dma-debug: print information about leaked entry
[linux-2.6.git] / arch / x86 / kernel / amd_iommu.c
1 /*
2  * Copyright (C) 2007-2010 Advanced Micro Devices, Inc.
3  * Author: Joerg Roedel <joerg.roedel@amd.com>
4  *         Leo Duran <leo.duran@amd.com>
5  *
6  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
7  * under the terms of the GNU General Public License version 2 as published
8  * by the Free Software Foundation.
9  *
10  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
11  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
13  * GNU General Public License for more details.
14  *
15  * You should have received a copy of the GNU General Public License
16  * along with this program; if not, write to the Free Software
17  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307 USA
18  */
19
20 #include <linux/pci.h>
21 #include <linux/bitmap.h>
22 #include <linux/slab.h>
23 #include <linux/debugfs.h>
24 #include <linux/scatterlist.h>
25 #include <linux/dma-mapping.h>
26 #include <linux/iommu-helper.h>
27 #include <linux/iommu.h>
28 #include <asm/proto.h>
29 #include <asm/iommu.h>
30 #include <asm/gart.h>
31 #include <asm/amd_iommu_proto.h>
32 #include <asm/amd_iommu_types.h>
33 #include <asm/amd_iommu.h>
34
35 #define CMD_SET_TYPE(cmd, t) ((cmd)->data[1] |= ((t) << 28))
36
37 #define EXIT_LOOP_COUNT 10000000
38
39 static DEFINE_RWLOCK(amd_iommu_devtable_lock);
40
41 /* A list of preallocated protection domains */
42 static LIST_HEAD(iommu_pd_list);
43 static DEFINE_SPINLOCK(iommu_pd_list_lock);
44
45 /*
46  * Domain for untranslated devices - only allocated
47  * if iommu=pt passed on kernel cmd line.
48  */
49 static struct protection_domain *pt_domain;
50
51 static struct iommu_ops amd_iommu_ops;
52
53 /*
54  * general struct to manage commands send to an IOMMU
55  */
56 struct iommu_cmd {
57         u32 data[4];
58 };
59
60 static void reset_iommu_command_buffer(struct amd_iommu *iommu);
61 static void update_domain(struct protection_domain *domain);
62
63 /****************************************************************************
64  *
65  * Helper functions
66  *
67  ****************************************************************************/
68
69 static inline u16 get_device_id(struct device *dev)
70 {
71         struct pci_dev *pdev = to_pci_dev(dev);
72
73         return calc_devid(pdev->bus->number, pdev->devfn);
74 }
75
76 static struct iommu_dev_data *get_dev_data(struct device *dev)
77 {
78         return dev->archdata.iommu;
79 }
80
81 /*
82  * In this function the list of preallocated protection domains is traversed to
83  * find the domain for a specific device
84  */
85 static struct dma_ops_domain *find_protection_domain(u16 devid)
86 {
87         struct dma_ops_domain *entry, *ret = NULL;
88         unsigned long flags;
89         u16 alias = amd_iommu_alias_table[devid];
90
91         if (list_empty(&iommu_pd_list))
92                 return NULL;
93
94         spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
95
96         list_for_each_entry(entry, &iommu_pd_list, list) {
97                 if (entry->target_dev == devid ||
98                     entry->target_dev == alias) {
99                         ret = entry;
100                         break;
101                 }
102         }
103
104         spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
105
106         return ret;
107 }
108
109 /*
110  * This function checks if the driver got a valid device from the caller to
111  * avoid dereferencing invalid pointers.
112  */
113 static bool check_device(struct device *dev)
114 {
115         u16 devid;
116
117         if (!dev || !dev->dma_mask)
118                 return false;
119
120         /* No device or no PCI device */
121         if (dev->bus != &pci_bus_type)
122                 return false;
123
124         devid = get_device_id(dev);
125
126         /* Out of our scope? */
127         if (devid > amd_iommu_last_bdf)
128                 return false;
129
130         if (amd_iommu_rlookup_table[devid] == NULL)
131                 return false;
132
133         return true;
134 }
135
136 static int iommu_init_device(struct device *dev)
137 {
138         struct iommu_dev_data *dev_data;
139         struct pci_dev *pdev;
140         u16 devid, alias;
141
142         if (dev->archdata.iommu)
143                 return 0;
144
145         dev_data = kzalloc(sizeof(*dev_data), GFP_KERNEL);
146         if (!dev_data)
147                 return -ENOMEM;
148
149         dev_data->dev = dev;
150
151         devid = get_device_id(dev);
152         alias = amd_iommu_alias_table[devid];
153         pdev = pci_get_bus_and_slot(PCI_BUS(alias), alias & 0xff);
154         if (pdev)
155                 dev_data->alias = &pdev->dev;
156
157         atomic_set(&dev_data->bind, 0);
158
159         dev->archdata.iommu = dev_data;
160
161
162         return 0;
163 }
164
165 static void iommu_uninit_device(struct device *dev)
166 {
167         kfree(dev->archdata.iommu);
168 }
169
170 void __init amd_iommu_uninit_devices(void)
171 {
172         struct pci_dev *pdev = NULL;
173
174         for_each_pci_dev(pdev) {
175
176                 if (!check_device(&pdev->dev))
177                         continue;
178
179                 iommu_uninit_device(&pdev->dev);
180         }
181 }
182
183 int __init amd_iommu_init_devices(void)
184 {
185         struct pci_dev *pdev = NULL;
186         int ret = 0;
187
188         for_each_pci_dev(pdev) {
189
190                 if (!check_device(&pdev->dev))
191                         continue;
192
193                 ret = iommu_init_device(&pdev->dev);
194                 if (ret)
195                         goto out_free;
196         }
197
198         return 0;
199
200 out_free:
201
202         amd_iommu_uninit_devices();
203
204         return ret;
205 }
206 #ifdef CONFIG_AMD_IOMMU_STATS
207
208 /*
209  * Initialization code for statistics collection
210  */
211
212 DECLARE_STATS_COUNTER(compl_wait);
213 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_map_single);
214 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_unmap_single);
215 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_map_sg);
216 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_unmap_sg);
217 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_alloc_coherent);
218 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_free_coherent);
219 DECLARE_STATS_COUNTER(cross_page);
220 DECLARE_STATS_COUNTER(domain_flush_single);
221 DECLARE_STATS_COUNTER(domain_flush_all);
222 DECLARE_STATS_COUNTER(alloced_io_mem);
223 DECLARE_STATS_COUNTER(total_map_requests);
224
225 static struct dentry *stats_dir;
226 static struct dentry *de_fflush;
227
228 static void amd_iommu_stats_add(struct __iommu_counter *cnt)
229 {
230         if (stats_dir == NULL)
231                 return;
232
233         cnt->dent = debugfs_create_u64(cnt->name, 0444, stats_dir,
234                                        &cnt->value);
235 }
236
237 static void amd_iommu_stats_init(void)
238 {
239         stats_dir = debugfs_create_dir("amd-iommu", NULL);
240         if (stats_dir == NULL)
241                 return;
242
243         de_fflush  = debugfs_create_bool("fullflush", 0444, stats_dir,
244                                          (u32 *)&amd_iommu_unmap_flush);
245
246         amd_iommu_stats_add(&compl_wait);
247         amd_iommu_stats_add(&cnt_map_single);
248         amd_iommu_stats_add(&cnt_unmap_single);
249         amd_iommu_stats_add(&cnt_map_sg);
250         amd_iommu_stats_add(&cnt_unmap_sg);
251         amd_iommu_stats_add(&cnt_alloc_coherent);
252         amd_iommu_stats_add(&cnt_free_coherent);
253         amd_iommu_stats_add(&cross_page);
254         amd_iommu_stats_add(&domain_flush_single);
255         amd_iommu_stats_add(&domain_flush_all);
256         amd_iommu_stats_add(&alloced_io_mem);
257         amd_iommu_stats_add(&total_map_requests);
258 }
259
260 #endif
261
262 /****************************************************************************
263  *
264  * Interrupt handling functions
265  *
266  ****************************************************************************/
267
268 static void dump_dte_entry(u16 devid)
269 {
270         int i;
271
272         for (i = 0; i < 8; ++i)
273                 pr_err("AMD-Vi: DTE[%d]: %08x\n", i,
274                         amd_iommu_dev_table[devid].data[i]);
275 }
276
277 static void dump_command(unsigned long phys_addr)
278 {
279         struct iommu_cmd *cmd = phys_to_virt(phys_addr);
280         int i;
281
282         for (i = 0; i < 4; ++i)
283                 pr_err("AMD-Vi: CMD[%d]: %08x\n", i, cmd->data[i]);
284 }
285
286 static void iommu_print_event(struct amd_iommu *iommu, void *__evt)
287 {
288         u32 *event = __evt;
289         int type  = (event[1] >> EVENT_TYPE_SHIFT)  & EVENT_TYPE_MASK;
290         int devid = (event[0] >> EVENT_DEVID_SHIFT) & EVENT_DEVID_MASK;
291         int domid = (event[1] >> EVENT_DOMID_SHIFT) & EVENT_DOMID_MASK;
292         int flags = (event[1] >> EVENT_FLAGS_SHIFT) & EVENT_FLAGS_MASK;
293         u64 address = (u64)(((u64)event[3]) << 32) | event[2];
294
295         printk(KERN_ERR "AMD-Vi: Event logged [");
296
297         switch (type) {
298         case EVENT_TYPE_ILL_DEV:
299                 printk("ILLEGAL_DEV_TABLE_ENTRY device=%02x:%02x.%x "
300                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
301                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
302                        address, flags);
303                 dump_dte_entry(devid);
304                 break;
305         case EVENT_TYPE_IO_FAULT:
306                 printk("IO_PAGE_FAULT device=%02x:%02x.%x "
307                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
308                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
309                        domid, address, flags);
310                 break;
311         case EVENT_TYPE_DEV_TAB_ERR:
312                 printk("DEV_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
313                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
314                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
315                        address, flags);
316                 break;
317         case EVENT_TYPE_PAGE_TAB_ERR:
318                 printk("PAGE_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
319                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
320                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
321                        domid, address, flags);
322                 break;
323         case EVENT_TYPE_ILL_CMD:
324                 printk("ILLEGAL_COMMAND_ERROR address=0x%016llx]\n", address);
325                 iommu->reset_in_progress = true;
326                 reset_iommu_command_buffer(iommu);
327                 dump_command(address);
328                 break;
329         case EVENT_TYPE_CMD_HARD_ERR:
330                 printk("COMMAND_HARDWARE_ERROR address=0x%016llx "
331                        "flags=0x%04x]\n", address, flags);
332                 break;
333         case EVENT_TYPE_IOTLB_INV_TO:
334                 printk("IOTLB_INV_TIMEOUT device=%02x:%02x.%x "
335                        "address=0x%016llx]\n",
336                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
337                        address);
338                 break;
339         case EVENT_TYPE_INV_DEV_REQ:
340                 printk("INVALID_DEVICE_REQUEST device=%02x:%02x.%x "
341                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
342                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
343                        address, flags);
344                 break;
345         default:
346                 printk(KERN_ERR "UNKNOWN type=0x%02x]\n", type);
347         }
348 }
349
350 static void iommu_poll_events(struct amd_iommu *iommu)
351 {
352         u32 head, tail;
353         unsigned long flags;
354
355         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
356
357         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
358         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_TAIL_OFFSET);
359
360         while (head != tail) {
361                 iommu_print_event(iommu, iommu->evt_buf + head);
362                 head = (head + EVENT_ENTRY_SIZE) % iommu->evt_buf_size;
363         }
364
365         writel(head, iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
366
367         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
368 }
369
370 irqreturn_t amd_iommu_int_handler(int irq, void *data)
371 {
372         struct amd_iommu *iommu;
373
374         for_each_iommu(iommu)
375                 iommu_poll_events(iommu);
376
377         return IRQ_HANDLED;
378 }
379
380 /****************************************************************************
381  *
382  * IOMMU command queuing functions
383  *
384  ****************************************************************************/
385
386 /*
387  * Writes the command to the IOMMUs command buffer and informs the
388  * hardware about the new command. Must be called with iommu->lock held.
