]> asedeno.scripts.mit.edu Git - linux.git/blob - drivers/iommu/io-pgtable-arm.c
Merge branches 'pm-core', 'pm-qos', 'pm-domains' and 'pm-opp'
[linux.git] / drivers / iommu / io-pgtable-arm.c
1 /*
2  * CPU-agnostic ARM page table allocator.
3  *
4  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
5  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
6  * published by the Free Software Foundation.
7  *
8  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
9  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
10  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
11  * GNU General Public License for more details.
12  *
13  * You should have received a copy of the GNU General Public License
14  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
15  *
16  * Copyright (C) 2014 ARM Limited
17  *
18  * Author: Will Deacon <will.deacon@arm.com>
19  */
20
21 #define pr_fmt(fmt)     "arm-lpae io-pgtable: " fmt
22
23 #include <linux/iommu.h>
24 #include <linux/kernel.h>
25 #include <linux/sizes.h>
26 #include <linux/slab.h>
27 #include <linux/types.h>
28 #include <linux/dma-mapping.h>
29
30 #include <asm/barrier.h>
31
32 #include "io-pgtable.h"
33
34 #define ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS          48
35 #define ARM_LPAE_S2_MAX_CONCAT_PAGES    16
36 #define ARM_LPAE_MAX_LEVELS             4
37
38 /* Struct accessors */
39 #define io_pgtable_to_data(x)                                           \
40         container_of((x), struct arm_lpae_io_pgtable, iop)
41
42 #define io_pgtable_ops_to_data(x)                                       \
43         io_pgtable_to_data(io_pgtable_ops_to_pgtable(x))
44
45 /*
46  * For consistency with the architecture, we always consider
47  * ARM_LPAE_MAX_LEVELS levels, with the walk starting at level n >=0
48  */
49 #define ARM_LPAE_START_LVL(d)           (ARM_LPAE_MAX_LEVELS - (d)->levels)
50
51 /*
52  * Calculate the right shift amount to get to the portion describing level l
53  * in a virtual address mapped by the pagetable in d.
54  */
55 #define ARM_LPAE_LVL_SHIFT(l,d)                                         \
56         ((((d)->levels - ((l) - ARM_LPAE_START_LVL(d) + 1))             \
57           * (d)->bits_per_level) + (d)->pg_shift)
58
59 #define ARM_LPAE_GRANULE(d)             (1UL << (d)->pg_shift)
60
61 #define ARM_LPAE_PAGES_PER_PGD(d)                                       \
62         DIV_ROUND_UP((d)->pgd_size, ARM_LPAE_GRANULE(d))
63
64 /*
65  * Calculate the index at level l used to map virtual address a using the
66  * pagetable in d.
67  */
68 #define ARM_LPAE_PGD_IDX(l,d)                                           \
69         ((l) == ARM_LPAE_START_LVL(d) ? ilog2(ARM_LPAE_PAGES_PER_PGD(d)) : 0)
70
71 #define ARM_LPAE_LVL_IDX(a,l,d)                                         \
72         (((u64)(a) >> ARM_LPAE_LVL_SHIFT(l,d)) &                        \
73          ((1 << ((d)->bits_per_level + ARM_LPAE_PGD_IDX(l,d))) - 1))
74
75 /* Calculate the block/page mapping size at level l for pagetable in d. */
76 #define ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(l,d)                                        \
77         (1 << (ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte)) +                          \
78                 ((ARM_LPAE_MAX_LEVELS - (l)) * (d)->bits_per_level)))
79
80 /* Page table bits */
81 #define ARM_LPAE_PTE_TYPE_SHIFT         0
82 #define ARM_LPAE_PTE_TYPE_MASK          0x3
83
84 #define ARM_LPAE_PTE_TYPE_BLOCK         1
85 #define ARM_LPAE_PTE_TYPE_TABLE         3
86 #define ARM_LPAE_PTE_TYPE_PAGE          3
87
88 #define ARM_LPAE_PTE_NSTABLE            (((arm_lpae_iopte)1) << 63)
89 #define ARM_LPAE_PTE_XN                 (((arm_lpae_iopte)3) << 53)
90 #define ARM_LPAE_PTE_AF                 (((arm_lpae_iopte)1) << 10)
91 #define ARM_LPAE_PTE_SH_NS              (((arm_lpae_iopte)0) << 8)
92 #define ARM_LPAE_PTE_SH_OS              (((arm_lpae_iopte)2) << 8)
93 #define ARM_LPAE_PTE_SH_IS              (((arm_lpae_iopte)3) << 8)
94 #define ARM_LPAE_PTE_NS                 (((arm_lpae_iopte)1) << 5)
95 #define ARM_LPAE_PTE_VALID              (((arm_lpae_iopte)1) << 0)
96
97 #define ARM_LPAE_PTE_ATTR_LO_MASK       (((arm_lpae_iopte)0x3ff) << 2)
98 /* Ignore the contiguous bit for block splitting */
99 #define ARM_LPAE_PTE_ATTR_HI_MASK       (((arm_lpae_iopte)6) << 52)
100 #define ARM_LPAE_PTE_ATTR_MASK          (ARM_LPAE_PTE_ATTR_LO_MASK |    \
101                                          ARM_LPAE_PTE_ATTR_HI_MASK)
102
103 /* Stage-1 PTE */
104 #define ARM_LPAE_PTE_AP_UNPRIV          (((arm_lpae_iopte)1) << 6)
105 #define ARM_LPAE_PTE_AP_RDONLY          (((arm_lpae_iopte)2) << 6)
106 #define ARM_LPAE_PTE_ATTRINDX_SHIFT     2
107 #define ARM_LPAE_PTE_nG                 (((arm_lpae_iopte)1) << 11)
108
109 /* Stage-2 PTE */
110 #define ARM_LPAE_PTE_HAP_FAULT          (((arm_lpae_iopte)0) << 6)
111 #define ARM_LPAE_PTE_HAP_READ           (((arm_lpae_iopte)1) << 6)
112 #define ARM_LPAE_PTE_HAP_WRITE          (((arm_lpae_iopte)2) << 6)
