area(area);
 215 err_free_memtype:
 216         free_memtype(phys_addr, phys_addr + size);
 217         return NULL;
 218 }
 219
 220 /**
 221  * ioremap_nocache     -   map bus memory into CPU space
 222  * @offset:    bus address of the memory
 223  * @size:      size of the resource to map
 224  *
 225  * ioremap_nocache performs a platform specific sequence of operations to
 226  * make bus memory CPU accessible via the readb/readw/readl/writeb/
 227  * writew/writel functions and the other mmio helpers. The returned
 228  * address is not guaranteed to be usable directly as a virtual
 229  * address.
 230  *
 231  * This version of ioremap ensures that the memory is marked uncachable
 232  * on the CPU as well as honouring existing caching rules from things like
 233  * the PCI bus. Note that there are other caches and buffers on many
 234  * busses. In particular driver authors should read up on PCI writes
 235  *
 236  * It's useful if some control registers are in such an area and
 237  * write combining or read caching is not desirable:
 238  *
 239  * Must be freed with iounmap.
 240  */
 241 void __iomem *ioremap_nocache(resource_size_t phys_addr, unsigned long size)
 242 {
 243         /*
 244          * Ideally, this should be:
 245          *      pat_enabled ? _PAGE_CACHE_UC : _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 246          *
 247          * Till we fix all X drivers to use ioremap_wc(), we will use
 248          * UC MINUS.
 249          */
 250         unsigned long val = _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 251
 252         return __ioremap_caller(phys_addr, size, val,
 253                                 __builtin_return_address(0));
 254 }
 255 EXPORT_SYMBOL(ioremap_nocache);
 256
 257 /**
 258  * ioremap_wc   -       map memory into CPU space write combined
 259  * @offset:     bus address of the memory
 260  * @size:       size of the resource to map
 261  *
 262  * This version of ioremap ensures that the memory is marked write combining.
 263  * Write combining allows faster writes to some hardware devices.
 264  *
 265  * Must be freed with iounmap.
 266  */
 267 void __iomem *ioremap_wc(resource_size_t phys_addr, unsigned long size)
 268 {
 269         if (pat_enabled)
 270                 return __ioremap_caller(phys_addr, size, _PAGE_CACHE_WC,
 271                                         __builtin_return_address(0));
 272         else
 273                 return ioremap_nocache(phys_addr, size);
 274 }
 275 EXPORT_SYMBOL(ioremap_wc);
 276
 277 void __iomem *ioremap_cache(resource_size_t phys_addr, unsigned long size)
 278 {
 279         return __ioremap_caller(phys_addr, size, _PAGE_CACHE_WB,
 280                                 __builtin_return_address(0));
 281 }
 282 EXPORT_SYMBOL(ioremap_cache);
 283
 284 void __iomem *ioremap_prot(resource_size_t phys_addr, unsigned long size,
 285                                 unsigned long prot_val)
 286 {
 287         return __ioremap_caller(phys_addr, size, (prot_val & _PAGE_CACHE_MASK),
 288                                 __builtin_return_address(0));
 289 }
 290 EXPORT_SYMBOL(ioremap_prot);
 291
 292 /**
 293  * iounmap - Free a IO remapping
 294  * @addr: virtual address from ioremap_*
 295  *
 296  * Caller must ensure there is only one unmapping for the same pointer.
 297  */
 298 void iounmap(volatile void __iomem *addr)
 299 {
 300         struct vm_struct *p, *o;
 301
 302         if ((void __force *)addr <= high_memory)
 303                 return;
 304
 305         /*
 306          * __ioremap special-cases the PCI/ISA range by not instantiating a
 307          * vm_area and by simply returning an address into the kernel mapping
 308          * of ISA space.   So handle that here.
 309          */
 310         if ((void __force *)addr >= phys_to_virt(ISA_START_ADDRESS) &&
 311             (void __force *)addr < phys_to_virt(ISA_END_ADDRESS))
 312                 return;
 313
 314         addr = (volatile void __iomem *)
 315                 (PAGE_MASK & (unsigned long __force)addr);
 316
 317         mmiotrace_iounmap(addr);
 318
 319         /* Use the vm area unlocked, assuming the caller
 320            ensures there isn't another iounmap for the same address
 321            in parallel. Reuse of the virtual address is prevented by
 322            leaving it in the global lists until we're done with it.
