iommu/amd: Convert dev_table_entry to u64
[linux-2.6.git] / drivers / iommu / 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/pci-ats.h>
22 #include <linux/bitmap.h>
23 #include <linux/slab.h>
24 #include <linux/debugfs.h>
25 #include <linux/scatterlist.h>
26 #include <linux/dma-mapping.h>
27 #include <linux/iommu-helper.h>
28 #include <linux/iommu.h>
29 #include <linux/delay.h>
30 #include <linux/amd-iommu.h>
31 #include <asm/msidef.h>
32 #include <asm/proto.h>
33 #include <asm/iommu.h>
34 #include <asm/gart.h>
35 #include <asm/dma.h>
36
37 #include "amd_iommu_proto.h"
38 #include "amd_iommu_types.h"
39
40 #define CMD_SET_TYPE(cmd, t) ((cmd)->data[1] |= ((t) << 28))
41
42 #define LOOP_TIMEOUT    100000
43
44 /*
45  * This bitmap is used to advertise the page sizes our hardware support
46  * to the IOMMU core, which will then use this information to split
47  * physically contiguous memory regions it is mapping into page sizes
48  * that we support.
49  *
50  * Traditionally the IOMMU core just handed us the mappings directly,
51  * after making sure the size is an order of a 4KiB page and that the
52  * mapping has natural alignment.
53  *
54  * To retain this behavior, we currently advertise that we support
55  * all page sizes that are an order of 4KiB.
56  *
57  * If at some point we'd like to utilize the IOMMU core's new behavior,
58  * we could change this to advertise the real page sizes we support.
59  */
60 #define AMD_IOMMU_PGSIZES       (~0xFFFUL)
61
62 static DEFINE_RWLOCK(amd_iommu_devtable_lock);
63
64 /* A list of preallocated protection domains */
65 static LIST_HEAD(iommu_pd_list);
66 static DEFINE_SPINLOCK(iommu_pd_list_lock);
67
68 /* List of all available dev_data structures */
69 static LIST_HEAD(dev_data_list);
70 static DEFINE_SPINLOCK(dev_data_list_lock);
71
72 /*
73  * Domain for untranslated devices - only allocated
74  * if iommu=pt passed on kernel cmd line.
75  */
76 static struct protection_domain *pt_domain;
77
78 static struct iommu_ops amd_iommu_ops;
79
80 /*
81  * general struct to manage commands send to an IOMMU
82  */
83 struct iommu_cmd {
84         u32 data[4];
85 };
86
87 static void update_domain(struct protection_domain *domain);
88
89 /****************************************************************************
90  *
91  * Helper functions
92  *
93  ****************************************************************************/
94
95 static struct iommu_dev_data *alloc_dev_data(u16 devid)
96 {
97         struct iommu_dev_data *dev_data;
98         unsigned long flags;
99
100         dev_data = kzalloc(sizeof(*dev_data), GFP_KERNEL);
101         if (!dev_data)
102                 return NULL;
103
104         dev_data->devid = devid;
105         atomic_set(&dev_data->bind, 0);
106
107         spin_lock_irqsave(&dev_data_list_lock, flags);
108         list_add_tail(&dev_data->dev_data_list, &dev_data_list);
109         spin_unlock_irqrestore(&dev_data_list_lock, flags);
110
111         return dev_data;
112 }
113
114 static void free_dev_data(struct iommu_dev_data *dev_data)
115 {
116         unsigned long flags;
117
118         spin_lock_irqsave(&dev_data_list_lock, flags);
119         list_del(&dev_data->dev_data_list);
120         spin_unlock_irqrestore(&dev_data_list_lock, flags);
121
122         kfree(dev_data);
123 }
124
125 static struct iommu_dev_data *search_dev_data(u16 devid)
126 {
127         struct iommu_dev_data *dev_data;
128         unsigned long flags;
129
130         spin_lock_irqsave(&dev_data_list_lock, flags);
131         list_for_each_entry(dev_data, &dev_data_list, dev_data_list) {
132                 if (dev_data->devid == devid)
133                         goto out_unlock;
134         }
135
136         dev_data = NULL;
137
138 out_unlock:
139         spin_unlock_irqrestore(&dev_data_list_lock, flags);
140
141         return dev_data;
142 }
143
144 static struct iommu_dev_data *find_dev_data(u16 devid)
