arch/powerpc/platforms/cell/iommu.c

   1 /*
   2  * IOMMU implementation for Cell Broadband Processor Architecture
   3  * We just establish a linear mapping at boot by setting all the
   4  * IOPT cache entries in the CPU.
   5  * The mapping functions should be identical to pci_direct_iommu,
   6  * except for the handling of the high order bit that is required
   7  * by the Spider bridge. These should be split into a separate
   8  * file at the point where we get a different bridge chip.
   9  *
  10  * Copyright (C) 2005 IBM Deutschland Entwicklung GmbH,
  11  *                       Arnd Bergmann <arndb@de.ibm.com>
  12  *
  13  * Based on linear mapping
  14  * Copyright (C) 2003 Benjamin Herrenschmidt (benh@kernel.crashing.org)
  15  *
  16  * This program is free software; you can redistribute it and/or
  17  * modify it under the terms of the GNU General Public License
  18  * as published by the Free Software Foundation; either version
  19  * 2 of the License, or (at your option) any later version.
  20  */
  21
  22 #undef DEBUG
  23
  24 #include <linux/kernel.h>
  25 #include <linux/pci.h>
  26 #include <linux/delay.h>
  27 #include <linux/string.h>
  28 #include <linux/init.h>
  29 #include <linux/bootmem.h>
  30 #include <linux/mm.h>
  31 #include <linux/dma-mapping.h>
  32 #include <linux/kernel.h>
  33 #include <linux/compiler.h>
  34
  35 #include <asm/sections.h>
  36 #include <asm/iommu.h>
  37 #include <asm/io.h>
  38 #include <asm/prom.h>
  39 #include <asm/pci-bridge.h>
  40 #include <asm/machdep.h>
  41 #include <asm/pmac_feature.h>
  42 #include <asm/abs_addr.h>
  43 #include <asm/system.h>
  44 #include <asm/ppc-pci.h>
  45 #include <asm/udbg.h>
  46
  47 #include "iommu.h"
  48
  49 static dma_addr_t cell_dma_valid = SPIDER_DMA_VALID;
  50
  51 static inline unsigned long
  52 get_iopt_entry(unsigned long real_address, unsigned long ioid,
  53                          unsigned long prot)
  54 {
  55         return (prot & IOPT_PROT_MASK)
  56              | (IOPT_COHERENT)
  57              | (IOPT_ORDER_VC)
  58              | (real_address & IOPT_RPN_MASK)
  59              | (ioid & IOPT_IOID_MASK);
  60 }
  61
  62 typedef struct {
  63         unsigned long val;
  64 } ioste;
  65
  66 static inline ioste
  67 mk_ioste(unsigned long val)
  68 {
  69         ioste ioste = { .val = val, };
  70         return ioste;
  71 }
  72
  73 static inline ioste
  74 get_iost_entry(unsigned long iopt_base, unsigned long io_address, unsigned page_size)
  75 {
  76         unsigned long ps;
  77         unsigned long iostep;
  78         unsigned long nnpt;
  79         unsigned long shift;
  80
  81         switch (page_size) {
  82         case 0x1000000:
  83                 ps = IOST_PS_16M;
  84                 nnpt = 0;  /* one page per segment */
  85                 shift = 5; /* segment has 16 iopt entries */
  86                 break;
  87
  88         case 0x100000:
  89                 ps = IOST_PS_1M;
  90                 nnpt = 0;  /* one page per segment */
  91                 shift = 1; /* segment has 256 iopt entries */
  92                 break;
  93
  94         case 0x10000:
  95                 ps = IOST_PS_64K;
  96                 nnpt = 0x07; /* 8 pages per io page table */
  97                 shift = 0;   /* all entries are used */
  98                 break;
  99
 100         case 0x1000:
 101                 ps = IOST_PS_4K;
 102                 nnpt = 0x7f; /* 128 pages per io page table */
 103                 shift = 0;   /* all entries are used */
 104                 break;
 105
 106         default: /* not a known compile time constant */
 107                 {
 108                         /* BUILD_BUG_ON() is not usable here */
 109                         extern void __get_iost_entry_bad_page_size(void);
 110                         __get_iost_entry_bad_page_size();
 111                 }
 112                 break;
 113         }
 114
 115         iostep = iopt_base +
 116                          /* need 8 bytes per iopte */
 117                         (((io_address / page_size * 8)
 118                          /* align io page tables on 4k page boundaries */
 119                                  << shift)
 120                          /* nnpt+1 pages go into each iopt */
 121                                  & ~(nnpt << 12));
 122
 123         nnpt++; /* this seems to work, but the documentation is not clear
 124                    about wether we put nnpt or nnpt-1 into the ioste bits.
