lib/swiotlb.c

   1 /*
   2  * Dynamic DMA mapping support.
   3  *
   4  * This implementation is a fallback for platforms that do not support
   5  * I/O TLBs (aka DMA address translation hardware).
   6  * Copyright (C) 2000 Asit Mallick <Asit.K.Mallick@intel.com>
   7  * Copyright (C) 2000 Goutham Rao <goutham.rao@intel.com>
   8  * Copyright (C) 2000, 2003 Hewlett-Packard Co
   9  *      David Mosberger-Tang <davidm@hpl.hp.com>
  10  *
  11  * 03/05/07 davidm      Switch from PCI-DMA to generic device DMA API.
  12  * 00/12/13 davidm      Rename to swiotlb.c and add mark_clean() to avoid
  13  *                      unnecessary i-cache flushing.
  14  * 04/07/.. ak          Better overflow handling. Assorted fixes.
  15  * 05/09/10 linville    Add support for syncing ranges, support syncing for
  16  *                      DMA_BIDIRECTIONAL mappings, miscellaneous cleanup.
  17  * 08/12/11 beckyb      Add highmem support
  18  */
  19
  20 #include <linux/cache.h>
  21 #include <linux/dma-mapping.h>
  22 #include <linux/mm.h>
  23 #include <linux/export.h>
  24 #include <linux/spinlock.h>
  25 #include <linux/string.h>
  26 #include <linux/swiotlb.h>
  27 #include <linux/pfn.h>
  28 #include <linux/types.h>
  29 #include <linux/ctype.h>
  30 #include <linux/highmem.h>
  31 #include <linux/gfp.h>
  32
  33 #include <asm/io.h>
  34 #include <asm/dma.h>
  35 #include <asm/scatterlist.h>
  36
  37 #include <linux/init.h>
  38 #include <linux/bootmem.h>
  39 #include <linux/iommu-helper.h>
  40
  41 #define CREATE_TRACE_POINTS
  42 #include <trace/events/swiotlb.h>
  43
  44 #define OFFSET(val,align) ((unsigned long)      \
  45                            ( (val) & ( (align) - 1)))
  46
  47 #define SLABS_PER_PAGE (1 << (PAGE_SHIFT - IO_TLB_SHIFT))
  48
  49 /*
  50  * Minimum IO TLB size to bother booting with.  Systems with mainly
  51  * 64bit capable cards will only lightly use the swiotlb.  If we can't
  52  * allocate a contiguous 1MB, we're probably in trouble anyway.
  53  */
  54 #define IO_TLB_MIN_SLABS ((1<<20) >> IO_TLB_SHIFT)
  55
  56 int swiotlb_force;
  57
  58 /*
  59  * Used to do a quick range check in swiotlb_tbl_unmap_single and
  60  * swiotlb_tbl_sync_single_*, to see if the memory was in fact allocated by this
  61  * API.
  62  */
  63 static phys_addr_t io_tlb_start, io_tlb_end;
  64
  65 /*
  66  * The number of IO TLB blocks (in groups of 64) between io_tlb_start and
  67  * io_tlb_end.  This is command line adjustable via setup_io_tlb_npages.
  68  */
  69 static unsigned long io_tlb_nslabs;
  70
  71 /*
  72  * When the IOMMU overflows we return a fallback buffer. This sets the size.
  73  */
  74 static unsigned long io_tlb_overflow = 32*1024;
  75
  76 static phys_addr_t io_tlb_overflow_buffer;
  77
  78 /*
  79  * This is a free list describing the number of free entries available from
  80  * each index
  81  */
  82 static unsigned int *io_tlb_list;
  83 static unsigned int io_tlb_index;
  84
  85 /*
  86  * We need to save away the original address corresponding to a mapped entry
  87  * for the sync operations.
