arch/sparc/mm/iommu.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * iommu.c:  IOMMU specific routines for memory management.
   4  *
   5  * Copyright (C) 1995 David S. Miller  (davem@caip.rutgers.edu)
   6  * Copyright (C) 1995,2002 Pete Zaitcev     (zaitcev@yahoo.com)
   7  * Copyright (C) 1996 Eddie C. Dost    (ecd@skynet.be)
   8  * Copyright (C) 1997,1998 Jakub Jelinek    (jj@sunsite.mff.cuni.cz)
   9  */
  10
  11 #include <linux/kernel.h>
  12 #include <linux/init.h>
  13 #include <linux/mm.h>
  14 #include <linux/slab.h>
  15 #include <linux/highmem.h>      /* pte_offset_map => kmap_atomic */
  16 #include <linux/dma-mapping.h>
  17 #include <linux/of.h>
  18 #include <linux/of_device.h>
  19
  20 #include <asm/pgalloc.h>
  21 #include <asm/pgtable.h>
  22 #include <asm/io.h>
  23 #include <asm/mxcc.h>
  24 #include <asm/mbus.h>
  25 #include <asm/cacheflush.h>
  26 #include <asm/tlbflush.h>
  27 #include <asm/bitext.h>
  28 #include <asm/iommu.h>
  29 #include <asm/dma.h>
  30
  31 #include "mm_32.h"
  32
  33 /*
  34  * This can be sized dynamically, but we will do this
  35  * only when we have a guidance about actual I/O pressures.
  36  */
  37 #define IOMMU_RNGE      IOMMU_RNGE_256MB
  38 #define IOMMU_START     0xF0000000
  39 #define IOMMU_WINSIZE   (256*1024*1024U)
  40 #define IOMMU_NPTES     (IOMMU_WINSIZE/PAGE_SIZE)       /* 64K PTEs, 256KB */
  41 #define IOMMU_ORDER     6                               /* 4096 * (1<<6) */
  42
  43 static int viking_flush;
  44 /* viking.S */
  45 extern void viking_flush_page(unsigned long page);
  46 extern void viking_mxcc_flush_page(unsigned long page);
  47
  48 /*
  49  * Values precomputed according to CPU type.
  50  */
  51 static unsigned int ioperm_noc;         /* Consistent mapping iopte flags */
  52 static pgprot_t dvma_prot;              /* Consistent mapping pte flags */
  53
  54 #define IOPERM        (IOPTE_CACHE | IOPTE_WRITE | IOPTE_VALID)
  55 #define MKIOPTE(pfn, perm) (((((pfn)<<8) & IOPTE_PAGE) | (perm)) & ~IOPTE_WAZ)
  56
  57 static void __init sbus_iommu_init(struct platform_device *op)
  58 {
  59         struct iommu_struct *iommu;
  60         unsigned int impl, vers;
  61         unsigned long *bitmap;
  62         unsigned long control;
  63         unsigned long base;
  64         unsigned long tmp;
  65
  66         iommu = kmalloc(sizeof(struct iommu_struct), GFP_KERNEL);
  67         if (!iommu) {
  68                 prom_printf("Unable to allocate iommu structure\n");
  69                 prom_halt();
  70         }
  71
  72         iommu->regs = of_ioremap(&op->resource[0], 0, PAGE_SIZE * 3,
  73                                  "iommu_regs");
  74         if (!iommu->regs) {
  75                 prom_printf("Cannot map IOMMU registers\n");
  76                 prom_halt();
  77         }
  78
  79         control = sbus_readl(&iommu->regs->control);
  80         impl = (control & IOMMU_CTRL_IMPL) >> 28;
  81         vers = (control & IOMMU_CTRL_VERS) >> 24;
  82         control &= ~(IOMMU_CTRL_RNGE);
  83         control |= (IOMMU_RNGE_256MB | IOMMU_CTRL_ENAB);
  84         sbus_writel(control, &iommu->regs->control);
  85
  86         iommu_invalidate(iommu->regs);
  87         iommu->start = IOMMU_START;
  88         iommu->end = 0xffffffff;
  89
  90         /* Allocate IOMMU page table */
  91         /* Stupid alignment constraints give me a headache.