389  */
390 static int __iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
391 {
392         u32 tail, head;
393         u8 *target;
394
395         WARN_ON(iommu->cmd_buf_size & CMD_BUFFER_UNINITIALIZED);
396         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
397         target = iommu->cmd_buf + tail;
398         memcpy_toio(target, cmd, sizeof(*cmd));
399         tail = (tail + sizeof(*cmd)) % iommu->cmd_buf_size;
400         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_HEAD_OFFSET);
401         if (tail == head)
402                 return -ENOMEM;
403         writel(tail, iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
404
405         return 0;
406 }
407
408 /*
409  * General queuing function for commands. Takes iommu->lock and calls
410  * __iommu_queue_command().
411  */
412 static int iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
413 {
414         unsigned long flags;
415         int ret;
416
417         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
418         ret = __iommu_queue_command(iommu, cmd);
419         if (!ret)
420                 iommu->need_sync = true;
421         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
422
423         return ret;
424 }
425
426 /*
427  * This function waits until an IOMMU has completed a completion
428  * wait command
429  */
430 static void __iommu_wait_for_completion(struct amd_iommu *iommu)
431 {
432         int ready = 0;
433         unsigned status = 0;
434         unsigned long i = 0;
435
436         INC_STATS_COUNTER(compl_wait);
437
438         while (!ready && (i < EXIT_LOOP_COUNT)) {
439                 ++i;
440                 /* wait for the bit to become one */
441                 status = readl(iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
442                 ready = status & MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
443         }
444
445         /* set bit back to zero */
446         status &= ~MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
447         writel(status, iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
448
449         if (unlikely(i == EXIT_LOOP_COUNT))
450                 iommu->reset_in_progress = true;
451 }
452
453 /*
454  * This function queues a completion wait command into the command
455  * buffer of an IOMMU
456  */
457 static int __iommu_completion_wait(struct amd_iommu *iommu)
458 {
459         struct iommu_cmd cmd;
460
461          memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
462          cmd.data[0] = CMD_COMPL_WAIT_INT_MASK;
463          CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_COMPL_WAIT);
464
465          return __iommu_queue_command(iommu, &cmd);
466 }
467
468 /*
469  * This function is called whenever we need to ensure that the IOMMU has
470  * completed execution of all commands we sent. It sends a
471  * COMPLETION_WAIT command and waits for it to finish. The IOMMU informs
472  * us about that by writing a value to a physical address we pass with
473  * the command.
474  */
475 static int iommu_completion_wait(struct amd_iommu *iommu)
476 {
477         int ret = 0;
478         unsigned long flags;
479
480         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
481
482         if (!iommu->need_sync)
483                 goto out;
484
485         ret = __iommu_completion_wait(iommu);
486
487         iommu->need_sync = false;
488
489         if (ret)
490                 goto out;
491
492         __iommu_wait_for_completion(iommu);
493
494 out:
495         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
496
497         if (iommu->reset_in_progress)
498                 reset_iommu_command_buffer(iommu);
499
500         return 0;
501 }
502
503 static void iommu_flush_complete(struct protection_domain *domain)
504 {
505         int i;
506
507         for (i = 0; i < amd_iommus_present; ++i) {
508                 if (!domain->dev_iommu[i])
509                         continue;
510
511                 /*
512                  * Devices of this domain are behind this IOMMU
513                  * We need to wait for completion of all commands.
514                  */
515                 iommu_completion_wait(amd_iommus[i]);
516         }
517 }
518
519 /*
520  * Command send function for invalidating a device table entry
521  */
522 static int iommu_flush_device(struct device *dev)
523 {
524         struct amd_iommu *iommu;
525         struct iommu_cmd cmd;
526         u16 devid;
527
528         devid = get_device_id(dev);
529         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
530
531         /* Build command */
532         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
533         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_INV_DEV_ENTRY);
534         cmd.data[0] = devid;
535
536         return iommu_queue_command(iommu, &cmd);
537 }
538
539 static void __iommu_build_inv_iommu_pages(struct iommu_cmd *cmd, u64 address,
540                                           u16 domid, int pde, int s)
541 {
542         memset(cmd, 0, sizeof(*cmd));
543         address &= PAGE_MASK;
544         CMD_SET_TYPE(cmd, CMD_INV_IOMMU_PAGES);
545         cmd->data[1] |= domid;
546         cmd->data[2] = lower_32_bits(address);
547         cmd->data[3] = upper_32_bits(address);
548         if (s) /* size bit - we flush more than one 4kb page */
549                 cmd->data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_SIZE_MASK;
550         if (pde) /* PDE bit - we wan't flush everything not only the PTEs */
551                 cmd->data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_PDE_MASK;
552 }
553
554 /*
555  * Generic command send function for invalidaing TLB entries
556  */
557 static int iommu_queue_inv_iommu_pages(struct amd_iommu *iommu,
558                 u64 address, u16 domid, int pde, int s)
559 {
560         struct iommu_cmd cmd;
561         int ret;
562
563         __iommu_build_inv_iommu_pages(&cmd, address, domid, pde, s);
564
565         ret = iommu_queue_command(iommu, &cmd);
566
567         return ret;
568 }
569
570 /*
571  * TLB invalidation function which is called from the mapping functions.
572  * It invalidates a single PTE if the range to flush is within a single
573  * page. Otherwise it flushes the whole TLB of the IOMMU.
574  */
575 static void __iommu_flush_pages(struct protection_domain *domain,
576                                 u64 address, size_t size, int pde)
577 {
578         int s = 0, i;
579         unsigned long pages = iommu_num_pages(address, size, PAGE_SIZE);
580
581         address &= PAGE_MASK;
582
583         if (pages > 1) {
584                 /*
585                  * If we have to flush more than one page, flush all
586                  * TLB entries for this domain
587                  */
588                 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
589                 s = 1;
590         }
591
592
593         for (i = 0; i < amd_iommus_present; ++i) {
594                 if (!domain->dev_iommu[i])
595                         continue;
596
597                 /*
598                  * Devices of this domain are behind this IOMMU
599                  * We need a TLB flush
600                  */
601                 iommu_queue_inv_iommu_pages(amd_iommus[i], address,
602                                             domain->id, pde, s);
603         }
604
605         return;
606 }
607
608 static void iommu_flush_pages(struct protection_domain *domain,
609                              u64 address, size_t size)
610 {
611         __iommu_flush_pages(domain, address, size, 0);
612 }
613
614 /* Flush the whole IO/TLB for a given protection domain */
615 static void iommu_flush_tlb(struct protection_domain *domain)
616 {
617         __iommu_flush_pages(domain, 0, CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS, 0);
618 }
619
620 /* Flush the whole IO/TLB for a given protection domain - including PDE */
621 static void iommu_flush_tlb_pde(struct protection_domain *domain)
622 {
623         __iommu_flush_pages(domain, 0, CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS, 1);
624 }
625
626
627 /*
628  * This function flushes the DTEs for all devices in domain
629  */
630 static void iommu_flush_domain_devices(struct protection_domain *domain)
631 {
632         struct iommu_dev_data *dev_data;
633         unsigned long flags;
634
635         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
636
637         list_for_each_entry(dev_data, &domain->dev_list, list)
638                 iommu_flush_device(dev_data->dev);
639
640         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
641 }
642
643 static void iommu_flush_all_domain_devices(void)
644 {
645         struct protection_domain *domain;
646         unsigned long flags;
647
648         spin_lock_irqsave(&amd_iommu_pd_lock, flags);
649
650         list_for_each_entry(domain, &amd_iommu_pd_list, list) {
651                 iommu_flush_domain_devices(domain);
652                 iommu_flush_complete(domain);
653         }
654
655         spin_unlock_irqrestore(&amd_iommu_pd_lock, flags);
656 }
657
658 void amd_iommu_flush_all_devices(void)
659 {
660         iommu_flush_all_domain_devices();
661 }
662
663 /*
664  * This function uses heavy locking and may disable irqs for some time. But
665  * this is no issue because it is only called during resume.
