drivers/iommu/virtio-iommu.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * Virtio driver for the paravirtualized IOMMU
   4  *
   5  * Copyright (C) 2019 Arm Limited
   6  */
   7
   8 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
   9
  10 #include <linux/amba/bus.h>
  11 #include <linux/delay.h>
  12 #include <linux/dma-iommu.h>
  13 #include <linux/freezer.h>
  14 #include <linux/interval_tree.h>
  15 #include <linux/iommu.h>
  16 #include <linux/module.h>
  17 #include <linux/of_iommu.h>
  18 #include <linux/of_platform.h>
  19 #include <linux/pci.h>
  20 #include <linux/platform_device.h>
  21 #include <linux/virtio.h>
  22 #include <linux/virtio_config.h>
  23 #include <linux/virtio_ids.h>
  24 #include <linux/wait.h>
  25
  26 #include <uapi/linux/virtio_iommu.h>
  27
  28 #define MSI_IOVA_BASE                   0x8000000
  29 #define MSI_IOVA_LENGTH                 0x100000
  30
  31 #define VIOMMU_REQUEST_VQ               0
  32 #define VIOMMU_EVENT_VQ                 1
  33 #define VIOMMU_NR_VQS                   2
  34
  35 struct viommu_dev {
  36         struct iommu_device             iommu;
  37         struct device                   *dev;
  38         struct virtio_device            *vdev;
  39
  40         struct ida                      domain_ids;
  41
  42         struct virtqueue                *vqs[VIOMMU_NR_VQS];
  43         spinlock_t                      request_lock;
  44         struct list_head                requests;
  45         void                            *evts;
  46
  47         /* Device configuration */
  48         struct iommu_domain_geometry    geometry;
  49         u64                             pgsize_bitmap;
  50         u32                             first_domain;
  51         u32                             last_domain;
  52         /* Supported MAP flags */
  53         u32                             map_flags;
  54         u32                             probe_size;
  55 };
  56
  57 struct viommu_mapping {
  58         phys_addr_t                     paddr;
  59         struct interval_tree_node       iova;
  60         u32                             flags;
  61 };
  62
  63 struct viommu_domain {
  64         struct iommu_domain             domain;
  65         struct viommu_dev               *viommu;
  66         struct mutex                    mutex; /* protects viommu pointer */
  67         unsigned int                    id;
  68         u32                             map_flags;
  69
  70         spinlock_t                      mappings_lock;
  71         struct rb_root_cached           mappings;
  72
  73         unsigned long                   nr_endpoints;
  74 };
  75
  76 struct viommu_endpoint {
  77         struct device                   *dev;
  78         struct viommu_dev               *viommu;
  79         struct viommu_domain            *vdomain;
  80         struct list_head                resv_regions;
  81 };
  82
  83 struct viommu_request {
  84         struct list_head                list;
  85         void                            *writeback;
  86         unsigned int                    write_offset;
  87         unsigned int                    len;
  88         char                            buf[];
  89 };
  90
  91 #define VIOMMU_FAULT_RESV_MASK          0xffffff00
  92
  93 struct viommu_event {
  94         union {
  95                 u32                     head;
  96                 struct virtio_iommu_fault fault;
  97         };
  98 };
  99
 100 #define to_viommu_domain(domain)        \
 101         container_of(domain, struct viommu_domain, domain)
 102
 103 static int viommu_get_req_errno(void *buf, size_t len)
 104 {
 105         struct virtio_iommu_req_tail *tail = buf + len - sizeof(*tail);
 106
 107         switch (tail->status) {
 108         case VIRTIO_IOMMU_S_OK:
 109                 return 0;
 110         case VIRTIO_IOMMU_S_UNSUPP:
 111                 return -ENOSYS;
 112         case VIRTIO_IOMMU_S_INVAL:
 113                 return -EINVAL;
 114         case VIRTIO_IOMMU_S_RANGE:
 115                 return -ERANGE;
 116         case VIRTIO_IOMMU_S_NOENT:
 117                 return -ENOENT;
 118         case VIRTIO_IOMMU_S_FAULT:
 119                 return -EFAULT;
 120         case VIRTIO_IOMMU_S_NOMEM:
 121                 return -ENOMEM;
 122         case VIRTIO_IOMMU_S_IOERR:
 123         case VIRTIO_IOMMU_S_DEVERR:
 124         default:
 125                 return -EIO;
 126         }
 127 }
 128
 129 static void viommu_set_req_status(void *buf, size_t len, int status)
 130 {
 131         struct virtio_iommu_req_tail *tail = buf + len - sizeof(*tail);
 132
 133         tail->status = status;
 134 }
 135
 136 static off_t viommu_get_write_desc_offset(struct viommu_dev *viommu,
 137                                           struct virtio_iommu_req_head *req,
 138                                           size_t len)
 139 {
 140         size_t tail_size = sizeof(struct virtio_iommu_req_tail);
 141
 142         if (req->type == VIRTIO_IOMMU_T_PROBE)
 143                 return len - viommu->probe_size - tail_size;
 144
 145         return len - tail_size;
 146 }
 147
 148 /*
 149  * __viommu_sync_req - Complete all in-flight requests
 150  *
 151  * Wait for all added requests to complete. When this function returns, all
 152  * requests that were in-flight at the time of the call have completed.
