SAFE public projects git trees. - safe/jmp/linux-2.6/blob - 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/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_types.h>
  32 #include <asm/amd_iommu.h>
  33
  34 #define CMD_SET_TYPE(cmd, t) ((cmd)->data[1] |= ((t) << 28))
  35
  36 #define EXIT_LOOP_COUNT 10000000
  37
  38 static DEFINE_RWLOCK(amd_iommu_devtable_lock);
  39
  40 /* A list of preallocated protection domains */
  41 static LIST_HEAD(iommu_pd_list);
  42 static DEFINE_SPINLOCK(iommu_pd_list_lock);
  43
  44 #ifdef CONFIG_IOMMU_API
  45 static struct iommu_ops amd_iommu_ops;
  46 #endif
  47
  48 /*
  49  * general struct to manage commands send to an IOMMU
  50  */
  51 struct iommu_cmd {
  52         u32 data[4];
  53 };
  54
  55 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
  56                              struct unity_map_entry *e);
  57 static struct dma_ops_domain *find_protection_domain(u16 devid);
  58 static u64* alloc_pte(struct protection_domain *dom,
  59                       unsigned long address, u64
  60                       **pte_page, gfp_t gfp);
  61
  62 #ifdef CONFIG_AMD_IOMMU_STATS
  63
  64 /*
  65  * Initialization code for statistics collection
  66  */
  67
  68 DECLARE_STATS_COUNTER(compl_wait);
  69 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_map_single);
  70 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_unmap_single);
  71 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_map_sg);
  72 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_unmap_sg);
  73 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_alloc_coherent);
  74 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_free_coherent);
  75 DECLARE_STATS_COUNTER(cross_page);
  76 DECLARE_STATS_COUNTER(domain_flush_single);
  77 DECLARE_STATS_COUNTER(domain_flush_all);
  78 DECLARE_STATS_COUNTER(alloced_io_mem);
  79 DECLARE_STATS_COUNTER(total_map_requests);
  80
  81 static struct dentry *stats_dir;
  82 static struct dentry *de_isolate;
  83 static struct dentry *de_fflush;
  84
  85 static void amd_iommu_stats_add(struct __iommu_counter *cnt)
  86 {
  87         if (stats_dir == NULL)
  88                 return;
  89
  90         cnt->dent = debugfs_create_u64(cnt->name, 0444, stats_dir,
  91                                        &cnt->value);
  92 }
  93
  94 static void amd_iommu_stats_init(void)
  95 {
  96         stats_dir = debugfs_create_dir("amd-iommu", NULL);
  97         if (stats_dir == NULL)
  98                 return;
  99
 100         de_isolate = debugfs_create_bool("isolation", 0444, stats_dir,
 101                                          (u32 *)&amd_iommu_isolate);
 102
 103         de_fflush  = debugfs_create_bool("fullflush", 0444, stats_dir,
 104                                          (u32 *)&amd_iommu_unmap_flush);
 105
 106         amd_iommu_stats_add(&compl_wait);
 107         amd_iommu_stats_add(&cnt_map_single);
 108         amd_iommu_stats_add(&cnt_unmap_single);
 109         amd_iommu_stats_add(&cnt_map_sg);
 110         amd_iommu_stats_add(&cnt_unmap_sg);
 111         amd_iommu_stats_add(&cnt_alloc_coherent);
 112         amd_iommu_stats_add(&cnt_free_coherent);
 113         amd_iommu_stats_add(&cross_page);
 114         amd_iommu_stats_add(&domain_flush_single);
 115         amd_iommu_stats_add(&domain_flush_all);
 116         amd_iommu_stats_add(&alloced_io_mem);
 117         amd_iommu_stats_add(&total_map_requests);
 118 }
 119
 120 #endif
 121
 122 /* returns !0 if the IOMMU is caching non-present entries in its TLB */
 123 static int iommu_has_npcache(struct amd_iommu *iommu)
 124 {
 125         return iommu->cap & (1UL << IOMMU_CAP_NPCACHE);
 126 }
 127
 128 /****************************************************************************
 129  *
 130  * Interrupt handling functions
 131  *
 132  ****************************************************************************/
 133
 134 static void iommu_print_event(void *__evt)
 135 {
 136         u32 *event = __evt;
 137         int type  = (event[1] >> EVENT_TYPE_SHIFT)  & EVENT_TYPE_MASK;
 138         int devid = (event[0] >> EVENT_DEVID_SHIFT) & EVENT_DEVID_MASK;
 139         int domid = (event[1] >> EVENT_DOMID_SHIFT) & EVENT_DOMID_MASK;
 140         int flags = (event[1] >> EVENT_FLAGS_SHIFT) & EVENT_FLAGS_MASK;
 141         u64 address = (u64)(((u64)event[3]) << 32) | event[2];
 142
 143         printk(KERN_ERR "AMD IOMMU: Event logged [");
 144
 145         switch (type) {
 146         case EVENT_TYPE_ILL_DEV:
 147                 printk("ILLEGAL_DEV_TABLE_ENTRY device=%02x:%02x.%x "
 148                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 149                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 150                        address, flags);
 151                 break;
 152         case EVENT_TYPE_IO_FAULT:
 153                 printk("IO_PAGE_FAULT device=%02x:%02x.%x "
 154                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 155                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 156                        domid, address, flags);
 157                 break;
 158         case EVENT_TYPE_DEV_TAB_ERR:
 159                 printk("DEV_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
 160                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 161                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 162                        address, flags);
 163                 break;
 164         case EVENT_TYPE_PAGE_TAB_ERR:
 165                 printk("PAGE_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
 166                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 167                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 168                        domid, address, flags);
 169                 break;
 170         case EVENT_TYPE_ILL_CMD:
 171                 printk("ILLEGAL_COMMAND_ERROR address=0x%016llx]\n", address);
 172                 break;
 173         case EVENT_TYPE_CMD_HARD_ERR:
 174                 printk("COMMAND_HARDWARE_ERROR address=0x%016llx "
 175                        "flags=0x%04x]\n", address, flags);
 176                 break;
 177         case EVENT_TYPE_IOTLB_INV_TO:
 178                 printk("IOTLB_INV_TIMEOUT device=%02x:%02x.%x "
 179                        "address=0x%016llx]\n",
 180                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 181                        address);
 182                 break;
 183         case EVENT_TYPE_INV_DEV_REQ:
 184                 printk("INVALID_DEVICE_REQUEST device=%02x:%02x.%x "
 185                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 186                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 187                        address, flags);
 188                 break;
 189         default:
 190                 printk(KERN_ERR "UNKNOWN type=0x%02x]\n", type);
 191         }
 192 }
 193
 194 static void iommu_poll_events(struct amd_iommu *iommu)
 195 {
 196         u32 head, tail;
 197         unsigned long flags;
 198
 199         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 200
 201         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
 202         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_TAIL_OFFSET);
 203
 204         while (head != tail) {
 205                 iommu_print_event(iommu->evt_buf + head);
 206                 head = (head + EVENT_ENTRY_SIZE) % iommu->evt_buf_size;
 207         }
 208
 209         writel(head, iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
 210
 211         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 212 }
 213
 214 irqreturn_t amd_iommu_int_handler(int irq, void *data)
 215 {
 216         struct amd_iommu *iommu;
 217
 218         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list)
 219                 iommu_poll_events(iommu);
 220
 221         return IRQ_HANDLED;
 222 }
 223
 224 /****************************************************************************
 225  *
 226  * IOMMU command queuing functions
 227  *
 228  ****************************************************************************/
 229
 230 /*
 231  * Writes the command to the IOMMUs command buffer and informs the
 232  * hardware about the new command. Must be called with iommu->lock held.