666  */
667 void amd_iommu_flush_all_domains(void)
668 {
669         struct protection_domain *domain;
670         unsigned long flags;
671
672         spin_lock_irqsave(&amd_iommu_pd_lock, flags);
673
674         list_for_each_entry(domain, &amd_iommu_pd_list, list) {
675                 spin_lock(&domain->lock);
676                 iommu_flush_tlb_pde(domain);
677                 iommu_flush_complete(domain);
678                 spin_unlock(&domain->lock);
679         }
680
681         spin_unlock_irqrestore(&amd_iommu_pd_lock, flags);
682 }
683
684 static void reset_iommu_command_buffer(struct amd_iommu *iommu)
685 {
686         pr_err("AMD-Vi: Resetting IOMMU command buffer\n");
687
688         if (iommu->reset_in_progress)
689                 panic("AMD-Vi: ILLEGAL_COMMAND_ERROR while resetting command buffer\n");
690
691         amd_iommu_reset_cmd_buffer(iommu);
692         amd_iommu_flush_all_devices();
693         amd_iommu_flush_all_domains();
694
695         iommu->reset_in_progress = false;
696 }
697
698 /****************************************************************************
699  *
700  * The functions below are used the create the page table mappings for
701  * unity mapped regions.
702  *
703  ****************************************************************************/
704
705 /*
706  * This function is used to add another level to an IO page table. Adding
707  * another level increases the size of the address space by 9 bits to a size up
708  * to 64 bits.
709  */
710 static bool increase_address_space(struct protection_domain *domain,
711                                    gfp_t gfp)
712 {
713         u64 *pte;
714
715         if (domain->mode == PAGE_MODE_6_LEVEL)
716                 /* address space already 64 bit large */
717                 return false;
718
719         pte = (void *)get_zeroed_page(gfp);
720         if (!pte)
721                 return false;
722
723         *pte             = PM_LEVEL_PDE(domain->mode,
724                                         virt_to_phys(domain->pt_root));
725         domain->pt_root  = pte;
726         domain->mode    += 1;
727         domain->updated  = true;
728
729         return true;
730 }
731
732 static u64 *alloc_pte(struct protection_domain *domain,
733                       unsigned long address,
734                       unsigned long page_size,
735                       u64 **pte_page,
736                       gfp_t gfp)
737 {
738         int level, end_lvl;
739         u64 *pte, *page;
740
741         BUG_ON(!is_power_of_2(page_size));
742
743         while (address > PM_LEVEL_SIZE(domain->mode))
744                 increase_address_space(domain, gfp);
745
746         level   = domain->mode - 1;
747         pte     = &domain->pt_root[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
748         address = PAGE_SIZE_ALIGN(address, page_size);
749         end_lvl = PAGE_SIZE_LEVEL(page_size);
750
751         while (level > end_lvl) {
752                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
753                         page = (u64 *)get_zeroed_page(gfp);
754                         if (!page)
755                                 return NULL;
756                         *pte = PM_LEVEL_PDE(level, virt_to_phys(page));
757                 }
758
759                 /* No level skipping support yet */
760                 if (PM_PTE_LEVEL(*pte) != level)
761                         return NULL;
762
763                 level -= 1;
764
765                 pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
766
767                 if (pte_page && level == end_lvl)
768                         *pte_page = pte;
769
770                 pte = &pte[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
771         }
772
773         return pte;
774 }
775
776 /*
777  * This function checks if there is a PTE for a given dma address. If
778  * there is one, it returns the pointer to it.
779  */
780 static u64 *fetch_pte(struct protection_domain *domain, unsigned long address)
781 {
782         int level;
783         u64 *pte;
784
785         if (address > PM_LEVEL_SIZE(domain->mode))
786                 return NULL;
787
788         level   =  domain->mode - 1;
789         pte     = &domain->pt_root[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
790
791         while (level > 0) {
792
793                 /* Not Present */
794                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
795                         return NULL;
796
797                 /* Large PTE */
798                 if (PM_PTE_LEVEL(*pte) == 0x07) {
799                         unsigned long pte_mask, __pte;
800
801                         /*
802                          * If we have a series of large PTEs, make
803                          * sure to return a pointer to the first one.
804                          */
805                         pte_mask = PTE_PAGE_SIZE(*pte);
806                         pte_mask = ~((PAGE_SIZE_PTE_COUNT(pte_mask) << 3) - 1);
807                         __pte    = ((unsigned long)pte) & pte_mask;
808
809                         return (u64 *)__pte;
810                 }
811
812                 /* No level skipping support yet */
813                 if (PM_PTE_LEVEL(*pte) != level)
814                         return NULL;
815
816                 level -= 1;
817
818                 /* Walk to the next level */
819                 pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
820                 pte = &pte[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
821         }
822
823         return pte;
824 }
825
826 /*
827  * Generic mapping functions. It maps a physical address into a DMA
828  * address space. It allocates the page table pages if necessary.
829  * In the future it can be extended to a generic mapping function
830  * supporting all features of AMD IOMMU page tables like level skipping
831  * and full 64 bit address spaces.
832  */
833 static int iommu_map_page(struct protection_domain *dom,
834                           unsigned long bus_addr,
835                           unsigned long phys_addr,
836                           int prot,
837                           unsigned long page_size)
838 {
839         u64 __pte, *pte;
840         int i, count;
841
842         if (!(prot & IOMMU_PROT_MASK))
843                 return -EINVAL;
844
845         bus_addr  = PAGE_ALIGN(bus_addr);
846         phys_addr = PAGE_ALIGN(phys_addr);
847         count     = PAGE_SIZE_PTE_COUNT(page_size);
848         pte       = alloc_pte(dom, bus_addr, page_size, NULL, GFP_KERNEL);
849
850         for (i = 0; i < count; ++i)
851                 if (IOMMU_PTE_PRESENT(pte[i]))
852                         return -EBUSY;
853
854         if (page_size > PAGE_SIZE) {
855                 __pte = PAGE_SIZE_PTE(phys_addr, page_size);
856                 __pte |= PM_LEVEL_ENC(7) | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
857         } else
858                 __pte = phys_addr | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
859
860         if (prot & IOMMU_PROT_IR)
861                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
862         if (prot & IOMMU_PROT_IW)
863                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
864
865         for (i = 0; i < count; ++i)
866                 pte[i] = __pte;
867
868         update_domain(dom);
869
870         return 0;
871 }
872
873 static unsigned long iommu_unmap_page(struct protection_domain *dom,
874                                       unsigned long bus_addr,
875                                       unsigned long page_size)
876 {
877         unsigned long long unmap_size, unmapped;
878         u64 *pte;
879
880         BUG_ON(!is_power_of_2(page_size));
881
882         unmapped = 0;
883
884         while (unmapped < page_size) {
885
886                 pte = fetch_pte(dom, bus_addr);
887
888                 if (!pte) {
889                         /*
890                          * No PTE for this address
891                          * move forward in 4kb steps
892                          */
893                         unmap_size = PAGE_SIZE;
894                 } else if (PM_PTE_LEVEL(*pte) == 0) {
895                         /* 4kb PTE found for this address */
896                         unmap_size = PAGE_SIZE;
897                         *pte       = 0ULL;
898                 } else {
899                         int count, i;
900
901                         /* Large PTE found which maps this address */
902                         unmap_size = PTE_PAGE_SIZE(*pte);
903                         count      = PAGE_SIZE_PTE_COUNT(unmap_size);
904                         for (i = 0; i < count; i++)
905                                 pte[i] = 0ULL;
906                 }
907
908                 bus_addr  = (bus_addr & ~(unmap_size - 1)) + unmap_size;
909                 unmapped += unmap_size;
910         }
911
912         BUG_ON(!is_power_of_2(unmapped));
913
914         return unmapped;
915 }
916
917 /*
918  * This function checks if a specific unity mapping entry is needed for
919  * this specific IOMMU.
920  */
921 static int iommu_for_unity_map(struct amd_iommu *iommu,
922                                struct unity_map_entry *entry)
923 {
924         u16 bdf, i;
925
926         for (i = entry->devid_start; i <= entry->devid_end; ++i) {
927                 bdf = amd_iommu_alias_table[i];
928                 if (amd_iommu_rlookup_table[bdf] == iommu)
929                         return 1;
930         }
931
932         return 0;
933 }
934
935 /*
936  * This function actually applies the mapping to the page table of the
937  * dma_ops domain.
938  */
939 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
940                              struct unity_map_entry *e)
941 {
942         u64 addr;
943         int ret;
944
945         for (addr = e->address_start; addr < e->address_end;
946              addr += PAGE_SIZE) {
947                 ret = iommu_map_page(&dma_dom->domain, addr, addr, e->prot,
948                                      PAGE_SIZE);
949                 if (ret)
950                         return ret;
951                 /*
952                  * if unity mapping is in aperture range mark the page
953                  * as allocated in the aperture
954                  */
955                 if (addr < dma_dom->aperture_size)
956                         __set_bit(addr >> PAGE_SHIFT,
957                                   dma_dom->aperture[0]->bitmap);
958         }
959
960         return 0;
961 }
962
963 /*
964  * Init the unity mappings for a specific IOMMU in the system
965  *
966  * Basically iterates over all unity mapping entries and applies them to
967  * the default domain DMA of that IOMMU if necessary.
968  */
969 static int iommu_init_unity_mappings(struct amd_iommu *iommu)
970 {
971         struct unity_map_entry *entry;
972         int ret;
973
974         list_for_each_entry(entry, &amd_iommu_unity_map, list) {
975                 if (!iommu_for_unity_map(iommu, entry))
976                         continue;
977                 ret = dma_ops_unity_map(iommu->default_dom, entry);
978                 if (ret)
979                         return ret;
980         }
981
982         return 0;
983 }
984
985 /*
986  * Inits the unity mappings required for a specific device
987  */
988 static int init_unity_mappings_for_device(struct dma_ops_domain *dma_dom,
989                                           u16 devid)
990 {
991         struct unity_map_entry *e;
992         int ret;
993
994         list_for_each_entry(e, &amd_iommu_unity_map, list) {
995                 if (!(devid >= e->devid_start && devid <= e->devid_end))
996                         continue;
997                 ret = dma_ops_unity_map(dma_dom, e);
998                 if (ret)
999                         return ret;
1000         }
1001
1002         return 0;
1003 }
1004
1005 /****************************************************************************
1006  *
1007  * The next functions belong to the address allocator for the dma_ops
1008  * interface functions. They work like the allocators in the other IOMMU
1009  * drivers. Its basically a bitmap which marks the allocated pages in
1010  * the aperture. Maybe it could be enhanced in the future to a more
1011  * efficient allocator.
