]> asedeno.scripts.mit.edu Git - linux.git/blob - drivers/iommu/dma-iommu.c
85652110c8ff1d5fda50cba31006c131deebeaeb
[linux.git] / drivers / iommu / dma-iommu.c
1 /*
2  * A fairly generic DMA-API to IOMMU-API glue layer.
3  *
4  * Copyright (C) 2014-2015 ARM Ltd.
5  *
6  * based in part on arch/arm/mm/dma-mapping.c:
7  * Copyright (C) 2000-2004 Russell King
8  *
9  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
10  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
11  * published by the Free Software Foundation.
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, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
20  */
21
22 #include <linux/device.h>
23 #include <linux/dma-iommu.h>
24 #include <linux/gfp.h>
25 #include <linux/huge_mm.h>
26 #include <linux/iommu.h>
27 #include <linux/iova.h>
28 #include <linux/irq.h>
29 #include <linux/mm.h>
30 #include <linux/pci.h>
31 #include <linux/scatterlist.h>
32 #include <linux/vmalloc.h>
33
34 struct iommu_dma_msi_page {
35         struct list_head        list;
36         dma_addr_t              iova;
37         phys_addr_t             phys;
38 };
39
40 enum iommu_dma_cookie_type {
41         IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE,
42         IOMMU_DMA_MSI_COOKIE,
43 };
44
45 struct iommu_dma_cookie {
46         enum iommu_dma_cookie_type      type;
47         union {
48                 /* Full allocator for IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE */
49                 struct iova_domain      iovad;
50                 /* Trivial linear page allocator for IOMMU_DMA_MSI_COOKIE */
51                 dma_addr_t              msi_iova;
52         };
53         struct list_head                msi_page_list;
54         spinlock_t                      msi_lock;
55 };
56
57 static inline size_t cookie_msi_granule(struct iommu_dma_cookie *cookie)
58 {
59         if (cookie->type == IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE)
60                 return cookie->iovad.granule;
61         return PAGE_SIZE;
62 }
63
64 static inline struct iova_domain *cookie_iovad(struct iommu_domain *domain)
65 {
66         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
67
68         if (cookie->type == IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE)
69                 return &cookie->iovad;
70         return NULL;
71 }
72
73 static struct iommu_dma_cookie *cookie_alloc(enum iommu_dma_cookie_type type)
74 {
75         struct iommu_dma_cookie *cookie;
76
77         cookie = kzalloc(sizeof(*cookie), GFP_KERNEL);
78         if (cookie) {
79                 spin_lock_init(&cookie->msi_lock);
80                 INIT_LIST_HEAD(&cookie->msi_page_list);
81                 cookie->type = type;
82         }
83         return cookie;
84 }
85
86 int iommu_dma_init(void)
87 {
88         return iova_cache_get();
89 }
90
91 /**
92  * iommu_get_dma_cookie - Acquire DMA-API resources for a domain
93  * @domain: IOMMU domain to prepare for DMA-API usage
94  *
95  * IOMMU drivers should normally call this from their domain_alloc
96  * callback when domain->type == IOMMU_DOMAIN_DMA.
97  */
98 int iommu_get_dma_cookie(struct iommu_domain *domain)
99 {
100         if (domain->iova_cookie)
101                 return -EEXIST;
102
103         domain->iova_cookie = cookie_alloc(IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE);
104         if (!domain->iova_cookie)
105                 return -ENOMEM;
106
107         return 0;
108 }
109 EXPORT_SYMBOL(iommu_get_dma_cookie);
110
111 /**
112  * iommu_get_msi_cookie - Acquire just MSI remapping resources
113  * @domain: IOMMU domain to prepare
114  * @base: Start address of IOVA region for MSI mappings
115  *
116  * Users who manage their own IOVA allocation and do not want DMA API support,
117  * but would still like to take advantage of automatic MSI remapping, can use
118  * this to initialise their own domain appropriately. Users should reserve a
119  * contiguous IOVA region, starting at @base, large enough to accommodate the
120  * number of PAGE_SIZE mappings necessary to cover every MSI doorbell address
121  * used by the devices attached to @domain.
