arch/powerpc/platforms/cell/iommu.c

   1 /*
   2  * IOMMU implementation for Cell Broadband Processor Architecture
   3  *
   4  * (C) Copyright IBM Corporation 2006-2008
   5  *
   6  * Author: Jeremy Kerr <jk@ozlabs.org>
   7  *
   8  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   9  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  10  * the Free Software Foundation; either version 2, or (at your option)
  11  * any later version.
  12  *
  13  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  16  * GNU General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  19  * along with this program; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  21  */
  22
  23 #undef DEBUG
  24
  25 #include <linux/kernel.h>
  26 #include <linux/init.h>
  27 #include <linux/interrupt.h>
  28 #include <linux/notifier.h>
  29 #include <linux/of.h>
  30 #include <linux/of_platform.h>
  31 #include <linux/slab.h>
  32 #include <linux/memblock.h>
  33
  34 #include <asm/prom.h>
  35 #include <asm/iommu.h>
  36 #include <asm/machdep.h>
  37 #include <asm/pci-bridge.h>
  38 #include <asm/udbg.h>
  39 #include <asm/firmware.h>
  40 #include <asm/cell-regs.h>
  41
  42 #include "cell.h"
  43 #include "interrupt.h"
  44
  45 /* Define CELL_IOMMU_REAL_UNMAP to actually unmap non-used pages
  46  * instead of leaving them mapped to some dummy page. This can be
  47  * enabled once the appropriate workarounds for spider bugs have
  48  * been enabled
  49  */
  50 #define CELL_IOMMU_REAL_UNMAP
  51
  52 /* Define CELL_IOMMU_STRICT_PROTECTION to enforce protection of
  53  * IO PTEs based on the transfer direction. That can be enabled
  54  * once spider-net has been fixed to pass the correct direction
  55  * to the DMA mapping functions
  56  */
  57 #define CELL_IOMMU_STRICT_PROTECTION
  58
  59
  60 #define NR_IOMMUS                       2
  61
  62 /* IOC mmap registers */
  63 #define IOC_Reg_Size                    0x2000
  64
  65 #define IOC_IOPT_CacheInvd              0x908
  66 #define IOC_IOPT_CacheInvd_NE_Mask      0xffe0000000000000ul
  67 #define IOC_IOPT_CacheInvd_IOPTE_Mask   0x000003fffffffff8ul
  68 #define IOC_IOPT_CacheInvd_Busy         0x0000000000000001ul
  69
  70 #define IOC_IOST_Origin                 0x918
  71 #define IOC_IOST_Origin_E               0x8000000000000000ul
  72 #define IOC_IOST_Origin_HW              0x0000000000000800ul
  73 #define IOC_IOST_Origin_HL              0x0000000000000400ul
  74
  75 #define IOC_IO_ExcpStat                 0x920
  76 #define IOC_IO_ExcpStat_V               0x8000000000000000ul
  77 #define IOC_IO_ExcpStat_SPF_Mask        0x6000000000000000ul
  78 #define IOC_IO_ExcpStat_SPF_S           0x6000000000000000ul
  79 #define IOC_IO_ExcpStat_SPF_P           0x2000000000000000ul
  80 #define IOC_IO_ExcpStat_ADDR_Mask       0x00000007fffff000ul
  81 #define IOC_IO_ExcpStat_RW_Mask         0x0000000000000800ul
  82 #define IOC_IO_ExcpStat_IOID_Mask       0x00000000000007fful
  83
  84 #define IOC_IO_ExcpMask                 0x928
  85 #define IOC_IO_ExcpMask_SFE             0x4000000000000000ul
  86 #define IOC_IO_ExcpMask_PFE             0x2000000000000000ul
  87
  88 #define IOC_IOCmd_Offset                0x1000
  89
  90 #define IOC_IOCmd_Cfg                   0xc00
  91 #define IOC_IOCmd_Cfg_TE                0x0000800000000000ul
  92
  93
  94 /* Segment table entries */
  95 #define IOSTE_V                 0x8000000000000000ul /* valid */
  96 #define IOSTE_H                 0x4000000000000000ul /* cache hint */
  97 #define IOSTE_PT_Base_RPN_Mask  0x3ffffffffffff000ul /* base RPN of IOPT */
  98 #define IOSTE_NPPT_Mask         0x0000000000000fe0ul /* no. pages in IOPT */
  99 #define IOSTE_PS_Mask           0x0000000000000007ul /* page size */
 100 #define IOSTE_PS_4K             0x0000000000000001ul /*   - 4kB  */
 101 #define IOSTE_PS_64K            0x0000000000000003ul /*   - 64kB */
 102 #define IOSTE_PS_1M             0x0000000000000005ul /*   - 1MB  */
 103 #define IOSTE_PS_16M            0x0000000000000007ul /*   - 16MB */
 104
 105
 106 /* IOMMU sizing */
 107 #define IO_SEGMENT_SHIFT        28
 108 #define IO_PAGENO_BITS(shift)   (IO_SEGMENT_SHIFT - (shift))
 109
 110 /* The high bit needs to be set on every DMA address */
 111 #define SPIDER_DMA_OFFSET       0x80000000ul
 112
 113 struct iommu_window {
 114         struct list_head list;
 115         struct cbe_iommu *iommu;
 116         unsigned long offset;
 117         unsigned long size;
 118         unsigned int ioid;
 119         struct iommu_table table;
 120 };
 121
 122 #define NAMESIZE 8
 123 struct cbe_iommu {
 124         int nid;
 125         char name[NAMESIZE];
 126         void __iomem *xlate_regs;
 127         void __iomem *cmd_regs;
 128         unsigned long *stab;
 129         unsigned long *ptab;
 130         void *pad_page;
 131         struct list_head windows;
 132 };
 133
 134 /* Static array of iommus, one per node
 135  *   each contains a list of windows, keyed from dma_window property
 136  *   - on bus setup, look for a matching window, or create one
 137  *   - on dev setup, assign iommu_table ptr
 138  */
 139 static struct cbe_iommu iommus[NR_IOMMUS];
