AMD IOMMU: replace memset with __GFP_ZERO in alloc_coherent
[safe/jmp/linux-2.6] / arch / x86 / kernel / amd_iommu.c
1 /*
2  * Copyright (C) 2007-2008 Advanced Micro Devices, Inc.
3  * Author: Joerg Roedel <joerg.roedel@amd.com>
4  *         Leo Duran <leo.duran@amd.com>
5  *
6  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
7  * under the terms of the GNU General Public License version 2 as published
8  * by the Free Software Foundation.
9  *
10  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
11  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
13  * GNU General Public License for more details.
14  *
15  * You should have received a copy of the GNU General Public License
16  * along with this program; if not, write to the Free Software
17  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307 USA
18  */
19
20 #include <linux/pci.h>
21 #include <linux/gfp.h>
22 #include <linux/bitops.h>
23 #include <linux/scatterlist.h>
24 #include <linux/iommu-helper.h>
25 #include <asm/proto.h>
26 #include <asm/iommu.h>
27 #include <asm/amd_iommu_types.h>
28 #include <asm/amd_iommu.h>
29
30 #define CMD_SET_TYPE(cmd, t) ((cmd)->data[1] |= ((t) << 28))
31
32 #define EXIT_LOOP_COUNT 10000000
33
34 static DEFINE_RWLOCK(amd_iommu_devtable_lock);
35
36 /* A list of preallocated protection domains */
37 static LIST_HEAD(iommu_pd_list);
38 static DEFINE_SPINLOCK(iommu_pd_list_lock);
39
40 /*
41  * general struct to manage commands send to an IOMMU
42  */
43 struct iommu_cmd {
44         u32 data[4];
45 };
46
47 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
48                              struct unity_map_entry *e);
49
50 /* returns !0 if the IOMMU is caching non-present entries in its TLB */
51 static int iommu_has_npcache(struct amd_iommu *iommu)
52 {
53         return iommu->cap & IOMMU_CAP_NPCACHE;
54 }
55
56 /****************************************************************************
57  *
58  * Interrupt handling functions
59  *
60  ****************************************************************************/
61
62 static void iommu_print_event(void *__evt)
63 {
64         u32 *event = __evt;
65         int type  = (event[1] >> EVENT_TYPE_SHIFT)  & EVENT_TYPE_MASK;
66         int devid = (event[0] >> EVENT_DEVID_SHIFT) & EVENT_DEVID_MASK;
67         int domid = (event[1] >> EVENT_DOMID_SHIFT) & EVENT_DOMID_MASK;
68         int flags = (event[1] >> EVENT_FLAGS_SHIFT) & EVENT_FLAGS_MASK;
69         u64 address = (u64)(((u64)event[3]) << 32) | event[2];
70
71         printk(KERN_ERR "AMD IOMMU: Event logged [");
72
73         switch (type) {
74         case EVENT_TYPE_ILL_DEV:
75                 printk("ILLEGAL_DEV_TABLE_ENTRY device=%02x:%02x.%x "
76                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
77                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
78                        address, flags);
79                 break;
80         case EVENT_TYPE_IO_FAULT:
81                 printk("IO_PAGE_FAULT device=%02x:%02x.%x "
82                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
83                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
84                        domid, address, flags);
85                 break;
86         case EVENT_TYPE_DEV_TAB_ERR:
87                 printk("DEV_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
88                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
89                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
90                        address, flags);
91                 break;
92         case EVENT_TYPE_PAGE_TAB_ERR:
93                 printk("PAGE_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
94                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
95                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
96                        domid, address, flags);
97                 break;
98         case EVENT_TYPE_ILL_CMD:
99                 printk("ILLEGAL_COMMAND_ERROR address=0x%016llx]\n", address);
100                 break;
101         case EVENT_TYPE_CMD_HARD_ERR:
102                 printk("COMMAND_HARDWARE_ERROR address=0x%016llx "
103                        "flags=0x%04x]\n", address, flags);
104                 break;
105         case EVENT_TYPE_IOTLB_INV_TO:
106                 printk("IOTLB_INV_TIMEOUT device=%02x:%02x.%x "
107                        "address=0x%016llx]\n",
108                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
109                        address);
110                 break;
111         case EVENT_TYPE_INV_DEV_REQ:
112                 printk("INVALID_DEVICE_REQUEST device=%02x:%02x.%x "
113                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
114                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
115                        address, flags);
116                 break;
117         default:
118                 printk(KERN_ERR "UNKNOWN type=0x%02x]\n", type);
119         }
120 }
121
122 static void iommu_poll_events(struct amd_iommu *iommu)
123 {
124         u32 head, tail;
125         unsigned long flags;
126
127         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
128
129         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
130         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_TAIL_OFFSET);
131
132         while (head != tail) {
133                 iommu_print_event(iommu->evt_buf + head);
134                 head = (head + EVENT_ENTRY_SIZE) % iommu->evt_buf_size;
135         }
136
137         writel(head, iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
138
139         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
140 }
141
142 irqreturn_t amd_iommu_int_handler(int irq, void *data)
143 {
144         struct amd_iommu *iommu;
145
146         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list)
147                 iommu_poll_events(iommu);
148
149         return IRQ_HANDLED;
150 }
151
152 /****************************************************************************
153  *
154  * IOMMU command queuing functions
155  *
156  ****************************************************************************/
157
158 /*
159  * Writes the command to the IOMMUs command buffer and informs the
160  * hardware about the new command. Must be called with iommu->lock held.