 153  */
 154 static int __viommu_sync_req(struct viommu_dev *viommu)
 155 {
 156         int ret = 0;
 157         unsigned int len;
 158         size_t write_len;
 159         struct viommu_request *req;
 160         struct virtqueue *vq = viommu->vqs[VIOMMU_REQUEST_VQ];
 161
 162         assert_spin_locked(&viommu->request_lock);
 163
 164         virtqueue_kick(vq);
 165
 166         while (!list_empty(&viommu->requests)) {
 167                 len = 0;
 168                 req = virtqueue_get_buf(vq, &len);
 169                 if (!req)
 170                         continue;
 171
 172                 if (!len)
 173                         viommu_set_req_status(req->buf, req->len,
 174                                               VIRTIO_IOMMU_S_IOERR);
 175
 176                 write_len = req->len - req->write_offset;
 177                 if (req->writeback && len == write_len)
 178                         memcpy(req->writeback, req->buf + req->write_offset,
 179                                write_len);
 180
 181                 list_del(&req->list);
 182                 kfree(req);
 183         }
 184
 185         return ret;
 186 }
 187
 188 static int viommu_sync_req(struct viommu_dev *viommu)
 189 {
 190         int ret;
 191         unsigned long flags;
 192
 193         spin_lock_irqsave(&viommu->request_lock, flags);
 194         ret = __viommu_sync_req(viommu);
 195         if (ret)
 196                 dev_dbg(viommu->dev, "could not sync requests (%d)\n", ret);
 197         spin_unlock_irqrestore(&viommu->request_lock, flags);
 198
 199         return ret;
 200 }
 201
 202 /*
 203  * __viommu_add_request - Add one request to the queue
 204  * @buf: pointer to the request buffer
 205  * @len: length of the request buffer
 206  * @writeback: copy data back to the buffer when the request completes.
 207  *
 208  * Add a request to the queue. Only synchronize the queue if it's already full.
 209  * Otherwise don't kick the queue nor wait for requests to complete.
 210  *
 211  * When @writeback is true, data written by the device, including the request
 212  * status, is copied into @buf after the request completes. This is unsafe if
 213  * the caller allocates @buf on stack and drops the lock between add_req() and
 214  * sync_req().
 215  *
 216  * Return 0 if the request was successfully added to the queue.
 217  */
 218 static int __viommu_add_req(struct viommu_dev *viommu, void *buf, size_t len,
 219                             bool writeback)
 220 {
 221         int ret;
 222         off_t write_offset;
 223         struct viommu_request *req;
 224         struct scatterlist top_sg, bottom_sg;
 225         struct scatterlist *sg[2] = { &top_sg, &bottom_sg };
 226         struct virtqueue *vq = viommu->vqs[VIOMMU_REQUEST_VQ];
 227
 228         assert_spin_locked(&viommu->request_lock);
 229
 230         write_offset = viommu_get_write_desc_offset(viommu, buf, len);
 231         if (write_offset <= 0)
 232                 return -EINVAL;
 233
 234         req = kzalloc(sizeof(*req) + len, GFP_ATOMIC);
 235         if (!req)
 236                 return -ENOMEM;
 237
 238         req->len = len;
 239         if (writeback) {
 240                 req->writeback = buf + write_offset;
 241                 req->write_offset = write_offset;
 242         }
 243         memcpy(&req->buf, buf, write_offset);
 244
 245         sg_init_one(&top_sg, req->buf, write_offset);
 246         sg_init_one(&bottom_sg, req->buf + write_offset, len - write_offset);
 247
 248         ret = virtqueue_add_sgs(vq, sg, 1, 1, req, GFP_ATOMIC);
 249         if (ret == -ENOSPC) {
 250                 /* If the queue is full, sync and retry */
 251                 if (!__viommu_sync_req(viommu))
 252                         ret = virtqueue_add_sgs(vq, sg, 1, 1, req, GFP_ATOMIC);
 253         }
 254         if (ret)
 255                 goto err_free;
 256
 257         list_add_tail(&req->list, &viommu->requests);
 258         return 0;
 259
 260 err_free:
 261         kfree(req);
 262         return ret;
 263 }
 264
 265 static int viommu_add_req(struct viommu_dev *viommu, void *buf, size_t len)
 266 {
 267         int ret;
 268         unsigned long flags;
 269
 270         spin_lock_irqsave(&viommu->request_lock, flags);
 271         ret = __viommu_add_req(viommu, buf, len, false);
 272         if (ret)
 273                 dev_dbg(viommu->dev, "could not add request: %d\n", ret);
 274         spin_unlock_irqrestore(&viommu->request_lock, flags);
 275
 276         return ret;
 277 }
 278
 279 /*
 280  * Send a request and wait for it to complete. Return the request status (as an
 281  * errno)
 282  */
 283 static int viommu_send_req_sync(struct viommu_dev *viommu, void *buf,
 284                                 size_t len)
 285 {
 286         int ret;
 287         unsigned long flags;
 288
 289         spin_lock_irqsave(&viommu->request_lock, flags);
 290
 291         ret = __viommu_add_req(viommu, buf, len, true);
 292         if (ret) {
 293                 dev_dbg(viommu->dev, "could not add request (%d)\n", ret);
 294                 goto out_unlock;
 295         }
 296
 297         ret = __viommu_sync_req(viommu);
 298         if (ret) {
 299                 dev_dbg(viommu->dev, "could not sync requests (%d)\n", ret);
 300                 /* Fall-through (get the actual request status) */
 301         }
 302
 303         ret = viommu_get_req_errno(buf, len);
 304 out_unlock:
 305         spin_unlock_irqrestore(&viommu->request_lock, flags);
 306         return ret;
 307 }
 308
 309 /*
 310  * viommu_add_mapping - add a mapping to the internal tree
 311  *
 312  * On success, return the new mapping. Otherwise return NULL.