 233  */
 234 static int __iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
 235 {
 236         u32 tail, head;
 237         u8 *target;
 238
 239         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
 240         target = iommu->cmd_buf + tail;
 241         memcpy_toio(target, cmd, sizeof(*cmd));
 242         tail = (tail + sizeof(*cmd)) % iommu->cmd_buf_size;
 243         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_HEAD_OFFSET);
 244         if (tail == head)
 245                 return -ENOMEM;
 246         writel(tail, iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
 247
 248         return 0;
 249 }
 250
 251 /*
 252  * General queuing function for commands. Takes iommu->lock and calls
 253  * __iommu_queue_command().
 254  */
 255 static int iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
 256 {
 257         unsigned long flags;
 258         int ret;
 259
 260         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 261         ret = __iommu_queue_command(iommu, cmd);
 262         if (!ret)
 263                 iommu->need_sync = true;
 264         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 265
 266         return ret;
 267 }
 268
 269 /*
 270  * This function waits until an IOMMU has completed a completion
 271  * wait command
 272  */
 273 static void __iommu_wait_for_completion(struct amd_iommu *iommu)
 274 {
 275         int ready = 0;
 276         unsigned status = 0;
 277         unsigned long i = 0;
 278
 279         INC_STATS_COUNTER(compl_wait);
 280
 281         while (!ready && (i < EXIT_LOOP_COUNT)) {
 282                 ++i;
 283                 /* wait for the bit to become one */
 284                 status = readl(iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
 285                 ready = status & MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
 286         }
 287
 288         /* set bit back to zero */
 289         status &= ~MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
 290         writel(status, iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
 291
 292         if (unlikely(i == EXIT_LOOP_COUNT))
 293                 panic("AMD IOMMU: Completion wait loop failed\n");
 294 }
 295
 296 /*
 297  * This function queues a completion wait command into the command
 298  * buffer of an IOMMU
 299  */
 300 static int __iommu_completion_wait(struct amd_iommu *iommu)
 301 {
 302         struct iommu_cmd cmd;
 303
 304          memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
 305          cmd.data[0] = CMD_COMPL_WAIT_INT_MASK;
 306          CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_COMPL_WAIT);
 307
 308          return __iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 309 }
 310
 311 /*
 312  * This function is called whenever we need to ensure that the IOMMU has
 313  * completed execution of all commands we sent. It sends a
 314  * COMPLETION_WAIT command and waits for it to finish. The IOMMU informs
 315  * us about that by writing a value to a physical address we pass with
 316  * the command.
 317  */
 318 static int iommu_completion_wait(struct amd_iommu *iommu)
 319 {
 320         int ret = 0;
 321         unsigned long flags;
 322
 323         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 324
 325         if (!iommu->need_sync)
 326                 goto out;
 327
 328         ret = __iommu_completion_wait(iommu);
 329
 330         iommu->need_sync = false;
 331
 332         if (ret)
 333                 goto out;
 334
 335         __iommu_wait_for_completion(iommu);
 336
 337 out:
 338         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 339
 340         return 0;
 341 }
 342
 343 /*
 344  * Command send function for invalidating a device table entry
 345  */
 346 static int iommu_queue_inv_dev_entry(struct amd_iommu *iommu, u16 devid)
 347 {
 348         struct iommu_cmd cmd;
 349         int ret;
 350
 351         BUG_ON(iommu == NULL);
 352
 353         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
 354         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_INV_DEV_ENTRY);
 355         cmd.data[0] = devid;
 356
 357         ret = iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 358
 359         return ret;
 360 }
 361
 362 static void __iommu_build_inv_iommu_pages(struct iommu_cmd *cmd, u64 address,
 363                                           u16 domid, int pde, int s)
 364 {
 365         memset(cmd, 0, sizeof(*cmd));
 366         address &= PAGE_MASK;
 367         CMD_SET_TYPE(cmd, CMD_INV_IOMMU_PAGES);
 368         cmd->data[1] |= domid;
 369         cmd->data[2] = lower_32_bits(address);
 370         cmd->data[3] = upper_32_bits(address);
 371         if (s) /* size bit - we flush more than one 4kb page */
 372                 cmd->data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_SIZE_MASK;
 373         if (pde) /* PDE bit - we wan't flush everything not only the PTEs */
 374                 cmd->data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_PDE_MASK;
 375 }
 376
 377 /*
 378  * Generic command send function for invalidaing TLB entries
 379  */
 380 static int iommu_queue_inv_iommu_pages(struct amd_iommu *iommu,
 381                 u64 address, u16 domid, int pde, int s)
 382 {
 383         struct iommu_cmd cmd;
 384         int ret;
 385
 386         __iommu_build_inv_iommu_pages(&cmd, address, domid, pde, s);
 387
 388         ret = iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 389
 390         return ret;
 391 }
 392
 393 /*
 394  * TLB invalidation function which is called from the mapping functions.
 395  * It invalidates a single PTE if the range to flush is within a single
 396  * page. Otherwise it flushes the whole TLB of the IOMMU.
 397  */
 398 static int iommu_flush_pages(struct amd_iommu *iommu, u16 domid,
 399                 u64 address, size_t size)
 400 {
 401         int s = 0;
 402         unsigned pages = iommu_num_pages(address, size, PAGE_SIZE);
 403
 404         address &= PAGE_MASK;
 405
 406         if (pages > 1) {
 407                 /*
 408                  * If we have to flush more than one page, flush all
 409                  * TLB entries for this domain
 410                  */
 411                 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
 412                 s = 1;
 413         }
 414
 415         iommu_queue_inv_iommu_pages(iommu, address, domid, 0, s);
 416
 417         return 0;
 418 }
 419
 420 /* Flush the whole IO/TLB for a given protection domain */
 421 static void iommu_flush_tlb(struct amd_iommu *iommu, u16 domid)
 422 {
 423         u64 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
 424
 425         INC_STATS_COUNTER(domain_flush_single);
 426
 427         iommu_queue_inv_iommu_pages(iommu, address, domid, 0, 1);
 428 }
 429
 430 /*
 431  * This function is used to flush the IO/TLB for a given protection domain
 432  * on every IOMMU in the system
 433  */
 434 static void iommu_flush_domain(u16 domid)
 435 {
 436         unsigned long flags;
 437         struct amd_iommu *iommu;
 438         struct iommu_cmd cmd;
 439
 440         INC_STATS_COUNTER(domain_flush_all);
 441
 442         __iommu_build_inv_iommu_pages(&cmd, CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS,
 443                                       domid, 1, 1);
 444
 445         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
 446                 spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 447                 __iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 448                 __iommu_completion_wait(iommu);
 449                 __iommu_wait_for_completion(iommu);
 450                 spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 451         }
 452 }
 453
 454 /****************************************************************************
 455  *
 456  * The functions below are used the create the page table mappings for
 457  * unity mapped regions.
 458  *
 459  ****************************************************************************/
 460
 461 /*
 462  * Generic mapping functions. It maps a physical address into a DMA
 463  * address space. It allocates the page table pages if necessary.
 464  * In the future it can be extended to a generic mapping function
 465  * supporting all features of AMD IOMMU page tables like level skipping
 466  * and full 64 bit address spaces.
