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 #include <linux/scatterlist.h>
  33
  34 #include <asm/io.h>
  35 #include <asm/dma.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                                    unsigned long attrs)
 430 {
 431         unsigned long flags;
 432         phys_addr_t tlb_addr;
 433         unsigned int nslots, stride, index, wrap;
 434         int i;
 435         unsigned long mask;
 436         unsigned long offset_slots;
 437         unsigned long max_slots;
 438
 439         if (no_iotlb_memory)
 440                 panic("Can not allocate SWIOTLB buffer earlier and can't now provide you with the DMA bounce buffer");
 441
 442         mask = dma_get_seg_boundary(hwdev);
 443
 444         tbl_dma_addr &= mask;
 445
 446         offset_slots = ALIGN(tbl_dma_addr, 1 << IO_TLB_SHIFT) >> IO_TLB_SHIFT;
 447
 448         /*
 449          * Carefully handle integer overflow which can occur when mask == ~0UL.
 450          */
 451         max_slots = mask + 1
 452                     ? ALIGN(mask + 1, 1 << IO_TLB_SHIFT) >> IO_TLB_SHIFT
 453                     : 1UL << (BITS_PER_LONG - IO_TLB_SHIFT);
 454
 455         /*
 456          * For mappings greater than a page, we limit the stride (and
 457          * hence alignment) to a page size.
 458          */
 459         nslots = ALIGN(size, 1 << IO_TLB_SHIFT) >> IO_TLB_SHIFT;
 460         if (size > PAGE_SIZE)
 461                 stride = (1 << (PAGE_SHIFT - IO_TLB_SHIFT));
 462         else
 463                 stride = 1;
 464
 465         BUG_ON(!nslots);
 466
 467         /*
 468          * Find suitable number of IO TLB entries size that will fit this
 469          * request and allocate a buffer from that IO TLB pool.
 470          */
 471         spin_lock_irqsave(&io_tlb_lock, flags);
 472         index = ALIGN(io_tlb_index, stride);
 473         if (index >= io_tlb_nslabs)
 474                 index = 0;
 475         wrap = index;
 476
 477         do {
 478                 while (iommu_is_span_boundary(index, nslots, offset_slots,
 479                                               max_slots)) {
 480                         index += stride;
 481                         if (index >= io_tlb_nslabs)
 482                                 index = 0;
 483                         if (index == wrap)
 484                                 goto not_found;
 485                 }
 486
 487                 /*
 488                  * If we find a slot that indicates we have 'nslots' number of
 489                  * contiguous buffers, we allocate the buffers from that slot
 490                  * and mark the entries as '0' indicating unavailable.
 491                  */
 492                 if (io_tlb_list[index] >= nslots) {
 493                         int count = 0;
 494
 495                         for (i = index; i < (int) (index + nslots); i++)
 496                                 io_tlb_list[i] = 0;
 497                         for (i = index - 1; (OFFSET(i, IO_TLB_SEGSIZE) != IO_TLB_SEGSIZE - 1) && io_tlb_list[i]; i--)
 498                                 io_tlb_list[i] = ++count;
 499                         tlb_addr = io_tlb_start + (index << IO_TLB_SHIFT);
 500
 501                         /*
 502                          * Update the indices to avoid searching in the next
 503                          * round.
 504                          */
 505                         io_tlb_index = ((index + nslots) < io_tlb_nslabs
 506                                         ? (index + nslots) : 0);
 507
 508                         goto found;
 509                 }
 510                 index += stride;
 511                 if (index >= io_tlb_nslabs)
 512                         index = 0;
 513         } while (index != wrap);
 514
 515 not_found:
 516         spin_unlock_irqrestore(&io_tlb_lock, flags);
 517         if (printk_ratelimit())
 518                 dev_warn(hwdev, "swiotlb buffer is full (sz: %zd bytes)\n", size);
 519         return SWIOTLB_MAP_ERROR;
 520 found:
 521         spin_unlock_irqrestore(&io_tlb_lock, flags);
 522
 523         /*
 524          * Save away the mapping from the original address to the DMA address.