145 {
146         struct iommu_dev_data *dev_data;
147
148         dev_data = search_dev_data(devid);
149
150         if (dev_data == NULL)
151                 dev_data = alloc_dev_data(devid);
152
153         return dev_data;
154 }
155
156 static inline u16 get_device_id(struct device *dev)
157 {
158         struct pci_dev *pdev = to_pci_dev(dev);
159
160         return calc_devid(pdev->bus->number, pdev->devfn);
161 }
162
163 static struct iommu_dev_data *get_dev_data(struct device *dev)
164 {
165         return dev->archdata.iommu;
166 }
167
168 /*
169  * In this function the list of preallocated protection domains is traversed to
170  * find the domain for a specific device
171  */
172 static struct dma_ops_domain *find_protection_domain(u16 devid)
173 {
174         struct dma_ops_domain *entry, *ret = NULL;
175         unsigned long flags;
176         u16 alias = amd_iommu_alias_table[devid];
177
178         if (list_empty(&iommu_pd_list))
179                 return NULL;
180
181         spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
182
183         list_for_each_entry(entry, &iommu_pd_list, list) {
184                 if (entry->target_dev == devid ||
185                     entry->target_dev == alias) {
186                         ret = entry;
187                         break;
188                 }
189         }
190
191         spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
192
193         return ret;
194 }
195
196 /*
197  * This function checks if the driver got a valid device from the caller to
198  * avoid dereferencing invalid pointers.
199  */
200 static bool check_device(struct device *dev)
201 {
202         u16 devid;
203
204         if (!dev || !dev->dma_mask)
205                 return false;
206
207         /* No device or no PCI device */
208         if (dev->bus != &pci_bus_type)
209                 return false;
210
211         devid = get_device_id(dev);
212
213         /* Out of our scope? */
214         if (devid > amd_iommu_last_bdf)
215                 return false;
216
217         if (amd_iommu_rlookup_table[devid] == NULL)
218                 return false;
219
220         return true;
221 }
222
223 static int iommu_init_device(struct device *dev)
224 {
225         struct iommu_dev_data *dev_data;
226         u16 alias;
227
228         if (dev->archdata.iommu)
229                 return 0;
230
231         dev_data = find_dev_data(get_device_id(dev));
232         if (!dev_data)
233                 return -ENOMEM;
234
235         alias = amd_iommu_alias_table[dev_data->devid];
236         if (alias != dev_data->devid) {
237                 struct iommu_dev_data *alias_data;
238
239                 alias_data = find_dev_data(alias);
240                 if (alias_data == NULL) {
241                         pr_err("AMD-Vi: Warning: Unhandled device %s\n",
242                                         dev_name(dev));
243                         free_dev_data(dev_data);
244                         return -ENOTSUPP;
245                 }
246                 dev_data->alias_data = alias_data;
247         }
248
249         dev->archdata.iommu = dev_data;
250
251         return 0;
252 }
253
254 static void iommu_ignore_device(struct device *dev)
255 {
256         u16 devid, alias;
257
258         devid = get_device_id(dev);
259         alias = amd_iommu_alias_table[devid];
260
261         memset(&amd_iommu_dev_table[devid], 0, sizeof(struct dev_table_entry));
262         memset(&amd_iommu_dev_table[alias], 0, sizeof(struct dev_table_entry));
263
264         amd_iommu_rlookup_table[devid] = NULL;
265         amd_iommu_rlookup_table[alias] = NULL;
266 }
267
268 static void iommu_uninit_device(struct device *dev)
269 {
270         /*
271          * Nothing to do here - we keep dev_data around for unplugged devices
272          * and reuse it when the device is re-plugged - not doing so would
273          * introduce a ton of races.
