Merge tag 'for-6.6-rc6-tag' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/kdave...
[platform/kernel/linux-rpi.git] / 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/cc_platform.h>
25 #include <linux/ctype.h>
26 #include <linux/debugfs.h>
27 #include <linux/dma-direct.h>
28 #include <linux/dma-map-ops.h>
29 #include <linux/export.h>
30 #include <linux/gfp.h>
31 #include <linux/highmem.h>
32 #include <linux/io.h>
33 #include <linux/iommu-helper.h>
34 #include <linux/init.h>
35 #include <linux/memblock.h>
36 #include <linux/mm.h>
37 #include <linux/pfn.h>
38 #include <linux/rculist.h>
39 #include <linux/scatterlist.h>
40 #include <linux/set_memory.h>
41 #include <linux/spinlock.h>
42 #include <linux/string.h>
43 #include <linux/swiotlb.h>
44 #include <linux/types.h>
45 #ifdef CONFIG_DMA_RESTRICTED_POOL
46 #include <linux/of.h>
47 #include <linux/of_fdt.h>
48 #include <linux/of_reserved_mem.h>
49 #include <linux/slab.h>
50 #endif
51
52 #define CREATE_TRACE_POINTS
53 #include <trace/events/swiotlb.h>
54
55 #define SLABS_PER_PAGE (1 << (PAGE_SHIFT - IO_TLB_SHIFT))
56
57 /*
58  * Minimum IO TLB size to bother booting with.  Systems with mainly
59  * 64bit capable cards will only lightly use the swiotlb.  If we can't
60  * allocate a contiguous 1MB, we're probably in trouble anyway.
61  */
62 #define IO_TLB_MIN_SLABS ((1<<20) >> IO_TLB_SHIFT)
63
64 #define INVALID_PHYS_ADDR (~(phys_addr_t)0)
65
66 /**
67  * struct io_tlb_slot - IO TLB slot descriptor
68  * @orig_addr:  The original address corresponding to a mapped entry.
69  * @alloc_size: Size of the allocated buffer.
70  * @list:       The free list describing the number of free entries available
71  *              from each index.
72  */
73 struct io_tlb_slot {
74         phys_addr_t orig_addr;
75         size_t alloc_size;
76         unsigned int list;
77 };
78
79 static bool swiotlb_force_bounce;
80 static bool swiotlb_force_disable;
81
82 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
83
84 static void swiotlb_dyn_alloc(struct work_struct *work);
85
86 static struct io_tlb_mem io_tlb_default_mem = {
87         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(io_tlb_default_mem.lock),
88         .pools = LIST_HEAD_INIT(io_tlb_default_mem.pools),
89         .dyn_alloc = __WORK_INITIALIZER(io_tlb_default_mem.dyn_alloc,
90                                         swiotlb_dyn_alloc),
91 };
92
93 #else  /* !CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC */
94
95 static struct io_tlb_mem io_tlb_default_mem;
96
97 #endif  /* CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC */
98
99 static unsigned long default_nslabs = IO_TLB_DEFAULT_SIZE >> IO_TLB_SHIFT;
100 static unsigned long default_nareas;
101
102 /**
103  * struct io_tlb_area - IO TLB memory area descriptor
104  *
105  * This is a single area with a single lock.
106  *
107  * @used:       The number of used IO TLB block.
108  * @index:      The slot index to start searching in this area for next round.
109  * @lock:       The lock to protect the above data structures in the map and
110  *              unmap calls.
111  */
112 struct io_tlb_area {
113         unsigned long used;
114         unsigned int index;
115         spinlock_t lock;
116 };
117
118 /*
119  * Round up number of slabs to the next power of 2. The last area is going
120  * be smaller than the rest if default_nslabs is not power of two.
121  * The number of slot in an area should be a multiple of IO_TLB_SEGSIZE,
122  * otherwise a segment may span two or more areas. It conflicts with free
123  * contiguous slots tracking: free slots are treated contiguous no matter
124  * whether they cross an area boundary.
125  *
126  * Return true if default_nslabs is rounded up.
127  */
128 static bool round_up_default_nslabs(void)
129 {
130         if (!default_nareas)
131                 return false;
132
133         if (default_nslabs < IO_TLB_SEGSIZE * default_nareas)
134                 default_nslabs = IO_TLB_SEGSIZE * default_nareas;
135         else if (is_power_of_2(default_nslabs))
136                 return false;
137         default_nslabs = roundup_pow_of_two(default_nslabs);
138         return true;
139 }
140
141 /**
142  * swiotlb_adjust_nareas() - adjust the number of areas and slots
143  * @nareas:     Desired number of areas. Zero is treated as 1.
144  *
145  * Adjust the default number of areas in a memory pool.
146  * The default size of the memory pool may also change to meet minimum area
147  * size requirements.
148  */
149 static void swiotlb_adjust_nareas(unsigned int nareas)
150 {
151         if (!nareas)
152                 nareas = 1;
153         else if (!is_power_of_2(nareas))
154                 nareas = roundup_pow_of_two(nareas);
155
156         default_nareas = nareas;
157
158         pr_info("area num %d.\n", nareas);
159         if (round_up_default_nslabs())
160                 pr_info("SWIOTLB bounce buffer size roundup to %luMB",
161                         (default_nslabs << IO_TLB_SHIFT) >> 20);
162 }
163
164 /**
165  * limit_nareas() - get the maximum number of areas for a given memory pool size
166  * @nareas:     Desired number of areas.
167  * @nslots:     Total number of slots in the memory pool.
168  *
169  * Limit the number of areas to the maximum possible number of areas in
170  * a memory pool of the given size.
171  *
172  * Return: Maximum possible number of areas.
173  */
174 static unsigned int limit_nareas(unsigned int nareas, unsigned long nslots)
175 {
176         if (nslots < nareas * IO_TLB_SEGSIZE)
177                 return nslots / IO_TLB_SEGSIZE;
178         return nareas;
179 }
180
181 static int __init
182 setup_io_tlb_npages(char *str)
183 {
184         if (isdigit(*str)) {
185                 /* avoid tail segment of size < IO_TLB_SEGSIZE */
186                 default_nslabs =
187                         ALIGN(simple_strtoul(str, &str, 0), IO_TLB_SEGSIZE);
188         }
189         if (*str == ',')
190                 ++str;
191         if (isdigit(*str))
192                 swiotlb_adjust_nareas(simple_strtoul(str, &str, 0));
193         if (*str == ',')
194                 ++str;
195         if (!strcmp(str, "force"))
196                 swiotlb_force_bounce = true;
197         else if (!strcmp(str, "noforce"))
198                 swiotlb_force_disable = true;
199
200         return 0;
201 }
202 early_param("swiotlb", setup_io_tlb_npages);
203
204 unsigned long swiotlb_size_or_default(void)
205 {
206         return default_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
207 }
208
209 void __init swiotlb_adjust_size(unsigned long size)
210 {
211         /*
212          * If swiotlb parameter has not been specified, give a chance to
213          * architectures such as those supporting memory encryption to
214          * adjust/expand SWIOTLB size for their use.
215          */
216         if (default_nslabs != IO_TLB_DEFAULT_SIZE >> IO_TLB_SHIFT)
217                 return;
218
219         size = ALIGN(size, IO_TLB_SIZE);
220         default_nslabs = ALIGN(size >> IO_TLB_SHIFT, IO_TLB_SEGSIZE);
221         if (round_up_default_nslabs())
222                 size = default_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
223         pr_info("SWIOTLB bounce buffer size adjusted to %luMB", size >> 20);
224 }
225
226 void swiotlb_print_info(void)
227 {
228         struct io_tlb_pool *mem = &io_tlb_default_mem.defpool;
229
230         if (!mem->nslabs) {
231                 pr_warn("No low mem\n");
232                 return;
233         }
234
235         pr_info("mapped [mem %pa-%pa] (%luMB)\n", &mem->start, &mem->end,
236                (mem->nslabs << IO_TLB_SHIFT) >> 20);
237 }
238
239 static inline unsigned long io_tlb_offset(unsigned long val)
240 {
241         return val & (IO_TLB_SEGSIZE - 1);
242 }
243
244 static inline unsigned long nr_slots(u64 val)
245 {
246         return DIV_ROUND_UP(val, IO_TLB_SIZE);
247 }
248
249 /*
250  * Early SWIOTLB allocation may be too early to allow an architecture to
251  * perform the desired operations.  This function allows the architecture to
252  * call SWIOTLB when the operations are possible.  It needs to be called
253  * before the SWIOTLB memory is used.
