drm/radeon: allocate page tables on demand v4
[profile/ivi/kernel-adaptation-intel-automotive.git] / drivers / gpu / drm / radeon / radeon_gart.c
1 /*
2  * Copyright 2008 Advanced Micro Devices, Inc.
3  * Copyright 2008 Red Hat Inc.
4  * Copyright 2009 Jerome Glisse.
5  *
6  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a
7  * copy of this software and associated documentation files (the "Software"),
8  * to deal in the Software without restriction, including without limitation
9  * the rights to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense,
10  * and/or sell copies of the Software, and to permit persons to whom the
11  * Software is furnished to do so, subject to the following conditions:
12  *
13  * The above copyright notice and this permission notice shall be included in
14  * all copies or substantial portions of the Software.
15  *
16  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
17  * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
18  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT.  IN NO EVENT SHALL
19  * THE COPYRIGHT HOLDER(S) OR AUTHOR(S) BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR
20  * OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE,
21  * ARISING FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR
22  * OTHER DEALINGS IN THE SOFTWARE.
23  *
24  * Authors: Dave Airlie
25  *          Alex Deucher
26  *          Jerome Glisse
27  */
28 #include <drm/drmP.h>
29 #include <drm/radeon_drm.h>
30 #include "radeon.h"
31 #include "radeon_reg.h"
32
33 /*
34  * GART
35  * The GART (Graphics Aperture Remapping Table) is an aperture
36  * in the GPU's address space.  System pages can be mapped into
37  * the aperture and look like contiguous pages from the GPU's
38  * perspective.  A page table maps the pages in the aperture
39  * to the actual backing pages in system memory.
40  *
41  * Radeon GPUs support both an internal GART, as described above,
42  * and AGP.  AGP works similarly, but the GART table is configured
43  * and maintained by the northbridge rather than the driver.
44  * Radeon hw has a separate AGP aperture that is programmed to
45  * point to the AGP aperture provided by the northbridge and the
46  * requests are passed through to the northbridge aperture.
47  * Both AGP and internal GART can be used at the same time, however
48  * that is not currently supported by the driver.
49  *
50  * This file handles the common internal GART management.
51  */
52
53 /*
54  * Common GART table functions.
55  */
56 /**
57  * radeon_gart_table_ram_alloc - allocate system ram for gart page table
58  *
59  * @rdev: radeon_device pointer
60  *
61  * Allocate system memory for GART page table
62  * (r1xx-r3xx, non-pcie r4xx, rs400).  These asics require the
63  * gart table to be in system memory.
64  * Returns 0 for success, -ENOMEM for failure.
65  */
66 int radeon_gart_table_ram_alloc(struct radeon_device *rdev)
67 {
68         void *ptr;
69
70         ptr = pci_alloc_consistent(rdev->pdev, rdev->gart.table_size,
71                                    &rdev->gart.table_addr);
72         if (ptr == NULL) {
73                 return -ENOMEM;
74         }
75 #ifdef CONFIG_X86
76         if (rdev->family == CHIP_RS400 || rdev->family == CHIP_RS480 ||
77             rdev->family == CHIP_RS690 || rdev->family == CHIP_RS740) {
78                 set_memory_uc((unsigned long)ptr,
79                               rdev->gart.table_size >> PAGE_SHIFT);
80         }
81 #endif
82         rdev->gart.ptr = ptr;
83         memset((void *)rdev->gart.ptr, 0, rdev->gart.table_size);
84         return 0;
85 }
86
87 /**
88  * radeon_gart_table_ram_free - free system ram for gart page table
89  *
90  * @rdev: radeon_device pointer
91  *
92  * Free system memory for GART page table
93  * (r1xx-r3xx, non-pcie r4xx, rs400).  These asics require the
94  * gart table to be in system memory.
95  */
96 void radeon_gart_table_ram_free(struct radeon_device *rdev)
97 {
98         if (rdev->gart.ptr == NULL) {
99                 return;
100         }
101 #ifdef CONFIG_X86
102         if (rdev->family == CHIP_RS400 || rdev->family == CHIP_RS480 ||
103             rdev->family == CHIP_RS690 || rdev->family == CHIP_RS740) {
104                 set_memory_wb((unsigned long)rdev->gart.ptr,
105                               rdev->gart.table_size >> PAGE_SHIFT);
106         }
107 #endif
108         pci_free_consistent(rdev->pdev, rdev->gart.table_size,
109                             (void *)rdev->gart.ptr,
110                             rdev->gart.table_addr);
111         rdev->gart.ptr = NULL;
112         rdev->gart.table_addr = 0;
113 }
114
115 /**
116  * radeon_gart_table_vram_alloc - allocate vram for gart page table
117  *
118  * @rdev: radeon_device pointer
119  *
120  * Allocate video memory for GART page table
121  * (pcie r4xx, r5xx+).  These asics require the
122  * gart table to be in video memory.
123  * Returns 0 for success, error for failure.
124  */
125 int radeon_gart_table_vram_alloc(struct radeon_device *rdev)
126 {
127         int r;
128
129         if (rdev->gart.robj == NULL) {
130                 r = radeon_bo_create(rdev, rdev->gart.table_size,
131                                      PAGE_SIZE, true, RADEON_GEM_DOMAIN_VRAM,
132                                      NULL, &rdev->gart.robj);
133                 if (r) {
134                         return r;
135                 }
136         }
137         return 0;
138 }
139
140 /**
141  * radeon_gart_table_vram_pin - pin gart page table in vram
142  *
143  * @rdev: radeon_device pointer
144  *
145  * Pin the GART page table in vram so it will not be moved
146  * by the memory manager (pcie r4xx, r5xx+).  These asics require the
147  * gart table to be in video memory.
148  * Returns 0 for success, error for failure.
