arch/x86/kernel/amd_iommu.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2007-2008 Advanced Micro Devices, Inc.
   3  * Author: Joerg Roedel <joerg.roedel@amd.com>
   4  *         Leo Duran <leo.duran@amd.com>
   5  *
   6  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   7  * under the terms of the GNU General Public License version 2 as published
   8  * by the Free Software Foundation.
   9  *
  10  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  11  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  13  * GNU General Public License for more details.
  14  *
  15  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  16  * along with this program; if not, write to the Free Software
  17  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307 USA
  18  */
  19
  20 #include <linux/pci.h>
  21 #include <linux/gfp.h>
  22 #include <linux/bitops.h>
  23 #include <linux/debugfs.h>
  24 #include <linux/scatterlist.h>
  25 #include <linux/iommu-helper.h>
  26 #ifdef CONFIG_IOMMU_API
  27 #include <linux/iommu.h>
  28 #endif
  29 #include <asm/proto.h>
  30 #include <asm/iommu.h>
  31 #include <asm/gart.h>
  32 #include <asm/amd_iommu_types.h>
  33 #include <asm/amd_iommu.h>
  34
  35 #define CMD_SET_TYPE(cmd, t) ((cmd)->data[1] |= ((t) << 28))
  36
  37 #define EXIT_LOOP_COUNT 10000000
  38
  39 static DEFINE_RWLOCK(amd_iommu_devtable_lock);
  40
  41 /* A list of preallocated protection domains */
  42 static LIST_HEAD(iommu_pd_list);
  43 static DEFINE_SPINLOCK(iommu_pd_list_lock);
  44
  45 #ifdef CONFIG_IOMMU_API
  46 static struct iommu_ops amd_iommu_ops;
  47 #endif
  48
  49 /*
  50  * general struct to manage commands send to an IOMMU
  51  */
  52 struct iommu_cmd {
  53         u32 data[4];
  54 };
  55
  56 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
  57                              struct unity_map_entry *e);
  58 static struct dma_ops_domain *find_protection_domain(u16 devid);
  59
  60
  61 #ifdef CONFIG_AMD_IOMMU_STATS
  62
  63 /*
  64  * Initialization code for statistics collection
  65  */
  66
  67 DECLARE_STATS_COUNTER(compl_wait);
  68 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_map_single);
  69 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_unmap_single);
  70
  71 static struct dentry *stats_dir;
  72 static struct dentry *de_isolate;
  73 static struct dentry *de_fflush;
  74
  75 static void amd_iommu_stats_add(struct __iommu_counter *cnt)
  76 {
  77         if (stats_dir == NULL)
  78                 return;
  79
  80         cnt->dent = debugfs_create_u64(cnt->name, 0444, stats_dir,
  81                                        &cnt->value);
  82 }
  83
  84 static void amd_iommu_stats_init(void)
  85 {
  86         stats_dir = debugfs_create_dir("amd-iommu", NULL);
  87         if (stats_dir == NULL)
  88                 return;
  89
  90         de_isolate = debugfs_create_bool("isolation", 0444, stats_dir,
  91                                          (u32 *)&amd_iommu_isolate);
  92
  93         de_fflush  = debugfs_create_bool("fullflush", 0444, stats_dir,
  94                                          (u32 *)&amd_iommu_unmap_flush);
  95
  96         amd_iommu_stats_add(&compl_wait);
  97         amd_iommu_stats_add(&cnt_map_single);
  98         amd_iommu_stats_add(&cnt_unmap_single);
  99 }
 100
 101 #endif
 102
 103 /* returns !0 if the IOMMU is caching non-present entries in its TLB */
 104 static int iommu_has_npcache(struct amd_iommu *iommu)
 105 {
 106         return iommu->cap & (1UL << IOMMU_CAP_NPCACHE);
 107 }
 108
 109 /****************************************************************************
 110  *
 111  * Interrupt handling functions
 112  *
 113  ****************************************************************************/
 114
 115 static void iommu_print_event(void *__evt)
 116 {
 117         u32 *event = __evt;
 118         int type  = (event[1] >> EVENT_TYPE_SHIFT)  & EVENT_TYPE_MASK;
 119         int devid = (event[0] >> EVENT_DEVID_SHIFT) & EVENT_DEVID_MASK;
 120         int domid = (event[1] >> EVENT_DOMID_SHIFT) & EVENT_DOMID_MASK;
 121         int flags = (event[1] >> EVENT_FLAGS_SHIFT) & EVENT_FLAGS_MASK;
 122         u64 address = (u64)(((u64)event[3]) << 32) | event[2];
 123
 124         printk(KERN_ERR "AMD IOMMU: Event logged [");
 125
 126         switch (type) {
 127         case EVENT_TYPE_ILL_DEV:
 128                 printk("ILLEGAL_DEV_TABLE_ENTRY device=%02x:%02x.%x "
 129                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 130                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 131                        address, flags);
 132                 break;
 133         case EVENT_TYPE_IO_FAULT:
 134                 printk("IO_PAGE_FAULT device=%02x:%02x.%x "
 135                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 136                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 137                        domid, address, flags);
 138                 break;
 139         case EVENT_TYPE_DEV_TAB_ERR:
 140                 printk("DEV_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
 141                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 142                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 143                        address, flags);
 144                 break;
 145         case EVENT_TYPE_PAGE_TAB_ERR:
 146                 printk("PAGE_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
 147                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 148                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 149                        domid, address, flags);
 150                 break;
 151         case EVENT_TYPE_ILL_CMD:
 152                 printk("ILLEGAL_COMMAND_ERROR address=0x%016llx]\n", address);
 153                 break;
 154         case EVENT_TYPE_CMD_HARD_ERR:
 155                 printk("COMMAND_HARDWARE_ERROR address=0x%016llx "
 156                        "flags=0x%04x]\n", address, flags);
 157                 break;
 158         case EVENT_TYPE_IOTLB_INV_TO:
 159                 printk("IOTLB_INV_TIMEOUT device=%02x:%02x.%x "
 160                        "address=0x%016llx]\n",
 161                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 162                        address);
 163                 break;
 164         case EVENT_TYPE_INV_DEV_REQ:
 165                 printk("INVALID_DEVICE_REQUEST device=%02x:%02x.%x "
 166                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 167                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 168                        address, flags);
 169                 break;
 170         default:
 171                 printk(KERN_ERR "UNKNOWN type=0x%02x]\n", type);
 172         }
 173 }
 174
 175 static void iommu_poll_events(struct amd_iommu *iommu)
 176 {
 177         u32 head, tail;
 178         unsigned long flags;
 179
 180         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 181
 182         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
 183         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_TAIL_OFFSET);
 184
 185         while (head != tail) {
 186                 iommu_print_event(iommu->evt_buf + head);
 187                 head = (head + EVENT_ENTRY_SIZE) % iommu->evt_buf_size;
 188         }
 189
 190         writel(head, iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
 191
 192         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 193 }
 194
 195 irqreturn_t amd_iommu_int_handler(int irq, void *data)
 196 {
 197         struct amd_iommu *iommu;
 198
 199         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list)
 200                 iommu_poll_events(iommu);
 201
 202         return IRQ_HANDLED;
 203 }
 204
 205 /****************************************************************************
 206  *
 207  * IOMMU command queuing functions
 208  *
 209  ****************************************************************************/
 210
 211 /*
 212  * Writes the command to the IOMMUs command buffer and informs the
 213  * hardware about the new command. Must be called with iommu->lock held.
