kernel/dma/swiotlb.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * Dynamic DMA mapping support.
   4  *
   5  * This implementation is a fallback for platforms that do not support
   6  * I/O TLBs (aka DMA address translation hardware).
   7  * Copyright (C) 2000 Asit Mallick <Asit.K.Mallick@intel.com>
   8  * Copyright (C) 2000 Goutham Rao <goutham.rao@intel.com>
   9  * Copyright (C) 2000, 2003 Hewlett-Packard Co
  10  *      David Mosberger-Tang <davidm@hpl.hp.com>
  11  *
  12  * 03/05/07 davidm      Switch from PCI-DMA to generic device DMA API.
  13  * 00/12/13 davidm      Rename to swiotlb.c and add mark_clean() to avoid
  14  *                      unnecessary i-cache flushing.
  15  * 04/07/.. ak          Better overflow handling. Assorted fixes.
  16  * 05/09/10 linville    Add support for syncing ranges, support syncing for
  17  *                      DMA_BIDIRECTIONAL mappings, miscellaneous cleanup.
  18  * 08/12/11 beckyb      Add highmem support
  19  */
  20
  21 #define pr_fmt(fmt) "software IO TLB: " fmt
  22
  23 #include <linux/cache.h>
  24 #include <linux/dma-direct.h>
  25 #include <linux/dma-map-ops.h>
  26 #include <linux/mm.h>
  27 #include <linux/export.h>
  28 #include <linux/spinlock.h>
  29 #include <linux/string.h>
  30 #include <linux/swiotlb.h>
  31 #include <linux/pfn.h>
  32 #include <linux/types.h>
  33 #include <linux/ctype.h>
  34 #include <linux/highmem.h>
  35 #include <linux/gfp.h>
  36 #include <linux/scatterlist.h>
  37 #include <linux/mem_encrypt.h>
  38 #include <linux/set_memory.h>
  39 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
  40 #include <linux/debugfs.h>
  41 #endif
  42
  43 #include <asm/io.h>
  44 #include <asm/dma.h>
  45
  46 #include <linux/init.h>
  47 #include <linux/memblock.h>
  48 #include <linux/iommu-helper.h>
  49
  50 #define CREATE_TRACE_POINTS
  51 #include <trace/events/swiotlb.h>
  52
  53 #define SLABS_PER_PAGE (1 << (PAGE_SHIFT - IO_TLB_SHIFT))
  54
  55 /*
  56  * Minimum IO TLB size to bother booting with.  Systems with mainly
  57  * 64bit capable cards will only lightly use the swiotlb.  If we can't
  58  * allocate a contiguous 1MB, we're probably in trouble anyway.
  59  */
  60 #define IO_TLB_MIN_SLABS ((1<<20) >> IO_TLB_SHIFT)
  61
  62 enum swiotlb_force swiotlb_force;
  63
  64 /*
  65  * Used to do a quick range check in swiotlb_tbl_unmap_single and
  66  * swiotlb_tbl_sync_single_*, to see if the memory was in fact allocated by this
  67  * API.
  68  */
  69 phys_addr_t io_tlb_start, io_tlb_end;
  70
  71 /*
  72  * The number of IO TLB blocks (in groups of 64) between io_tlb_start and
  73  * io_tlb_end.  This is command line adjustable via setup_io_tlb_npages.
  74  */
  75 static unsigned long io_tlb_nslabs;
  76
  77 /*
  78  * The number of used IO TLB block
  79  */
  80 static unsigned long io_tlb_used;
  81
  82 /*
  83  * This is a free list describing the number of free entries available from
  84  * each index
  85  */
  86 static unsigned int *io_tlb_list;
  87 static unsigned int io_tlb_index;
  88
  89 /*
  90  * Max segment that we can provide which (if pages are contingous) will
  91  * not be bounced (unless SWIOTLB_FORCE is set).
  92  */
  93 static unsigned int max_segment;
  94
  95 /*
  96  * We need to save away the original address corresponding to a mapped entry
  97  * for the sync operations.
  98  */
  99 #define INVALID_PHYS_ADDR (~(phys_addr_t)0)
 100 static phys_addr_t *io_tlb_orig_addr;
 101
 102 /*
 103  * The mapped buffer's size should be validated during a sync operation.