  92            We need 256K or 512K or 1M or 2M area aligned to
  93            its size and current gfp will fortunately give
  94            it to us. */
  95         tmp = __get_free_pages(GFP_KERNEL, IOMMU_ORDER);
  96         if (!tmp) {
  97                 prom_printf("Unable to allocate iommu table [0x%lx]\n",
  98                             IOMMU_NPTES * sizeof(iopte_t));
  99                 prom_halt();
 100         }
 101         iommu->page_table = (iopte_t *)tmp;
 102
 103         /* Initialize new table. */
 104         memset(iommu->page_table, 0, IOMMU_NPTES*sizeof(iopte_t));
 105         flush_cache_all();
 106         flush_tlb_all();
 107
 108         base = __pa((unsigned long)iommu->page_table) >> 4;
 109         sbus_writel(base, &iommu->regs->base);
 110         iommu_invalidate(iommu->regs);
 111
 112         bitmap = kmalloc(IOMMU_NPTES>>3, GFP_KERNEL);
 113         if (!bitmap) {
 114                 prom_printf("Unable to allocate iommu bitmap [%d]\n",
 115                             (int)(IOMMU_NPTES>>3));
 116                 prom_halt();
 117         }
 118         bit_map_init(&iommu->usemap, bitmap, IOMMU_NPTES);
 119         /* To be coherent on HyperSparc, the page color of DVMA
 120          * and physical addresses must match.
 121          */
 122         if (srmmu_modtype == HyperSparc)
 123                 iommu->usemap.num_colors = vac_cache_size >> PAGE_SHIFT;
 124         else
 125                 iommu->usemap.num_colors = 1;
 126
 127         printk(KERN_INFO "IOMMU: impl %d vers %d table 0x%p[%d B] map [%d b]\n",
 128                impl, vers, iommu->page_table,
 129                (int)(IOMMU_NPTES*sizeof(iopte_t)), (int)IOMMU_NPTES);
 130
 131         op->dev.archdata.iommu = iommu;
 132 }
 133
 134 static int __init iommu_init(void)
 135 {
 136         struct device_node *dp;
 137
 138         for_each_node_by_name(dp, "iommu") {
 139                 struct platform_device *op = of_find_device_by_node(dp);
 140
 141                 sbus_iommu_init(op);
 142                 of_propagate_archdata(op);
 143         }
 144
 145         return 0;
 146 }
 147
 148 subsys_initcall(iommu_init);
 149
 150 /* Flush the iotlb entries to ram. */
 151 /* This could be better if we didn't have to flush whole pages. */
 152 static void iommu_flush_iotlb(iopte_t *iopte, unsigned int niopte)
 153 {
 154         unsigned long start;
 155         unsigned long end;
 156
 157         start = (unsigned long)iopte;
 158         end = PAGE_ALIGN(start + niopte*sizeof(iopte_t));
 159         start &= PAGE_MASK;
 160         if (viking_mxcc_present) {
 161                 while(start < end) {
 162                         viking_mxcc_flush_page(start);
 163                         start += PAGE_SIZE;
 164                 }
 165         } else if (viking_flush) {
 166                 while(start < end) {
 167                         viking_flush_page(start);
 168                         start += PAGE_SIZE;
 169                 }
 170         } else {
 171                 while(start < end) {
 172                         __flush_page_to_ram(start);
 173                         start += PAGE_SIZE;
 174                 }
 175         }
 176 }
 177
 178 static u32 iommu_get_one(struct device *dev, struct page *page, int npages)