254  */
255 void __init swiotlb_update_mem_attributes(void)
256 {
257         struct io_tlb_pool *mem = &io_tlb_default_mem.defpool;
258         unsigned long bytes;
259
260         if (!mem->nslabs || mem->late_alloc)
261                 return;
262         bytes = PAGE_ALIGN(mem->nslabs << IO_TLB_SHIFT);
263         set_memory_decrypted((unsigned long)mem->vaddr, bytes >> PAGE_SHIFT);
264 }
265
266 static void swiotlb_init_io_tlb_pool(struct io_tlb_pool *mem, phys_addr_t start,
267                 unsigned long nslabs, bool late_alloc, unsigned int nareas)
268 {
269         void *vaddr = phys_to_virt(start);
270         unsigned long bytes = nslabs << IO_TLB_SHIFT, i;
271
272         mem->nslabs = nslabs;
273         mem->start = start;
274         mem->end = mem->start + bytes;
275         mem->late_alloc = late_alloc;
276         mem->nareas = nareas;
277         mem->area_nslabs = nslabs / mem->nareas;
278
279         for (i = 0; i < mem->nareas; i++) {
280                 spin_lock_init(&mem->areas[i].lock);
281                 mem->areas[i].index = 0;
282                 mem->areas[i].used = 0;
283         }
284
285         for (i = 0; i < mem->nslabs; i++) {
286                 mem->slots[i].list = IO_TLB_SEGSIZE - io_tlb_offset(i);
287                 mem->slots[i].orig_addr = INVALID_PHYS_ADDR;
288                 mem->slots[i].alloc_size = 0;
289         }
290
291         memset(vaddr, 0, bytes);
292         mem->vaddr = vaddr;
293         return;
294 }
295
296 /**
297  * add_mem_pool() - add a memory pool to the allocator
298  * @mem:        Software IO TLB allocator.
299  * @pool:       Memory pool to be added.
300  */
301 static void add_mem_pool(struct io_tlb_mem *mem, struct io_tlb_pool *pool)
302 {
303 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
304         spin_lock(&mem->lock);
305         list_add_rcu(&pool->node, &mem->pools);
306         mem->nslabs += pool->nslabs;
307         spin_unlock(&mem->lock);
308 #else
309         mem->nslabs = pool->nslabs;
310 #endif
311 }
312
313 static void __init *swiotlb_memblock_alloc(unsigned long nslabs,
314                 unsigned int flags,
315                 int (*remap)(void *tlb, unsigned long nslabs))
316 {
317         size_t bytes = PAGE_ALIGN(nslabs << IO_TLB_SHIFT);
318         void *tlb;
319
320         /*
321          * By default allocate the bounce buffer memory from low memory, but
322          * allow to pick a location everywhere for hypervisors with guest
323          * memory encryption.
324          */
325         if (flags & SWIOTLB_ANY)
326                 tlb = memblock_alloc(bytes, PAGE_SIZE);
327         else
328                 tlb = memblock_alloc_low(bytes, PAGE_SIZE);
329
330         if (!tlb) {
331                 pr_warn("%s: Failed to allocate %zu bytes tlb structure\n",
332                         __func__, bytes);
333                 return NULL;
334         }
335
336         if (remap && remap(tlb, nslabs) < 0) {
337                 memblock_free(tlb, PAGE_ALIGN(bytes));
338                 pr_warn("%s: Failed to remap %zu bytes\n", __func__, bytes);
339                 return NULL;
340         }
341
342         return tlb;
343 }
344
345 /*
346  * Statically reserve bounce buffer space and initialize bounce buffer data
347  * structures for the software IO TLB used to implement the DMA API.
348  */
349 void __init swiotlb_init_remap(bool addressing_limit, unsigned int flags,
350                 int (*remap)(void *tlb, unsigned long nslabs))
351 {
352         struct io_tlb_pool *mem = &io_tlb_default_mem.defpool;
353         unsigned long nslabs;
354         unsigned int nareas;
355         size_t alloc_size;
356         void *tlb;
357
358         if (!addressing_limit && !swiotlb_force_bounce)
359                 return;
360         if (swiotlb_force_disable)
361                 return;
362
363         io_tlb_default_mem.force_bounce =
364                 swiotlb_force_bounce || (flags & SWIOTLB_FORCE);
365
366 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
367         if (!remap)
368                 io_tlb_default_mem.can_grow = true;
369         if (flags & SWIOTLB_ANY)
370                 io_tlb_default_mem.phys_limit = virt_to_phys(high_memory - 1);
371         else
372                 io_tlb_default_mem.phys_limit = ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT;
373 #endif
374
375         if (!default_nareas)
376                 swiotlb_adjust_nareas(num_possible_cpus());
377
378         nslabs = default_nslabs;
379         nareas = limit_nareas(default_nareas, nslabs);
380         while ((tlb = swiotlb_memblock_alloc(nslabs, flags, remap)) == NULL) {
381                 if (nslabs <= IO_TLB_MIN_SLABS)
382                         return;
383                 nslabs = ALIGN(nslabs >> 1, IO_TLB_SEGSIZE);
384                 nareas = limit_nareas(nareas, nslabs);
385         }
386
387         if (default_nslabs != nslabs) {
388                 pr_info("SWIOTLB bounce buffer size adjusted %lu -> %lu slabs",
389                         default_nslabs, nslabs);
390                 default_nslabs = nslabs;
391         }
392
393         alloc_size = PAGE_ALIGN(array_size(sizeof(*mem->slots), nslabs));
394         mem->slots = memblock_alloc(alloc_size, PAGE_SIZE);
395         if (!mem->slots) {
396                 pr_warn("%s: Failed to allocate %zu bytes align=0x%lx\n",
397                         __func__, alloc_size, PAGE_SIZE);
398                 return;
399         }
400
401         mem->areas = memblock_alloc(array_size(sizeof(struct io_tlb_area),
402                 nareas), SMP_CACHE_BYTES);
403         if (!mem->areas) {
404                 pr_warn("%s: Failed to allocate mem->areas.\n", __func__);
405                 return;
406         }
407
408         swiotlb_init_io_tlb_pool(mem, __pa(tlb), nslabs, false, nareas);
409         add_mem_pool(&io_tlb_default_mem, mem);
410
411         if (flags & SWIOTLB_VERBOSE)
412                 swiotlb_print_info();
413 }
414
415 void __init swiotlb_init(bool addressing_limit, unsigned int flags)
416 {
417         swiotlb_init_remap(addressing_limit, flags, NULL);
418 }
419
420 /*
421  * Systems with larger DMA zones (those that don't support ISA) can
422  * initialize the swiotlb later using the slab allocator if needed.
423  * This should be just like above, but with some error catching.