 104  */
 105 static size_t *io_tlb_orig_size;
 106
 107 /*
 108  * Protect the above data structures in the map and unmap calls
 109  */
 110 static DEFINE_SPINLOCK(io_tlb_lock);
 111
 112 static int late_alloc;
 113
 114 static int __init
 115 setup_io_tlb_npages(char *str)
 116 {
 117         if (isdigit(*str)) {
 118                 io_tlb_nslabs = simple_strtoul(str, &str, 0);
 119                 /* avoid tail segment of size < IO_TLB_SEGSIZE */
 120                 io_tlb_nslabs = ALIGN(io_tlb_nslabs, IO_TLB_SEGSIZE);
 121         }
 122         if (*str == ',')
 123                 ++str;
 124         if (!strcmp(str, "force")) {
 125                 swiotlb_force = SWIOTLB_FORCE;
 126         } else if (!strcmp(str, "noforce")) {
 127                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
 128                 io_tlb_nslabs = 1;
 129         }
 130
 131         return 0;
 132 }
 133 early_param("swiotlb", setup_io_tlb_npages);
 134
 135 static bool no_iotlb_memory;
 136
 137 unsigned long swiotlb_nr_tbl(void)
 138 {
 139         return unlikely(no_iotlb_memory) ? 0 : io_tlb_nslabs;
 140 }
 141 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_nr_tbl);
 142
 143 unsigned int swiotlb_max_segment(void)
 144 {
 145         return unlikely(no_iotlb_memory) ? 0 : max_segment;
 146 }
 147 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_max_segment);
 148
 149 void swiotlb_set_max_segment(unsigned int val)
 150 {
 151         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE)
 152                 max_segment = 1;
 153         else
 154                 max_segment = rounddown(val, PAGE_SIZE);
 155 }
 156
 157 unsigned long swiotlb_size_or_default(void)
 158 {
 159         unsigned long size;
 160
 161         size = io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 162
 163         return size ? size : (IO_TLB_DEFAULT_SIZE);
 164 }
 165
 166 void __init swiotlb_adjust_size(unsigned long new_size)
 167 {
 168         unsigned long size;
 169
 170         /*
 171          * If swiotlb parameter has not been specified, give a chance to
 172          * architectures such as those supporting memory encryption to
 173          * adjust/expand SWIOTLB size for their use.
 174          */
 175         if (!io_tlb_nslabs) {
 176                 size = ALIGN(new_size, IO_TLB_SIZE);
 177                 io_tlb_nslabs = size >> IO_TLB_SHIFT;
 178                 io_tlb_nslabs = ALIGN(io_tlb_nslabs, IO_TLB_SEGSIZE);
 179
 180                 pr_info("SWIOTLB bounce buffer size adjusted to %luMB", size >> 20);
 181         }
 182 }
 183
 184 void swiotlb_print_info(void)
 185 {
 186         unsigned long bytes = io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 187
 188         if (no_iotlb_memory) {
 189                 pr_warn("No low mem\n");
 190                 return;
 191         }
 192
 193         pr_info("mapped [mem %pa-%pa] (%luMB)\n", &io_tlb_start, &io_tlb_end,
 194                bytes >> 20);
 195 }
 196
 197 static inline unsigned long io_tlb_offset(unsigned long val)
 198 {
 199         return val & (IO_TLB_SEGSIZE - 1);
 200 }
 201
 202 static inline unsigned long nr_slots(u64 val)
 203 {
 204         return DIV_ROUND_UP(val, IO_TLB_SIZE);
 205 }
 206
 207 /*
 208  * Early SWIOTLB allocation may be too early to allow an architecture to
 209  * perform the desired operations.  This function allows the architecture to
 210  * call SWIOTLB when the operations are possible.  It needs to be called
 211  * before the SWIOTLB memory is used.