 179 {
 180         struct iommu_struct *iommu = dev->archdata.iommu;
 181         int ioptex;
 182         iopte_t *iopte, *iopte0;
 183         unsigned int busa, busa0;
 184         int i;
 185
 186         /* page color = pfn of page */
 187         ioptex = bit_map_string_get(&iommu->usemap, npages, page_to_pfn(page));
 188         if (ioptex < 0)
 189                 panic("iommu out");
 190         busa0 = iommu->start + (ioptex << PAGE_SHIFT);
 191         iopte0 = &iommu->page_table[ioptex];
 192
 193         busa = busa0;
 194         iopte = iopte0;
 195         for (i = 0; i < npages; i++) {
 196                 iopte_val(*iopte) = MKIOPTE(page_to_pfn(page), IOPERM);
 197                 iommu_invalidate_page(iommu->regs, busa);
 198                 busa += PAGE_SIZE;
 199                 iopte++;
 200                 page++;
 201         }
 202
 203         iommu_flush_iotlb(iopte0, npages);
 204
 205         return busa0;
 206 }
 207
 208 static dma_addr_t __sbus_iommu_map_page(struct device *dev, struct page *page,
 209                 unsigned long offset, size_t len)
 210 {
 211         void *vaddr = page_address(page) + offset;
 212         unsigned long off = (unsigned long)vaddr & ~PAGE_MASK;
 213         unsigned long npages = (off + len + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
 214
 215         /* XXX So what is maxphys for us and how do drivers know it? */
 216         if (!len || len > 256 * 1024)
 217                 return DMA_MAPPING_ERROR;
 218         return iommu_get_one(dev, virt_to_page(vaddr), npages) + off;
 219 }
 220
 221 static dma_addr_t sbus_iommu_map_page_gflush(struct device *dev,
 222                 struct page *page, unsigned long offset, size_t len,
 223                 enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 224 {
 225         flush_page_for_dma(0);
 226         return __sbus_iommu_map_page(dev, page, offset, len);
 227 }
 228
 229 static dma_addr_t sbus_iommu_map_page_pflush(struct device *dev,
 230                 struct page *page, unsigned long offset, size_t len,
 231                 enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 232 {
 233         void *vaddr = page_address(page) + offset;
 234         unsigned long p = ((unsigned long)vaddr) & PAGE_MASK;
 235
 236         while (p < (unsigned long)vaddr + len) {
 237                 flush_page_for_dma(p);
 238                 p += PAGE_SIZE;
 239         }
 240
 241         return __sbus_iommu_map_page(dev, page, offset, len);
 242 }
 243
 244 static int __sbus_iommu_map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sgl,
 245                 int nents, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs,
 246                 bool per_page_flush)
 247 {
 248         unsigned long page, oldpage = 0;
 249         struct scatterlist *sg;
 250         int i, j, n;
 251
 252         for_each_sg(sgl, sg, nents, j) {
 253                 n = (sg->length + sg->offset + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
 254
 255                 /*
 256                  * We expect unmapped highmem pages to be not in the cache.
 257                  * XXX Is this a good assumption?
 258                  * XXX What if someone else unmaps it here and races us?