149  */
150 int radeon_gart_table_vram_pin(struct radeon_device *rdev)
151 {
152         uint64_t gpu_addr;
153         int r;
154
155         r = radeon_bo_reserve(rdev->gart.robj, false);
156         if (unlikely(r != 0))
157                 return r;
158         r = radeon_bo_pin(rdev->gart.robj,
159                                 RADEON_GEM_DOMAIN_VRAM, &gpu_addr);
160         if (r) {
161                 radeon_bo_unreserve(rdev->gart.robj);
162                 return r;
163         }
164         r = radeon_bo_kmap(rdev->gart.robj, &rdev->gart.ptr);
165         if (r)
166                 radeon_bo_unpin(rdev->gart.robj);
167         radeon_bo_unreserve(rdev->gart.robj);
168         rdev->gart.table_addr = gpu_addr;
169         return r;
170 }
171
172 /**
173  * radeon_gart_table_vram_unpin - unpin gart page table in vram
174  *
175  * @rdev: radeon_device pointer
176  *
177  * Unpin the GART page table in vram (pcie r4xx, r5xx+).
178  * These asics require the gart table to be in video memory.
179  */
180 void radeon_gart_table_vram_unpin(struct radeon_device *rdev)
181 {
182         int r;
183
184         if (rdev->gart.robj == NULL) {
185                 return;
186         }
187         r = radeon_bo_reserve(rdev->gart.robj, false);
188         if (likely(r == 0)) {
189                 radeon_bo_kunmap(rdev->gart.robj);
190                 radeon_bo_unpin(rdev->gart.robj);
191                 radeon_bo_unreserve(rdev->gart.robj);
192                 rdev->gart.ptr = NULL;
193         }
194 }
195
196 /**
197  * radeon_gart_table_vram_free - free gart page table vram
198  *
199  * @rdev: radeon_device pointer
200  *
201  * Free the video memory used for the GART page table
202  * (pcie r4xx, r5xx+).  These asics require the gart table to
203  * be in video memory.
204  */
205 void radeon_gart_table_vram_free(struct radeon_device *rdev)
206 {
207         if (rdev->gart.robj == NULL) {
208                 return;
209         }
210         radeon_gart_table_vram_unpin(rdev);
211         radeon_bo_unref(&rdev->gart.robj);
212 }
213
214 /*
215  * Common gart functions.
216  */
217 /**
218  * radeon_gart_unbind - unbind pages from the gart page table
219  *
220  * @rdev: radeon_device pointer
221  * @offset: offset into the GPU's gart aperture
222  * @pages: number of pages to unbind
223  *
224  * Unbinds the requested pages from the gart page table and
225  * replaces them with the dummy page (all asics).
226  */
227 void radeon_gart_unbind(struct radeon_device *rdev, unsigned offset,
228                         int pages)
229 {
230         unsigned t;
231         unsigned p;
232         int i, j;
233         u64 page_base;
234
235         if (!rdev->gart.ready) {
236                 WARN(1, "trying to unbind memory from uninitialized GART !\n");
237                 return;
238         }
239         t = offset / RADEON_GPU_PAGE_SIZE;
240         p = t / (PAGE_SIZE / RADEON_GPU_PAGE_SIZE);
241         for (i = 0; i < pages; i++, p++) {
242                 if (rdev->gart.pages[p]) {
243                         rdev->gart.pages[p] = NULL;
244                         rdev->gart.pages_addr[p] = rdev->dummy_page.addr;
245                         page_base = rdev->gart.pages_addr[p];
246                         for (j = 0; j < (PAGE_SIZE / RADEON_GPU_PAGE_SIZE); j++, t++) {
247                                 if (rdev->gart.ptr) {
248                                         radeon_gart_set_page(rdev, t, page_base);
249                                 }
250                                 page_base += RADEON_GPU_PAGE_SIZE;
251                         }
252                 }
253         }
254         mb();
255         radeon_gart_tlb_flush(rdev);
256 }
257
258 /**
259  * radeon_gart_bind - bind pages into the gart page table
260  *
261  * @rdev: radeon_device pointer
262  * @offset: offset into the GPU's gart aperture
263  * @pages: number of pages to bind
264  * @pagelist: pages to bind
265  * @dma_addr: DMA addresses of pages
266  *
267  * Binds the requested pages to the gart page table
268  * (all asics).
269  * Returns 0 for success, -EINVAL for failure.
270  */
271 int radeon_gart_bind(struct radeon_device *rdev, unsigned offset,
272                      int pages, struct page **pagelist, dma_addr_t *dma_addr)
273 {
274         unsigned t;
275         unsigned p;
276         uint64_t page_base;
277         int i, j;
278
279         if (!rdev->gart.ready) {
280                 WARN(1, "trying to bind memory to uninitialized GART !\n");
281                 return -EINVAL;
282         }
283         t = offset / RADEON_GPU_PAGE_SIZE;
284         p = t / (PAGE_SIZE / RADEON_GPU_PAGE_SIZE);
285
286         for (i = 0; i < pages; i++, p++) {
287                 rdev->gart.pages_addr[p] = dma_addr[i];
288                 rdev->gart.pages[p] = pagelist[i];
289                 if (rdev->gart.ptr) {
290                         page_base = rdev->gart.pages_addr[p];
291                         for (j = 0; j < (PAGE_SIZE / RADEON_GPU_PAGE_SIZE); j++, t++) {
292                                 radeon_gart_set_page(rdev, t, page_base);
293                                 page_base += RADEON_GPU_PAGE_SIZE;
294                         }
295                 }
296         }
297         mb();
298         radeon_gart_tlb_flush(rdev);
299         return 0;
300 }
301
302 /**
303  * radeon_gart_restore - bind all pages in the gart page table
304  *
305  * @rdev: radeon_device pointer
306  *
307  * Binds all pages in the gart page table (all asics).
308  * Used to rebuild the gart table on device startup or resume.
309  */
310 void radeon_gart_restore(struct radeon_device *rdev)
311 {
312         int i, j, t;
313         u64 page_base;
314
315         if (!rdev->gart.ptr) {
316                 return;
317         }
318         for (i = 0, t = 0; i < rdev->gart.num_cpu_pages; i++) {
319                 page_base = rdev->gart.pages_addr[i];
320                 for (j = 0; j < (PAGE_SIZE / RADEON_GPU_PAGE_SIZE); j++, t++) {
321                         radeon_gart_set_page(rdev, t, page_base);
322                         page_base += RADEON_GPU_PAGE_SIZE;
323                 }
324         }
325         mb();
326         radeon_gart_tlb_flush(rdev);
327 }
328
329 /**
330  * radeon_gart_init - init the driver info for managing the gart
331  *
332  * @rdev: radeon_device pointer
333  *
334  * Allocate the dummy page and init the gart driver info (all asics).