 525          * This is needed when we sync the memory.  Then we sync the buffer if
 526          * needed.
 527          */
 528         for (i = 0; i < nslots; i++)
 529                 io_tlb_orig_addr[index+i] = orig_addr + (i << IO_TLB_SHIFT);
 530         if (!(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC) &&
 531             (dir == DMA_TO_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL))
 532                 swiotlb_bounce(orig_addr, tlb_addr, size, DMA_TO_DEVICE);
 533
 534         return tlb_addr;
 535 }
 536 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_tbl_map_single);
 537
 538 /*
 539  * Allocates bounce buffer and returns its kernel virtual address.
 540  */
 541
 542 static phys_addr_t
 543 map_single(struct device *hwdev, phys_addr_t phys, size_t size,
 544            enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 545 {
 546         dma_addr_t start_dma_addr = phys_to_dma(hwdev, io_tlb_start);
 547
 548         return swiotlb_tbl_map_single(hwdev, start_dma_addr, phys, size,
 549                                       dir, attrs);
 550 }
 551
 552 /*
 553  * dma_addr is the kernel virtual address of the bounce buffer to unmap.
 554  */
 555 void swiotlb_tbl_unmap_single(struct device *hwdev, phys_addr_t tlb_addr,
 556                               size_t size, enum dma_data_direction dir,
 557                               unsigned long attrs)
 558 {
 559         unsigned long flags;
 560         int i, count, nslots = ALIGN(size, 1 << IO_TLB_SHIFT) >> IO_TLB_SHIFT;
 561         int index = (tlb_addr - io_tlb_start) >> IO_TLB_SHIFT;
 562         phys_addr_t orig_addr = io_tlb_orig_addr[index];
 563
 564         /*
 565          * First, sync the memory before unmapping the entry
 566          */
 567         if (orig_addr != INVALID_PHYS_ADDR &&
 568             !(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC) &&
 569             ((dir == DMA_FROM_DEVICE) || (dir == DMA_BIDIRECTIONAL)))
 570                 swiotlb_bounce(orig_addr, tlb_addr, size, DMA_FROM_DEVICE);
 571
 572         /*
 573          * Return the buffer to the free list by setting the corresponding
 574          * entries to indicate the number of contiguous entries available.
 575          * While returning the entries to the free list, we merge the entries
 576          * with slots below and above the pool being returned.
 577          */
 578         spin_lock_irqsave(&io_tlb_lock, flags);
 579         {
 580                 count = ((index + nslots) < ALIGN(index + 1, IO_TLB_SEGSIZE) ?
 581                          io_tlb_list[index + nslots] : 0);
 582                 /*
 583                  * Step 1: return the slots to the free list, merging the
 584                  * slots with superceeding slots
 585                  */
 586                 for (i = index + nslots - 1; i >= index; i--) {
 587                         io_tlb_list[i] = ++count;
 588                         io_tlb_orig_addr[i] = INVALID_PHYS_ADDR;
 589                 }
 590                 /*
 591                  * Step 2: merge the returned slots with the preceding slots,
 592                  * if available (non zero)
 593                  */
 594                 for (i = index - 1; (OFFSET(i, IO_TLB_SEGSIZE) != IO_TLB_SEGSIZE -1) && io_tlb_list[i]; i--)
 595                         io_tlb_list[i] = ++count;
 596         }
 597         spin_unlock_irqrestore(&io_tlb_lock, flags);
 598 }
 599 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_tbl_unmap_single);
 600
 601 void swiotlb_tbl_sync_single(struct device *hwdev, phys_addr_t tlb_addr,
 602                              size_t size, enum dma_data_direction dir,
 603                              enum dma_sync_target target)
 604 {
 605         int index = (tlb_addr - io_tlb_start) >> IO_TLB_SHIFT;
 606         phys_addr_t orig_addr = io_tlb_orig_addr[index];
 607
 608         if (orig_addr == INVALID_PHYS_ADDR)
 609                 return;
 610         orig_addr += (unsigned long)tlb_addr & ((1 << IO_TLB_SHIFT) - 1);
 611
 612         switch (target) {
 613         case SYNC_FOR_CPU:
 614                 if (likely(dir == DMA_FROM_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL))