 214  */
 215 static int __iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
 216 {
 217         u32 tail, head;
 218         u8 *target;
 219
 220         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
 221         target = iommu->cmd_buf + tail;
 222         memcpy_toio(target, cmd, sizeof(*cmd));
 223         tail = (tail + sizeof(*cmd)) % iommu->cmd_buf_size;
 224         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_HEAD_OFFSET);
 225         if (tail == head)
 226                 return -ENOMEM;
 227         writel(tail, iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
 228
 229         return 0;
 230 }
 231
 232 /*
 233  * General queuing function for commands. Takes iommu->lock and calls
 234  * __iommu_queue_command().
 235  */
 236 static int iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
 237 {
 238         unsigned long flags;
 239         int ret;
 240
 241         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 242         ret = __iommu_queue_command(iommu, cmd);
 243         if (!ret)
 244                 iommu->need_sync = true;
 245         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 246
 247         return ret;
 248 }
 249
 250 /*
 251  * This function waits until an IOMMU has completed a completion
 252  * wait command
 253  */
 254 static void __iommu_wait_for_completion(struct amd_iommu *iommu)
 255 {
 256         int ready = 0;
 257         unsigned status = 0;
 258         unsigned long i = 0;
 259
 260         INC_STATS_COUNTER(compl_wait);
 261
 262         while (!ready && (i < EXIT_LOOP_COUNT)) {
 263                 ++i;
 264                 /* wait for the bit to become one */
 265                 status = readl(iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
 266                 ready = status & MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
 267         }
 268
 269         /* set bit back to zero */
 270         status &= ~MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
 271         writel(status, iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
 272
 273         if (unlikely(i == EXIT_LOOP_COUNT))
 274                 panic("AMD IOMMU: Completion wait loop failed\n");
 275 }
 276
 277 /*
 278  * This function queues a completion wait command into the command
 279  * buffer of an IOMMU
 280  */
 281 static int __iommu_completion_wait(struct amd_iommu *iommu)
 282 {
 283         struct iommu_cmd cmd;
 284
 285          memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
 286          cmd.data[0] = CMD_COMPL_WAIT_INT_MASK;
 287          CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_COMPL_WAIT);
 288
 289          return __iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 290 }
 291
 292 /*
 293  * This function is called whenever we need to ensure that the IOMMU has
 294  * completed execution of all commands we sent. It sends a
 295  * COMPLETION_WAIT command and waits for it to finish. The IOMMU informs
 296  * us about that by writing a value to a physical address we pass with
 297  * the command.
 298  */
 299 static int iommu_completion_wait(struct amd_iommu *iommu)
 300 {
 301         int ret = 0;
 302         unsigned long flags;
 303
 304         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 305
 306         if (!iommu->need_sync)
 307                 goto out;
 308
 309         ret = __iommu_completion_wait(iommu);
 310
 311         iommu->need_sync = false;
 312
 313         if (ret)
 314                 goto out;
 315
 316         __iommu_wait_for_completion(iommu);
 317
 318 out:
 319         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 320
 321         return 0;
 322 }
 323
 324 /*
 325  * Command send function for invalidating a device table entry
 326  */
 327 static int iommu_queue_inv_dev_entry(struct amd_iommu *iommu, u16 devid)
 328 {
 329         struct iommu_cmd cmd;
 330         int ret;
 331
 332         BUG_ON(iommu == NULL);
 333
 334         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
 335         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_INV_DEV_ENTRY);
 336         cmd.data[0] = devid;
 337
 338         ret = iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 339
 340         return ret;
 341 }
 342
 343 static void __iommu_build_inv_iommu_pages(struct iommu_cmd *cmd, u64 address,
 344                                           u16 domid, int pde, int s)
 345 {
 346         memset(cmd, 0, sizeof(*cmd));
 347         address &= PAGE_MASK;
 348         CMD_SET_TYPE(cmd, CMD_INV_IOMMU_PAGES);
 349         cmd->data[1] |= domid;
 350         cmd->data[2] = lower_32_bits(address);
 351         cmd->data[3] = upper_32_bits(address);
 352         if (s) /* size bit - we flush more than one 4kb page */
 353                 cmd->data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_SIZE_MASK;
 354         if (pde) /* PDE bit - we wan't flush everything not only the PTEs */
 355                 cmd->data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_PDE_MASK;
 356 }
 357
 358 /*
 359  * Generic command send function for invalidaing TLB entries
 360  */
 361 static int iommu_queue_inv_iommu_pages(struct amd_iommu *iommu,
 362                 u64 address, u16 domid, int pde, int s)
 363 {
 364         struct iommu_cmd cmd;
 365         int ret;
 366
 367         __iommu_build_inv_iommu_pages(&cmd, address, domid, pde, s);
 368
 369         ret = iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 370
 371         return ret;
 372 }
 373
 374 /*
 375  * TLB invalidation function which is called from the mapping functions.
 376  * It invalidates a single PTE if the range to flush is within a single
 377  * page. Otherwise it flushes the whole TLB of the IOMMU.
 378  */
 379 static int iommu_flush_pages(struct amd_iommu *iommu, u16 domid,
 380                 u64 address, size_t size)
 381 {
 382         int s = 0;
 383         unsigned pages = iommu_num_pages(address, size, PAGE_SIZE);
 384
 385         address &= PAGE_MASK;
 386
 387         if (pages > 1) {
 388                 /*
 389                  * If we have to flush more than one page, flush all
 390                  * TLB entries for this domain
 391                  */
 392                 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
 393                 s = 1;
 394         }
 395
 396         iommu_queue_inv_iommu_pages(iommu, address, domid, 0, s);
 397
 398         return 0;
 399 }
 400
 401 /* Flush the whole IO/TLB for a given protection domain */
 402 static void iommu_flush_tlb(struct amd_iommu *iommu, u16 domid)
 403 {
 404         u64 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
 405
 406         iommu_queue_inv_iommu_pages(iommu, address, domid, 0, 1);
 407 }
 408
 409 #ifdef CONFIG_IOMMU_API
 410 /*
 411  * This function is used to flush the IO/TLB for a given protection domain
 412  * on every IOMMU in the system
 413  */
 414 static void iommu_flush_domain(u16 domid)
 415 {
 416         unsigned long flags;
 417         struct amd_iommu *iommu;
 418         struct iommu_cmd cmd;
 419
 420         __iommu_build_inv_iommu_pages(&cmd, CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS,
 421                                       domid, 1, 1);
 422
 423         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
 424                 spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 425                 __iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 426                 __iommu_completion_wait(iommu);
 427                 __iommu_wait_for_completion(iommu);
 428                 spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 429         }
 430 }
 431 #endif
 432
 433 /****************************************************************************
 434  *
 435  * The functions below are used the create the page table mappings for
 436  * unity mapped regions.
 437  *
 438  ****************************************************************************/
 439
 440 /*
 441  * Generic mapping functions. It maps a physical address into a DMA
 442  * address space. It allocates the page table pages if necessary.
 443  * In the future it can be extended to a generic mapping function
 444  * supporting all features of AMD IOMMU page tables like level skipping
 445  * and full 64 bit address spaces.