122  */
123 int iommu_get_msi_cookie(struct iommu_domain *domain, dma_addr_t base)
124 {
125         struct iommu_dma_cookie *cookie;
126
127         if (domain->type != IOMMU_DOMAIN_UNMANAGED)
128                 return -EINVAL;
129
130         if (domain->iova_cookie)
131                 return -EEXIST;
132
133         cookie = cookie_alloc(IOMMU_DMA_MSI_COOKIE);
134         if (!cookie)
135                 return -ENOMEM;
136
137         cookie->msi_iova = base;
138         domain->iova_cookie = cookie;
139         return 0;
140 }
141 EXPORT_SYMBOL(iommu_get_msi_cookie);
142
143 /**
144  * iommu_put_dma_cookie - Release a domain's DMA mapping resources
145  * @domain: IOMMU domain previously prepared by iommu_get_dma_cookie() or
146  *          iommu_get_msi_cookie()
147  *
148  * IOMMU drivers should normally call this from their domain_free callback.
149  */
150 void iommu_put_dma_cookie(struct iommu_domain *domain)
151 {
152         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
153         struct iommu_dma_msi_page *msi, *tmp;
154
155         if (!cookie)
156                 return;
157
158         if (cookie->type == IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE && cookie->iovad.granule)
159                 put_iova_domain(&cookie->iovad);
160
161         list_for_each_entry_safe(msi, tmp, &cookie->msi_page_list, list) {
162                 list_del(&msi->list);
163                 kfree(msi);
164         }
165         kfree(cookie);
166         domain->iova_cookie = NULL;
167 }
168 EXPORT_SYMBOL(iommu_put_dma_cookie);
169
170 /**
171  * iommu_dma_get_resv_regions - Reserved region driver helper
172  * @dev: Device from iommu_get_resv_regions()
173  * @list: Reserved region list from iommu_get_resv_regions()
174  *
175  * IOMMU drivers can use this to implement their .get_resv_regions callback
176  * for general non-IOMMU-specific reservations. Currently, this covers host
177  * bridge windows for PCI devices.
178  */
179 void iommu_dma_get_resv_regions(struct device *dev, struct list_head *list)
180 {
181         struct pci_host_bridge *bridge;
182         struct resource_entry *window;
183
184         if (!dev_is_pci(dev))
185                 return;
186
187         bridge = pci_find_host_bridge(to_pci_dev(dev)->bus);
188         resource_list_for_each_entry(window, &bridge->windows) {
189                 struct iommu_resv_region *region;
190                 phys_addr_t start;
191                 size_t length;
192
193                 if (resource_type(window->res) != IORESOURCE_MEM)
194                         continue;
195
196                 start = window->res->start - window->offset;
197                 length = window->res->end - window->res->start + 1;
198                 region = iommu_alloc_resv_region(start, length, 0,
199                                 IOMMU_RESV_RESERVED);
200                 if (!region)
201                         return;
202
203                 list_add_tail(&region->list, list);
204         }
205 }
206 EXPORT_SYMBOL(iommu_dma_get_resv_regions);
207
208 static int cookie_init_hw_msi_region(struct iommu_dma_cookie *cookie,
209                 phys_addr_t start, phys_addr_t end)
210 {
211         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
212         struct iommu_dma_msi_page *msi_page;
213         int i, num_pages;
214
215         start -= iova_offset(iovad, start);
216         num_pages = iova_align(iovad, end - start) >> iova_shift(iovad);
217
218         msi_page = kcalloc(num_pages, sizeof(*msi_page), GFP_KERNEL);
219         if (!msi_page)
220                 return -ENOMEM;
221
222         for (i = 0; i < num_pages; i++) {
223                 msi_page[i].phys = start;
224                 msi_page[i].iova = start;
225                 INIT_LIST_HEAD(&msi_page[i].list);
226                 list_add(&msi_page[i].list, &cookie->msi_page_list);
227                 start += iovad->granule;
228         }
229
230         return 0;
231 }
232
233 static int iova_reserve_iommu_regions(struct device *dev,
234                 struct iommu_domain *domain)
235 {
236         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
237         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
238         struct iommu_resv_region *region;
239         LIST_HEAD(resv_regions);
240         int ret = 0;
241
242         iommu_get_resv_regions(dev, &resv_regions);
243         list_for_each_entry(region, &resv_regions, list) {
244                 unsigned long lo, hi;
245
246                 /* We ARE the software that manages these! */
247                 if (region->type == IOMMU_RESV_SW_MSI)
248                         continue;
249
250                 lo = iova_pfn(iovad, region->start);
251                 hi = iova_pfn(iovad, region->start + region->length - 1);
252                 reserve_iova(iovad, lo, hi);
253
254                 if (region->type == IOMMU_RESV_MSI)
255                         ret = cookie_init_hw_msi_region(cookie, region->start,
256                                         region->start + region->length);
257                 if (ret)
258                         break;
259         }
260         iommu_put_resv_regions(dev, &resv_regions);
261
262         return ret;
263 }
264
265 /**
266  * iommu_dma_init_domain - Initialise a DMA mapping domain
267  * @domain: IOMMU domain previously prepared by iommu_get_dma_cookie()
268  * @base: IOVA at which the mappable address space starts
269  * @size: Size of IOVA space
270  * @dev: Device the domain is being initialised for
271  *
272  * @base and @size should be exact multiples of IOMMU page granularity to
273  * avoid rounding surprises. If necessary, we reserve the page at address 0
274  * to ensure it is an invalid IOVA. It is safe to reinitialise a domain, but
275  * any change which could make prior IOVAs invalid will fail.