 140 static int cbe_nr_iommus;
 141
 142 static void invalidate_tce_cache(struct cbe_iommu *iommu, unsigned long *pte,
 143                 long n_ptes)
 144 {
 145         u64 __iomem *reg;
 146         u64 val;
 147         long n;
 148
 149         reg = iommu->xlate_regs + IOC_IOPT_CacheInvd;
 150
 151         while (n_ptes > 0) {
 152                 /* we can invalidate up to 1 << 11 PTEs at once */
 153                 n = min(n_ptes, 1l << 11);
 154                 val = (((n /*- 1*/) << 53) & IOC_IOPT_CacheInvd_NE_Mask)
 155                         | (__pa(pte) & IOC_IOPT_CacheInvd_IOPTE_Mask)
 156                         | IOC_IOPT_CacheInvd_Busy;
 157
 158                 out_be64(reg, val);
 159                 while (in_be64(reg) & IOC_IOPT_CacheInvd_Busy)
 160                         ;
 161
 162                 n_ptes -= n;
 163                 pte += n;
 164         }
 165 }
 166
 167 static int tce_build_cell(struct iommu_table *tbl, long index, long npages,
 168                 unsigned long uaddr, enum dma_data_direction direction,
 169                 unsigned long attrs)
 170 {
 171         int i;
 172         unsigned long *io_pte, base_pte;
 173         struct iommu_window *window =
 174                 container_of(tbl, struct iommu_window, table);
 175
 176         /* implementing proper protection causes problems with the spidernet
 177          * driver - check mapping directions later, but allow read & write by
 178          * default for now.*/
 179 #ifdef CELL_IOMMU_STRICT_PROTECTION
 180         /* to avoid referencing a global, we use a trick here to setup the
 181          * protection bit. "prot" is setup to be 3 fields of 4 bits appended
 182          * together for each of the 3 supported direction values. It is then
 183          * shifted left so that the fields matching the desired direction
 184          * lands on the appropriate bits, and other bits are masked out.
 185          */
 186         const unsigned long prot = 0xc48;
 187         base_pte =
 188                 ((prot << (52 + 4 * direction)) &
 189                  (CBE_IOPTE_PP_W | CBE_IOPTE_PP_R)) |
 190                 CBE_IOPTE_M | CBE_IOPTE_SO_RW |
 191                 (window->ioid & CBE_IOPTE_IOID_Mask);
 192 #else
 193         base_pte = CBE_IOPTE_PP_W | CBE_IOPTE_PP_R | CBE_IOPTE_M |
 194                 CBE_IOPTE_SO_RW | (window->ioid & CBE_IOPTE_IOID_Mask);
 195 #endif
 196         if (unlikely(attrs & DMA_ATTR_WEAK_ORDERING))
 197                 base_pte &= ~CBE_IOPTE_SO_RW;
 198
 199         io_pte = (unsigned long *)tbl->it_base + (index - tbl->it_offset);
 200
 201         for (i = 0; i < npages; i++, uaddr += (1 << tbl->it_page_shift))
 202                 io_pte[i] = base_pte | (__pa(uaddr) & CBE_IOPTE_RPN_Mask);
 203
 204         mb();
 205
 206         invalidate_tce_cache(window->iommu, io_pte, npages);
 207
 208         pr_debug("tce_build_cell(index=%lx,n=%lx,dir=%d,base_pte=%lx)\n",
 209                  index, npages, direction, base_pte);
 210         return 0;
 211 }
 212
 213 static void tce_free_cell(struct iommu_table *tbl, long index, long npages)
 214 {
 215
 216         int i;
 217         unsigned long *io_pte, pte;
 218         struct iommu_window *window =
 219                 container_of(tbl, struct iommu_window, table);
 220
 221         pr_debug("tce_free_cell(index=%lx,n=%lx)\n", index, npages);
 222
 223 #ifdef CELL_IOMMU_REAL_UNMAP
 224         pte = 0;
 225 #else
 226         /* spider bridge does PCI reads after freeing - insert a mapping
 227          * to a scratch page instead of an invalid entry */
 228         pte = CBE_IOPTE_PP_R | CBE_IOPTE_M | CBE_IOPTE_SO_RW |
 229                 __pa(window->iommu->pad_page) |
 230                 (window->ioid & CBE_IOPTE_IOID_Mask);
 231 #endif
 232
 233         io_pte = (unsigned long *)tbl->it_base + (index - tbl->it_offset);
 234
 235         for (i = 0; i < npages; i++)
 236                 io_pte[i] = pte;
 237
 238         mb();
 239
 240         invalidate_tce_cache(window->iommu, io_pte, npages);
 241 }
 242
 243 static irqreturn_t ioc_interrupt(int irq, void *data)
 244 {
 245         unsigned long stat, spf;
 246         struct cbe_iommu *iommu = data;
 247
 248         stat = in_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IO_ExcpStat);
 249         spf = stat & IOC_IO_ExcpStat_SPF_Mask;
 250
 251         /* Might want to rate limit it */
 252         printk(KERN_ERR "iommu: DMA exception 0x%016lx\n", stat);
 253         printk(KERN_ERR "  V=%d, SPF=[%c%c], RW=%s, IOID=0x%04x\n",
 254                !!(stat & IOC_IO_ExcpStat_V),
 255                (spf == IOC_IO_ExcpStat_SPF_S) ? 'S' : ' ',
 256                (spf == IOC_IO_ExcpStat_SPF_P) ? 'P' : ' ',
 257                (stat & IOC_IO_ExcpStat_RW_Mask) ? "Read" : "Write",
 258                (unsigned int)(stat & IOC_IO_ExcpStat_IOID_Mask));
 259         printk(KERN_ERR "  page=0x%016lx\n",
 260                stat & IOC_IO_ExcpStat_ADDR_Mask);
 261
 262         /* clear interrupt */
 263         stat &= ~IOC_IO_ExcpStat_V;
 264         out_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IO_ExcpStat, stat);
 265