1012  *
1013  ****************************************************************************/
1014
1015 /*
1016  * The address allocator core functions.
1017  *
1018  * called with domain->lock held
1019  */
1020
1021 /*
1022  * Used to reserve address ranges in the aperture (e.g. for exclusion
1023  * ranges.
1024  */
1025 static void dma_ops_reserve_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
1026                                       unsigned long start_page,
1027                                       unsigned int pages)
1028 {
1029         unsigned int i, last_page = dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT;
1030
1031         if (start_page + pages > last_page)
1032                 pages = last_page - start_page;
1033
1034         for (i = start_page; i < start_page + pages; ++i) {
1035                 int index = i / APERTURE_RANGE_PAGES;
1036                 int page  = i % APERTURE_RANGE_PAGES;
1037                 __set_bit(page, dom->aperture[index]->bitmap);
1038         }
1039 }
1040
1041 /*
1042  * This function is used to add a new aperture range to an existing
1043  * aperture in case of dma_ops domain allocation or address allocation
1044  * failure.
1045  */
1046 static int alloc_new_range(struct dma_ops_domain *dma_dom,
1047                            bool populate, gfp_t gfp)
1048 {
1049         int index = dma_dom->aperture_size >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
1050         struct amd_iommu *iommu;
1051         unsigned long i;
1052
1053 #ifdef CONFIG_IOMMU_STRESS
1054         populate = false;
1055 #endif
1056
1057         if (index >= APERTURE_MAX_RANGES)
1058                 return -ENOMEM;
1059
1060         dma_dom->aperture[index] = kzalloc(sizeof(struct aperture_range), gfp);
1061         if (!dma_dom->aperture[index])
1062                 return -ENOMEM;
1063
1064         dma_dom->aperture[index]->bitmap = (void *)get_zeroed_page(gfp);
1065         if (!dma_dom->aperture[index]->bitmap)
1066                 goto out_free;
1067
1068         dma_dom->aperture[index]->offset = dma_dom->aperture_size;
1069
1070         if (populate) {
1071                 unsigned long address = dma_dom->aperture_size;
1072                 int i, num_ptes = APERTURE_RANGE_PAGES / 512;
1073                 u64 *pte, *pte_page;
1074
1075                 for (i = 0; i < num_ptes; ++i) {
1076                         pte = alloc_pte(&dma_dom->domain, address, PAGE_SIZE,
1077                                         &pte_page, gfp);
1078                         if (!pte)
1079                                 goto out_free;
1080
1081                         dma_dom->aperture[index]->pte_pages[i] = pte_page;
1082
1083                         address += APERTURE_RANGE_SIZE / 64;
1084                 }
1085         }
1086
1087         dma_dom->aperture_size += APERTURE_RANGE_SIZE;
1088
1089         /* Initialize the exclusion range if necessary */
1090         for_each_iommu(iommu) {
1091                 if (iommu->exclusion_start &&
1092                     iommu->exclusion_start >= dma_dom->aperture[index]->offset
1093                     && iommu->exclusion_start < dma_dom->aperture_size) {
1094                         unsigned long startpage;
1095                         int pages = iommu_num_pages(iommu->exclusion_start,
1096                                                     iommu->exclusion_length,
1097                                                     PAGE_SIZE);
1098                         startpage = iommu->exclusion_start >> PAGE_SHIFT;
1099                         dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, startpage, pages);
1100                 }
1101         }
1102
1103         /*
1104          * Check for areas already mapped as present in the new aperture
1105          * range and mark those pages as reserved in the allocator. Such
1106          * mappings may already exist as a result of requested unity
1107          * mappings for devices.
1108          */
1109         for (i = dma_dom->aperture[index]->offset;
1110              i < dma_dom->aperture_size;
1111              i += PAGE_SIZE) {
1112                 u64 *pte = fetch_pte(&dma_dom->domain, i);
1113                 if (!pte || !IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
1114                         continue;
1115
1116                 dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, i << PAGE_SHIFT, 1);
1117         }
1118
1119         update_domain(&dma_dom->domain);
1120
1121         return 0;
1122
1123 out_free:
1124         update_domain(&dma_dom->domain);
1125
1126         free_page((unsigned long)dma_dom->aperture[index]->bitmap);
1127
1128         kfree(dma_dom->aperture[index]);
1129         dma_dom->aperture[index] = NULL;
1130
1131         return -ENOMEM;
1132 }
1133
1134 static unsigned long dma_ops_area_alloc(struct device *dev,
1135                                         struct dma_ops_domain *dom,
1136                                         unsigned int pages,
1137                                         unsigned long align_mask,
1138                                         u64 dma_mask,
1139                                         unsigned long start)
1140 {
1141         unsigned long next_bit = dom->next_address % APERTURE_RANGE_SIZE;
1142         int max_index = dom->aperture_size >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
1143         int i = start >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
1144         unsigned long boundary_size;
1145         unsigned long address = -1;
1146         unsigned long limit;
1147
1148         next_bit >>= PAGE_SHIFT;
1149
1150         boundary_size = ALIGN(dma_get_seg_boundary(dev) + 1,
1151                         PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
1152
1153         for (;i < max_index; ++i) {
1154                 unsigned long offset = dom->aperture[i]->offset >> PAGE_SHIFT;
1155
1156                 if (dom->aperture[i]->offset >= dma_mask)
1157                         break;
1158
1159                 limit = iommu_device_max_index(APERTURE_RANGE_PAGES, offset,
1160                                                dma_mask >> PAGE_SHIFT);
1161
1162                 address = iommu_area_alloc(dom->aperture[i]->bitmap,
1163                                            limit, next_bit, pages, 0,
1164                                             boundary_size, align_mask);
1165                 if (address != -1) {
1166                         address = dom->aperture[i]->offset +
1167                                   (address << PAGE_SHIFT);
1168                         dom->next_address = address + (pages << PAGE_SHIFT);
1169                         break;
1170                 }
1171
1172                 next_bit = 0;
1173         }
1174
1175         return address;
1176 }
1177
1178 static unsigned long dma_ops_alloc_addresses(struct device *dev,
1179                                              struct dma_ops_domain *dom,
1180                                              unsigned int pages,
1181                                              unsigned long align_mask,
1182                                              u64 dma_mask)
1183 {
1184         unsigned long address;
1185
1186 #ifdef CONFIG_IOMMU_STRESS
1187         dom->next_address = 0;
1188         dom->need_flush = true;
1189 #endif
1190
1191         address = dma_ops_area_alloc(dev, dom, pages, align_mask,
1192                                      dma_mask, dom->next_address);
1193
1194         if (address == -1) {
1195                 dom->next_address = 0;
1196                 address = dma_ops_area_alloc(dev, dom, pages, align_mask,
1197                                              dma_mask, 0);
1198                 dom->need_flush = true;
1199         }
1200
1201         if (unlikely(address == -1))
1202                 address = DMA_ERROR_CODE;
1203
1204         WARN_ON((address + (PAGE_SIZE*pages)) > dom->aperture_size);
1205
1206         return address;
1207 }
1208
1209 /*
1210  * The address free function.
1211  *
1212  * called with domain->lock held
1213  */
1214 static void dma_ops_free_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
1215                                    unsigned long address,
1216                                    unsigned int pages)
1217 {
1218         unsigned i = address >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
1219         struct aperture_range *range = dom->aperture[i];
1220
1221         BUG_ON(i >= APERTURE_MAX_RANGES || range == NULL);
1222
1223 #ifdef CONFIG_IOMMU_STRESS
1224         if (i < 4)
1225                 return;
1226 #endif
1227
1228         if (address >= dom->next_address)
1229                 dom->need_flush = true;
1230
1231         address = (address % APERTURE_RANGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
1232
1233         bitmap_clear(range->bitmap, address, pages);
1234
1235 }
1236
1237 /****************************************************************************
1238  *
1239  * The next functions belong to the domain allocation. A domain is
1240  * allocated for every IOMMU as the default domain. If device isolation
1241  * is enabled, every device get its own domain. The most important thing
1242  * about domains is the page table mapping the DMA address space they
1243  * contain.