276  */
277 int iommu_dma_init_domain(struct iommu_domain *domain, dma_addr_t base,
278                 u64 size, struct device *dev)
279 {
280         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
281         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
282         unsigned long order, base_pfn, end_pfn;
283
284         if (!cookie || cookie->type != IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE)
285                 return -EINVAL;
286
287         /* Use the smallest supported page size for IOVA granularity */
288         order = __ffs(domain->pgsize_bitmap);
289         base_pfn = max_t(unsigned long, 1, base >> order);
290         end_pfn = (base + size - 1) >> order;
291
292         /* Check the domain allows at least some access to the device... */
293         if (domain->geometry.force_aperture) {
294                 if (base > domain->geometry.aperture_end ||
295                     base + size <= domain->geometry.aperture_start) {
296                         pr_warn("specified DMA range outside IOMMU capability\n");
297                         return -EFAULT;
298                 }
299                 /* ...then finally give it a kicking to make sure it fits */
300                 base_pfn = max_t(unsigned long, base_pfn,
301                                 domain->geometry.aperture_start >> order);
302                 end_pfn = min_t(unsigned long, end_pfn,
303                                 domain->geometry.aperture_end >> order);
304         }
305         /*
306          * PCI devices may have larger DMA masks, but still prefer allocating
307          * within a 32-bit mask to avoid DAC addressing. Such limitations don't
308          * apply to the typical platform device, so for those we may as well
309          * leave the cache limit at the top of their range to save an rb_last()
310          * traversal on every allocation.
311          */
312         if (dev && dev_is_pci(dev))
313                 end_pfn &= DMA_BIT_MASK(32) >> order;
314
315         /* start_pfn is always nonzero for an already-initialised domain */
316         if (iovad->start_pfn) {
317                 if (1UL << order != iovad->granule ||
318                     base_pfn != iovad->start_pfn) {
319                         pr_warn("Incompatible range for DMA domain\n");
320                         return -EFAULT;
321                 }
322                 /*
323                  * If we have devices with different DMA masks, move the free
324                  * area cache limit down for the benefit of the smaller one.
325                  */
326                 iovad->dma_32bit_pfn = min(end_pfn, iovad->dma_32bit_pfn);
327
328                 return 0;
329         }
330
331         init_iova_domain(iovad, 1UL << order, base_pfn, end_pfn);
332         if (!dev)
333                 return 0;
334
335         return iova_reserve_iommu_regions(dev, domain);
336 }
337 EXPORT_SYMBOL(iommu_dma_init_domain);
338
339 /**
340  * dma_info_to_prot - Translate DMA API directions and attributes to IOMMU API
341  *                    page flags.
342  * @dir: Direction of DMA transfer
343  * @coherent: Is the DMA master cache-coherent?