 615                         swiotlb_bounce(orig_addr, tlb_addr,
 616                                        size, DMA_FROM_DEVICE);
 617                 else
 618                         BUG_ON(dir != DMA_TO_DEVICE);
 619                 break;
 620         case SYNC_FOR_DEVICE:
 621                 if (likely(dir == DMA_TO_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL))
 622                         swiotlb_bounce(orig_addr, tlb_addr,
 623                                        size, DMA_TO_DEVICE);
 624                 else
 625                         BUG_ON(dir != DMA_FROM_DEVICE);
 626                 break;
 627         default:
 628                 BUG();
 629         }
 630 }
 631 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_tbl_sync_single);
 632
 633 void *
 634 swiotlb_alloc_coherent(struct device *hwdev, size_t size,
 635                        dma_addr_t *dma_handle, gfp_t flags)
 636 {
 637         dma_addr_t dev_addr;
 638         void *ret;
 639         int order = get_order(size);
 640         u64 dma_mask = DMA_BIT_MASK(32);
 641
 642         if (hwdev && hwdev->coherent_dma_mask)
 643                 dma_mask = hwdev->coherent_dma_mask;
 644
 645         ret = (void *)__get_free_pages(flags, order);
 646         if (ret) {
 647                 dev_addr = swiotlb_virt_to_bus(hwdev, ret);
 648                 if (dev_addr + size - 1 > dma_mask) {
 649                         /*
 650                          * The allocated memory isn't reachable by the device.
 651                          */
 652                         free_pages((unsigned long) ret, order);
 653                         ret = NULL;
 654                 }
 655         }
 656         if (!ret) {
 657                 /*
 658                  * We are either out of memory or the device can't DMA to
 659                  * GFP_DMA memory; fall back on map_single(), which
 660                  * will grab memory from the lowest available address range.
 661                  */
 662                 phys_addr_t paddr = map_single(hwdev, 0, size,
 663                                                DMA_FROM_DEVICE, 0);
 664                 if (paddr == SWIOTLB_MAP_ERROR)
 665                         goto err_warn;
 666
 667                 ret = phys_to_virt(paddr);
 668                 dev_addr = phys_to_dma(hwdev, paddr);
 669
 670                 /* Confirm address can be DMA'd by device */
 671                 if (dev_addr + size - 1 > dma_mask) {
 672                         printk("hwdev DMA mask = 0x%016Lx, dev_addr = 0x%016Lx\n",
 673                                (unsigned long long)dma_mask,
 674                                (unsigned long long)dev_addr);
 675
 676                         /*
 677                          * DMA_TO_DEVICE to avoid memcpy in unmap_single.
 678                          * The DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC is optional.
 679                          */
 680                         swiotlb_tbl_unmap_single(hwdev, paddr,
 681                                                  size, DMA_TO_DEVICE,
 682                                                  DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC);
 683                         goto err_warn;
 684                 }
 685         }
 686
 687         *dma_handle = dev_addr;
 688         memset(ret, 0, size);
 689
 690         return ret;
 691
 692 err_warn:
 693         pr_warn("swiotlb: coherent allocation failed for device %s size=%zu\n",
 694                 dev_name(hwdev), size);
 695         dump_stack();
 696
 697         return NULL;
 698 }
 699 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_alloc_coherent);
 700
 701 void
 702 swiotlb_free_coherent(struct device *hwdev, size_t size, void *vaddr,
 703                       dma_addr_t dev_addr)
 704 {
 705         phys_addr_t paddr = dma_to_phys(hwdev, dev_addr);
 706
 707         WARN_ON(irqs_disabled());
 708         if (!is_swiotlb_buffer(paddr))
 709                 free_pages((unsigned long)vaddr, get_order(size));
 710         else
 711                 /*
 712                  * DMA_TO_DEVICE to avoid memcpy in swiotlb_tbl_unmap_single.