 467  */
 468 static int iommu_map_page(struct protection_domain *dom,
 469                           unsigned long bus_addr,
 470                           unsigned long phys_addr,
 471                           int prot)
 472 {
 473         u64 __pte, *pte;
 474
 475         bus_addr  = PAGE_ALIGN(bus_addr);
 476         phys_addr = PAGE_ALIGN(phys_addr);
 477
 478         /* only support 512GB address spaces for now */
 479         if (bus_addr > IOMMU_MAP_SIZE_L3 || !(prot & IOMMU_PROT_MASK))
 480                 return -EINVAL;
 481
 482         pte = alloc_pte(dom, bus_addr, NULL, GFP_KERNEL);
 483
 484         if (IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
 485                 return -EBUSY;
 486
 487         __pte = phys_addr | IOMMU_PTE_P;
 488         if (prot & IOMMU_PROT_IR)
 489                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
 490         if (prot & IOMMU_PROT_IW)
 491                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
 492
 493         *pte = __pte;
 494
 495         return 0;
 496 }
 497
 498 static void iommu_unmap_page(struct protection_domain *dom,
 499                              unsigned long bus_addr)
 500 {
 501         u64 *pte;
 502
 503         pte = &dom->pt_root[IOMMU_PTE_L2_INDEX(bus_addr)];
 504
 505         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
 506                 return;
 507
 508         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
 509         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(bus_addr)];
 510
 511         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
 512                 return;
 513
 514         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
 515         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(bus_addr)];
 516
 517         *pte = 0;
 518 }
 519
 520 /*
 521  * This function checks if a specific unity mapping entry is needed for
 522  * this specific IOMMU.
 523  */
 524 static int iommu_for_unity_map(struct amd_iommu *iommu,
 525                                struct unity_map_entry *entry)
 526 {
 527         u16 bdf, i;
 528
 529         for (i = entry->devid_start; i <= entry->devid_end; ++i) {
 530                 bdf = amd_iommu_alias_table[i];
 531                 if (amd_iommu_rlookup_table[bdf] == iommu)
 532                         return 1;
 533         }
 534
 535         return 0;
 536 }
 537
 538 /*
 539  * Init the unity mappings for a specific IOMMU in the system
 540  *
 541  * Basically iterates over all unity mapping entries and applies them to
 542  * the default domain DMA of that IOMMU if necessary.
 543  */
 544 static int iommu_init_unity_mappings(struct amd_iommu *iommu)
 545 {
 546         struct unity_map_entry *entry;
 547         int ret;
 548
 549         list_for_each_entry(entry, &amd_iommu_unity_map, list) {
 550                 if (!iommu_for_unity_map(iommu, entry))
 551                         continue;
 552                 ret = dma_ops_unity_map(iommu->default_dom, entry);
 553                 if (ret)
 554                         return ret;
 555         }
 556
 557         return 0;
 558 }
 559
 560 /*
 561  * This function actually applies the mapping to the page table of the
 562  * dma_ops domain.
 563  */
 564 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
 565                              struct unity_map_entry *e)
 566 {
 567         u64 addr;
 568         int ret;
 569
 570         for (addr = e->address_start; addr < e->address_end;
 571              addr += PAGE_SIZE) {
 572                 ret = iommu_map_page(&dma_dom->domain, addr, addr, e->prot);
 573                 if (ret)
 574                         return ret;
 575                 /*
 576                  * if unity mapping is in aperture range mark the page
 577                  * as allocated in the aperture
 578                  */
 579                 if (addr < dma_dom->aperture_size)
 580                         __set_bit(addr >> PAGE_SHIFT,
 581                                   dma_dom->aperture.bitmap);
 582         }
 583
 584         return 0;
 585 }
 586
 587 /*
 588  * Inits the unity mappings required for a specific device
 589  */
 590 static int init_unity_mappings_for_device(struct dma_ops_domain *dma_dom,
 591                                           u16 devid)
 592 {
 593         struct unity_map_entry *e;
 594         int ret;
 595
 596         list_for_each_entry(e, &amd_iommu_unity_map, list) {
 597                 if (!(devid >= e->devid_start && devid <= e->devid_end))
 598                         continue;
 599                 ret = dma_ops_unity_map(dma_dom, e);
 600                 if (ret)
 601                         return ret;
 602         }
 603
 604         return 0;
 605 }
 606
 607 /****************************************************************************
 608  *
 609  * The next functions belong to the address allocator for the dma_ops
 610  * interface functions. They work like the allocators in the other IOMMU
 611  * drivers. Its basically a bitmap which marks the allocated pages in
 612  * the aperture. Maybe it could be enhanced in the future to a more
 613  * efficient allocator.
 614  *
 615  ****************************************************************************/
 616
 617 /*
 618  * The address allocator core function.
 619  *
 620  * called with domain->lock held
 621  */
 622 static unsigned long dma_ops_alloc_addresses(struct device *dev,
 623                                              struct dma_ops_domain *dom,
 624                                              unsigned int pages,
 625                                              unsigned long align_mask,
 626                                              u64 dma_mask)
 627 {
 628         unsigned long limit;
 629         unsigned long address;
 630         unsigned long boundary_size;
 631
 632         boundary_size = ALIGN(dma_get_seg_boundary(dev) + 1,
 633                         PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
 634         limit = iommu_device_max_index(dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT, 0,
 635                                        dma_mask >> PAGE_SHIFT);
 636
 637         if (dom->next_bit >= limit) {
 638                 dom->next_bit = 0;
 639                 dom->need_flush = true;
 640         }
 641
 642         address = iommu_area_alloc(dom->aperture.bitmap, limit, dom->next_bit,
 643                                    pages, 0 , boundary_size, align_mask);
 644         if (address == -1) {
 645                 address = iommu_area_alloc(dom->aperture.bitmap, limit, 0,
 646                                            pages, 0, boundary_size,
 647                                            align_mask);
 648                 dom->need_flush = true;
 649         }
 650
 651         if (likely(address != -1)) {
 652                 dom->next_bit = address + pages;
 653                 address <<= PAGE_SHIFT;
 654         } else
 655                 address = bad_dma_address;
 656
 657         WARN_ON((address + (PAGE_SIZE*pages)) > dom->aperture_size);
 658
 659         return address;
 660 }
 661
 662 /*
 663  * The address free function.
 664  *
 665  * called with domain->lock held
 666  */
 667 static void dma_ops_free_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
 668                                    unsigned long address,
 669                                    unsigned int pages)
 670 {
 671         address >>= PAGE_SHIFT;
 672         iommu_area_free(dom->aperture.bitmap, address, pages);
 673
 674         if (address >= dom->next_bit)
 675                 dom->need_flush = true;
 676 }
 677
 678 /****************************************************************************
 679  *
 680  * The next functions belong to the domain allocation. A domain is
 681  * allocated for every IOMMU as the default domain. If device isolation
 682  * is enabled, every device get its own domain. The most important thing
 683  * about domains is the page table mapping the DMA address space they
 684  * contain.
 685  *
 686  ****************************************************************************/
 687
 688 static u16 domain_id_alloc(void)
 689 {
 690         unsigned long flags;
 691         int id;
 692
 693         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 694         id = find_first_zero_bit(amd_iommu_pd_alloc_bitmap, MAX_DOMAIN_ID);
 695         BUG_ON(id == 0);
 696         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
 697                 __set_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
 698         else
 699                 id = 0;
 700         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 701
 702         return id;
 703 }
 704
 705 static void domain_id_free(int id)
 706 {
 707         unsigned long flags;
 708
 709         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 710         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
 711                 __clear_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
 712         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 713 }
 714
 715 /*
 716  * Used to reserve address ranges in the aperture (e.g. for exclusion
 717  * ranges.