424  */
425 int swiotlb_init_late(size_t size, gfp_t gfp_mask,
426                 int (*remap)(void *tlb, unsigned long nslabs))
427 {
428         struct io_tlb_pool *mem = &io_tlb_default_mem.defpool;
429         unsigned long nslabs = ALIGN(size >> IO_TLB_SHIFT, IO_TLB_SEGSIZE);
430         unsigned int nareas;
431         unsigned char *vstart = NULL;
432         unsigned int order, area_order;
433         bool retried = false;
434         int rc = 0;
435
436         if (io_tlb_default_mem.nslabs)
437                 return 0;
438
439         if (swiotlb_force_disable)
440                 return 0;
441
442         io_tlb_default_mem.force_bounce = swiotlb_force_bounce;
443
444 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
445         if (!remap)
446                 io_tlb_default_mem.can_grow = true;
447         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA) && (gfp_mask & __GFP_DMA))
448                 io_tlb_default_mem.phys_limit = DMA_BIT_MASK(zone_dma_bits);
449         else if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32) && (gfp_mask & __GFP_DMA32))
450                 io_tlb_default_mem.phys_limit = DMA_BIT_MASK(32);
451         else
452                 io_tlb_default_mem.phys_limit = virt_to_phys(high_memory - 1);
453 #endif
454
455         if (!default_nareas)
456                 swiotlb_adjust_nareas(num_possible_cpus());
457
458 retry:
459         order = get_order(nslabs << IO_TLB_SHIFT);
460         nslabs = SLABS_PER_PAGE << order;
461
462         while ((SLABS_PER_PAGE << order) > IO_TLB_MIN_SLABS) {
463                 vstart = (void *)__get_free_pages(gfp_mask | __GFP_NOWARN,
464                                                   order);
465                 if (vstart)
466                         break;
467                 order--;
468                 nslabs = SLABS_PER_PAGE << order;
469                 retried = true;
470         }
471
472         if (!vstart)
473                 return -ENOMEM;
474
475         if (remap)
476                 rc = remap(vstart, nslabs);
477         if (rc) {
478                 free_pages((unsigned long)vstart, order);
479
480                 nslabs = ALIGN(nslabs >> 1, IO_TLB_SEGSIZE);
481                 if (nslabs < IO_TLB_MIN_SLABS)
482                         return rc;
483                 retried = true;
484                 goto retry;
485         }
486
487         if (retried) {
488                 pr_warn("only able to allocate %ld MB\n",
489                         (PAGE_SIZE << order) >> 20);
490         }
491
492         nareas = limit_nareas(default_nareas, nslabs);
493         area_order = get_order(array_size(sizeof(*mem->areas), nareas));
494         mem->areas = (struct io_tlb_area *)
495                 __get_free_pages(GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, area_order);
496         if (!mem->areas)
497                 goto error_area;
498
499         mem->slots = (void *)__get_free_pages(GFP_KERNEL | __GFP_ZERO,
500                 get_order(array_size(sizeof(*mem->slots), nslabs)));
501         if (!mem->slots)
502                 goto error_slots;
503
504         set_memory_decrypted((unsigned long)vstart,
505                              (nslabs << IO_TLB_SHIFT) >> PAGE_SHIFT);
506         swiotlb_init_io_tlb_pool(mem, virt_to_phys(vstart), nslabs, true,
507                                  nareas);
508         add_mem_pool(&io_tlb_default_mem, mem);
509
510         swiotlb_print_info();
511         return 0;
512
513 error_slots:
514         free_pages((unsigned long)mem->areas, area_order);
515 error_area:
516         free_pages((unsigned long)vstart, order);
517         return -ENOMEM;
518 }
519
520 void __init swiotlb_exit(void)
521 {
522         struct io_tlb_pool *mem = &io_tlb_default_mem.defpool;
523         unsigned long tbl_vaddr;
524         size_t tbl_size, slots_size;
525         unsigned int area_order;
526
527         if (swiotlb_force_bounce)
528                 return;
529
530         if (!mem->nslabs)
531                 return;
532
533         pr_info("tearing down default memory pool\n");
534         tbl_vaddr = (unsigned long)phys_to_virt(mem->start);
535         tbl_size = PAGE_ALIGN(mem->end - mem->start);
536         slots_size = PAGE_ALIGN(array_size(sizeof(*mem->slots), mem->nslabs));
537
538         set_memory_encrypted(tbl_vaddr, tbl_size >> PAGE_SHIFT);
539         if (mem->late_alloc) {
540                 area_order = get_order(array_size(sizeof(*mem->areas),
541                         mem->nareas));
542                 free_pages((unsigned long)mem->areas, area_order);
543                 free_pages(tbl_vaddr, get_order(tbl_size));
544                 free_pages((unsigned long)mem->slots, get_order(slots_size));
545         } else {
546                 memblock_free_late(__pa(mem->areas),
547                         array_size(sizeof(*mem->areas), mem->nareas));
548                 memblock_free_late(mem->start, tbl_size);
549                 memblock_free_late(__pa(mem->slots), slots_size);
550         }
551
552         memset(mem, 0, sizeof(*mem));
553 }
554
555 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
556
557 /**
558  * alloc_dma_pages() - allocate pages to be used for DMA
559  * @gfp:        GFP flags for the allocation.
560  * @bytes:      Size of the buffer.
561  *
562  * Allocate pages from the buddy allocator. If successful, make the allocated
563  * pages decrypted that they can be used for DMA.
564  *
565  * Return: Decrypted pages, or %NULL on failure.
566  */
567 static struct page *alloc_dma_pages(gfp_t gfp, size_t bytes)
568 {
569         unsigned int order = get_order(bytes);
570         struct page *page;
571         void *vaddr;
572
573         page = alloc_pages(gfp, order);
574         if (!page)
575                 return NULL;
576
577         vaddr = page_address(page);
578         if (set_memory_decrypted((unsigned long)vaddr, PFN_UP(bytes)))
579                 goto error;
580         return page;
581
582 error:
583         __free_pages(page, order);
584         return NULL;
585 }
586
587 /**
588  * swiotlb_alloc_tlb() - allocate a dynamic IO TLB buffer
589  * @dev:        Device for which a memory pool is allocated.
590  * @bytes:      Size of the buffer.
591  * @phys_limit: Maximum allowed physical address of the buffer.
592  * @gfp:        GFP flags for the allocation.
593  *
594  * Return: Allocated pages, or %NULL on allocation failure.
595  */
596 static struct page *swiotlb_alloc_tlb(struct device *dev, size_t bytes,
597                 u64 phys_limit, gfp_t gfp)
598 {
599         struct page *page;
600
601         /*
602          * Allocate from the atomic pools if memory is encrypted and
603          * the allocation is atomic, because decrypting may block.
604          */
605         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp) && dev && force_dma_unencrypted(dev)) {
606                 void *vaddr;
607
608                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_DMA_COHERENT_POOL))
609                         return NULL;
610
611                 return dma_alloc_from_pool(dev, bytes, &vaddr, gfp,
612                                            dma_coherent_ok);
613         }
614
615         gfp &= ~GFP_ZONEMASK;
616         if (phys_limit <= DMA_BIT_MASK(zone_dma_bits))
617                 gfp |= __GFP_DMA;
618         else if (phys_limit <= DMA_BIT_MASK(32))
619                 gfp |= __GFP_DMA32;
620
621         while ((page = alloc_dma_pages(gfp, bytes)) &&
622                page_to_phys(page) + bytes - 1 > phys_limit) {
623                 /* allocated, but too high */
624                 __free_pages(page, get_order(bytes));
625
626                 if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32) &&
627                     phys_limit < DMA_BIT_MASK(64) &&
628                     !(gfp & (__GFP_DMA32 | __GFP_DMA)))
629                         gfp |= __GFP_DMA32;
630                 else if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA) &&
631                          !(gfp & __GFP_DMA))
632                         gfp = (gfp & ~__GFP_DMA32) | __GFP_DMA;
633                 else
634                         return NULL;
635         }
636
637         return page;
638 }
639
640 /**
641  * swiotlb_free_tlb() - free a dynamically allocated IO TLB buffer
642  * @vaddr:      Virtual address of the buffer.
643  * @bytes:      Size of the buffer.
644  */
645 static void swiotlb_free_tlb(void *vaddr, size_t bytes)
646 {
647         if (IS_ENABLED(CONFIG_DMA_COHERENT_POOL) &&
648             dma_free_from_pool(NULL, vaddr, bytes))
649                 return;
650
651         /* Intentional leak if pages cannot be encrypted again. */
652         if (!set_memory_encrypted((unsigned long)vaddr, PFN_UP(bytes)))
653                 __free_pages(virt_to_page(vaddr), get_order(bytes));
654 }
655
656 /**
657  * swiotlb_alloc_pool() - allocate a new IO TLB memory pool
658  * @dev:        Device for which a memory pool is allocated.
659  * @minslabs:   Minimum number of slabs.
660  * @nslabs:     Desired (maximum) number of slabs.
661  * @nareas:     Number of areas.
662  * @phys_limit: Maximum DMA buffer physical address.
663  * @gfp:        GFP flags for the allocations.