344  * @attrs: DMA attributes for the mapping
345  *
346  * Return: corresponding IOMMU API page protection flags
347  */
348 int dma_info_to_prot(enum dma_data_direction dir, bool coherent,
349                      unsigned long attrs)
350 {
351         int prot = coherent ? IOMMU_CACHE : 0;
352
353         if (attrs & DMA_ATTR_PRIVILEGED)
354                 prot |= IOMMU_PRIV;
355
356         switch (dir) {
357         case DMA_BIDIRECTIONAL:
358                 return prot | IOMMU_READ | IOMMU_WRITE;
359         case DMA_TO_DEVICE:
360                 return prot | IOMMU_READ;
361         case DMA_FROM_DEVICE:
362                 return prot | IOMMU_WRITE;
363         default:
364                 return 0;
365         }
366 }
367
368 static struct iova *__alloc_iova(struct iommu_domain *domain, size_t size,
369                 dma_addr_t dma_limit, struct device *dev)
370 {
371         struct iova_domain *iovad = cookie_iovad(domain);
372         unsigned long shift = iova_shift(iovad);
373         unsigned long length = iova_align(iovad, size) >> shift;
374         struct iova *iova = NULL;
375
376         if (domain->geometry.force_aperture)
377                 dma_limit = min(dma_limit, domain->geometry.aperture_end);
378
379         /* Try to get PCI devices a SAC address */
380         if (dma_limit > DMA_BIT_MASK(32) && dev_is_pci(dev))
381                 iova = alloc_iova(iovad, length, DMA_BIT_MASK(32) >> shift,
382                                   true);
383         /*
384          * Enforce size-alignment to be safe - there could perhaps be an
385          * attribute to control this per-device, or at least per-domain...
386          */
387         if (!iova)
388                 iova = alloc_iova(iovad, length, dma_limit >> shift, true);
389
390         return iova;
391 }
392
393 /* The IOVA allocator knows what we mapped, so just unmap whatever that was */
394 static void __iommu_dma_unmap(struct iommu_domain *domain, dma_addr_t dma_addr)
395 {
396         struct iova_domain *iovad = cookie_iovad(domain);
397         unsigned long shift = iova_shift(iovad);
398         unsigned long pfn = dma_addr >> shift;
399         struct iova *iova = find_iova(iovad, pfn);
400         size_t size;
401
402         if (WARN_ON(!iova))
403                 return;
404
405         size = iova_size(iova) << shift;
406         size -= iommu_unmap(domain, pfn << shift, size);
407         /* ...and if we can't, then something is horribly, horribly wrong */
408         WARN_ON(size > 0);
409         __free_iova(iovad, iova);
410 }
411
412 static void __iommu_dma_free_pages(struct page **pages, int count)
413 {
414         while (count--)
415                 __free_page(pages[count]);
416         kvfree(pages);
417 }
418
419 static struct page **__iommu_dma_alloc_pages(unsigned int count,
420                 unsigned long order_mask, gfp_t gfp)
421 {
422         struct page **pages;
423         unsigned int i = 0, array_size = count * sizeof(*pages);
424
425         order_mask &= (2U << MAX_ORDER) - 1;
426         if (!order_mask)
427                 return NULL;
428
429         if (array_size <= PAGE_SIZE)
430                 pages = kzalloc(array_size, GFP_KERNEL);
431         else
432                 pages = vzalloc(array_size);
433         if (!pages)
434                 return NULL;
435
436         /* IOMMU can map any pages, so himem can also be used here */
437         gfp |= __GFP_NOWARN | __GFP_HIGHMEM;
438
439         while (count) {
440                 struct page *page = NULL;
441                 unsigned int order_size;
442
443                 /*
444                  * Higher-order allocations are a convenience rather
445                  * than a necessity, hence using __GFP_NORETRY until
446                  * falling back to minimum-order allocations.
447                  */
448                 for (order_mask &= (2U << __fls(count)) - 1;
449                      order_mask; order_mask &= ~order_size) {
450                         unsigned int order = __fls(order_mask);
451
452                         order_size = 1U << order;
453                         page = alloc_pages((order_mask - order_size) ?