161  */
162 static int __iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
163 {
164         u32 tail, head;
165         u8 *target;
166
167         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
168         target = iommu->cmd_buf + tail;
169         memcpy_toio(target, cmd, sizeof(*cmd));
170         tail = (tail + sizeof(*cmd)) % iommu->cmd_buf_size;
171         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_HEAD_OFFSET);
172         if (tail == head)
173                 return -ENOMEM;
174         writel(tail, iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
175
176         return 0;
177 }
178
179 /*
180  * General queuing function for commands. Takes iommu->lock and calls
181  * __iommu_queue_command().
182  */
183 static int iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
184 {
185         unsigned long flags;
186         int ret;
187
188         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
189         ret = __iommu_queue_command(iommu, cmd);
190         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
191
192         return ret;
193 }
194
195 /*
196  * This function is called whenever we need to ensure that the IOMMU has
197  * completed execution of all commands we sent. It sends a
198  * COMPLETION_WAIT command and waits for it to finish. The IOMMU informs
199  * us about that by writing a value to a physical address we pass with
200  * the command.
201  */
202 static int iommu_completion_wait(struct amd_iommu *iommu)
203 {
204         int ret, ready = 0;
205         unsigned status = 0;
206         struct iommu_cmd cmd;
207         unsigned long i = 0;
208
209         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
210         cmd.data[0] = CMD_COMPL_WAIT_INT_MASK;
211         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_COMPL_WAIT);
212
213         iommu->need_sync = 0;
214
215         ret = iommu_queue_command(iommu, &cmd);
216
217         if (ret)
218                 return ret;
219
220         while (!ready && (i < EXIT_LOOP_COUNT)) {
221                 ++i;
222                 /* wait for the bit to become one */
223                 status = readl(iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
224                 ready = status & MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
225         }
226
227         /* set bit back to zero */
228         status &= ~MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
229         writel(status, iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
230
231         if (unlikely((i == EXIT_LOOP_COUNT) && printk_ratelimit()))
232                 printk(KERN_WARNING "AMD IOMMU: Completion wait loop failed\n");
233
234         return 0;
235 }
236
237 /*
238  * Command send function for invalidating a device table entry
239  */
240 static int iommu_queue_inv_dev_entry(struct amd_iommu *iommu, u16 devid)
241 {
242         struct iommu_cmd cmd;
243
244         BUG_ON(iommu == NULL);
245
246         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
247         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_INV_DEV_ENTRY);
248         cmd.data[0] = devid;
249
250         iommu->need_sync = 1;
251
252         return iommu_queue_command(iommu, &cmd);
253 }
254
255 /*
256  * Generic command send function for invalidaing TLB entries
257  */
258 static int iommu_queue_inv_iommu_pages(struct amd_iommu *iommu,
259                 u64 address, u16 domid, int pde, int s)
260 {
261         struct iommu_cmd cmd;
262
263         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
264         address &= PAGE_MASK;
265         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_INV_IOMMU_PAGES);
266         cmd.data[1] |= domid;
267         cmd.data[2] = lower_32_bits(address);
268         cmd.data[3] = upper_32_bits(address);
269         if (s) /* size bit - we flush more than one 4kb page */
270                 cmd.data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_SIZE_MASK;
271         if (pde) /* PDE bit - we wan't flush everything not only the PTEs */
272                 cmd.data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_PDE_MASK;
273
274         iommu->need_sync = 1;
275
276         return iommu_queue_command(iommu, &cmd);
277 }
278
279 /*
280  * TLB invalidation function which is called from the mapping functions.
281  * It invalidates a single PTE if the range to flush is within a single
282  * page. Otherwise it flushes the whole TLB of the IOMMU.
283  */
284 static int iommu_flush_pages(struct amd_iommu *iommu, u16 domid,
285                 u64 address, size_t size)
286 {
287         int s = 0;
288         unsigned pages = iommu_num_pages(address, size);
289
290         address &= PAGE_MASK;
291
292         if (pages > 1) {
293                 /*
294                  * If we have to flush more than one page, flush all
295                  * TLB entries for this domain
296                  */
297                 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
298                 s = 1;
299         }
300
301         iommu_queue_inv_iommu_pages(iommu, address, domid, 0, s);
302
303         return 0;
304 }
305
306 /* Flush the whole IO/TLB for a given protection domain */
307 static void iommu_flush_tlb(struct amd_iommu *iommu, u16 domid)
308 {
309         u64 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
310
311         iommu_queue_inv_iommu_pages(iommu, address, domid, 0, 1);
312 }
313
314 /****************************************************************************
315  *
316  * The functions below are used the create the page table mappings for
317  * unity mapped regions.
318  *
319  ****************************************************************************/
320
321 /*
322  * Generic mapping functions. It maps a physical address into a DMA
323  * address space. It allocates the page table pages if necessary.
324  * In the future it can be extended to a generic mapping function
325  * supporting all features of AMD IOMMU page tables like level skipping
326  * and full 64 bit address spaces.
