]> asedeno.scripts.mit.edu Git - linux.git/blob - arch/s390/pci/pci_dma.c
Merge branch 'for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/s390/linux
[linux.git] / arch / s390 / pci / pci_dma.c
1 /*
2  * Copyright IBM Corp. 2012
3  *
4  * Author(s):
5  *   Jan Glauber <jang@linux.vnet.ibm.com>
6  */
7
8 #include <linux/kernel.h>
9 #include <linux/slab.h>
10 #include <linux/export.h>
11 #include <linux/iommu-helper.h>
12 #include <linux/dma-mapping.h>
13 #include <linux/vmalloc.h>
14 #include <linux/pci.h>
15 #include <asm/pci_dma.h>
16
17 static struct kmem_cache *dma_region_table_cache;
18 static struct kmem_cache *dma_page_table_cache;
19 static int s390_iommu_strict;
20
21 static int zpci_refresh_global(struct zpci_dev *zdev)
22 {
23         return zpci_refresh_trans((u64) zdev->fh << 32, zdev->start_dma,
24                                   zdev->iommu_pages * PAGE_SIZE);
25 }
26
27 unsigned long *dma_alloc_cpu_table(void)
28 {
29         unsigned long *table, *entry;
30
31         table = kmem_cache_alloc(dma_region_table_cache, GFP_ATOMIC);
32         if (!table)
33                 return NULL;
34
35         for (entry = table; entry < table + ZPCI_TABLE_ENTRIES; entry++)
36                 *entry = ZPCI_TABLE_INVALID;
37         return table;
38 }
39
40 static void dma_free_cpu_table(void *table)
41 {
42         kmem_cache_free(dma_region_table_cache, table);
43 }
44
45 static unsigned long *dma_alloc_page_table(void)
46 {
47         unsigned long *table, *entry;
48
49         table = kmem_cache_alloc(dma_page_table_cache, GFP_ATOMIC);
50         if (!table)
51                 return NULL;
52
53         for (entry = table; entry < table + ZPCI_PT_ENTRIES; entry++)
54                 *entry = ZPCI_PTE_INVALID;
55         return table;
56 }
57
58 static void dma_free_page_table(void *table)
59 {
60         kmem_cache_free(dma_page_table_cache, table);
61 }
62
63 static unsigned long *dma_get_seg_table_origin(unsigned long *entry)
64 {
65         unsigned long *sto;
66
67         if (reg_entry_isvalid(*entry))
68                 sto = get_rt_sto(*entry);
69         else {
70                 sto = dma_alloc_cpu_table();
71                 if (!sto)
72                         return NULL;
73
74                 set_rt_sto(entry, sto);
75                 validate_rt_entry(entry);
76                 entry_clr_protected(entry);
77         }
78         return sto;
79 }
80
81 static unsigned long *dma_get_page_table_origin(unsigned long *entry)
82 {
83         unsigned long *pto;
84
85         if (reg_entry_isvalid(*entry))
86                 pto = get_st_pto(*entry);
87         else {
88                 pto = dma_alloc_page_table();
89                 if (!pto)
90                         return NULL;
91                 set_st_pto(entry, pto);
92                 validate_st_entry(entry);
93                 entry_clr_protected(entry);
94         }
95         return pto;
96 }
97
98 unsigned long *dma_walk_cpu_trans(unsigned long *rto, dma_addr_t dma_addr)
99 {
100         unsigned long *sto, *pto;
101         unsigned int rtx, sx, px;
102
103         rtx = calc_rtx(dma_addr);
104         sto = dma_get_seg_table_origin(&rto[rtx]);
105         if (!sto)
106                 return NULL;
107
108         sx = calc_sx(dma_addr);
109         pto = dma_get_page_table_origin(&sto[sx]);
110         if (!pto)
111                 return NULL;
112
113         px = calc_px(dma_addr);
114         return &pto[px];
115 }
116
117 void dma_update_cpu_trans(unsigned long *entry, void *page_addr, int flags)
118 {
119         if (flags & ZPCI_PTE_INVALID) {
120                 invalidate_pt_entry(entry);
121         } else {
122                 set_pt_pfaa(entry, page_addr);
123                 validate_pt_entry(entry);
124         }
125
126         if (flags & ZPCI_TABLE_PROTECTED)
127                 entry_set_protected(entry);
128         else
129                 entry_clr_protected(entry);
130 }
131
132 static int __dma_update_trans(struct zpci_dev *zdev, unsigned long pa,