 266         return IRQ_HANDLED;
 267 }
 268
 269 static int cell_iommu_find_ioc(int nid, unsigned long *base)
 270 {
 271         struct device_node *np;
 272         struct resource r;
 273
 274         *base = 0;
 275
 276         /* First look for new style /be nodes */
 277         for_each_node_by_name(np, "ioc") {
 278                 if (of_node_to_nid(np) != nid)
 279                         continue;
 280                 if (of_address_to_resource(np, 0, &r)) {
 281                         printk(KERN_ERR "iommu: can't get address for %pOF\n",
 282                                np);
 283                         continue;
 284                 }
 285                 *base = r.start;
 286                 of_node_put(np);
 287                 return 0;
 288         }
 289
 290         /* Ok, let's try the old way */
 291         for_each_node_by_type(np, "cpu") {
 292                 const unsigned int *nidp;
 293                 const unsigned long *tmp;
 294
 295                 nidp = of_get_property(np, "node-id", NULL);
 296                 if (nidp && *nidp == nid) {
 297                         tmp = of_get_property(np, "ioc-translation", NULL);
 298                         if (tmp) {
 299                                 *base = *tmp;
 300                                 of_node_put(np);
 301                                 return 0;
 302                         }
 303                 }
 304         }
 305
 306         return -ENODEV;
 307 }
 308
 309 static void cell_iommu_setup_stab(struct cbe_iommu *iommu,
 310                                 unsigned long dbase, unsigned long dsize,
 311                                 unsigned long fbase, unsigned long fsize)
 312 {
 313         struct page *page;
 314         unsigned long segments, stab_size;
 315
 316         segments = max(dbase + dsize, fbase + fsize) >> IO_SEGMENT_SHIFT;
 317
 318         pr_debug("%s: iommu[%d]: segments: %lu\n",
 319                         __func__, iommu->nid, segments);
 320
 321         /* set up the segment table */
 322         stab_size = segments * sizeof(unsigned long);
 323         page = alloc_pages_node(iommu->nid, GFP_KERNEL, get_order(stab_size));
 324         BUG_ON(!page);
 325         iommu->stab = page_address(page);
 326         memset(iommu->stab, 0, stab_size);
 327 }
 328
 329 static unsigned long *cell_iommu_alloc_ptab(struct cbe_iommu *iommu,
 330                 unsigned long base, unsigned long size, unsigned long gap_base,
 331                 unsigned long gap_size, unsigned long page_shift)
 332 {
 333         struct page *page;
 334         int i;
 335         unsigned long reg, segments, pages_per_segment, ptab_size,
 336                       n_pte_pages, start_seg, *ptab;
 337
 338         start_seg = base >> IO_SEGMENT_SHIFT;
 339         segments  = size >> IO_SEGMENT_SHIFT;
 340         pages_per_segment = 1ull << IO_PAGENO_BITS(page_shift);
 341         /* PTEs for each segment must start on a 4K boundary */
 342         pages_per_segment = max(pages_per_segment,
 343                                 (1 << 12) / sizeof(unsigned long));
 344
 345         ptab_size = segments * pages_per_segment * sizeof(unsigned long);
 346         pr_debug("%s: iommu[%d]: ptab_size: %lu, order: %d\n", __func__,
 347                         iommu->nid, ptab_size, get_order(ptab_size));
 348         page = alloc_pages_node(iommu->nid, GFP_KERNEL, get_order(ptab_size));
 349         BUG_ON(!page);
 350
 351         ptab = page_address(page);
 352         memset(ptab, 0, ptab_size);
 353
 354         /* number of 4K pages needed for a page table */
 355         n_pte_pages = (pages_per_segment * sizeof(unsigned long)) >> 12;
 356
 357         pr_debug("%s: iommu[%d]: stab at %p, ptab at %p, n_pte_pages: %lu\n",
 358                         __func__, iommu->nid, iommu->stab, ptab,
 359                         n_pte_pages);
 360
 361         /* initialise the STEs */
 362         reg = IOSTE_V | ((n_pte_pages - 1) << 5);
 363
 364         switch (page_shift) {
 365         case 12: reg |= IOSTE_PS_4K;  break;
 366         case 16: reg |= IOSTE_PS_64K; break;
 367         case 20: reg |= IOSTE_PS_1M;  break;
 368         case 24: reg |= IOSTE_PS_16M; break;
 369         default: BUG();
 370         }
 371
 372         gap_base = gap_base >> IO_SEGMENT_SHIFT;
 373         gap_size = gap_size >> IO_SEGMENT_SHIFT;
 374
 375         pr_debug("Setting up IOMMU stab:\n");
 376         for (i = start_seg; i < (start_seg + segments); i++) {
 377                 if (i >= gap_base && i < (gap_base + gap_size)) {
 378                         pr_debug("\toverlap at %d, skipping\n", i);
 379                         continue;
 380                 }
 381                 iommu->stab[i] = reg | (__pa(ptab) + (n_pte_pages << 12) *
 382                                         (i - start_seg));
 383                 pr_debug("\t[%d] 0x%016lx\n", i, iommu->stab[i]);
 384         }
 385
 386         return ptab;
 387 }
 388
 389 static void cell_iommu_enable_hardware(struct cbe_iommu *iommu)
 390 {
 391         int ret;
 392         unsigned long reg, xlate_base;
 393         unsigned int virq;
 394