113 #define ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_OIWB       (((arm_lpae_iopte)0xf) << 2)
114 #define ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_NC         (((arm_lpae_iopte)0x5) << 2)
115 #define ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_DEV        (((arm_lpae_iopte)0x1) << 2)
116
117 /* Register bits */
118 #define ARM_32_LPAE_TCR_EAE             (1 << 31)
119 #define ARM_64_LPAE_S2_TCR_RES1         (1 << 31)
120
121 #define ARM_LPAE_TCR_EPD1               (1 << 23)
122
123 #define ARM_LPAE_TCR_TG0_4K             (0 << 14)
124 #define ARM_LPAE_TCR_TG0_64K            (1 << 14)
125 #define ARM_LPAE_TCR_TG0_16K            (2 << 14)
126
127 #define ARM_LPAE_TCR_SH0_SHIFT          12
128 #define ARM_LPAE_TCR_SH0_MASK           0x3
129 #define ARM_LPAE_TCR_SH_NS              0
130 #define ARM_LPAE_TCR_SH_OS              2
131 #define ARM_LPAE_TCR_SH_IS              3
132
133 #define ARM_LPAE_TCR_ORGN0_SHIFT        10
134 #define ARM_LPAE_TCR_IRGN0_SHIFT        8
135 #define ARM_LPAE_TCR_RGN_MASK           0x3
136 #define ARM_LPAE_TCR_RGN_NC             0
137 #define ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA           1
138 #define ARM_LPAE_TCR_RGN_WT             2
139 #define ARM_LPAE_TCR_RGN_WB             3
140
141 #define ARM_LPAE_TCR_SL0_SHIFT          6
142 #define ARM_LPAE_TCR_SL0_MASK           0x3
143
144 #define ARM_LPAE_TCR_T0SZ_SHIFT         0
145 #define ARM_LPAE_TCR_SZ_MASK            0xf
146
147 #define ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT           16
148 #define ARM_LPAE_TCR_PS_MASK            0x7
149
150 #define ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT          32
151 #define ARM_LPAE_TCR_IPS_MASK           0x7
152
153 #define ARM_LPAE_TCR_PS_32_BIT          0x0ULL
154 #define ARM_LPAE_TCR_PS_36_BIT          0x1ULL
155 #define ARM_LPAE_TCR_PS_40_BIT          0x2ULL
156 #define ARM_LPAE_TCR_PS_42_BIT          0x3ULL
157 #define ARM_LPAE_TCR_PS_44_BIT          0x4ULL
158 #define ARM_LPAE_TCR_PS_48_BIT          0x5ULL
159
160 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(n)     ((n) << 3)
161 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_MASK         0xff
162 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_DEVICE       0x04
163 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_NC           0x44
164 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_WBRWA        0xff
165 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_NC       0
166 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_CACHE    1
167 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_DEV      2
168
169 /* IOPTE accessors */
170 #define iopte_deref(pte,d)                                      \
171         (__va((pte) & ((1ULL << ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS) - 1)    \
172         & ~(ARM_LPAE_GRANULE(d) - 1ULL)))
173
174 #define iopte_type(pte,l)                                       \
175         (((pte) >> ARM_LPAE_PTE_TYPE_SHIFT) & ARM_LPAE_PTE_TYPE_MASK)
176
177 #define iopte_prot(pte) ((pte) & ARM_LPAE_PTE_ATTR_MASK)
178
179 #define iopte_leaf(pte,l)                                       \
180         (l == (ARM_LPAE_MAX_LEVELS - 1) ?                       \
181                 (iopte_type(pte,l) == ARM_LPAE_PTE_TYPE_PAGE) : \
182                 (iopte_type(pte,l) == ARM_LPAE_PTE_TYPE_BLOCK))
183
184 #define iopte_to_pfn(pte,d)                                     \
185         (((pte) & ((1ULL << ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS) - 1)) >> (d)->pg_shift)
186
187 #define pfn_to_iopte(pfn,d)                                     \
188         (((pfn) << (d)->pg_shift) & ((1ULL << ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS) - 1))
189
190 struct arm_lpae_io_pgtable {
191         struct io_pgtable       iop;
192
193         int                     levels;
194         size_t                  pgd_size;
195         unsigned long           pg_shift;
196         unsigned long           bits_per_level;
197
198         void                    *pgd;
199 };
200
201 typedef u64 arm_lpae_iopte;
202
203 static bool selftest_running = false;
204
205 static dma_addr_t __arm_lpae_dma_addr(void *pages)
206 {
207         return (dma_addr_t)virt_to_phys(pages);
208 }
209
210 static void *__arm_lpae_alloc_pages(size_t size, gfp_t gfp,
211                                     struct io_pgtable_cfg *cfg)
212 {
213         struct device *dev = cfg->iommu_dev;
214         dma_addr_t dma;
215         void *pages = alloc_pages_exact(size, gfp | __GFP_ZERO);
216
217         if (!pages)
218                 return NULL;
219
220         if (!selftest_running) {
221                 dma = dma_map_single(dev, pages, size, DMA_TO_DEVICE);
222                 if (dma_mapping_error(dev, dma))
223                         goto out_free;
224                 /*
225                  * We depend on the IOMMU being able to work with any physical
226                  * address directly, so if the DMA layer suggests otherwise by
227                  * translating or truncating them, that bodes very badly...