 125                    In theory, this can't work for 4k pages. */
 126         return mk_ioste(IOST_VALID_MASK
 127                         | (iostep & IOST_PT_BASE_MASK)
 128                         | ((nnpt << 5) & IOST_NNPT_MASK)
 129                         | (ps & IOST_PS_MASK));
 130 }
 131
 132 /* compute the address of an io pte */
 133 static inline unsigned long
 134 get_ioptep(ioste iost_entry, unsigned long io_address)
 135 {
 136         unsigned long iopt_base;
 137         unsigned long page_size;
 138         unsigned long page_number;
 139         unsigned long iopt_offset;
 140
 141         iopt_base = iost_entry.val & IOST_PT_BASE_MASK;
 142         page_size = iost_entry.val & IOST_PS_MASK;
 143
 144         /* decode page size to compute page number */
 145         page_number = (io_address & 0x0fffffff) >> (10 + 2 * page_size);
 146         /* page number is an offset into the io page table */
 147         iopt_offset = (page_number << 3) & 0x7fff8ul;
 148         return iopt_base + iopt_offset;
 149 }
 150
 151 /* compute the tag field of the iopt cache entry */
 152 static inline unsigned long
 153 get_ioc_tag(ioste iost_entry, unsigned long io_address)
 154 {
 155         unsigned long iopte = get_ioptep(iost_entry, io_address);
 156
 157         return IOPT_VALID_MASK
 158              | ((iopte & 0x00000000000000ff8ul) >> 3)
 159              | ((iopte & 0x0000003fffffc0000ul) >> 9);
 160 }
 161
 162 /* compute the hashed 6 bit index for the 4-way associative pte cache */
 163 static inline unsigned long
 164 get_ioc_hash(ioste iost_entry, unsigned long io_address)
 165 {
 166         unsigned long iopte = get_ioptep(iost_entry, io_address);
 167
 168         return ((iopte & 0x000000000000001f8ul) >> 3)
 169              ^ ((iopte & 0x00000000000020000ul) >> 17)
 170              ^ ((iopte & 0x00000000000010000ul) >> 15)
 171              ^ ((iopte & 0x00000000000008000ul) >> 13)
 172              ^ ((iopte & 0x00000000000004000ul) >> 11)
 173              ^ ((iopte & 0x00000000000002000ul) >> 9)
 174              ^ ((iopte & 0x00000000000001000ul) >> 7);
 175 }
 176
 177 /* same as above, but pretend that we have a simpler 1-way associative
 178    pte cache with an 8 bit index */
 179 static inline unsigned long
 180 get_ioc_hash_1way(ioste iost_entry, unsigned long io_address)
 181 {
 182         unsigned long iopte = get_ioptep(iost_entry, io_address);
 183
 184         return ((iopte & 0x000000000000001f8ul) >> 3)
 185              ^ ((iopte & 0x00000000000020000ul) >> 17)
 186              ^ ((iopte & 0x00000000000010000ul) >> 15)
 187              ^ ((iopte & 0x00000000000008000ul) >> 13)
 188              ^ ((iopte & 0x00000000000004000ul) >> 11)
 189              ^ ((iopte & 0x00000000000002000ul) >> 9)
 190              ^ ((iopte & 0x00000000000001000ul) >> 7)
 191              ^ ((iopte & 0x0000000000000c000ul) >> 8);
 192 }
 193
 194 static inline ioste
 195 get_iost_cache(void __iomem *base, unsigned long index)
 196 {
 197         unsigned long __iomem *p = (base + IOC_ST_CACHE_DIR);
 198         return mk_ioste(in_be64(&p[index]));
 199 }
 200
 201 static inline void
 202 set_iost_cache(void __iomem *base, unsigned long index, ioste ste)
 203 {
 204         unsigned long __iomem *p = (base + IOC_ST_CACHE_DIR);
 205         pr_debug("ioste %02lx was %016lx, store %016lx", index,
 206                         get_iost_cache(base, index).val, ste.val);
 207         out_be64(&p[index], ste.val);
 208         pr_debug(" now %016lx\n", get_iost_cache(base, index).val);
 209 }
 210
 211 static inline unsigned long
 212 get_iopt_cache(void __iomem *base, unsigned long index, unsigned long *tag)
 213 {