327  */
328 static int iommu_map(struct protection_domain *dom,
329                      unsigned long bus_addr,
330                      unsigned long phys_addr,
331                      int prot)
332 {
333         u64 __pte, *pte, *page;
334
335         bus_addr  = PAGE_ALIGN(bus_addr);
336         phys_addr = PAGE_ALIGN(bus_addr);
337
338         /* only support 512GB address spaces for now */
339         if (bus_addr > IOMMU_MAP_SIZE_L3 || !(prot & IOMMU_PROT_MASK))
340                 return -EINVAL;
341
342         pte = &dom->pt_root[IOMMU_PTE_L2_INDEX(bus_addr)];
343
344         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
345                 page = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
346                 if (!page)
347                         return -ENOMEM;
348                 *pte = IOMMU_L2_PDE(virt_to_phys(page));
349         }
350
351         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
352         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(bus_addr)];
353
354         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
355                 page = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
356                 if (!page)
357                         return -ENOMEM;
358                 *pte = IOMMU_L1_PDE(virt_to_phys(page));
359         }
360
361         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
362         pte = &pte[IOMMU_PTE_L0_INDEX(bus_addr)];
363
364         if (IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
365                 return -EBUSY;
366
367         __pte = phys_addr | IOMMU_PTE_P;
368         if (prot & IOMMU_PROT_IR)
369                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
370         if (prot & IOMMU_PROT_IW)
371                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
372
373         *pte = __pte;
374
375         return 0;
376 }
377
378 /*
379  * This function checks if a specific unity mapping entry is needed for
380  * this specific IOMMU.
381  */
382 static int iommu_for_unity_map(struct amd_iommu *iommu,
383                                struct unity_map_entry *entry)
384 {
385         u16 bdf, i;
386
387         for (i = entry->devid_start; i <= entry->devid_end; ++i) {
388                 bdf = amd_iommu_alias_table[i];
389                 if (amd_iommu_rlookup_table[bdf] == iommu)
390                         return 1;
391         }
392
393         return 0;
394 }
395
396 /*
397  * Init the unity mappings for a specific IOMMU in the system
398  *
399  * Basically iterates over all unity mapping entries and applies them to
400  * the default domain DMA of that IOMMU if necessary.
401  */
402 static int iommu_init_unity_mappings(struct amd_iommu *iommu)
403 {
404         struct unity_map_entry *entry;
405         int ret;
406
407         list_for_each_entry(entry, &amd_iommu_unity_map, list) {
408                 if (!iommu_for_unity_map(iommu, entry))
409                         continue;
410                 ret = dma_ops_unity_map(iommu->default_dom, entry);
411                 if (ret)
412                         return ret;
413         }
414
415         return 0;
416 }
417
418 /*
419  * This function actually applies the mapping to the page table of the
420  * dma_ops domain.
421  */
422 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
423                              struct unity_map_entry *e)
424 {
425         u64 addr;
426         int ret;
427
428         for (addr = e->address_start; addr < e->address_end;
429              addr += PAGE_SIZE) {
430                 ret = iommu_map(&dma_dom->domain, addr, addr, e->prot);
431                 if (ret)
432                         return ret;
433                 /*
434                  * if unity mapping is in aperture range mark the page
435                  * as allocated in the aperture
436                  */
437                 if (addr < dma_dom->aperture_size)
438                         __set_bit(addr >> PAGE_SHIFT, dma_dom->bitmap);
439         }
440
441         return 0;
442 }
443
444 /*
445  * Inits the unity mappings required for a specific device
446  */
447 static int init_unity_mappings_for_device(struct dma_ops_domain *dma_dom,
448                                           u16 devid)
449 {
450         struct unity_map_entry *e;
451         int ret;
452
453         list_for_each_entry(e, &amd_iommu_unity_map, list) {
454                 if (!(devid >= e->devid_start && devid <= e->devid_end))
455                         continue;
456                 ret = dma_ops_unity_map(dma_dom, e);
457                 if (ret)
458                         return ret;
459         }
460
461         return 0;
462 }
463
464 /****************************************************************************
465  *
466  * The next functions belong to the address allocator for the dma_ops
467  * interface functions. They work like the allocators in the other IOMMU
468  * drivers. Its basically a bitmap which marks the allocated pages in
469  * the aperture. Maybe it could be enhanced in the future to a more
470  * efficient allocator.
471  *
472  ****************************************************************************/
473 static unsigned long dma_mask_to_pages(unsigned long mask)
474 {
475         return (mask >> PAGE_SHIFT) +
476                 (PAGE_ALIGN(mask & ~PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT);
477 }
478
479 /*
480  * The address allocator core function.