228                  */
229                 if (dma != virt_to_phys(pages))
230                         goto out_unmap;
231         }
232
233         return pages;
234
235 out_unmap:
236         dev_err(dev, "Cannot accommodate DMA translation for IOMMU page tables\n");
237         dma_unmap_single(dev, dma, size, DMA_TO_DEVICE);
238 out_free:
239         free_pages_exact(pages, size);
240         return NULL;
241 }
242
243 static void __arm_lpae_free_pages(void *pages, size_t size,
244                                   struct io_pgtable_cfg *cfg)
245 {
246         if (!selftest_running)
247                 dma_unmap_single(cfg->iommu_dev, __arm_lpae_dma_addr(pages),
248                                  size, DMA_TO_DEVICE);
249         free_pages_exact(pages, size);
250 }
251
252 static void __arm_lpae_set_pte(arm_lpae_iopte *ptep, arm_lpae_iopte pte,
253                                struct io_pgtable_cfg *cfg)
254 {
255         *ptep = pte;
256
257         if (!selftest_running)
258                 dma_sync_single_for_device(cfg->iommu_dev,
259                                            __arm_lpae_dma_addr(ptep),
260                                            sizeof(pte), DMA_TO_DEVICE);
261 }
262
263 static int __arm_lpae_unmap(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
264                             unsigned long iova, size_t size, int lvl,
265                             arm_lpae_iopte *ptep);
266
267 static int arm_lpae_init_pte(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
268                              unsigned long iova, phys_addr_t paddr,
269                              arm_lpae_iopte prot, int lvl,
270                              arm_lpae_iopte *ptep)
271 {
272         arm_lpae_iopte pte = prot;
273         struct io_pgtable_cfg *cfg = &data->iop.cfg;
274
275         if (iopte_leaf(*ptep, lvl)) {
276                 /* We require an unmap first */
277                 WARN_ON(!selftest_running);
278                 return -EEXIST;
279         } else if (iopte_type(*ptep, lvl) == ARM_LPAE_PTE_TYPE_TABLE) {
280                 /*
281                  * We need to unmap and free the old table before
282                  * overwriting it with a block entry.
283                  */
284                 arm_lpae_iopte *tblp;
285                 size_t sz = ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(lvl, data);
286
287                 tblp = ptep - ARM_LPAE_LVL_IDX(iova, lvl, data);
288                 if (WARN_ON(__arm_lpae_unmap(data, iova, sz, lvl, tblp) != sz))
289                         return -EINVAL;
290         }
291
292         if (cfg->quirks & IO_PGTABLE_QUIRK_ARM_NS)
293                 pte |= ARM_LPAE_PTE_NS;
294
295         if (lvl == ARM_LPAE_MAX_LEVELS - 1)
296                 pte |= ARM_LPAE_PTE_TYPE_PAGE;
297         else
298                 pte |= ARM_LPAE_PTE_TYPE_BLOCK;
299
300         pte |= ARM_LPAE_PTE_AF | ARM_LPAE_PTE_SH_IS;
301         pte |= pfn_to_iopte(paddr >> data->pg_shift, data);
302
303         __arm_lpae_set_pte(ptep, pte, cfg);
304         return 0;
305 }
306
307 static int __arm_lpae_map(struct arm_lpae_io_pgtable *data, unsigned long iova,
308                           phys_addr_t paddr, size_t size, arm_lpae_iopte prot,
309                           int lvl, arm_lpae_iopte *ptep)
310 {
311         arm_lpae_iopte *cptep, pte;
312         size_t block_size = ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(lvl, data);
313         struct io_pgtable_cfg *cfg = &data->iop.cfg;
314
315         /* Find our entry at the current level */
316         ptep += ARM_LPAE_LVL_IDX(iova, lvl, data);
317
318         /* If we can install a leaf entry at this level, then do so */
319         if (size == block_size && (size & cfg->pgsize_bitmap))
320                 return arm_lpae_init_pte(data, iova, paddr, prot, lvl, ptep);
321
322         /* We can't allocate tables at the final level */
323         if (WARN_ON(lvl >= ARM_LPAE_MAX_LEVELS - 1))
324                 return -EINVAL;
325
326         /* Grab a pointer to the next level */
327         pte = *ptep;
328         if (!pte) {
329                 cptep = __arm_lpae_alloc_pages(ARM_LPAE_GRANULE(data),
330                                                GFP_ATOMIC, cfg);
331                 if (!cptep)
332                         return -ENOMEM;
333
334                 pte = __pa(cptep) | ARM_LPAE_PTE_TYPE_TABLE;
335                 if (cfg->quirks & IO_PGTABLE_QUIRK_ARM_NS)
336                         pte |= ARM_LPAE_PTE_NSTABLE;
337                 __arm_lpae_set_pte(ptep, pte, cfg);
338         } else {
339                 cptep = iopte_deref(pte, data);
340         }
341
342         /* Rinse, repeat */
343         return __arm_lpae_map(data, iova, paddr, size, prot, lvl + 1, cptep);
344 }
345
346 static arm_lpae_iopte arm_lpae_prot_to_pte(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
347                                            int prot)
348 {
349         arm_lpae_iopte pte;