  88  */
  89 #define INVALID_PHYS_ADDR (~(phys_addr_t)0)
  90 static phys_addr_t *io_tlb_orig_addr;
  91
  92 /*
  93  * Protect the above data structures in the map and unmap calls
  94  */
  95 static DEFINE_SPINLOCK(io_tlb_lock);
  96
  97 static int late_alloc;
  98
  99 static int __init
 100 setup_io_tlb_npages(char *str)
 101 {
 102         if (isdigit(*str)) {
 103                 io_tlb_nslabs = simple_strtoul(str, &str, 0);
 104                 /* avoid tail segment of size < IO_TLB_SEGSIZE */
 105                 io_tlb_nslabs = ALIGN(io_tlb_nslabs, IO_TLB_SEGSIZE);
 106         }
 107         if (*str == ',')
 108                 ++str;
 109         if (!strcmp(str, "force"))
 110                 swiotlb_force = 1;
 111
 112         return 0;
 113 }
 114 early_param("swiotlb", setup_io_tlb_npages);
 115 /* make io_tlb_overflow tunable too? */
 116
 117 unsigned long swiotlb_nr_tbl(void)
 118 {
 119         return io_tlb_nslabs;
 120 }
 121 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_nr_tbl);
 122
 123 /* default to 64MB */
 124 #define IO_TLB_DEFAULT_SIZE (64UL<<20)
 125 unsigned long swiotlb_size_or_default(void)
 126 {
 127         unsigned long size;
 128
 129         size = io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 130
 131         return size ? size : (IO_TLB_DEFAULT_SIZE);
 132 }
 133
 134 /* Note that this doesn't work with highmem page */
 135 static dma_addr_t swiotlb_virt_to_bus(struct device *hwdev,
 136                                       volatile void *address)
 137 {
 138         return phys_to_dma(hwdev, virt_to_phys(address));
 139 }
 140
 141 static bool no_iotlb_memory;
 142
 143 void swiotlb_print_info(void)
 144 {
 145         unsigned long bytes = io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 146         unsigned char *vstart, *vend;
 147
 148         if (no_iotlb_memory) {
 149                 pr_warn("software IO TLB: No low mem\n");
 150                 return;
 151         }
 152
 153         vstart = phys_to_virt(io_tlb_start);
 154         vend = phys_to_virt(io_tlb_end);
 155
 156         printk(KERN_INFO "software IO TLB [mem %#010llx-%#010llx] (%luMB) mapped at [%p-%p]\n",
 157                (unsigned long long)io_tlb_start,
 158                (unsigned long long)io_tlb_end,
 159                bytes >> 20, vstart, vend - 1);
 160 }
 161
 162 int __init swiotlb_init_with_tbl(char *tlb, unsigned long nslabs, int verbose)
 163 {
 164         void *v_overflow_buffer;
 165         unsigned long i, bytes;
 166
 167         bytes = nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 168
 169         io_tlb_nslabs = nslabs;
 170         io_tlb_start = __pa(tlb);
 171         io_tlb_end = io_tlb_start + bytes;
 172
 173         /*
 174          * Get the overflow emergency buffer
 175          */
 176         v_overflow_buffer = memblock_virt_alloc_low_nopanic(
 177                                                 PAGE_ALIGN(io_tlb_overflow),
 178                                                 PAGE_SIZE);
 179         if (!v_overflow_buffer)
 180                 return -ENOMEM;
 181
 182         io_tlb_overflow_buffer = __pa(v_overflow_buffer);
 183
 184         /*
 185          * Allocate and initialize the free list array.  This array is used
 186          * to find contiguous free memory regions of size up to IO_TLB_SEGSIZE
 187          * between io_tlb_start and io_tlb_end.
 188          */
 189         io_tlb_list = memblock_virt_alloc(
 190                                 PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs * sizeof(int)),
 191                                 PAGE_SIZE);
 192         io_tlb_orig_addr = memblock_virt_alloc(
 193                                 PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs * sizeof(phys_addr_t)),
 194                                 PAGE_SIZE);
 195         for (i = 0; i < io_tlb_nslabs; i++) {
 196                 io_tlb_list[i] = IO_TLB_SEGSIZE - OFFSET(i, IO_TLB_SEGSIZE);
 197                 io_tlb_orig_addr[i] = INVALID_PHYS_ADDR;
 198         }
 199         io_tlb_index = 0;
 200
 201         if (verbose)
 202                 swiotlb_print_info();
 203
 204         return 0;
 205 }
 206
 207 /*
 208  * Statically reserve bounce buffer space and initialize bounce buffer data
 209  * structures for the software IO TLB used to implement the DMA API.
 210  */
 211 void  __init
 212 swiotlb_init(int verbose)
 213 {
 214         size_t default_size = IO_TLB_DEFAULT_SIZE;
 215         unsigned char *vstart;
 216         unsigned long bytes;
 217
 218         if (!io_tlb_nslabs) {
 219                 io_tlb_nslabs = (default_size >> IO_TLB_SHIFT);
 220                 io_tlb_nslabs = ALIGN(io_tlb_nslabs, IO_TLB_SEGSIZE);
 221         }
 222
 223         bytes = io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 224
 225         /* Get IO TLB memory from the low pages */
 226         vstart = memblock_virt_alloc_low_nopanic(PAGE_ALIGN(bytes), PAGE_SIZE);
 227         if (vstart && !swiotlb_init_with_tbl(vstart, io_tlb_nslabs, verbose))
 228                 return;
 229
 230         if (io_tlb_start)
 231                 memblock_free_early(io_tlb_start,
 232                                     PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT));
 233         pr_warn("Cannot allocate SWIOTLB buffer");
 234         no_iotlb_memory = true;
 235 }
 236
 237 /*
 238  * Systems with larger DMA zones (those that don't support ISA) can
 239  * initialize the swiotlb later using the slab allocator if needed.
 240  * This should be just like above, but with some error catching.