481  *
482  * called with domain->lock held
483  */
484 static unsigned long dma_ops_alloc_addresses(struct device *dev,
485                                              struct dma_ops_domain *dom,
486                                              unsigned int pages,
487                                              unsigned long align_mask)
488 {
489         unsigned long limit = dma_mask_to_pages(*dev->dma_mask);
490         unsigned long address;
491         unsigned long size = dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT;
492         unsigned long boundary_size;
493
494         boundary_size = ALIGN(dma_get_seg_boundary(dev) + 1,
495                         PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
496         limit = limit < size ? limit : size;
497
498         if (dom->next_bit >= limit) {
499                 dom->next_bit = 0;
500                 dom->need_flush = true;
501         }
502
503         address = iommu_area_alloc(dom->bitmap, limit, dom->next_bit, pages,
504                                    0 , boundary_size, align_mask);
505         if (address == -1) {
506                 address = iommu_area_alloc(dom->bitmap, limit, 0, pages,
507                                 0, boundary_size, align_mask);
508                 dom->need_flush = true;
509         }
510
511         if (likely(address != -1)) {
512                 dom->next_bit = address + pages;
513                 address <<= PAGE_SHIFT;
514         } else
515                 address = bad_dma_address;
516
517         WARN_ON((address + (PAGE_SIZE*pages)) > dom->aperture_size);
518
519         return address;
520 }
521
522 /*
523  * The address free function.
524  *
525  * called with domain->lock held
526  */
527 static void dma_ops_free_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
528                                    unsigned long address,
529                                    unsigned int pages)
530 {
531         address >>= PAGE_SHIFT;
532         iommu_area_free(dom->bitmap, address, pages);
533 }
534
535 /****************************************************************************
536  *
537  * The next functions belong to the domain allocation. A domain is
538  * allocated for every IOMMU as the default domain. If device isolation
539  * is enabled, every device get its own domain. The most important thing
540  * about domains is the page table mapping the DMA address space they
541  * contain.
542  *
543  ****************************************************************************/
544
545 static u16 domain_id_alloc(void)
546 {
547         unsigned long flags;
548         int id;
549
550         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
551         id = find_first_zero_bit(amd_iommu_pd_alloc_bitmap, MAX_DOMAIN_ID);
552         BUG_ON(id == 0);
553         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
554                 __set_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
555         else
556                 id = 0;
557         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
558
559         return id;
560 }
561
562 /*
563  * Used to reserve address ranges in the aperture (e.g. for exclusion
564  * ranges.
565  */
566 static void dma_ops_reserve_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
567                                       unsigned long start_page,
568                                       unsigned int pages)
569 {
570         unsigned int last_page = dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT;
571
572         if (start_page + pages > last_page)
573                 pages = last_page - start_page;
574
575         set_bit_string(dom->bitmap, start_page, pages);
576 }
577
578 static void dma_ops_free_pagetable(struct dma_ops_domain *dma_dom)
579 {
580         int i, j;
581         u64 *p1, *p2, *p3;
582
583         p1 = dma_dom->domain.pt_root;
584
585         if (!p1)
586                 return;
587
588         for (i = 0; i < 512; ++i) {
589                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p1[i]))
590                         continue;
591
592                 p2 = IOMMU_PTE_PAGE(p1[i]);
593                 for (j = 0; j < 512; ++i) {
594                         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p2[j]))
595                                 continue;
596                         p3 = IOMMU_PTE_PAGE(p2[j]);
597                         free_page((unsigned long)p3);
598                 }
599
600                 free_page((unsigned long)p2);
601         }
602
603         free_page((unsigned long)p1);
604 }
605
606 /*
607  * Free a domain, only used if something went wrong in the
608  * allocation path and we need to free an already allocated page table
609  */
610 static void dma_ops_domain_free(struct dma_ops_domain *dom)
611 {
612         if (!dom)
613                 return;
614
615         dma_ops_free_pagetable(dom);
616
617         kfree(dom->pte_pages);
618
619         kfree(dom->bitmap);
620
621         kfree(dom);
622 }
623
624 /*
625  * Allocates a new protection domain usable for the dma_ops functions.
626  * It also intializes the page table and the address allocator data
627  * structures required for the dma_ops interface
628  */
629 static struct dma_ops_domain *dma_ops_domain_alloc(struct amd_iommu *iommu,
630                                                    unsigned order)
631 {
632         struct dma_ops_domain *dma_dom;
633         unsigned i, num_pte_pages;
634         u64 *l2_pde;
635         u64 address;
636
637         /*
638          * Currently the DMA aperture must be between 32 MB and 1GB in size
639          */
640         if ((order < 25) || (order > 30))
641                 return NULL;
642
643         dma_dom = kzalloc(sizeof(struct dma_ops_domain), GFP_KERNEL);
644         if (!dma_dom)
645                 return NULL;
646
647         spin_lock_init(&dma_dom->domain.lock);
648
649         dma_dom->domain.id = domain_id_alloc();
650         if (dma_dom->domain.id == 0)
651                 goto free_dma_dom;
652         dma_dom->domain.mode = PAGE_MODE_3_LEVEL;
653         dma_dom->domain.pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
654         dma_dom->domain.priv = dma_dom;
655         if (!dma_dom->domain.pt_root)
656                 goto free_dma_dom;
657         dma_dom->aperture_size = (1ULL << order);
658         dma_dom->bitmap = kzalloc(dma_dom->aperture_size / (PAGE_SIZE * 8),
659                                   GFP_KERNEL);
660         if (!dma_dom->bitmap)
661                 goto free_dma_dom;
662         /*
663          * mark the first page as allocated so we never return 0 as
664          * a valid dma-address. So we can use 0 as error value
665          */
666         dma_dom->bitmap[0] = 1;
667         dma_dom->next_bit = 0;
668
669         dma_dom->need_flush = false;
670         dma_dom->target_dev = 0xffff;
671
672         /* Intialize the exclusion range if necessary */
673         if (iommu->exclusion_start &&
674             iommu->exclusion_start < dma_dom->aperture_size) {
675                 unsigned long startpage = iommu->exclusion_start >> PAGE_SHIFT;
676                 int pages = iommu_num_pages(iommu->exclusion_start,
677                                             iommu->exclusion_length);
678                 dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, startpage, pages);
679         }
680
681         /*
682          * At the last step, build the page tables so we don't need to
683          * allocate page table pages in the dma_ops mapping/unmapping
684          * path.