 313  */
 314 static int viommu_add_mapping(struct viommu_domain *vdomain, unsigned long iova,
 315                               phys_addr_t paddr, size_t size, u32 flags)
 316 {
 317         unsigned long irqflags;
 318         struct viommu_mapping *mapping;
 319
 320         mapping = kzalloc(sizeof(*mapping), GFP_ATOMIC);
 321         if (!mapping)
 322                 return -ENOMEM;
 323
 324         mapping->paddr          = paddr;
 325         mapping->iova.start     = iova;
 326         mapping->iova.last      = iova + size - 1;
 327         mapping->flags          = flags;
 328
 329         spin_lock_irqsave(&vdomain->mappings_lock, irqflags);
 330         interval_tree_insert(&mapping->iova, &vdomain->mappings);
 331         spin_unlock_irqrestore(&vdomain->mappings_lock, irqflags);
 332
 333         return 0;
 334 }
 335
 336 /*
 337  * viommu_del_mappings - remove mappings from the internal tree
 338  *
 339  * @vdomain: the domain
 340  * @iova: start of the range
 341  * @size: size of the range. A size of 0 corresponds to the entire address
 342  *      space.
 343  *
 344  * On success, returns the number of unmapped bytes (>= size)
 345  */
 346 static size_t viommu_del_mappings(struct viommu_domain *vdomain,
 347                                   unsigned long iova, size_t size)
 348 {
 349         size_t unmapped = 0;
 350         unsigned long flags;
 351         unsigned long last = iova + size - 1;
 352         struct viommu_mapping *mapping = NULL;
 353         struct interval_tree_node *node, *next;
 354
 355         spin_lock_irqsave(&vdomain->mappings_lock, flags);
 356         next = interval_tree_iter_first(&vdomain->mappings, iova, last);
 357         while (next) {
 358                 node = next;
 359                 mapping = container_of(node, struct viommu_mapping, iova);
 360                 next = interval_tree_iter_next(node, iova, last);
 361
 362                 /* Trying to split a mapping? */
 363                 if (mapping->iova.start < iova)
 364                         break;
 365
 366                 /*
 367                  * Virtio-iommu doesn't allow UNMAP to split a mapping created
 368                  * with a single MAP request, so remove the full mapping.
 369                  */
 370                 unmapped += mapping->iova.last - mapping->iova.start + 1;
 371
 372                 interval_tree_remove(node, &vdomain->mappings);
 373                 kfree(mapping);
 374         }
 375         spin_unlock_irqrestore(&vdomain->mappings_lock, flags);
 376
 377         return unmapped;
 378 }
 379
 380 /*
 381  * viommu_replay_mappings - re-send MAP requests
 382  *
 383  * When reattaching a domain that was previously detached from all endpoints,
 384  * mappings were deleted from the device. Re-create the mappings available in
 385  * the internal tree.
 386  */
 387 static int viommu_replay_mappings(struct viommu_domain *vdomain)
 388 {
 389         int ret = 0;
 390         unsigned long flags;
 391         struct viommu_mapping *mapping;
 392         struct interval_tree_node *node;
 393         struct virtio_iommu_req_map map;
 394
 395         spin_lock_irqsave(&vdomain->mappings_lock, flags);
 396         node = interval_tree_iter_first(&vdomain->mappings, 0, -1UL);
 397         while (node) {
 398                 mapping = container_of(node, struct viommu_mapping, iova);
 399                 map = (struct virtio_iommu_req_map) {
 400                         .head.type      = VIRTIO_IOMMU_T_MAP,
 401                         .domain         = cpu_to_le32(vdomain->id),
 402                         .virt_start     = cpu_to_le64(mapping->iova.start),
 403                         .virt_end       = cpu_to_le64(mapping->iova.last),
 404                         .phys_start     = cpu_to_le64(mapping->paddr),
 405                         .flags          = cpu_to_le32(mapping->flags),
 406                 };
 407
 408                 ret = viommu_send_req_sync(vdomain->viommu, &map, sizeof(map));
 409                 if (ret)
 410                         break;
 411
 412                 node = interval_tree_iter_next(node, 0, -1UL);
 413         }
 414         spin_unlock_irqrestore(&vdomain->mappings_lock, flags);
 415
 416         return ret;
 417 }
 418
 419 static int viommu_add_resv_mem(struct viommu_endpoint *vdev,
 420                                struct virtio_iommu_probe_resv_mem *mem,
 421                                size_t len)
 422 {
 423         size_t size;
 424         u64 start64, end64;
 425         phys_addr_t start, end;
 426         struct iommu_resv_region *region = NULL;
 427         unsigned long prot = IOMMU_WRITE | IOMMU_NOEXEC | IOMMU_MMIO;
 428
 429         start = start64 = le64_to_cpu(mem->start);
 430         end = end64 = le64_to_cpu(mem->end);
 431         size = end64 - start64 + 1;
 432
 433         /* Catch any overflow, including the unlikely end64 - start64 + 1 = 0 */
 434         if (start != start64 || end != end64 || size < end64 - start64)
 435                 return -EOVERFLOW;
 436
 437         if (len < sizeof(*mem))
 438                 return -EINVAL;
 439
 440         switch (mem->subtype) {
 441         default:
 442                 dev_warn(vdev->dev, "unknown resv mem subtype 0x%x\n",
 443                          mem->subtype);
 444                 /* Fall-through */
 445         case VIRTIO_IOMMU_RESV_MEM_T_RESERVED:
 446                 region = iommu_alloc_resv_region(start, size, 0,
 447                                                  IOMMU_RESV_RESERVED);
 448                 break;
 449         case VIRTIO_IOMMU_RESV_MEM_T_MSI:
 450                 region = iommu_alloc_resv_region(start, size, prot,
 451                                                  IOMMU_RESV_MSI);
 452                 break;
 453         }
 454         if (!region)
 455                 return -ENOMEM;
 456
 457         list_add(&vdev->resv_regions, &region->list);
 458         return 0;
 459 }
 460
 461 static int viommu_probe_endpoint(struct viommu_dev *viommu, struct device *dev)
 462 {
 463         int ret;
 464         u16 type, len;
 465         size_t cur = 0;
 466         size_t probe_len;
 467         struct virtio_iommu_req_probe *probe;
 468         struct virtio_iommu_probe_property *prop;
 469         struct iommu_fwspec *fwspec = dev_iommu_fwspec_get(dev);
 470         struct viommu_endpoint *vdev = fwspec->iommu_priv;
 471
 472         if (!fwspec->num_ids)
 473                 return -EINVAL;
 474
 475         probe_len = sizeof(*probe) + viommu->probe_size +
 476                     sizeof(struct virtio_iommu_req_tail);
 477         probe = kzalloc(probe_len, GFP_KERNEL);
 478         if (!probe)
 479                 return -ENOMEM;
 480
 481         probe->head.type = VIRTIO_IOMMU_T_PROBE;
 482         /*
 483          * For now, assume that properties of an endpoint that outputs multiple
 484          * IDs are consistent. Only probe the first one.