 323            cpa takes care of the direct mappings. */
 324         read_lock(&vmlist_lock);
 325         for (p = vmlist; p; p = p->next) {
 326                 if (p->addr == (void __force *)addr)
 327                         break;
 328         }
 329         read_unlock(&vmlist_lock);
 330
 331         if (!p) {
 332                 printk(KERN_ERR "iounmap: bad address %p\n", addr);
 333                 dump_stack();
 334                 return;
 335         }
 336
 337         free_memtype(p->phys_addr, p->phys_addr + get_vm_area_size(p));
 338
 339         /* Finally remove it */
 340         o = remove_vm_area((void __force *)addr);
 341         BUG_ON(p != o || o == NULL);
 342         kfree(p);
 343 }
 344 EXPORT_SYMBOL(iounmap);
 345
 346 /*
 347  * Convert a physical pointer to a virtual kernel pointer for /dev/mem
 348  * access
 349  */
 350 void *xlate_dev_mem_ptr(unsigned long phys)
 351 {
 352         void *addr;
 353         unsigned long start = phys & PAGE_MASK;
 354
 355         /* If page is RAM, we can use __va. Otherwise ioremap and unmap. */
 356         if (page_is_ram(start >> PAGE_SHIFT))
 357                 return __va(phys);
 358
 359         addr = (void __force *)ioremap_cache(start, PAGE_SIZE);
 360         if (addr)
 361                 addr = (void *)((unsigned long)addr | (phys & ~PAGE_MASK));
 362
 363         return addr;
 364 }
 365
 366 void unxlate_dev_mem_ptr(unsigned long phys, void *addr)
 367 {
 368         if (page_is_ram(phys >> PAGE_SHIFT))
 369                 return;
 370
 371         iounmap((void __iomem *)((unsigned long)addr & PAGE_MASK));
 372         return;
 373 }
 374
 375 static int __initdata early_ioremap_debug;
 376
 377 static int __init early_ioremap_debug_setup(char *str)
 378 {
 379         early_ioremap_debug = 1;
 380
 381         return 0;
 382 }
 383 early_param("early_ioremap_debug", early_ioremap_debug_setup);
 384
 385 static __initdata int after_paging_init;
 386 static pte_t bm_pte[PAGE_SIZE/sizeof(pte_t)] __page_aligned_bss;
 387
 388 static inline pmd_t * __init early_ioremap_pmd(unsigned long addr)
 389 {
 390         /* Don't assume we're using swapper_pg_dir at this point */
 391         pgd_t *base = __va(read_cr3());
 392         pgd_t *pgd = &base[pgd_index(addr)];
 393         pud_t *pud = pud_offset(pgd, addr);
 394         pmd_t *pmd = pmd_offset(pud, addr);
 395
 396         return pmd;
 397 }
 398
 399 static inline pte_t * __init early_ioremap_pte(unsigned long addr)
 400 {
 401         return &bm_pte[pte_index(addr)];
 402 }
 403
 404 static unsigned long slot_virt[FIX_BTMAPS_SLOTS] __initdata;
 405
 406 void __init early_ioremap_init(void)
 407 {
 408         pmd_t *pmd;
 409         int i;
 410
 411         if (early_ioremap_debug)
 412                 printk(KERN_INFO "early_ioremap_init()\n");
 413
 414         for (i = 0; i < FIX_BTMAPS_SLOTS; i++)
 415                 slot_virt[i] = __fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN - NR_FIX_BTMAPS*i);
 416
 417         pmd = early_ioremap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN));
 418         memset(bm_pte, 0, sizeof(bm_pte));
 419         pmd_populate_kernel(&init_mm, pmd, bm_pte);
 420
 421         /*
 422          * The boot-ioremap range spans multiple pmds, for which
 423          * we are not prepared:
 424          */
 425         if (pmd != early_ioremap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_END))) {
 426                 WARN_ON(1);
 427                 printk(KERN_WARNING "pmd %p != %p\n",
 428                        pmd, early_ioremap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_END)));
 429                 printk(KERN_WARNING "fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN): %08lx\n",
 430                         fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN));
 431                 printk(KERN_WARNING "fix_to_virt(FIX_BTMAP_END):   %08lx\n",
 432                         fix_to_virt(FIX_BTMAP_END));
 433