454                                            gfp | __GFP_NORETRY : gfp, order);
455                         if (!page)
456                                 continue;
457                         if (!order)
458                                 break;
459                         if (!PageCompound(page)) {
460                                 split_page(page, order);
461                                 break;
462                         } else if (!split_huge_page(page)) {
463                                 break;
464                         }
465                         __free_pages(page, order);
466                 }
467                 if (!page) {
468                         __iommu_dma_free_pages(pages, i);
469                         return NULL;
470                 }
471                 count -= order_size;
472                 while (order_size--)
473                         pages[i++] = page++;
474         }
475         return pages;
476 }
477
478 /**
479  * iommu_dma_free - Free a buffer allocated by iommu_dma_alloc()
480  * @dev: Device which owns this buffer
481  * @pages: Array of buffer pages as returned by iommu_dma_alloc()
482  * @size: Size of buffer in bytes
483  * @handle: DMA address of buffer
484  *
485  * Frees both the pages associated with the buffer, and the array
486  * describing them
487  */
488 void iommu_dma_free(struct device *dev, struct page **pages, size_t size,
489                 dma_addr_t *handle)
490 {
491         __iommu_dma_unmap(iommu_get_domain_for_dev(dev), *handle);
492         __iommu_dma_free_pages(pages, PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT);
493         *handle = DMA_ERROR_CODE;
494 }
495
496 /**
497  * iommu_dma_alloc - Allocate and map a buffer contiguous in IOVA space
498  * @dev: Device to allocate memory for. Must be a real device
499  *       attached to an iommu_dma_domain
500  * @size: Size of buffer in bytes
501  * @gfp: Allocation flags
502  * @attrs: DMA attributes for this allocation
503  * @prot: IOMMU mapping flags
504  * @handle: Out argument for allocated DMA handle
505  * @flush_page: Arch callback which must ensure PAGE_SIZE bytes from the
506  *              given VA/PA are visible to the given non-coherent device.
507  *
508  * If @size is less than PAGE_SIZE, then a full CPU page will be allocated,
509  * but an IOMMU which supports smaller pages might not map the whole thing.
510  *
511  * Return: Array of struct page pointers describing the buffer,
512  *         or NULL on failure.
513  */
514 struct page **iommu_dma_alloc(struct device *dev, size_t size, gfp_t gfp,
515                 unsigned long attrs, int prot, dma_addr_t *handle,
516                 void (*flush_page)(struct device *, const void *, phys_addr_t))
517 {
518         struct iommu_domain *domain = iommu_get_domain_for_dev(dev);
519         struct iova_domain *iovad = cookie_iovad(domain);
520         struct iova *iova;
521         struct page **pages;
522         struct sg_table sgt;
523         dma_addr_t dma_addr;
524         unsigned int count, min_size, alloc_sizes = domain->pgsize_bitmap;
525
526         *handle = DMA_ERROR_CODE;
527
528         min_size = alloc_sizes & -alloc_sizes;
529         if (min_size < PAGE_SIZE) {
530                 min_size = PAGE_SIZE;
531                 alloc_sizes |= PAGE_SIZE;
532         } else {
533                 size = ALIGN(size, min_size);
534         }
535         if (attrs & DMA_ATTR_ALLOC_SINGLE_PAGES)
536                 alloc_sizes = min_size;
537
538         count = PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT;
539         pages = __iommu_dma_alloc_pages(count, alloc_sizes >> PAGE_SHIFT, gfp);
540         if (!pages)
541                 return NULL;
542
543         iova = __alloc_iova(domain, size, dev->coherent_dma_mask, dev);
544         if (!iova)
545                 goto out_free_pages;
546
547         size = iova_align(iovad, size);
548         if (sg_alloc_table_from_pages(&sgt, pages, count, 0, size, GFP_KERNEL))
549                 goto out_free_iova;
550
551         if (!(prot & IOMMU_CACHE)) {
552                 struct sg_mapping_iter miter;
553                 /*
554                  * The CPU-centric flushing implied by SG_MITER_TO_SG isn't
555                  * sufficient here, so skip it by using the "wrong" direction.
556                  */
557                 sg_miter_start(&miter, sgt.sgl, sgt.orig_nents, SG_MITER_FROM_SG);
558                 while (sg_miter_next(&miter))
559                         flush_page(dev, miter.addr, page_to_phys(miter.page));
560                 sg_miter_stop(&miter);
561         }
562
563         dma_addr = iova_dma_addr(iovad, iova);
564         if (iommu_map_sg(domain, dma_addr, sgt.sgl, sgt.orig_nents, prot)
565                         < size)
566                 goto out_free_sg;
567
568         *handle = dma_addr;
569         sg_free_table(&sgt);
570         return pages;
571
572 out_free_sg:
573         sg_free_table(&sgt);
574 out_free_iova:
575         __free_iova(iovad, iova);
576 out_free_pages:
577         __iommu_dma_free_pages(pages, count);
578         return NULL;
579 }
580
581 /**
582  * iommu_dma_mmap - Map a buffer into provided user VMA
583  * @pages: Array representing buffer from iommu_dma_alloc()
584  * @size: Size of buffer in bytes
585  * @vma: VMA describing requested userspace mapping
586  *
587  * Maps the pages of the buffer in @pages into @vma. The caller is responsible
588  * for verifying the correct size and protection of @vma beforehand.