 446  */
 447 static int iommu_map_page(struct protection_domain *dom,
 448                           unsigned long bus_addr,
 449                           unsigned long phys_addr,
 450                           int prot)
 451 {
 452         u64 __pte, *pte, *page;
 453
 454         bus_addr  = PAGE_ALIGN(bus_addr);
 455         phys_addr = PAGE_ALIGN(phys_addr);
 456
 457         /* only support 512GB address spaces for now */
 458         if (bus_addr > IOMMU_MAP_SIZE_L3 || !(prot & IOMMU_PROT_MASK))
 459                 return -EINVAL;
 460
 461         pte = &dom->pt_root[IOMMU_PTE_L2_INDEX(bus_addr)];
 462
 463         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
 464                 page = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 465                 if (!page)
 466                         return -ENOMEM;
 467                 *pte = IOMMU_L2_PDE(virt_to_phys(page));
 468         }
 469
 470         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
 471         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(bus_addr)];
 472
 473         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
 474                 page = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 475                 if (!page)
 476                         return -ENOMEM;
 477                 *pte = IOMMU_L1_PDE(virt_to_phys(page));
 478         }
 479
 480         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
 481         pte = &pte[IOMMU_PTE_L0_INDEX(bus_addr)];
 482
 483         if (IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
 484                 return -EBUSY;
 485
 486         __pte = phys_addr | IOMMU_PTE_P;
 487         if (prot & IOMMU_PROT_IR)
 488                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
 489         if (prot & IOMMU_PROT_IW)
 490                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
 491
 492         *pte = __pte;
 493
 494         return 0;
 495 }
 496
 497 #ifdef CONFIG_IOMMU_API
 498 static void iommu_unmap_page(struct protection_domain *dom,
 499                              unsigned long bus_addr)
 500 {
 501         u64 *pte;
 502
 503         pte = &dom->pt_root[IOMMU_PTE_L2_INDEX(bus_addr)];
 504
 505         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
 506                 return;
 507
 508         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
 509         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(bus_addr)];
 510
 511         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
 512                 return;
 513
 514         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
 515         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(bus_addr)];
 516
 517         *pte = 0;
 518 }
 519 #endif
 520
 521 /*
 522  * This function checks if a specific unity mapping entry is needed for
 523  * this specific IOMMU.
 524  */
 525 static int iommu_for_unity_map(struct amd_iommu *iommu,
 526                                struct unity_map_entry *entry)
 527 {
 528         u16 bdf, i;
 529
 530         for (i = entry->devid_start; i <= entry->devid_end; ++i) {
 531                 bdf = amd_iommu_alias_table[i];
 532                 if (amd_iommu_rlookup_table[bdf] == iommu)
 533                         return 1;
 534         }
 535
 536         return 0;
 537 }
 538
 539 /*
 540  * Init the unity mappings for a specific IOMMU in the system
 541  *
 542  * Basically iterates over all unity mapping entries and applies them to
 543  * the default domain DMA of that IOMMU if necessary.
 544  */
 545 static int iommu_init_unity_mappings(struct amd_iommu *iommu)
 546 {
 547         struct unity_map_entry *entry;
 548         int ret;
 549
 550         list_for_each_entry(entry, &amd_iommu_unity_map, list) {
 551                 if (!iommu_for_unity_map(iommu, entry))
 552                         continue;
 553                 ret = dma_ops_unity_map(iommu->default_dom, entry);
 554                 if (ret)
 555                         return ret;
 556         }
 557
 558         return 0;
 559 }
 560
 561 /*
 562  * This function actually applies the mapping to the page table of the
 563  * dma_ops domain.
 564  */
 565 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
 566                              struct unity_map_entry *e)
 567 {
 568         u64 addr;
 569         int ret;
 570
 571         for (addr = e->address_start; addr < e->address_end;
 572              addr += PAGE_SIZE) {
 573                 ret = iommu_map_page(&dma_dom->domain, addr, addr, e->prot);
 574                 if (ret)
 575                         return ret;
 576                 /*
 577                  * if unity mapping is in aperture range mark the page
 578                  * as allocated in the aperture
 579                  */
 580                 if (addr < dma_dom->aperture_size)
 581                         __set_bit(addr >> PAGE_SHIFT, dma_dom->bitmap);
 582         }
 583
 584         return 0;
 585 }
 586
 587 /*
 588  * Inits the unity mappings required for a specific device
 589  */
 590 static int init_unity_mappings_for_device(struct dma_ops_domain *dma_dom,
 591                                           u16 devid)
 592 {
 593         struct unity_map_entry *e;
 594         int ret;
 595
 596         list_for_each_entry(e, &amd_iommu_unity_map, list) {
 597                 if (!(devid >= e->devid_start && devid <= e->devid_end))
 598                         continue;
 599                 ret = dma_ops_unity_map(dma_dom, e);
 600                 if (ret)
 601                         return ret;
 602         }
 603
 604         return 0;
 605 }
 606
 607 /****************************************************************************
 608  *
 609  * The next functions belong to the address allocator for the dma_ops
 610  * interface functions. They work like the allocators in the other IOMMU
 611  * drivers. Its basically a bitmap which marks the allocated pages in
 612  * the aperture. Maybe it could be enhanced in the future to a more
 613  * efficient allocator.
 614  *
 615  ****************************************************************************/
 616
 617 /*
 618  * The address allocator core function.
 619  *
 620  * called with domain->lock held
 621  */
 622 static unsigned long dma_ops_alloc_addresses(struct device *dev,
 623                                              struct dma_ops_domain *dom,
 624                                              unsigned int pages,
 625                                              unsigned long align_mask,
 626                                              u64 dma_mask)
 627 {
 628         unsigned long limit;
 629         unsigned long address;
 630         unsigned long boundary_size;
 631
 632         boundary_size = ALIGN(dma_get_seg_boundary(dev) + 1,
 633                         PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
 634         limit = iommu_device_max_index(dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT, 0,
 635                                        dma_mask >> PAGE_SHIFT);
 636
 637         if (dom->next_bit >= limit) {
 638                 dom->next_bit = 0;
 639                 dom->need_flush = true;
 640         }
 641
 642         address = iommu_area_alloc(dom->bitmap, limit, dom->next_bit, pages,
 643                                    0 , boundary_size, align_mask);
 644         if (address == -1) {
 645                 address = iommu_area_alloc(dom->bitmap, limit, 0, pages,
 646                                 0, boundary_size, align_mask);
 647                 dom->need_flush = true;
 648         }
 649
 650         if (likely(address != -1)) {
 651                 dom->next_bit = address + pages;
 652                 address <<= PAGE_SHIFT;
 653         } else
 654                 address = bad_dma_address;
 655
 656         WARN_ON((address + (PAGE_SIZE*pages)) > dom->aperture_size);
 657
 658         return address;
 659 }
 660
 661 /*
 662  * The address free function.
 663  *
 664  * called with domain->lock held
 665  */
 666 static void dma_ops_free_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
 667                                    unsigned long address,
 668                                    unsigned int pages)
 669 {
 670         address >>= PAGE_SHIFT;
 671         iommu_area_free(dom->bitmap, address, pages);
 672
 673         if (address >= dom->next_bit)
 674                 dom->need_flush = true;
 675 }
 676
 677 /****************************************************************************
 678  *
 679  * The next functions belong to the domain allocation. A domain is
 680  * allocated for every IOMMU as the default domain. If device isolation
 681  * is enabled, every device get its own domain. The most important thing
 682  * about domains is the page table mapping the DMA address space they
 683  * contain.