685          */
686         num_pte_pages = dma_dom->aperture_size / (PAGE_SIZE * 512);
687         dma_dom->pte_pages = kzalloc(num_pte_pages * sizeof(void *),
688                         GFP_KERNEL);
689         if (!dma_dom->pte_pages)
690                 goto free_dma_dom;
691
692         l2_pde = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
693         if (l2_pde == NULL)
694                 goto free_dma_dom;
695
696         dma_dom->domain.pt_root[0] = IOMMU_L2_PDE(virt_to_phys(l2_pde));
697
698         for (i = 0; i < num_pte_pages; ++i) {
699                 dma_dom->pte_pages[i] = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
700                 if (!dma_dom->pte_pages[i])
701                         goto free_dma_dom;
702                 address = virt_to_phys(dma_dom->pte_pages[i]);
703                 l2_pde[i] = IOMMU_L1_PDE(address);
704         }
705
706         return dma_dom;
707
708 free_dma_dom:
709         dma_ops_domain_free(dma_dom);
710
711         return NULL;
712 }
713
714 /*
715  * Find out the protection domain structure for a given PCI device. This
716  * will give us the pointer to the page table root for example.
717  */
718 static struct protection_domain *domain_for_device(u16 devid)
719 {
720         struct protection_domain *dom;
721         unsigned long flags;
722
723         read_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
724         dom = amd_iommu_pd_table[devid];
725         read_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
726
727         return dom;
728 }
729
730 /*
731  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
732  * assigns it visible for the hardware
733  */
734 static void set_device_domain(struct amd_iommu *iommu,
735                               struct protection_domain *domain,
736                               u16 devid)
737 {
738         unsigned long flags;
739
740         u64 pte_root = virt_to_phys(domain->pt_root);
741
742         pte_root |= (domain->mode & DEV_ENTRY_MODE_MASK)
743                     << DEV_ENTRY_MODE_SHIFT;
744         pte_root |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
745
746         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
747         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = lower_32_bits(pte_root);
748         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = upper_32_bits(pte_root);
749         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = domain->id;
750
751         amd_iommu_pd_table[devid] = domain;
752         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
753
754         iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, devid);
755
756         iommu->need_sync = 1;
757 }
758
759 /*****************************************************************************
760  *
761  * The next functions belong to the dma_ops mapping/unmapping code.
762  *
763  *****************************************************************************/
764
765 /*
766  * This function checks if the driver got a valid device from the caller to
767  * avoid dereferencing invalid pointers.
768  */
769 static bool check_device(struct device *dev)
770 {
771         if (!dev || !dev->dma_mask)
772                 return false;
773
774         return true;
775 }
776
777 /*
778  * In this function the list of preallocated protection domains is traversed to
779  * find the domain for a specific device
780  */
781 static struct dma_ops_domain *find_protection_domain(u16 devid)
782 {
783         struct dma_ops_domain *entry, *ret = NULL;
784         unsigned long flags;
785
786         if (list_empty(&iommu_pd_list))
787                 return NULL;
788
789         spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
790
791         list_for_each_entry(entry, &iommu_pd_list, list) {
792                 if (entry->target_dev == devid) {
793                         ret = entry;
794                         list_del(&ret->list);
795                         break;
796                 }
797         }
798
799         spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
800
801         return ret;
802 }
803
804 /*
805  * In the dma_ops path we only have the struct device. This function
806  * finds the corresponding IOMMU, the protection domain and the
807  * requestor id for a given device.
808  * If the device is not yet associated with a domain this is also done
809  * in this function.
810  */
811 static int get_device_resources(struct device *dev,
812                                 struct amd_iommu **iommu,
813                                 struct protection_domain **domain,
814                                 u16 *bdf)
815 {
816         struct dma_ops_domain *dma_dom;
817         struct pci_dev *pcidev;
818         u16 _bdf;
819
820         *iommu = NULL;
821         *domain = NULL;
822         *bdf = 0xffff;
823
824         if (dev->bus != &pci_bus_type)
825                 return 0;
826
827         pcidev = to_pci_dev(dev);
828         _bdf = calc_devid(pcidev->bus->number, pcidev->devfn);
829
830         /* device not translated by any IOMMU in the system? */
831         if (_bdf > amd_iommu_last_bdf)
832                 return 0;
833
834         *bdf = amd_iommu_alias_table[_bdf];
835
836         *iommu = amd_iommu_rlookup_table[*bdf];
837         if (*iommu == NULL)
838                 return 0;
839         *domain = domain_for_device(*bdf);
840         if (*domain == NULL) {
841                 dma_dom = find_protection_domain(*bdf);
842                 if (!dma_dom)
843                         dma_dom = (*iommu)->default_dom;
844                 *domain = &dma_dom->domain;
845                 set_device_domain(*iommu, *domain, *bdf);
846                 printk(KERN_INFO "AMD IOMMU: Using protection domain %d for "
847                                 "device ", (*domain)->id);
848                 print_devid(_bdf, 1);
849         }
850
851         return 1;
852 }
853
854 /*
855  * This is the generic map function. It maps one 4kb page at paddr to
856  * the given address in the DMA address space for the domain.