 212  */
 213 void __init swiotlb_update_mem_attributes(void)
 214 {
 215         void *vaddr;
 216         unsigned long bytes;
 217
 218         if (no_iotlb_memory || late_alloc)
 219                 return;
 220
 221         vaddr = phys_to_virt(io_tlb_start);
 222         bytes = PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT);
 223         set_memory_decrypted((unsigned long)vaddr, bytes >> PAGE_SHIFT);
 224         memset(vaddr, 0, bytes);
 225 }
 226
 227 int __init swiotlb_init_with_tbl(char *tlb, unsigned long nslabs, int verbose)
 228 {
 229         unsigned long i, bytes;
 230         size_t alloc_size;
 231
 232         bytes = nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 233
 234         io_tlb_nslabs = nslabs;
 235         io_tlb_start = __pa(tlb);
 236         io_tlb_end = io_tlb_start + bytes;
 237
 238         /*
 239          * Allocate and initialize the free list array.  This array is used
 240          * to find contiguous free memory regions of size up to IO_TLB_SEGSIZE
 241          * between io_tlb_start and io_tlb_end.
 242          */
 243         alloc_size = PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs * sizeof(int));
 244         io_tlb_list = memblock_alloc(alloc_size, PAGE_SIZE);
 245         if (!io_tlb_list)
 246                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes align=0x%lx\n",
 247                       __func__, alloc_size, PAGE_SIZE);
 248
 249         alloc_size = PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs * sizeof(phys_addr_t));
 250         io_tlb_orig_addr = memblock_alloc(alloc_size, PAGE_SIZE);
 251         if (!io_tlb_orig_addr)
 252                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes align=0x%lx\n",
 253                       __func__, alloc_size, PAGE_SIZE);
 254
 255         alloc_size = PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs * sizeof(size_t));
 256         io_tlb_orig_size = memblock_alloc(alloc_size, PAGE_SIZE);
 257         if (!io_tlb_orig_size)
 258                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes align=0x%lx\n",
 259                       __func__, alloc_size, PAGE_SIZE);
 260
 261         for (i = 0; i < io_tlb_nslabs; i++) {
 262                 io_tlb_list[i] = IO_TLB_SEGSIZE - io_tlb_offset(i);
 263                 io_tlb_orig_addr[i] = INVALID_PHYS_ADDR;
 264                 io_tlb_orig_size[i] = 0;
 265         }
 266         io_tlb_index = 0;
 267         no_iotlb_memory = false;
 268
 269         if (verbose)
 270                 swiotlb_print_info();
 271
 272         swiotlb_set_max_segment(io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT);
 273         return 0;
 274 }
 275
 276 /*
 277  * Statically reserve bounce buffer space and initialize bounce buffer data
 278  * structures for the software IO TLB used to implement the DMA API.
 279  */
 280 void  __init
 281 swiotlb_init(int verbose)
 282 {
 283         size_t default_size = IO_TLB_DEFAULT_SIZE;
 284         unsigned char *vstart;
 285         unsigned long bytes;
 286
 287         if (!io_tlb_nslabs) {
 288                 io_tlb_nslabs = (default_size >> IO_TLB_SHIFT);
 289                 io_tlb_nslabs = ALIGN(io_tlb_nslabs, IO_TLB_SEGSIZE);
 290         }
 291
 292         bytes = io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 293
 294         /* Get IO TLB memory from the low pages */
 295         vstart = memblock_alloc_low(PAGE_ALIGN(bytes), PAGE_SIZE);
 296         if (vstart && !swiotlb_init_with_tbl(vstart, io_tlb_nslabs, verbose))
 297                 return;
 298
 299         if (io_tlb_start) {
 300                 memblock_free_early(io_tlb_start,
 301                                     PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT));
 302                 io_tlb_start = 0;
 303         }
 304         pr_warn("Cannot allocate buffer");
 305         no_iotlb_memory = true;
 306 }
 307
 308 /*
 309  * Systems with larger DMA zones (those that don't support ISA) can
 310  * initialize the swiotlb later using the slab allocator if needed.
 311  * This should be just like above, but with some error catching.