 718  */
 719 static void dma_ops_reserve_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
 720                                       unsigned long start_page,
 721                                       unsigned int pages)
 722 {
 723         unsigned int last_page = dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT;
 724
 725         if (start_page + pages > last_page)
 726                 pages = last_page - start_page;
 727
 728         iommu_area_reserve(dom->aperture.bitmap, start_page, pages);
 729 }
 730
 731 static void free_pagetable(struct protection_domain *domain)
 732 {
 733         int i, j;
 734         u64 *p1, *p2, *p3;
 735
 736         p1 = domain->pt_root;
 737
 738         if (!p1)
 739                 return;
 740
 741         for (i = 0; i < 512; ++i) {
 742                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p1[i]))
 743                         continue;
 744
 745                 p2 = IOMMU_PTE_PAGE(p1[i]);
 746                 for (j = 0; j < 512; ++j) {
 747                         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p2[j]))
 748                                 continue;
 749                         p3 = IOMMU_PTE_PAGE(p2[j]);
 750                         free_page((unsigned long)p3);
 751                 }
 752
 753                 free_page((unsigned long)p2);
 754         }
 755
 756         free_page((unsigned long)p1);
 757
 758         domain->pt_root = NULL;
 759 }
 760
 761 /*
 762  * Free a domain, only used if something went wrong in the
 763  * allocation path and we need to free an already allocated page table
 764  */
 765 static void dma_ops_domain_free(struct dma_ops_domain *dom)
 766 {
 767         if (!dom)
 768                 return;
 769
 770         free_pagetable(&dom->domain);
 771
 772         free_page((unsigned long)dom->aperture.bitmap);
 773
 774         kfree(dom);
 775 }
 776
 777 /*
 778  * Allocates a new protection domain usable for the dma_ops functions.
 779  * It also intializes the page table and the address allocator data
 780  * structures required for the dma_ops interface
 781  */
 782 static struct dma_ops_domain *dma_ops_domain_alloc(struct amd_iommu *iommu,
 783                                                    unsigned order)
 784 {
 785         struct dma_ops_domain *dma_dom;
 786         unsigned i, num_pte_pages;
 787         u64 *l2_pde;
 788         u64 address;
 789
 790         /*
 791          * Currently the DMA aperture must be between 32 MB and 1GB in size
 792          */
 793         if ((order < 25) || (order > 30))
 794                 return NULL;
 795
 796         dma_dom = kzalloc(sizeof(struct dma_ops_domain), GFP_KERNEL);
 797         if (!dma_dom)
 798                 return NULL;
 799
 800         spin_lock_init(&dma_dom->domain.lock);
 801
 802         dma_dom->domain.id = domain_id_alloc();
 803         if (dma_dom->domain.id == 0)
 804                 goto free_dma_dom;
 805         dma_dom->domain.mode = PAGE_MODE_3_LEVEL;
 806         dma_dom->domain.pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 807         dma_dom->domain.flags = PD_DMA_OPS_MASK;
 808         dma_dom->domain.priv = dma_dom;
 809         if (!dma_dom->domain.pt_root)
 810                 goto free_dma_dom;
 811         dma_dom->aperture_size = APERTURE_RANGE_SIZE;
 812         dma_dom->aperture.bitmap = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 813         if (!dma_dom->aperture.bitmap)
 814                 goto free_dma_dom;
 815         /*
 816          * mark the first page as allocated so we never return 0 as
 817          * a valid dma-address. So we can use 0 as error value
 818          */
 819         dma_dom->aperture.bitmap[0] = 1;
 820         dma_dom->next_bit = 0;
 821
 822         dma_dom->need_flush = false;
 823         dma_dom->target_dev = 0xffff;
 824
 825         /* Intialize the exclusion range if necessary */
 826         if (iommu->exclusion_start &&
 827             iommu->exclusion_start < dma_dom->aperture_size) {
 828                 unsigned long startpage = iommu->exclusion_start >> PAGE_SHIFT;
 829                 int pages = iommu_num_pages(iommu->exclusion_start,
 830                                             iommu->exclusion_length,
 831                                             PAGE_SIZE);
 832                 dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, startpage, pages);
 833         }
 834
 835         /*
 836          * At the last step, build the page tables so we don't need to
 837          * allocate page table pages in the dma_ops mapping/unmapping
 838          * path for the first 128MB of dma address space.
 839          */
 840         num_pte_pages = dma_dom->aperture_size / (PAGE_SIZE * 512);
 841
 842         l2_pde = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 843         if (l2_pde == NULL)
 844                 goto free_dma_dom;
 845
 846         dma_dom->domain.pt_root[0] = IOMMU_L2_PDE(virt_to_phys(l2_pde));
 847
 848         for (i = 0; i < num_pte_pages; ++i) {
 849                 u64 **pte_page = &dma_dom->aperture.pte_pages[i];
 850                 *pte_page = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 851                 if (!*pte_page)
 852                         goto free_dma_dom;
 853                 address = virt_to_phys(*pte_page);
 854                 l2_pde[i] = IOMMU_L1_PDE(address);
 855         }
 856
 857         return dma_dom;
 858
 859 free_dma_dom:
 860         dma_ops_domain_free(dma_dom);
 861
 862         return NULL;
 863 }
 864
 865 /*
 866  * little helper function to check whether a given protection domain is a
 867  * dma_ops domain
 868  */
 869 static bool dma_ops_domain(struct protection_domain *domain)
 870 {
 871         return domain->flags & PD_DMA_OPS_MASK;
 872 }
 873
 874 /*
 875  * Find out the protection domain structure for a given PCI device. This
 876  * will give us the pointer to the page table root for example.
 877  */
 878 static struct protection_domain *domain_for_device(u16 devid)
 879 {
 880         struct protection_domain *dom;
 881         unsigned long flags;
 882
 883         read_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 884         dom = amd_iommu_pd_table[devid];
 885         read_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 886
 887         return dom;
 888 }
 889
 890 /*
 891  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
 892  * assigns it visible for the hardware
 893  */
 894 static void attach_device(struct amd_iommu *iommu,
 895                           struct protection_domain *domain,
 896                           u16 devid)
 897 {
 898         unsigned long flags;
 899         u64 pte_root = virt_to_phys(domain->pt_root);
 900
 901         domain->dev_cnt += 1;
 902
 903         pte_root |= (domain->mode & DEV_ENTRY_MODE_MASK)
 904                     << DEV_ENTRY_MODE_SHIFT;
 905         pte_root |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
 906
 907         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 908         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = lower_32_bits(pte_root);
 909         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = upper_32_bits(pte_root);
 910         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = domain->id;
 911
 912         amd_iommu_pd_table[devid] = domain;
 913         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 914
 915         iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, devid);
 916 }
 917
 918 /*
 919  * Removes a device from a protection domain (unlocked)
 920  */
 921 static void __detach_device(struct protection_domain *domain, u16 devid)
 922 {
 923
 924         /* lock domain */
 925         spin_lock(&domain->lock);
 926
 927         /* remove domain from the lookup table */
 928         amd_iommu_pd_table[devid] = NULL;
 929
 930         /* remove entry from the device table seen by the hardware */
 931         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
 932         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = 0;
 933         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = 0;
 934
 935         /* decrease reference counter */
 936         domain->dev_cnt -= 1;
 937
 938         /* ready */
 939         spin_unlock(&domain->lock);
 940 }
 941
 942 /*
 943  * Removes a device from a protection domain (with devtable_lock held)
 944  */
 945 static void detach_device(struct protection_domain *domain, u16 devid)
 946 {
 947         unsigned long flags;
 948
 949         /* lock device table */
 950         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 951         __detach_device(domain, devid);
 952         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 953 }
 954
 955 static int device_change_notifier(struct notifier_block *nb,
 956                                   unsigned long action, void *data)
 957 {
 958         struct device *dev = data;
 959         struct pci_dev *pdev = to_pci_dev(dev);
 960         u16 devid = calc_devid(pdev->bus->number, pdev->devfn);
 961         struct protection_domain *domain;
 962         struct dma_ops_domain *dma_domain;
 963         struct amd_iommu *iommu;
 964         int order = amd_iommu_aperture_order;
 965         unsigned long flags;
 966
 967         if (devid > amd_iommu_last_bdf)
 968                 goto out;
 969
 970         devid = amd_iommu_alias_table[devid];
 971
 972         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
 973         if (iommu == NULL)
 974                 goto out;
 975
 976         domain = domain_for_device(devid);
 977
 978         if (domain && !dma_ops_domain(domain))
 979                 WARN_ONCE(1, "AMD IOMMU WARNING: device %s already bound "
 980                           "to a non-dma-ops domain\n", dev_name(dev));
 981
 982         switch (action) {
 983         case BUS_NOTIFY_BOUND_DRIVER:
 984                 if (domain)
 985                         goto out;
 986                 dma_domain = find_protection_domain(devid);
 987                 if (!dma_domain)
 988                         dma_domain = iommu->default_dom;
 989                 attach_device(iommu, &dma_domain->domain, devid);
 990                 printk(KERN_INFO "AMD IOMMU: Using protection domain %d for "
 991                        "device %s\n", dma_domain->domain.id, dev_name(dev));
 992                 break;
 993         case BUS_NOTIFY_UNBIND_DRIVER:
 994                 if (!domain)
 995                         goto out;
 996                 detach_device(domain, devid);
 997                 break;
 998         case BUS_NOTIFY_ADD_DEVICE:
 999                 /* allocate a protection domain if a device is added */
1000                 dma_domain = find_protection_domain(devid);
1001                 if (dma_domain)
1002                         goto out;
1003                 dma_domain = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1004                 if (!dma_domain)
1005                         goto out;
1006                 dma_domain->target_dev = devid;
1007
1008                 spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
1009                 list_add_tail(&dma_domain->list, &iommu_pd_list);
1010                 spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
1011
1012                 break;
1013         default:
1014                 goto out;
1015         }
1016
1017         iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, devid);
1018         iommu_completion_wait(iommu);
1019
1020 out:
1021         return 0;
1022 }
1023
1024 struct notifier_block device_nb = {
1025         .notifier_call = device_change_notifier,
1026 };
1027
1028 /*****************************************************************************
1029  *
1030  * The next functions belong to the dma_ops mapping/unmapping code.