 713                  * DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC is optional.
 714                  */
 715                 swiotlb_tbl_unmap_single(hwdev, paddr, size, DMA_TO_DEVICE,
 716                                          DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC);
 717 }
 718 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_free_coherent);
 719
 720 static void
 721 swiotlb_full(struct device *dev, size_t size, enum dma_data_direction dir,
 722              int do_panic)
 723 {
 724         /*
 725          * Ran out of IOMMU space for this operation. This is very bad.
 726          * Unfortunately the drivers cannot handle this operation properly.
 727          * unless they check for dma_mapping_error (most don't)
 728          * When the mapping is small enough return a static buffer to limit
 729          * the damage, or panic when the transfer is too big.
 730          */
 731         dev_err_ratelimited(dev, "DMA: Out of SW-IOMMU space for %zu bytes\n",
 732                             size);
 733
 734         if (size <= io_tlb_overflow || !do_panic)
 735                 return;
 736
 737         if (dir == DMA_BIDIRECTIONAL)
 738                 panic("DMA: Random memory could be DMA accessed\n");
 739         if (dir == DMA_FROM_DEVICE)
 740                 panic("DMA: Random memory could be DMA written\n");
 741         if (dir == DMA_TO_DEVICE)
 742                 panic("DMA: Random memory could be DMA read\n");
 743 }
 744
 745 /*
 746  * Map a single buffer of the indicated size for DMA in streaming mode.  The
 747  * physical address to use is returned.
 748  *
 749  * Once the device is given the dma address, the device owns this memory until
 750  * either swiotlb_unmap_page or swiotlb_dma_sync_single is performed.
 751  */
 752 dma_addr_t swiotlb_map_page(struct device *dev, struct page *page,
 753                             unsigned long offset, size_t size,
 754                             enum dma_data_direction dir,
 755                             unsigned long attrs)
 756 {
 757         phys_addr_t map, phys = page_to_phys(page) + offset;
 758         dma_addr_t dev_addr = phys_to_dma(dev, phys);
 759
 760         BUG_ON(dir == DMA_NONE);
 761         /*
 762          * If the address happens to be in the device's DMA window,
 763          * we can safely return the device addr and not worry about bounce
 764          * buffering it.
 765          */
 766         if (dma_capable(dev, dev_addr, size) && !swiotlb_force)
 767                 return dev_addr;
 768
 769         trace_swiotlb_bounced(dev, dev_addr, size, swiotlb_force);
 770
 771         /* Oh well, have to allocate and map a bounce buffer. */
 772         map = map_single(dev, phys, size, dir, attrs);
 773         if (map == SWIOTLB_MAP_ERROR) {
 774                 swiotlb_full(dev, size, dir, 1);
 775                 return phys_to_dma(dev, io_tlb_overflow_buffer);
 776         }
 777
 778         dev_addr = phys_to_dma(dev, map);
 779
 780         /* Ensure that the address returned is DMA'ble */
 781         if (dma_capable(dev, dev_addr, size))
 782                 return dev_addr;
 783
 784         attrs |= DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC;
 785         swiotlb_tbl_unmap_single(dev, map, size, dir, attrs);
 786
 787         return phys_to_dma(dev, io_tlb_overflow_buffer);
 788 }
 789 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_map_page);
 790
 791 /*
 792  * Unmap a single streaming mode DMA translation.  The dma_addr and size must
 793  * match what was provided for in a previous swiotlb_map_page call.  All
 794  * other usages are undefined.
 795  *
 796  * After this call, reads by the cpu to the buffer are guaranteed to see
 797  * whatever the device wrote there.