1244  *
1245  ****************************************************************************/
1246
1247 /*
1248  * This function adds a protection domain to the global protection domain list
1249  */
1250 static void add_domain_to_list(struct protection_domain *domain)
1251 {
1252         unsigned long flags;
1253
1254         spin_lock_irqsave(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1255         list_add(&domain->list, &amd_iommu_pd_list);
1256         spin_unlock_irqrestore(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1257 }
1258
1259 /*
1260  * This function removes a protection domain to the global
1261  * protection domain list
1262  */
1263 static void del_domain_from_list(struct protection_domain *domain)
1264 {
1265         unsigned long flags;
1266
1267         spin_lock_irqsave(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1268         list_del(&domain->list);
1269         spin_unlock_irqrestore(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1270 }
1271
1272 static u16 domain_id_alloc(void)
1273 {
1274         unsigned long flags;
1275         int id;
1276
1277         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1278         id = find_first_zero_bit(amd_iommu_pd_alloc_bitmap, MAX_DOMAIN_ID);
1279         BUG_ON(id == 0);
1280         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
1281                 __set_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
1282         else
1283                 id = 0;
1284         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1285
1286         return id;
1287 }
1288
1289 static void domain_id_free(int id)
1290 {
1291         unsigned long flags;
1292
1293         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1294         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
1295                 __clear_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
1296         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1297 }
1298
1299 static void free_pagetable(struct protection_domain *domain)
1300 {
1301         int i, j;
1302         u64 *p1, *p2, *p3;
1303
1304         p1 = domain->pt_root;
1305
1306         if (!p1)
1307                 return;
1308
1309         for (i = 0; i < 512; ++i) {
1310                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p1[i]))
1311                         continue;
1312
1313                 p2 = IOMMU_PTE_PAGE(p1[i]);
1314                 for (j = 0; j < 512; ++j) {
1315                         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p2[j]))
1316                                 continue;
1317                         p3 = IOMMU_PTE_PAGE(p2[j]);
1318                         free_page((unsigned long)p3);
1319                 }
1320
1321                 free_page((unsigned long)p2);
1322         }
1323
1324         free_page((unsigned long)p1);
1325
1326         domain->pt_root = NULL;
1327 }
1328
1329 /*
1330  * Free a domain, only used if something went wrong in the
1331  * allocation path and we need to free an already allocated page table
1332  */
1333 static void dma_ops_domain_free(struct dma_ops_domain *dom)
1334 {
1335         int i;
1336
1337         if (!dom)
1338                 return;
1339
1340         del_domain_from_list(&dom->domain);
1341
1342         free_pagetable(&dom->domain);
1343
1344         for (i = 0; i < APERTURE_MAX_RANGES; ++i) {
1345                 if (!dom->aperture[i])
1346                         continue;
1347                 free_page((unsigned long)dom->aperture[i]->bitmap);
1348                 kfree(dom->aperture[i]);
1349         }
1350
1351         kfree(dom);
1352 }
1353
1354 /*
1355  * Allocates a new protection domain usable for the dma_ops functions.
1356  * It also initializes the page table and the address allocator data
1357  * structures required for the dma_ops interface
1358  */
1359 static struct dma_ops_domain *dma_ops_domain_alloc(void)
1360 {
1361         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1362
1363         dma_dom = kzalloc(sizeof(struct dma_ops_domain), GFP_KERNEL);
1364         if (!dma_dom)
1365                 return NULL;
1366
1367         spin_lock_init(&dma_dom->domain.lock);
1368
1369         dma_dom->domain.id = domain_id_alloc();
1370         if (dma_dom->domain.id == 0)
1371                 goto free_dma_dom;
1372         INIT_LIST_HEAD(&dma_dom->domain.dev_list);
1373         dma_dom->domain.mode = PAGE_MODE_2_LEVEL;
1374         dma_dom->domain.pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
1375         dma_dom->domain.flags = PD_DMA_OPS_MASK;
1376         dma_dom->domain.priv = dma_dom;
1377         if (!dma_dom->domain.pt_root)
1378                 goto free_dma_dom;
1379
1380         dma_dom->need_flush = false;
1381         dma_dom->target_dev = 0xffff;
1382
1383         add_domain_to_list(&dma_dom->domain);
1384
1385         if (alloc_new_range(dma_dom, true, GFP_KERNEL))
1386                 goto free_dma_dom;
1387
1388         /*
1389          * mark the first page as allocated so we never return 0 as
1390          * a valid dma-address. So we can use 0 as error value
1391          */
1392         dma_dom->aperture[0]->bitmap[0] = 1;
1393         dma_dom->next_address = 0;
1394
1395
1396         return dma_dom;
1397
1398 free_dma_dom:
1399         dma_ops_domain_free(dma_dom);
1400
1401         return NULL;
1402 }
1403
1404 /*
1405  * little helper function to check whether a given protection domain is a
1406  * dma_ops domain
1407  */
1408 static bool dma_ops_domain(struct protection_domain *domain)
1409 {
1410         return domain->flags & PD_DMA_OPS_MASK;
1411 }
1412
1413 static void set_dte_entry(u16 devid, struct protection_domain *domain)
1414 {
1415         u64 pte_root = virt_to_phys(domain->pt_root);
1416
1417         pte_root |= (domain->mode & DEV_ENTRY_MODE_MASK)
1418                     << DEV_ENTRY_MODE_SHIFT;
1419         pte_root |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
1420
1421         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = domain->id;
1422         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = upper_32_bits(pte_root);
1423         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = lower_32_bits(pte_root);
1424 }
1425
1426 static void clear_dte_entry(u16 devid)
1427 {
1428         /* remove entry from the device table seen by the hardware */
1429         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
1430         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = 0;
1431         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = 0;
1432
1433         amd_iommu_apply_erratum_63(devid);
1434 }
1435
1436 static void do_attach(struct device *dev, struct protection_domain *domain)
1437 {
1438         struct iommu_dev_data *dev_data;
1439         struct amd_iommu *iommu;
1440         u16 devid;
1441
1442         devid    = get_device_id(dev);
1443         iommu    = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1444         dev_data = get_dev_data(dev);
1445
1446         /* Update data structures */
1447         dev_data->domain = domain;
1448         list_add(&dev_data->list, &domain->dev_list);
1449         set_dte_entry(devid, domain);
1450
1451         /* Do reference counting */
1452         domain->dev_iommu[iommu->index] += 1;
1453         domain->dev_cnt                 += 1;
1454
1455         /* Flush the DTE entry */
1456         iommu_flush_device(dev);
1457 }
1458
1459 static void do_detach(struct device *dev)
1460 {
1461         struct iommu_dev_data *dev_data;
1462         struct amd_iommu *iommu;
1463         u16 devid;
1464
1465         devid    = get_device_id(dev);
1466         iommu    = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1467         dev_data = get_dev_data(dev);
1468
1469         /* decrease reference counters */
1470         dev_data->domain->dev_iommu[iommu->index] -= 1;
1471         dev_data->domain->dev_cnt                 -= 1;
1472
1473         /* Update data structures */
1474         dev_data->domain = NULL;
1475         list_del(&dev_data->list);
1476         clear_dte_entry(devid);
1477
1478         /* Flush the DTE entry */
1479         iommu_flush_device(dev);
1480 }
1481
1482 /*
1483  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
1484  * assigns it visible for the hardware
1485  */
1486 static int __attach_device(struct device *dev,
1487                            struct protection_domain *domain)
1488 {
1489         struct iommu_dev_data *dev_data, *alias_data;
1490         int ret;
1491
1492         dev_data   = get_dev_data(dev);
1493         alias_data = get_dev_data(dev_data->alias);
1494
1495         if (!alias_data)
1496                 return -EINVAL;
1497
1498         /* lock domain */
1499         spin_lock(&domain->lock);
1500
1501         /* Some sanity checks */
1502         ret = -EBUSY;
1503         if (alias_data->domain != NULL &&
1504             alias_data->domain != domain)
1505                 goto out_unlock;
1506
1507         if (dev_data->domain != NULL &&
1508             dev_data->domain != domain)
1509                 goto out_unlock;
1510
1511         /* Do real assignment */
1512         if (dev_data->alias != dev) {
1513                 alias_data = get_dev_data(dev_data->alias);
1514                 if (alias_data->domain == NULL)
1515                         do_attach(dev_data->alias, domain);
1516
1517                 atomic_inc(&alias_data->bind);
1518         }
1519
1520         if (dev_data->domain == NULL)
1521                 do_attach(dev, domain);
1522
1523         atomic_inc(&dev_data->bind);
1524
1525         ret = 0;
1526
1527 out_unlock:
1528
1529         /* ready */
1530         spin_unlock(&domain->lock);
1531
1532         return ret;
1533 }
1534
1535 /*
1536  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
1537  * assigns it visible for the hardware
1538  */
1539 static int attach_device(struct device *dev,
1540                          struct protection_domain *domain)
1541 {
1542         unsigned long flags;
1543         int ret;
1544
1545         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1546         ret = __attach_device(dev, domain);
1547         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1548
1549         /*
1550          * We might boot into a crash-kernel here. The crashed kernel
1551          * left the caches in the IOMMU dirty. So we have to flush
1552          * here to evict all dirty stuff.
1553          */
1554         iommu_flush_tlb_pde(domain);
1555
1556         return ret;
1557 }
1558
1559 /*
1560  * Removes a device from a protection domain (unlocked)
1561  */
1562 static void __detach_device(struct device *dev)
1563 {
1564         struct iommu_dev_data *dev_data = get_dev_data(dev);
1565         struct iommu_dev_data *alias_data;
1566         struct protection_domain *domain;
1567         unsigned long flags;
1568
1569         BUG_ON(!dev_data->domain);
1570
1571         domain = dev_data->domain;
1572
1573         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1574
1575         if (dev_data->alias != dev) {
1576                 alias_data = get_dev_data(dev_data->alias);
1577                 if (atomic_dec_and_test(&alias_data->bind))
1578                         do_detach(dev_data->alias);
1579         }
1580
1581         if (atomic_dec_and_test(&dev_data->bind))
1582                 do_detach(dev);
1583
1584         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1585
1586         /*
1587          * If we run in passthrough mode the device must be assigned to the
1588          * passthrough domain if it is detached from any other domain.
1589          * Make sure we can deassign from the pt_domain itself.
1590          */
1591         if (iommu_pass_through &&
1592             (dev_data->domain == NULL && domain != pt_domain))
1593                 __attach_device(dev, pt_domain);
1594 }
1595
1596 /*
1597  * Removes a device from a protection domain (with devtable_lock held)
1598  */
1599 static void detach_device(struct device *dev)
1600 {
1601         unsigned long flags;
1602
1603         /* lock device table */
1604         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1605         __detach_device(dev);
1606         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1607 }
1608
1609 /*
1610  * Find out the protection domain structure for a given PCI device. This
1611  * will give us the pointer to the page table root for example.