1031  *
1032  *****************************************************************************/
1033
1034 /*
1035  * This function checks if the driver got a valid device from the caller to
1036  * avoid dereferencing invalid pointers.
1037  */
1038 static bool check_device(struct device *dev)
1039 {
1040         if (!dev || !dev->dma_mask)
1041                 return false;
1042
1043         return true;
1044 }
1045
1046 /*
1047  * In this function the list of preallocated protection domains is traversed to
1048  * find the domain for a specific device
1049  */
1050 static struct dma_ops_domain *find_protection_domain(u16 devid)
1051 {
1052         struct dma_ops_domain *entry, *ret = NULL;
1053         unsigned long flags;
1054
1055         if (list_empty(&iommu_pd_list))
1056                 return NULL;
1057
1058         spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
1059
1060         list_for_each_entry(entry, &iommu_pd_list, list) {
1061                 if (entry->target_dev == devid) {
1062                         ret = entry;
1063                         break;
1064                 }
1065         }
1066
1067         spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
1068
1069         return ret;
1070 }
1071
1072 /*
1073  * In the dma_ops path we only have the struct device. This function
1074  * finds the corresponding IOMMU, the protection domain and the
1075  * requestor id for a given device.
1076  * If the device is not yet associated with a domain this is also done
1077  * in this function.
1078  */
1079 static int get_device_resources(struct device *dev,
1080                                 struct amd_iommu **iommu,
1081                                 struct protection_domain **domain,
1082                                 u16 *bdf)
1083 {
1084         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1085         struct pci_dev *pcidev;
1086         u16 _bdf;
1087
1088         *iommu = NULL;
1089         *domain = NULL;
1090         *bdf = 0xffff;
1091
1092         if (dev->bus != &pci_bus_type)
1093                 return 0;
1094
1095         pcidev = to_pci_dev(dev);
1096         _bdf = calc_devid(pcidev->bus->number, pcidev->devfn);
1097
1098         /* device not translated by any IOMMU in the system? */
1099         if (_bdf > amd_iommu_last_bdf)
1100                 return 0;
1101
1102         *bdf = amd_iommu_alias_table[_bdf];
1103
1104         *iommu = amd_iommu_rlookup_table[*bdf];
1105         if (*iommu == NULL)
1106                 return 0;
1107         *domain = domain_for_device(*bdf);
1108         if (*domain == NULL) {
1109                 dma_dom = find_protection_domain(*bdf);
1110                 if (!dma_dom)
1111                         dma_dom = (*iommu)->default_dom;
1112                 *domain = &dma_dom->domain;
1113                 attach_device(*iommu, *domain, *bdf);
1114                 printk(KERN_INFO "AMD IOMMU: Using protection domain %d for "
1115                                 "device %s\n", (*domain)->id, dev_name(dev));
1116         }
1117
1118         if (domain_for_device(_bdf) == NULL)
1119                 attach_device(*iommu, *domain, _bdf);
1120
1121         return 1;
1122 }
1123
1124 /*
1125  * If the pte_page is not yet allocated this function is called
1126  */
1127 static u64* alloc_pte(struct protection_domain *dom,
1128                       unsigned long address, u64 **pte_page, gfp_t gfp)
1129 {
1130         u64 *pte, *page;
1131
1132         pte = &dom->pt_root[IOMMU_PTE_L2_INDEX(address)];
1133
1134         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
1135                 page = (u64 *)get_zeroed_page(gfp);
1136                 if (!page)
1137                         return NULL;
1138                 *pte = IOMMU_L2_PDE(virt_to_phys(page));
1139         }
1140
1141         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
1142         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(address)];
1143
1144         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
1145                 page = (u64 *)get_zeroed_page(gfp);
1146                 if (!page)
1147                         return NULL;
1148                 *pte = IOMMU_L1_PDE(virt_to_phys(page));
1149         }
1150
1151         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
1152
1153         if (pte_page)
1154                 *pte_page = pte;
1155
1156         pte = &pte[IOMMU_PTE_L0_INDEX(address)];
1157
1158         return pte;
1159 }
1160
1161 /*
1162  * This function fetches the PTE for a given address in the aperture
1163  */
1164 static u64* dma_ops_get_pte(struct dma_ops_domain *dom,
1165                             unsigned long address)
1166 {
1167         struct aperture_range *aperture = &dom->aperture;
1168         u64 *pte, *pte_page;
1169
1170         pte = aperture->pte_pages[IOMMU_PTE_L1_INDEX(address)];
1171         if (!pte) {
1172                 pte = alloc_pte(&dom->domain, address, &pte_page, GFP_ATOMIC);
1173                 aperture->pte_pages[IOMMU_PTE_L1_INDEX(address)] = pte_page;
1174         }
1175
1176         return pte;
1177 }
1178
1179 /*
1180  * This is the generic map function. It maps one 4kb page at paddr to
1181  * the given address in the DMA address space for the domain.
1182  */
1183 static dma_addr_t dma_ops_domain_map(struct amd_iommu *iommu,
1184                                      struct dma_ops_domain *dom,
1185                                      unsigned long address,
1186                                      phys_addr_t paddr,
1187                                      int direction)
1188 {
1189         u64 *pte, __pte;
1190
1191         WARN_ON(address > dom->aperture_size);
1192
1193         paddr &= PAGE_MASK;
1194
1195         pte  = dma_ops_get_pte(dom, address);
1196         if (!pte)
1197                 return bad_dma_address;
1198
1199         __pte = paddr | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
1200
1201         if (direction == DMA_TO_DEVICE)
1202                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
1203         else if (direction == DMA_FROM_DEVICE)
1204                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
1205         else if (direction == DMA_BIDIRECTIONAL)
1206                 __pte |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW;
1207
1208         WARN_ON(*pte);
1209
1210         *pte = __pte;
1211
1212         return (dma_addr_t)address;
1213 }
1214
1215 /*
1216  * The generic unmapping function for on page in the DMA address space.