335  * Returns 0 for success, error for failure.
336  */
337 int radeon_gart_init(struct radeon_device *rdev)
338 {
339         int r, i;
340
341         if (rdev->gart.pages) {
342                 return 0;
343         }
344         /* We need PAGE_SIZE >= RADEON_GPU_PAGE_SIZE */
345         if (PAGE_SIZE < RADEON_GPU_PAGE_SIZE) {
346                 DRM_ERROR("Page size is smaller than GPU page size!\n");
347                 return -EINVAL;
348         }
349         r = radeon_dummy_page_init(rdev);
350         if (r)
351                 return r;
352         /* Compute table size */
353         rdev->gart.num_cpu_pages = rdev->mc.gtt_size / PAGE_SIZE;
354         rdev->gart.num_gpu_pages = rdev->mc.gtt_size / RADEON_GPU_PAGE_SIZE;
355         DRM_INFO("GART: num cpu pages %u, num gpu pages %u\n",
356                  rdev->gart.num_cpu_pages, rdev->gart.num_gpu_pages);
357         /* Allocate pages table */
358         rdev->gart.pages = kzalloc(sizeof(void *) * rdev->gart.num_cpu_pages,
359                                    GFP_KERNEL);
360         if (rdev->gart.pages == NULL) {
361                 radeon_gart_fini(rdev);
362                 return -ENOMEM;
363         }
364         rdev->gart.pages_addr = kzalloc(sizeof(dma_addr_t) *
365                                         rdev->gart.num_cpu_pages, GFP_KERNEL);
366         if (rdev->gart.pages_addr == NULL) {
367                 radeon_gart_fini(rdev);
368                 return -ENOMEM;
369         }
370         /* set GART entry to point to the dummy page by default */
371         for (i = 0; i < rdev->gart.num_cpu_pages; i++) {
372                 rdev->gart.pages_addr[i] = rdev->dummy_page.addr;
373         }
374         return 0;
375 }
376
377 /**
378  * radeon_gart_fini - tear down the driver info for managing the gart
379  *
380  * @rdev: radeon_device pointer
381  *
382  * Tear down the gart driver info and free the dummy page (all asics).
383  */
384 void radeon_gart_fini(struct radeon_device *rdev)
385 {
386         if (rdev->gart.pages && rdev->gart.pages_addr && rdev->gart.ready) {
387                 /* unbind pages */
388                 radeon_gart_unbind(rdev, 0, rdev->gart.num_cpu_pages);
389         }
390         rdev->gart.ready = false;
391         kfree(rdev->gart.pages);
392         kfree(rdev->gart.pages_addr);
393         rdev->gart.pages = NULL;
394         rdev->gart.pages_addr = NULL;
395
396         radeon_dummy_page_fini(rdev);
397 }
398
399 /*
400  * GPUVM
401  * GPUVM is similar to the legacy gart on older asics, however
402  * rather than there being a single global gart table
403  * for the entire GPU, there are multiple VM page tables active
404  * at any given time.  The VM page tables can contain a mix
405  * vram pages and system memory pages and system memory pages
406  * can be mapped as snooped (cached system pages) or unsnooped
407  * (uncached system pages).
408  * Each VM has an ID associated with it and there is a page table
409  * associated with each VMID.  When execting a command buffer,
410  * the kernel tells the the ring what VMID to use for that command
411  * buffer.  VMIDs are allocated dynamically as commands are submitted.
412  * The userspace drivers maintain their own address space and the kernel
413  * sets up their pages tables accordingly when they submit their
414  * command buffers and a VMID is assigned.
415  * Cayman/Trinity support up to 8 active VMs at any given time;
416  * SI supports 16.
417  */
418
419 /*
420  * vm helpers
421  *
422  * TODO bind a default page at vm initialization for default address
423  */
424
425 /**
426  * radeon_vm_num_pde - return the number of page directory entries
427  *
428  * @rdev: radeon_device pointer
429  *
430  * Calculate the number of page directory entries (cayman+).
431  */
432 static unsigned radeon_vm_num_pdes(struct radeon_device *rdev)
433 {
434         return rdev->vm_manager.max_pfn >> RADEON_VM_BLOCK_SIZE;
435 }
436
437 /**
438  * radeon_vm_directory_size - returns the size of the page directory in bytes
439  *
440  * @rdev: radeon_device pointer
441  *
442  * Calculate the size of the page directory in bytes (cayman+).
443  */
444 static unsigned radeon_vm_directory_size(struct radeon_device *rdev)
445 {
446         return RADEON_GPU_PAGE_ALIGN(radeon_vm_num_pdes(rdev) * 8);
447 }
448
449 /**
450  * radeon_vm_manager_init - init the vm manager
451  *
452  * @rdev: radeon_device pointer
453  *
454  * Init the vm manager (cayman+).
455  * Returns 0 for success, error for failure.
456  */
457 int radeon_vm_manager_init(struct radeon_device *rdev)
458 {
459         struct radeon_vm *vm;
460         struct radeon_bo_va *bo_va;
461         int r;
462         unsigned size;
463
464         if (!rdev->vm_manager.enabled) {
465                 /* allocate enough for 2 full VM pts */
466                 size = radeon_vm_directory_size(rdev);
467                 size += rdev->vm_manager.max_pfn * 8;
468                 size *= 2;
469                 r = radeon_sa_bo_manager_init(rdev, &rdev->vm_manager.sa_manager,
470                                               RADEON_GPU_PAGE_ALIGN(size),
471                                               RADEON_GEM_DOMAIN_VRAM);
472                 if (r) {
473                         dev_err(rdev->dev, "failed to allocate vm bo (%dKB)\n",
474                                 (rdev->vm_manager.max_pfn * 8) >> 10);
475                         return r;
476                 }
477
478                 r = radeon_asic_vm_init(rdev);
479                 if (r)
480                         return r;
481
482                 rdev->vm_manager.enabled = true;
483
484                 r = radeon_sa_bo_manager_start(rdev, &rdev->vm_manager.sa_manager);
485                 if (r)
486                         return r;
487         }
488
489         /* restore page table */
490         list_for_each_entry(vm, &rdev->vm_manager.lru_vm, list) {
491                 if (vm->page_directory == NULL)
492                         continue;
493
494                 list_for_each_entry(bo_va, &vm->va, vm_list) {
495                         bo_va->valid = false;
496                 }
497         }
498         return 0;
499 }
500
501 /**
502  * radeon_vm_free_pt - free the page table for a specific vm
503  *
504  * @rdev: radeon_device pointer
505  * @vm: vm to unbind
506  *
507  * Free the page table of a specific vm (cayman+).