664  *
665  * Allocate and initialize a new IO TLB memory pool. The actual number of
666  * slabs may be reduced if allocation of @nslabs fails. If even
667  * @minslabs cannot be allocated, this function fails.
668  *
669  * Return: New memory pool, or %NULL on allocation failure.
670  */
671 static struct io_tlb_pool *swiotlb_alloc_pool(struct device *dev,
672                 unsigned long minslabs, unsigned long nslabs,
673                 unsigned int nareas, u64 phys_limit, gfp_t gfp)
674 {
675         struct io_tlb_pool *pool;
676         unsigned int slot_order;
677         struct page *tlb;
678         size_t pool_size;
679         size_t tlb_size;
680
681         pool_size = sizeof(*pool) + array_size(sizeof(*pool->areas), nareas);
682         pool = kzalloc(pool_size, gfp);
683         if (!pool)
684                 goto error;
685         pool->areas = (void *)pool + sizeof(*pool);
686
687         tlb_size = nslabs << IO_TLB_SHIFT;
688         while (!(tlb = swiotlb_alloc_tlb(dev, tlb_size, phys_limit, gfp))) {
689                 if (nslabs <= minslabs)
690                         goto error_tlb;
691                 nslabs = ALIGN(nslabs >> 1, IO_TLB_SEGSIZE);
692                 nareas = limit_nareas(nareas, nslabs);
693                 tlb_size = nslabs << IO_TLB_SHIFT;
694         }
695
696         slot_order = get_order(array_size(sizeof(*pool->slots), nslabs));
697         pool->slots = (struct io_tlb_slot *)
698                 __get_free_pages(gfp, slot_order);
699         if (!pool->slots)
700                 goto error_slots;
701
702         swiotlb_init_io_tlb_pool(pool, page_to_phys(tlb), nslabs, true, nareas);
703         return pool;
704
705 error_slots:
706         swiotlb_free_tlb(page_address(tlb), tlb_size);
707 error_tlb:
708         kfree(pool);
709 error:
710         return NULL;
711 }
712
713 /**
714  * swiotlb_dyn_alloc() - dynamic memory pool allocation worker
715  * @work:       Pointer to dyn_alloc in struct io_tlb_mem.
716  */
717 static void swiotlb_dyn_alloc(struct work_struct *work)
718 {
719         struct io_tlb_mem *mem =
720                 container_of(work, struct io_tlb_mem, dyn_alloc);
721         struct io_tlb_pool *pool;
722
723         pool = swiotlb_alloc_pool(NULL, IO_TLB_MIN_SLABS, default_nslabs,
724                                   default_nareas, mem->phys_limit, GFP_KERNEL);
725         if (!pool) {
726                 pr_warn_ratelimited("Failed to allocate new pool");
727                 return;
728         }
729
730         add_mem_pool(mem, pool);
731 }
732
733 /**
734  * swiotlb_dyn_free() - RCU callback to free a memory pool
735  * @rcu:        RCU head in the corresponding struct io_tlb_pool.
736  */
737 static void swiotlb_dyn_free(struct rcu_head *rcu)
738 {
739         struct io_tlb_pool *pool = container_of(rcu, struct io_tlb_pool, rcu);
740         size_t slots_size = array_size(sizeof(*pool->slots), pool->nslabs);
741         size_t tlb_size = pool->end - pool->start;
742
743         free_pages((unsigned long)pool->slots, get_order(slots_size));
744         swiotlb_free_tlb(pool->vaddr, tlb_size);
745         kfree(pool);
746 }
747
748 /**
749  * swiotlb_find_pool() - find the IO TLB pool for a physical address
750  * @dev:        Device which has mapped the DMA buffer.
751  * @paddr:      Physical address within the DMA buffer.
752  *
753  * Find the IO TLB memory pool descriptor which contains the given physical
754  * address, if any.
755  *
756  * Return: Memory pool which contains @paddr, or %NULL if none.
757  */
758 struct io_tlb_pool *swiotlb_find_pool(struct device *dev, phys_addr_t paddr)
759 {
760         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
761         struct io_tlb_pool *pool;
762
763         rcu_read_lock();
764         list_for_each_entry_rcu(pool, &mem->pools, node) {
765                 if (paddr >= pool->start && paddr < pool->end)
766                         goto out;
767         }
768
769         list_for_each_entry_rcu(pool, &dev->dma_io_tlb_pools, node) {
770                 if (paddr >= pool->start && paddr < pool->end)
771                         goto out;
772         }
773         pool = NULL;
774 out:
775         rcu_read_unlock();
776         return pool;
777 }
778
779 /**
780  * swiotlb_del_pool() - remove an IO TLB pool from a device
781  * @dev:        Owning device.
782  * @pool:       Memory pool to be removed.
783  */
784 static void swiotlb_del_pool(struct device *dev, struct io_tlb_pool *pool)
785 {
786         unsigned long flags;
787
788         spin_lock_irqsave(&dev->dma_io_tlb_lock, flags);
789         list_del_rcu(&pool->node);
790         spin_unlock_irqrestore(&dev->dma_io_tlb_lock, flags);
791
792         call_rcu(&pool->rcu, swiotlb_dyn_free);
793 }
794
795 #endif  /* CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC */
796
797 /**
798  * swiotlb_dev_init() - initialize swiotlb fields in &struct device
799  * @dev:        Device to be initialized.
800  */
801 void swiotlb_dev_init(struct device *dev)
802 {
803         dev->dma_io_tlb_mem = &io_tlb_default_mem;
804 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
805         INIT_LIST_HEAD(&dev->dma_io_tlb_pools);
806         spin_lock_init(&dev->dma_io_tlb_lock);
807         dev->dma_uses_io_tlb = false;
808 #endif
809 }
810
811 /*
812  * Return the offset into a iotlb slot required to keep the device happy.
813  */
814 static unsigned int swiotlb_align_offset(struct device *dev, u64 addr)
815 {
816         return addr & dma_get_min_align_mask(dev) & (IO_TLB_SIZE - 1);
817 }
818
819 /*
820  * Bounce: copy the swiotlb buffer from or back to the original dma location
821  */
822 static void swiotlb_bounce(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr, size_t size,
823                            enum dma_data_direction dir)
824 {
825         struct io_tlb_pool *mem = swiotlb_find_pool(dev, tlb_addr);
826         int index = (tlb_addr - mem->start) >> IO_TLB_SHIFT;
827         phys_addr_t orig_addr = mem->slots[index].orig_addr;
828         size_t alloc_size = mem->slots[index].alloc_size;
829         unsigned long pfn = PFN_DOWN(orig_addr);
830         unsigned char *vaddr = mem->vaddr + tlb_addr - mem->start;
831         unsigned int tlb_offset, orig_addr_offset;
832
833         if (orig_addr == INVALID_PHYS_ADDR)
834                 return;
835
836         tlb_offset = tlb_addr & (IO_TLB_SIZE - 1);
837         orig_addr_offset = swiotlb_align_offset(dev, orig_addr);
838         if (tlb_offset < orig_addr_offset) {
839                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
840                         "Access before mapping start detected. orig offset %u, requested offset %u.\n",
841                         orig_addr_offset, tlb_offset);
842                 return;
843         }
844
845         tlb_offset -= orig_addr_offset;
846         if (tlb_offset > alloc_size) {
847                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
848                         "Buffer overflow detected. Allocation size: %zu. Mapping size: %zu+%u.\n",
849                         alloc_size, size, tlb_offset);
850                 return;
851         }
852
853         orig_addr += tlb_offset;
854         alloc_size -= tlb_offset;
855
856         if (size > alloc_size) {
857                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
858                         "Buffer overflow detected. Allocation size: %zu. Mapping size: %zu.\n",
859                         alloc_size, size);
860                 size = alloc_size;
861         }
862
863         if (PageHighMem(pfn_to_page(pfn))) {
864                 unsigned int offset = orig_addr & ~PAGE_MASK;
865                 struct page *page;
866                 unsigned int sz = 0;
867                 unsigned long flags;
868
869                 while (size) {
870                         sz = min_t(size_t, PAGE_SIZE - offset, size);
871
872                         local_irq_save(flags);
873                         page = pfn_to_page(pfn);
874                         if (dir == DMA_TO_DEVICE)
875                                 memcpy_from_page(vaddr, page, offset, sz);
876                         else
877                                 memcpy_to_page(page, offset, vaddr, sz);
878                         local_irq_restore(flags);
879
880                         size -= sz;
881                         pfn++;
882                         vaddr += sz;
883                         offset = 0;
884                 }
885         } else if (dir == DMA_TO_DEVICE) {
886                 memcpy(vaddr, phys_to_virt(orig_addr), size);
887         } else {
888                 memcpy(phys_to_virt(orig_addr), vaddr, size);
889         }
890 }
891
892 static inline phys_addr_t slot_addr(phys_addr_t start, phys_addr_t idx)
893 {
894         return start + (idx << IO_TLB_SHIFT);
895 }
896
897 /*
898  * Carefully handle integer overflow which can occur when boundary_mask == ~0UL.