1217  */
1218 static void dma_ops_domain_unmap(struct amd_iommu *iommu,
1219                                  struct dma_ops_domain *dom,
1220                                  unsigned long address)
1221 {
1222         u64 *pte;
1223
1224         if (address >= dom->aperture_size)
1225                 return;
1226
1227         WARN_ON(address & ~PAGE_MASK || address >= dom->aperture_size);
1228
1229         pte  = dom->aperture.pte_pages[IOMMU_PTE_L1_INDEX(address)];
1230         pte += IOMMU_PTE_L0_INDEX(address);
1231
1232         WARN_ON(!*pte);
1233
1234         *pte = 0ULL;
1235 }
1236
1237 /*
1238  * This function contains common code for mapping of a physically
1239  * contiguous memory region into DMA address space. It is used by all
1240  * mapping functions provided with this IOMMU driver.
1241  * Must be called with the domain lock held.
1242  */
1243 static dma_addr_t __map_single(struct device *dev,
1244                                struct amd_iommu *iommu,
1245                                struct dma_ops_domain *dma_dom,
1246                                phys_addr_t paddr,
1247                                size_t size,
1248                                int dir,
1249                                bool align,
1250                                u64 dma_mask)
1251 {
1252         dma_addr_t offset = paddr & ~PAGE_MASK;
1253         dma_addr_t address, start, ret;
1254         unsigned int pages;
1255         unsigned long align_mask = 0;
1256         int i;
1257
1258         pages = iommu_num_pages(paddr, size, PAGE_SIZE);
1259         paddr &= PAGE_MASK;
1260
1261         INC_STATS_COUNTER(total_map_requests);
1262
1263         if (pages > 1)
1264                 INC_STATS_COUNTER(cross_page);
1265
1266         if (align)
1267                 align_mask = (1UL << get_order(size)) - 1;
1268
1269         address = dma_ops_alloc_addresses(dev, dma_dom, pages, align_mask,
1270                                           dma_mask);
1271         if (unlikely(address == bad_dma_address))
1272                 goto out;
1273
1274         start = address;
1275         for (i = 0; i < pages; ++i) {
1276                 ret = dma_ops_domain_map(iommu, dma_dom, start, paddr, dir);
1277                 if (ret == bad_dma_address)
1278                         goto out_unmap;
1279
1280                 paddr += PAGE_SIZE;
1281                 start += PAGE_SIZE;
1282         }
1283         address += offset;
1284
1285         ADD_STATS_COUNTER(alloced_io_mem, size);
1286
1287         if (unlikely(dma_dom->need_flush && !amd_iommu_unmap_flush)) {
1288                 iommu_flush_tlb(iommu, dma_dom->domain.id);
1289                 dma_dom->need_flush = false;
1290         } else if (unlikely(iommu_has_npcache(iommu)))
1291                 iommu_flush_pages(iommu, dma_dom->domain.id, address, size);
1292
1293 out:
1294         return address;
1295
1296 out_unmap:
1297
1298         for (--i; i >= 0; --i) {
1299                 start -= PAGE_SIZE;
1300                 dma_ops_domain_unmap(iommu, dma_dom, start);
1301         }
1302
1303         dma_ops_free_addresses(dma_dom, address, pages);
1304
1305         return bad_dma_address;
1306 }
1307
1308 /*
1309  * Does the reverse of the __map_single function. Must be called with
1310  * the domain lock held too
1311  */
1312 static void __unmap_single(struct amd_iommu *iommu,
1313                            struct dma_ops_domain *dma_dom,
1314                            dma_addr_t dma_addr,
1315                            size_t size,
1316                            int dir)
1317 {
1318         dma_addr_t i, start;
1319         unsigned int pages;
1320
1321         if ((dma_addr == bad_dma_address) ||
1322             (dma_addr + size > dma_dom->aperture_size))
1323                 return;
1324
1325         pages = iommu_num_pages(dma_addr, size, PAGE_SIZE);
1326         dma_addr &= PAGE_MASK;
1327         start = dma_addr;
1328
1329         for (i = 0; i < pages; ++i) {
1330                 dma_ops_domain_unmap(iommu, dma_dom, start);
1331                 start += PAGE_SIZE;
1332         }
1333
1334         SUB_STATS_COUNTER(alloced_io_mem, size);
1335
1336         dma_ops_free_addresses(dma_dom, dma_addr, pages);
1337
1338         if (amd_iommu_unmap_flush || dma_dom->need_flush) {
1339                 iommu_flush_pages(iommu, dma_dom->domain.id, dma_addr, size);
1340                 dma_dom->need_flush = false;
1341         }
1342 }
1343
1344 /*
1345  * The exported map_single function for dma_ops.
1346  */
1347 static dma_addr_t map_page(struct device *dev, struct page *page,
1348                            unsigned long offset, size_t size,
1349                            enum dma_data_direction dir,
1350                            struct dma_attrs *attrs)
1351 {
1352         unsigned long flags;
1353         struct amd_iommu *iommu;
1354         struct protection_domain *domain;
1355         u16 devid;
1356         dma_addr_t addr;
1357         u64 dma_mask;
1358         phys_addr_t paddr = page_to_phys(page) + offset;
1359
1360         INC_STATS_COUNTER(cnt_map_single);
1361
1362         if (!check_device(dev))
1363                 return bad_dma_address;
1364
1365         dma_mask = *dev->dma_mask;
1366
1367         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1368
1369         if (iommu == NULL || domain == NULL)
1370                 /* device not handled by any AMD IOMMU */
1371                 return (dma_addr_t)paddr;
1372
1373         if (!dma_ops_domain(domain))
1374                 return bad_dma_address;
1375
1376         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1377         addr = __map_single(dev, iommu, domain->priv, paddr, size, dir, false,
1378                             dma_mask);
1379         if (addr == bad_dma_address)
1380                 goto out;
1381
1382         iommu_completion_wait(iommu);
1383
1384 out:
1385         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1386
1387         return addr;
1388 }
1389
1390 /*
1391  * The exported unmap_single function for dma_ops.
1392  */
1393 static void unmap_page(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr, size_t size,
1394                        enum dma_data_direction dir, struct dma_attrs *attrs)
1395 {
1396         unsigned long flags;
1397         struct amd_iommu *iommu;
1398         struct protection_domain *domain;
1399         u16 devid;
1400
1401         INC_STATS_COUNTER(cnt_unmap_single);
1402
1403         if (!check_device(dev) ||
1404             !get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1405                 /* device not handled by any AMD IOMMU */
1406                 return;
1407
1408         if (!dma_ops_domain(domain))
1409                 return;
1410
1411         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1412
1413         __unmap_single(iommu, domain->priv, dma_addr, size, dir);
1414
1415         iommu_completion_wait(iommu);
1416
1417         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1418 }
1419
1420 /*
1421  * This is a special map_sg function which is used if we should map a
1422  * device which is not handled by an AMD IOMMU in the system.
1423  */
1424 static int map_sg_no_iommu(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1425                            int nelems, int dir)
1426 {
1427         struct scatterlist *s;
1428         int i;
1429
1430         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1431                 s->dma_address = (dma_addr_t)sg_phys(s);
1432                 s->dma_length  = s->length;
1433         }
1434
1435         return nelems;
1436 }
1437
1438 /*
1439  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1440  * lists).