 214         unsigned long __iomem *tags = (void *)(base + IOC_PT_CACHE_DIR);
 215         unsigned long __iomem *p = (void *)(base + IOC_PT_CACHE_REG);
 216
 217         *tag = tags[index];
 218         rmb();
 219         return *p;
 220 }
 221
 222 static inline void
 223 set_iopt_cache(void __iomem *base, unsigned long index,
 224                  unsigned long tag, unsigned long val)
 225 {
 226         unsigned long __iomem *tags = base + IOC_PT_CACHE_DIR;
 227         unsigned long __iomem *p = base + IOC_PT_CACHE_REG;
 228
 229         out_be64(p, val);
 230         out_be64(&tags[index], tag);
 231 }
 232
 233 static inline void
 234 set_iost_origin(void __iomem *base)
 235 {
 236         unsigned long __iomem *p = base + IOC_ST_ORIGIN;
 237         unsigned long origin = IOSTO_ENABLE | IOSTO_SW;
 238
 239         pr_debug("iost_origin %016lx, now %016lx\n", in_be64(p), origin);
 240         out_be64(p, origin);
 241 }
 242
 243 static inline void
 244 set_iocmd_config(void __iomem *base)
 245 {
 246         unsigned long __iomem *p = base + 0xc00;
 247         unsigned long conf;
 248
 249         conf = in_be64(p);
 250         pr_debug("iost_conf %016lx, now %016lx\n", conf, conf | IOCMD_CONF_TE);
 251         out_be64(p, conf | IOCMD_CONF_TE);
 252 }
 253
 254 static void enable_mapping(void __iomem *base, void __iomem *mmio_base)
 255 {
 256         set_iocmd_config(base);
 257         set_iost_origin(mmio_base);
 258 }
 259
 260 struct cell_iommu {
 261         unsigned long base;
 262         unsigned long mmio_base;
 263         void __iomem *mapped_base;
 264         void __iomem *mapped_mmio_base;
 265 };
 266
 267 static struct cell_iommu cell_iommus[NR_CPUS];
 268
 269 /* initialize the iommu to support a simple linear mapping
 270  * for each DMA window used by any device. For now, we
 271  * happen to know that there is only one DMA window in use,
 272  * starting at iopt_phys_offset. */
 273 static void cell_do_map_iommu(struct cell_iommu *iommu,
 274                               unsigned int ioid,
 275                               unsigned long map_start,
 276                               unsigned long map_size)
 277 {
 278         unsigned long io_address, real_address;
 279         void __iomem *ioc_base, *ioc_mmio_base;
 280         ioste ioste;
 281         unsigned long index;
 282
 283         /* we pretend the io page table was at a very high address */
 284         const unsigned long fake_iopt = 0x10000000000ul;
 285         const unsigned long io_page_size = 0x1000000; /* use 16M pages */
 286         const unsigned long io_segment_size = 0x10000000; /* 256M */
 287
 288         ioc_base = iommu->mapped_base;
 289         ioc_mmio_base = iommu->mapped_mmio_base;
 290
 291         for (real_address = 0, io_address = map_start;
 292              io_address <= map_start + map_size;
 293              real_address += io_page_size, io_address += io_page_size) {
 294                 ioste = get_iost_entry(fake_iopt, io_address, io_page_size);
 295                 if ((real_address % io_segment_size) == 0) /* segment start */
 296                         set_iost_cache(ioc_mmio_base,
 297                                        io_address >> 28, ioste);
 298                 index = get_ioc_hash_1way(ioste, io_address);
 299                 pr_debug("addr %08lx, index %02lx, ioste %016lx\n",
 300                                          io_address, index, ioste.val);
 301                 set_iopt_cache(ioc_mmio_base,
 302                         get_ioc_hash_1way(ioste, io_address),
 303                         get_ioc_tag(ioste, io_address),
 304                         get_iopt_entry(real_address, ioid, IOPT_PROT_RW));
 305         }
 306 }