 684  *
 685  ****************************************************************************/
 686
 687 static u16 domain_id_alloc(void)
 688 {
 689         unsigned long flags;
 690         int id;
 691
 692         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 693         id = find_first_zero_bit(amd_iommu_pd_alloc_bitmap, MAX_DOMAIN_ID);
 694         BUG_ON(id == 0);
 695         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
 696                 __set_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
 697         else
 698                 id = 0;
 699         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 700
 701         return id;
 702 }
 703
 704 #ifdef CONFIG_IOMMU_API
 705 static void domain_id_free(int id)
 706 {
 707         unsigned long flags;
 708
 709         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 710         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
 711                 __clear_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
 712         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 713 }
 714 #endif
 715
 716 /*
 717  * Used to reserve address ranges in the aperture (e.g. for exclusion
 718  * ranges.
 719  */
 720 static void dma_ops_reserve_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
 721                                       unsigned long start_page,
 722                                       unsigned int pages)
 723 {
 724         unsigned int last_page = dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT;
 725
 726         if (start_page + pages > last_page)
 727                 pages = last_page - start_page;
 728
 729         iommu_area_reserve(dom->bitmap, start_page, pages);
 730 }
 731
 732 static void free_pagetable(struct protection_domain *domain)
 733 {
 734         int i, j;
 735         u64 *p1, *p2, *p3;
 736
 737         p1 = domain->pt_root;
 738
 739         if (!p1)
 740                 return;
 741
 742         for (i = 0; i < 512; ++i) {
 743                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p1[i]))
 744                         continue;
 745
 746                 p2 = IOMMU_PTE_PAGE(p1[i]);
 747                 for (j = 0; j < 512; ++j) {
 748                         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p2[j]))
 749                                 continue;
 750                         p3 = IOMMU_PTE_PAGE(p2[j]);
 751                         free_page((unsigned long)p3);
 752                 }
 753
 754                 free_page((unsigned long)p2);
 755         }
 756
 757         free_page((unsigned long)p1);
 758
 759         domain->pt_root = NULL;
 760 }
 761
 762 /*
 763  * Free a domain, only used if something went wrong in the
 764  * allocation path and we need to free an already allocated page table
 765  */
 766 static void dma_ops_domain_free(struct dma_ops_domain *dom)
 767 {
 768         if (!dom)
 769                 return;
 770
 771         free_pagetable(&dom->domain);
 772
 773         kfree(dom->pte_pages);
 774
 775         kfree(dom->bitmap);
 776
 777         kfree(dom);
 778 }
 779
 780 /*
 781  * Allocates a new protection domain usable for the dma_ops functions.
 782  * It also intializes the page table and the address allocator data
 783  * structures required for the dma_ops interface
 784  */
 785 static struct dma_ops_domain *dma_ops_domain_alloc(struct amd_iommu *iommu,
 786                                                    unsigned order)
 787 {
 788         struct dma_ops_domain *dma_dom;
 789         unsigned i, num_pte_pages;
 790         u64 *l2_pde;
 791         u64 address;
 792
 793         /*
 794          * Currently the DMA aperture must be between 32 MB and 1GB in size
 795          */
 796         if ((order < 25) || (order > 30))
 797                 return NULL;
 798
 799         dma_dom = kzalloc(sizeof(struct dma_ops_domain), GFP_KERNEL);
 800         if (!dma_dom)
 801                 return NULL;
 802
 803         spin_lock_init(&dma_dom->domain.lock);
 804
 805         dma_dom->domain.id = domain_id_alloc();
 806         if (dma_dom->domain.id == 0)
 807                 goto free_dma_dom;
 808         dma_dom->domain.mode = PAGE_MODE_3_LEVEL;
 809         dma_dom->domain.pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 810         dma_dom->domain.flags = PD_DMA_OPS_MASK;
 811         dma_dom->domain.priv = dma_dom;
 812         if (!dma_dom->domain.pt_root)
 813                 goto free_dma_dom;
 814         dma_dom->aperture_size = (1ULL << order);
 815         dma_dom->bitmap = kzalloc(dma_dom->aperture_size / (PAGE_SIZE * 8),
 816                                   GFP_KERNEL);
 817         if (!dma_dom->bitmap)
 818                 goto free_dma_dom;
 819         /*
 820          * mark the first page as allocated so we never return 0 as
 821          * a valid dma-address. So we can use 0 as error value
 822          */
 823         dma_dom->bitmap[0] = 1;
 824         dma_dom->next_bit = 0;
 825
 826         dma_dom->need_flush = false;
 827         dma_dom->target_dev = 0xffff;
 828
 829         /* Intialize the exclusion range if necessary */
 830         if (iommu->exclusion_start &&
 831             iommu->exclusion_start < dma_dom->aperture_size) {
 832                 unsigned long startpage = iommu->exclusion_start >> PAGE_SHIFT;
 833                 int pages = iommu_num_pages(iommu->exclusion_start,
 834                                             iommu->exclusion_length,
 835                                             PAGE_SIZE);
 836                 dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, startpage, pages);
 837         }
 838
 839         /*
 840          * At the last step, build the page tables so we don't need to
 841          * allocate page table pages in the dma_ops mapping/unmapping
 842          * path.
 843          */
 844         num_pte_pages = dma_dom->aperture_size / (PAGE_SIZE * 512);
 845         dma_dom->pte_pages = kzalloc(num_pte_pages * sizeof(void *),
 846                         GFP_KERNEL);
 847         if (!dma_dom->pte_pages)
 848                 goto free_dma_dom;
 849
 850         l2_pde = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 851         if (l2_pde == NULL)
 852                 goto free_dma_dom;
 853
 854         dma_dom->domain.pt_root[0] = IOMMU_L2_PDE(virt_to_phys(l2_pde));
 855
 856         for (i = 0; i < num_pte_pages; ++i) {
 857                 dma_dom->pte_pages[i] = (u64 *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 858                 if (!dma_dom->pte_pages[i])
 859                         goto free_dma_dom;
 860                 address = virt_to_phys(dma_dom->pte_pages[i]);
 861                 l2_pde[i] = IOMMU_L1_PDE(address);
 862         }
 863
 864         return dma_dom;
 865
 866 free_dma_dom:
 867         dma_ops_domain_free(dma_dom);
 868
 869         return NULL;
 870 }
 871
 872 /*
 873  * little helper function to check whether a given protection domain is a
 874  * dma_ops domain
 875  */
 876 static bool dma_ops_domain(struct protection_domain *domain)
 877 {
 878         return domain->flags & PD_DMA_OPS_MASK;
 879 }
 880
 881 /*
 882  * Find out the protection domain structure for a given PCI device. This
 883  * will give us the pointer to the page table root for example.