 485          */
 486         probe->endpoint = cpu_to_le32(fwspec->ids[0]);
 487
 488         ret = viommu_send_req_sync(viommu, probe, probe_len);
 489         if (ret)
 490                 goto out_free;
 491
 492         prop = (void *)probe->properties;
 493         type = le16_to_cpu(prop->type) & VIRTIO_IOMMU_PROBE_T_MASK;
 494
 495         while (type != VIRTIO_IOMMU_PROBE_T_NONE &&
 496                cur < viommu->probe_size) {
 497                 len = le16_to_cpu(prop->length) + sizeof(*prop);
 498
 499                 switch (type) {
 500                 case VIRTIO_IOMMU_PROBE_T_RESV_MEM:
 501                         ret = viommu_add_resv_mem(vdev, (void *)prop, len);
 502                         break;
 503                 default:
 504                         dev_err(dev, "unknown viommu prop 0x%x\n", type);
 505                 }
 506
 507                 if (ret)
 508                         dev_err(dev, "failed to parse viommu prop 0x%x\n", type);
 509
 510                 cur += len;
 511                 if (cur >= viommu->probe_size)
 512                         break;
 513
 514                 prop = (void *)probe->properties + cur;
 515                 type = le16_to_cpu(prop->type) & VIRTIO_IOMMU_PROBE_T_MASK;
 516         }
 517
 518 out_free:
 519         kfree(probe);
 520         return ret;
 521 }
 522
 523 static int viommu_fault_handler(struct viommu_dev *viommu,
 524                                 struct virtio_iommu_fault *fault)
 525 {
 526         char *reason_str;
 527
 528         u8 reason       = fault->reason;
 529         u32 flags       = le32_to_cpu(fault->flags);
 530         u32 endpoint    = le32_to_cpu(fault->endpoint);
 531         u64 address     = le64_to_cpu(fault->address);
 532
 533         switch (reason) {
 534         case VIRTIO_IOMMU_FAULT_R_DOMAIN:
 535                 reason_str = "domain";
 536                 break;
 537         case VIRTIO_IOMMU_FAULT_R_MAPPING:
 538                 reason_str = "page";
 539                 break;
 540         case VIRTIO_IOMMU_FAULT_R_UNKNOWN:
 541         default:
 542                 reason_str = "unknown";
 543                 break;
 544         }
 545
 546         /* TODO: find EP by ID and report_iommu_fault */
 547         if (flags & VIRTIO_IOMMU_FAULT_F_ADDRESS)
 548                 dev_err_ratelimited(viommu->dev, "%s fault from EP %u at %#llx [%s%s%s]\n",
 549                                     reason_str, endpoint, address,
 550                                     flags & VIRTIO_IOMMU_FAULT_F_READ ? "R" : "",
 551                                     flags & VIRTIO_IOMMU_FAULT_F_WRITE ? "W" : "",
 552                                     flags & VIRTIO_IOMMU_FAULT_F_EXEC ? "X" : "");
 553         else
 554                 dev_err_ratelimited(viommu->dev, "%s fault from EP %u\n",
 555                                     reason_str, endpoint);
 556         return 0;
 557 }
 558
 559 static void viommu_event_handler(struct virtqueue *vq)
 560 {
 561         int ret;
 562         unsigned int len;
 563         struct scatterlist sg[1];
 564         struct viommu_event *evt;
 565         struct viommu_dev *viommu = vq->vdev->priv;
 566
 567         while ((evt = virtqueue_get_buf(vq, &len)) != NULL) {
 568                 if (len > sizeof(*evt)) {
 569                         dev_err(viommu->dev,
 570                                 "invalid event buffer (len %u != %zu)\n",
 571                                 len, sizeof(*evt));
 572                 } else if (!(evt->head & VIOMMU_FAULT_RESV_MASK)) {
 573                         viommu_fault_handler(viommu, &evt->fault);
 574                 }
 575
 576                 sg_init_one(sg, evt, sizeof(*evt));
 577                 ret = virtqueue_add_inbuf(vq, sg, 1, evt, GFP_ATOMIC);
 578                 if (ret)
 579                         dev_err(viommu->dev, "could not add event buffer\n");
 580         }
 581
 582         virtqueue_kick(vq);
 583 }
 584
 585 /* IOMMU API */
 586
 587 static struct iommu_domain *viommu_domain_alloc(unsigned type)
 588 {
 589         struct viommu_domain *vdomain;
 590
 591         if (type != IOMMU_DOMAIN_UNMANAGED && type != IOMMU_DOMAIN_DMA)
 592                 return NULL;
 593
 594         vdomain = kzalloc(sizeof(*vdomain), GFP_KERNEL);
 595         if (!vdomain)
 596                 return NULL;
 597
 598         mutex_init(&vdomain->mutex);
 599         spin_lock_init(&vdomain->mappings_lock);
 600         vdomain->mappings = RB_ROOT_CACHED;
 601
 602         if (type == IOMMU_DOMAIN_DMA &&
 603             iommu_get_dma_cookie(&vdomain->domain)) {
 604                 kfree(vdomain);
 605                 return NULL;
 606         }
 607
 608         return &vdomain->domain;
 609 }
 610
 611 static int viommu_domain_finalise(struct viommu_dev *viommu,
 612                                   struct iommu_domain *domain)
 613 {
 614         int ret;
 615         struct viommu_domain *vdomain = to_viommu_domain(domain);
 616
 617         vdomain->viommu         = viommu;
 618         vdomain->map_flags      = viommu->map_flags;
 619
 620         domain->pgsize_bitmap   = viommu->pgsize_bitmap;
 621         domain->geometry        = viommu->geometry;
 622
 623         ret = ida_alloc_range(&viommu->domain_ids, viommu->first_domain,