857  */
858 static dma_addr_t dma_ops_domain_map(struct amd_iommu *iommu,
859                                      struct dma_ops_domain *dom,
860                                      unsigned long address,
861                                      phys_addr_t paddr,
862                                      int direction)
863 {
864         u64 *pte, __pte;
865
866         WARN_ON(address > dom->aperture_size);
867
868         paddr &= PAGE_MASK;
869
870         pte  = dom->pte_pages[IOMMU_PTE_L1_INDEX(address)];
871         pte += IOMMU_PTE_L0_INDEX(address);
872
873         __pte = paddr | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
874
875         if (direction == DMA_TO_DEVICE)
876                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
877         else if (direction == DMA_FROM_DEVICE)
878                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
879         else if (direction == DMA_BIDIRECTIONAL)
880                 __pte |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW;
881
882         WARN_ON(*pte);
883
884         *pte = __pte;
885
886         return (dma_addr_t)address;
887 }
888
889 /*
890  * The generic unmapping function for on page in the DMA address space.
891  */
892 static void dma_ops_domain_unmap(struct amd_iommu *iommu,
893                                  struct dma_ops_domain *dom,
894                                  unsigned long address)
895 {
896         u64 *pte;
897
898         if (address >= dom->aperture_size)
899                 return;
900
901         WARN_ON(address & 0xfffULL || address > dom->aperture_size);
902
903         pte  = dom->pte_pages[IOMMU_PTE_L1_INDEX(address)];
904         pte += IOMMU_PTE_L0_INDEX(address);
905
906         WARN_ON(!*pte);
907
908         *pte = 0ULL;
909 }
910
911 /*
912  * This function contains common code for mapping of a physically
913  * contiguous memory region into DMA address space. It is uses by all
914  * mapping functions provided by this IOMMU driver.
915  * Must be called with the domain lock held.
916  */
917 static dma_addr_t __map_single(struct device *dev,
918                                struct amd_iommu *iommu,
919                                struct dma_ops_domain *dma_dom,
920                                phys_addr_t paddr,
921                                size_t size,
922                                int dir,
923                                bool align)
924 {
925         dma_addr_t offset = paddr & ~PAGE_MASK;
926         dma_addr_t address, start;
927         unsigned int pages;
928         unsigned long align_mask = 0;
929         int i;
930
931         pages = iommu_num_pages(paddr, size);
932         paddr &= PAGE_MASK;
933
934         if (align)
935                 align_mask = (1UL << get_order(size)) - 1;
936
937         address = dma_ops_alloc_addresses(dev, dma_dom, pages, align_mask);
938         if (unlikely(address == bad_dma_address))
939                 goto out;
940
941         start = address;
942         for (i = 0; i < pages; ++i) {
943                 dma_ops_domain_map(iommu, dma_dom, start, paddr, dir);
944                 paddr += PAGE_SIZE;
945                 start += PAGE_SIZE;
946         }
947         address += offset;
948
949         if (unlikely(dma_dom->need_flush && !iommu_fullflush)) {
950                 iommu_flush_tlb(iommu, dma_dom->domain.id);
951                 dma_dom->need_flush = false;
952         } else if (unlikely(iommu_has_npcache(iommu)))
953                 iommu_flush_pages(iommu, dma_dom->domain.id, address, size);
954
955 out:
956         return address;
957 }
958
959 /*
960  * Does the reverse of the __map_single function. Must be called with
961  * the domain lock held too
962  */
963 static void __unmap_single(struct amd_iommu *iommu,
964                            struct dma_ops_domain *dma_dom,
965                            dma_addr_t dma_addr,
966                            size_t size,
967                            int dir)
968 {
969         dma_addr_t i, start;
970         unsigned int pages;
971
972         if ((dma_addr == 0) || (dma_addr + size > dma_dom->aperture_size))
973                 return;
974
975         pages = iommu_num_pages(dma_addr, size);
976         dma_addr &= PAGE_MASK;
977         start = dma_addr;
978
979         for (i = 0; i < pages; ++i) {
980                 dma_ops_domain_unmap(iommu, dma_dom, start);
981                 start += PAGE_SIZE;
982         }
983
984         dma_ops_free_addresses(dma_dom, dma_addr, pages);
985
986         if (iommu_fullflush)
987                 iommu_flush_pages(iommu, dma_dom->domain.id, dma_addr, size);
988 }
989
990 /*
991  * The exported map_single function for dma_ops.