 259                  */
 260                 if (per_page_flush && !PageHighMem(sg_page(sg))) {
 261                         page = (unsigned long)page_address(sg_page(sg));
 262                         for (i = 0; i < n; i++) {
 263                                 if (page != oldpage) {  /* Already flushed? */
 264                                         flush_page_for_dma(page);
 265                                         oldpage = page;
 266                                 }
 267                                 page += PAGE_SIZE;
 268                         }
 269                 }
 270
 271                 sg->dma_address = iommu_get_one(dev, sg_page(sg), n) + sg->offset;
 272                 sg->dma_length = sg->length;
 273         }
 274
 275         return nents;
 276 }
 277
 278 static int sbus_iommu_map_sg_gflush(struct device *dev, struct scatterlist *sgl,
 279                 int nents, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 280 {
 281         flush_page_for_dma(0);
 282         return __sbus_iommu_map_sg(dev, sgl, nents, dir, attrs, false);
 283 }
 284
 285 static int sbus_iommu_map_sg_pflush(struct device *dev, struct scatterlist *sgl,
 286                 int nents, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 287 {
 288         return __sbus_iommu_map_sg(dev, sgl, nents, dir, attrs, true);
 289 }
 290
 291 static void sbus_iommu_unmap_page(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr,
 292                 size_t len, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 293 {
 294         struct iommu_struct *iommu = dev->archdata.iommu;
 295         unsigned int busa = dma_addr & PAGE_MASK;
 296         unsigned long off = dma_addr & ~PAGE_MASK;
 297         unsigned int npages = (off + len + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
 298         unsigned int ioptex = (busa - iommu->start) >> PAGE_SHIFT;
 299         unsigned int i;
 300
 301         BUG_ON(busa < iommu->start);
 302         for (i = 0; i < npages; i++) {
 303                 iopte_val(iommu->page_table[ioptex + i]) = 0;
 304                 iommu_invalidate_page(iommu->regs, busa);
 305                 busa += PAGE_SIZE;
 306         }
 307         bit_map_clear(&iommu->usemap, ioptex, npages);
 308 }
 309
 310 static void sbus_iommu_unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sgl,
 311                 int nents, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 312 {
 313         struct scatterlist *sg;
 314         int i;
 315
 316         for_each_sg(sgl, sg, nents, i) {
 317                 sbus_iommu_unmap_page(dev, sg->dma_address, sg->length, dir,
 318                                 attrs);
 319                 sg->dma_address = 0x21212121;
 320         }
 321 }
 322
 323 #ifdef CONFIG_SBUS
 324 static void *sbus_iommu_alloc(struct device *dev, size_t len,
 325                 dma_addr_t *dma_handle, gfp_t gfp, unsigned long attrs)
 326 {
 327         struct iommu_struct *iommu = dev->archdata.iommu;
 328         unsigned long va, addr, page, end, ret;
 329         iopte_t *iopte = iommu->page_table;
 330         iopte_t *first;
 331         int ioptex;
 332
 333         /* XXX So what is maxphys for us and how do drivers know it? */
 334         if (!len || len > 256 * 1024)
 335                 return NULL;
 336
 337         len = PAGE_ALIGN(len);
 338         va = __get_free_pages(gfp | __GFP_ZERO, get_order(len));
 339         if (va == 0)
 340                 return NULL;
 341
 342         addr = ret = sparc_dma_alloc_resource(dev, len);
 343         if (!addr)
 344                 goto out_free_pages;
 345
 346         BUG_ON((va & ~PAGE_MASK) != 0);
 347         BUG_ON((addr & ~PAGE_MASK) != 0);
 348         BUG_ON((len & ~PAGE_MASK) != 0);
 349
 350         /* page color = physical address */
 351         ioptex = bit_map_string_get(&iommu->usemap, len >> PAGE_SHIFT,
 352                 addr >> PAGE_SHIFT);
 353         if (ioptex < 0)
 354                 panic("iommu out");
 355
 356         iopte += ioptex;
 357         first = iopte;
 358         end = addr + len;
 359         while(addr < end) {
 360                 page = va;
 361                 {
 362                         pgd_t *pgdp;
 363                         pmd_t *pmdp;
 364                         pte_t *ptep;
 365
 366                         if (viking_mxcc_present)
 367                                 viking_mxcc_flush_page(page);
 368                         else if (viking_flush)
 369                                 viking_flush_page(page);
 370                         else
 371                                 __flush_page_to_ram(page);
 372
 373                         pgdp = pgd_offset(&init_mm, addr);
 374                         pmdp = pmd_offset(pgdp, addr);
 375                         ptep = pte_offset_map(pmdp, addr);
 376
 377                         set_pte(ptep, mk_pte(virt_to_page(page), dvma_prot));
 378                 }
 379                 iopte_val(*iopte++) =
 380                     MKIOPTE(page_to_pfn(virt_to_page(page)), ioperm_noc);
 381                 addr += PAGE_SIZE;
 382                 va += PAGE_SIZE;
 383         }
 384         /* P3: why do we need this?