 395         if (cell_iommu_find_ioc(iommu->nid, &xlate_base))
 396                 panic("%s: missing IOC register mappings for node %d\n",
 397                       __func__, iommu->nid);
 398
 399         iommu->xlate_regs = ioremap(xlate_base, IOC_Reg_Size);
 400         iommu->cmd_regs = iommu->xlate_regs + IOC_IOCmd_Offset;
 401
 402         /* ensure that the STEs have updated */
 403         mb();
 404
 405         /* setup interrupts for the iommu. */
 406         reg = in_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IO_ExcpStat);
 407         out_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IO_ExcpStat,
 408                         reg & ~IOC_IO_ExcpStat_V);
 409         out_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IO_ExcpMask,
 410                         IOC_IO_ExcpMask_PFE | IOC_IO_ExcpMask_SFE);
 411
 412         virq = irq_create_mapping(NULL,
 413                         IIC_IRQ_IOEX_ATI | (iommu->nid << IIC_IRQ_NODE_SHIFT));
 414         BUG_ON(!virq);
 415
 416         ret = request_irq(virq, ioc_interrupt, 0, iommu->name, iommu);
 417         BUG_ON(ret);
 418
 419         /* set the IOC segment table origin register (and turn on the iommu) */
 420         reg = IOC_IOST_Origin_E | __pa(iommu->stab) | IOC_IOST_Origin_HW;
 421         out_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IOST_Origin, reg);
 422         in_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IOST_Origin);
 423
 424         /* turn on IO translation */
 425         reg = in_be64(iommu->cmd_regs + IOC_IOCmd_Cfg) | IOC_IOCmd_Cfg_TE;
 426         out_be64(iommu->cmd_regs + IOC_IOCmd_Cfg, reg);
 427 }
 428
 429 static void cell_iommu_setup_hardware(struct cbe_iommu *iommu,
 430         unsigned long base, unsigned long size)
 431 {
 432         cell_iommu_setup_stab(iommu, base, size, 0, 0);
 433         iommu->ptab = cell_iommu_alloc_ptab(iommu, base, size, 0, 0,
 434                                             IOMMU_PAGE_SHIFT_4K);
 435         cell_iommu_enable_hardware(iommu);
 436 }
 437
 438 #if 0/* Unused for now */
 439 static struct iommu_window *find_window(struct cbe_iommu *iommu,
 440                 unsigned long offset, unsigned long size)
 441 {
 442         struct iommu_window *window;
 443
 444         /* todo: check for overlapping (but not equal) windows) */
 445
 446         list_for_each_entry(window, &(iommu->windows), list) {
 447                 if (window->offset == offset && window->size == size)
 448                         return window;
 449         }
 450
 451         return NULL;
 452 }
 453 #endif
 454
 455 static inline u32 cell_iommu_get_ioid(struct device_node *np)
 456 {
 457         const u32 *ioid;
 458
 459         ioid = of_get_property(np, "ioid", NULL);
 460         if (ioid == NULL) {
 461                 printk(KERN_WARNING "iommu: missing ioid for %pOF using 0\n",
 462                        np);
 463                 return 0;
 464         }
 465
 466         return *ioid;
 467 }
 468
 469 static struct iommu_table_ops cell_iommu_ops = {
 470         .set = tce_build_cell,
 471         .clear = tce_free_cell
 472 };
 473
 474 static struct iommu_window * __init
 475 cell_iommu_setup_window(struct cbe_iommu *iommu, struct device_node *np,
 476                         unsigned long offset, unsigned long size,
 477                         unsigned long pte_offset)
 478 {
 479         struct iommu_window *window;
 480         struct page *page;
 481         u32 ioid;
 482
 483         ioid = cell_iommu_get_ioid(np);
 484
 485         window = kzalloc_node(sizeof(*window), GFP_KERNEL, iommu->nid);
 486         BUG_ON(window == NULL);
 487
 488         window->offset = offset;
 489         window->size = size;
 490         window->ioid = ioid;
 491         window->iommu = iommu;
 492
 493         window->table.it_blocksize = 16;
 494         window->table.it_base = (unsigned long)iommu->ptab;
 495         window->table.it_index = iommu->nid;
 496         window->table.it_page_shift = IOMMU_PAGE_SHIFT_4K;
 497         window->table.it_offset =
 498                 (offset >> window->table.it_page_shift) + pte_offset;
 499         window->table.it_size = size >> window->table.it_page_shift;
 500         window->table.it_ops = &cell_iommu_ops;
 501
 502         iommu_init_table(&window->table, iommu->nid);
 503
 504         pr_debug("\tioid      %d\n", window->ioid);
 505         pr_debug("\tblocksize %ld\n", window->table.it_blocksize);
 506         pr_debug("\tbase      0x%016lx\n", window->table.it_base);
 507         pr_debug("\toffset    0x%lx\n", window->table.it_offset);
 508         pr_debug("\tsize      %ld\n", window->table.it_size);
 509
 510         list_add(&window->list, &iommu->windows);
 511
 512         if (offset != 0)
 513                 return window;
 514
 515         /* We need to map and reserve the first IOMMU page since it's used
 516          * by the spider workaround. In theory, we only need to do that when
 517          * running on spider but it doesn't really matter.
 518          *
 519          * This code also assumes that we have a window that starts at 0,
 520          * which is the case on all spider based blades.