 241  */
 242 int
 243 swiotlb_late_init_with_default_size(size_t default_size)
 244 {
 245         unsigned long bytes, req_nslabs = io_tlb_nslabs;
 246         unsigned char *vstart = NULL;
 247         unsigned int order;
 248         int rc = 0;
 249
 250         if (!io_tlb_nslabs) {
 251                 io_tlb_nslabs = (default_size >> IO_TLB_SHIFT);
 252                 io_tlb_nslabs = ALIGN(io_tlb_nslabs, IO_TLB_SEGSIZE);
 253         }
 254
 255         /*
 256          * Get IO TLB memory from the low pages
 257          */
 258         order = get_order(io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT);
 259         io_tlb_nslabs = SLABS_PER_PAGE << order;
 260         bytes = io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 261
 262         while ((SLABS_PER_PAGE << order) > IO_TLB_MIN_SLABS) {
 263                 vstart = (void *)__get_free_pages(GFP_DMA | __GFP_NOWARN,
 264                                                   order);
 265                 if (vstart)
 266                         break;
 267                 order--;
 268         }
 269
 270         if (!vstart) {
 271                 io_tlb_nslabs = req_nslabs;
 272                 return -ENOMEM;
 273         }
 274         if (order != get_order(bytes)) {
 275                 printk(KERN_WARNING "Warning: only able to allocate %ld MB "
 276                        "for software IO TLB\n", (PAGE_SIZE << order) >> 20);
 277                 io_tlb_nslabs = SLABS_PER_PAGE << order;
 278         }
 279         rc = swiotlb_late_init_with_tbl(vstart, io_tlb_nslabs);
 280         if (rc)
 281                 free_pages((unsigned long)vstart, order);
 282         return rc;
 283 }
 284
 285 int
 286 swiotlb_late_init_with_tbl(char *tlb, unsigned long nslabs)
 287 {
 288         unsigned long i, bytes;
 289         unsigned char *v_overflow_buffer;
 290
 291         bytes = nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 292
 293         io_tlb_nslabs = nslabs;
 294         io_tlb_start = virt_to_phys(tlb);
 295         io_tlb_end = io_tlb_start + bytes;
 296
 297         memset(tlb, 0, bytes);
 298
 299         /*
 300          * Get the overflow emergency buffer
 301          */
 302         v_overflow_buffer = (void *)__get_free_pages(GFP_DMA,
 303                                                      get_order(io_tlb_overflow));
 304         if (!v_overflow_buffer)
 305                 goto cleanup2;
 306
 307         io_tlb_overflow_buffer = virt_to_phys(v_overflow_buffer);
 308
 309         /*
 310          * Allocate and initialize the free list array.  This array is used
 311          * to find contiguous free memory regions of size up to IO_TLB_SEGSIZE
 312          * between io_tlb_start and io_tlb_end.
 313          */
 314         io_tlb_list = (unsigned int *)__get_free_pages(GFP_KERNEL,
 315                                       get_order(io_tlb_nslabs * sizeof(int)));
 316         if (!io_tlb_list)
 317                 goto cleanup3;
 318
 319         io_tlb_orig_addr = (phys_addr_t *)
 320                 __get_free_pages(GFP_KERNEL,
 321                                  get_order(io_tlb_nslabs *
 322                                            sizeof(phys_addr_t)));
 323         if (!io_tlb_orig_addr)
 324                 goto cleanup4;
 325
 326         for (i = 0; i < io_tlb_nslabs; i++) {
 327                 io_tlb_list[i] = IO_TLB_SEGSIZE - OFFSET(i, IO_TLB_SEGSIZE);
 328                 io_tlb_orig_addr[i] = INVALID_PHYS_ADDR;
 329         }
 330         io_tlb_index = 0;
 331
 332         swiotlb_print_info();
 333
 334         late_alloc = 1;
 335
 336         return 0;
 337
 338 cleanup4:
 339         free_pages((unsigned long)io_tlb_list, get_order(io_tlb_nslabs *
 340                                                          sizeof(int)));
 341         io_tlb_list = NULL;
 342 cleanup3:
 343         free_pages((unsigned long)v_overflow_buffer,
 344                    get_order(io_tlb_overflow));
 345         io_tlb_overflow_buffer = 0;
 346 cleanup2:
 347         io_tlb_end = 0;
 348         io_tlb_start = 0;
 349         io_tlb_nslabs = 0;
 350         return -ENOMEM;
 351 }
 352
 353 void __init swiotlb_free(void)
 354 {
 355         if (!io_tlb_orig_addr)
 356                 return;
 357
 358         if (late_alloc) {
 359                 free_pages((unsigned long)phys_to_virt(io_tlb_overflow_buffer),
 360                            get_order(io_tlb_overflow));
 361                 free_pages((unsigned long)io_tlb_orig_addr,
 362                            get_order(io_tlb_nslabs * sizeof(phys_addr_t)));
 363                 free_pages((unsigned long)io_tlb_list, get_order(io_tlb_nslabs *
 364                                                                  sizeof(int)));
 365                 free_pages((unsigned long)phys_to_virt(io_tlb_start),
 366                            get_order(io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT));
 367         } else {
 368                 memblock_free_late(io_tlb_overflow_buffer,
 369                                    PAGE_ALIGN(io_tlb_overflow));
 370                 memblock_free_late(__pa(io_tlb_orig_addr),
 371                                    PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs * sizeof(phys_addr_t)));
 372                 memblock_free_late(__pa(io_tlb_list),
 373                                    PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs * sizeof(int)));