350
351         if (data->iop.fmt == ARM_64_LPAE_S1 ||
352             data->iop.fmt == ARM_32_LPAE_S1) {
353                 pte = ARM_LPAE_PTE_nG;
354
355                 if (!(prot & IOMMU_WRITE) && (prot & IOMMU_READ))
356                         pte |= ARM_LPAE_PTE_AP_RDONLY;
357
358                 if (!(prot & IOMMU_PRIV))
359                         pte |= ARM_LPAE_PTE_AP_UNPRIV;
360
361                 if (prot & IOMMU_MMIO)
362                         pte |= (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_DEV
363                                 << ARM_LPAE_PTE_ATTRINDX_SHIFT);
364                 else if (prot & IOMMU_CACHE)
365                         pte |= (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_CACHE
366                                 << ARM_LPAE_PTE_ATTRINDX_SHIFT);
367         } else {
368                 pte = ARM_LPAE_PTE_HAP_FAULT;
369                 if (prot & IOMMU_READ)
370                         pte |= ARM_LPAE_PTE_HAP_READ;
371                 if (prot & IOMMU_WRITE)
372                         pte |= ARM_LPAE_PTE_HAP_WRITE;
373                 if (prot & IOMMU_MMIO)
374                         pte |= ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_DEV;
375                 else if (prot & IOMMU_CACHE)
376                         pte |= ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_OIWB;
377                 else
378                         pte |= ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_NC;
379         }
380
381         if (prot & IOMMU_NOEXEC)
382                 pte |= ARM_LPAE_PTE_XN;
383
384         return pte;
385 }
386
387 static int arm_lpae_map(struct io_pgtable_ops *ops, unsigned long iova,
388                         phys_addr_t paddr, size_t size, int iommu_prot)
389 {
390         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
391         arm_lpae_iopte *ptep = data->pgd;
392         int ret, lvl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
393         arm_lpae_iopte prot;
394
395         /* If no access, then nothing to do */
396         if (!(iommu_prot & (IOMMU_READ | IOMMU_WRITE)))
397                 return 0;
398
399         prot = arm_lpae_prot_to_pte(data, iommu_prot);
400         ret = __arm_lpae_map(data, iova, paddr, size, prot, lvl, ptep);
401         /*
402          * Synchronise all PTE updates for the new mapping before there's
403          * a chance for anything to kick off a table walk for the new iova.
404          */
405         wmb();
406
407         return ret;
408 }
409
410 static void __arm_lpae_free_pgtable(struct arm_lpae_io_pgtable *data, int lvl,
411                                     arm_lpae_iopte *ptep)
412 {
413         arm_lpae_iopte *start, *end;
414         unsigned long table_size;
415
416         if (lvl == ARM_LPAE_START_LVL(data))
417                 table_size = data->pgd_size;
418         else
419                 table_size = ARM_LPAE_GRANULE(data);
420
421         start = ptep;
422
423         /* Only leaf entries at the last level */
424         if (lvl == ARM_LPAE_MAX_LEVELS - 1)
425                 end = ptep;
426         else
427                 end = (void *)ptep + table_size;
428
429         while (ptep != end) {
430                 arm_lpae_iopte pte = *ptep++;
431
432                 if (!pte || iopte_leaf(pte, lvl))
433                         continue;
434
435                 __arm_lpae_free_pgtable(data, lvl + 1, iopte_deref(pte, data));
436         }
437
438         __arm_lpae_free_pages(start, table_size, &data->iop.cfg);
439 }
440
441 static void arm_lpae_free_pgtable(struct io_pgtable *iop)
442 {
443         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_to_data(iop);
444
445         __arm_lpae_free_pgtable(data, ARM_LPAE_START_LVL(data), data->pgd);
446         kfree(data);
447 }
448
449 static int arm_lpae_split_blk_unmap(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
450                                     unsigned long iova, size_t size,
451                                     arm_lpae_iopte prot, int lvl,
452                                     arm_lpae_iopte *ptep, size_t blk_size)
453 {
454         unsigned long blk_start, blk_end;
455         phys_addr_t blk_paddr;
456         arm_lpae_iopte table = 0;
457
458         blk_start = iova & ~(blk_size - 1);
459         blk_end = blk_start + blk_size;
460         blk_paddr = iopte_to_pfn(*ptep, data) << data->pg_shift;
461
462         for (; blk_start < blk_end; blk_start += size, blk_paddr += size) {
463                 arm_lpae_iopte *tablep;
464
465                 /* Unmap! */
466                 if (blk_start == iova)
467                         continue;
468
469                 /* __arm_lpae_map expects a pointer to the start of the table */
470                 tablep = &table - ARM_LPAE_LVL_IDX(blk_start, lvl, data);
471                 if (__arm_lpae_map(data, blk_start, blk_paddr, size, prot, lvl,
472                                    tablep) < 0) {
473                         if (table) {