133                               dma_addr_t dma_addr, size_t size, int flags)
134 {
135         unsigned int nr_pages = PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT;
136         u8 *page_addr = (u8 *) (pa & PAGE_MASK);
137         unsigned long irq_flags;
138         unsigned long *entry;
139         int i, rc = 0;
140
141         if (!nr_pages)
142                 return -EINVAL;
143
144         spin_lock_irqsave(&zdev->dma_table_lock, irq_flags);
145         if (!zdev->dma_table) {
146                 rc = -EINVAL;
147                 goto out_unlock;
148         }
149
150         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
151                 entry = dma_walk_cpu_trans(zdev->dma_table, dma_addr);
152                 if (!entry) {
153                         rc = -ENOMEM;
154                         goto undo_cpu_trans;
155                 }
156                 dma_update_cpu_trans(entry, page_addr, flags);
157                 page_addr += PAGE_SIZE;
158                 dma_addr += PAGE_SIZE;
159         }
160
161 undo_cpu_trans:
162         if (rc && ((flags & ZPCI_PTE_VALID_MASK) == ZPCI_PTE_VALID)) {
163                 flags = ZPCI_PTE_INVALID;
164                 while (i-- > 0) {
165                         page_addr -= PAGE_SIZE;
166                         dma_addr -= PAGE_SIZE;
167                         entry = dma_walk_cpu_trans(zdev->dma_table, dma_addr);
168                         if (!entry)
169                                 break;
170                         dma_update_cpu_trans(entry, page_addr, flags);
171                 }
172         }
173 out_unlock:
174         spin_unlock_irqrestore(&zdev->dma_table_lock, irq_flags);
175         return rc;
176 }
177
178 static int __dma_purge_tlb(struct zpci_dev *zdev, dma_addr_t dma_addr,
179                            size_t size, int flags)
180 {
181         /*
182          * With zdev->tlb_refresh == 0, rpcit is not required to establish new
183          * translations when previously invalid translation-table entries are
184          * validated. With lazy unmap, rpcit is skipped for previously valid
185          * entries, but a global rpcit is then required before any address can
186          * be re-used, i.e. after each iommu bitmap wrap-around.
187          */
188         if ((flags & ZPCI_PTE_VALID_MASK) == ZPCI_PTE_VALID) {
189                 if (!zdev->tlb_refresh)
190                         return 0;
191         } else {
192                 if (!s390_iommu_strict)
193                         return 0;
194         }
195
196         return zpci_refresh_trans((u64) zdev->fh << 32, dma_addr,
197                                   PAGE_ALIGN(size));
198 }
199
200 static int dma_update_trans(struct zpci_dev *zdev, unsigned long pa,
201                             dma_addr_t dma_addr, size_t size, int flags)
202 {
203         int rc;
204
205         rc = __dma_update_trans(zdev, pa, dma_addr, size, flags);
206         if (rc)
207                 return rc;
208
209         rc = __dma_purge_tlb(zdev, dma_addr, size, flags);
210         if (rc && ((flags & ZPCI_PTE_VALID_MASK) == ZPCI_PTE_VALID))
211                 __dma_update_trans(zdev, pa, dma_addr, size, ZPCI_PTE_INVALID);
212
213         return rc;
214 }
215
216 void dma_free_seg_table(unsigned long entry)
217 {
218         unsigned long *sto = get_rt_sto(entry);
219         int sx;
220
221         for (sx = 0; sx < ZPCI_TABLE_ENTRIES; sx++)
222                 if (reg_entry_isvalid(sto[sx]))
223                         dma_free_page_table(get_st_pto(sto[sx]));
224
225         dma_free_cpu_table(sto);
226 }
227
228 void dma_cleanup_tables(unsigned long *table)
229 {
230         int rtx;
231
232         if (!table)
233                 return;
234
235         for (rtx = 0; rtx < ZPCI_TABLE_ENTRIES; rtx++)
236                 if (reg_entry_isvalid(table[rtx]))
237                         dma_free_seg_table(table[rtx]);
238
239         dma_free_cpu_table(table);
240 }
241
242 static unsigned long __dma_alloc_iommu(struct device *dev,