1612  */
1613 static struct protection_domain *domain_for_device(struct device *dev)
1614 {
1615         struct protection_domain *dom;
1616         struct iommu_dev_data *dev_data, *alias_data;
1617         unsigned long flags;
1618         u16 devid, alias;
1619
1620         devid      = get_device_id(dev);
1621         alias      = amd_iommu_alias_table[devid];
1622         dev_data   = get_dev_data(dev);
1623         alias_data = get_dev_data(dev_data->alias);
1624         if (!alias_data)
1625                 return NULL;
1626
1627         read_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1628         dom = dev_data->domain;
1629         if (dom == NULL &&
1630             alias_data->domain != NULL) {
1631                 __attach_device(dev, alias_data->domain);
1632                 dom = alias_data->domain;
1633         }
1634
1635         read_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1636
1637         return dom;
1638 }
1639
1640 static int device_change_notifier(struct notifier_block *nb,
1641                                   unsigned long action, void *data)
1642 {
1643         struct device *dev = data;
1644         u16 devid;
1645         struct protection_domain *domain;
1646         struct dma_ops_domain *dma_domain;
1647         struct amd_iommu *iommu;
1648         unsigned long flags;
1649
1650         if (!check_device(dev))
1651                 return 0;
1652
1653         devid  = get_device_id(dev);
1654         iommu  = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1655
1656         switch (action) {
1657         case BUS_NOTIFY_UNBOUND_DRIVER:
1658
1659                 domain = domain_for_device(dev);
1660
1661                 if (!domain)
1662                         goto out;
1663                 if (iommu_pass_through)
1664                         break;
1665                 detach_device(dev);
1666                 break;
1667         case BUS_NOTIFY_ADD_DEVICE:
1668
1669                 iommu_init_device(dev);
1670
1671                 domain = domain_for_device(dev);
1672
1673                 /* allocate a protection domain if a device is added */
1674                 dma_domain = find_protection_domain(devid);
1675                 if (dma_domain)
1676                         goto out;
1677                 dma_domain = dma_ops_domain_alloc();
1678                 if (!dma_domain)
1679                         goto out;
1680                 dma_domain->target_dev = devid;
1681
1682                 spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
1683                 list_add_tail(&dma_domain->list, &iommu_pd_list);
1684                 spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
1685
1686                 break;
1687         case BUS_NOTIFY_DEL_DEVICE:
1688
1689                 iommu_uninit_device(dev);
1690
1691         default:
1692                 goto out;
1693         }
1694
1695         iommu_flush_device(dev);
1696         iommu_completion_wait(iommu);
1697
1698 out:
1699         return 0;
1700 }
1701
1702 static struct notifier_block device_nb = {
1703         .notifier_call = device_change_notifier,
1704 };
1705
1706 void amd_iommu_init_notifier(void)
1707 {
1708         bus_register_notifier(&pci_bus_type, &device_nb);
1709 }
1710
1711 /*****************************************************************************
1712  *
1713  * The next functions belong to the dma_ops mapping/unmapping code.
1714  *
1715  *****************************************************************************/
1716
1717 /*
1718  * In the dma_ops path we only have the struct device. This function
1719  * finds the corresponding IOMMU, the protection domain and the
1720  * requestor id for a given device.
1721  * If the device is not yet associated with a domain this is also done
1722  * in this function.
1723  */
1724 static struct protection_domain *get_domain(struct device *dev)
1725 {
1726         struct protection_domain *domain;
1727         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1728         u16 devid = get_device_id(dev);
1729
1730         if (!check_device(dev))
1731                 return ERR_PTR(-EINVAL);
1732
1733         domain = domain_for_device(dev);
1734         if (domain != NULL && !dma_ops_domain(domain))
1735                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1736
1737         if (domain != NULL)
1738                 return domain;
1739
1740         /* Device not bount yet - bind it */
1741         dma_dom = find_protection_domain(devid);
1742         if (!dma_dom)
1743                 dma_dom = amd_iommu_rlookup_table[devid]->default_dom;
1744         attach_device(dev, &dma_dom->domain);
1745         DUMP_printk("Using protection domain %d for device %s\n",
1746                     dma_dom->domain.id, dev_name(dev));
1747
1748         return &dma_dom->domain;
1749 }
1750
1751 static void update_device_table(struct protection_domain *domain)
1752 {
1753         struct iommu_dev_data *dev_data;
1754
1755         list_for_each_entry(dev_data, &domain->dev_list, list) {
1756                 u16 devid = get_device_id(dev_data->dev);
1757                 set_dte_entry(devid, domain);
1758         }
1759 }
1760
1761 static void update_domain(struct protection_domain *domain)
1762 {
1763         if (!domain->updated)
1764                 return;
1765
1766         update_device_table(domain);
1767         iommu_flush_domain_devices(domain);
1768         iommu_flush_tlb_pde(domain);
1769
1770         domain->updated = false;
1771 }
1772
1773 /*
1774  * This function fetches the PTE for a given address in the aperture
1775  */
1776 static u64* dma_ops_get_pte(struct dma_ops_domain *dom,
1777                             unsigned long address)
1778 {
1779         struct aperture_range *aperture;
1780         u64 *pte, *pte_page;
1781
1782         aperture = dom->aperture[APERTURE_RANGE_INDEX(address)];
1783         if (!aperture)
1784                 return NULL;
1785
1786         pte = aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)];
1787         if (!pte) {
1788                 pte = alloc_pte(&dom->domain, address, PAGE_SIZE, &pte_page,
1789                                 GFP_ATOMIC);
1790                 aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)] = pte_page;
1791         } else
1792                 pte += PM_LEVEL_INDEX(0, address);
1793
1794         update_domain(&dom->domain);
1795
1796         return pte;
1797 }
1798
1799 /*
1800  * This is the generic map function. It maps one 4kb page at paddr to
1801  * the given address in the DMA address space for the domain.
1802  */
1803 static dma_addr_t dma_ops_domain_map(struct dma_ops_domain *dom,
1804                                      unsigned long address,
1805                                      phys_addr_t paddr,
1806                                      int direction)
1807 {
1808         u64 *pte, __pte;
1809
1810         WARN_ON(address > dom->aperture_size);
1811
1812         paddr &= PAGE_MASK;
1813
1814         pte  = dma_ops_get_pte(dom, address);
1815         if (!pte)
1816                 return DMA_ERROR_CODE;
1817
1818         __pte = paddr | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
1819
1820         if (direction == DMA_TO_DEVICE)
1821                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
1822         else if (direction == DMA_FROM_DEVICE)
1823                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
1824         else if (direction == DMA_BIDIRECTIONAL)
1825                 __pte |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW;
1826
1827         WARN_ON(*pte);
1828
1829         *pte = __pte;
1830
1831         return (dma_addr_t)address;
1832 }
1833
1834 /*
1835  * The generic unmapping function for on page in the DMA address space.
1836  */
1837 static void dma_ops_domain_unmap(struct dma_ops_domain *dom,
1838                                  unsigned long address)
1839 {
1840         struct aperture_range *aperture;
1841         u64 *pte;
1842
1843         if (address >= dom->aperture_size)
1844                 return;
1845
1846         aperture = dom->aperture[APERTURE_RANGE_INDEX(address)];
1847         if (!aperture)
1848                 return;
1849
1850         pte  = aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)];
1851         if (!pte)
1852                 return;
1853
1854         pte += PM_LEVEL_INDEX(0, address);
1855
1856         WARN_ON(!*pte);
1857
1858         *pte = 0ULL;
1859 }
1860
1861 /*
1862  * This function contains common code for mapping of a physically
1863  * contiguous memory region into DMA address space. It is used by all
1864  * mapping functions provided with this IOMMU driver.
1865  * Must be called with the domain lock held.
1866  */
1867 static dma_addr_t __map_single(struct device *dev,
1868                                struct dma_ops_domain *dma_dom,
1869                                phys_addr_t paddr,
1870                                size_t size,
1871                                int dir,
1872                                bool align,
1873                                u64 dma_mask)
1874 {
1875         dma_addr_t offset = paddr & ~PAGE_MASK;
1876         dma_addr_t address, start, ret;
1877         unsigned int pages;
1878         unsigned long align_mask = 0;
1879         int i;
1880
1881         pages = iommu_num_pages(paddr, size, PAGE_SIZE);
1882         paddr &= PAGE_MASK;
1883
1884         INC_STATS_COUNTER(total_map_requests);
1885
1886         if (pages > 1)
1887                 INC_STATS_COUNTER(cross_page);
1888
1889         if (align)
1890                 align_mask = (1UL << get_order(size)) - 1;
1891
1892 retry:
1893         address = dma_ops_alloc_addresses(dev, dma_dom, pages, align_mask,
1894                                           dma_mask);
1895         if (unlikely(address == DMA_ERROR_CODE)) {
1896                 /*
1897                  * setting next_address here will let the address
1898                  * allocator only scan the new allocated range in the
1899                  * first run. This is a small optimization.
1900                  */
1901                 dma_dom->next_address = dma_dom->aperture_size;
1902
1903                 if (alloc_new_range(dma_dom, false, GFP_ATOMIC))
1904                         goto out;
1905
1906                 /*
1907                  * aperture was successfully enlarged by 128 MB, try
1908                  * allocation again
1909                  */
1910                 goto retry;
1911         }
1912
1913         start = address;
1914         for (i = 0; i < pages; ++i) {
1915                 ret = dma_ops_domain_map(dma_dom, start, paddr, dir);
1916                 if (ret == DMA_ERROR_CODE)
1917                         goto out_unmap;
1918
1919                 paddr += PAGE_SIZE;
1920                 start += PAGE_SIZE;
1921         }
1922         address += offset;
1923
1924         ADD_STATS_COUNTER(alloced_io_mem, size);
1925
1926         if (unlikely(dma_dom->need_flush && !amd_iommu_unmap_flush)) {
1927                 iommu_flush_tlb(&dma_dom->domain);
1928                 dma_dom->need_flush = false;
1929         } else if (unlikely(amd_iommu_np_cache))
1930                 iommu_flush_pages(&dma_dom->domain, address, size);
1931
1932 out:
1933         return address;
1934
1935 out_unmap:
1936
1937         for (--i; i >= 0; --i) {
1938                 start -= PAGE_SIZE;
1939                 dma_ops_domain_unmap(dma_dom, start);
1940         }
1941
1942         dma_ops_free_addresses(dma_dom, address, pages);
1943
1944         return DMA_ERROR_CODE;
1945 }
1946
1947 /*
1948  * Does the reverse of the __map_single function. Must be called with
1949  * the domain lock held too
1950  */
1951 static void __unmap_single(struct dma_ops_domain *dma_dom,
1952                            dma_addr_t dma_addr,
1953                            size_t size,
1954                            int dir)
1955 {
1956         dma_addr_t flush_addr;
1957         dma_addr_t i, start;
1958         unsigned int pages;
1959
1960         if ((dma_addr == DMA_ERROR_CODE) ||
1961             (dma_addr + size > dma_dom->aperture_size))
1962                 return;
1963
1964         flush_addr = dma_addr;
1965         pages = iommu_num_pages(dma_addr, size, PAGE_SIZE);
1966         dma_addr &= PAGE_MASK;
1967         start = dma_addr;
1968
1969         for (i = 0; i < pages; ++i) {
1970                 dma_ops_domain_unmap(dma_dom, start);
1971                 start += PAGE_SIZE;
1972         }
1973
1974         SUB_STATS_COUNTER(alloced_io_mem, size);
1975
1976         dma_ops_free_addresses(dma_dom, dma_addr, pages);
1977
1978         if (amd_iommu_unmap_flush || dma_dom->need_flush) {
1979                 iommu_flush_pages(&dma_dom->domain, flush_addr, size);
1980                 dma_dom->need_flush = false;
1981         }
1982 }
1983
1984 /*
1985  * The exported map_single function for dma_ops.