508  *
509  * Global and local mutex must be lock!
510  */
511 static void radeon_vm_free_pt(struct radeon_device *rdev,
512                                     struct radeon_vm *vm)
513 {
514         struct radeon_bo_va *bo_va;
515         int i;
516
517         if (!vm->page_directory)
518                 return;
519
520         list_del_init(&vm->list);
521         radeon_sa_bo_free(rdev, &vm->page_directory, vm->fence);
522
523         list_for_each_entry(bo_va, &vm->va, vm_list) {
524                 bo_va->valid = false;
525         }
526
527         if (vm->page_tables == NULL)
528                 return;
529
530         for (i = 0; i < radeon_vm_num_pdes(rdev); i++)
531                 radeon_sa_bo_free(rdev, &vm->page_tables[i], vm->fence);
532
533         kfree(vm->page_tables);
534 }
535
536 /**
537  * radeon_vm_manager_fini - tear down the vm manager
538  *
539  * @rdev: radeon_device pointer
540  *
541  * Tear down the VM manager (cayman+).
542  */
543 void radeon_vm_manager_fini(struct radeon_device *rdev)
544 {
545         struct radeon_vm *vm, *tmp;
546         int i;
547
548         if (!rdev->vm_manager.enabled)
549                 return;
550
551         mutex_lock(&rdev->vm_manager.lock);
552         /* free all allocated page tables */
553         list_for_each_entry_safe(vm, tmp, &rdev->vm_manager.lru_vm, list) {
554                 mutex_lock(&vm->mutex);
555                 radeon_vm_free_pt(rdev, vm);
556                 mutex_unlock(&vm->mutex);
557         }
558         for (i = 0; i < RADEON_NUM_VM; ++i) {
559                 radeon_fence_unref(&rdev->vm_manager.active[i]);
560         }
561         radeon_asic_vm_fini(rdev);
562         mutex_unlock(&rdev->vm_manager.lock);
563
564         radeon_sa_bo_manager_suspend(rdev, &rdev->vm_manager.sa_manager);
565         radeon_sa_bo_manager_fini(rdev, &rdev->vm_manager.sa_manager);
566         rdev->vm_manager.enabled = false;
567 }
568
569 /**
570  * radeon_vm_evict - evict page table to make room for new one
571  *
572  * @rdev: radeon_device pointer
573  * @vm: VM we want to allocate something for
574  *
575  * Evict a VM from the lru, making sure that it isn't @vm. (cayman+).
576  * Returns 0 for success, -ENOMEM for failure.
577  *
578  * Global and local mutex must be locked!
579  */
580 int radeon_vm_evict(struct radeon_device *rdev, struct radeon_vm *vm)
581 {
582         struct radeon_vm *vm_evict;
583
584         if (list_empty(&rdev->vm_manager.lru_vm))
585                 return -ENOMEM;
586
587         vm_evict = list_first_entry(&rdev->vm_manager.lru_vm,
588                                     struct radeon_vm, list);
589         if (vm_evict == vm)
590                 return -ENOMEM;
591
592         mutex_lock(&vm_evict->mutex);
593         radeon_vm_free_pt(rdev, vm_evict);
594         mutex_unlock(&vm_evict->mutex);
595         return 0;
596 }
597
598 /**
599  * radeon_vm_alloc_pt - allocates a page table for a VM
600  *
601  * @rdev: radeon_device pointer
602  * @vm: vm to bind
603  *
604  * Allocate a page table for the requested vm (cayman+).
605  * Also starts to populate the page table.
606  * Returns 0 for success, error for failure.
607  *
608  * Global and local mutex must be locked!
609  */
610 int radeon_vm_alloc_pt(struct radeon_device *rdev, struct radeon_vm *vm)
611 {
612         unsigned pd_size, pts_size;
613         u64 *pd_addr;
614         int r;
615
616         if (vm == NULL) {
617                 return -EINVAL;
618         }
619
620         if (vm->page_directory != NULL) {
621                 /* update lru */
622                 list_del_init(&vm->list);
623                 list_add_tail(&vm->list, &rdev->vm_manager.lru_vm);
624                 return 0;
625         }
626
627 retry:
628         pd_size = RADEON_GPU_PAGE_ALIGN(radeon_vm_directory_size(rdev));
629         r = radeon_sa_bo_new(rdev, &rdev->vm_manager.sa_manager,
630                              &vm->page_directory, pd_size,
631                              RADEON_GPU_PAGE_SIZE, false);
632         if (r == -ENOMEM) {
633                 r = radeon_vm_evict(rdev, vm);
634                 if (r)
635                         return r;
636                 goto retry;
637
638         } else if (r) {
639                 return r;
640         }
641
642         vm->pd_gpu_addr = radeon_sa_bo_gpu_addr(vm->page_directory);
643
644         /* Initially clear the page directory */
645         pd_addr = radeon_sa_bo_cpu_addr(vm->page_directory);
646         memset(pd_addr, 0, pd_size);
647
648         pts_size = radeon_vm_num_pdes(rdev) * sizeof(struct radeon_sa_bo *);
649         vm->page_tables = kzalloc(pts_size, GFP_KERNEL);
650
651         if (vm->page_tables == NULL) {
652                 DRM_ERROR("Cannot allocate memory for page table array\n");
653                 radeon_sa_bo_free(rdev, &vm->page_directory, vm->fence);
654                 return -ENOMEM;
655         }
656
657         list_add_tail(&vm->list, &rdev->vm_manager.lru_vm);
658         return radeon_vm_bo_update_pte(rdev, vm, rdev->ring_tmp_bo.bo,
659                                        &rdev->ring_tmp_bo.bo->tbo.mem);
660 }
661
662 /**
663  * radeon_vm_grab_id - allocate the next free VMID
664  *
665  * @rdev: radeon_device pointer
666  * @vm: vm to allocate id for
667  * @ring: ring we want to submit job to
668  *
669  * Allocate an id for the vm (cayman+).