589  */
590
591 int iommu_dma_mmap(struct page **pages, size_t size, struct vm_area_struct *vma)
592 {
593         unsigned long uaddr = vma->vm_start;
594         unsigned int i, count = PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT;
595         int ret = -ENXIO;
596
597         for (i = vma->vm_pgoff; i < count && uaddr < vma->vm_end; i++) {
598                 ret = vm_insert_page(vma, uaddr, pages[i]);
599                 if (ret)
600                         break;
601                 uaddr += PAGE_SIZE;
602         }
603         return ret;
604 }
605
606 static dma_addr_t __iommu_dma_map(struct device *dev, phys_addr_t phys,
607                 size_t size, int prot)
608 {
609         dma_addr_t dma_addr;
610         struct iommu_domain *domain = iommu_get_domain_for_dev(dev);
611         struct iova_domain *iovad = cookie_iovad(domain);
612         size_t iova_off = iova_offset(iovad, phys);
613         size_t len = iova_align(iovad, size + iova_off);
614         struct iova *iova = __alloc_iova(domain, len, dma_get_mask(dev), dev);
615
616         if (!iova)
617                 return DMA_ERROR_CODE;
618
619         dma_addr = iova_dma_addr(iovad, iova);
620         if (iommu_map(domain, dma_addr, phys - iova_off, len, prot)) {
621                 __free_iova(iovad, iova);
622                 return DMA_ERROR_CODE;
623         }
624         return dma_addr + iova_off;
625 }
626
627 dma_addr_t iommu_dma_map_page(struct device *dev, struct page *page,
628                 unsigned long offset, size_t size, int prot)
629 {
630         return __iommu_dma_map(dev, page_to_phys(page) + offset, size, prot);
631 }
632
633 void iommu_dma_unmap_page(struct device *dev, dma_addr_t handle, size_t size,
634                 enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
635 {
636         __iommu_dma_unmap(iommu_get_domain_for_dev(dev), handle);
637 }
638
639 /*
640  * Prepare a successfully-mapped scatterlist to give back to the caller.
641  *
642  * At this point the segments are already laid out by iommu_dma_map_sg() to
643  * avoid individually crossing any boundaries, so we merely need to check a
644  * segment's start address to avoid concatenating across one.
645  */
646 static int __finalise_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg, int nents,
647                 dma_addr_t dma_addr)
648 {
649         struct scatterlist *s, *cur = sg;
650         unsigned long seg_mask = dma_get_seg_boundary(dev);
651         unsigned int cur_len = 0, max_len = dma_get_max_seg_size(dev);
652         int i, count = 0;
653
654         for_each_sg(sg, s, nents, i) {
655                 /* Restore this segment's original unaligned fields first */
656                 unsigned int s_iova_off = sg_dma_address(s);
657                 unsigned int s_length = sg_dma_len(s);
658                 unsigned int s_iova_len = s->length;
659
660                 s->offset += s_iova_off;
661                 s->length = s_length;
662                 sg_dma_address(s) = DMA_ERROR_CODE;
663                 sg_dma_len(s) = 0;
664
665                 /*
666                  * Now fill in the real DMA data. If...
667                  * - there is a valid output segment to append to
668                  * - and this segment starts on an IOVA page boundary
669                  * - but doesn't fall at a segment boundary
670                  * - and wouldn't make the resulting output segment too long
671                  */
672                 if (cur_len && !s_iova_off && (dma_addr & seg_mask) &&
673                     (cur_len + s_length <= max_len)) {
674                         /* ...then concatenate it with the previous one */
675                         cur_len += s_length;
676                 } else {
677                         /* Otherwise start the next output segment */
678                         if (i > 0)
679                                 cur = sg_next(cur);
680                         cur_len = s_length;
681                         count++;
682
683                         sg_dma_address(cur) = dma_addr + s_iova_off;
684                 }
685
686                 sg_dma_len(cur) = cur_len;
687                 dma_addr += s_iova_len;
688
689                 if (s_length + s_iova_off < s_iova_len)
690                         cur_len = 0;
691         }
692         return count;
693 }
694
695 /*
696  * If mapping failed, then just restore the original list,
697  * but making sure the DMA fields are invalidated.