474                                 /* Free the table we allocated */
475                                 tablep = iopte_deref(table, data);
476                                 __arm_lpae_free_pgtable(data, lvl + 1, tablep);
477                         }
478                         return 0; /* Bytes unmapped */
479                 }
480         }
481
482         __arm_lpae_set_pte(ptep, table, &data->iop.cfg);
483         iova &= ~(blk_size - 1);
484         io_pgtable_tlb_add_flush(&data->iop, iova, blk_size, blk_size, true);
485         return size;
486 }
487
488 static int __arm_lpae_unmap(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
489                             unsigned long iova, size_t size, int lvl,
490                             arm_lpae_iopte *ptep)
491 {
492         arm_lpae_iopte pte;
493         struct io_pgtable *iop = &data->iop;
494         size_t blk_size = ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(lvl, data);
495
496         /* Something went horribly wrong and we ran out of page table */
497         if (WARN_ON(lvl == ARM_LPAE_MAX_LEVELS))
498                 return 0;
499
500         ptep += ARM_LPAE_LVL_IDX(iova, lvl, data);
501         pte = *ptep;
502         if (WARN_ON(!pte))
503                 return 0;
504
505         /* If the size matches this level, we're in the right place */
506         if (size == blk_size) {
507                 __arm_lpae_set_pte(ptep, 0, &iop->cfg);
508
509                 if (!iopte_leaf(pte, lvl)) {
510                         /* Also flush any partial walks */
511                         io_pgtable_tlb_add_flush(iop, iova, size,
512                                                 ARM_LPAE_GRANULE(data), false);
513                         io_pgtable_tlb_sync(iop);
514                         ptep = iopte_deref(pte, data);
515                         __arm_lpae_free_pgtable(data, lvl + 1, ptep);
516                 } else {
517                         io_pgtable_tlb_add_flush(iop, iova, size, size, true);
518                 }
519
520                 return size;
521         } else if (iopte_leaf(pte, lvl)) {
522                 /*
523                  * Insert a table at the next level to map the old region,
524                  * minus the part we want to unmap
525                  */
526                 return arm_lpae_split_blk_unmap(data, iova, size,
527                                                 iopte_prot(pte), lvl, ptep,
528                                                 blk_size);
529         }
530
531         /* Keep on walkin' */
532         ptep = iopte_deref(pte, data);
533         return __arm_lpae_unmap(data, iova, size, lvl + 1, ptep);
534 }
535
536 static int arm_lpae_unmap(struct io_pgtable_ops *ops, unsigned long iova,
537                           size_t size)
538 {
539         size_t unmapped;
540         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
541         arm_lpae_iopte *ptep = data->pgd;
542         int lvl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
543
544         unmapped = __arm_lpae_unmap(data, iova, size, lvl, ptep);
545         if (unmapped)
546                 io_pgtable_tlb_sync(&data->iop);
547
548         return unmapped;
549 }
550
551 static phys_addr_t arm_lpae_iova_to_phys(struct io_pgtable_ops *ops,
552                                          unsigned long iova)
553 {
554         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
555         arm_lpae_iopte pte, *ptep = data->pgd;
556         int lvl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
557
558         do {
559                 /* Valid IOPTE pointer? */
560                 if (!ptep)
561                         return 0;
562
563                 /* Grab the IOPTE we're interested in */
564                 pte = *(ptep + ARM_LPAE_LVL_IDX(iova, lvl, data));
565
566                 /* Valid entry? */
567                 if (!pte)
568                         return 0;
569
570                 /* Leaf entry? */
571                 if (iopte_leaf(pte,lvl))
572                         goto found_translation;
573
574                 /* Take it to the next level */
575                 ptep = iopte_deref(pte, data);
576         } while (++lvl < ARM_LPAE_MAX_LEVELS);
577
578         /* Ran out of page tables to walk */
579         return 0;
580
581 found_translation:
582         iova &= (ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(lvl, data) - 1);
583         return ((phys_addr_t)iopte_to_pfn(pte,data) << data->pg_shift) | iova;
584 }
585
586 static void arm_lpae_restrict_pgsizes(struct io_pgtable_cfg *cfg)
587 {
588         unsigned long granule;
589
590         /*
591          * We need to restrict the supported page sizes to match the
592          * translation regime for a particular granule. Aim to match
593          * the CPU page size if possible, otherwise prefer smaller sizes.
594          * While we're at it, restrict the block sizes to match the
595          * chosen granule.