 521          */
 522         page = alloc_pages_node(iommu->nid, GFP_KERNEL, 0);
 523         BUG_ON(!page);
 524         iommu->pad_page = page_address(page);
 525         clear_page(iommu->pad_page);
 526
 527         __set_bit(0, window->table.it_map);
 528         tce_build_cell(&window->table, window->table.it_offset, 1,
 529                        (unsigned long)iommu->pad_page, DMA_TO_DEVICE, 0);
 530
 531         return window;
 532 }
 533
 534 static struct cbe_iommu *cell_iommu_for_node(int nid)
 535 {
 536         int i;
 537
 538         for (i = 0; i < cbe_nr_iommus; i++)
 539                 if (iommus[i].nid == nid)
 540                         return &iommus[i];
 541         return NULL;
 542 }
 543
 544 static unsigned long cell_dma_nommu_offset;
 545
 546 static unsigned long dma_iommu_fixed_base;
 547
 548 /* iommu_fixed_is_weak is set if booted with iommu_fixed=weak */
 549 bool iommu_fixed_is_weak;
 550
 551 static struct iommu_table *cell_get_iommu_table(struct device *dev)
 552 {
 553         struct iommu_window *window;
 554         struct cbe_iommu *iommu;
 555
 556         /* Current implementation uses the first window available in that
 557          * node's iommu. We -might- do something smarter later though it may
 558          * never be necessary
 559          */
 560         iommu = cell_iommu_for_node(dev_to_node(dev));
 561         if (iommu == NULL || list_empty(&iommu->windows)) {
 562                 dev_err(dev, "iommu: missing iommu for %pOF (node %d)\n",
 563                        dev->of_node, dev_to_node(dev));
 564                 return NULL;
 565         }
 566         window = list_entry(iommu->windows.next, struct iommu_window, list);
 567
 568         return &window->table;
 569 }
 570
 571 static u64 cell_iommu_get_fixed_address(struct device *dev);
 572
 573 static void cell_dma_dev_setup(struct device *dev)
 574 {
 575         if (get_pci_dma_ops() == &dma_iommu_ops) {
 576                 u64 addr = cell_iommu_get_fixed_address(dev);
 577
 578                 if (addr != OF_BAD_ADDR)
 579                         set_dma_offset(dev, addr + dma_iommu_fixed_base);
 580                 set_iommu_table_base(dev, cell_get_iommu_table(dev));
 581         } else if (get_pci_dma_ops() == &dma_nommu_ops) {
 582                 set_dma_offset(dev, cell_dma_nommu_offset);
 583         } else {
 584                 BUG();
 585         }
 586 }
 587
 588 static void cell_pci_dma_dev_setup(struct pci_dev *dev)
 589 {
 590         cell_dma_dev_setup(&dev->dev);
 591 }
 592
 593 static int cell_of_bus_notify(struct notifier_block *nb, unsigned long action,
 594                               void *data)
 595 {
 596         struct device *dev = data;
 597
 598         /* We are only intereted in device addition */
 599         if (action != BUS_NOTIFY_ADD_DEVICE)
 600                 return 0;
 601
 602         /* We use the PCI DMA ops */
 603         dev->dma_ops = get_pci_dma_ops();
 604
 605         cell_dma_dev_setup(dev);
 606
 607         return 0;
 608 }
 609
 610 static struct notifier_block cell_of_bus_notifier = {
 611         .notifier_call = cell_of_bus_notify
 612 };
 613
 614 static int __init cell_iommu_get_window(struct device_node *np,
 615                                          unsigned long *base,
 616                                          unsigned long *size)
 617 {
 618         const __be32 *dma_window;
 619         unsigned long index;
 620
 621         /* Use ibm,dma-window if available, else, hard code ! */
 622         dma_window = of_get_property(np, "ibm,dma-window", NULL);
 623         if (dma_window == NULL) {
 624                 *base = 0;
 625                 *size = 0x80000000u;
 626                 return -ENODEV;
 627         }
 628
 629         of_parse_dma_window(np, dma_window, &index, base, size);
 630         return 0;
 631 }
 632
 633 static struct cbe_iommu * __init cell_iommu_alloc(struct device_node *np)
 634 {
 635         struct cbe_iommu *iommu;
 636         int nid, i;
 637
 638         /* Get node ID */
 639         nid = of_node_to_nid(np);
 640         if (nid < 0) {
 641                 printk(KERN_ERR "iommu: failed to get node for %pOF\n",
 642                        np);
 643                 return NULL;
 644         }
 645         pr_debug("iommu: setting up iommu for node %d (%pOF)\n",
 646                  nid, np);
 647
 648         /* XXX todo: If we can have multiple windows on the same IOMMU, which
 649          * isn't the case today, we probably want here to check whether the
 650          * iommu for that node is already setup.