 307
 308 static void pci_dma_cell_bus_setup(struct pci_bus *b)
 309 {
 310         const unsigned int *ioid;
 311         unsigned long map_start, map_size, token;
 312         const unsigned long *dma_window;
 313         struct cell_iommu *iommu;
 314         struct device_node *d;
 315
 316         d = pci_bus_to_OF_node(b);
 317
 318         ioid = get_property(d, "ioid", NULL);
 319         if (!ioid)
 320                 pr_debug("No ioid entry found !\n");
 321
 322         dma_window = get_property(d, "ibm,dma-window", NULL);
 323         if (!dma_window)
 324                 pr_debug("No ibm,dma-window entry found !\n");
 325
 326         map_start = dma_window[1];
 327         map_size = dma_window[2];
 328         token = dma_window[0] >> 32;
 329
 330         iommu = &cell_iommus[token];
 331
 332         cell_do_map_iommu(iommu, *ioid, map_start, map_size);
 333 }
 334
 335
 336 static int cell_map_iommu_hardcoded(int num_nodes)
 337 {
 338         struct cell_iommu *iommu = NULL;
 339
 340         pr_debug("%s(%d): Using hardcoded defaults\n", __FUNCTION__, __LINE__);
 341
 342         /* node 0 */
 343         iommu = &cell_iommus[0];
 344         iommu->mapped_base = ioremap(0x20000511000ul, 0x1000);
 345         iommu->mapped_mmio_base = ioremap(0x20000510000ul, 0x1000);
 346
 347         enable_mapping(iommu->mapped_base, iommu->mapped_mmio_base);
 348
 349         cell_do_map_iommu(iommu, 0x048a,
 350                           0x20000000ul,0x20000000ul);
 351
 352         if (num_nodes < 2)
 353                 return 0;
 354
 355         /* node 1 */
 356         iommu = &cell_iommus[1];
 357         iommu->mapped_base = ioremap(0x30000511000ul, 0x1000);
 358         iommu->mapped_mmio_base = ioremap(0x30000510000ul, 0x1000);
 359
 360         enable_mapping(iommu->mapped_base, iommu->mapped_mmio_base);
 361
 362         cell_do_map_iommu(iommu, 0x048a,
 363                           0x20000000,0x20000000ul);
 364
 365         return 0;
 366 }
 367
 368
 369 static int cell_map_iommu(void)
 370 {
 371         unsigned int num_nodes = 0;
 372         const unsigned int *node_id;
 373         const unsigned long *base, *mmio_base;
 374         struct device_node *dn;
 375         struct cell_iommu *iommu = NULL;
 376
 377         /* determine number of nodes (=iommus) */
 378         pr_debug("%s(%d): determining number of nodes...", __FUNCTION__, __LINE__);
 379         for(dn = of_find_node_by_type(NULL, "cpu");
 380             dn;
 381             dn = of_find_node_by_type(dn, "cpu")) {
 382                 node_id = get_property(dn, "node-id", NULL);
 383
 384                 if (num_nodes < *node_id)
 385                         num_nodes = *node_id;
 386                 }
 387
 388         num_nodes++;
 389         pr_debug("%i found.\n", num_nodes);
 390
 391         /* map the iommu registers for each node */
 392         pr_debug("%s(%d): Looping through nodes\n", __FUNCTION__, __LINE__);
 393         for(dn = of_find_node_by_type(NULL, "cpu");
 394             dn;
 395             dn = of_find_node_by_type(dn, "cpu")) {
 396
 397                 node_id = get_property(dn, "node-id", NULL);
 398                 base = get_property(dn, "ioc-cache", NULL);
 399                 mmio_base = get_property(dn, "ioc-translation", NULL);
 400
 401                 if (!base || !mmio_base || !node_id)
 402                         return cell_map_iommu_hardcoded(num_nodes);
 403
 404                 iommu = &cell_iommus[*node_id];
 405                 iommu->base = *base;
 406                 iommu->mmio_base = *mmio_base;
 407
 408                 iommu->mapped_base = ioremap(*base, 0x1000);
 409                 iommu->mapped_mmio_base = ioremap(*mmio_base, 0x1000);