243                                        unsigned long start, int size)
244 {
245         struct zpci_dev *zdev = to_zpci(to_pci_dev(dev));
246         unsigned long boundary_size;
247
248         boundary_size = ALIGN(dma_get_seg_boundary(dev) + 1,
249                               PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
250         return iommu_area_alloc(zdev->iommu_bitmap, zdev->iommu_pages,
251                                 start, size, zdev->start_dma >> PAGE_SHIFT,
252                                 boundary_size, 0);
253 }
254
255 static dma_addr_t dma_alloc_address(struct device *dev, int size)
256 {
257         struct zpci_dev *zdev = to_zpci(to_pci_dev(dev));
258         unsigned long offset, flags;
259
260         spin_lock_irqsave(&zdev->iommu_bitmap_lock, flags);
261         offset = __dma_alloc_iommu(dev, zdev->next_bit, size);
262         if (offset == -1) {
263                 if (!s390_iommu_strict) {
264                         /* global flush before DMA addresses are reused */
265                         if (zpci_refresh_global(zdev))
266                                 goto out_error;
267
268                         bitmap_andnot(zdev->iommu_bitmap, zdev->iommu_bitmap,
269                                       zdev->lazy_bitmap, zdev->iommu_pages);
270                         bitmap_zero(zdev->lazy_bitmap, zdev->iommu_pages);
271                 }
272                 /* wrap-around */
273                 offset = __dma_alloc_iommu(dev, 0, size);
274                 if (offset == -1)
275                         goto out_error;
276         }
277         zdev->next_bit = offset + size;
278         spin_unlock_irqrestore(&zdev->iommu_bitmap_lock, flags);
279
280         return zdev->start_dma + offset * PAGE_SIZE;
281
282 out_error:
283         spin_unlock_irqrestore(&zdev->iommu_bitmap_lock, flags);
284         return DMA_ERROR_CODE;
285 }
286
287 static void dma_free_address(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr, int size)
288 {
289         struct zpci_dev *zdev = to_zpci(to_pci_dev(dev));
290         unsigned long flags, offset;
291
292         offset = (dma_addr - zdev->start_dma) >> PAGE_SHIFT;
293
294         spin_lock_irqsave(&zdev->iommu_bitmap_lock, flags);
295         if (!zdev->iommu_bitmap)
296                 goto out;
297
298         if (s390_iommu_strict)
299                 bitmap_clear(zdev->iommu_bitmap, offset, size);
300         else
301                 bitmap_set(zdev->lazy_bitmap, offset, size);
302
303 out:
304         spin_unlock_irqrestore(&zdev->iommu_bitmap_lock, flags);
305 }
306
307 static inline void zpci_err_dma(unsigned long rc, unsigned long addr)
308 {
309         struct {
310                 unsigned long rc;
311                 unsigned long addr;
312         } __packed data = {rc, addr};
313
314         zpci_err_hex(&data, sizeof(data));
315 }
316
317 static dma_addr_t s390_dma_map_pages(struct device *dev, struct page *page,
318                                      unsigned long offset, size_t size,
319                                      enum dma_data_direction direction,
320                                      unsigned long attrs)
321 {
322         struct zpci_dev *zdev = to_zpci(to_pci_dev(dev));
323         unsigned long pa = page_to_phys(page) + offset;
324         int flags = ZPCI_PTE_VALID;
325         unsigned long nr_pages;
326         dma_addr_t dma_addr;
327         int ret;
328
329         /* This rounds up number of pages based on size and offset */
330         nr_pages = iommu_num_pages(pa, size, PAGE_SIZE);
331         dma_addr = dma_alloc_address(dev, nr_pages);
332         if (dma_addr == DMA_ERROR_CODE) {
333                 ret = -ENOSPC;
334                 goto out_err;
335         }
336
337         /* Use rounded up size */
338         size = nr_pages * PAGE_SIZE;
339
340         if (direction == DMA_NONE || direction == DMA_TO_DEVICE)
341                 flags |= ZPCI_TABLE_PROTECTED;
342
343         ret = dma_update_trans(zdev, pa, dma_addr, size, flags);
344         if (ret)