 884  */
 885 static struct protection_domain *domain_for_device(u16 devid)
 886 {
 887         struct protection_domain *dom;
 888         unsigned long flags;
 889
 890         read_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 891         dom = amd_iommu_pd_table[devid];
 892         read_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 893
 894         return dom;
 895 }
 896
 897 /*
 898  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
 899  * assigns it visible for the hardware
 900  */
 901 static void attach_device(struct amd_iommu *iommu,
 902                           struct protection_domain *domain,
 903                           u16 devid)
 904 {
 905         unsigned long flags;
 906         u64 pte_root = virt_to_phys(domain->pt_root);
 907
 908         domain->dev_cnt += 1;
 909
 910         pte_root |= (domain->mode & DEV_ENTRY_MODE_MASK)
 911                     << DEV_ENTRY_MODE_SHIFT;
 912         pte_root |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
 913
 914         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 915         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = lower_32_bits(pte_root);
 916         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = upper_32_bits(pte_root);
 917         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = domain->id;
 918
 919         amd_iommu_pd_table[devid] = domain;
 920         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 921
 922         iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, devid);
 923 }
 924
 925 /*
 926  * Removes a device from a protection domain (unlocked)
 927  */
 928 static void __detach_device(struct protection_domain *domain, u16 devid)
 929 {
 930
 931         /* lock domain */
 932         spin_lock(&domain->lock);
 933
 934         /* remove domain from the lookup table */
 935         amd_iommu_pd_table[devid] = NULL;
 936
 937         /* remove entry from the device table seen by the hardware */
 938         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
 939         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = 0;
 940         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = 0;
 941
 942         /* decrease reference counter */
 943         domain->dev_cnt -= 1;
 944
 945         /* ready */
 946         spin_unlock(&domain->lock);
 947 }
 948
 949 /*
 950  * Removes a device from a protection domain (with devtable_lock held)
 951  */
 952 static void detach_device(struct protection_domain *domain, u16 devid)
 953 {
 954         unsigned long flags;
 955
 956         /* lock device table */
 957         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 958         __detach_device(domain, devid);
 959         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
 960 }
 961
 962 static int device_change_notifier(struct notifier_block *nb,
 963                                   unsigned long action, void *data)
 964 {
 965         struct device *dev = data;
 966         struct pci_dev *pdev = to_pci_dev(dev);
 967         u16 devid = calc_devid(pdev->bus->number, pdev->devfn);
 968         struct protection_domain *domain;
 969         struct dma_ops_domain *dma_domain;
 970         struct amd_iommu *iommu;
 971         int order = amd_iommu_aperture_order;
 972         unsigned long flags;
 973
 974         if (devid > amd_iommu_last_bdf)
 975                 goto out;
 976
 977         devid = amd_iommu_alias_table[devid];
 978
 979         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
 980         if (iommu == NULL)
 981                 goto out;
 982
 983         domain = domain_for_device(devid);
 984
 985         if (domain && !dma_ops_domain(domain))
 986                 WARN_ONCE(1, "AMD IOMMU WARNING: device %s already bound "
 987                           "to a non-dma-ops domain\n", dev_name(dev));
 988
 989         switch (action) {
 990         case BUS_NOTIFY_BOUND_DRIVER:
 991                 if (domain)
 992                         goto out;
 993                 dma_domain = find_protection_domain(devid);
 994                 if (!dma_domain)
 995                         dma_domain = iommu->default_dom;
 996                 attach_device(iommu, &dma_domain->domain, devid);
 997                 printk(KERN_INFO "AMD IOMMU: Using protection domain %d for "
 998                        "device %s\n", dma_domain->domain.id, dev_name(dev));
 999                 break;
1000         case BUS_NOTIFY_UNBIND_DRIVER:
1001                 if (!domain)
1002                         goto out;
1003                 detach_device(domain, devid);
1004                 break;
1005         case BUS_NOTIFY_ADD_DEVICE:
1006                 /* allocate a protection domain if a device is added */
1007                 dma_domain = find_protection_domain(devid);
1008                 if (dma_domain)
1009                         goto out;
1010                 dma_domain = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1011                 if (!dma_domain)
1012                         goto out;
1013                 dma_domain->target_dev = devid;
1014
1015                 spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
1016                 list_add_tail(&dma_domain->list, &iommu_pd_list);
1017                 spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
1018
1019                 break;
1020         default:
1021                 goto out;
1022         }
1023
1024         iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, devid);
1025         iommu_completion_wait(iommu);
1026
1027 out:
1028         return 0;
1029 }
1030
1031 struct notifier_block device_nb = {
1032         .notifier_call = device_change_notifier,
1033 };
1034
1035 /*****************************************************************************
1036  *
1037  * The next functions belong to the dma_ops mapping/unmapping code.
1038  *
1039  *****************************************************************************/
1040
1041 /*
1042  * This function checks if the driver got a valid device from the caller to
1043  * avoid dereferencing invalid pointers.
1044  */
1045 static bool check_device(struct device *dev)
1046 {
1047         if (!dev || !dev->dma_mask)
1048                 return false;
1049
1050         return true;
1051 }
1052
1053 /*
1054  * In this function the list of preallocated protection domains is traversed to
1055  * find the domain for a specific device
1056  */
1057 static struct dma_ops_domain *find_protection_domain(u16 devid)
1058 {
1059         struct dma_ops_domain *entry, *ret = NULL;
1060         unsigned long flags;
1061
1062         if (list_empty(&iommu_pd_list))
1063                 return NULL;
1064
1065         spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
1066
1067         list_for_each_entry(entry, &iommu_pd_list, list) {
1068                 if (entry->target_dev == devid) {
1069                         ret = entry;
1070                         break;
1071                 }
1072         }
1073
1074         spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
1075
1076         return ret;
1077 }
1078
1079 /*
1080  * In the dma_ops path we only have the struct device. This function
1081  * finds the corresponding IOMMU, the protection domain and the
1082  * requestor id for a given device.
1083  * If the device is not yet associated with a domain this is also done
1084  * in this function.
1085  */
1086 static int get_device_resources(struct device *dev,
1087                                 struct amd_iommu **iommu,
1088                                 struct protection_domain **domain,
1089                                 u16 *bdf)
1090 {
1091         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1092         struct pci_dev *pcidev;
1093         u16 _bdf;
1094
1095         *iommu = NULL;
1096         *domain = NULL;
1097         *bdf = 0xffff;
1098
1099         if (dev->bus != &pci_bus_type)
1100                 return 0;
1101
1102         pcidev = to_pci_dev(dev);
1103         _bdf = calc_devid(pcidev->bus->number, pcidev->devfn);
1104
1105         /* device not translated by any IOMMU in the system? */
1106         if (_bdf > amd_iommu_last_bdf)
1107                 return 0;
1108
1109         *bdf = amd_iommu_alias_table[_bdf];
1110
1111         *iommu = amd_iommu_rlookup_table[*bdf];
1112         if (*iommu == NULL)
1113                 return 0;
1114         *domain = domain_for_device(*bdf);
1115         if (*domain == NULL) {
1116                 dma_dom = find_protection_domain(*bdf);
1117                 if (!dma_dom)
1118                         dma_dom = (*iommu)->default_dom;
1119                 *domain = &dma_dom->domain;
1120                 attach_device(*iommu, *domain, *bdf);
1121                 printk(KERN_INFO "AMD IOMMU: Using protection domain %d for "
1122                                 "device %s\n", (*domain)->id, dev_name(dev));
1123         }
1124
1125         if (domain_for_device(_bdf) == NULL)
1126                 attach_device(*iommu, *domain, _bdf);
1127
1128         return 1;
1129 }
1130
1131 /*
1132  * This is the generic map function. It maps one 4kb page at paddr to
1133  * the given address in the DMA address space for the domain.
1134  */
1135 static dma_addr_t dma_ops_domain_map(struct amd_iommu *iommu,
1136                                      struct dma_ops_domain *dom,
1137                                      unsigned long address,
1138                                      phys_addr_t paddr,
1139                                      int direction)
1140 {
1141         u64 *pte, __pte;
1142
1143         WARN_ON(address > dom->aperture_size);
1144
1145         paddr &= PAGE_MASK;
1146
1147         pte  = dom->pte_pages[IOMMU_PTE_L1_INDEX(address)];
1148         pte += IOMMU_PTE_L0_INDEX(address);
1149
1150         __pte = paddr | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
1151
1152         if (direction == DMA_TO_DEVICE)
1153                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
1154         else if (direction == DMA_FROM_DEVICE)
1155                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
1156         else if (direction == DMA_BIDIRECTIONAL)
1157                 __pte |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW;
1158
1159         WARN_ON(*pte);
1160
1161         *pte = __pte;
1162
1163         return (dma_addr_t)address;
1164 }
1165
1166 /*
1167  * The generic unmapping function for on page in the DMA address space.