 798  */
 799 static void unmap_single(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
 800                          size_t size, enum dma_data_direction dir,
 801                          unsigned long attrs)
 802 {
 803         phys_addr_t paddr = dma_to_phys(hwdev, dev_addr);
 804
 805         BUG_ON(dir == DMA_NONE);
 806
 807         if (is_swiotlb_buffer(paddr)) {
 808                 swiotlb_tbl_unmap_single(hwdev, paddr, size, dir, attrs);
 809                 return;
 810         }
 811
 812         if (dir != DMA_FROM_DEVICE)
 813                 return;
 814
 815         /*
 816          * phys_to_virt doesn't work with hihgmem page but we could
 817          * call dma_mark_clean() with hihgmem page here. However, we
 818          * are fine since dma_mark_clean() is null on POWERPC. We can
 819          * make dma_mark_clean() take a physical address if necessary.
 820          */
 821         dma_mark_clean(phys_to_virt(paddr), size);
 822 }
 823
 824 void swiotlb_unmap_page(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
 825                         size_t size, enum dma_data_direction dir,
 826                         unsigned long attrs)
 827 {
 828         unmap_single(hwdev, dev_addr, size, dir, attrs);
 829 }
 830 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_unmap_page);
 831
 832 /*
 833  * Make physical memory consistent for a single streaming mode DMA translation
 834  * after a transfer.
 835  *
 836  * If you perform a swiotlb_map_page() but wish to interrogate the buffer
 837  * using the cpu, yet do not wish to teardown the dma mapping, you must
 838  * call this function before doing so.  At the next point you give the dma
 839  * address back to the card, you must first perform a
 840  * swiotlb_dma_sync_for_device, and then the device again owns the buffer
 841  */
 842 static void
 843 swiotlb_sync_single(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
 844                     size_t size, enum dma_data_direction dir,
 845                     enum dma_sync_target target)
 846 {
 847         phys_addr_t paddr = dma_to_phys(hwdev, dev_addr);
 848
 849         BUG_ON(dir == DMA_NONE);
 850
 851         if (is_swiotlb_buffer(paddr)) {
 852                 swiotlb_tbl_sync_single(hwdev, paddr, size, dir, target);
 853                 return;
 854         }
 855
 856         if (dir != DMA_FROM_DEVICE)
 857                 return;
 858
 859         dma_mark_clean(phys_to_virt(paddr), size);
 860 }
 861
 862 void
 863 swiotlb_sync_single_for_cpu(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
 864                             size_t size, enum dma_data_direction dir)
 865 {
 866         swiotlb_sync_single(hwdev, dev_addr, size, dir, SYNC_FOR_CPU);
 867 }
 868 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_sync_single_for_cpu);
 869
 870 void
 871 swiotlb_sync_single_for_device(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
 872                                size_t size, enum dma_data_direction dir)
 873 {
 874         swiotlb_sync_single(hwdev, dev_addr, size, dir, SYNC_FOR_DEVICE);
 875 }
 876 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_sync_single_for_device);
 877
 878 /*
 879  * Map a set of buffers described by scatterlist in streaming mode for DMA.
 880  * This is the scatter-gather version of the above swiotlb_map_page
 881  * interface.  Here the scatter gather list elements are each tagged with the
 882  * appropriate dma address and length.  They are obtained via
 883  * sg_dma_{address,length}(SG).
 884  *
 885  * NOTE: An implementation may be able to use a smaller number of
 886  *       DMA address/length pairs than there are SG table elements.
 887  *       (for example via virtual mapping capabilities)
 888  *       The routine returns the number of addr/length pairs actually
 889  *       used, at most nents.
 890  *
 891  * Device ownership issues as mentioned above for swiotlb_map_page are the
 892  * same here.