992  */
993 static dma_addr_t map_single(struct device *dev, phys_addr_t paddr,
994                              size_t size, int dir)
995 {
996         unsigned long flags;
997         struct amd_iommu *iommu;
998         struct protection_domain *domain;
999         u16 devid;
1000         dma_addr_t addr;
1001
1002         if (!check_device(dev))
1003                 return bad_dma_address;
1004
1005         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1006
1007         if (iommu == NULL || domain == NULL)
1008                 /* device not handled by any AMD IOMMU */
1009                 return (dma_addr_t)paddr;
1010
1011         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1012         addr = __map_single(dev, iommu, domain->priv, paddr, size, dir, false);
1013         if (addr == bad_dma_address)
1014                 goto out;
1015
1016         if (unlikely(iommu->need_sync))
1017                 iommu_completion_wait(iommu);
1018
1019 out:
1020         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1021
1022         return addr;
1023 }
1024
1025 /*
1026  * The exported unmap_single function for dma_ops.
1027  */
1028 static void unmap_single(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr,
1029                          size_t size, int dir)
1030 {
1031         unsigned long flags;
1032         struct amd_iommu *iommu;
1033         struct protection_domain *domain;
1034         u16 devid;
1035
1036         if (!check_device(dev) ||
1037             !get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1038                 /* device not handled by any AMD IOMMU */
1039                 return;
1040
1041         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1042
1043         __unmap_single(iommu, domain->priv, dma_addr, size, dir);
1044
1045         if (unlikely(iommu->need_sync))
1046                 iommu_completion_wait(iommu);
1047
1048         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1049 }
1050
1051 /*
1052  * This is a special map_sg function which is used if we should map a
1053  * device which is not handled by an AMD IOMMU in the system.
1054  */
1055 static int map_sg_no_iommu(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1056                            int nelems, int dir)
1057 {
1058         struct scatterlist *s;
1059         int i;
1060
1061         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1062                 s->dma_address = (dma_addr_t)sg_phys(s);
1063                 s->dma_length  = s->length;
1064         }
1065
1066         return nelems;
1067 }
1068
1069 /*
1070  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1071  * lists).
1072  */
1073 static int map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1074                   int nelems, int dir)
1075 {
1076         unsigned long flags;
1077         struct amd_iommu *iommu;
1078         struct protection_domain *domain;
1079         u16 devid;
1080         int i;
1081         struct scatterlist *s;
1082         phys_addr_t paddr;
1083         int mapped_elems = 0;
1084
1085         if (!check_device(dev))
1086                 return 0;
1087
1088         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1089
1090         if (!iommu || !domain)
1091                 return map_sg_no_iommu(dev, sglist, nelems, dir);
1092
1093         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1094
1095         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1096                 paddr = sg_phys(s);
1097
1098                 s->dma_address = __map_single(dev, iommu, domain->priv,
1099                                               paddr, s->length, dir, false);
1100
1101                 if (s->dma_address) {
1102                         s->dma_length = s->length;
1103                         mapped_elems++;
1104                 } else
1105                         goto unmap;
1106         }
1107
1108         if (unlikely(iommu->need_sync))
1109                 iommu_completion_wait(iommu);
1110
1111 out:
1112         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1113
1114         return mapped_elems;
1115 unmap:
1116         for_each_sg(sglist, s, mapped_elems, i) {
1117                 if (s->dma_address)
1118                         __unmap_single(iommu, domain->priv, s->dma_address,
1119                                        s->dma_length, dir);
1120                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
1121         }
1122
1123         mapped_elems = 0;
1124
1125         goto out;
1126 }
1127
1128 /*
1129  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1130  * lists).
1131  */
1132 static void unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1133                      int nelems, int dir)
1134 {
1135         unsigned long flags;
1136         struct amd_iommu *iommu;
1137         struct protection_domain *domain;
1138         struct scatterlist *s;
1139         u16 devid;
1140         int i;
1141
1142         if (!check_device(dev) ||
1143             !get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1144                 return;
1145
1146         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1147
1148         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1149                 __unmap_single(iommu, domain->priv, s->dma_address,
1150                                s->dma_length, dir);
1151                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
1152         }
1153
1154         if (unlikely(iommu->need_sync))
1155                 iommu_completion_wait(iommu);
1156
1157         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1158 }
1159
1160 /*
1161  * The exported alloc_coherent function for dma_ops.
1162  */
1163 static void *alloc_coherent(struct device *dev, size_t size,
1164                             dma_addr_t *dma_addr, gfp_t flag)
1165 {
1166         unsigned long flags;
1167         void *virt_addr;
1168         struct amd_iommu *iommu;
1169         struct protection_domain *domain;
1170         u16 devid;
1171         phys_addr_t paddr;
1172
1173         if (!check_device(dev))
1174                 return NULL;
1175
1176         if (!get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1177                 flag &= ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM | __GFP_DMA32);
1178
1179         flag |= __GFP_ZERO;
1180         virt_addr = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
1181         if (!virt_addr)
1182                 return 0;
1183
1184         paddr = virt_to_phys(virt_addr);
1185
1186         if (!iommu || !domain) {
1187                 *dma_addr = (dma_addr_t)paddr;
1188                 return virt_addr;
1189         }
1190
1191         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1192
1193         *dma_addr = __map_single(dev, iommu, domain->priv, paddr,
1194                                  size, DMA_BIDIRECTIONAL, true);
1195
1196         if (*dma_addr == bad_dma_address) {
1197                 free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
1198                 virt_addr = NULL;
1199                 goto out;
1200         }
1201
1202         if (unlikely(iommu->need_sync))
1203                 iommu_completion_wait(iommu);
1204
1205 out:
1206         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1207
1208         return virt_addr;
1209 }
1210
1211 /*
1212  * The exported free_coherent function for dma_ops.