 374                 memblock_free_late(io_tlb_start,
 375                                    PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT));
 376         }
 377         io_tlb_nslabs = 0;
 378 }
 379
 380 int is_swiotlb_buffer(phys_addr_t paddr)
 381 {
 382         return paddr >= io_tlb_start && paddr < io_tlb_end;
 383 }
 384
 385 /*
 386  * Bounce: copy the swiotlb buffer back to the original dma location
 387  */
 388 static void swiotlb_bounce(phys_addr_t orig_addr, phys_addr_t tlb_addr,
 389                            size_t size, enum dma_data_direction dir)
 390 {
 391         unsigned long pfn = PFN_DOWN(orig_addr);
 392         unsigned char *vaddr = phys_to_virt(tlb_addr);
 393
 394         if (PageHighMem(pfn_to_page(pfn))) {
 395                 /* The buffer does not have a mapping.  Map it in and copy */
 396                 unsigned int offset = orig_addr & ~PAGE_MASK;
 397                 char *buffer;
 398                 unsigned int sz = 0;
 399                 unsigned long flags;
 400
 401                 while (size) {
 402                         sz = min_t(size_t, PAGE_SIZE - offset, size);
 403
 404                         local_irq_save(flags);
 405                         buffer = kmap_atomic(pfn_to_page(pfn));
 406                         if (dir == DMA_TO_DEVICE)
 407                                 memcpy(vaddr, buffer + offset, sz);
 408                         else
 409                                 memcpy(buffer + offset, vaddr, sz);
 410                         kunmap_atomic(buffer);
 411                         local_irq_restore(flags);
 412
 413                         size -= sz;
 414                         pfn++;
 415                         vaddr += sz;
 416                         offset = 0;
 417                 }
 418         } else if (dir == DMA_TO_DEVICE) {
 419                 memcpy(vaddr, phys_to_virt(orig_addr), size);
 420         } else {
 421                 memcpy(phys_to_virt(orig_addr), vaddr, size);
 422         }
 423 }
 424
 425 phys_addr_t swiotlb_tbl_map_single(struct device *hwdev,
 426                                    dma_addr_t tbl_dma_addr,
 427                                    phys_addr_t orig_addr, size_t size,
 428                                    enum dma_data_direction dir)
 429 {
 430         unsigned long flags;
 431         phys_addr_t tlb_addr;
 432         unsigned int nslots, stride, index, wrap;
 433         int i;
 434         unsigned long mask;
 435         unsigned long offset_slots;
 436         unsigned long max_slots;
 437
 438         if (no_iotlb_memory)
 439                 panic("Can not allocate SWIOTLB buffer earlier and can't now provide you with the DMA bounce buffer");
 440
 441         mask = dma_get_seg_boundary(hwdev);
 442
 443         tbl_dma_addr &= mask;
 444
 445         offset_slots = ALIGN(tbl_dma_addr, 1 << IO_TLB_SHIFT) >> IO_TLB_SHIFT;
 446
 447         /*
 448          * Carefully handle integer overflow which can occur when mask == ~0UL.
 449          */
 450         max_slots = mask + 1
 451                     ? ALIGN(mask + 1, 1 << IO_TLB_SHIFT) >> IO_TLB_SHIFT
 452                     : 1UL << (BITS_PER_LONG - IO_TLB_SHIFT);
 453
 454         /*
 455          * For mappings greater than a page, we limit the stride (and
 456          * hence alignment) to a page size.
 457          */
 458         nslots = ALIGN(size, 1 << IO_TLB_SHIFT) >> IO_TLB_SHIFT;
 459         if (size > PAGE_SIZE)
 460                 stride = (1 << (PAGE_SHIFT - IO_TLB_SHIFT));
 461         else
 462                 stride = 1;
 463
 464         BUG_ON(!nslots);
 465
 466         /*
 467          * Find suitable number of IO TLB entries size that will fit this
 468          * request and allocate a buffer from that IO TLB pool.
 469          */
 470         spin_lock_irqsave(&io_tlb_lock, flags);
 471         index = ALIGN(io_tlb_index, stride);
 472         if (index >= io_tlb_nslabs)
 473                 index = 0;
 474         wrap = index;
 475
 476         do {
 477                 while (iommu_is_span_boundary(index, nslots, offset_slots,
 478                                               max_slots)) {
 479                         index += stride;
 480                         if (index >= io_tlb_nslabs)
 481                                 index = 0;
 482                         if (index == wrap)
 483                                 goto not_found;
 484                 }
 485
 486                 /*
 487                  * If we find a slot that indicates we have 'nslots' number of
 488                  * contiguous buffers, we allocate the buffers from that slot
 489                  * and mark the entries as '0' indicating unavailable.
 490                  */
 491                 if (io_tlb_list[index] >= nslots) {
 492                         int count = 0;
 493
 494                         for (i = index; i < (int) (index + nslots); i++)
 495                                 io_tlb_list[i] = 0;
 496                         for (i = index - 1; (OFFSET(i, IO_TLB_SEGSIZE) != IO_TLB_SEGSIZE - 1) && io_tlb_list[i]; i--)
 497                                 io_tlb_list[i] = ++count;
 498                         tlb_addr = io_tlb_start + (index << IO_TLB_SHIFT);
 499
 500                         /*
 501                          * Update the indices to avoid searching in the next
 502                          * round.