670  * Returns the fence we need to sync to (if any).
671  *
672  * Global and local mutex must be locked!
673  */
674 struct radeon_fence *radeon_vm_grab_id(struct radeon_device *rdev,
675                                        struct radeon_vm *vm, int ring)
676 {
677         struct radeon_fence *best[RADEON_NUM_RINGS] = {};
678         unsigned choices[2] = {};
679         unsigned i;
680
681         /* check if the id is still valid */
682         if (vm->fence && vm->fence == rdev->vm_manager.active[vm->id])
683                 return NULL;
684
685         /* we definately need to flush */
686         radeon_fence_unref(&vm->last_flush);
687
688         /* skip over VMID 0, since it is the system VM */
689         for (i = 1; i < rdev->vm_manager.nvm; ++i) {
690                 struct radeon_fence *fence = rdev->vm_manager.active[i];
691
692                 if (fence == NULL) {
693                         /* found a free one */
694                         vm->id = i;
695                         return NULL;
696                 }
697
698                 if (radeon_fence_is_earlier(fence, best[fence->ring])) {
699                         best[fence->ring] = fence;
700                         choices[fence->ring == ring ? 0 : 1] = i;
701                 }
702         }
703
704         for (i = 0; i < 2; ++i) {
705                 if (choices[i]) {
706                         vm->id = choices[i];
707                         return rdev->vm_manager.active[choices[i]];
708                 }
709         }
710
711         /* should never happen */
712         BUG();
713         return NULL;
714 }
715
716 /**
717  * radeon_vm_fence - remember fence for vm
718  *
719  * @rdev: radeon_device pointer
720  * @vm: vm we want to fence
721  * @fence: fence to remember
722  *
723  * Fence the vm (cayman+).
724  * Set the fence used to protect page table and id.
725  *
726  * Global and local mutex must be locked!
727  */
728 void radeon_vm_fence(struct radeon_device *rdev,
729                      struct radeon_vm *vm,
730                      struct radeon_fence *fence)
731 {
732         radeon_fence_unref(&rdev->vm_manager.active[vm->id]);
733         rdev->vm_manager.active[vm->id] = radeon_fence_ref(fence);
734
735         radeon_fence_unref(&vm->fence);
736         vm->fence = radeon_fence_ref(fence);
737 }
738
739 /**
740  * radeon_vm_bo_find - find the bo_va for a specific vm & bo
741  *
742  * @vm: requested vm
743  * @bo: requested buffer object
744  *
745  * Find @bo inside the requested vm (cayman+).
746  * Search inside the @bos vm list for the requested vm
747  * Returns the found bo_va or NULL if none is found
748  *
749  * Object has to be reserved!
750  */
751 struct radeon_bo_va *radeon_vm_bo_find(struct radeon_vm *vm,
752                                        struct radeon_bo *bo)
753 {
754         struct radeon_bo_va *bo_va;
755
756         list_for_each_entry(bo_va, &bo->va, bo_list) {
757                 if (bo_va->vm == vm) {
758                         return bo_va;
759                 }
760         }
761         return NULL;
762 }
763
764 /**
765  * radeon_vm_bo_add - add a bo to a specific vm
766  *
767  * @rdev: radeon_device pointer
768  * @vm: requested vm
769  * @bo: radeon buffer object
770  *
771  * Add @bo into the requested vm (cayman+).
772  * Add @bo to the list of bos associated with the vm
773  * Returns newly added bo_va or NULL for failure
774  *
775  * Object has to be reserved!
776  */
777 struct radeon_bo_va *radeon_vm_bo_add(struct radeon_device *rdev,
778                                       struct radeon_vm *vm,
779                                       struct radeon_bo *bo)
780 {
781         struct radeon_bo_va *bo_va;
782
783         bo_va = kzalloc(sizeof(struct radeon_bo_va), GFP_KERNEL);
784         if (bo_va == NULL) {
785                 return NULL;
786         }
787         bo_va->vm = vm;
788         bo_va->bo = bo;
789         bo_va->soffset = 0;
790         bo_va->eoffset = 0;
791         bo_va->flags = 0;
792         bo_va->valid = false;
793         bo_va->ref_count = 1;
794         INIT_LIST_HEAD(&bo_va->bo_list);
795         INIT_LIST_HEAD(&bo_va->vm_list);
796
797         mutex_lock(&vm->mutex);
798         list_add(&bo_va->vm_list, &vm->va);
799         list_add_tail(&bo_va->bo_list, &bo->va);
800         mutex_unlock(&vm->mutex);
801
802         return bo_va;
803 }
804
805 /**
806  * radeon_vm_bo_set_addr - set bos virtual address inside a vm
807  *
808  * @rdev: radeon_device pointer
809  * @bo_va: bo_va to store the address
810  * @soffset: requested offset of the buffer in the VM address space
811  * @flags: attributes of pages (read/write/valid/etc.)
812  *
813  * Set offset of @bo_va (cayman+).
814  * Validate and set the offset requested within the vm address space.
815  * Returns 0 for success, error for failure.
816  *
817  * Object has to be reserved!