596          */
597         if (cfg->pgsize_bitmap & PAGE_SIZE)
598                 granule = PAGE_SIZE;
599         else if (cfg->pgsize_bitmap & ~PAGE_MASK)
600                 granule = 1UL << __fls(cfg->pgsize_bitmap & ~PAGE_MASK);
601         else if (cfg->pgsize_bitmap & PAGE_MASK)
602                 granule = 1UL << __ffs(cfg->pgsize_bitmap & PAGE_MASK);
603         else
604                 granule = 0;
605
606         switch (granule) {
607         case SZ_4K:
608                 cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G);
609                 break;
610         case SZ_16K:
611                 cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_16K | SZ_32M);
612                 break;
613         case SZ_64K:
614                 cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_64K | SZ_512M);
615                 break;
616         default:
617                 cfg->pgsize_bitmap = 0;
618         }
619 }
620
621 static struct arm_lpae_io_pgtable *
622 arm_lpae_alloc_pgtable(struct io_pgtable_cfg *cfg)
623 {
624         unsigned long va_bits, pgd_bits;
625         struct arm_lpae_io_pgtable *data;
626
627         arm_lpae_restrict_pgsizes(cfg);
628
629         if (!(cfg->pgsize_bitmap & (SZ_4K | SZ_16K | SZ_64K)))
630                 return NULL;
631
632         if (cfg->ias > ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS)
633                 return NULL;
634
635         if (cfg->oas > ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS)
636                 return NULL;
637
638         if (!selftest_running && cfg->iommu_dev->dma_pfn_offset) {
639                 dev_err(cfg->iommu_dev, "Cannot accommodate DMA offset for IOMMU page tables\n");
640                 return NULL;
641         }
642
643         data = kmalloc(sizeof(*data), GFP_KERNEL);
644         if (!data)
645                 return NULL;
646
647         data->pg_shift = __ffs(cfg->pgsize_bitmap);
648         data->bits_per_level = data->pg_shift - ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte));
649
650         va_bits = cfg->ias - data->pg_shift;
651         data->levels = DIV_ROUND_UP(va_bits, data->bits_per_level);
652
653         /* Calculate the actual size of our pgd (without concatenation) */
654         pgd_bits = va_bits - (data->bits_per_level * (data->levels - 1));
655         data->pgd_size = 1UL << (pgd_bits + ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte)));
656
657         data->iop.ops = (struct io_pgtable_ops) {
658                 .map            = arm_lpae_map,
659                 .unmap          = arm_lpae_unmap,
660                 .iova_to_phys   = arm_lpae_iova_to_phys,
661         };
662
663         return data;
664 }
665
666 static struct io_pgtable *
667 arm_64_lpae_alloc_pgtable_s1(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
668 {
669         u64 reg;
670         struct arm_lpae_io_pgtable *data;
671
672         if (cfg->quirks & ~IO_PGTABLE_QUIRK_ARM_NS)
673                 return NULL;
674
675         data = arm_lpae_alloc_pgtable(cfg);
676         if (!data)
677                 return NULL;
678
679         /* TCR */
680         reg = (ARM_LPAE_TCR_SH_IS << ARM_LPAE_TCR_SH0_SHIFT) |
681               (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_IRGN0_SHIFT) |
682               (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_ORGN0_SHIFT);
683
684         switch (ARM_LPAE_GRANULE(data)) {
685         case SZ_4K:
686                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_4K;
687                 break;
688         case SZ_16K:
689                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_16K;
690                 break;
691         case SZ_64K:
692                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_64K;
693                 break;
694         }
695
696         switch (cfg->oas) {
697         case 32:
698                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_32_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
699                 break;
700         case 36:
701                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_36_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
702                 break;
703         case 40:
704                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_40_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
705                 break;
706         case 42:
707                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_42_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
708                 break;
709         case 44:
710                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_44_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
711                 break;
712         case 48:
713                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_48_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
714                 break;
715         default:
716                 goto out_free_data;
717         }
718
719         reg |= (64ULL - cfg->ias) << ARM_LPAE_TCR_T0SZ_SHIFT;
720
721         /* Disable speculative walks through TTBR1 */
722         reg |= ARM_LPAE_TCR_EPD1;
723         cfg->arm_lpae_s1_cfg.tcr = reg;
724
725         /* MAIRs */
726         reg = (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_NC
727                << ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_NC)) |
728               (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_WBRWA
729                << ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_CACHE)) |
730               (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_DEVICE
731                << ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_DEV));
732
733         cfg->arm_lpae_s1_cfg.mair[0] = reg;
734         cfg->arm_lpae_s1_cfg.mair[1] = 0;
735
736         /* Looking good; allocate a pgd */
737         data->pgd = __arm_lpae_alloc_pages(data->pgd_size, GFP_KERNEL, cfg);
738         if (!data->pgd)
739                 goto out_free_data;
740
741         /* Ensure the empty pgd is visible before any actual TTBR write */
742         wmb();
743
744         /* TTBRs */
745         cfg->arm_lpae_s1_cfg.ttbr[0] = virt_to_phys(data->pgd);
746         cfg->arm_lpae_s1_cfg.ttbr[1] = 0;
747         return &data->iop;
748
749 out_free_data:
750         kfree(data);
751         return NULL;
752 }
753
754 static struct io_pgtable *
755 arm_64_lpae_alloc_pgtable_s2(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
756 {
757         u64 reg, sl;
758         struct arm_lpae_io_pgtable *data;
759
760         /* The NS quirk doesn't apply at stage 2 */
761         if (cfg->quirks)
762                 return NULL;
763
764         data = arm_lpae_alloc_pgtable(cfg);
765         if (!data)
766                 return NULL;
767
768         /*
769          * Concatenate PGDs at level 1 if possible in order to reduce
770          * the depth of the stage-2 walk.