 410
 411                 enable_mapping(iommu->mapped_base,
 412                                iommu->mapped_mmio_base);
 413
 414                 /* everything else will be done in iommu_bus_setup */
 415         }
 416
 417         return 1;
 418 }
 419
 420 static void *cell_alloc_coherent(struct device *hwdev, size_t size,
 421                            dma_addr_t *dma_handle, gfp_t flag)
 422 {
 423         void *ret;
 424
 425         ret = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
 426         if (ret != NULL) {
 427                 memset(ret, 0, size);
 428                 *dma_handle = virt_to_abs(ret) | cell_dma_valid;
 429         }
 430         return ret;
 431 }
 432
 433 static void cell_free_coherent(struct device *hwdev, size_t size,
 434                                  void *vaddr, dma_addr_t dma_handle)
 435 {
 436         free_pages((unsigned long)vaddr, get_order(size));
 437 }
 438
 439 static dma_addr_t cell_map_single(struct device *hwdev, void *ptr,
 440                 size_t size, enum dma_data_direction direction)
 441 {
 442         return virt_to_abs(ptr) | cell_dma_valid;
 443 }
 444
 445 static void cell_unmap_single(struct device *hwdev, dma_addr_t dma_addr,
 446                 size_t size, enum dma_data_direction direction)
 447 {
 448 }
 449
 450 static int cell_map_sg(struct device *hwdev, struct scatterlist *sg,
 451                 int nents, enum dma_data_direction direction)
 452 {
 453         int i;
 454
 455         for (i = 0; i < nents; i++, sg++) {
 456                 sg->dma_address = (page_to_phys(sg->page) + sg->offset)
 457                                         | cell_dma_valid;
 458                 sg->dma_length = sg->length;
 459         }
 460
 461         return nents;
 462 }
 463
 464 static void cell_unmap_sg(struct device *hwdev, struct scatterlist *sg,
 465                 int nents, enum dma_data_direction direction)
 466 {
 467 }
 468
 469 static int cell_dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
 470 {
 471         return mask < 0x100000000ull;
 472 }
 473
 474 static struct dma_mapping_ops cell_iommu_ops = {
 475         .alloc_coherent = cell_alloc_coherent,
 476         .free_coherent = cell_free_coherent,
 477         .map_single = cell_map_single,
 478         .unmap_single = cell_unmap_single,
 479         .map_sg = cell_map_sg,
 480         .unmap_sg = cell_unmap_sg,
 481         .dma_supported = cell_dma_supported,
 482 };
 483
 484 void cell_init_iommu(void)
 485 {
 486         int setup_bus = 0;
 487
 488         /* If we have an Axon bridge, clear the DMA valid mask. This is fairly
 489          * hackish but will work well enough until we have proper iommu code.
 490          */
 491         if (of_find_node_by_name(NULL, "axon"))
 492                 cell_dma_valid = 0;
 493
 494         if (of_find_node_by_path("/mambo")) {
 495                 pr_info("Not using iommu on systemsim\n");
 496         } else {
 497
 498                 if (!(of_chosen &&
 499                       get_property(of_chosen, "linux,iommu-off", NULL)))
 500                         setup_bus = cell_map_iommu();
 501
 502                 if (setup_bus) {
 503                         pr_debug("%s: IOMMU mapping activated\n", __FUNCTION__);
 504                         ppc_md.pci_dma_bus_setup = pci_dma_cell_bus_setup;
 505                 } else {
 506                         pr_debug("%s: IOMMU mapping activated, "
 507                                  "no device action necessary\n", __FUNCTION__);
 508                         /* Direct I/O, IOMMU off */
 509                 }
 510         }
 511
 512         pci_dma_ops = &cell_iommu_ops;
 513 }