 434                 printk(KERN_WARNING "FIX_BTMAP_END:       %d\n", FIX_BTMAP_END);
 435                 printk(KERN_WARNING "FIX_BTMAP_BEGIN:     %d\n",
 436                        FIX_BTMAP_BEGIN);
 437         }
 438 }
 439
 440 void __init early_ioremap_reset(void)
 441 {
 442         after_paging_init = 1;
 443 }
 444
 445 static void __init __early_set_fixmap(enum fixed_addresses idx,
 446                                       phys_addr_t phys, pgprot_t flags)
 447 {
 448         unsigned long addr = __fix_to_virt(idx);
 449         pte_t *pte;
 450
 451         if (idx >= __end_of_fixed_addresses) {
 452                 BUG();
 453                 return;
 454         }
 455         pte = early_ioremap_pte(addr);
 456
 457         if (pgprot_val(flags))
 458                 set_pte(pte, pfn_pte(phys >> PAGE_SHIFT, flags));
 459         else
 460                 pte_clear(&init_mm, addr, pte);
 461         __flush_tlb_one(addr);
 462 }
 463
 464 static inline void __init early_set_fixmap(enum fixed_addresses idx,
 465                                            phys_addr_t phys, pgprot_t prot)
 466 {
 467         if (after_paging_init)
 468                 __set_fixmap(idx, phys, prot);
 469         else
 470                 __early_set_fixmap(idx, phys, prot);
 471 }
 472
 473 static inline void __init early_clear_fixmap(enum fixed_addresses idx)
 474 {
 475         if (after_paging_init)
 476                 clear_fixmap(idx);
 477         else
 478                 __early_set_fixmap(idx, 0, __pgprot(0));
 479 }
 480
 481 static void __iomem *prev_map[FIX_BTMAPS_SLOTS] __initdata;
 482 static unsigned long prev_size[FIX_BTMAPS_SLOTS] __initdata;
 483
 484 static int __init check_early_ioremap_leak(void)
 485 {
 486         int count = 0;
 487         int i;
 488
 489         for (i = 0; i < FIX_BTMAPS_SLOTS; i++)
 490                 if (prev_map[i])
 491                         count++;
 492
 493         if (!count)
 494                 return 0;
 495         WARN(1, KERN_WARNING
 496                "Debug warning: early ioremap leak of %d areas detected.\n",
 497                 count);
 498         printk(KERN_WARNING
 499                 "please boot with early_ioremap_debug and report the dmesg.\n");
 500
 501         return 1;
 502 }
 503 late_initcall(check_early_ioremap_leak);
 504
 505 static void __init __iomem *
 506 __early_ioremap(resource_size_t phys_addr, unsigned long size, pgprot_t prot)
 507 {
 508         unsigned long offset;
 509         resource_size_t last_addr;
 510         unsigned int nrpages;
 511         enum fixed_addresses idx0, idx;
 512         int i, slot;
 513
 514         WARN_ON(system_state != SYSTEM_BOOTING);
 515
 516         slot = -1;
 517         for (i = 0; i < FIX_BTMAPS_SLOTS; i++) {
 518                 if (!prev_map[i]) {
 519                         slot = i;
 520                         break;
 521                 }
 522         }
 523
 524         if (slot < 0) {
 525                 printk(KERN_INFO "early_iomap(%08llx, %08lx) not found slot\n",
 526                          (u64)phys_addr, size);
 527                 WARN_ON(1);
 528                 return NULL;
 529         }
 530
 531         if (early_ioremap_debug) {
 532                 printk(KERN_INFO "early_ioremap(%08llx, %08lx) [%d] => ",
 533                        (u64)phys_addr, size, slot);
 534                 dump_stack();
 535         }
 536
 537         /* Don't allow wraparound or zero size */
 538         last_addr = phys_addr + size - 1;
 539         if (!size || last_addr < phys_addr) {
 540                 WARN_ON(1);
 541                 return NULL;
 542         }
 543
 544         prev_size[slot] = size;
 545         /*
 546          * Mappings have to be page-aligned
 547          */
 548         offset = phys_addr & ~PAGE_MASK;
 549         phys_addr &= PAGE_MASK;
 550         size = PAGE_ALIGN(last_addr + 1) - phys_addr;
 551
 552         /*
 553          * Mappings have to fit in the FIX_BTMAP area.