 893  */
 894 int
 895 swiotlb_map_sg_attrs(struct device *hwdev, struct scatterlist *sgl, int nelems,
 896                      enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 897 {
 898         struct scatterlist *sg;
 899         int i;
 900
 901         BUG_ON(dir == DMA_NONE);
 902
 903         for_each_sg(sgl, sg, nelems, i) {
 904                 phys_addr_t paddr = sg_phys(sg);
 905                 dma_addr_t dev_addr = phys_to_dma(hwdev, paddr);
 906
 907                 if (swiotlb_force ||
 908                     !dma_capable(hwdev, dev_addr, sg->length)) {
 909                         phys_addr_t map = map_single(hwdev, sg_phys(sg),
 910                                                      sg->length, dir, attrs);
 911                         if (map == SWIOTLB_MAP_ERROR) {
 912                                 /* Don't panic here, we expect map_sg users
 913                                    to do proper error handling. */
 914                                 swiotlb_full(hwdev, sg->length, dir, 0);
 915                                 attrs |= DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC;
 916                                 swiotlb_unmap_sg_attrs(hwdev, sgl, i, dir,
 917                                                        attrs);
 918                                 sg_dma_len(sgl) = 0;
 919                                 return 0;
 920                         }
 921                         sg->dma_address = phys_to_dma(hwdev, map);
 922                 } else
 923                         sg->dma_address = dev_addr;
 924                 sg_dma_len(sg) = sg->length;
 925         }
 926         return nelems;
 927 }
 928 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_map_sg_attrs);
 929
 930 /*
 931  * Unmap a set of streaming mode DMA translations.  Again, cpu read rules
 932  * concerning calls here are the same as for swiotlb_unmap_page() above.
 933  */
 934 void
 935 swiotlb_unmap_sg_attrs(struct device *hwdev, struct scatterlist *sgl,
 936                        int nelems, enum dma_data_direction dir,
 937                        unsigned long attrs)
 938 {
 939         struct scatterlist *sg;
 940         int i;
 941
 942         BUG_ON(dir == DMA_NONE);
 943
 944         for_each_sg(sgl, sg, nelems, i)
 945                 unmap_single(hwdev, sg->dma_address, sg_dma_len(sg), dir,
 946                              attrs);
 947 }
 948 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_unmap_sg_attrs);
 949
 950 /*
 951  * Make physical memory consistent for a set of streaming mode DMA translations
 952  * after a transfer.
 953  *
 954  * The same as swiotlb_sync_single_* but for a scatter-gather list, same rules
 955  * and usage.
 956  */
 957 static void
 958 swiotlb_sync_sg(struct device *hwdev, struct scatterlist *sgl,
 959                 int nelems, enum dma_data_direction dir,
 960                 enum dma_sync_target target)
 961 {
 962         struct scatterlist *sg;
 963         int i;
 964
 965         for_each_sg(sgl, sg, nelems, i)
 966                 swiotlb_sync_single(hwdev, sg->dma_address,
 967                                     sg_dma_len(sg), dir, target);
 968 }
 969
 970 void
 971 swiotlb_sync_sg_for_cpu(struct device *hwdev, struct scatterlist *sg,
 972                         int nelems, enum dma_data_direction dir)
 973 {
 974         swiotlb_sync_sg(hwdev, sg, nelems, dir, SYNC_FOR_CPU);
 975 }
 976 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_sync_sg_for_cpu);
 977
 978 void
 979 swiotlb_sync_sg_for_device(struct device *hwdev, struct scatterlist *sg,
 980                            int nelems, enum dma_data_direction dir)
 981 {
 982         swiotlb_sync_sg(hwdev, sg, nelems, dir, SYNC_FOR_DEVICE);
 983 }
 984 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_sync_sg_for_device);
 985
 986 int
 987 swiotlb_dma_mapping_error(struct device *hwdev, dma_addr_t dma_addr)
 988 {
 989         return (dma_addr == phys_to_dma(hwdev, io_tlb_overflow_buffer));
 990 }
 991 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_dma_mapping_error);
 992
 993 /*
 994  * Return whether the given device DMA address mask can be supported
 995  * properly.  For example, if your device can only drive the low 24-bits
 996  * during bus mastering, then you would pass 0x00ffffff as the mask to
 997  * this function.
 998  */
 999 int
1000 swiotlb_dma_supported(struct device *hwdev, u64 mask)
1001 {
1002         return phys_to_dma(hwdev, io_tlb_end - 1) <= mask;
1003 }
1004 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_dma_supported);