 503                          */
 504                         io_tlb_index = ((index + nslots) < io_tlb_nslabs
 505                                         ? (index + nslots) : 0);
 506
 507                         goto found;
 508                 }
 509                 index += stride;
 510                 if (index >= io_tlb_nslabs)
 511                         index = 0;
 512         } while (index != wrap);
 513
 514 not_found:
 515         spin_unlock_irqrestore(&io_tlb_lock, flags);
 516         if (printk_ratelimit())
 517                 dev_warn(hwdev, "swiotlb buffer is full (sz: %zd bytes)\n", size);
 518         return SWIOTLB_MAP_ERROR;
 519 found:
 520         spin_unlock_irqrestore(&io_tlb_lock, flags);
 521
 522         /*
 523          * Save away the mapping from the original address to the DMA address.
 524          * This is needed when we sync the memory.  Then we sync the buffer if
 525          * needed.
 526          */
 527         for (i = 0; i < nslots; i++)
 528                 io_tlb_orig_addr[index+i] = orig_addr + (i << IO_TLB_SHIFT);
 529         if (dir == DMA_TO_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL)
 530                 swiotlb_bounce(orig_addr, tlb_addr, size, DMA_TO_DEVICE);
 531
 532         return tlb_addr;
 533 }
 534 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_tbl_map_single);
 535
 536 /*
 537  * Allocates bounce buffer and returns its kernel virtual address.
 538  */
 539
 540 phys_addr_t map_single(struct device *hwdev, phys_addr_t phys, size_t size,
 541                        enum dma_data_direction dir)
 542 {
 543         dma_addr_t start_dma_addr = phys_to_dma(hwdev, io_tlb_start);
 544
 545         return swiotlb_tbl_map_single(hwdev, start_dma_addr, phys, size, dir);
 546 }
 547
 548 /*
 549  * dma_addr is the kernel virtual address of the bounce buffer to unmap.
 550  */
 551 void swiotlb_tbl_unmap_single(struct device *hwdev, phys_addr_t tlb_addr,
 552                               size_t size, enum dma_data_direction dir)
 553 {
 554         unsigned long flags;
 555         int i, count, nslots = ALIGN(size, 1 << IO_TLB_SHIFT) >> IO_TLB_SHIFT;
 556         int index = (tlb_addr - io_tlb_start) >> IO_TLB_SHIFT;
 557         phys_addr_t orig_addr = io_tlb_orig_addr[index];
 558
 559         /*
 560          * First, sync the memory before unmapping the entry
 561          */
 562         if (orig_addr != INVALID_PHYS_ADDR &&
 563             ((dir == DMA_FROM_DEVICE) || (dir == DMA_BIDIRECTIONAL)))
 564                 swiotlb_bounce(orig_addr, tlb_addr, size, DMA_FROM_DEVICE);
 565
 566         /*
 567          * Return the buffer to the free list by setting the corresponding
 568          * entries to indicate the number of contiguous entries available.
 569          * While returning the entries to the free list, we merge the entries
 570          * with slots below and above the pool being returned.
 571          */
 572         spin_lock_irqsave(&io_tlb_lock, flags);
 573         {
 574                 count = ((index + nslots) < ALIGN(index + 1, IO_TLB_SEGSIZE) ?
 575                          io_tlb_list[index + nslots] : 0);
 576                 /*
 577                  * Step 1: return the slots to the free list, merging the
 578                  * slots with superceeding slots
 579                  */
 580                 for (i = index + nslots - 1; i >= index; i--) {
 581                         io_tlb_list[i] = ++count;
 582                         io_tlb_orig_addr[i] = INVALID_PHYS_ADDR;
 583                 }
 584                 /*
 585                  * Step 2: merge the returned slots with the preceding slots,
 586                  * if available (non zero)
 587                  */
 588                 for (i = index - 1; (OFFSET(i, IO_TLB_SEGSIZE) != IO_TLB_SEGSIZE -1) && io_tlb_list[i]; i--)
 589                         io_tlb_list[i] = ++count;
 590         }
 591         spin_unlock_irqrestore(&io_tlb_lock, flags);
 592 }
 593 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_tbl_unmap_single);
 594
 595 void swiotlb_tbl_sync_single(struct device *hwdev, phys_addr_t tlb_addr,
 596                              size_t size, enum dma_data_direction dir,
 597                              enum dma_sync_target target)
 598 {
 599         int index = (tlb_addr - io_tlb_start) >> IO_TLB_SHIFT;
 600         phys_addr_t orig_addr = io_tlb_orig_addr[index];
 601
 602         if (orig_addr == INVALID_PHYS_ADDR)
 603                 return;
 604         orig_addr += (unsigned long)tlb_addr & ((1 << IO_TLB_SHIFT) - 1);
 605
 606         switch (target) {
 607         case SYNC_FOR_CPU:
 608                 if (likely(dir == DMA_FROM_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL))
 609                         swiotlb_bounce(orig_addr, tlb_addr,
 610                                        size, DMA_FROM_DEVICE);
 611                 else
 612                         BUG_ON(dir != DMA_TO_DEVICE);
 613                 break;
 614         case SYNC_FOR_DEVICE:
 615                 if (likely(dir == DMA_TO_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL))
 616                         swiotlb_bounce(orig_addr, tlb_addr,
 617                                        size, DMA_TO_DEVICE);
 618                 else
 619                         BUG_ON(dir != DMA_FROM_DEVICE);
 620                 break;
 621         default:
 622                 BUG();
 623         }
 624 }
 625 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_tbl_sync_single);
 626
 627 void *
 628 swiotlb_alloc_coherent(struct device *hwdev, size_t size,
 629                        dma_addr_t *dma_handle, gfp_t flags)
 630 {
 631         dma_addr_t dev_addr;
 632         void *ret;
 633         int order = get_order(size);
 634         u64 dma_mask = DMA_BIT_MASK(32);
 635
 636         if (hwdev && hwdev->coherent_dma_mask)
 637                 dma_mask = hwdev->coherent_dma_mask;
 638
 639         ret = (void *)__get_free_pages(flags, order);
 640         if (ret) {
 641                 dev_addr = swiotlb_virt_to_bus(hwdev, ret);
 642                 if (dev_addr + size - 1 > dma_mask) {
 643                         /*
 644                          * The allocated memory isn't reachable by the device.