345                 goto out_free;
346
347         atomic64_add(nr_pages, &zdev->mapped_pages);
348         return dma_addr + (offset & ~PAGE_MASK);
349
350 out_free:
351         dma_free_address(dev, dma_addr, nr_pages);
352 out_err:
353         zpci_err("map error:\n");
354         zpci_err_dma(ret, pa);
355         return DMA_ERROR_CODE;
356 }
357
358 static void s390_dma_unmap_pages(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr,
359                                  size_t size, enum dma_data_direction direction,
360                                  unsigned long attrs)
361 {
362         struct zpci_dev *zdev = to_zpci(to_pci_dev(dev));
363         int npages, ret;
364
365         npages = iommu_num_pages(dma_addr, size, PAGE_SIZE);
366         dma_addr = dma_addr & PAGE_MASK;
367         ret = dma_update_trans(zdev, 0, dma_addr, npages * PAGE_SIZE,
368                                ZPCI_PTE_INVALID);
369         if (ret) {
370                 zpci_err("unmap error:\n");
371                 zpci_err_dma(ret, dma_addr);
372                 return;
373         }
374
375         atomic64_add(npages, &zdev->unmapped_pages);
376         dma_free_address(dev, dma_addr, npages);
377 }
378
379 static void *s390_dma_alloc(struct device *dev, size_t size,
380                             dma_addr_t *dma_handle, gfp_t flag,
381                             unsigned long attrs)
382 {
383         struct zpci_dev *zdev = to_zpci(to_pci_dev(dev));
384         struct page *page;
385         unsigned long pa;
386         dma_addr_t map;
387
388         size = PAGE_ALIGN(size);
389         page = alloc_pages(flag, get_order(size));
390         if (!page)
391                 return NULL;
392
393         pa = page_to_phys(page);
394         map = s390_dma_map_pages(dev, page, 0, size, DMA_BIDIRECTIONAL, 0);
395         if (dma_mapping_error(dev, map)) {
396                 free_pages(pa, get_order(size));
397                 return NULL;
398         }
399
400         atomic64_add(size / PAGE_SIZE, &zdev->allocated_pages);
401         if (dma_handle)
402                 *dma_handle = map;
403         return (void *) pa;
404 }
405
406 static void s390_dma_free(struct device *dev, size_t size,
407                           void *pa, dma_addr_t dma_handle,
408                           unsigned long attrs)
409 {
410         struct zpci_dev *zdev = to_zpci(to_pci_dev(dev));
411
412         size = PAGE_ALIGN(size);
413         atomic64_sub(size / PAGE_SIZE, &zdev->allocated_pages);
414         s390_dma_unmap_pages(dev, dma_handle, size, DMA_BIDIRECTIONAL, 0);
415         free_pages((unsigned long) pa, get_order(size));
416 }
417
418 /* Map a segment into a contiguous dma address area */
419 static int __s390_dma_map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
420                              size_t size, dma_addr_t *handle,
421                              enum dma_data_direction dir)
422 {
423         unsigned long nr_pages = PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT;
424         struct zpci_dev *zdev = to_zpci(to_pci_dev(dev));
425         dma_addr_t dma_addr_base, dma_addr;
426         int flags = ZPCI_PTE_VALID;
427         struct scatterlist *s;
428         unsigned long pa = 0;
429         int ret;
430
431         dma_addr_base = dma_alloc_address(dev, nr_pages);
432         if (dma_addr_base == DMA_ERROR_CODE)
433                 return -ENOMEM;
434
435         dma_addr = dma_addr_base;
436         if (dir == DMA_NONE || dir == DMA_TO_DEVICE)
437                 flags |= ZPCI_TABLE_PROTECTED;
438
439         for (s = sg; dma_addr < dma_addr_base + size; s = sg_next(s)) {
440                 pa = page_to_phys(sg_page(s));
441                 ret = __dma_update_trans(zdev, pa, dma_addr,
442                                          s->offset + s->length, flags);
443                 if (ret)
444                         goto unmap;
445
446                 dma_addr += s->offset + s->length;
447         }
448         ret = __dma_purge_tlb(zdev, dma_addr_base, size, flags);