1168  */
1169 static void dma_ops_domain_unmap(struct amd_iommu *iommu,
1170                                  struct dma_ops_domain *dom,
1171                                  unsigned long address)
1172 {
1173         u64 *pte;
1174
1175         if (address >= dom->aperture_size)
1176                 return;
1177
1178         WARN_ON(address & ~PAGE_MASK || address >= dom->aperture_size);
1179
1180         pte  = dom->pte_pages[IOMMU_PTE_L1_INDEX(address)];
1181         pte += IOMMU_PTE_L0_INDEX(address);
1182
1183         WARN_ON(!*pte);
1184
1185         *pte = 0ULL;
1186 }
1187
1188 /*
1189  * This function contains common code for mapping of a physically
1190  * contiguous memory region into DMA address space. It is used by all
1191  * mapping functions provided with this IOMMU driver.
1192  * Must be called with the domain lock held.
1193  */
1194 static dma_addr_t __map_single(struct device *dev,
1195                                struct amd_iommu *iommu,
1196                                struct dma_ops_domain *dma_dom,
1197                                phys_addr_t paddr,
1198                                size_t size,
1199                                int dir,
1200                                bool align,
1201                                u64 dma_mask)
1202 {
1203         dma_addr_t offset = paddr & ~PAGE_MASK;
1204         dma_addr_t address, start;
1205         unsigned int pages;
1206         unsigned long align_mask = 0;
1207         int i;
1208
1209         pages = iommu_num_pages(paddr, size, PAGE_SIZE);
1210         paddr &= PAGE_MASK;
1211
1212         if (align)
1213                 align_mask = (1UL << get_order(size)) - 1;
1214
1215         address = dma_ops_alloc_addresses(dev, dma_dom, pages, align_mask,
1216                                           dma_mask);
1217         if (unlikely(address == bad_dma_address))
1218                 goto out;
1219
1220         start = address;
1221         for (i = 0; i < pages; ++i) {
1222                 dma_ops_domain_map(iommu, dma_dom, start, paddr, dir);
1223                 paddr += PAGE_SIZE;
1224                 start += PAGE_SIZE;
1225         }
1226         address += offset;
1227
1228         if (unlikely(dma_dom->need_flush && !amd_iommu_unmap_flush)) {
1229                 iommu_flush_tlb(iommu, dma_dom->domain.id);
1230                 dma_dom->need_flush = false;
1231         } else if (unlikely(iommu_has_npcache(iommu)))
1232                 iommu_flush_pages(iommu, dma_dom->domain.id, address, size);
1233
1234 out:
1235         return address;
1236 }
1237
1238 /*
1239  * Does the reverse of the __map_single function. Must be called with
1240  * the domain lock held too
1241  */
1242 static void __unmap_single(struct amd_iommu *iommu,
1243                            struct dma_ops_domain *dma_dom,
1244                            dma_addr_t dma_addr,
1245                            size_t size,
1246                            int dir)
1247 {
1248         dma_addr_t i, start;
1249         unsigned int pages;
1250
1251         if ((dma_addr == bad_dma_address) ||
1252             (dma_addr + size > dma_dom->aperture_size))
1253                 return;
1254
1255         pages = iommu_num_pages(dma_addr, size, PAGE_SIZE);
1256         dma_addr &= PAGE_MASK;
1257         start = dma_addr;
1258
1259         for (i = 0; i < pages; ++i) {
1260                 dma_ops_domain_unmap(iommu, dma_dom, start);
1261                 start += PAGE_SIZE;
1262         }
1263
1264         dma_ops_free_addresses(dma_dom, dma_addr, pages);
1265
1266         if (amd_iommu_unmap_flush || dma_dom->need_flush) {
1267                 iommu_flush_pages(iommu, dma_dom->domain.id, dma_addr, size);
1268                 dma_dom->need_flush = false;
1269         }
1270 }
1271
1272 /*
1273  * The exported map_single function for dma_ops.
1274  */
1275 static dma_addr_t map_single(struct device *dev, phys_addr_t paddr,
1276                              size_t size, int dir)
1277 {
1278         unsigned long flags;
1279         struct amd_iommu *iommu;
1280         struct protection_domain *domain;
1281         u16 devid;
1282         dma_addr_t addr;
1283         u64 dma_mask;
1284
1285         INC_STATS_COUNTER(cnt_map_single);
1286
1287         if (!check_device(dev))
1288                 return bad_dma_address;
1289
1290         dma_mask = *dev->dma_mask;
1291
1292         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1293
1294         if (iommu == NULL || domain == NULL)
1295                 /* device not handled by any AMD IOMMU */
1296                 return (dma_addr_t)paddr;
1297
1298         if (!dma_ops_domain(domain))
1299                 return bad_dma_address;
1300
1301         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1302         addr = __map_single(dev, iommu, domain->priv, paddr, size, dir, false,
1303                             dma_mask);
1304         if (addr == bad_dma_address)
1305                 goto out;
1306
1307         iommu_completion_wait(iommu);
1308
1309 out:
1310         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1311
1312         return addr;
1313 }
1314
1315 /*
1316  * The exported unmap_single function for dma_ops.
1317  */
1318 static void unmap_single(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr,
1319                          size_t size, int dir)
1320 {
1321         unsigned long flags;
1322         struct amd_iommu *iommu;
1323         struct protection_domain *domain;
1324         u16 devid;
1325
1326         INC_STATS_COUNTER(cnt_unmap_single);
1327
1328         if (!check_device(dev) ||
1329             !get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1330                 /* device not handled by any AMD IOMMU */
1331                 return;
1332
1333         if (!dma_ops_domain(domain))
1334                 return;
1335
1336         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1337
1338         __unmap_single(iommu, domain->priv, dma_addr, size, dir);
1339
1340         iommu_completion_wait(iommu);
1341
1342         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1343 }
1344
1345 /*
1346  * This is a special map_sg function which is used if we should map a
1347  * device which is not handled by an AMD IOMMU in the system.
1348  */
1349 static int map_sg_no_iommu(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1350                            int nelems, int dir)
1351 {
1352         struct scatterlist *s;
1353         int i;
1354
1355         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1356                 s->dma_address = (dma_addr_t)sg_phys(s);
1357                 s->dma_length  = s->length;
1358         }
1359
1360         return nelems;
1361 }
1362
1363 /*
1364  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1365  * lists).
1366  */
1367 static int map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1368                   int nelems, int dir)
1369 {
1370         unsigned long flags;
1371         struct amd_iommu *iommu;
1372         struct protection_domain *domain;
1373         u16 devid;
1374         int i;
1375         struct scatterlist *s;
1376         phys_addr_t paddr;
1377         int mapped_elems = 0;
1378         u64 dma_mask;
1379
1380         if (!check_device(dev))
1381                 return 0;
1382
1383         dma_mask = *dev->dma_mask;
1384
1385         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1386
1387         if (!iommu || !domain)
1388                 return map_sg_no_iommu(dev, sglist, nelems, dir);
1389
1390         if (!dma_ops_domain(domain))
1391                 return 0;
1392
1393         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1394
1395         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1396                 paddr = sg_phys(s);
1397
1398                 s->dma_address = __map_single(dev, iommu, domain->priv,
1399                                               paddr, s->length, dir, false,
1400                                               dma_mask);
1401
1402                 if (s->dma_address) {
1403                         s->dma_length = s->length;
1404                         mapped_elems++;
1405                 } else
1406                         goto unmap;
1407         }
1408
1409         iommu_completion_wait(iommu);
1410
1411 out:
1412         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1413
1414         return mapped_elems;
1415 unmap:
1416         for_each_sg(sglist, s, mapped_elems, i) {
1417                 if (s->dma_address)
1418                         __unmap_single(iommu, domain->priv, s->dma_address,
1419                                        s->dma_length, dir);
1420                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
1421         }
1422
1423         mapped_elems = 0;
1424
1425         goto out;
1426 }
1427
1428 /*
1429  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1430  * lists).