 385          *
 386          * DAVEM: Because there are several aspects, none of which
 387          *        are handled by a single interface.  Some cpus are
 388          *        completely not I/O DMA coherent, and some have
 389          *        virtually indexed caches.  The driver DMA flushing
 390          *        methods handle the former case, but here during
 391          *        IOMMU page table modifications, and usage of non-cacheable
 392          *        cpu mappings of pages potentially in the cpu caches, we have
 393          *        to handle the latter case as well.
 394          */
 395         flush_cache_all();
 396         iommu_flush_iotlb(first, len >> PAGE_SHIFT);
 397         flush_tlb_all();
 398         iommu_invalidate(iommu->regs);
 399
 400         *dma_handle = iommu->start + (ioptex << PAGE_SHIFT);
 401         return (void *)ret;
 402
 403 out_free_pages:
 404         free_pages(va, get_order(len));
 405         return NULL;
 406 }
 407
 408 static void sbus_iommu_free(struct device *dev, size_t len, void *cpu_addr,
 409                                dma_addr_t busa, unsigned long attrs)
 410 {
 411         struct iommu_struct *iommu = dev->archdata.iommu;
 412         iopte_t *iopte = iommu->page_table;
 413         struct page *page = virt_to_page(cpu_addr);
 414         int ioptex = (busa - iommu->start) >> PAGE_SHIFT;
 415         unsigned long end;
 416
 417         if (!sparc_dma_free_resource(cpu_addr, len))
 418                 return;
 419
 420         BUG_ON((busa & ~PAGE_MASK) != 0);
 421         BUG_ON((len & ~PAGE_MASK) != 0);
 422
 423         iopte += ioptex;
 424         end = busa + len;
 425         while (busa < end) {
 426                 iopte_val(*iopte++) = 0;
 427                 busa += PAGE_SIZE;
 428         }
 429         flush_tlb_all();
 430         iommu_invalidate(iommu->regs);
 431         bit_map_clear(&iommu->usemap, ioptex, len >> PAGE_SHIFT);
 432
 433         __free_pages(page, get_order(len));
 434 }
 435 #endif
 436
 437 static const struct dma_map_ops sbus_iommu_dma_gflush_ops = {
 438 #ifdef CONFIG_SBUS
 439         .alloc                  = sbus_iommu_alloc,
 440         .free                   = sbus_iommu_free,
 441 #endif
 442         .map_page               = sbus_iommu_map_page_gflush,
 443         .unmap_page             = sbus_iommu_unmap_page,
 444         .map_sg                 = sbus_iommu_map_sg_gflush,
 445         .unmap_sg               = sbus_iommu_unmap_sg,
 446 };
 447
 448 static const struct dma_map_ops sbus_iommu_dma_pflush_ops = {
 449 #ifdef CONFIG_SBUS
 450         .alloc                  = sbus_iommu_alloc,
 451         .free                   = sbus_iommu_free,
 452 #endif
 453         .map_page               = sbus_iommu_map_page_pflush,
 454         .unmap_page             = sbus_iommu_unmap_page,
 455         .map_sg                 = sbus_iommu_map_sg_pflush,
 456         .unmap_sg               = sbus_iommu_unmap_sg,
 457 };
 458
 459 void __init ld_mmu_iommu(void)
 460 {
 461         if (flush_page_for_dma_global) {
 462                 /* flush_page_for_dma flushes everything, no matter of what page is it */
 463                 dma_ops = &sbus_iommu_dma_gflush_ops;
 464         } else {
 465                 dma_ops = &sbus_iommu_dma_pflush_ops;
 466         }
 467
 468         if (viking_mxcc_present || srmmu_modtype == HyperSparc) {
 469                 dvma_prot = __pgprot(SRMMU_CACHE | SRMMU_ET_PTE | SRMMU_PRIV);
 470                 ioperm_noc = IOPTE_CACHE | IOPTE_WRITE | IOPTE_VALID;
 471         } else {
 472                 dvma_prot = __pgprot(SRMMU_ET_PTE | SRMMU_PRIV);
 473                 ioperm_noc = IOPTE_WRITE | IOPTE_VALID;
 474         }
 475 }