 651          * However, there might be issue with getting the size right so let's
 652          * ignore that for now. We might want to completely get rid of the
 653          * multiple window support since the cell iommu supports per-page ioids
 654          */
 655
 656         if (cbe_nr_iommus >= NR_IOMMUS) {
 657                 printk(KERN_ERR "iommu: too many IOMMUs detected ! (%pOF)\n",
 658                        np);
 659                 return NULL;
 660         }
 661
 662         /* Init base fields */
 663         i = cbe_nr_iommus++;
 664         iommu = &iommus[i];
 665         iommu->stab = NULL;
 666         iommu->nid = nid;
 667         snprintf(iommu->name, sizeof(iommu->name), "iommu%d", i);
 668         INIT_LIST_HEAD(&iommu->windows);
 669
 670         return iommu;
 671 }
 672
 673 static void __init cell_iommu_init_one(struct device_node *np,
 674                                        unsigned long offset)
 675 {
 676         struct cbe_iommu *iommu;
 677         unsigned long base, size;
 678
 679         iommu = cell_iommu_alloc(np);
 680         if (!iommu)
 681                 return;
 682
 683         /* Obtain a window for it */
 684         cell_iommu_get_window(np, &base, &size);
 685
 686         pr_debug("\ttranslating window 0x%lx...0x%lx\n",
 687                  base, base + size - 1);
 688
 689         /* Initialize the hardware */
 690         cell_iommu_setup_hardware(iommu, base, size);
 691
 692         /* Setup the iommu_table */
 693         cell_iommu_setup_window(iommu, np, base, size,
 694                                 offset >> IOMMU_PAGE_SHIFT_4K);
 695 }
 696
 697 static void __init cell_disable_iommus(void)
 698 {
 699         int node;
 700         unsigned long base, val;
 701         void __iomem *xregs, *cregs;
 702
 703         /* Make sure IOC translation is disabled on all nodes */
 704         for_each_online_node(node) {
 705                 if (cell_iommu_find_ioc(node, &base))
 706                         continue;
 707                 xregs = ioremap(base, IOC_Reg_Size);
 708                 if (xregs == NULL)
 709                         continue;
 710                 cregs = xregs + IOC_IOCmd_Offset;
 711
 712                 pr_debug("iommu: cleaning up iommu on node %d\n", node);
 713
 714                 out_be64(xregs + IOC_IOST_Origin, 0);
 715                 (void)in_be64(xregs + IOC_IOST_Origin);
 716                 val = in_be64(cregs + IOC_IOCmd_Cfg);
 717                 val &= ~IOC_IOCmd_Cfg_TE;
 718                 out_be64(cregs + IOC_IOCmd_Cfg, val);
 719                 (void)in_be64(cregs + IOC_IOCmd_Cfg);
 720
 721                 iounmap(xregs);
 722         }
 723 }
 724
 725 static int __init cell_iommu_init_disabled(void)
 726 {
 727         struct device_node *np = NULL;
 728         unsigned long base = 0, size;
 729
 730         /* When no iommu is present, we use direct DMA ops */
 731         set_pci_dma_ops(&dma_nommu_ops);
 732
 733         /* First make sure all IOC translation is turned off */
 734         cell_disable_iommus();
 735
 736         /* If we have no Axon, we set up the spider DMA magic offset */
 737         if (of_find_node_by_name(NULL, "axon") == NULL)
 738                 cell_dma_nommu_offset = SPIDER_DMA_OFFSET;
 739
 740         /* Now we need to check to see where the memory is mapped
 741          * in PCI space. We assume that all busses use the same dma
 742          * window which is always the case so far on Cell, thus we
 743          * pick up the first pci-internal node we can find and check
 744          * the DMA window from there.
 745          */
 746         for_each_node_by_name(np, "axon") {
 747                 if (np->parent == NULL || np->parent->parent != NULL)
 748                         continue;
 749                 if (cell_iommu_get_window(np, &base, &size) == 0)
 750                         break;
 751         }
 752         if (np == NULL) {
 753                 for_each_node_by_name(np, "pci-internal") {
 754                         if (np->parent == NULL || np->parent->parent != NULL)
 755                                 continue;
 756                         if (cell_iommu_get_window(np, &base, &size) == 0)
 757                                 break;
 758                 }
 759         }
 760         of_node_put(np);
 761
 762         /* If we found a DMA window, we check if it's big enough to enclose
 763          * all of physical memory. If not, we force enable IOMMU
 764          */
 765         if (np && size < memblock_end_of_DRAM()) {
 766                 printk(KERN_WARNING "iommu: force-enabled, dma window"
 767                        " (%ldMB) smaller than total memory (%lldMB)\n",
 768                        size >> 20, memblock_end_of_DRAM() >> 20);
 769                 return -ENODEV;
 770         }
 771
 772         cell_dma_nommu_offset += base;
 773
 774         if (cell_dma_nommu_offset != 0)
 775                 cell_pci_controller_ops.dma_dev_setup = cell_pci_dma_dev_setup;
 776
 777         printk("iommu: disabled, direct DMA offset is 0x%lx\n",
 778                cell_dma_nommu_offset);
 779
 780         return 0;
 781 }
 782
 783 /*
 784  *  Fixed IOMMU mapping support
 785  *
 786  *  This code adds support for setting up a fixed IOMMU mapping on certain
 787  *  cell machines. For 64-bit devices this avoids the performance overhead of
 788  *  mapping and unmapping pages at runtime. 32-bit devices are unable to use
 789  *  the fixed mapping.
 790  *
 791  *  The fixed mapping is established at boot, and maps all of physical memory
 792  *  1:1 into device space at some offset. On machines with < 30 GB of memory
 793  *  we setup the fixed mapping immediately above the normal IOMMU window.
 794  *
 795  *  For example a machine with 4GB of memory would end up with the normal
 796  *  IOMMU window from 0-2GB and the fixed mapping window from 2GB to 6GB. In
 797  *  this case a 64-bit device wishing to DMA to 1GB would be told to DMA to
 798  *  3GB, plus any offset required by firmware. The firmware offset is encoded
 799  *  in the "dma-ranges" property.
 800  *
 801  *  On machines with 30GB or more of memory, we are unable to place the fixed
 802  *  mapping above the normal IOMMU window as we would run out of address space.
 803  *  Instead we move the normal IOMMU window to coincide with the hash page
 804  *  table, this region does not need to be part of the fixed mapping as no
 805  *  device should ever be DMA'ing to it. We then setup the fixed mapping
 806  *  from 0 to 32GB.