 624                               viommu->last_domain, GFP_KERNEL);
 625         if (ret >= 0)
 626                 vdomain->id = (unsigned int)ret;
 627
 628         return ret > 0 ? 0 : ret;
 629 }
 630
 631 static void viommu_domain_free(struct iommu_domain *domain)
 632 {
 633         struct viommu_domain *vdomain = to_viommu_domain(domain);
 634
 635         iommu_put_dma_cookie(domain);
 636
 637         /* Free all remaining mappings (size 2^64) */
 638         viommu_del_mappings(vdomain, 0, 0);
 639
 640         if (vdomain->viommu)
 641                 ida_free(&vdomain->viommu->domain_ids, vdomain->id);
 642
 643         kfree(vdomain);
 644 }
 645
 646 static int viommu_attach_dev(struct iommu_domain *domain, struct device *dev)
 647 {
 648         int i;
 649         int ret = 0;
 650         struct virtio_iommu_req_attach req;
 651         struct iommu_fwspec *fwspec = dev_iommu_fwspec_get(dev);
 652         struct viommu_endpoint *vdev = fwspec->iommu_priv;
 653         struct viommu_domain *vdomain = to_viommu_domain(domain);
 654
 655         mutex_lock(&vdomain->mutex);
 656         if (!vdomain->viommu) {
 657                 /*
 658                  * Properly initialize the domain now that we know which viommu
 659                  * owns it.
 660                  */
 661                 ret = viommu_domain_finalise(vdev->viommu, domain);
 662         } else if (vdomain->viommu != vdev->viommu) {
 663                 dev_err(dev, "cannot attach to foreign vIOMMU\n");
 664                 ret = -EXDEV;
 665         }
 666         mutex_unlock(&vdomain->mutex);
 667
 668         if (ret)
 669                 return ret;
 670
 671         /*
 672          * In the virtio-iommu device, when attaching the endpoint to a new
 673          * domain, it is detached from the old one and, if as as a result the
 674          * old domain isn't attached to any endpoint, all mappings are removed
 675          * from the old domain and it is freed.
 676          *
 677          * In the driver the old domain still exists, and its mappings will be
 678          * recreated if it gets reattached to an endpoint. Otherwise it will be
 679          * freed explicitly.
 680          *
 681          * vdev->vdomain is protected by group->mutex
 682          */
 683         if (vdev->vdomain)
 684                 vdev->vdomain->nr_endpoints--;
 685
 686         req = (struct virtio_iommu_req_attach) {
 687                 .head.type      = VIRTIO_IOMMU_T_ATTACH,
 688                 .domain         = cpu_to_le32(vdomain->id),
 689         };
 690
 691         for (i = 0; i < fwspec->num_ids; i++) {
 692                 req.endpoint = cpu_to_le32(fwspec->ids[i]);
 693
 694                 ret = viommu_send_req_sync(vdomain->viommu, &req, sizeof(req));
 695                 if (ret)
 696                         return ret;
 697         }
 698
 699         if (!vdomain->nr_endpoints) {
 700                 /*
 701                  * This endpoint is the first to be attached to the domain.
 702                  * Replay existing mappings (e.g. SW MSI).
 703                  */
 704                 ret = viommu_replay_mappings(vdomain);
 705                 if (ret)
 706                         return ret;
 707         }
 708
 709         vdomain->nr_endpoints++;
 710         vdev->vdomain = vdomain;
 711
 712         return 0;
 713 }
 714
 715 static int viommu_map(struct iommu_domain *domain, unsigned long iova,
 716                       phys_addr_t paddr, size_t size, int prot)
 717 {
 718         int ret;
 719         u32 flags;
 720         struct virtio_iommu_req_map map;
 721         struct viommu_domain *vdomain = to_viommu_domain(domain);
 722
 723         flags = (prot & IOMMU_READ ? VIRTIO_IOMMU_MAP_F_READ : 0) |
 724                 (prot & IOMMU_WRITE ? VIRTIO_IOMMU_MAP_F_WRITE : 0) |
 725                 (prot & IOMMU_MMIO ? VIRTIO_IOMMU_MAP_F_MMIO : 0);
 726
 727         if (flags & ~vdomain->map_flags)
 728                 return -EINVAL;
 729
 730         ret = viommu_add_mapping(vdomain, iova, paddr, size, flags);
 731         if (ret)
 732                 return ret;
 733
 734         map = (struct virtio_iommu_req_map) {
 735                 .head.type      = VIRTIO_IOMMU_T_MAP,
 736                 .domain         = cpu_to_le32(vdomain->id),
 737                 .virt_start     = cpu_to_le64(iova),
 738                 .phys_start     = cpu_to_le64(paddr),
 739                 .virt_end       = cpu_to_le64(iova + size - 1),
 740                 .flags          = cpu_to_le32(flags),
 741         };
 742
 743         if (!vdomain->nr_endpoints)
 744                 return 0;
 745
 746         ret = viommu_send_req_sync(vdomain->viommu, &map, sizeof(map));
 747         if (ret)
 748                 viommu_del_mappings(vdomain, iova, size);
 749
 750         return ret;
 751 }
 752
 753 static size_t viommu_unmap(struct iommu_domain *domain, unsigned long iova,
 754                            size_t size, struct iommu_iotlb_gather *gather)
 755 {
 756         int ret = 0;
 757         size_t unmapped;
 758         struct virtio_iommu_req_unmap unmap;
 759         struct viommu_domain *vdomain = to_viommu_domain(domain);
 760
 761         unmapped = viommu_del_mappings(vdomain, iova, size);