1431  */
1432 static void unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1433                      int nelems, int dir)
1434 {
1435         unsigned long flags;
1436         struct amd_iommu *iommu;
1437         struct protection_domain *domain;
1438         struct scatterlist *s;
1439         u16 devid;
1440         int i;
1441
1442         if (!check_device(dev) ||
1443             !get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1444                 return;
1445
1446         if (!dma_ops_domain(domain))
1447                 return;
1448
1449         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1450
1451         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1452                 __unmap_single(iommu, domain->priv, s->dma_address,
1453                                s->dma_length, dir);
1454                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
1455         }
1456
1457         iommu_completion_wait(iommu);
1458
1459         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1460 }
1461
1462 /*
1463  * The exported alloc_coherent function for dma_ops.
1464  */
1465 static void *alloc_coherent(struct device *dev, size_t size,
1466                             dma_addr_t *dma_addr, gfp_t flag)
1467 {
1468         unsigned long flags;
1469         void *virt_addr;
1470         struct amd_iommu *iommu;
1471         struct protection_domain *domain;
1472         u16 devid;
1473         phys_addr_t paddr;
1474         u64 dma_mask = dev->coherent_dma_mask;
1475
1476         if (!check_device(dev))
1477                 return NULL;
1478
1479         if (!get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1480                 flag &= ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM | __GFP_DMA32);
1481
1482         flag |= __GFP_ZERO;
1483         virt_addr = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
1484         if (!virt_addr)
1485                 return 0;
1486
1487         paddr = virt_to_phys(virt_addr);
1488
1489         if (!iommu || !domain) {
1490                 *dma_addr = (dma_addr_t)paddr;
1491                 return virt_addr;
1492         }
1493
1494         if (!dma_ops_domain(domain))
1495                 goto out_free;
1496
1497         if (!dma_mask)
1498                 dma_mask = *dev->dma_mask;
1499
1500         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1501
1502         *dma_addr = __map_single(dev, iommu, domain->priv, paddr,
1503                                  size, DMA_BIDIRECTIONAL, true, dma_mask);
1504
1505         if (*dma_addr == bad_dma_address)
1506                 goto out_free;
1507
1508         iommu_completion_wait(iommu);
1509
1510         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1511
1512         return virt_addr;
1513
1514 out_free:
1515
1516         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
1517
1518         return NULL;
1519 }
1520
1521 /*
1522  * The exported free_coherent function for dma_ops.
1523  */
1524 static void free_coherent(struct device *dev, size_t size,
1525                           void *virt_addr, dma_addr_t dma_addr)
1526 {
1527         unsigned long flags;
1528         struct amd_iommu *iommu;
1529         struct protection_domain *domain;
1530         u16 devid;
1531
1532         if (!check_device(dev))
1533                 return;
1534
1535         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1536
1537         if (!iommu || !domain)
1538                 goto free_mem;
1539
1540         if (!dma_ops_domain(domain))
1541                 goto free_mem;
1542
1543         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1544
1545         __unmap_single(iommu, domain->priv, dma_addr, size, DMA_BIDIRECTIONAL);
1546
1547         iommu_completion_wait(iommu);
1548
1549         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1550
1551 free_mem:
1552         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
1553 }
1554
1555 /*
1556  * This function is called by the DMA layer to find out if we can handle a
1557  * particular device. It is part of the dma_ops.
1558  */
1559 static int amd_iommu_dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
1560 {
1561         u16 bdf;
1562         struct pci_dev *pcidev;
1563
1564         /* No device or no PCI device */
1565         if (!dev || dev->bus != &pci_bus_type)
1566                 return 0;
1567
1568         pcidev = to_pci_dev(dev);
1569
1570         bdf = calc_devid(pcidev->bus->number, pcidev->devfn);
1571
1572         /* Out of our scope? */
1573         if (bdf > amd_iommu_last_bdf)
1574                 return 0;
1575
1576         return 1;
1577 }
1578
1579 /*
1580  * The function for pre-allocating protection domains.
1581  *
1582  * If the driver core informs the DMA layer if a driver grabs a device
1583  * we don't need to preallocate the protection domains anymore.
1584  * For now we have to.
1585  */
1586 void prealloc_protection_domains(void)
1587 {
1588         struct pci_dev *dev = NULL;
1589         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1590         struct amd_iommu *iommu;
1591         int order = amd_iommu_aperture_order;
1592         u16 devid;
1593
1594         while ((dev = pci_get_device(PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, dev)) != NULL) {
1595                 devid = calc_devid(dev->bus->number, dev->devfn);
1596                 if (devid > amd_iommu_last_bdf)
1597                         continue;
1598                 devid = amd_iommu_alias_table[devid];
1599                 if (domain_for_device(devid))
1600                         continue;
1601                 iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1602                 if (!iommu)
1603                         continue;
1604                 dma_dom = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1605                 if (!dma_dom)
1606                         continue;
1607                 init_unity_mappings_for_device(dma_dom, devid);
1608                 dma_dom->target_dev = devid;
1609
1610                 list_add_tail(&dma_dom->list, &iommu_pd_list);
1611         }
1612 }
1613
1614 static struct dma_mapping_ops amd_iommu_dma_ops = {
1615         .alloc_coherent = alloc_coherent,
1616         .free_coherent = free_coherent,
1617         .map_single = map_single,
1618         .unmap_single = unmap_single,
1619         .map_sg = map_sg,
1620         .unmap_sg = unmap_sg,
1621         .dma_supported = amd_iommu_dma_supported,
1622 };
1623
1624 /*
1625  * The function which clues the AMD IOMMU driver into dma_ops.
1626  */
1627 int __init amd_iommu_init_dma_ops(void)
1628 {
1629         struct amd_iommu *iommu;
1630         int order = amd_iommu_aperture_order;
1631         int ret;
1632
1633         /*
1634          * first allocate a default protection domain for every IOMMU we
1635          * found in the system. Devices not assigned to any other
1636          * protection domain will be assigned to the default one.
1637          */
1638         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
1639                 iommu->default_dom = dma_ops_domain_alloc(iommu, order);
1640                 if (iommu->default_dom == NULL)
1641                         return -ENOMEM;
1642                 iommu->default_dom->domain.flags |= PD_DEFAULT_MASK;
1643                 ret = iommu_init_unity_mappings(iommu);
1644                 if (ret)
1645                         goto free_domains;
1646         }
1647
1648         /*
1649          * If device isolation is enabled, pre-allocate the protection
1650          * domains for each device.