1986  */
1987 static dma_addr_t map_page(struct device *dev, struct page *page,
1988                            unsigned long offset, size_t size,
1989                            enum dma_data_direction dir,
1990                            struct dma_attrs *attrs)
1991 {
1992         unsigned long flags;
1993         struct protection_domain *domain;
1994         dma_addr_t addr;
1995         u64 dma_mask;
1996         phys_addr_t paddr = page_to_phys(page) + offset;
1997
1998         INC_STATS_COUNTER(cnt_map_single);
1999
2000         domain = get_domain(dev);
2001         if (PTR_ERR(domain) == -EINVAL)
2002                 return (dma_addr_t)paddr;
2003         else if (IS_ERR(domain))
2004                 return DMA_ERROR_CODE;
2005
2006         dma_mask = *dev->dma_mask;
2007
2008         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2009
2010         addr = __map_single(dev, domain->priv, paddr, size, dir, false,
2011                             dma_mask);
2012         if (addr == DMA_ERROR_CODE)
2013                 goto out;
2014
2015         iommu_flush_complete(domain);
2016
2017 out:
2018         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2019
2020         return addr;
2021 }
2022
2023 /*
2024  * The exported unmap_single function for dma_ops.
2025  */
2026 static void unmap_page(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr, size_t size,
2027                        enum dma_data_direction dir, struct dma_attrs *attrs)
2028 {
2029         unsigned long flags;
2030         struct protection_domain *domain;
2031
2032         INC_STATS_COUNTER(cnt_unmap_single);
2033
2034         domain = get_domain(dev);
2035         if (IS_ERR(domain))
2036                 return;
2037
2038         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2039
2040         __unmap_single(domain->priv, dma_addr, size, dir);
2041
2042         iommu_flush_complete(domain);
2043
2044         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2045 }
2046
2047 /*
2048  * This is a special map_sg function which is used if we should map a
2049  * device which is not handled by an AMD IOMMU in the system.
2050  */
2051 static int map_sg_no_iommu(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
2052                            int nelems, int dir)
2053 {
2054         struct scatterlist *s;
2055         int i;
2056
2057         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
2058                 s->dma_address = (dma_addr_t)sg_phys(s);
2059                 s->dma_length  = s->length;
2060         }
2061
2062         return nelems;
2063 }
2064
2065 /*
2066  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
2067  * lists).
2068  */
2069 static int map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
2070                   int nelems, enum dma_data_direction dir,
2071                   struct dma_attrs *attrs)
2072 {
2073         unsigned long flags;
2074         struct protection_domain *domain;
2075         int i;
2076         struct scatterlist *s;
2077         phys_addr_t paddr;
2078         int mapped_elems = 0;
2079         u64 dma_mask;
2080
2081         INC_STATS_COUNTER(cnt_map_sg);
2082
2083         domain = get_domain(dev);
2084         if (PTR_ERR(domain) == -EINVAL)
2085                 return map_sg_no_iommu(dev, sglist, nelems, dir);
2086         else if (IS_ERR(domain))
2087                 return 0;
2088
2089         dma_mask = *dev->dma_mask;
2090
2091         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2092
2093         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
2094                 paddr = sg_phys(s);
2095
2096                 s->dma_address = __map_single(dev, domain->priv,
2097                                               paddr, s->length, dir, false,
2098                                               dma_mask);
2099
2100                 if (s->dma_address) {
2101                         s->dma_length = s->length;
2102                         mapped_elems++;
2103                 } else
2104                         goto unmap;
2105         }
2106
2107         iommu_flush_complete(domain);
2108
2109 out:
2110         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2111
2112         return mapped_elems;
2113 unmap:
2114         for_each_sg(sglist, s, mapped_elems, i) {
2115                 if (s->dma_address)
2116                         __unmap_single(domain->priv, s->dma_address,
2117                                        s->dma_length, dir);
2118                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
2119         }
2120
2121         mapped_elems = 0;
2122
2123         goto out;
2124 }
2125
2126 /*
2127  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
2128  * lists).
2129  */
2130 static void unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
2131                      int nelems, enum dma_data_direction dir,
2132                      struct dma_attrs *attrs)
2133 {
2134         unsigned long flags;
2135         struct protection_domain *domain;
2136         struct scatterlist *s;
2137         int i;
2138
2139         INC_STATS_COUNTER(cnt_unmap_sg);
2140
2141         domain = get_domain(dev);
2142         if (IS_ERR(domain))
2143                 return;
2144
2145         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2146
2147         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
2148                 __unmap_single(domain->priv, s->dma_address,
2149                                s->dma_length, dir);
2150                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
2151         }
2152
2153         iommu_flush_complete(domain);
2154
2155         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2156 }
2157
2158 /*
2159  * The exported alloc_coherent function for dma_ops.
2160  */
2161 static void *alloc_coherent(struct device *dev, size_t size,
2162                             dma_addr_t *dma_addr, gfp_t flag)
2163 {
2164         unsigned long flags;
2165         void *virt_addr;
2166         struct protection_domain *domain;
2167         phys_addr_t paddr;
2168         u64 dma_mask = dev->coherent_dma_mask;
2169
2170         INC_STATS_COUNTER(cnt_alloc_coherent);
2171
2172         domain = get_domain(dev);
2173         if (PTR_ERR(domain) == -EINVAL) {
2174                 virt_addr = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
2175                 *dma_addr = __pa(virt_addr);
2176                 return virt_addr;
2177         } else if (IS_ERR(domain))
2178                 return NULL;
2179
2180         dma_mask  = dev->coherent_dma_mask;
2181         flag     &= ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM | __GFP_DMA32);
2182         flag     |= __GFP_ZERO;
2183
2184         virt_addr = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
2185         if (!virt_addr)
2186                 return NULL;
2187
2188         paddr = virt_to_phys(virt_addr);
2189
2190         if (!dma_mask)
2191                 dma_mask = *dev->dma_mask;
2192
2193         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2194
2195         *dma_addr = __map_single(dev, domain->priv, paddr,
2196                                  size, DMA_BIDIRECTIONAL, true, dma_mask);
2197
2198         if (*dma_addr == DMA_ERROR_CODE) {
2199                 spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2200                 goto out_free;
2201         }
2202
2203         iommu_flush_complete(domain);
2204
2205         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2206
2207         return virt_addr;
2208
2209 out_free:
2210
2211         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
2212
2213         return NULL;
2214 }
2215
2216 /*
2217  * The exported free_coherent function for dma_ops.
2218  */
2219 static void free_coherent(struct device *dev, size_t size,
2220                           void *virt_addr, dma_addr_t dma_addr)
2221 {
2222         unsigned long flags;
2223         struct protection_domain *domain;
2224
2225         INC_STATS_COUNTER(cnt_free_coherent);
2226
2227         domain = get_domain(dev);
2228         if (IS_ERR(domain))
2229                 goto free_mem;
2230
2231         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2232
2233         __unmap_single(domain->priv, dma_addr, size, DMA_BIDIRECTIONAL);
2234
2235         iommu_flush_complete(domain);
2236
2237         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2238
2239 free_mem:
2240         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
2241 }
2242
2243 /*
2244  * This function is called by the DMA layer to find out if we can handle a
2245  * particular device. It is part of the dma_ops.
2246  */
2247 static int amd_iommu_dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
2248 {
2249         return check_device(dev);
2250 }
2251
2252 /*
2253  * The function for pre-allocating protection domains.
2254  *
2255  * If the driver core informs the DMA layer if a driver grabs a device
2256  * we don't need to preallocate the protection domains anymore.
2257  * For now we have to.
2258  */
2259 static void prealloc_protection_domains(void)
2260 {
2261         struct pci_dev *dev = NULL;
2262         struct dma_ops_domain *dma_dom;
2263         u16 devid;
2264
2265         for_each_pci_dev(dev) {
2266
2267                 /* Do we handle this device? */
2268                 if (!check_device(&dev->dev))
2269                         continue;
2270
2271                 /* Is there already any domain for it? */
2272                 if (domain_for_device(&dev->dev))
2273                         continue;
2274
2275                 devid = get_device_id(&dev->dev);
2276
2277                 dma_dom = dma_ops_domain_alloc();
2278                 if (!dma_dom)
2279                         continue;
2280                 init_unity_mappings_for_device(dma_dom, devid);
2281                 dma_dom->target_dev = devid;
2282
2283                 attach_device(&dev->dev, &dma_dom->domain);
2284
2285                 list_add_tail(&dma_dom->list, &iommu_pd_list);
2286         }
2287 }
2288
2289 static struct dma_map_ops amd_iommu_dma_ops = {
2290         .alloc_coherent = alloc_coherent,
2291         .free_coherent = free_coherent,
2292         .map_page = map_page,
2293         .unmap_page = unmap_page,
2294         .map_sg = map_sg,
2295         .unmap_sg = unmap_sg,
2296         .dma_supported = amd_iommu_dma_supported,
2297 };
2298
2299 /*
2300  * The function which clues the AMD IOMMU driver into dma_ops.