1213  */
1214 static void free_coherent(struct device *dev, size_t size,
1215                           void *virt_addr, dma_addr_t dma_addr)
1216 {
1217         unsigned long flags;
1218         struct amd_iommu *iommu;
1219         struct protection_domain *domain;
1220         u16 devid;
1221
1222         if (!check_device(dev))
1223                 return;
1224
1225         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1226
1227         if (!iommu || !domain)
1228                 goto free_mem;
1229
1230         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1231
1232         __unmap_single(iommu, domain->priv, dma_addr, size, DMA_BIDIRECTIONAL);
1233
1234         if (unlikely(iommu->need_sync))
1235                 iommu_completion_wait(iommu);
1236
1237         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1238
1239 free_mem:
1240         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
1241 }
1242
1243 /*
1244  * This function is called by the DMA layer to find out if we can handle a
1245  * particular device. It is part of the dma_ops.
1246  */
1247 static int amd_iommu_dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
1248 {
1249         u16 bdf;
1250         struct pci_dev *pcidev;
1251
1252         /* No device or no PCI device */
1253         if (!dev || dev->bus != &pci_bus_type)
1254                 return 0;
1255
1256         pcidev = to_pci_dev(dev);
1257
1258         bdf = calc_devid(pcidev->bus->number, pcidev->devfn);
1259
1260         /* Out of our scope? */
1261         if (bdf > amd_iommu_last_bdf)
1262                 return 0;
1263
1264         return 1;
1265 }
1266
1267 /*
1268  * The function for pre-allocating protection domains.
1269  *
1270  * If the driver core informs the DMA layer if a driver grabs a device
1271  * we don't need to preallocate the protection domains anymore.
1272  * For now we have to.
1273  */
1274 void prealloc_protection_domains(void)
1275 {
1276         struct pci_dev *dev = NULL;
1277         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1278         struct amd_iommu *iommu;
1279         int order = amd_iommu_aperture_order;
1280         u16 devid;
1281
1282         while ((dev = pci_get_device(PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, dev)) != NULL) {
1283                 devid = (dev->bus->number << 8) | dev->devfn;
1284                 if (devid > amd_iommu_last_bdf)
1285                         continue;
1286                 devid = amd_iommu_alias_table[devid];
1287                 if (domain_for_device(devid))
1288                         continue;
1289                 iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1290                 if (!iommu)
1291                         continue;
1292                 dma_dom = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1293                 if (!dma_dom)
1294                         continue;
1295                 init_unity_mappings_for_device(dma_dom, devid);
1296                 dma_dom->target_dev = devid;
1297
1298                 list_add_tail(&dma_dom->list, &iommu_pd_list);
1299         }
1300 }
1301
1302 static struct dma_mapping_ops amd_iommu_dma_ops = {
1303         .alloc_coherent = alloc_coherent,
1304         .free_coherent = free_coherent,
1305         .map_single = map_single,
1306         .unmap_single = unmap_single,
1307         .map_sg = map_sg,
1308         .unmap_sg = unmap_sg,
1309         .dma_supported = amd_iommu_dma_supported,
1310 };
1311
1312 /*
1313  * The function which clues the AMD IOMMU driver into dma_ops.
1314  */
1315 int __init amd_iommu_init_dma_ops(void)
1316 {
1317         struct amd_iommu *iommu;
1318         int order = amd_iommu_aperture_order;
1319         int ret;
1320
1321         /*
1322          * first allocate a default protection domain for every IOMMU we
1323          * found in the system. Devices not assigned to any other
1324          * protection domain will be assigned to the default one.
1325          */
1326         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
1327                 iommu->default_dom = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1328                 if (iommu->default_dom == NULL)
1329                         return -ENOMEM;
1330                 ret = iommu_init_unity_mappings(iommu);
1331                 if (ret)
1332                         goto free_domains;
1333         }
1334
1335         /*
1336          * If device isolation is enabled, pre-allocate the protection
1337          * domains for each device.
1338          */
1339         if (amd_iommu_isolate)
1340                 prealloc_protection_domains();
1341
1342         iommu_detected = 1;
1343         force_iommu = 1;
1344         bad_dma_address = 0;
1345 #ifdef CONFIG_GART_IOMMU
1346         gart_iommu_aperture_disabled = 1;
1347         gart_iommu_aperture = 0;
1348 #endif
1349
1350         /* Make the driver finally visible to the drivers */
1351         dma_ops = &amd_iommu_dma_ops;
1352
1353         return 0;
1354
1355 free_domains:
1356
1357         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
1358                 if (iommu->default_dom)
1359                         dma_ops_domain_free(iommu->default_dom);
1360         }
1361
1362         return ret;
1363 }