818  */
819 int radeon_vm_bo_set_addr(struct radeon_device *rdev,
820                           struct radeon_bo_va *bo_va,
821                           uint64_t soffset,
822                           uint32_t flags)
823 {
824         uint64_t size = radeon_bo_size(bo_va->bo);
825         uint64_t eoffset, last_offset = 0;
826         struct radeon_vm *vm = bo_va->vm;
827         struct radeon_bo_va *tmp;
828         struct list_head *head;
829         unsigned last_pfn;
830
831         if (soffset) {
832                 /* make sure object fit at this offset */
833                 eoffset = soffset + size;
834                 if (soffset >= eoffset) {
835                         return -EINVAL;
836                 }
837
838                 last_pfn = eoffset / RADEON_GPU_PAGE_SIZE;
839                 if (last_pfn > rdev->vm_manager.max_pfn) {
840                         dev_err(rdev->dev, "va above limit (0x%08X > 0x%08X)\n",
841                                 last_pfn, rdev->vm_manager.max_pfn);
842                         return -EINVAL;
843                 }
844
845         } else {
846                 eoffset = last_pfn = 0;
847         }
848
849         mutex_lock(&vm->mutex);
850         head = &vm->va;
851         last_offset = 0;
852         list_for_each_entry(tmp, &vm->va, vm_list) {
853                 if (bo_va == tmp) {
854                         /* skip over currently modified bo */
855                         continue;
856                 }
857
858                 if (soffset >= last_offset && eoffset <= tmp->soffset) {
859                         /* bo can be added before this one */
860                         break;
861                 }
862                 if (eoffset > tmp->soffset && soffset < tmp->eoffset) {
863                         /* bo and tmp overlap, invalid offset */
864                         dev_err(rdev->dev, "bo %p va 0x%08X conflict with (bo %p 0x%08X 0x%08X)\n",
865                                 bo_va->bo, (unsigned)bo_va->soffset, tmp->bo,
866                                 (unsigned)tmp->soffset, (unsigned)tmp->eoffset);
867                         mutex_unlock(&vm->mutex);
868                         return -EINVAL;
869                 }
870                 last_offset = tmp->eoffset;
871                 head = &tmp->vm_list;
872         }
873
874         bo_va->soffset = soffset;
875         bo_va->eoffset = eoffset;
876         bo_va->flags = flags;
877         bo_va->valid = false;
878         list_move(&bo_va->vm_list, head);
879
880         mutex_unlock(&vm->mutex);
881         return 0;
882 }
883
884 /**
885  * radeon_vm_map_gart - get the physical address of a gart page
886  *
887  * @rdev: radeon_device pointer
888  * @addr: the unmapped addr
889  *
890  * Look up the physical address of the page that the pte resolves
891  * to (cayman+).
892  * Returns the physical address of the page.
893  */
894 uint64_t radeon_vm_map_gart(struct radeon_device *rdev, uint64_t addr)
895 {
896         uint64_t result;
897
898         /* page table offset */
899         result = rdev->gart.pages_addr[addr >> PAGE_SHIFT];
900
901         /* in case cpu page size != gpu page size*/
902         result |= addr & (~PAGE_MASK);
903
904         return result;
905 }
906
907 /**
908  * radeon_vm_update_pdes - make sure that page directory is valid
909  *
910  * @rdev: radeon_device pointer
911  * @vm: requested vm
912  * @start: start of GPU address range
913  * @end: end of GPU address range
914  *
915  * Allocates new page tables if necessary
916  * and updates the page directory (cayman+).
917  * Returns 0 for success, error for failure.
918  *
919  * Global and local mutex must be locked!
920  */
921 static int radeon_vm_update_pdes(struct radeon_device *rdev,
922                                  struct radeon_vm *vm,
923                                  uint64_t start, uint64_t end)
924 {
925         static const uint32_t incr = RADEON_VM_PTE_COUNT * 8;
926
927         uint64_t last_pde = ~0, last_pt = ~0;
928         unsigned count = 0;
929         uint64_t pt_idx;
930         int r;
931
932         start = (start / RADEON_GPU_PAGE_SIZE) >> RADEON_VM_BLOCK_SIZE;
933         end = (end / RADEON_GPU_PAGE_SIZE) >> RADEON_VM_BLOCK_SIZE;
934
935         /* walk over the address space and update the page directory */
936         for (pt_idx = start; pt_idx <= end; ++pt_idx) {
937                 uint64_t pde, pt;
938
939                 if (vm->page_tables[pt_idx])
940                         continue;
941
942 retry:
943                 r = radeon_sa_bo_new(rdev, &rdev->vm_manager.sa_manager,
944                                      &vm->page_tables[pt_idx],
945                                      RADEON_VM_PTE_COUNT * 8,
946                                      RADEON_GPU_PAGE_SIZE, false);
947
948                 if (r == -ENOMEM) {
949                         r = radeon_vm_evict(rdev, vm);
950                         if (r)
951                                 return r;
952                         goto retry;
953                 } else if (r) {
954                         return r;
955                 }
956
957                 pde = vm->pd_gpu_addr + pt_idx * 8;
958
959                 pt = radeon_sa_bo_gpu_addr(vm->page_tables[pt_idx]);
960
961                 if (((last_pde + 8 * count) != pde) ||
962                     ((last_pt + incr * count) != pt)) {
963
964                         if (count) {
965                                 radeon_asic_vm_set_page(rdev, last_pde,
966                                                         last_pt, count, incr,
967                                                         RADEON_VM_PAGE_VALID);
968                         }
969
970                         count = 1;
971                         last_pde = pde;
972                         last_pt = pt;
973                 } else {
974                         ++count;
975                 }
976         }
977
978         if (count) {
979                 radeon_asic_vm_set_page(rdev, last_pde, last_pt, count,
980                                         incr, RADEON_VM_PAGE_VALID);
981
982         }
983
984         return 0;
985 }
986
987 /**
988  * radeon_vm_update_ptes - make sure that page tables are valid
989  *
990  * @rdev: radeon_device pointer
991  * @vm: requested vm
992  * @start: start of GPU address range
993  * @end: end of GPU address range
994  * @dst: destination address to map to
995  * @flags: mapping flags
996  *
997  * Update the page tables in the range @start - @end (cayman+).
998  *
999  * Global and local mutex must be locked!