899  */
900 static inline unsigned long get_max_slots(unsigned long boundary_mask)
901 {
902         return (boundary_mask >> IO_TLB_SHIFT) + 1;
903 }
904
905 static unsigned int wrap_area_index(struct io_tlb_pool *mem, unsigned int index)
906 {
907         if (index >= mem->area_nslabs)
908                 return 0;
909         return index;
910 }
911
912 /*
913  * Track the total used slots with a global atomic value in order to have
914  * correct information to determine the high water mark. The mem_used()
915  * function gives imprecise results because there's no locking across
916  * multiple areas.
917  */
918 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
919 static void inc_used_and_hiwater(struct io_tlb_mem *mem, unsigned int nslots)
920 {
921         unsigned long old_hiwater, new_used;
922
923         new_used = atomic_long_add_return(nslots, &mem->total_used);
924         old_hiwater = atomic_long_read(&mem->used_hiwater);
925         do {
926                 if (new_used <= old_hiwater)
927                         break;
928         } while (!atomic_long_try_cmpxchg(&mem->used_hiwater,
929                                           &old_hiwater, new_used));
930 }
931
932 static void dec_used(struct io_tlb_mem *mem, unsigned int nslots)
933 {
934         atomic_long_sub(nslots, &mem->total_used);
935 }
936
937 #else /* !CONFIG_DEBUG_FS */
938 static void inc_used_and_hiwater(struct io_tlb_mem *mem, unsigned int nslots)
939 {
940 }
941 static void dec_used(struct io_tlb_mem *mem, unsigned int nslots)
942 {
943 }
944 #endif /* CONFIG_DEBUG_FS */
945
946 /**
947  * swiotlb_area_find_slots() - search for slots in one IO TLB memory area
948  * @dev:        Device which maps the buffer.
949  * @pool:       Memory pool to be searched.
950  * @area_index: Index of the IO TLB memory area to be searched.
951  * @orig_addr:  Original (non-bounced) IO buffer address.
952  * @alloc_size: Total requested size of the bounce buffer,
953  *              including initial alignment padding.
954  * @alloc_align_mask:   Required alignment of the allocated buffer.
955  *
956  * Find a suitable sequence of IO TLB entries for the request and allocate
957  * a buffer from the given IO TLB memory area.
958  * This function takes care of locking.
959  *
960  * Return: Index of the first allocated slot, or -1 on error.
961  */
962 static int swiotlb_area_find_slots(struct device *dev, struct io_tlb_pool *pool,
963                 int area_index, phys_addr_t orig_addr, size_t alloc_size,
964                 unsigned int alloc_align_mask)
965 {
966         struct io_tlb_area *area = pool->areas + area_index;
967         unsigned long boundary_mask = dma_get_seg_boundary(dev);
968         dma_addr_t tbl_dma_addr =
969                 phys_to_dma_unencrypted(dev, pool->start) & boundary_mask;
970         unsigned long max_slots = get_max_slots(boundary_mask);
971         unsigned int iotlb_align_mask =
972                 dma_get_min_align_mask(dev) | alloc_align_mask;
973         unsigned int nslots = nr_slots(alloc_size), stride;
974         unsigned int offset = swiotlb_align_offset(dev, orig_addr);
975         unsigned int index, slots_checked, count = 0, i;
976         unsigned long flags;
977         unsigned int slot_base;
978         unsigned int slot_index;
979
980         BUG_ON(!nslots);
981         BUG_ON(area_index >= pool->nareas);
982
983         /*
984          * For allocations of PAGE_SIZE or larger only look for page aligned
985          * allocations.
986          */
987         if (alloc_size >= PAGE_SIZE)
988                 iotlb_align_mask |= ~PAGE_MASK;
989         iotlb_align_mask &= ~(IO_TLB_SIZE - 1);
990
991         /*
992          * For mappings with an alignment requirement don't bother looping to
993          * unaligned slots once we found an aligned one.
994          */
995         stride = (iotlb_align_mask >> IO_TLB_SHIFT) + 1;
996
997         spin_lock_irqsave(&area->lock, flags);
998         if (unlikely(nslots > pool->area_nslabs - area->used))
999                 goto not_found;
1000
1001         slot_base = area_index * pool->area_nslabs;
1002         index = area->index;
1003
1004         for (slots_checked = 0; slots_checked < pool->area_nslabs; ) {
1005                 slot_index = slot_base + index;
1006
1007                 if (orig_addr &&
1008                     (slot_addr(tbl_dma_addr, slot_index) &
1009                      iotlb_align_mask) != (orig_addr & iotlb_align_mask)) {
1010                         index = wrap_area_index(pool, index + 1);
1011                         slots_checked++;
1012                         continue;
1013                 }
1014
1015                 if (!iommu_is_span_boundary(slot_index, nslots,
1016                                             nr_slots(tbl_dma_addr),
1017                                             max_slots)) {
1018                         if (pool->slots[slot_index].list >= nslots)
1019                                 goto found;
1020                 }
1021                 index = wrap_area_index(pool, index + stride);
1022                 slots_checked += stride;
1023         }
1024
1025 not_found:
1026         spin_unlock_irqrestore(&area->lock, flags);
1027         return -1;
1028
1029 found:
1030         /*
1031          * If we find a slot that indicates we have 'nslots' number of
1032          * contiguous buffers, we allocate the buffers from that slot onwards
1033          * and set the list of free entries to '0' indicating unavailable.
1034          */
1035         for (i = slot_index; i < slot_index + nslots; i++) {
1036                 pool->slots[i].list = 0;
1037                 pool->slots[i].alloc_size = alloc_size - (offset +
1038                                 ((i - slot_index) << IO_TLB_SHIFT));
1039         }
1040         for (i = slot_index - 1;
1041              io_tlb_offset(i) != IO_TLB_SEGSIZE - 1 &&
1042              pool->slots[i].list; i--)
1043                 pool->slots[i].list = ++count;
1044
1045         /*
1046          * Update the indices to avoid searching in the next round.
1047          */
1048         area->index = wrap_area_index(pool, index + nslots);
1049         area->used += nslots;
1050         spin_unlock_irqrestore(&area->lock, flags);
1051
1052         inc_used_and_hiwater(dev->dma_io_tlb_mem, nslots);
1053         return slot_index;
1054 }
1055
1056 /**
1057  * swiotlb_pool_find_slots() - search for slots in one memory pool
1058  * @dev:        Device which maps the buffer.
1059  * @pool:       Memory pool to be searched.
1060  * @orig_addr:  Original (non-bounced) IO buffer address.
1061  * @alloc_size: Total requested size of the bounce buffer,
1062  *              including initial alignment padding.
1063  * @alloc_align_mask:   Required alignment of the allocated buffer.
1064  *
1065  * Search through one memory pool to find a sequence of slots that match the
1066  * allocation constraints.
1067  *
1068  * Return: Index of the first allocated slot, or -1 on error.