 312  */
 313 int
 314 swiotlb_late_init_with_default_size(size_t default_size)
 315 {
 316         unsigned long bytes, req_nslabs = io_tlb_nslabs;
 317         unsigned char *vstart = NULL;
 318         unsigned int order;
 319         int rc = 0;
 320
 321         if (!io_tlb_nslabs) {
 322                 io_tlb_nslabs = (default_size >> IO_TLB_SHIFT);
 323                 io_tlb_nslabs = ALIGN(io_tlb_nslabs, IO_TLB_SEGSIZE);
 324         }
 325
 326         /*
 327          * Get IO TLB memory from the low pages
 328          */
 329         order = get_order(io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT);
 330         io_tlb_nslabs = SLABS_PER_PAGE << order;
 331         bytes = io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 332
 333         while ((SLABS_PER_PAGE << order) > IO_TLB_MIN_SLABS) {
 334                 vstart = (void *)__get_free_pages(GFP_DMA | __GFP_NOWARN,
 335                                                   order);
 336                 if (vstart)
 337                         break;
 338                 order--;
 339         }
 340
 341         if (!vstart) {
 342                 io_tlb_nslabs = req_nslabs;
 343                 return -ENOMEM;
 344         }
 345         if (order != get_order(bytes)) {
 346                 pr_warn("only able to allocate %ld MB\n",
 347                         (PAGE_SIZE << order) >> 20);
 348                 io_tlb_nslabs = SLABS_PER_PAGE << order;
 349         }
 350         rc = swiotlb_late_init_with_tbl(vstart, io_tlb_nslabs);
 351         if (rc)
 352                 free_pages((unsigned long)vstart, order);
 353
 354         return rc;
 355 }
 356
 357 static void swiotlb_cleanup(void)
 358 {
 359         io_tlb_end = 0;
 360         io_tlb_start = 0;
 361         io_tlb_nslabs = 0;
 362         max_segment = 0;
 363 }
 364
 365 int
 366 swiotlb_late_init_with_tbl(char *tlb, unsigned long nslabs)
 367 {
 368         unsigned long i, bytes;
 369
 370         bytes = nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 371
 372         io_tlb_nslabs = nslabs;
 373         io_tlb_start = virt_to_phys(tlb);
 374         io_tlb_end = io_tlb_start + bytes;
 375
 376         set_memory_decrypted((unsigned long)tlb, bytes >> PAGE_SHIFT);
 377         memset(tlb, 0, bytes);
 378
 379         /*
 380          * Allocate and initialize the free list array.  This array is used
 381          * to find contiguous free memory regions of size up to IO_TLB_SEGSIZE
 382          * between io_tlb_start and io_tlb_end.
 383          */
 384         io_tlb_list = (unsigned int *)__get_free_pages(GFP_KERNEL,
 385                                       get_order(io_tlb_nslabs * sizeof(int)));
 386         if (!io_tlb_list)
 387                 goto cleanup3;
 388
 389         io_tlb_orig_addr = (phys_addr_t *)
 390                 __get_free_pages(GFP_KERNEL,
 391                                  get_order(io_tlb_nslabs *
 392                                            sizeof(phys_addr_t)));
 393         if (!io_tlb_orig_addr)
 394                 goto cleanup4;
 395
 396         io_tlb_orig_size = (size_t *)
 397                 __get_free_pages(GFP_KERNEL,
 398                                  get_order(io_tlb_nslabs *
 399                                            sizeof(size_t)));
 400         if (!io_tlb_orig_size)
 401                 goto cleanup5;
 402
 403
 404         for (i = 0; i < io_tlb_nslabs; i++) {
 405                 io_tlb_list[i] = IO_TLB_SEGSIZE - io_tlb_offset(i);
 406                 io_tlb_orig_addr[i] = INVALID_PHYS_ADDR;
 407                 io_tlb_orig_size[i] = 0;
 408         }
 409         io_tlb_index = 0;
 410         no_iotlb_memory = false;
 411
 412         swiotlb_print_info();
 413
 414         late_alloc = 1;
 415
 416         swiotlb_set_max_segment(io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT);
 417
 418         return 0;
 419
 420 cleanup5:
 421         free_pages((unsigned long)io_tlb_orig_addr, get_order(io_tlb_nslabs *
 422                                                               sizeof(phys_addr_t)));
 423
 424 cleanup4:
 425         free_pages((unsigned long)io_tlb_list, get_order(io_tlb_nslabs *
 426                                                          sizeof(int)));
 427         io_tlb_list = NULL;
 428 cleanup3:
 429         swiotlb_cleanup();
 430         return -ENOMEM;
 431 }
 432
 433 void __init swiotlb_exit(void)
 434 {
 435         if (!io_tlb_orig_addr)
 436                 return;
 437
 438         if (late_alloc) {
 439                 free_pages((unsigned long)io_tlb_orig_size,
 440                            get_order(io_tlb_nslabs * sizeof(size_t)));
 441                 free_pages((unsigned long)io_tlb_orig_addr,
 442                            get_order(io_tlb_nslabs * sizeof(phys_addr_t)));
 443                 free_pages((unsigned long)io_tlb_list, get_order(io_tlb_nslabs *
 444                                                                  sizeof(int)));
 445                 free_pages((unsigned long)phys_to_virt(io_tlb_start),
 446                            get_order(io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT));
 447         } else {
 448                 memblock_free_late(__pa(io_tlb_orig_addr),
 449                                    PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs * sizeof(phys_addr_t)));
 450                 memblock_free_late(__pa(io_tlb_orig_size),
 451                                    PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs * sizeof(size_t)));
 452                 memblock_free_late(__pa(io_tlb_list),
 453                                    PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs * sizeof(int)));
 454                 memblock_free_late(io_tlb_start,
 455                                    PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT));
 456         }
 457         swiotlb_cleanup();
 458 }
 459
 460 /*
 461  * Bounce: copy the swiotlb buffer from or back to the original dma location
 462  */
 463 static void swiotlb_bounce(phys_addr_t orig_addr, phys_addr_t tlb_addr,
 464                            size_t size, enum dma_data_direction dir)
 465 {
 466         unsigned long pfn = PFN_DOWN(orig_addr);
 467         unsigned char *vaddr = phys_to_virt(tlb_addr);
 468
 469         if (PageHighMem(pfn_to_page(pfn))) {
 470                 /* The buffer does not have a mapping.  Map it in and copy */
 471                 unsigned int offset = orig_addr & ~PAGE_MASK;
 472                 char *buffer;
 473                 unsigned int sz = 0;
 474                 unsigned long flags;
 475
 476                 while (size) {
 477                         sz = min_t(size_t, PAGE_SIZE - offset, size);
 478
 479                         local_irq_save(flags);
 480                         buffer = kmap_atomic(pfn_to_page(pfn));
 481                         if (dir == DMA_TO_DEVICE)
 482                                 memcpy(vaddr, buffer + offset, sz);
 483                         else
 484                                 memcpy(buffer + offset, vaddr, sz);
 485                         kunmap_atomic(buffer);
 486                         local_irq_restore(flags);
 487
 488                         size -= sz;
 489                         pfn++;
 490                         vaddr += sz;
 491                         offset = 0;
 492                 }
 493         } else if (dir == DMA_TO_DEVICE) {
 494                 memcpy(vaddr, phys_to_virt(orig_addr), size);
 495         } else {
 496                 memcpy(phys_to_virt(orig_addr), vaddr, size);
 497         }
 498 }
 499
 500 #define slot_addr(start, idx)   ((start) + ((idx) << IO_TLB_SHIFT))
 501
 502 /*
 503  * Return the offset into a iotlb slot required to keep the device happy.
 504  */
 505 static unsigned int swiotlb_align_offset(struct device *dev, u64 addr)
 506 {
 507         return addr & dma_get_min_align_mask(dev) & (IO_TLB_SIZE - 1);
 508 }
 509
 510 /*
 511  * Carefully handle integer overflow which can occur when boundary_mask == ~0UL.
 512  */
 513 static inline unsigned long get_max_slots(unsigned long boundary_mask)
 514 {
 515         if (boundary_mask == ~0UL)
 516                 return 1UL << (BITS_PER_LONG - IO_TLB_SHIFT);
 517         return nr_slots(boundary_mask + 1);
 518 }
 519
 520 static unsigned int wrap_index(unsigned int index)
 521 {
 522         if (index >= io_tlb_nslabs)
 523                 return 0;
 524         return index;
 525 }
 526
 527 /*
 528  * Find a suitable number of IO TLB entries size that will fit this request and
 529  * allocate a buffer from that IO TLB pool.