771          */
772         if (data->levels == ARM_LPAE_MAX_LEVELS) {
773                 unsigned long pgd_pages;
774
775                 pgd_pages = data->pgd_size >> ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte));
776                 if (pgd_pages <= ARM_LPAE_S2_MAX_CONCAT_PAGES) {
777                         data->pgd_size = pgd_pages << data->pg_shift;
778                         data->levels--;
779                 }
780         }
781
782         /* VTCR */
783         reg = ARM_64_LPAE_S2_TCR_RES1 |
784              (ARM_LPAE_TCR_SH_IS << ARM_LPAE_TCR_SH0_SHIFT) |
785              (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_IRGN0_SHIFT) |
786              (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_ORGN0_SHIFT);
787
788         sl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
789
790         switch (ARM_LPAE_GRANULE(data)) {
791         case SZ_4K:
792                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_4K;
793                 sl++; /* SL0 format is different for 4K granule size */
794                 break;
795         case SZ_16K:
796                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_16K;
797                 break;
798         case SZ_64K:
799                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_64K;
800                 break;
801         }
802
803         switch (cfg->oas) {
804         case 32:
805                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_32_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
806                 break;
807         case 36:
808                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_36_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
809                 break;
810         case 40:
811                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_40_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
812                 break;
813         case 42:
814                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_42_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
815                 break;
816         case 44:
817                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_44_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
818                 break;
819         case 48:
820                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_48_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
821                 break;
822         default:
823                 goto out_free_data;
824         }
825
826         reg |= (64ULL - cfg->ias) << ARM_LPAE_TCR_T0SZ_SHIFT;
827         reg |= (~sl & ARM_LPAE_TCR_SL0_MASK) << ARM_LPAE_TCR_SL0_SHIFT;
828         cfg->arm_lpae_s2_cfg.vtcr = reg;
829
830         /* Allocate pgd pages */
831         data->pgd = __arm_lpae_alloc_pages(data->pgd_size, GFP_KERNEL, cfg);
832         if (!data->pgd)
833                 goto out_free_data;
834
835         /* Ensure the empty pgd is visible before any actual TTBR write */
836         wmb();
837
838         /* VTTBR */
839         cfg->arm_lpae_s2_cfg.vttbr = virt_to_phys(data->pgd);
840         return &data->iop;
841
842 out_free_data:
843         kfree(data);
844         return NULL;
845 }
846
847 static struct io_pgtable *
848 arm_32_lpae_alloc_pgtable_s1(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
849 {
850         struct io_pgtable *iop;
851
852         if (cfg->ias > 32 || cfg->oas > 40)
853                 return NULL;
854
855         cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G);
856         iop = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s1(cfg, cookie);
857         if (iop) {
858                 cfg->arm_lpae_s1_cfg.tcr |= ARM_32_LPAE_TCR_EAE;
859                 cfg->arm_lpae_s1_cfg.tcr &= 0xffffffff;
860         }
861
862         return iop;
863 }
864
865 static struct io_pgtable *
866 arm_32_lpae_alloc_pgtable_s2(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
867 {
868         struct io_pgtable *iop;
869
870         if (cfg->ias > 40 || cfg->oas > 40)
871                 return NULL;
872
873         cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G);
874         iop = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s2(cfg, cookie);
875         if (iop)
876                 cfg->arm_lpae_s2_cfg.vtcr &= 0xffffffff;
877
878         return iop;
879 }
880
881 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_64_lpae_s1_init_fns = {
882         .alloc  = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s1,
883         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
884 };
885
886 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_64_lpae_s2_init_fns = {
887         .alloc  = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s2,
888         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
889 };
890
891 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_32_lpae_s1_init_fns = {
892         .alloc  = arm_32_lpae_alloc_pgtable_s1,
893         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
894 };
895
896 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_32_lpae_s2_init_fns = {
897         .alloc  = arm_32_lpae_alloc_pgtable_s2,
898         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
899 };
900
901 #ifdef CONFIG_IOMMU_IO_PGTABLE_LPAE_SELFTEST
902
903 static struct io_pgtable_cfg *cfg_cookie;
904
905 static void dummy_tlb_flush_all(void *cookie)
906 {
907         WARN_ON(cookie != cfg_cookie);
908 }
909
910 static void dummy_tlb_add_flush(unsigned long iova, size_t size,
911                                 size_t granule, bool leaf, void *cookie)
912 {
913         WARN_ON(cookie != cfg_cookie);
914         WARN_ON(!(size & cfg_cookie->pgsize_bitmap));
915 }
916
917 static void dummy_tlb_sync(void *cookie)
918 {
919         WARN_ON(cookie != cfg_cookie);
920 }
921
922 static const struct iommu_gather_ops dummy_tlb_ops __initconst = {
923         .tlb_flush_all  = dummy_tlb_flush_all,
924         .tlb_add_flush  = dummy_tlb_add_flush,
925         .tlb_sync       = dummy_tlb_sync,
926 };
927
928 static void __init arm_lpae_dump_ops(struct io_pgtable_ops *ops)
929 {
930         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
931         struct io_pgtable_cfg *cfg = &data->iop.cfg;
932
933         pr_err("cfg: pgsize_bitmap 0x%lx, ias %u-bit\n",
934                 cfg->pgsize_bitmap, cfg->ias);
935         pr_err("data: %d levels, 0x%zx pgd_size, %lu pg_shift, %lu bits_per_level, pgd @ %p\n",
936                 data->levels, data->pgd_size, data->pg_shift,
937                 data->bits_per_level, data->pgd);
938 }
939
940 #define __FAIL(ops, i)  ({                                              \
941                 WARN(1, "selftest: test failed for fmt idx %d\n", (i)); \
942                 arm_lpae_dump_ops(ops);                                 \
943                 selftest_running = false;                               \
944                 -EFAULT;                                                \
945 })
946
947 static int __init arm_lpae_run_tests(struct io_pgtable_cfg *cfg)
948 {
949         static const enum io_pgtable_fmt fmts[] = {
950                 ARM_64_LPAE_S1,
951                 ARM_64_LPAE_S2,
952         };
953
954         int i, j;
955         unsigned long iova;
956         size_t size;
957         struct io_pgtable_ops *ops;
958
959         selftest_running = true;
960
961         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(fmts); ++i) {
962                 cfg_cookie = cfg;
963                 ops = alloc_io_pgtable_ops(fmts[i], cfg, cfg);
964                 if (!ops) {
965                         pr_err("selftest: failed to allocate io pgtable ops\n");
966                         return -ENOMEM;
967                 }
968
969                 /*
970                  * Initial sanity checks.