 762         if (unmapped < size)
 763                 return 0;
 764
 765         /* Device already removed all mappings after detach. */
 766         if (!vdomain->nr_endpoints)
 767                 return unmapped;
 768
 769         unmap = (struct virtio_iommu_req_unmap) {
 770                 .head.type      = VIRTIO_IOMMU_T_UNMAP,
 771                 .domain         = cpu_to_le32(vdomain->id),
 772                 .virt_start     = cpu_to_le64(iova),
 773                 .virt_end       = cpu_to_le64(iova + unmapped - 1),
 774         };
 775
 776         ret = viommu_add_req(vdomain->viommu, &unmap, sizeof(unmap));
 777         return ret ? 0 : unmapped;
 778 }
 779
 780 static phys_addr_t viommu_iova_to_phys(struct iommu_domain *domain,
 781                                        dma_addr_t iova)
 782 {
 783         u64 paddr = 0;
 784         unsigned long flags;
 785         struct viommu_mapping *mapping;
 786         struct interval_tree_node *node;
 787         struct viommu_domain *vdomain = to_viommu_domain(domain);
 788
 789         spin_lock_irqsave(&vdomain->mappings_lock, flags);
 790         node = interval_tree_iter_first(&vdomain->mappings, iova, iova);
 791         if (node) {
 792                 mapping = container_of(node, struct viommu_mapping, iova);
 793                 paddr = mapping->paddr + (iova - mapping->iova.start);
 794         }
 795         spin_unlock_irqrestore(&vdomain->mappings_lock, flags);
 796
 797         return paddr;
 798 }
 799
 800 static void viommu_iotlb_sync(struct iommu_domain *domain,
 801                               struct iommu_iotlb_gather *gather)
 802 {
 803         struct viommu_domain *vdomain = to_viommu_domain(domain);
 804
 805         viommu_sync_req(vdomain->viommu);
 806 }
 807
 808 static void viommu_get_resv_regions(struct device *dev, struct list_head *head)
 809 {
 810         struct iommu_resv_region *entry, *new_entry, *msi = NULL;
 811         struct iommu_fwspec *fwspec = dev_iommu_fwspec_get(dev);
 812         struct viommu_endpoint *vdev = fwspec->iommu_priv;
 813         int prot = IOMMU_WRITE | IOMMU_NOEXEC | IOMMU_MMIO;
 814
 815         list_for_each_entry(entry, &vdev->resv_regions, list) {
 816                 if (entry->type == IOMMU_RESV_MSI)
 817                         msi = entry;
 818
 819                 new_entry = kmemdup(entry, sizeof(*entry), GFP_KERNEL);
 820                 if (!new_entry)
 821                         return;
 822                 list_add_tail(&new_entry->list, head);
 823         }
 824
 825         /*
 826          * If the device didn't register any bypass MSI window, add a
 827          * software-mapped region.
 828          */
 829         if (!msi) {
 830                 msi = iommu_alloc_resv_region(MSI_IOVA_BASE, MSI_IOVA_LENGTH,
 831                                               prot, IOMMU_RESV_SW_MSI);
 832                 if (!msi)
 833                         return;
 834
 835                 list_add_tail(&msi->list, head);
 836         }
 837
 838         iommu_dma_get_resv_regions(dev, head);
 839 }
 840
 841 static void viommu_put_resv_regions(struct device *dev, struct list_head *head)
 842 {
 843         struct iommu_resv_region *entry, *next;
 844
 845         list_for_each_entry_safe(entry, next, head, list)
 846                 kfree(entry);
 847 }
 848
 849 static struct iommu_ops viommu_ops;
 850 static struct virtio_driver virtio_iommu_drv;
 851
 852 static int viommu_match_node(struct device *dev, const void *data)
 853 {
 854         return dev->parent->fwnode == data;
 855 }
 856
 857 static struct viommu_dev *viommu_get_by_fwnode(struct fwnode_handle *fwnode)
 858 {
 859         struct device *dev = driver_find_device(&virtio_iommu_drv.driver, NULL,
 860                                                 fwnode, viommu_match_node);
 861         put_device(dev);
 862
 863         return dev ? dev_to_virtio(dev)->priv : NULL;
 864 }
 865
 866 static int viommu_add_device(struct device *dev)
 867 {
 868         int ret;
 869         struct iommu_group *group;
 870         struct viommu_endpoint *vdev;
 871         struct viommu_dev *viommu = NULL;
 872         struct iommu_fwspec *fwspec = dev_iommu_fwspec_get(dev);
 873
 874         if (!fwspec || fwspec->ops != &viommu_ops)
 875                 return -ENODEV;
 876
 877         viommu = viommu_get_by_fwnode(fwspec->iommu_fwnode);
 878         if (!viommu)
 879                 return -ENODEV;
 880
 881         vdev = kzalloc(sizeof(*vdev), GFP_KERNEL);
 882         if (!vdev)
 883                 return -ENOMEM;
 884
 885         vdev->dev = dev;
 886         vdev->viommu = viommu;
 887         INIT_LIST_HEAD(&vdev->resv_regions);
 888         fwspec->iommu_priv = vdev;
 889
 890         if (viommu->probe_size) {
 891                 /* Get additional information for this endpoint */
 892                 ret = viommu_probe_endpoint(viommu, dev);
 893                 if (ret)
 894                         goto err_free_dev;
 895         }
 896
 897         ret = iommu_device_link(&viommu->iommu, dev);
 898         if (ret)
 899                 goto err_free_dev;
 900
 901         /*
 902          * Last step creates a default domain and attaches to it. Everything
 903          * must be ready.