1441  */
1442 static int map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1443                   int nelems, enum dma_data_direction dir,
1444                   struct dma_attrs *attrs)
1445 {
1446         unsigned long flags;
1447         struct amd_iommu *iommu;
1448         struct protection_domain *domain;
1449         u16 devid;
1450         int i;
1451         struct scatterlist *s;
1452         phys_addr_t paddr;
1453         int mapped_elems = 0;
1454         u64 dma_mask;
1455
1456         INC_STATS_COUNTER(cnt_map_sg);
1457
1458         if (!check_device(dev))
1459                 return 0;
1460
1461         dma_mask = *dev->dma_mask;
1462
1463         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1464
1465         if (!iommu || !domain)
1466                 return map_sg_no_iommu(dev, sglist, nelems, dir);
1467
1468         if (!dma_ops_domain(domain))
1469                 return 0;
1470
1471         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1472
1473         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1474                 paddr = sg_phys(s);
1475
1476                 s->dma_address = __map_single(dev, iommu, domain->priv,
1477                                               paddr, s->length, dir, false,
1478                                               dma_mask);
1479
1480                 if (s->dma_address) {
1481                         s->dma_length = s->length;
1482                         mapped_elems++;
1483                 } else
1484                         goto unmap;
1485         }
1486
1487         iommu_completion_wait(iommu);
1488
1489 out:
1490         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1491
1492         return mapped_elems;
1493 unmap:
1494         for_each_sg(sglist, s, mapped_elems, i) {
1495                 if (s->dma_address)
1496                         __unmap_single(iommu, domain->priv, s->dma_address,
1497                                        s->dma_length, dir);
1498                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
1499         }
1500
1501         mapped_elems = 0;
1502
1503         goto out;
1504 }
1505
1506 /*
1507  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1508  * lists).
1509  */
1510 static void unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1511                      int nelems, enum dma_data_direction dir,
1512                      struct dma_attrs *attrs)
1513 {
1514         unsigned long flags;
1515         struct amd_iommu *iommu;
1516         struct protection_domain *domain;
1517         struct scatterlist *s;
1518         u16 devid;
1519         int i;
1520
1521         INC_STATS_COUNTER(cnt_unmap_sg);
1522
1523         if (!check_device(dev) ||
1524             !get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1525                 return;
1526
1527         if (!dma_ops_domain(domain))
1528                 return;
1529
1530         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1531
1532         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1533                 __unmap_single(iommu, domain->priv, s->dma_address,
1534                                s->dma_length, dir);
1535                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
1536         }
1537
1538         iommu_completion_wait(iommu);
1539
1540         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1541 }
1542
1543 /*
1544  * The exported alloc_coherent function for dma_ops.
1545  */
1546 static void *alloc_coherent(struct device *dev, size_t size,
1547                             dma_addr_t *dma_addr, gfp_t flag)
1548 {
1549         unsigned long flags;
1550         void *virt_addr;
1551         struct amd_iommu *iommu;
1552         struct protection_domain *domain;
1553         u16 devid;
1554         phys_addr_t paddr;
1555         u64 dma_mask = dev->coherent_dma_mask;
1556
1557         INC_STATS_COUNTER(cnt_alloc_coherent);
1558
1559         if (!check_device(dev))
1560                 return NULL;
1561
1562         if (!get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1563                 flag &= ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM | __GFP_DMA32);
1564
1565         flag |= __GFP_ZERO;
1566         virt_addr = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
1567         if (!virt_addr)
1568                 return 0;
1569
1570         paddr = virt_to_phys(virt_addr);
1571
1572         if (!iommu || !domain) {
1573                 *dma_addr = (dma_addr_t)paddr;
1574                 return virt_addr;
1575         }
1576
1577         if (!dma_ops_domain(domain))
1578                 goto out_free;
1579
1580         if (!dma_mask)
1581                 dma_mask = *dev->dma_mask;
1582
1583         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1584
1585         *dma_addr = __map_single(dev, iommu, domain->priv, paddr,
1586                                  size, DMA_BIDIRECTIONAL, true, dma_mask);
1587
1588         if (*dma_addr == bad_dma_address)
1589                 goto out_free;
1590
1591         iommu_completion_wait(iommu);
1592
1593         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1594
1595         return virt_addr;
1596
1597 out_free:
1598
1599         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
1600
1601         return NULL;
1602 }
1603
1604 /*
1605  * The exported free_coherent function for dma_ops.
1606  */
1607 static void free_coherent(struct device *dev, size_t size,
1608                           void *virt_addr, dma_addr_t dma_addr)
1609 {
1610         unsigned long flags;
1611         struct amd_iommu *iommu;
1612         struct protection_domain *domain;
1613         u16 devid;
1614
1615         INC_STATS_COUNTER(cnt_free_coherent);
1616
1617         if (!check_device(dev))
1618                 return;
1619
1620         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1621
1622         if (!iommu || !domain)
1623                 goto free_mem;
1624
1625         if (!dma_ops_domain(domain))
1626                 goto free_mem;
1627
1628         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1629
1630         __unmap_single(iommu, domain->priv, dma_addr, size, DMA_BIDIRECTIONAL);
1631
1632         iommu_completion_wait(iommu);
1633
1634         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1635
1636 free_mem:
1637         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
1638 }
1639
1640 /*
1641  * This function is called by the DMA layer to find out if we can handle a
1642  * particular device. It is part of the dma_ops.
1643  */
1644 static int amd_iommu_dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
1645 {
1646         u16 bdf;
1647         struct pci_dev *pcidev;
1648
1649         /* No device or no PCI device */
1650         if (!dev || dev->bus != &pci_bus_type)
1651                 return 0;
1652
1653         pcidev = to_pci_dev(dev);
1654
1655         bdf = calc_devid(pcidev->bus->number, pcidev->devfn);
1656
1657         /* Out of our scope? */
1658         if (bdf > amd_iommu_last_bdf)
1659                 return 0;
1660
1661         return 1;
1662 }
1663
1664 /*
1665  * The function for pre-allocating protection domains.
1666  *
1667  * If the driver core informs the DMA layer if a driver grabs a device
1668  * we don't need to preallocate the protection domains anymore.
1669  * For now we have to.
1670  */
1671 static void prealloc_protection_domains(void)
1672 {
1673         struct pci_dev *dev = NULL;
1674         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1675         struct amd_iommu *iommu;
1676         int order = amd_iommu_aperture_order;
1677         u16 devid;
1678
1679         while ((dev = pci_get_device(PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, dev)) != NULL) {
1680                 devid = calc_devid(dev->bus->number, dev->devfn);
1681                 if (devid > amd_iommu_last_bdf)
1682                         continue;
1683                 devid = amd_iommu_alias_table[devid];
1684                 if (domain_for_device(devid))
1685                         continue;
1686                 iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1687                 if (!iommu)
1688                         continue;
1689                 dma_dom = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1690                 if (!dma_dom)
1691                         continue;
1692                 init_unity_mappings_for_device(dma_dom, devid);
1693                 dma_dom->target_dev = devid;
1694
1695                 list_add_tail(&dma_dom->list, &iommu_pd_list);
1696         }
1697 }
1698
1699 static struct dma_map_ops amd_iommu_dma_ops = {
1700         .alloc_coherent = alloc_coherent,
1701         .free_coherent = free_coherent,
1702         .map_page = map_page,
1703         .unmap_page = unmap_page,
1704         .map_sg = map_sg,
1705         .unmap_sg = unmap_sg,
1706         .dma_supported = amd_iommu_dma_supported,
1707 };
1708
1709 /*
1710  * The function which clues the AMD IOMMU driver into dma_ops.
1711  */
1712 int __init amd_iommu_init_dma_ops(void)
1713 {
1714         struct amd_iommu *iommu;
1715         int order = amd_iommu_aperture_order;
1716         int ret;
1717
1718         /*
1719          * first allocate a default protection domain for every IOMMU we
1720          * found in the system. Devices not assigned to any other
1721          * protection domain will be assigned to the default one.
1722          */
1723         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
1724                 iommu->default_dom = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1725                 if (iommu->default_dom == NULL)
1726                         return -ENOMEM;
1727                 iommu->default_dom->domain.flags |= PD_DEFAULT_MASK;
1728                 ret = iommu_init_unity_mappings(iommu);
1729                 if (ret)
1730                         goto free_domains;
1731         }
1732
1733         /*
1734          * If device isolation is enabled, pre-allocate the protection
1735          * domains for each device.