 554          */
 555         nrpages = size >> PAGE_SHIFT;
 556         if (nrpages > NR_FIX_BTMAPS) {
 557                 WARN_ON(1);
 558                 return NULL;
 559         }
 560
 561         /*
 562          * Ok, go for it..
 563          */
 564         idx0 = FIX_BTMAP_BEGIN - NR_FIX_BTMAPS*slot;
 565         idx = idx0;
 566         while (nrpages > 0) {
 567                 early_set_fixmap(idx, phys_addr, prot);
 568                 phys_addr += PAGE_SIZE;
 569                 --idx;
 570                 --nrpages;
 571         }
 572         if (early_ioremap_debug)
 573                 printk(KERN_CONT "%08lx + %08lx\n", offset, slot_virt[slot]);
 574
 575         prev_map[slot] = (void __iomem *)(offset + slot_virt[slot]);
 576         return prev_map[slot];
 577 }
 578
 579 /* Remap an IO device */
 580 void __init __iomem *
 581 early_ioremap(resource_size_t phys_addr, unsigned long size)
 582 {
 583         return __early_ioremap(phys_addr, size, PAGE_KERNEL_IO);
 584 }
 585
 586 /* Remap memory */
 587 void __init __iomem *
 588 early_memremap(resource_size_t phys_addr, unsigned long size)
 589 {
 590         return __early_ioremap(phys_addr, size, PAGE_KERNEL);
 591 }
 592
 593 void __init early_iounmap(void __iomem *addr, unsigned long size)
 594 {
 595         unsigned long virt_addr;
 596         unsigned long offset;
 597         unsigned int nrpages;
 598         enum fixed_addresses idx;
 599         int i, slot;
 600
 601         slot = -1;
 602         for (i = 0; i < FIX_BTMAPS_SLOTS; i++) {
 603                 if (prev_map[i] == addr) {
 604                         slot = i;
 605                         break;
 606                 }
 607         }
 608
 609         if (slot < 0) {
 610                 printk(KERN_INFO "early_iounmap(%p, %08lx) not found slot\n",
 611                          addr, size);
 612                 WARN_ON(1);
 613                 return;
 614         }
 615
 616         if (prev_size[slot] != size) {
 617                 printk(KERN_INFO "early_iounmap(%p, %08lx) [%d] size not consistent %08lx\n",
 618                          addr, size, slot, prev_size[slot]);
 619                 WARN_ON(1);
 620                 return;
 621         }
 622
 623         if (early_ioremap_debug) {
 624                 printk(KERN_INFO "early_iounmap(%p, %08lx) [%d]\n", addr,
 625                        size, slot);
 626                 dump_stack();
 627         }
 628
 629         virt_addr = (unsigned long)addr;
 630         if (virt_addr < fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN)) {
 631                 WARN_ON(1);
 632                 return;
 633         }
 634         offset = virt_addr & ~PAGE_MASK;
 635         nrpages = PAGE_ALIGN(offset + size - 1) >> PAGE_SHIFT;
 636
 637         idx = FIX_BTMAP_BEGIN - NR_FIX_BTMAPS*slot;
 638         while (nrpages > 0) {
 639                 early_clear_fixmap(idx);
 640                 --idx;
 641                 --nrpages;
 642         }
 643         prev_map[slot] = NULL;
 644 }