1069  */
1070 static int swiotlb_pool_find_slots(struct device *dev, struct io_tlb_pool *pool,
1071                 phys_addr_t orig_addr, size_t alloc_size,
1072                 unsigned int alloc_align_mask)
1073 {
1074         int start = raw_smp_processor_id() & (pool->nareas - 1);
1075         int i = start, index;
1076
1077         do {
1078                 index = swiotlb_area_find_slots(dev, pool, i, orig_addr,
1079                                                 alloc_size, alloc_align_mask);
1080                 if (index >= 0)
1081                         return index;
1082                 if (++i >= pool->nareas)
1083                         i = 0;
1084         } while (i != start);
1085
1086         return -1;
1087 }
1088
1089 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
1090
1091 /**
1092  * swiotlb_find_slots() - search for slots in the whole swiotlb
1093  * @dev:        Device which maps the buffer.
1094  * @orig_addr:  Original (non-bounced) IO buffer address.
1095  * @alloc_size: Total requested size of the bounce buffer,
1096  *              including initial alignment padding.
1097  * @alloc_align_mask:   Required alignment of the allocated buffer.
1098  * @retpool:    Used memory pool, updated on return.
1099  *
1100  * Search through the whole software IO TLB to find a sequence of slots that
1101  * match the allocation constraints.
1102  *
1103  * Return: Index of the first allocated slot, or -1 on error.
1104  */
1105 static int swiotlb_find_slots(struct device *dev, phys_addr_t orig_addr,
1106                 size_t alloc_size, unsigned int alloc_align_mask,
1107                 struct io_tlb_pool **retpool)
1108 {
1109         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
1110         struct io_tlb_pool *pool;
1111         unsigned long nslabs;
1112         unsigned long flags;
1113         u64 phys_limit;
1114         int index;
1115
1116         rcu_read_lock();
1117         list_for_each_entry_rcu(pool, &mem->pools, node) {
1118                 index = swiotlb_pool_find_slots(dev, pool, orig_addr,
1119                                                 alloc_size, alloc_align_mask);
1120                 if (index >= 0) {
1121                         rcu_read_unlock();
1122                         goto found;
1123                 }
1124         }
1125         rcu_read_unlock();
1126         if (!mem->can_grow)
1127                 return -1;
1128
1129         schedule_work(&mem->dyn_alloc);
1130
1131         nslabs = nr_slots(alloc_size);
1132         phys_limit = min_not_zero(*dev->dma_mask, dev->bus_dma_limit);
1133         pool = swiotlb_alloc_pool(dev, nslabs, nslabs, 1, phys_limit,
1134                                   GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN);
1135         if (!pool)
1136                 return -1;
1137
1138         index = swiotlb_pool_find_slots(dev, pool, orig_addr,
1139                                         alloc_size, alloc_align_mask);
1140         if (index < 0) {
1141                 swiotlb_dyn_free(&pool->rcu);
1142                 return -1;
1143         }
1144
1145         pool->transient = true;
1146         spin_lock_irqsave(&dev->dma_io_tlb_lock, flags);
1147         list_add_rcu(&pool->node, &dev->dma_io_tlb_pools);
1148         spin_unlock_irqrestore(&dev->dma_io_tlb_lock, flags);
1149
1150 found:
1151         WRITE_ONCE(dev->dma_uses_io_tlb, true);
1152
1153         /*
1154          * The general barrier orders reads and writes against a presumed store
1155          * of the SWIOTLB buffer address by a device driver (to a driver private
1156          * data structure). It serves two purposes.
1157          *
1158          * First, the store to dev->dma_uses_io_tlb must be ordered before the
1159          * presumed store. This guarantees that the returned buffer address
1160          * cannot be passed to another CPU before updating dev->dma_uses_io_tlb.
1161          *
1162          * Second, the load from mem->pools must be ordered before the same
1163          * presumed store. This guarantees that the returned buffer address
1164          * cannot be observed by another CPU before an update of the RCU list
1165          * that was made by swiotlb_dyn_alloc() on a third CPU (cf. multicopy
1166          * atomicity).
1167          *
1168          * See also the comment in is_swiotlb_buffer().
1169          */
1170         smp_mb();
1171
1172         *retpool = pool;
1173         return index;
1174 }
1175
1176 #else  /* !CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC */
1177
1178 static int swiotlb_find_slots(struct device *dev, phys_addr_t orig_addr,
1179                 size_t alloc_size, unsigned int alloc_align_mask,
1180                 struct io_tlb_pool **retpool)
1181 {
1182         *retpool = &dev->dma_io_tlb_mem->defpool;
1183         return swiotlb_pool_find_slots(dev, *retpool,
1184                                        orig_addr, alloc_size, alloc_align_mask);
1185 }
1186
1187 #endif /* CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC */
1188
1189 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
1190
1191 /**
1192  * mem_used() - get number of used slots in an allocator
1193  * @mem:        Software IO TLB allocator.
1194  *
1195  * The result is accurate in this version of the function, because an atomic
1196  * counter is available if CONFIG_DEBUG_FS is set.
1197  *
1198  * Return: Number of used slots.
1199  */
1200 static unsigned long mem_used(struct io_tlb_mem *mem)
1201 {
1202         return atomic_long_read(&mem->total_used);
1203 }
1204
1205 #else /* !CONFIG_DEBUG_FS */
1206
1207 /**
1208  * mem_pool_used() - get number of used slots in a memory pool
1209  * @pool:       Software IO TLB memory pool.
1210  *
1211  * The result is not accurate, see mem_used().
1212  *
1213  * Return: Approximate number of used slots.
1214  */
1215 static unsigned long mem_pool_used(struct io_tlb_pool *pool)
1216 {
1217         int i;
1218         unsigned long used = 0;
1219
1220         for (i = 0; i < pool->nareas; i++)
1221                 used += pool->areas[i].used;
1222         return used;
1223 }
1224
1225 /**
1226  * mem_used() - get number of used slots in an allocator
1227  * @mem:        Software IO TLB allocator.
1228  *
1229  * The result is not accurate, because there is no locking of individual
1230  * areas.
1231  *
1232  * Return: Approximate number of used slots.
1233  */
1234 static unsigned long mem_used(struct io_tlb_mem *mem)
1235 {
1236 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
1237         struct io_tlb_pool *pool;
1238         unsigned long used = 0;
1239
1240         rcu_read_lock();
1241         list_for_each_entry_rcu(pool, &mem->pools, node)
1242                 used += mem_pool_used(pool);
1243         rcu_read_unlock();
1244
1245         return used;
1246 #else
1247         return mem_pool_used(&mem->defpool);
1248 #endif
1249 }
1250
1251 #endif /* CONFIG_DEBUG_FS */
1252
1253 phys_addr_t swiotlb_tbl_map_single(struct device *dev, phys_addr_t orig_addr,
1254                 size_t mapping_size, size_t alloc_size,
1255                 unsigned int alloc_align_mask, enum dma_data_direction dir,
1256                 unsigned long attrs)
1257 {
1258         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
1259         unsigned int offset = swiotlb_align_offset(dev, orig_addr);
1260         struct io_tlb_pool *pool;
1261         unsigned int i;
1262         int index;
1263         phys_addr_t tlb_addr;
1264
1265         if (!mem || !mem->nslabs) {
1266                 dev_warn_ratelimited(dev,
1267                         "Can not allocate SWIOTLB buffer earlier and can't now provide you with the DMA bounce buffer");
1268                 return (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR;
1269         }
1270
1271         if (cc_platform_has(CC_ATTR_MEM_ENCRYPT))
1272                 pr_warn_once("Memory encryption is active and system is using DMA bounce buffers\n");
1273
1274         if (mapping_size > alloc_size) {
1275                 dev_warn_once(dev, "Invalid sizes (mapping: %zd bytes, alloc: %zd bytes)",
1276                               mapping_size, alloc_size);
1277                 return (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR;
1278         }
1279
1280         index = swiotlb_find_slots(dev, orig_addr,
1281                                    alloc_size + offset, alloc_align_mask, &pool);
1282         if (index == -1) {
1283                 if (!(attrs & DMA_ATTR_NO_WARN))
1284                         dev_warn_ratelimited(dev,
1285         "swiotlb buffer is full (sz: %zd bytes), total %lu (slots), used %lu (slots)\n",
1286                                  alloc_size, mem->nslabs, mem_used(mem));
1287                 return (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR;
1288         }
1289
1290         /*
1291          * Save away the mapping from the original address to the DMA address.