 645                          */
 646                         free_pages((unsigned long) ret, order);
 647                         ret = NULL;
 648                 }
 649         }
 650         if (!ret) {
 651                 /*
 652                  * We are either out of memory or the device can't DMA to
 653                  * GFP_DMA memory; fall back on map_single(), which
 654                  * will grab memory from the lowest available address range.
 655                  */
 656                 phys_addr_t paddr = map_single(hwdev, 0, size, DMA_FROM_DEVICE);
 657                 if (paddr == SWIOTLB_MAP_ERROR)
 658                         return NULL;
 659
 660                 ret = phys_to_virt(paddr);
 661                 dev_addr = phys_to_dma(hwdev, paddr);
 662
 663                 /* Confirm address can be DMA'd by device */
 664                 if (dev_addr + size - 1 > dma_mask) {
 665                         printk("hwdev DMA mask = 0x%016Lx, dev_addr = 0x%016Lx\n",
 666                                (unsigned long long)dma_mask,
 667                                (unsigned long long)dev_addr);
 668
 669                         /* DMA_TO_DEVICE to avoid memcpy in unmap_single */
 670                         swiotlb_tbl_unmap_single(hwdev, paddr,
 671                                                  size, DMA_TO_DEVICE);
 672                         return NULL;
 673                 }
 674         }
 675
 676         *dma_handle = dev_addr;
 677         memset(ret, 0, size);
 678
 679         return ret;
 680 }
 681 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_alloc_coherent);
 682
 683 void
 684 swiotlb_free_coherent(struct device *hwdev, size_t size, void *vaddr,
 685                       dma_addr_t dev_addr)
 686 {
 687         phys_addr_t paddr = dma_to_phys(hwdev, dev_addr);
 688
 689         WARN_ON(irqs_disabled());
 690         if (!is_swiotlb_buffer(paddr))
 691                 free_pages((unsigned long)vaddr, get_order(size));
 692         else
 693                 /* DMA_TO_DEVICE to avoid memcpy in swiotlb_tbl_unmap_single */
 694                 swiotlb_tbl_unmap_single(hwdev, paddr, size, DMA_TO_DEVICE);
 695 }
 696 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_free_coherent);
 697
 698 static void
 699 swiotlb_full(struct device *dev, size_t size, enum dma_data_direction dir,
 700              int do_panic)
 701 {
 702         /*
 703          * Ran out of IOMMU space for this operation. This is very bad.
 704          * Unfortunately the drivers cannot handle this operation properly.
 705          * unless they check for dma_mapping_error (most don't)
 706          * When the mapping is small enough return a static buffer to limit
 707          * the damage, or panic when the transfer is too big.
 708          */
 709         printk(KERN_ERR "DMA: Out of SW-IOMMU space for %zu bytes at "
 710                "device %s\n", size, dev ? dev_name(dev) : "?");
 711
 712         if (size <= io_tlb_overflow || !do_panic)
 713                 return;
 714
 715         if (dir == DMA_BIDIRECTIONAL)
 716                 panic("DMA: Random memory could be DMA accessed\n");
 717         if (dir == DMA_FROM_DEVICE)
 718                 panic("DMA: Random memory could be DMA written\n");
 719         if (dir == DMA_TO_DEVICE)
 720                 panic("DMA: Random memory could be DMA read\n");
 721 }
 722
 723 /*
 724  * Map a single buffer of the indicated size for DMA in streaming mode.  The
 725  * physical address to use is returned.
 726  *
 727  * Once the device is given the dma address, the device owns this memory until
 728  * either swiotlb_unmap_page or swiotlb_dma_sync_single is performed.
 729  */
 730 dma_addr_t swiotlb_map_page(struct device *dev, struct page *page,
 731                             unsigned long offset, size_t size,
 732                             enum dma_data_direction dir,
 733                             struct dma_attrs *attrs)
 734 {
 735         phys_addr_t map, phys = page_to_phys(page) + offset;
 736         dma_addr_t dev_addr = phys_to_dma(dev, phys);
 737
 738         BUG_ON(dir == DMA_NONE);
 739         /*
 740          * If the address happens to be in the device's DMA window,
 741          * we can safely return the device addr and not worry about bounce
 742          * buffering it.