2301  */
2302
2303 void __init amd_iommu_init_api(void)
2304 {
2305         register_iommu(&amd_iommu_ops);
2306 }
2307
2308 int __init amd_iommu_init_dma_ops(void)
2309 {
2310         struct amd_iommu *iommu;
2311         int ret;
2312
2313         /*
2314          * first allocate a default protection domain for every IOMMU we
2315          * found in the system. Devices not assigned to any other
2316          * protection domain will be assigned to the default one.
2317          */
2318         for_each_iommu(iommu) {
2319                 iommu->default_dom = dma_ops_domain_alloc();
2320                 if (iommu->default_dom == NULL)
2321                         return -ENOMEM;
2322                 iommu->default_dom->domain.flags |= PD_DEFAULT_MASK;
2323                 ret = iommu_init_unity_mappings(iommu);
2324                 if (ret)
2325                         goto free_domains;
2326         }
2327
2328         /*
2329          * Pre-allocate the protection domains for each device.
2330          */
2331         prealloc_protection_domains();
2332
2333         iommu_detected = 1;
2334         swiotlb = 0;
2335
2336         /* Make the driver finally visible to the drivers */
2337         dma_ops = &amd_iommu_dma_ops;
2338
2339         amd_iommu_stats_init();
2340
2341         return 0;
2342
2343 free_domains:
2344
2345         for_each_iommu(iommu) {
2346                 if (iommu->default_dom)
2347                         dma_ops_domain_free(iommu->default_dom);
2348         }
2349
2350         return ret;
2351 }
2352
2353 /*****************************************************************************
2354  *
2355  * The following functions belong to the exported interface of AMD IOMMU
2356  *
2357  * This interface allows access to lower level functions of the IOMMU
2358  * like protection domain handling and assignement of devices to domains
2359  * which is not possible with the dma_ops interface.
2360  *
2361  *****************************************************************************/
2362
2363 static void cleanup_domain(struct protection_domain *domain)
2364 {
2365         struct iommu_dev_data *dev_data, *next;
2366         unsigned long flags;
2367
2368         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
2369
2370         list_for_each_entry_safe(dev_data, next, &domain->dev_list, list) {
2371                 struct device *dev = dev_data->dev;
2372
2373                 __detach_device(dev);
2374                 atomic_set(&dev_data->bind, 0);
2375         }
2376
2377         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
2378 }
2379
2380 static void protection_domain_free(struct protection_domain *domain)
2381 {
2382         if (!domain)
2383                 return;
2384
2385         del_domain_from_list(domain);
2386
2387         if (domain->id)
2388                 domain_id_free(domain->id);
2389
2390         kfree(domain);
2391 }
2392
2393 static struct protection_domain *protection_domain_alloc(void)
2394 {
2395         struct protection_domain *domain;
2396
2397         domain = kzalloc(sizeof(*domain), GFP_KERNEL);
2398         if (!domain)
2399                 return NULL;
2400
2401         spin_lock_init(&domain->lock);
2402         mutex_init(&domain->api_lock);
2403         domain->id = domain_id_alloc();
2404         if (!domain->id)
2405                 goto out_err;
2406         INIT_LIST_HEAD(&domain->dev_list);
2407
2408         add_domain_to_list(domain);
2409
2410         return domain;
2411
2412 out_err:
2413         kfree(domain);
2414
2415         return NULL;
2416 }
2417
2418 static int amd_iommu_domain_init(struct iommu_domain *dom)
2419 {
2420         struct protection_domain *domain;
2421
2422         domain = protection_domain_alloc();
2423         if (!domain)
2424                 goto out_free;
2425
2426         domain->mode    = PAGE_MODE_3_LEVEL;
2427         domain->pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
2428         if (!domain->pt_root)
2429                 goto out_free;
2430
2431         dom->priv = domain;
2432
2433         return 0;
2434
2435 out_free:
2436         protection_domain_free(domain);
2437
2438         return -ENOMEM;
2439 }
2440
2441 static void amd_iommu_domain_destroy(struct iommu_domain *dom)
2442 {
2443         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2444
2445         if (!domain)
2446                 return;
2447
2448         if (domain->dev_cnt > 0)
2449                 cleanup_domain(domain);
2450
2451         BUG_ON(domain->dev_cnt != 0);
2452
2453         free_pagetable(domain);
2454
2455         protection_domain_free(domain);
2456
2457         dom->priv = NULL;
2458 }
2459
2460 static void amd_iommu_detach_device(struct iommu_domain *dom,
2461                                     struct device *dev)
2462 {
2463         struct iommu_dev_data *dev_data = dev->archdata.iommu;
2464         struct amd_iommu *iommu;
2465         u16 devid;
2466
2467         if (!check_device(dev))
2468                 return;
2469
2470         devid = get_device_id(dev);
2471
2472         if (dev_data->domain != NULL)
2473                 detach_device(dev);
2474
2475         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
2476         if (!iommu)
2477                 return;
2478
2479         iommu_flush_device(dev);
2480         iommu_completion_wait(iommu);
2481 }
2482
2483 static int amd_iommu_attach_device(struct iommu_domain *dom,
2484                                    struct device *dev)
2485 {
2486         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2487         struct iommu_dev_data *dev_data;
2488         struct amd_iommu *iommu;
2489         int ret;
2490         u16 devid;
2491
2492         if (!check_device(dev))
2493                 return -EINVAL;
2494
2495         dev_data = dev->archdata.iommu;
2496
2497         devid = get_device_id(dev);
2498
2499         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
2500         if (!iommu)
2501                 return -EINVAL;
2502
2503         if (dev_data->domain)
2504                 detach_device(dev);
2505
2506         ret = attach_device(dev, domain);
2507
2508         iommu_completion_wait(iommu);
2509
2510         return ret;
2511 }
2512
2513 static int amd_iommu_map(struct iommu_domain *dom, unsigned long iova,
2514                          phys_addr_t paddr, int gfp_order, int iommu_prot)
2515 {
2516         unsigned long page_size = 0x1000UL << gfp_order;
2517         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2518         int prot = 0;
2519         int ret;
2520
2521         if (iommu_prot & IOMMU_READ)
2522                 prot |= IOMMU_PROT_IR;
2523         if (iommu_prot & IOMMU_WRITE)
2524                 prot |= IOMMU_PROT_IW;
2525
2526         mutex_lock(&domain->api_lock);
2527         ret = iommu_map_page(domain, iova, paddr, prot, page_size);
2528         mutex_unlock(&domain->api_lock);
2529
2530         return ret;
2531 }
2532
2533 static int amd_iommu_unmap(struct iommu_domain *dom, unsigned long iova,
2534                            int gfp_order)
2535 {
2536         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2537         unsigned long page_size, unmap_size;
2538
2539         page_size  = 0x1000UL << gfp_order;
2540
2541         mutex_lock(&domain->api_lock);
2542         unmap_size = iommu_unmap_page(domain, iova, page_size);
2543         mutex_unlock(&domain->api_lock);
2544
2545         iommu_flush_tlb_pde(domain);
2546
2547         return get_order(unmap_size);
2548 }
2549
2550 static phys_addr_t amd_iommu_iova_to_phys(struct iommu_domain *dom,
2551                                           unsigned long iova)
2552 {
2553         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2554         unsigned long offset_mask;
2555         phys_addr_t paddr;
2556         u64 *pte, __pte;
2557
2558         pte = fetch_pte(domain, iova);
2559
2560         if (!pte || !IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
2561                 return 0;
2562
2563         if (PM_PTE_LEVEL(*pte) == 0)
2564                 offset_mask = PAGE_SIZE - 1;
2565         else
2566                 offset_mask = PTE_PAGE_SIZE(*pte) - 1;
2567
2568         __pte = *pte & PM_ADDR_MASK;
2569         paddr = (__pte & ~offset_mask) | (iova & offset_mask);
2570
2571         return paddr;
2572 }
2573
2574 static int amd_iommu_domain_has_cap(struct iommu_domain *domain,
2575                                     unsigned long cap)
2576 {
2577         switch (cap) {
2578         case IOMMU_CAP_CACHE_COHERENCY:
2579                 return 1;
2580         }
2581
2582         return 0;
2583 }
2584
2585 static struct iommu_ops amd_iommu_ops = {
2586         .domain_init = amd_iommu_domain_init,
2587         .domain_destroy = amd_iommu_domain_destroy,
2588         .attach_dev = amd_iommu_attach_device,
2589         .detach_dev = amd_iommu_detach_device,
2590         .map = amd_iommu_map,
2591         .unmap = amd_iommu_unmap,
2592         .iova_to_phys = amd_iommu_iova_to_phys,
2593         .domain_has_cap = amd_iommu_domain_has_cap,
2594 };
2595
2596 /*****************************************************************************
2597  *
2598  * The next functions do a basic initialization of IOMMU for pass through
2599  * mode
2600  *
2601  * In passthrough mode the IOMMU is initialized and enabled but not used for
2602  * DMA-API translation.
2603  *
2604  *****************************************************************************/
2605
2606 int __init amd_iommu_init_passthrough(void)
2607 {
2608         struct amd_iommu *iommu;
2609         struct pci_dev *dev = NULL;
2610         u16 devid;
2611
2612         /* allocate passthrough domain */
2613         pt_domain = protection_domain_alloc();
2614         if (!pt_domain)
2615                 return -ENOMEM;
2616
2617         pt_domain->mode |= PAGE_MODE_NONE;
2618
2619         for_each_pci_dev(dev) {
2620                 if (!check_device(&dev->dev))
2621                         continue;
2622
2623                 devid = get_device_id(&dev->dev);
2624
2625                 iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
2626                 if (!iommu)
2627                         continue;
2628
2629                 attach_device(&dev->dev, pt_domain);
2630         }
2631
2632         pr_info("AMD-Vi: Initialized for Passthrough Mode\n");
2633
2634         return 0;
2635 }