971                  * Empty page tables shouldn't provide any translations.
972                  */
973                 if (ops->iova_to_phys(ops, 42))
974                         return __FAIL(ops, i);
975
976                 if (ops->iova_to_phys(ops, SZ_1G + 42))
977                         return __FAIL(ops, i);
978
979                 if (ops->iova_to_phys(ops, SZ_2G + 42))
980                         return __FAIL(ops, i);
981
982                 /*
983                  * Distinct mappings of different granule sizes.
984                  */
985                 iova = 0;
986                 for_each_set_bit(j, &cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG) {
987                         size = 1UL << j;
988
989                         if (ops->map(ops, iova, iova, size, IOMMU_READ |
990                                                             IOMMU_WRITE |
991                                                             IOMMU_NOEXEC |
992                                                             IOMMU_CACHE))
993                                 return __FAIL(ops, i);
994
995                         /* Overlapping mappings */
996                         if (!ops->map(ops, iova, iova + size, size,
997                                       IOMMU_READ | IOMMU_NOEXEC))
998                                 return __FAIL(ops, i);
999
1000                         if (ops->iova_to_phys(ops, iova + 42) != (iova + 42))
1001                                 return __FAIL(ops, i);
1002
1003                         iova += SZ_1G;
1004                 }
1005
1006                 /* Partial unmap */
1007                 size = 1UL << __ffs(cfg->pgsize_bitmap);
1008                 if (ops->unmap(ops, SZ_1G + size, size) != size)
1009                         return __FAIL(ops, i);
1010
1011                 /* Remap of partial unmap */
1012                 if (ops->map(ops, SZ_1G + size, size, size, IOMMU_READ))
1013                         return __FAIL(ops, i);
1014
1015                 if (ops->iova_to_phys(ops, SZ_1G + size + 42) != (size + 42))
1016                         return __FAIL(ops, i);
1017
1018                 /* Full unmap */
1019                 iova = 0;
1020                 j = find_first_bit(&cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG);
1021                 while (j != BITS_PER_LONG) {
1022                         size = 1UL << j;
1023
1024                         if (ops->unmap(ops, iova, size) != size)
1025                                 return __FAIL(ops, i);
1026
1027                         if (ops->iova_to_phys(ops, iova + 42))
1028                                 return __FAIL(ops, i);
1029
1030                         /* Remap full block */
1031                         if (ops->map(ops, iova, iova, size, IOMMU_WRITE))
1032                                 return __FAIL(ops, i);
1033
1034                         if (ops->iova_to_phys(ops, iova + 42) != (iova + 42))
1035                                 return __FAIL(ops, i);
1036
1037                         iova += SZ_1G;
1038                         j++;
1039                         j = find_next_bit(&cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG, j);
1040                 }
1041
1042                 free_io_pgtable_ops(ops);
1043         }
1044
1045         selftest_running = false;
1046         return 0;
1047 }
1048
1049 static int __init arm_lpae_do_selftests(void)
1050 {
1051         static const unsigned long pgsize[] = {
1052                 SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G,
1053                 SZ_16K | SZ_32M,
1054                 SZ_64K | SZ_512M,
1055         };
1056
1057         static const unsigned int ias[] = {
1058                 32, 36, 40, 42, 44, 48,
1059         };
1060
1061         int i, j, pass = 0, fail = 0;
1062         struct io_pgtable_cfg cfg = {
1063                 .tlb = &dummy_tlb_ops,
1064                 .oas = 48,
1065         };
1066
1067         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(pgsize); ++i) {
1068                 for (j = 0; j < ARRAY_SIZE(ias); ++j) {
1069                         cfg.pgsize_bitmap = pgsize[i];
1070                         cfg.ias = ias[j];
1071                         pr_info("selftest: pgsize_bitmap 0x%08lx, IAS %u\n",
1072                                 pgsize[i], ias[j]);
1073                         if (arm_lpae_run_tests(&cfg))
1074                                 fail++;
1075                         else
1076                                 pass++;
1077                 }
1078         }
1079
1080         pr_info("selftest: completed with %d PASS %d FAIL\n", pass, fail);
1081         return fail ? -EFAULT : 0;
1082 }
1083 subsys_initcall(arm_lpae_do_selftests);
1084 #endif