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