 807  */
 808
 809 static u64 cell_iommu_get_fixed_address(struct device *dev)
 810 {
 811         u64 cpu_addr, size, best_size, dev_addr = OF_BAD_ADDR;
 812         struct device_node *np;
 813         const u32 *ranges = NULL;
 814         int i, len, best, naddr, nsize, pna, range_size;
 815
 816         /* We can be called for platform devices that have no of_node */
 817         np = of_node_get(dev->of_node);
 818         if (!np)
 819                 goto out;
 820
 821         while (1) {
 822                 naddr = of_n_addr_cells(np);
 823                 nsize = of_n_size_cells(np);
 824                 np = of_get_next_parent(np);
 825                 if (!np)
 826                         break;
 827
 828                 ranges = of_get_property(np, "dma-ranges", &len);
 829
 830                 /* Ignore empty ranges, they imply no translation required */
 831                 if (ranges && len > 0)
 832                         break;
 833         }
 834
 835         if (!ranges) {
 836                 dev_dbg(dev, "iommu: no dma-ranges found\n");
 837                 goto out;
 838         }
 839
 840         len /= sizeof(u32);
 841
 842         pna = of_n_addr_cells(np);
 843         range_size = naddr + nsize + pna;
 844
 845         /* dma-ranges format:
 846          * child addr   : naddr cells
 847          * parent addr  : pna cells
 848          * size         : nsize cells
 849          */
 850         for (i = 0, best = -1, best_size = 0; i < len; i += range_size) {
 851                 cpu_addr = of_translate_dma_address(np, ranges + i + naddr);
 852                 size = of_read_number(ranges + i + naddr + pna, nsize);
 853
 854                 if (cpu_addr == 0 && size > best_size) {
 855                         best = i;
 856                         best_size = size;
 857                 }
 858         }
 859
 860         if (best >= 0) {
 861                 dev_addr = of_read_number(ranges + best, naddr);
 862         } else
 863                 dev_dbg(dev, "iommu: no suitable range found!\n");
 864
 865 out:
 866         of_node_put(np);
 867
 868         return dev_addr;
 869 }
 870
 871 static bool cell_pci_iommu_bypass_supported(struct pci_dev *pdev, u64 mask)
 872 {
 873         return mask == DMA_BIT_MASK(64) &&
 874                 cell_iommu_get_fixed_address(&pdev->dev) != OF_BAD_ADDR;
 875 }
 876
 877 static void insert_16M_pte(unsigned long addr, unsigned long *ptab,
 878                            unsigned long base_pte)
 879 {
 880         unsigned long segment, offset;
 881
 882         segment = addr >> IO_SEGMENT_SHIFT;
 883         offset = (addr >> 24) - (segment << IO_PAGENO_BITS(24));
 884         ptab = ptab + (segment * (1 << 12) / sizeof(unsigned long));
 885
 886         pr_debug("iommu: addr %lx ptab %p segment %lx offset %lx\n",
 887                   addr, ptab, segment, offset);
 888
 889         ptab[offset] = base_pte | (__pa(addr) & CBE_IOPTE_RPN_Mask);
 890 }
 891
 892 static void cell_iommu_setup_fixed_ptab(struct cbe_iommu *iommu,
 893         struct device_node *np, unsigned long dbase, unsigned long dsize,
 894         unsigned long fbase, unsigned long fsize)
 895 {
 896         unsigned long base_pte, uaddr, ioaddr, *ptab;
 897
 898         ptab = cell_iommu_alloc_ptab(iommu, fbase, fsize, dbase, dsize, 24);
 899
 900         dma_iommu_fixed_base = fbase;
 901
 902         pr_debug("iommu: mapping 0x%lx pages from 0x%lx\n", fsize, fbase);
 903
 904         base_pte = CBE_IOPTE_PP_W | CBE_IOPTE_PP_R | CBE_IOPTE_M |
 905                 (cell_iommu_get_ioid(np) & CBE_IOPTE_IOID_Mask);
 906
 907         if (iommu_fixed_is_weak)
 908                 pr_info("IOMMU: Using weak ordering for fixed mapping\n");
 909         else {
 910                 pr_info("IOMMU: Using strong ordering for fixed mapping\n");
 911                 base_pte |= CBE_IOPTE_SO_RW;
 912         }
 913
 914         for (uaddr = 0; uaddr < fsize; uaddr += (1 << 24)) {
 915                 /* Don't touch the dynamic region */
 916                 ioaddr = uaddr + fbase;
 917                 if (ioaddr >= dbase && ioaddr < (dbase + dsize)) {
 918                         pr_debug("iommu: fixed/dynamic overlap, skipping\n");
 919                         continue;
 920                 }
 921
 922                 insert_16M_pte(uaddr, ptab, base_pte);
 923         }
 924
 925         mb();
 926 }
 927
 928 static int __init cell_iommu_fixed_mapping_init(void)
 929 {
 930         unsigned long dbase, dsize, fbase, fsize, hbase, hend;
 931         struct cbe_iommu *iommu;
 932         struct device_node *np;
 933
 934         /* The fixed mapping is only supported on axon machines */
 935         np = of_find_node_by_name(NULL, "axon");
 936         of_node_put(np);
 937
 938         if (!np) {
 939                 pr_debug("iommu: fixed mapping disabled, no axons found\n");
 940                 return -1;
 941         }
 942
 943         /* We must have dma-ranges properties for fixed mapping to work */
 944         np = of_find_node_with_property(NULL, "dma-ranges");
 945         of_node_put(np);
 946
 947         if (!np) {
 948                 pr_debug("iommu: no dma-ranges found, no fixed mapping\n");
 949                 return -1;
 950         }
 951
 952         /* The default setup is to have the fixed mapping sit after the
 953          * dynamic region, so find the top of the largest IOMMU window
 954          * on any axon, then add the size of RAM and that's our max value.
 955          * If that is > 32GB we have to do other shennanigans.
 956          */
 957         fbase = 0;
 958         for_each_node_by_name(np, "axon") {
 959                 cell_iommu_get_window(np, &dbase, &dsize);
 960                 fbase = max(fbase, dbase + dsize);
 961         }
 962
 963         fbase = _ALIGN_UP(fbase, 1 << IO_SEGMENT_SHIFT);
 964         fsize = memblock_phys_mem_size();
 965
 966         if ((fbase + fsize) <= 0x800000000ul)
 967                 hbase = 0; /* use the device tree window */
 968         else {
 969                 /* If we're over 32 GB we need to cheat. We can't map all of
 970                  * RAM with the fixed mapping, and also fit the dynamic
 971                  * region. So try to place the dynamic region where the hash
 972                  * table sits, drivers never need to DMA to it, we don't
 973                  * need a fixed mapping for that area.