449         if (ret)
450                 goto unmap;
451
452         *handle = dma_addr_base;
453         atomic64_add(nr_pages, &zdev->mapped_pages);
454
455         return ret;
456
457 unmap:
458         dma_update_trans(zdev, 0, dma_addr_base, dma_addr - dma_addr_base,
459                          ZPCI_PTE_INVALID);
460         dma_free_address(dev, dma_addr_base, nr_pages);
461         zpci_err("map error:\n");
462         zpci_err_dma(ret, pa);
463         return ret;
464 }
465
466 static int s390_dma_map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
467                            int nr_elements, enum dma_data_direction dir,
468                            unsigned long attrs)
469 {
470         struct scatterlist *s = sg, *start = sg, *dma = sg;
471         unsigned int max = dma_get_max_seg_size(dev);
472         unsigned int size = s->offset + s->length;
473         unsigned int offset = s->offset;
474         int count = 0, i;
475
476         for (i = 1; i < nr_elements; i++) {
477                 s = sg_next(s);
478
479                 s->dma_address = DMA_ERROR_CODE;
480                 s->dma_length = 0;
481
482                 if (s->offset || (size & ~PAGE_MASK) ||
483                     size + s->length > max) {
484                         if (__s390_dma_map_sg(dev, start, size,
485                                               &dma->dma_address, dir))
486                                 goto unmap;
487
488                         dma->dma_address += offset;
489                         dma->dma_length = size - offset;
490
491                         size = offset = s->offset;
492                         start = s;
493                         dma = sg_next(dma);
494                         count++;
495                 }
496                 size += s->length;
497         }
498         if (__s390_dma_map_sg(dev, start, size, &dma->dma_address, dir))
499                 goto unmap;
500
501         dma->dma_address += offset;
502         dma->dma_length = size - offset;
503
504         return count + 1;
505 unmap:
506         for_each_sg(sg, s, count, i)
507                 s390_dma_unmap_pages(dev, sg_dma_address(s), sg_dma_len(s),
508                                      dir, attrs);
509
510         return 0;
511 }
512
513 static void s390_dma_unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
514                               int nr_elements, enum dma_data_direction dir,
515                               unsigned long attrs)
516 {
517         struct scatterlist *s;
518         int i;
519
520         for_each_sg(sg, s, nr_elements, i) {
521                 if (s->dma_length)
522                         s390_dma_unmap_pages(dev, s->dma_address, s->dma_length,
523                                              dir, attrs);
524                 s->dma_address = 0;
525                 s->dma_length = 0;
526         }
527 }
528
529 int zpci_dma_init_device(struct zpci_dev *zdev)
530 {
531         int rc;
532
533         /*
534          * At this point, if the device is part of an IOMMU domain, this would
535          * be a strong hint towards a bug in the IOMMU API (common) code and/or
536          * simultaneous access via IOMMU and DMA API. So let's issue a warning.
537          */
538         WARN_ON(zdev->s390_domain);
539
540         spin_lock_init(&zdev->iommu_bitmap_lock);
541         spin_lock_init(&zdev->dma_table_lock);
542
543         zdev->dma_table = dma_alloc_cpu_table();
544         if (!zdev->dma_table) {
545                 rc = -ENOMEM;
546                 goto out;
547         }
548
549         /*
550          * Restrict the iommu bitmap size to the minimum of the following:
551          * - main memory size
552          * - 3-level pagetable address limit minus start_dma offset
553          * - DMA address range allowed by the hardware (clp query pci fn)
554          *
555          * Also set zdev->end_dma to the actual end address of the usable
556          * range, instead of the theoretical maximum as reported by hardware.