 530  */
 531 static int find_slots(struct device *dev, phys_addr_t orig_addr,
 532                 size_t alloc_size)
 533 {
 534         unsigned long boundary_mask = dma_get_seg_boundary(dev);
 535         dma_addr_t tbl_dma_addr =
 536                 phys_to_dma_unencrypted(dev, io_tlb_start) & boundary_mask;
 537         unsigned long max_slots = get_max_slots(boundary_mask);
 538         unsigned int iotlb_align_mask =
 539                 dma_get_min_align_mask(dev) & ~(IO_TLB_SIZE - 1);
 540         unsigned int nslots = nr_slots(alloc_size), stride;
 541         unsigned int index, wrap, count = 0, i;
 542         unsigned long flags;
 543
 544         BUG_ON(!nslots);
 545
 546         /*
 547          * For mappings with an alignment requirement don't bother looping to
 548          * unaligned slots once we found an aligned one.  For allocations of
 549          * PAGE_SIZE or larger only look for page aligned allocations.
 550          */
 551         stride = (iotlb_align_mask >> IO_TLB_SHIFT) + 1;
 552         if (alloc_size >= PAGE_SIZE)
 553                 stride = max(stride, stride << (PAGE_SHIFT - IO_TLB_SHIFT));
 554
 555         spin_lock_irqsave(&io_tlb_lock, flags);
 556         if (unlikely(nslots > io_tlb_nslabs - io_tlb_used))
 557                 goto not_found;
 558
 559         index = wrap = wrap_index(ALIGN(io_tlb_index, stride));
 560         do {
 561                 if ((slot_addr(tbl_dma_addr, index) & iotlb_align_mask) !=
 562                     (orig_addr & iotlb_align_mask)) {
 563                         index = wrap_index(index + 1);
 564                         continue;
 565                 }
 566
 567                 /*
 568                  * If we find a slot that indicates we have 'nslots' number of
 569                  * contiguous buffers, we allocate the buffers from that slot
 570                  * and mark the entries as '0' indicating unavailable.
 571                  */
 572                 if (!iommu_is_span_boundary(index, nslots,
 573                                             nr_slots(tbl_dma_addr),
 574                                             max_slots)) {
 575                         if (io_tlb_list[index] >= nslots)
 576                                 goto found;
 577                 }
 578                 index = wrap_index(index + stride);
 579         } while (index != wrap);
 580
 581 not_found:
 582         spin_unlock_irqrestore(&io_tlb_lock, flags);
 583         return -1;
 584
 585 found:
 586         for (i = index; i < index + nslots; i++)
 587                 io_tlb_list[i] = 0;
 588         for (i = index - 1;
 589              io_tlb_offset(i) != IO_TLB_SEGSIZE - 1 &&
 590              io_tlb_list[i]; i--)
 591                 io_tlb_list[i] = ++count;
 592
 593         /*
 594          * Update the indices to avoid searching in the next round.
 595          */
 596         if (index + nslots < io_tlb_nslabs)
 597                 io_tlb_index = index + nslots;
 598         else
 599                 io_tlb_index = 0;
 600         io_tlb_used += nslots;
 601
 602         spin_unlock_irqrestore(&io_tlb_lock, flags);
 603         return index;
 604 }
 605
 606 phys_addr_t swiotlb_tbl_map_single(struct device *dev, phys_addr_t orig_addr,
 607                 size_t mapping_size, size_t alloc_size,
 608                 enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 609 {
 610         unsigned int offset = swiotlb_align_offset(dev, orig_addr);
 611         unsigned int index, i;
 612         phys_addr_t tlb_addr;
 613
 614         if (no_iotlb_memory)
 615                 panic("Can not allocate SWIOTLB buffer earlier and can't now provide you with the DMA bounce buffer");
 616
 617         if (mem_encrypt_active())
 618                 pr_warn_once("Memory encryption is active and system is using DMA bounce buffers\n");
 619
 620         if (mapping_size > alloc_size) {
 621                 dev_warn_once(dev, "Invalid sizes (mapping: %zd bytes, alloc: %zd bytes)",
 622                               mapping_size, alloc_size);
 623                 return (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR;
 624         }
 625
 626         index = find_slots(dev, orig_addr, alloc_size + offset);
 627         if (index == -1) {
 628                 if (!(attrs & DMA_ATTR_NO_WARN))
 629                         dev_warn_ratelimited(dev,
 630         "swiotlb buffer is full (sz: %zd bytes), total %lu (slots), used %lu (slots)\n",
 631                                  alloc_size, io_tlb_nslabs, io_tlb_used);
 632                 return (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR;
 633         }
 634
 635         /*
 636          * Save away the mapping from the original address to the DMA address.