698  */
699 static void __invalidate_sg(struct scatterlist *sg, int nents)
700 {
701         struct scatterlist *s;
702         int i;
703
704         for_each_sg(sg, s, nents, i) {
705                 if (sg_dma_address(s) != DMA_ERROR_CODE)
706                         s->offset += sg_dma_address(s);
707                 if (sg_dma_len(s))
708                         s->length = sg_dma_len(s);
709                 sg_dma_address(s) = DMA_ERROR_CODE;
710                 sg_dma_len(s) = 0;
711         }
712 }
713
714 /*
715  * The DMA API client is passing in a scatterlist which could describe
716  * any old buffer layout, but the IOMMU API requires everything to be
717  * aligned to IOMMU pages. Hence the need for this complicated bit of
718  * impedance-matching, to be able to hand off a suitably-aligned list,
719  * but still preserve the original offsets and sizes for the caller.
720  */
721 int iommu_dma_map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
722                 int nents, int prot)
723 {
724         struct iommu_domain *domain = iommu_get_domain_for_dev(dev);
725         struct iova_domain *iovad = cookie_iovad(domain);
726         struct iova *iova;
727         struct scatterlist *s, *prev = NULL;
728         dma_addr_t dma_addr;
729         size_t iova_len = 0;
730         unsigned long mask = dma_get_seg_boundary(dev);
731         int i;
732
733         /*
734          * Work out how much IOVA space we need, and align the segments to
735          * IOVA granules for the IOMMU driver to handle. With some clever
736          * trickery we can modify the list in-place, but reversibly, by
737          * stashing the unaligned parts in the as-yet-unused DMA fields.
738          */
739         for_each_sg(sg, s, nents, i) {
740                 size_t s_iova_off = iova_offset(iovad, s->offset);
741                 size_t s_length = s->length;
742                 size_t pad_len = (mask - iova_len + 1) & mask;
743
744                 sg_dma_address(s) = s_iova_off;
745                 sg_dma_len(s) = s_length;
746                 s->offset -= s_iova_off;
747                 s_length = iova_align(iovad, s_length + s_iova_off);
748                 s->length = s_length;
749
750                 /*
751                  * Due to the alignment of our single IOVA allocation, we can
752                  * depend on these assumptions about the segment boundary mask:
753                  * - If mask size >= IOVA size, then the IOVA range cannot
754                  *   possibly fall across a boundary, so we don't care.
755                  * - If mask size < IOVA size, then the IOVA range must start
756                  *   exactly on a boundary, therefore we can lay things out
757                  *   based purely on segment lengths without needing to know
758                  *   the actual addresses beforehand.
759                  * - The mask must be a power of 2, so pad_len == 0 if
760                  *   iova_len == 0, thus we cannot dereference prev the first
761                  *   time through here (i.e. before it has a meaningful value).
762                  */
763                 if (pad_len && pad_len < s_length - 1) {
764                         prev->length += pad_len;
765                         iova_len += pad_len;
766                 }
767
768                 iova_len += s_length;
769                 prev = s;
770         }
771
772         iova = __alloc_iova(domain, iova_len, dma_get_mask(dev), dev);
773         if (!iova)
774                 goto out_restore_sg;
775
776         /*
777          * We'll leave any physical concatenation to the IOMMU driver's
778          * implementation - it knows better than we do.
779          */
780         dma_addr = iova_dma_addr(iovad, iova);
781         if (iommu_map_sg(domain, dma_addr, sg, nents, prot) < iova_len)
782                 goto out_free_iova;
783
784         return __finalise_sg(dev, sg, nents, dma_addr);
785
786 out_free_iova:
787         __free_iova(iovad, iova);
788 out_restore_sg:
789         __invalidate_sg(sg, nents);
790         return 0;
791 }
792
793 void iommu_dma_unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg, int nents,
794                 enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
795 {
796         /*
797          * The scatterlist segments are mapped into a single
798          * contiguous IOVA allocation, so this is incredibly easy.