1000  */
1001 static void radeon_vm_update_ptes(struct radeon_device *rdev,
1002                                   struct radeon_vm *vm,
1003                                   uint64_t start, uint64_t end,
1004                                   uint64_t dst, uint32_t flags)
1005 {
1006         static const uint64_t mask = RADEON_VM_PTE_COUNT - 1;
1007
1008         uint64_t last_pte = ~0, last_dst = ~0;
1009         unsigned count = 0;
1010         uint64_t addr;
1011
1012         start = start / RADEON_GPU_PAGE_SIZE;
1013         end = end / RADEON_GPU_PAGE_SIZE;
1014
1015         /* walk over the address space and update the page tables */
1016         for (addr = start; addr < end; ) {
1017                 uint64_t pt_idx = addr >> RADEON_VM_BLOCK_SIZE;
1018                 unsigned nptes;
1019                 uint64_t pte;
1020
1021                 if ((addr & ~mask) == (end & ~mask))
1022                         nptes = end - addr;
1023                 else
1024                         nptes = RADEON_VM_PTE_COUNT - (addr & mask);
1025
1026                 pte = radeon_sa_bo_gpu_addr(vm->page_tables[pt_idx]);
1027                 pte += (addr & mask) * 8;
1028
1029                 if (((last_pte + 8 * count) != pte) ||
1030                     ((count + nptes) > 1 << 11)) {
1031
1032                         if (count) {
1033                                 radeon_asic_vm_set_page(rdev, last_pte,
1034                                                         last_dst, count,
1035                                                         RADEON_GPU_PAGE_SIZE,
1036                                                         flags);
1037                         }
1038
1039                         count = nptes;
1040                         last_pte = pte;
1041                         last_dst = dst;
1042                 } else {
1043                         count += nptes;
1044                 }
1045
1046                 addr += nptes;
1047                 dst += nptes * RADEON_GPU_PAGE_SIZE;
1048         }
1049
1050         if (count) {
1051                 radeon_asic_vm_set_page(rdev, last_pte, last_dst, count,
1052                                         RADEON_GPU_PAGE_SIZE, flags);
1053         }
1054 }
1055
1056 /**
1057  * radeon_vm_bo_update_pte - map a bo into the vm page table
1058  *
1059  * @rdev: radeon_device pointer
1060  * @vm: requested vm
1061  * @bo: radeon buffer object
1062  * @mem: ttm mem
1063  *
1064  * Fill in the page table entries for @bo (cayman+).
1065  * Returns 0 for success, -EINVAL for failure.
1066  *
1067  * Object have to be reserved & global and local mutex must be locked!
1068  */
1069 int radeon_vm_bo_update_pte(struct radeon_device *rdev,
1070                             struct radeon_vm *vm,
1071                             struct radeon_bo *bo,
1072                             struct ttm_mem_reg *mem)
1073 {
1074         unsigned ridx = rdev->asic->vm.pt_ring_index;
1075         struct radeon_ring *ring = &rdev->ring[ridx];
1076         struct radeon_semaphore *sem = NULL;
1077         struct radeon_bo_va *bo_va;
1078         unsigned nptes, npdes, ndw;
1079         uint64_t addr;
1080         int r;
1081
1082         /* nothing to do if vm isn't bound */
1083         if (vm->page_directory == NULL)
1084                 return 0;
1085
1086         bo_va = radeon_vm_bo_find(vm, bo);
1087         if (bo_va == NULL) {
1088                 dev_err(rdev->dev, "bo %p not in vm %p\n", bo, vm);
1089                 return -EINVAL;
1090         }
1091
1092         if (!bo_va->soffset) {
1093                 dev_err(rdev->dev, "bo %p don't has a mapping in vm %p\n",
1094                         bo, vm);
1095                 return -EINVAL;
1096         }
1097
1098         if ((bo_va->valid && mem) || (!bo_va->valid && mem == NULL))
1099                 return 0;
1100
1101         bo_va->flags &= ~RADEON_VM_PAGE_VALID;
1102         bo_va->flags &= ~RADEON_VM_PAGE_SYSTEM;
1103         if (mem) {
1104                 addr = mem->start << PAGE_SHIFT;
1105                 if (mem->mem_type != TTM_PL_SYSTEM) {
1106                         bo_va->flags |= RADEON_VM_PAGE_VALID;
1107                         bo_va->valid = true;
1108                 }
1109                 if (mem->mem_type == TTM_PL_TT) {
1110                         bo_va->flags |= RADEON_VM_PAGE_SYSTEM;
1111                 } else {
1112                         addr += rdev->vm_manager.vram_base_offset;
1113                 }
1114         } else {
1115                 addr = 0;
1116                 bo_va->valid = false;
1117         }
1118
1119         if (vm->fence && radeon_fence_signaled(vm->fence)) {
1120                 radeon_fence_unref(&vm->fence);
1121         }
1122
1123         if (vm->fence && vm->fence->ring != ridx) {
1124                 r = radeon_semaphore_create(rdev, &sem);
1125                 if (r) {
1126                         return r;
1127                 }
1128         }
1129
1130         nptes = radeon_bo_ngpu_pages(bo);
1131
1132         /* assume two extra pdes in case the mapping overlaps the borders */
1133         npdes = (nptes >> RADEON_VM_BLOCK_SIZE) + 2;
1134
1135         /* estimate number of dw needed */
1136         /* semaphore, fence and padding */
1137         ndw = 32;
1138
1139         if (RADEON_VM_BLOCK_SIZE > 11)
1140                 /* reserve space for one header for every 2k dwords */
1141                 ndw += (nptes >> 11) * 3;
1142         else
1143                 /* reserve space for one header for
1144                     every (1 << BLOCK_SIZE) entries */
1145                 ndw += (nptes >> RADEON_VM_BLOCK_SIZE) * 3;
1146
1147         /* reserve space for pte addresses */
1148         ndw += nptes * 2;
1149
1150         /* reserve space for one header for every 2k dwords */
1151         ndw += (npdes >> 11) * 3;
1152
1153         /* reserve space for pde addresses */
1154         ndw += npdes * 2;
1155
1156         r = radeon_ring_lock(rdev, ring, ndw);
1157         if (r) {
1158                 return r;
1159         }
1160
1161         if (sem && radeon_fence_need_sync(vm->fence, ridx)) {
1162                 radeon_semaphore_sync_rings(rdev, sem, vm->fence->ring, ridx);
1163                 radeon_fence_note_sync(vm->fence, ridx);
1164         }
1165
1166         r = radeon_vm_update_pdes(rdev, vm, bo_va->soffset, bo_va->eoffset);
1167         if (r) {
1168                 radeon_ring_unlock_undo(rdev, ring);
1169                 return r;
1170         }
1171
1172         radeon_vm_update_ptes(rdev, vm, bo_va->soffset, bo_va->eoffset,
1173                               addr, bo_va->flags);
1174
1175         radeon_fence_unref(&vm->fence);
1176         r = radeon_fence_emit(rdev, &vm->fence, ridx);
1177         if (r) {
1178                 radeon_ring_unlock_undo(rdev, ring);
1179                 return r;
1180         }
1181         radeon_ring_unlock_commit(rdev, ring);
1182         radeon_semaphore_free(rdev, &sem, vm->fence);
1183         radeon_fence_unref(&vm->last_flush);
1184
1185         return 0;
1186 }
1187
1188 /**
1189  * radeon_vm_bo_rmv - remove a bo to a specific vm
1190  *
1191  * @rdev: radeon_device pointer
1192  * @bo_va: requested bo_va
1193  *
1194  * Remove @bo_va->bo from the requested vm (cayman+).