1651          */
1652         if (amd_iommu_isolate)
1653                 prealloc_protection_domains();
1654
1655         iommu_detected = 1;
1656         force_iommu = 1;
1657         bad_dma_address = 0;
1658 #ifdef CONFIG_GART_IOMMU
1659         gart_iommu_aperture_disabled = 1;
1660         gart_iommu_aperture = 0;
1661 #endif
1662
1663         /* Make the driver finally visible to the drivers */
1664         dma_ops = &amd_iommu_dma_ops;
1665
1666 #ifdef CONFIG_IOMMU_API
1667         register_iommu(&amd_iommu_ops);
1668 #endif
1669
1670         bus_register_notifier(&pci_bus_type, &device_nb);
1671
1672         amd_iommu_stats_init();
1673
1674         return 0;
1675
1676 free_domains:
1677
1678         list_for_each_entry(iommu, &amd_iommu_list, list) {
1679                 if (iommu->default_dom)
1680                         dma_ops_domain_free(iommu->default_dom);
1681         }
1682
1683         return ret;
1684 }
1685
1686 /*****************************************************************************
1687  *
1688  * The following functions belong to the exported interface of AMD IOMMU
1689  *
1690  * This interface allows access to lower level functions of the IOMMU
1691  * like protection domain handling and assignement of devices to domains
1692  * which is not possible with the dma_ops interface.
1693  *
1694  *****************************************************************************/
1695
1696 #ifdef CONFIG_IOMMU_API
1697
1698 static void cleanup_domain(struct protection_domain *domain)
1699 {
1700         unsigned long flags;
1701         u16 devid;
1702
1703         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1704
1705         for (devid = 0; devid <= amd_iommu_last_bdf; ++devid)
1706                 if (amd_iommu_pd_table[devid] == domain)
1707                         __detach_device(domain, devid);
1708
1709         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1710 }
1711
1712 static int amd_iommu_domain_init(struct iommu_domain *dom)
1713 {
1714         struct protection_domain *domain;
1715
1716         domain = kzalloc(sizeof(*domain), GFP_KERNEL);
1717         if (!domain)
1718                 return -ENOMEM;
1719
1720         spin_lock_init(&domain->lock);
1721         domain->mode = PAGE_MODE_3_LEVEL;
1722         domain->id = domain_id_alloc();
1723         if (!domain->id)
1724                 goto out_free;
1725         domain->pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
1726         if (!domain->pt_root)
1727                 goto out_free;
1728
1729         dom->priv = domain;
1730
1731         return 0;
1732
1733 out_free:
1734         kfree(domain);
1735
1736         return -ENOMEM;
1737 }
1738
1739 static void amd_iommu_domain_destroy(struct iommu_domain *dom)
1740 {
1741         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1742
1743         if (!domain)
1744                 return;
1745
1746         if (domain->dev_cnt > 0)
1747                 cleanup_domain(domain);
1748
1749         BUG_ON(domain->dev_cnt != 0);
1750
1751         free_pagetable(domain);
1752
1753         domain_id_free(domain->id);
1754
1755         kfree(domain);
1756
1757         dom->priv = NULL;
1758 }
1759
1760 static void amd_iommu_detach_device(struct iommu_domain *dom,
1761                                     struct device *dev)
1762 {
1763         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1764         struct amd_iommu *iommu;
1765         struct pci_dev *pdev;
1766         u16 devid;
1767
1768         if (dev->bus != &pci_bus_type)
1769                 return;
1770
1771         pdev = to_pci_dev(dev);
1772
1773         devid = calc_devid(pdev->bus->number, pdev->devfn);
1774
1775         if (devid > 0)
1776                 detach_device(domain, devid);
1777
1778         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1779         if (!iommu)
1780                 return;
1781
1782         iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, devid);
1783         iommu_completion_wait(iommu);
1784 }
1785
1786 static int amd_iommu_attach_device(struct iommu_domain *dom,
1787                                    struct device *dev)
1788 {
1789         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1790         struct protection_domain *old_domain;
1791         struct amd_iommu *iommu;
1792         struct pci_dev *pdev;
1793         u16 devid;
1794
1795         if (dev->bus != &pci_bus_type)
1796                 return -EINVAL;
1797
1798         pdev = to_pci_dev(dev);
1799
1800         devid = calc_devid(pdev->bus->number, pdev->devfn);
1801
1802         if (devid >= amd_iommu_last_bdf ||
1803                         devid != amd_iommu_alias_table[devid])
1804                 return -EINVAL;
1805
1806         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1807         if (!iommu)
1808                 return -EINVAL;
1809
1810         old_domain = domain_for_device(devid);
1811         if (old_domain)
1812                 return -EBUSY;
1813
1814         attach_device(iommu, domain, devid);
1815
1816         iommu_completion_wait(iommu);
1817
1818         return 0;
1819 }
1820
1821 static int amd_iommu_map_range(struct iommu_domain *dom,
1822                                unsigned long iova, phys_addr_t paddr,
1823                                size_t size, int iommu_prot)
1824 {
1825         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1826         unsigned long i,  npages = iommu_num_pages(paddr, size, PAGE_SIZE);
1827         int prot = 0;
1828         int ret;
1829
1830         if (iommu_prot & IOMMU_READ)
1831                 prot |= IOMMU_PROT_IR;
1832         if (iommu_prot & IOMMU_WRITE)
1833                 prot |= IOMMU_PROT_IW;
1834
1835         iova  &= PAGE_MASK;
1836         paddr &= PAGE_MASK;
1837
1838         for (i = 0; i < npages; ++i) {
1839                 ret = iommu_map_page(domain, iova, paddr, prot);
1840                 if (ret)
1841                         return ret;
1842
1843                 iova  += PAGE_SIZE;
1844                 paddr += PAGE_SIZE;
1845         }
1846
1847         return 0;
1848 }
1849
1850 static void amd_iommu_unmap_range(struct iommu_domain *dom,
1851                                   unsigned long iova, size_t size)
1852 {
1853
1854         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1855         unsigned long i,  npages = iommu_num_pages(iova, size, PAGE_SIZE);
1856
1857         iova  &= PAGE_MASK;
1858
1859         for (i = 0; i < npages; ++i) {
1860                 iommu_unmap_page(domain, iova);
1861                 iova  += PAGE_SIZE;
1862         }
1863
1864         iommu_flush_domain(domain->id);
1865 }
1866
1867 static phys_addr_t amd_iommu_iova_to_phys(struct iommu_domain *dom,
1868                                           unsigned long iova)
1869 {
1870         struct protection_domain *domain = dom->priv;
1871         unsigned long offset = iova & ~PAGE_MASK;
1872         phys_addr_t paddr;
1873         u64 *pte;
1874
1875         pte = &domain->pt_root[IOMMU_PTE_L2_INDEX(iova)];
1876
1877         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
1878                 return 0;
1879
1880         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
1881         pte = &pte[IOMMU_PTE_L1_INDEX(iova)];
1882
1883         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
1884                 return 0;
1885
1886         pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
1887         pte = &pte[IOMMU_PTE_L0_INDEX(iova)];
1888
1889         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
1890                 return 0;
1891
1892         paddr  = *pte & IOMMU_PAGE_MASK;
1893         paddr |= offset;
1894
1895         return paddr;
1896 }
1897
1898 static struct iommu_ops amd_iommu_ops = {
1899         .domain_init = amd_iommu_domain_init,
1900         .domain_destroy = amd_iommu_domain_destroy,
1901         .attach_dev = amd_iommu_attach_device,
1902         .detach_dev = amd_iommu_detach_device,
1903         .map = amd_iommu_map_range,
1904         .unmap = amd_iommu_unmap_range,
1905         .iova_to_phys = amd_iommu_iova_to_phys,
1906 };
1907
1908 #endif