 904          */
 905         group = iommu_group_get_for_dev(dev);
 906         if (IS_ERR(group)) {
 907                 ret = PTR_ERR(group);
 908                 goto err_unlink_dev;
 909         }
 910
 911         iommu_group_put(group);
 912
 913         return PTR_ERR_OR_ZERO(group);
 914
 915 err_unlink_dev:
 916         iommu_device_unlink(&viommu->iommu, dev);
 917 err_free_dev:
 918         viommu_put_resv_regions(dev, &vdev->resv_regions);
 919         kfree(vdev);
 920
 921         return ret;
 922 }
 923
 924 static void viommu_remove_device(struct device *dev)
 925 {
 926         struct viommu_endpoint *vdev;
 927         struct iommu_fwspec *fwspec = dev_iommu_fwspec_get(dev);
 928
 929         if (!fwspec || fwspec->ops != &viommu_ops)
 930                 return;
 931
 932         vdev = fwspec->iommu_priv;
 933
 934         iommu_group_remove_device(dev);
 935         iommu_device_unlink(&vdev->viommu->iommu, dev);
 936         viommu_put_resv_regions(dev, &vdev->resv_regions);
 937         kfree(vdev);
 938 }
 939
 940 static struct iommu_group *viommu_device_group(struct device *dev)
 941 {
 942         if (dev_is_pci(dev))
 943                 return pci_device_group(dev);
 944         else
 945                 return generic_device_group(dev);
 946 }
 947
 948 static int viommu_of_xlate(struct device *dev, struct of_phandle_args *args)
 949 {
 950         return iommu_fwspec_add_ids(dev, args->args, 1);
 951 }
 952
 953 static struct iommu_ops viommu_ops = {
 954         .domain_alloc           = viommu_domain_alloc,
 955         .domain_free            = viommu_domain_free,
 956         .attach_dev             = viommu_attach_dev,
 957         .map                    = viommu_map,
 958         .unmap                  = viommu_unmap,
 959         .iova_to_phys           = viommu_iova_to_phys,
 960         .iotlb_sync             = viommu_iotlb_sync,
 961         .add_device             = viommu_add_device,
 962         .remove_device          = viommu_remove_device,
 963         .device_group           = viommu_device_group,
 964         .get_resv_regions       = viommu_get_resv_regions,
 965         .put_resv_regions       = viommu_put_resv_regions,
 966         .of_xlate               = viommu_of_xlate,
 967 };
 968
 969 static int viommu_init_vqs(struct viommu_dev *viommu)
 970 {
 971         struct virtio_device *vdev = dev_to_virtio(viommu->dev);
 972         const char *names[] = { "request", "event" };
 973         vq_callback_t *callbacks[] = {
 974                 NULL, /* No async requests */
 975                 viommu_event_handler,
 976         };
 977
 978         return virtio_find_vqs(vdev, VIOMMU_NR_VQS, viommu->vqs, callbacks,
 979                                names, NULL);
 980 }
 981
 982 static int viommu_fill_evtq(struct viommu_dev *viommu)
 983 {
 984         int i, ret;
 985         struct scatterlist sg[1];
 986         struct viommu_event *evts;
 987         struct virtqueue *vq = viommu->vqs[VIOMMU_EVENT_VQ];
 988         size_t nr_evts = vq->num_free;
 989
 990         viommu->evts = evts = devm_kmalloc_array(viommu->dev, nr_evts,
 991                                                  sizeof(*evts), GFP_KERNEL);
 992         if (!evts)
 993                 return -ENOMEM;
 994
 995         for (i = 0; i < nr_evts; i++) {
 996                 sg_init_one(sg, &evts[i], sizeof(*evts));
 997                 ret = virtqueue_add_inbuf(vq, sg, 1, &evts[i], GFP_KERNEL);
 998                 if (ret)
 999                         return ret;
1000         }
1001
1002         return 0;
1003 }
1004
1005 static int viommu_probe(struct virtio_device *vdev)
1006 {
1007         struct device *parent_dev = vdev->dev.parent;
1008         struct viommu_dev *viommu = NULL;
1009         struct device *dev = &vdev->dev;
1010         u64 input_start = 0;
1011         u64 input_end = -1UL;
1012         int ret;
1013
1014         if (!virtio_has_feature(vdev, VIRTIO_F_VERSION_1) ||
1015             !virtio_has_feature(vdev, VIRTIO_IOMMU_F_MAP_UNMAP))
1016                 return -ENODEV;
1017
1018         viommu = devm_kzalloc(dev, sizeof(*viommu), GFP_KERNEL);
1019         if (!viommu)
1020                 return -ENOMEM;
1021
1022         spin_lock_init(&viommu->request_lock);
1023         ida_init(&viommu->domain_ids);
1024         viommu->dev = dev;
1025         viommu->vdev = vdev;
1026         INIT_LIST_HEAD(&viommu->requests);
1027
1028         ret = viommu_init_vqs(viommu);
1029         if (ret)
1030                 return ret;
1031
1032         virtio_cread(vdev, struct virtio_iommu_config, page_size_mask,
1033                      &viommu->pgsize_bitmap);
1034
1035         if (!viommu->pgsize_bitmap) {
1036                 ret = -EINVAL;
1037                 goto err_free_vqs;
1038         }
1039
1040         viommu->map_flags = VIRTIO_IOMMU_MAP_F_READ | VIRTIO_IOMMU_MAP_F_WRITE;
1041         viommu->last_domain = ~0U;
1042
1043         /* Optional features */