 743          */
 744         if (dma_capable(dev, dev_addr, size) && !swiotlb_force)
 745                 return dev_addr;
 746
 747         trace_swiotlb_bounced(dev, dev_addr, size, swiotlb_force);
 748
 749         /* Oh well, have to allocate and map a bounce buffer. */
 750         map = map_single(dev, phys, size, dir);
 751         if (map == SWIOTLB_MAP_ERROR) {
 752                 swiotlb_full(dev, size, dir, 1);
 753                 return phys_to_dma(dev, io_tlb_overflow_buffer);
 754         }
 755
 756         dev_addr = phys_to_dma(dev, map);
 757
 758         /* Ensure that the address returned is DMA'ble */
 759         if (!dma_capable(dev, dev_addr, size)) {
 760                 swiotlb_tbl_unmap_single(dev, map, size, dir);
 761                 return phys_to_dma(dev, io_tlb_overflow_buffer);
 762         }
 763
 764         return dev_addr;
 765 }
 766 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_map_page);
 767
 768 /*
 769  * Unmap a single streaming mode DMA translation.  The dma_addr and size must
 770  * match what was provided for in a previous swiotlb_map_page call.  All
 771  * other usages are undefined.
 772  *
 773  * After this call, reads by the cpu to the buffer are guaranteed to see
 774  * whatever the device wrote there.
 775  */
 776 static void unmap_single(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
 777                          size_t size, enum dma_data_direction dir)
 778 {
 779         phys_addr_t paddr = dma_to_phys(hwdev, dev_addr);
 780
 781         BUG_ON(dir == DMA_NONE);
 782
 783         if (is_swiotlb_buffer(paddr)) {
 784                 swiotlb_tbl_unmap_single(hwdev, paddr, size, dir);
 785                 return;
 786         }
 787
 788         if (dir != DMA_FROM_DEVICE)
 789                 return;
 790
 791         /*
 792          * phys_to_virt doesn't work with hihgmem page but we could
 793          * call dma_mark_clean() with hihgmem page here. However, we
 794          * are fine since dma_mark_clean() is null on POWERPC. We can
 795          * make dma_mark_clean() take a physical address if necessary.
 796          */
 797         dma_mark_clean(phys_to_virt(paddr), size);
 798 }
 799
 800 void swiotlb_unmap_page(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
 801                         size_t size, enum dma_data_direction dir,
 802                         struct dma_attrs *attrs)
 803 {
 804         unmap_single(hwdev, dev_addr, size, dir);
 805 }
 806 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_unmap_page);
 807
 808 /*
 809  * Make physical memory consistent for a single streaming mode DMA translation
 810  * after a transfer.
 811  *
 812  * If you perform a swiotlb_map_page() but wish to interrogate the buffer
 813  * using the cpu, yet do not wish to teardown the dma mapping, you must
 814  * call this function before doing so.  At the next point you give the dma
 815  * address back to the card, you must first perform a
 816  * swiotlb_dma_sync_for_device, and then the device again owns the buffer
 817  */
 818 static void
 819 swiotlb_sync_single(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
 820                     size_t size, enum dma_data_direction dir,
 821                     enum dma_sync_target target)
 822 {
 823         phys_addr_t paddr = dma_to_phys(hwdev, dev_addr);
 824
 825         BUG_ON(dir == DMA_NONE);
 826
 827         if (is_swiotlb_buffer(paddr)) {
 828                 swiotlb_tbl_sync_single(hwdev, paddr, size, dir, target);
 829                 return;
 830         }
 831
 832         if (dir != DMA_FROM_DEVICE)
 833                 return;
 834
 835         dma_mark_clean(phys_to_virt(paddr), size);
 836 }
 837
 838 void
 839 swiotlb_sync_single_for_cpu(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
 840                             size_t size, enum dma_data_direction dir)
 841 {
 842         swiotlb_sync_single(hwdev, dev_addr, size, dir, SYNC_FOR_CPU);
 843 }
 844 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_sync_single_for_cpu);
 845
 846 void
 847 swiotlb_sync_single_for_device(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
 848                                size_t size, enum dma_data_direction dir)
 849 {
 850         swiotlb_sync_single(hwdev, dev_addr, size, dir, SYNC_FOR_DEVICE);
 851 }
 852 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_sync_single_for_device);
 853
 854 /*
 855  * Map a set of buffers described by scatterlist in streaming mode for DMA.
 856  * This is the scatter-gather version of the above swiotlb_map_page
 857  * interface.  Here the scatter gather list elements are each tagged with the
 858  * appropriate dma address and length.  They are obtained via
 859  * sg_dma_{address,length}(SG).
 860  *
 861  * NOTE: An implementation may be able to use a smaller number of
 862  *       DMA address/length pairs than there are SG table elements.
 863  *       (for example via virtual mapping capabilities)
 864  *       The routine returns the number of addr/length pairs actually
 865  *       used, at most nents.
 866  *
 867  * Device ownership issues as mentioned above for swiotlb_map_page are the
 868  * same here.