1195  * Remove @bo_va->bo from the list of bos associated with the bo_va->vm and
1196  * remove the ptes for @bo_va in the page table.
1197  * Returns 0 for success.
1198  *
1199  * Object have to be reserved!
1200  */
1201 int radeon_vm_bo_rmv(struct radeon_device *rdev,
1202                      struct radeon_bo_va *bo_va)
1203 {
1204         int r;
1205
1206         mutex_lock(&rdev->vm_manager.lock);
1207         mutex_lock(&bo_va->vm->mutex);
1208         r = radeon_vm_bo_update_pte(rdev, bo_va->vm, bo_va->bo, NULL);
1209         mutex_unlock(&rdev->vm_manager.lock);
1210         list_del(&bo_va->vm_list);
1211         mutex_unlock(&bo_va->vm->mutex);
1212         list_del(&bo_va->bo_list);
1213
1214         kfree(bo_va);
1215         return r;
1216 }
1217
1218 /**
1219  * radeon_vm_bo_invalidate - mark the bo as invalid
1220  *
1221  * @rdev: radeon_device pointer
1222  * @vm: requested vm
1223  * @bo: radeon buffer object
1224  *
1225  * Mark @bo as invalid (cayman+).
1226  */
1227 void radeon_vm_bo_invalidate(struct radeon_device *rdev,
1228                              struct radeon_bo *bo)
1229 {
1230         struct radeon_bo_va *bo_va;
1231
1232         BUG_ON(!atomic_read(&bo->tbo.reserved));
1233         list_for_each_entry(bo_va, &bo->va, bo_list) {
1234                 bo_va->valid = false;
1235         }
1236 }
1237
1238 /**
1239  * radeon_vm_init - initialize a vm instance
1240  *
1241  * @rdev: radeon_device pointer
1242  * @vm: requested vm
1243  *
1244  * Init @vm (cayman+).
1245  * Map the IB pool and any other shared objects into the VM
1246  * by default as it's used by all VMs.
1247  * Returns 0 for success, error for failure.
1248  */
1249 int radeon_vm_init(struct radeon_device *rdev, struct radeon_vm *vm)
1250 {
1251         struct radeon_bo_va *bo_va;
1252         int r;
1253
1254         vm->id = 0;
1255         vm->fence = NULL;
1256         mutex_init(&vm->mutex);
1257         INIT_LIST_HEAD(&vm->list);
1258         INIT_LIST_HEAD(&vm->va);
1259
1260         /* map the ib pool buffer at 0 in virtual address space, set
1261          * read only
1262          */
1263         bo_va = radeon_vm_bo_add(rdev, vm, rdev->ring_tmp_bo.bo);
1264         r = radeon_vm_bo_set_addr(rdev, bo_va, RADEON_VA_IB_OFFSET,
1265                                   RADEON_VM_PAGE_READABLE |
1266                                   RADEON_VM_PAGE_SNOOPED);
1267         return r;
1268 }
1269
1270 /**
1271  * radeon_vm_fini - tear down a vm instance
1272  *
1273  * @rdev: radeon_device pointer
1274  * @vm: requested vm
1275  *
1276  * Tear down @vm (cayman+).
1277  * Unbind the VM and remove all bos from the vm bo list
1278  */
1279 void radeon_vm_fini(struct radeon_device *rdev, struct radeon_vm *vm)
1280 {
1281         struct radeon_bo_va *bo_va, *tmp;
1282         int r;
1283
1284         mutex_lock(&rdev->vm_manager.lock);
1285         mutex_lock(&vm->mutex);
1286         radeon_vm_free_pt(rdev, vm);
1287         mutex_unlock(&rdev->vm_manager.lock);
1288
1289         /* remove all bo at this point non are busy any more because unbind
1290          * waited for the last vm fence to signal
1291          */
1292         r = radeon_bo_reserve(rdev->ring_tmp_bo.bo, false);
1293         if (!r) {
1294                 bo_va = radeon_vm_bo_find(vm, rdev->ring_tmp_bo.bo);
1295                 list_del_init(&bo_va->bo_list);
1296                 list_del_init(&bo_va->vm_list);
1297                 radeon_bo_unreserve(rdev->ring_tmp_bo.bo);
1298                 kfree(bo_va);
1299         }
1300         if (!list_empty(&vm->va)) {
1301                 dev_err(rdev->dev, "still active bo inside vm\n");
1302         }
1303         list_for_each_entry_safe(bo_va, tmp, &vm->va, vm_list) {
1304                 list_del_init(&bo_va->vm_list);
1305                 r = radeon_bo_reserve(bo_va->bo, false);
1306                 if (!r) {
1307                         list_del_init(&bo_va->bo_list);
1308                         radeon_bo_unreserve(bo_va->bo);
1309                         kfree(bo_va);
1310                 }
1311         }
1312         radeon_fence_unref(&vm->fence);
1313         radeon_fence_unref(&vm->last_flush);
1314         mutex_unlock(&vm->mutex);
1315 }