1044         virtio_cread_feature(vdev, VIRTIO_IOMMU_F_INPUT_RANGE,
1045                              struct virtio_iommu_config, input_range.start,
1046                              &input_start);
1047
1048         virtio_cread_feature(vdev, VIRTIO_IOMMU_F_INPUT_RANGE,
1049                              struct virtio_iommu_config, input_range.end,
1050                              &input_end);
1051
1052         virtio_cread_feature(vdev, VIRTIO_IOMMU_F_DOMAIN_RANGE,
1053                              struct virtio_iommu_config, domain_range.start,
1054                              &viommu->first_domain);
1055
1056         virtio_cread_feature(vdev, VIRTIO_IOMMU_F_DOMAIN_RANGE,
1057                              struct virtio_iommu_config, domain_range.end,
1058                              &viommu->last_domain);
1059
1060         virtio_cread_feature(vdev, VIRTIO_IOMMU_F_PROBE,
1061                              struct virtio_iommu_config, probe_size,
1062                              &viommu->probe_size);
1063
1064         viommu->geometry = (struct iommu_domain_geometry) {
1065                 .aperture_start = input_start,
1066                 .aperture_end   = input_end,
1067                 .force_aperture = true,
1068         };
1069
1070         if (virtio_has_feature(vdev, VIRTIO_IOMMU_F_MMIO))
1071                 viommu->map_flags |= VIRTIO_IOMMU_MAP_F_MMIO;
1072
1073         viommu_ops.pgsize_bitmap = viommu->pgsize_bitmap;
1074
1075         virtio_device_ready(vdev);
1076
1077         /* Populate the event queue with buffers */
1078         ret = viommu_fill_evtq(viommu);
1079         if (ret)
1080                 goto err_free_vqs;
1081
1082         ret = iommu_device_sysfs_add(&viommu->iommu, dev, NULL, "%s",
1083                                      virtio_bus_name(vdev));
1084         if (ret)
1085                 goto err_free_vqs;
1086
1087         iommu_device_set_ops(&viommu->iommu, &viommu_ops);
1088         iommu_device_set_fwnode(&viommu->iommu, parent_dev->fwnode);
1089
1090         iommu_device_register(&viommu->iommu);
1091
1092 #ifdef CONFIG_PCI
1093         if (pci_bus_type.iommu_ops != &viommu_ops) {
1094                 pci_request_acs();
1095                 ret = bus_set_iommu(&pci_bus_type, &viommu_ops);
1096                 if (ret)
1097                         goto err_unregister;
1098         }
1099 #endif
1100 #ifdef CONFIG_ARM_AMBA
1101         if (amba_bustype.iommu_ops != &viommu_ops) {
1102                 ret = bus_set_iommu(&amba_bustype, &viommu_ops);
1103                 if (ret)
1104                         goto err_unregister;
1105         }
1106 #endif
1107         if (platform_bus_type.iommu_ops != &viommu_ops) {
1108                 ret = bus_set_iommu(&platform_bus_type, &viommu_ops);
1109                 if (ret)
1110                         goto err_unregister;
1111         }
1112
1113         vdev->priv = viommu;
1114
1115         dev_info(dev, "input address: %u bits\n",
1116                  order_base_2(viommu->geometry.aperture_end));
1117         dev_info(dev, "page mask: %#llx\n", viommu->pgsize_bitmap);
1118
1119         return 0;
1120
1121 err_unregister:
1122         iommu_device_sysfs_remove(&viommu->iommu);
1123         iommu_device_unregister(&viommu->iommu);
1124 err_free_vqs:
1125         vdev->config->del_vqs(vdev);
1126
1127         return ret;
1128 }
1129
1130 static void viommu_remove(struct virtio_device *vdev)
1131 {
1132         struct viommu_dev *viommu = vdev->priv;
1133
1134         iommu_device_sysfs_remove(&viommu->iommu);
1135         iommu_device_unregister(&viommu->iommu);
1136
1137         /* Stop all virtqueues */
1138         vdev->config->reset(vdev);
1139         vdev->config->del_vqs(vdev);
1140
1141         dev_info(&vdev->dev, "device removed\n");
1142 }
1143
1144 static void viommu_config_changed(struct virtio_device *vdev)
1145 {
1146         dev_warn(&vdev->dev, "config changed\n");
1147 }
1148
1149 static unsigned int features[] = {
1150         VIRTIO_IOMMU_F_MAP_UNMAP,
1151         VIRTIO_IOMMU_F_INPUT_RANGE,
1152         VIRTIO_IOMMU_F_DOMAIN_RANGE,
1153         VIRTIO_IOMMU_F_PROBE,
1154         VIRTIO_IOMMU_F_MMIO,
1155 };
1156
1157 static struct virtio_device_id id_table[] = {
1158         { VIRTIO_ID_IOMMU, VIRTIO_DEV_ANY_ID },
1159         { 0 },
1160 };
1161
1162 static struct virtio_driver virtio_iommu_drv = {
1163         .driver.name            = KBUILD_MODNAME,
1164         .driver.owner           = THIS_MODULE,
1165         .id_table               = id_table,
1166         .feature_table          = features,
1167         .feature_table_size     = ARRAY_SIZE(features),
1168         .probe                  = viommu_probe,
1169         .remove                 = viommu_remove,
1170         .config_changed         = viommu_config_changed,
1171 };
1172
1173 module_virtio_driver(virtio_iommu_drv);
1174
1175 MODULE_DESCRIPTION("Virtio IOMMU driver");
1176 MODULE_AUTHOR("Jean-Philippe Brucker <jean-philippe.brucker@arm.com>");
1177 MODULE_LICENSE("GPL v2");