1292          * This is needed when we sync the memory.  Then we sync the buffer if
1293          * needed.
1294          */
1295         for (i = 0; i < nr_slots(alloc_size + offset); i++)
1296                 pool->slots[index + i].orig_addr = slot_addr(orig_addr, i);
1297         tlb_addr = slot_addr(pool->start, index) + offset;
1298         /*
1299          * When dir == DMA_FROM_DEVICE we could omit the copy from the orig
1300          * to the tlb buffer, if we knew for sure the device will
1301          * overwrite the entire current content. But we don't. Thus
1302          * unconditional bounce may prevent leaking swiotlb content (i.e.
1303          * kernel memory) to user-space.
1304          */
1305         swiotlb_bounce(dev, tlb_addr, mapping_size, DMA_TO_DEVICE);
1306         return tlb_addr;
1307 }
1308
1309 static void swiotlb_release_slots(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr)
1310 {
1311         struct io_tlb_pool *mem = swiotlb_find_pool(dev, tlb_addr);
1312         unsigned long flags;
1313         unsigned int offset = swiotlb_align_offset(dev, tlb_addr);
1314         int index = (tlb_addr - offset - mem->start) >> IO_TLB_SHIFT;
1315         int nslots = nr_slots(mem->slots[index].alloc_size + offset);
1316         int aindex = index / mem->area_nslabs;
1317         struct io_tlb_area *area = &mem->areas[aindex];
1318         int count, i;
1319
1320         /*
1321          * Return the buffer to the free list by setting the corresponding
1322          * entries to indicate the number of contiguous entries available.
1323          * While returning the entries to the free list, we merge the entries
1324          * with slots below and above the pool being returned.
1325          */
1326         BUG_ON(aindex >= mem->nareas);
1327
1328         spin_lock_irqsave(&area->lock, flags);
1329         if (index + nslots < ALIGN(index + 1, IO_TLB_SEGSIZE))
1330                 count = mem->slots[index + nslots].list;
1331         else
1332                 count = 0;
1333
1334         /*
1335          * Step 1: return the slots to the free list, merging the slots with
1336          * superceeding slots
1337          */
1338         for (i = index + nslots - 1; i >= index; i--) {
1339                 mem->slots[i].list = ++count;
1340                 mem->slots[i].orig_addr = INVALID_PHYS_ADDR;
1341                 mem->slots[i].alloc_size = 0;
1342         }
1343
1344         /*
1345          * Step 2: merge the returned slots with the preceding slots, if
1346          * available (non zero)
1347          */
1348         for (i = index - 1;
1349              io_tlb_offset(i) != IO_TLB_SEGSIZE - 1 && mem->slots[i].list;
1350              i--)
1351                 mem->slots[i].list = ++count;
1352         area->used -= nslots;
1353         spin_unlock_irqrestore(&area->lock, flags);
1354
1355         dec_used(dev->dma_io_tlb_mem, nslots);
1356 }
1357
1358 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
1359
1360 /**
1361  * swiotlb_del_transient() - delete a transient memory pool
1362  * @dev:        Device which mapped the buffer.
1363  * @tlb_addr:   Physical address within a bounce buffer.
1364  *
1365  * Check whether the address belongs to a transient SWIOTLB memory pool.
1366  * If yes, then delete the pool.
1367  *
1368  * Return: %true if @tlb_addr belonged to a transient pool that was released.
1369  */
1370 static bool swiotlb_del_transient(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr)
1371 {
1372         struct io_tlb_pool *pool;
1373
1374         pool = swiotlb_find_pool(dev, tlb_addr);
1375         if (!pool->transient)
1376                 return false;
1377
1378         dec_used(dev->dma_io_tlb_mem, pool->nslabs);
1379         swiotlb_del_pool(dev, pool);
1380         return true;
1381 }
1382
1383 #else  /* !CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC */
1384
1385 static inline bool swiotlb_del_transient(struct device *dev,
1386                                          phys_addr_t tlb_addr)
1387 {
1388         return false;
1389 }
1390
1391 #endif  /* CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC */
1392
1393 /*
1394  * tlb_addr is the physical address of the bounce buffer to unmap.
1395  */
1396 void swiotlb_tbl_unmap_single(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr,
1397                               size_t mapping_size, enum dma_data_direction dir,
1398                               unsigned long attrs)
1399 {
1400         /*
1401          * First, sync the memory before unmapping the entry
1402          */
1403         if (!(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC) &&
1404             (dir == DMA_FROM_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL))
1405                 swiotlb_bounce(dev, tlb_addr, mapping_size, DMA_FROM_DEVICE);
1406
1407         if (swiotlb_del_transient(dev, tlb_addr))
1408                 return;
1409         swiotlb_release_slots(dev, tlb_addr);
1410 }
1411
1412 void swiotlb_sync_single_for_device(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr,
1413                 size_t size, enum dma_data_direction dir)
1414 {
1415         if (dir == DMA_TO_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL)
1416                 swiotlb_bounce(dev, tlb_addr, size, DMA_TO_DEVICE);
1417         else
1418                 BUG_ON(dir != DMA_FROM_DEVICE);
1419 }
1420
1421 void swiotlb_sync_single_for_cpu(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr,
1422                 size_t size, enum dma_data_direction dir)
1423 {
1424         if (dir == DMA_FROM_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL)
1425                 swiotlb_bounce(dev, tlb_addr, size, DMA_FROM_DEVICE);
1426         else
1427                 BUG_ON(dir != DMA_TO_DEVICE);
1428 }
1429
1430 /*
1431  * Create a swiotlb mapping for the buffer at @paddr, and in case of DMAing
1432  * to the device copy the data into it as well.
1433  */
1434 dma_addr_t swiotlb_map(struct device *dev, phys_addr_t paddr, size_t size,
1435                 enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
1436 {
1437         phys_addr_t swiotlb_addr;
1438         dma_addr_t dma_addr;
1439
1440         trace_swiotlb_bounced(dev, phys_to_dma(dev, paddr), size);
1441
1442         swiotlb_addr = swiotlb_tbl_map_single(dev, paddr, size, size, 0, dir,
1443                         attrs);
1444         if (swiotlb_addr == (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR)
1445                 return DMA_MAPPING_ERROR;
1446
1447         /* Ensure that the address returned is DMA'ble */
1448         dma_addr = phys_to_dma_unencrypted(dev, swiotlb_addr);
1449         if (unlikely(!dma_capable(dev, dma_addr, size, true))) {
1450                 swiotlb_tbl_unmap_single(dev, swiotlb_addr, size, dir,
1451                         attrs | DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC);
1452                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
1453                         "swiotlb addr %pad+%zu overflow (mask %llx, bus limit %llx).\n",
1454                         &dma_addr, size, *dev->dma_mask, dev->bus_dma_limit);
1455                 return DMA_MAPPING_ERROR;
1456         }
1457
1458         if (!dev_is_dma_coherent(dev) && !(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC))
1459                 arch_sync_dma_for_device(swiotlb_addr, size, dir);
1460         return dma_addr;
1461 }
1462
1463 size_t swiotlb_max_mapping_size(struct device *dev)
1464 {
1465         int min_align_mask = dma_get_min_align_mask(dev);
1466         int min_align = 0;
1467
1468         /*
1469          * swiotlb_find_slots() skips slots according to
1470          * min align mask. This affects max mapping size.
1471          * Take it into acount here.
1472          */
1473         if (min_align_mask)
1474                 min_align = roundup(min_align_mask, IO_TLB_SIZE);
1475
1476         return ((size_t)IO_TLB_SIZE) * IO_TLB_SEGSIZE - min_align;
1477 }
1478
1479 /**
1480  * is_swiotlb_allocated() - check if the default software IO TLB is initialized
1481  */
1482 bool is_swiotlb_allocated(void)
1483 {
1484         return io_tlb_default_mem.nslabs;
1485 }
1486
1487 bool is_swiotlb_active(struct device *dev)
1488 {
1489         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
1490
1491         return mem && mem->nslabs;
1492 }
1493
1494 /**
1495  * default_swiotlb_base() - get the base address of the default SWIOTLB
1496  *
1497  * Get the lowest physical address used by the default software IO TLB pool.