 869  */
 870 int
 871 swiotlb_map_sg_attrs(struct device *hwdev, struct scatterlist *sgl, int nelems,
 872                      enum dma_data_direction dir, struct dma_attrs *attrs)
 873 {
 874         struct scatterlist *sg;
 875         int i;
 876
 877         BUG_ON(dir == DMA_NONE);
 878
 879         for_each_sg(sgl, sg, nelems, i) {
 880                 phys_addr_t paddr = sg_phys(sg);
 881                 dma_addr_t dev_addr = phys_to_dma(hwdev, paddr);
 882
 883                 if (swiotlb_force ||
 884                     !dma_capable(hwdev, dev_addr, sg->length)) {
 885                         phys_addr_t map = map_single(hwdev, sg_phys(sg),
 886                                                      sg->length, dir);
 887                         if (map == SWIOTLB_MAP_ERROR) {
 888                                 /* Don't panic here, we expect map_sg users
 889                                    to do proper error handling. */
 890                                 swiotlb_full(hwdev, sg->length, dir, 0);
 891                                 swiotlb_unmap_sg_attrs(hwdev, sgl, i, dir,
 892                                                        attrs);
 893                                 sg_dma_len(sgl) = 0;
 894                                 return 0;
 895                         }
 896                         sg->dma_address = phys_to_dma(hwdev, map);
 897                 } else
 898                         sg->dma_address = dev_addr;
 899                 sg_dma_len(sg) = sg->length;
 900         }
 901         return nelems;
 902 }
 903 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_map_sg_attrs);
 904
 905 int
 906 swiotlb_map_sg(struct device *hwdev, struct scatterlist *sgl, int nelems,
 907                enum dma_data_direction dir)
 908 {
 909         return swiotlb_map_sg_attrs(hwdev, sgl, nelems, dir, NULL);
 910 }
 911 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_map_sg);
 912
 913 /*
 914  * Unmap a set of streaming mode DMA translations.  Again, cpu read rules
 915  * concerning calls here are the same as for swiotlb_unmap_page() above.
 916  */
 917 void
 918 swiotlb_unmap_sg_attrs(struct device *hwdev, struct scatterlist *sgl,
 919                        int nelems, enum dma_data_direction dir, struct dma_attrs *attrs)
 920 {
 921         struct scatterlist *sg;
 922         int i;
 923
 924         BUG_ON(dir == DMA_NONE);
 925
 926         for_each_sg(sgl, sg, nelems, i)
 927                 unmap_single(hwdev, sg->dma_address, sg_dma_len(sg), dir);
 928
 929 }
 930 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_unmap_sg_attrs);
 931
 932 void
 933 swiotlb_unmap_sg(struct device *hwdev, struct scatterlist *sgl, int nelems,
 934                  enum dma_data_direction dir)
 935 {
 936         return swiotlb_unmap_sg_attrs(hwdev, sgl, nelems, dir, NULL);
 937 }
 938 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_unmap_sg);
 939
 940 /*
 941  * Make physical memory consistent for a set of streaming mode DMA translations
 942  * after a transfer.
 943  *
 944  * The same as swiotlb_sync_single_* but for a scatter-gather list, same rules
 945  * and usage.
 946  */
 947 static void
 948 swiotlb_sync_sg(struct device *hwdev, struct scatterlist *sgl,
 949                 int nelems, enum dma_data_direction dir,
 950                 enum dma_sync_target target)
 951 {
 952         struct scatterlist *sg;
 953         int i;
 954
 955         for_each_sg(sgl, sg, nelems, i)
 956                 swiotlb_sync_single(hwdev, sg->dma_address,
 957                                     sg_dma_len(sg), dir, target);
 958 }
 959
 960 void
 961 swiotlb_sync_sg_for_cpu(struct device *hwdev, struct scatterlist *sg,
 962                         int nelems, enum dma_data_direction dir)
 963 {
 964         swiotlb_sync_sg(hwdev, sg, nelems, dir, SYNC_FOR_CPU);
 965 }
 966 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_sync_sg_for_cpu);
 967
 968 void
 969 swiotlb_sync_sg_for_device(struct device *hwdev, struct scatterlist *sg,
 970                            int nelems, enum dma_data_direction dir)
 971 {
 972         swiotlb_sync_sg(hwdev, sg, nelems, dir, SYNC_FOR_DEVICE);
 973 }
 974 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_sync_sg_for_device);
 975
 976 int
 977 swiotlb_dma_mapping_error(struct device *hwdev, dma_addr_t dma_addr)
 978 {
 979         return (dma_addr == phys_to_dma(hwdev, io_tlb_overflow_buffer));
 980 }
 981 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_dma_mapping_error);
 982
 983 /*
 984  * Return whether the given device DMA address mask can be supported
 985  * properly.  For example, if your device can only drive the low 24-bits
 986  * during bus mastering, then you would pass 0x00ffffff as the mask to
 987  * this function.
 988  */
 989 int
 990 swiotlb_dma_supported(struct device *hwdev, u64 mask)
 991 {
 992         return phys_to_dma(hwdev, io_tlb_end - 1) <= mask;
 993 }
 994 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_dma_supported);