557          */
558         zdev->start_dma = PAGE_ALIGN(zdev->start_dma);
559         zdev->iommu_size = min3((u64) high_memory,
560                                 ZPCI_TABLE_SIZE_RT - zdev->start_dma,
561                                 zdev->end_dma - zdev->start_dma + 1);
562         zdev->end_dma = zdev->start_dma + zdev->iommu_size - 1;
563         zdev->iommu_pages = zdev->iommu_size >> PAGE_SHIFT;
564         zdev->iommu_bitmap = vzalloc(zdev->iommu_pages / 8);
565         if (!zdev->iommu_bitmap) {
566                 rc = -ENOMEM;
567                 goto free_dma_table;
568         }
569         if (!s390_iommu_strict) {
570                 zdev->lazy_bitmap = vzalloc(zdev->iommu_pages / 8);
571                 if (!zdev->lazy_bitmap) {
572                         rc = -ENOMEM;
573                         goto free_bitmap;
574                 }
575
576         }
577         rc = zpci_register_ioat(zdev, 0, zdev->start_dma, zdev->end_dma,
578                                 (u64) zdev->dma_table);
579         if (rc)
580                 goto free_bitmap;
581
582         return 0;
583 free_bitmap:
584         vfree(zdev->iommu_bitmap);
585         zdev->iommu_bitmap = NULL;
586         vfree(zdev->lazy_bitmap);
587         zdev->lazy_bitmap = NULL;
588 free_dma_table:
589         dma_free_cpu_table(zdev->dma_table);
590         zdev->dma_table = NULL;
591 out:
592         return rc;
593 }
594
595 void zpci_dma_exit_device(struct zpci_dev *zdev)
596 {
597         /*
598          * At this point, if the device is part of an IOMMU domain, this would
599          * be a strong hint towards a bug in the IOMMU API (common) code and/or
600          * simultaneous access via IOMMU and DMA API. So let's issue a warning.
601          */
602         WARN_ON(zdev->s390_domain);
603
604         zpci_unregister_ioat(zdev, 0);
605         dma_cleanup_tables(zdev->dma_table);
606         zdev->dma_table = NULL;
607         vfree(zdev->iommu_bitmap);
608         zdev->iommu_bitmap = NULL;
609         vfree(zdev->lazy_bitmap);
610         zdev->lazy_bitmap = NULL;
611
612         zdev->next_bit = 0;
613 }
614
615 static int __init dma_alloc_cpu_table_caches(void)
616 {
617         dma_region_table_cache = kmem_cache_create("PCI_DMA_region_tables",
618                                         ZPCI_TABLE_SIZE, ZPCI_TABLE_ALIGN,
619                                         0, NULL);
620         if (!dma_region_table_cache)
621                 return -ENOMEM;
622
623         dma_page_table_cache = kmem_cache_create("PCI_DMA_page_tables",
624                                         ZPCI_PT_SIZE, ZPCI_PT_ALIGN,
625                                         0, NULL);
626         if (!dma_page_table_cache) {
627                 kmem_cache_destroy(dma_region_table_cache);
628                 return -ENOMEM;
629         }
630         return 0;
631 }
632
633 int __init zpci_dma_init(void)
634 {
635         return dma_alloc_cpu_table_caches();
636 }
637
638 void zpci_dma_exit(void)
639 {
640         kmem_cache_destroy(dma_page_table_cache);
641         kmem_cache_destroy(dma_region_table_cache);
642 }
643
644 #define PREALLOC_DMA_DEBUG_ENTRIES      (1 << 16)
645
646 static int __init dma_debug_do_init(void)
647 {
648         dma_debug_init(PREALLOC_DMA_DEBUG_ENTRIES);
649         return 0;
650 }
651 fs_initcall(dma_debug_do_init);
652
653 struct dma_map_ops s390_pci_dma_ops = {
654         .alloc          = s390_dma_alloc,
655         .free           = s390_dma_free,
656         .map_sg         = s390_dma_map_sg,
657         .unmap_sg       = s390_dma_unmap_sg,
658         .map_page       = s390_dma_map_pages,
659         .unmap_page     = s390_dma_unmap_pages,
660         /* if we support direct DMA this must be conditional */
661         .is_phys        = 0,
662         /* dma_supported is unconditionally true without a callback */
663 };
664 EXPORT_SYMBOL_GPL(s390_pci_dma_ops);
665
666 static int __init s390_iommu_setup(char *str)
667 {
668         if (!strncmp(str, "strict", 6))
669                 s390_iommu_strict = 1;
670         return 0;
671 }
672
673 __setup("s390_iommu=", s390_iommu_setup);