 637          * This is needed when we sync the memory.  Then we sync the buffer if
 638          * needed.
 639          */
 640         for (i = 0; i < nr_slots(alloc_size + offset); i++) {
 641                 io_tlb_orig_addr[index + i] = slot_addr(orig_addr, i);
 642                 io_tlb_orig_size[index+i] = alloc_size - (i << IO_TLB_SHIFT);
 643         }
 644         tlb_addr = slot_addr(io_tlb_start, index) + offset;
 645         if (!(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC) &&
 646             (dir == DMA_TO_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL))
 647                 swiotlb_bounce(orig_addr, tlb_addr, mapping_size, DMA_TO_DEVICE);
 648         return tlb_addr;
 649 }
 650
 651 static void validate_sync_size_and_truncate(struct device *hwdev, size_t orig_size, size_t *size)
 652 {
 653         if (*size > orig_size) {
 654                 /* Warn and truncate mapping_size */
 655                 dev_WARN_ONCE(hwdev, 1,
 656                         "Attempt for buffer overflow. Original size: %zu. Mapping size: %zu.\n",
 657                         orig_size, *size);
 658                 *size = orig_size;
 659         }
 660 }
 661
 662 /*
 663  * tlb_addr is the physical address of the bounce buffer to unmap.
 664  */
 665 void swiotlb_tbl_unmap_single(struct device *hwdev, phys_addr_t tlb_addr,
 666                               size_t mapping_size, size_t alloc_size,
 667                               enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 668 {
 669         unsigned long flags;
 670         unsigned int offset = swiotlb_align_offset(hwdev, tlb_addr);
 671         int i, count, nslots = nr_slots(alloc_size + offset);
 672         int index = (tlb_addr - offset - io_tlb_start) >> IO_TLB_SHIFT;
 673         phys_addr_t orig_addr = io_tlb_orig_addr[index];
 674
 675         validate_sync_size_and_truncate(hwdev, io_tlb_orig_size[index], &mapping_size);
 676
 677         /*
 678          * First, sync the memory before unmapping the entry
 679          */
 680         if (orig_addr != INVALID_PHYS_ADDR &&
 681             !(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC) &&
 682             ((dir == DMA_FROM_DEVICE) || (dir == DMA_BIDIRECTIONAL)))
 683                 swiotlb_bounce(orig_addr, tlb_addr, mapping_size, DMA_FROM_DEVICE);
 684
 685         /*
 686          * Return the buffer to the free list by setting the corresponding
 687          * entries to indicate the number of contiguous entries available.
 688          * While returning the entries to the free list, we merge the entries
 689          * with slots below and above the pool being returned.