1498  */
1499 phys_addr_t default_swiotlb_base(void)
1500 {
1501 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
1502         io_tlb_default_mem.can_grow = false;
1503 #endif
1504         return io_tlb_default_mem.defpool.start;
1505 }
1506
1507 /**
1508  * default_swiotlb_limit() - get the address limit of the default SWIOTLB
1509  *
1510  * Get the highest physical address used by the default software IO TLB pool.
1511  */
1512 phys_addr_t default_swiotlb_limit(void)
1513 {
1514 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
1515         return io_tlb_default_mem.phys_limit;
1516 #else
1517         return io_tlb_default_mem.defpool.end - 1;
1518 #endif
1519 }
1520
1521 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
1522
1523 static int io_tlb_used_get(void *data, u64 *val)
1524 {
1525         struct io_tlb_mem *mem = data;
1526
1527         *val = mem_used(mem);
1528         return 0;
1529 }
1530
1531 static int io_tlb_hiwater_get(void *data, u64 *val)
1532 {
1533         struct io_tlb_mem *mem = data;
1534
1535         *val = atomic_long_read(&mem->used_hiwater);
1536         return 0;
1537 }
1538
1539 static int io_tlb_hiwater_set(void *data, u64 val)
1540 {
1541         struct io_tlb_mem *mem = data;
1542
1543         /* Only allow setting to zero */
1544         if (val != 0)
1545                 return -EINVAL;
1546
1547         atomic_long_set(&mem->used_hiwater, val);
1548         return 0;
1549 }
1550
1551 DEFINE_DEBUGFS_ATTRIBUTE(fops_io_tlb_used, io_tlb_used_get, NULL, "%llu\n");
1552 DEFINE_DEBUGFS_ATTRIBUTE(fops_io_tlb_hiwater, io_tlb_hiwater_get,
1553                                 io_tlb_hiwater_set, "%llu\n");
1554
1555 static void swiotlb_create_debugfs_files(struct io_tlb_mem *mem,
1556                                          const char *dirname)
1557 {
1558         atomic_long_set(&mem->total_used, 0);
1559         atomic_long_set(&mem->used_hiwater, 0);
1560
1561         mem->debugfs = debugfs_create_dir(dirname, io_tlb_default_mem.debugfs);
1562         if (!mem->nslabs)
1563                 return;
1564
1565         debugfs_create_ulong("io_tlb_nslabs", 0400, mem->debugfs, &mem->nslabs);
1566         debugfs_create_file("io_tlb_used", 0400, mem->debugfs, mem,
1567                         &fops_io_tlb_used);
1568         debugfs_create_file("io_tlb_used_hiwater", 0600, mem->debugfs, mem,
1569                         &fops_io_tlb_hiwater);
1570 }
1571
1572 static int __init swiotlb_create_default_debugfs(void)
1573 {
1574         swiotlb_create_debugfs_files(&io_tlb_default_mem, "swiotlb");
1575         return 0;
1576 }
1577
1578 late_initcall(swiotlb_create_default_debugfs);
1579
1580 #else  /* !CONFIG_DEBUG_FS */
1581
1582 static inline void swiotlb_create_debugfs_files(struct io_tlb_mem *mem,
1583                                                 const char *dirname)
1584 {
1585 }
1586
1587 #endif  /* CONFIG_DEBUG_FS */
1588
1589 #ifdef CONFIG_DMA_RESTRICTED_POOL
1590
1591 struct page *swiotlb_alloc(struct device *dev, size_t size)
1592 {
1593         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
1594         struct io_tlb_pool *pool;
1595         phys_addr_t tlb_addr;
1596         int index;
1597
1598         if (!mem)
1599                 return NULL;
1600
1601         index = swiotlb_find_slots(dev, 0, size, 0, &pool);
1602         if (index == -1)
1603                 return NULL;
1604
1605         tlb_addr = slot_addr(pool->start, index);
1606
1607         return pfn_to_page(PFN_DOWN(tlb_addr));
1608 }
1609
1610 bool swiotlb_free(struct device *dev, struct page *page, size_t size)
1611 {
1612         phys_addr_t tlb_addr = page_to_phys(page);
1613
1614         if (!is_swiotlb_buffer(dev, tlb_addr))
1615                 return false;
1616
1617         swiotlb_release_slots(dev, tlb_addr);
1618
1619         return true;
1620 }
1621
1622 static int rmem_swiotlb_device_init(struct reserved_mem *rmem,
1623                                     struct device *dev)
1624 {
1625         struct io_tlb_mem *mem = rmem->priv;
1626         unsigned long nslabs = rmem->size >> IO_TLB_SHIFT;
1627
1628         /* Set Per-device io tlb area to one */
1629         unsigned int nareas = 1;
1630
1631         if (PageHighMem(pfn_to_page(PHYS_PFN(rmem->base)))) {
1632                 dev_err(dev, "Restricted DMA pool must be accessible within the linear mapping.");
1633                 return -EINVAL;
1634         }
1635
1636         /*
1637          * Since multiple devices can share the same pool, the private data,
1638          * io_tlb_mem struct, will be initialized by the first device attached
1639          * to it.
1640          */
1641         if (!mem) {
1642                 struct io_tlb_pool *pool;
1643
1644                 mem = kzalloc(sizeof(*mem), GFP_KERNEL);
1645                 if (!mem)
1646                         return -ENOMEM;
1647                 pool = &mem->defpool;
1648
1649                 pool->slots = kcalloc(nslabs, sizeof(*pool->slots), GFP_KERNEL);
1650                 if (!pool->slots) {
1651                         kfree(mem);
1652                         return -ENOMEM;
1653                 }
1654
1655                 pool->areas = kcalloc(nareas, sizeof(*pool->areas),
1656                                 GFP_KERNEL);
1657                 if (!pool->areas) {
1658                         kfree(pool->slots);
1659                         kfree(mem);
1660                         return -ENOMEM;
1661                 }
1662
1663                 set_memory_decrypted((unsigned long)phys_to_virt(rmem->base),
1664                                      rmem->size >> PAGE_SHIFT);
1665                 swiotlb_init_io_tlb_pool(pool, rmem->base, nslabs,
1666                                          false, nareas);
1667                 mem->force_bounce = true;
1668                 mem->for_alloc = true;
1669 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
1670                 spin_lock_init(&mem->lock);
1671 #endif
1672                 add_mem_pool(mem, pool);
1673
1674                 rmem->priv = mem;
1675
1676                 swiotlb_create_debugfs_files(mem, rmem->name);
1677         }
1678
1679         dev->dma_io_tlb_mem = mem;
1680
1681         return 0;
1682 }
1683
1684 static void rmem_swiotlb_device_release(struct reserved_mem *rmem,
1685                                         struct device *dev)
1686 {
1687         dev->dma_io_tlb_mem = &io_tlb_default_mem;
1688 }
1689
1690 static const struct reserved_mem_ops rmem_swiotlb_ops = {
1691         .device_init = rmem_swiotlb_device_init,
1692         .device_release = rmem_swiotlb_device_release,
1693 };
1694
1695 static int __init rmem_swiotlb_setup(struct reserved_mem *rmem)
1696 {
1697         unsigned long node = rmem->fdt_node;
1698
1699         if (of_get_flat_dt_prop(node, "reusable", NULL) ||
1700             of_get_flat_dt_prop(node, "linux,cma-default", NULL) ||
1701             of_get_flat_dt_prop(node, "linux,dma-default", NULL) ||
1702             of_get_flat_dt_prop(node, "no-map", NULL))
1703                 return -EINVAL;
1704
1705         rmem->ops = &rmem_swiotlb_ops;
1706         pr_info("Reserved memory: created restricted DMA pool at %pa, size %ld MiB\n",
1707                 &rmem->base, (unsigned long)rmem->size / SZ_1M);
1708         return 0;
1709 }
1710
1711 RESERVEDMEM_OF_DECLARE(dma, "restricted-dma-pool", rmem_swiotlb_setup);
1712 #endif /* CONFIG_DMA_RESTRICTED_POOL */