799          */
800         __iommu_dma_unmap(iommu_get_domain_for_dev(dev), sg_dma_address(sg));
801 }
802
803 dma_addr_t iommu_dma_map_resource(struct device *dev, phys_addr_t phys,
804                 size_t size, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
805 {
806         return __iommu_dma_map(dev, phys, size,
807                         dma_info_to_prot(dir, false, attrs) | IOMMU_MMIO);
808 }
809
810 void iommu_dma_unmap_resource(struct device *dev, dma_addr_t handle,
811                 size_t size, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
812 {
813         __iommu_dma_unmap(iommu_get_domain_for_dev(dev), handle);
814 }
815
816 int iommu_dma_mapping_error(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr)
817 {
818         return dma_addr == DMA_ERROR_CODE;
819 }
820
821 static struct iommu_dma_msi_page *iommu_dma_get_msi_page(struct device *dev,
822                 phys_addr_t msi_addr, struct iommu_domain *domain)
823 {
824         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
825         struct iommu_dma_msi_page *msi_page;
826         struct iova_domain *iovad = cookie_iovad(domain);
827         struct iova *iova;
828         int prot = IOMMU_WRITE | IOMMU_NOEXEC | IOMMU_MMIO;
829         size_t size = cookie_msi_granule(cookie);
830
831         msi_addr &= ~(phys_addr_t)(size - 1);
832         list_for_each_entry(msi_page, &cookie->msi_page_list, list)
833                 if (msi_page->phys == msi_addr)
834                         return msi_page;
835
836         msi_page = kzalloc(sizeof(*msi_page), GFP_ATOMIC);
837         if (!msi_page)
838                 return NULL;
839
840         msi_page->phys = msi_addr;
841         if (iovad) {
842                 iova = __alloc_iova(domain, size, dma_get_mask(dev), dev);
843                 if (!iova)
844                         goto out_free_page;
845                 msi_page->iova = iova_dma_addr(iovad, iova);
846         } else {
847                 msi_page->iova = cookie->msi_iova;
848                 cookie->msi_iova += size;
849         }
850
851         if (iommu_map(domain, msi_page->iova, msi_addr, size, prot))
852                 goto out_free_iova;
853
854         INIT_LIST_HEAD(&msi_page->list);
855         list_add(&msi_page->list, &cookie->msi_page_list);
856         return msi_page;
857
858 out_free_iova:
859         if (iovad)
860                 __free_iova(iovad, iova);
861         else
862                 cookie->msi_iova -= size;
863 out_free_page:
864         kfree(msi_page);
865         return NULL;
866 }
867
868 void iommu_dma_map_msi_msg(int irq, struct msi_msg *msg)
869 {
870         struct device *dev = msi_desc_to_dev(irq_get_msi_desc(irq));
871         struct iommu_domain *domain = iommu_get_domain_for_dev(dev);
872         struct iommu_dma_cookie *cookie;
873         struct iommu_dma_msi_page *msi_page;
874         phys_addr_t msi_addr = (u64)msg->address_hi << 32 | msg->address_lo;
875         unsigned long flags;
876
877         if (!domain || !domain->iova_cookie)
878                 return;
879
880         cookie = domain->iova_cookie;
881
882         /*
883          * We disable IRQs to rule out a possible inversion against
884          * irq_desc_lock if, say, someone tries to retarget the affinity
885          * of an MSI from within an IPI handler.
886          */
887         spin_lock_irqsave(&cookie->msi_lock, flags);
888         msi_page = iommu_dma_get_msi_page(dev, msi_addr, domain);
889         spin_unlock_irqrestore(&cookie->msi_lock, flags);
890
891         if (WARN_ON(!msi_page)) {
892                 /*
893                  * We're called from a void callback, so the best we can do is
894                  * 'fail' by filling the message with obviously bogus values.
895                  * Since we got this far due to an IOMMU being present, it's
896                  * not like the existing address would have worked anyway...
897                  */
898                 msg->address_hi = ~0U;
899                 msg->address_lo = ~0U;
900                 msg->data = ~0U;
901         } else {
902                 msg->address_hi = upper_32_bits(msi_page->iova);
903                 msg->address_lo &= cookie_msi_granule(cookie) - 1;
904                 msg->address_lo += lower_32_bits(msi_page->iova);
905         }
906 }