 690          */
 691         spin_lock_irqsave(&io_tlb_lock, flags);
 692         if (index + nslots < ALIGN(index + 1, IO_TLB_SEGSIZE))
 693                 count = io_tlb_list[index + nslots];
 694         else
 695                 count = 0;
 696
 697         /*
 698          * Step 1: return the slots to the free list, merging the slots with
 699          * superceeding slots
 700          */
 701         for (i = index + nslots - 1; i >= index; i--) {
 702                 io_tlb_list[i] = ++count;
 703                 io_tlb_orig_addr[i] = INVALID_PHYS_ADDR;
 704                 io_tlb_orig_size[i] = 0;
 705         }
 706
 707         /*
 708          * Step 2: merge the returned slots with the preceding slots, if
 709          * available (non zero)
 710          */
 711         for (i = index - 1;
 712              io_tlb_offset(i) != IO_TLB_SEGSIZE - 1 && io_tlb_list[i];
 713              i--)
 714                 io_tlb_list[i] = ++count;
 715         io_tlb_used -= nslots;
 716         spin_unlock_irqrestore(&io_tlb_lock, flags);
 717 }
 718
 719 void swiotlb_tbl_sync_single(struct device *hwdev, phys_addr_t tlb_addr,
 720                              size_t size, enum dma_data_direction dir,
 721                              enum dma_sync_target target)
 722 {
 723         int index = (tlb_addr - io_tlb_start) >> IO_TLB_SHIFT;
 724         size_t orig_size = io_tlb_orig_size[index];
 725         phys_addr_t orig_addr = io_tlb_orig_addr[index];
 726
 727         if (orig_addr == INVALID_PHYS_ADDR)
 728                 return;
 729
 730         validate_sync_size_and_truncate(hwdev, orig_size, &size);
 731
 732         switch (target) {
 733         case SYNC_FOR_CPU:
 734                 if (likely(dir == DMA_FROM_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL))
 735                         swiotlb_bounce(orig_addr, tlb_addr,
 736                                        size, DMA_FROM_DEVICE);
 737                 else
 738                         BUG_ON(dir != DMA_TO_DEVICE);
 739                 break;
 740         case SYNC_FOR_DEVICE:
 741                 if (likely(dir == DMA_TO_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL))
 742                         swiotlb_bounce(orig_addr, tlb_addr,
 743                                        size, DMA_TO_DEVICE);
 744                 else
 745                         BUG_ON(dir != DMA_FROM_DEVICE);
 746                 break;
 747         default:
 748                 BUG();
 749         }
 750 }
 751
 752 /*
 753  * Create a swiotlb mapping for the buffer at @paddr, and in case of DMAing
 754  * to the device copy the data into it as well.
 755  */
 756 dma_addr_t swiotlb_map(struct device *dev, phys_addr_t paddr, size_t size,
 757                 enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 758 {
 759         phys_addr_t swiotlb_addr;
 760         dma_addr_t dma_addr;
 761
 762         trace_swiotlb_bounced(dev, phys_to_dma(dev, paddr), size,
 763                               swiotlb_force);
 764
 765         swiotlb_addr = swiotlb_tbl_map_single(dev, paddr, size, size, dir,
 766                         attrs);
 767         if (swiotlb_addr == (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR)
 768                 return DMA_MAPPING_ERROR;
 769
 770         /* Ensure that the address returned is DMA'ble */
 771         dma_addr = phys_to_dma_unencrypted(dev, swiotlb_addr);
 772         if (unlikely(!dma_capable(dev, dma_addr, size, true))) {
 773                 swiotlb_tbl_unmap_single(dev, swiotlb_addr, size, size, dir,
 774                         attrs | DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC);
 775                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
 776                         "swiotlb addr %pad+%zu overflow (mask %llx, bus limit %llx).\n",
 777                         &dma_addr, size, *dev->dma_mask, dev->bus_dma_limit);
 778                 return DMA_MAPPING_ERROR;
 779         }
 780
 781         if (!dev_is_dma_coherent(dev) && !(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC))
 782                 arch_sync_dma_for_device(swiotlb_addr, size, dir);
 783         return dma_addr;
 784 }
 785
 786 size_t swiotlb_max_mapping_size(struct device *dev)
 787 {
 788         return ((size_t)IO_TLB_SIZE) * IO_TLB_SEGSIZE;
 789 }
 790
 791 bool is_swiotlb_active(void)
 792 {
 793         /*
 794          * When SWIOTLB is initialized, even if io_tlb_start points to physical
 795          * address zero, io_tlb_end surely doesn't.
 796          */
 797         return io_tlb_end != 0;
 798 }
 799
 800 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
 801
 802 static int __init swiotlb_create_debugfs(void)
 803 {
 804         struct dentry *root;
 805
 806         root = debugfs_create_dir("swiotlb", NULL);
 807         debugfs_create_ulong("io_tlb_nslabs", 0400, root, &io_tlb_nslabs);
 808         debugfs_create_ulong("io_tlb_used", 0400, root, &io_tlb_used);
 809         return 0;
 810 }
 811
 812 late_initcall(swiotlb_create_debugfs);
 813
 814 #endif