1736          */
1737         if (amd_iommu_isolate)
1738                 prealloc_protection_domains();
1739
1740         iommu_detected = 1;
1741         force_iommu = 1;
1742         bad_dma_address = 0;
1743 #ifdef CONFIG_GART_IOMMU
1744         gart_iommu_aperture_disabled = 1;
1745         gart_iommu_aperture = 0;
1746 #endif
1747
1748         /* Make the driver finally visible to the drivers */
1749         dma_ops = &amd_iommu_dma_ops;
1750
1751         register_iommu(&amd_iommu_ops);
1752
1753         bus_register_notifier(&pci_bus_type, &device_nb);
1754
1755         amd_iommu_stats_init();
1756
1757         return 0;
1758
1759 free_domains:
1760
1761         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
1762                 if (iommu->default_dom)
1763                         dma_ops_domain_free(iommu->default_dom);
1764         }
1765
1766         return ret;
1767 }
1768
1769 /*****************************************************************************
1770  *
1771  * The following functions belong to the exported interface of AMD IOMMU
1772  *
1773  * This interface allows access to lower level functions of the IOMMU
1774  * like protection domain handling and assignement of devices to domains
1775  * which is not possible with the dma_ops interface.
1776  *
1777  *****************************************************************************/
1778
1779 static void cleanup_domain(struct protection_domain *domain)
1780 {
1781         unsigned long flags;
1782         u16 devid;
1783
1784         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1785
1786         for (devid = 0; devid <= amd_iommu_last_bdf; ++devid)
1787                 if (amd_iommu_pd_table[devid] == domain)
1788                         __detach_device(domain, devid);
1789
1790         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1791 }
1792
1793 static int amd_iommu_domain_init(struct iommu_domain *dom)
1794 {
1795         struct protection_domain *domain;
1796
1797         domain = kzalloc(sizeof(*domain), GFP_KERNEL);
1798         if (!domain)
1799                 return -ENOMEM;
1800
1801         spin_lock_init(&domain->lock);
1802         domain->mode = PAGE_MODE_3_LEVEL;
1803         domain->id = domain_id_alloc();
1804         if (!domain->id)
1805                 goto out_free;
1806         domain->pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
1807         if (!domain->pt_root)
1808                 goto out_free;
1809
1810         dom->priv = domain;
1811
1812         return 0;
1813
1814 out_free:
1815         kfree(domain);
1816
1817         return -ENOMEM;
1818 }
1819
1820 static void amd_iommu_domain_destroy(struct iommu_domain *dom)
1821 {
1822         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1823
1824         if (!domain)
1825                 return;
1826
1827         if (domain->dev_cnt > 0)
1828                 cleanup_domain(domain);
1829
1830         BUG_ON(domain->dev_cnt != 0);
1831
1832         free_pagetable(domain);
1833
1834         domain_id_free(domain->id);
1835
1836         kfree(domain);
1837
1838         dom->priv = NULL;
1839 }
1840
1841 static void amd_iommu_detach_device(struct iommu_domain *dom,
1842                                     struct device *dev)
1843 {
1844         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1845         struct amd_iommu *iommu;
1846         struct pci_dev *pdev;
1847         u16 devid;
1848
1849         if (dev->bus != &pci_bus_type)
1850                 return;
1851
1852         pdev = to_pci_dev(dev);
1853
1854         devid = calc_devid(pdev->bus->number, pdev->devfn);
1855
1856         if (devid > 0)
1857                 detach_device(domain, devid);
1858
1859         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1860         if (!iommu)
1861                 return;
1862
1863         iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, devid);
1864         iommu_completion_wait(iommu);
1865 }
1866
1867 static int amd_iommu_attach_device(struct iommu_domain *dom,
1868                                    struct device *dev)
1869 {
1870         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1871         struct protection_domain *old_domain;
1872         struct amd_iommu *iommu;
1873         struct pci_dev *pdev;
1874         u16 devid;
1875
1876         if (dev->bus != &pci_bus_type)
1877                 return -EINVAL;
1878
1879         pdev = to_pci_dev(dev);
1880
1881         devid = calc_devid(pdev->bus->number, pdev->devfn);
1882
1883         if (devid >= amd_iommu_last_bdf ||
1884                         devid != amd_iommu_alias_table[devid])
1885                 return -EINVAL;
1886
1887         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1888         if (!iommu)
1889                 return -EINVAL;
1890
1891         old_domain = domain_for_device(devid);
1892         if (old_domain)
1893                 return -EBUSY;
1894
1895         attach_device(iommu, domain, devid);
1896
1897         iommu_completion_wait(iommu);
1898
1899         return 0;
1900 }
1901
1902 static int amd_iommu_map_range(struct iommu_domain *dom,
1903                                unsigned long iova, phys_addr_t paddr,
1904                                size_t size, int iommu_prot)
1905 {
1906         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1907         unsigned long i,  npages = iommu_num_pages(paddr, size, PAGE_SIZE);
1908         int prot = 0;
1909         int ret;
1910
1911         if (iommu_prot & IOMMU_READ)
1912                 prot |= IOMMU_PROT_IR;
1913         if (iommu_prot & IOMMU_WRITE)
1914                 prot |= IOMMU_PROT_IW;
1915
1916         iova  &= PAGE_MASK;
1917         paddr &= PAGE_MASK;
1918
1919         for (i = 0; i < npages; ++i) {
1920                 ret = iommu_map_page(domain, iova, paddr, prot);
1921                 if (ret)
1922                         return ret;
1923
1924                 iova  += PAGE_SIZE;
1925                 paddr += PAGE_SIZE;
1926         }
1927
1928         return 0;
1929 }
1930
1931 static void amd_iommu_unmap_range(struct iommu_domain *dom,
1932                                   unsigned long iova, size_t size)
1933 {
1934
1935         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1936         unsigned long i,  npages = iommu_num_pages(iova, size, PAGE_SIZE);
1937
1938         iova  &= PAGE_MASK;
1939
1940         for (i = 0; i < npages; ++i) {
1941                 iommu_unmap_page(domain, iova);
1942                 iova  += PAGE_SIZE;
1943         }
1944
1945         iommu_flush_domain(domain->id);
1946 }
1947
1948 static phys_addr_t amd_iommu_iova_to_phys(struct iommu_domain *dom,
1949                                           unsigned long iova)
1950 {
1951         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1952         unsigned long offset = iova & ~PAGE_MASK;
1953         phys_addr_t paddr;
1954         u64 *pte;
1955
1956         pte = &domain->pt_root[IOMMU_PTE_L2_INDEX(iova)];
1957
1958         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
1959                 return 0;
1960
1961         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
1962         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(iova)];
1963
1964         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
1965                 return 0;
1966
1967         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
1968         pte = &pte[IOMMU_PTE_L0_INDEX(iova)];
1969
1970         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
1971                 return 0;
1972
1973         paddr  = *pte & IOMMU_PAGE_MASK;
1974         paddr |= offset;
1975
1976         return paddr;
1977 }
1978
1979 static int amd_iommu_domain_has_cap(struct iommu_domain *domain,
1980                                     unsigned long cap)
1981 {
1982         return 0;
1983 }
1984
1985 static struct iommu_ops amd_iommu_ops = {
1986         .domain_init = amd_iommu_domain_init,
1987         .domain_destroy = amd_iommu_domain_destroy,
1988         .attach_dev = amd_iommu_attach_device,
1989         .detach_dev = amd_iommu_detach_device,
1990         .map = amd_iommu_map_range,
1991         .unmap = amd_iommu_unmap_range,
1992         .iova_to_phys = amd_iommu_iova_to_phys,
1993         .domain_has_cap = amd_iommu_domain_has_cap,
1994 };
1995