 974                  */
 975                 if (!htab_address) {
 976                         pr_debug("iommu: htab is NULL, on LPAR? Huh?\n");
 977                         return -1;
 978                 }
 979                 hbase = __pa(htab_address);
 980                 hend  = hbase + htab_size_bytes;
 981
 982                 /* The window must start and end on a segment boundary */
 983                 if ((hbase != _ALIGN_UP(hbase, 1 << IO_SEGMENT_SHIFT)) ||
 984                     (hend != _ALIGN_UP(hend, 1 << IO_SEGMENT_SHIFT))) {
 985                         pr_debug("iommu: hash window not segment aligned\n");
 986                         return -1;
 987                 }
 988
 989                 /* Check the hash window fits inside the real DMA window */
 990                 for_each_node_by_name(np, "axon") {
 991                         cell_iommu_get_window(np, &dbase, &dsize);
 992
 993                         if (hbase < dbase || (hend > (dbase + dsize))) {
 994                                 pr_debug("iommu: hash window doesn't fit in"
 995                                          "real DMA window\n");
 996                                 return -1;
 997                         }
 998                 }
 999
1000                 fbase = 0;
1001         }
1002
1003         /* Setup the dynamic regions */
1004         for_each_node_by_name(np, "axon") {
1005                 iommu = cell_iommu_alloc(np);
1006                 BUG_ON(!iommu);
1007
1008                 if (hbase == 0)
1009                         cell_iommu_get_window(np, &dbase, &dsize);
1010                 else {
1011                         dbase = hbase;
1012                         dsize = htab_size_bytes;
1013                 }
1014
1015                 printk(KERN_DEBUG "iommu: node %d, dynamic window 0x%lx-0x%lx "
1016                         "fixed window 0x%lx-0x%lx\n", iommu->nid, dbase,
1017                          dbase + dsize, fbase, fbase + fsize);
1018
1019                 cell_iommu_setup_stab(iommu, dbase, dsize, fbase, fsize);
1020                 iommu->ptab = cell_iommu_alloc_ptab(iommu, dbase, dsize, 0, 0,
1021                                                     IOMMU_PAGE_SHIFT_4K);
1022                 cell_iommu_setup_fixed_ptab(iommu, np, dbase, dsize,
1023                                              fbase, fsize);
1024                 cell_iommu_enable_hardware(iommu);
1025                 cell_iommu_setup_window(iommu, np, dbase, dsize, 0);
1026         }
1027
1028         cell_pci_controller_ops.iommu_bypass_supported =
1029                 cell_pci_iommu_bypass_supported;
1030         return 0;
1031 }
1032
1033 static int iommu_fixed_disabled;
1034
1035 static int __init setup_iommu_fixed(char *str)
1036 {
1037         struct device_node *pciep;
1038
1039         if (strcmp(str, "off") == 0)
1040                 iommu_fixed_disabled = 1;
1041
1042         /* If we can find a pcie-endpoint in the device tree assume that
1043          * we're on a triblade or a CAB so by default the fixed mapping
1044          * should be set to be weakly ordered; but only if the boot
1045          * option WASN'T set for strong ordering
1046          */
1047         pciep = of_find_node_by_type(NULL, "pcie-endpoint");
1048
1049         if (strcmp(str, "weak") == 0 || (pciep && strcmp(str, "strong") != 0))
1050                 iommu_fixed_is_weak = true;
1051
1052         of_node_put(pciep);
1053
1054         return 1;
1055 }
1056 __setup("iommu_fixed=", setup_iommu_fixed);
1057
1058 static int __init cell_iommu_init(void)
1059 {
1060         struct device_node *np;
1061
1062         /* If IOMMU is disabled or we have little enough RAM to not need
1063          * to enable it, we setup a direct mapping.
1064          *
1065          * Note: should we make sure we have the IOMMU actually disabled ?
1066          */
1067         if (iommu_is_off ||
1068             (!iommu_force_on && memblock_end_of_DRAM() <= 0x80000000ull))
1069                 if (cell_iommu_init_disabled() == 0)
1070                         goto bail;
1071
1072         /* Setup various callbacks */
1073         cell_pci_controller_ops.dma_dev_setup = cell_pci_dma_dev_setup;
1074
1075         if (!iommu_fixed_disabled && cell_iommu_fixed_mapping_init() == 0)
1076                 goto done;
1077
1078         /* Create an iommu for each /axon node.  */
1079         for_each_node_by_name(np, "axon") {
1080                 if (np->parent == NULL || np->parent->parent != NULL)
1081                         continue;
1082                 cell_iommu_init_one(np, 0);
1083         }
1084
1085         /* Create an iommu for each toplevel /pci-internal node for
1086          * old hardware/firmware
1087          */
1088         for_each_node_by_name(np, "pci-internal") {
1089                 if (np->parent == NULL || np->parent->parent != NULL)
1090                         continue;
1091                 cell_iommu_init_one(np, SPIDER_DMA_OFFSET);
1092         }
1093  done:
1094         /* Setup default PCI iommu ops */
1095         set_pci_dma_ops(&dma_iommu_ops);
1096
1097  bail:
1098         /* Register callbacks on OF platform device addition/removal
1099          * to handle linking them to the right DMA operations
1100          */
1101         bus_register_notifier(&platform_bus_type, &cell_of_bus_notifier);
1102
1103         return 0;
1104 }
1105 machine_arch_initcall(cell, cell_iommu_init);