274          */
275 }
276
277 void __init amd_iommu_uninit_devices(void)
278 {
279         struct iommu_dev_data *dev_data, *n;
280         struct pci_dev *pdev = NULL;
281
282         for_each_pci_dev(pdev) {
283
284                 if (!check_device(&pdev->dev))
285                         continue;
286
287                 iommu_uninit_device(&pdev->dev);
288         }
289
290         /* Free all of our dev_data structures */
291         list_for_each_entry_safe(dev_data, n, &dev_data_list, dev_data_list)
292                 free_dev_data(dev_data);
293 }
294
295 int __init amd_iommu_init_devices(void)
296 {
297         struct pci_dev *pdev = NULL;
298         int ret = 0;
299
300         for_each_pci_dev(pdev) {
301
302                 if (!check_device(&pdev->dev))
303                         continue;
304
305                 ret = iommu_init_device(&pdev->dev);
306                 if (ret == -ENOTSUPP)
307                         iommu_ignore_device(&pdev->dev);
308                 else if (ret)
309                         goto out_free;
310         }
311
312         return 0;
313
314 out_free:
315
316         amd_iommu_uninit_devices();
317
318         return ret;
319 }
320 #ifdef CONFIG_AMD_IOMMU_STATS
321
322 /*
323  * Initialization code for statistics collection
324  */
325
326 DECLARE_STATS_COUNTER(compl_wait);
327 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_map_single);
328 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_unmap_single);
329 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_map_sg);
330 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_unmap_sg);
331 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_alloc_coherent);
332 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_free_coherent);
333 DECLARE_STATS_COUNTER(cross_page);
334 DECLARE_STATS_COUNTER(domain_flush_single);
335 DECLARE_STATS_COUNTER(domain_flush_all);
336 DECLARE_STATS_COUNTER(alloced_io_mem);
337 DECLARE_STATS_COUNTER(total_map_requests);
338
339 static struct dentry *stats_dir;
340 static struct dentry *de_fflush;
341
342 static void amd_iommu_stats_add(struct __iommu_counter *cnt)
343 {
344         if (stats_dir == NULL)
345                 return;
346
347         cnt->dent = debugfs_create_u64(cnt->name, 0444, stats_dir,
348                                        &cnt->value);
349 }
350
351 static void amd_iommu_stats_init(void)
352 {
353         stats_dir = debugfs_create_dir("amd-iommu", NULL);
354         if (stats_dir == NULL)
355                 return;
356
357         de_fflush  = debugfs_create_bool("fullflush", 0444, stats_dir,
358                                          (u32 *)&amd_iommu_unmap_flush);
359
360         amd_iommu_stats_add(&compl_wait);
361         amd_iommu_stats_add(&cnt_map_single);
362         amd_iommu_stats_add(&cnt_unmap_single);
363         amd_iommu_stats_add(&cnt_map_sg);
364         amd_iommu_stats_add(&cnt_unmap_sg);
365         amd_iommu_stats_add(&cnt_alloc_coherent);
366         amd_iommu_stats_add(&cnt_free_coherent);
367         amd_iommu_stats_add(&cross_page);
368         amd_iommu_stats_add(&domain_flush_single);
369         amd_iommu_stats_add(&domain_flush_all);
370         amd_iommu_stats_add(&alloced_io_mem);
371         amd_iommu_stats_add(&total_map_requests);
372 }
373
374 #endif
375
376 /****************************************************************************
377  *
378  * Interrupt handling functions
379  *
380  ****************************************************************************/
381
382 static void dump_dte_entry(u16 devid)
383 {
384         int i;
385
386         for (i = 0; i < 4; ++i)
387                 pr_err("AMD-Vi: DTE[%d]: %016llx\n", i,
388                         amd_iommu_dev_table[devid].data[i]);
389 }
390
391 static void dump_command(unsigned long phys_addr)
392 {
393         struct iommu_cmd *cmd = phys_to_virt(phys_addr);
394         int i;
395
396         for (i = 0; i < 4; ++i)
397                 pr_err("AMD-Vi: CMD[%d]: %08x\n", i, cmd->data[i]);
398 }
399
400 static void iommu_print_event(struct amd_iommu *iommu, void *__evt)
401 {
402         u32 *event = __evt;
403         int type  = (event[1] >> EVENT_TYPE_SHIFT)  & EVENT_TYPE_MASK;
404         int devid = (event[0] >> EVENT_DEVID_SHIFT) & EVENT_DEVID_MASK;
405         int domid = (event[1] >> EVENT_DOMID_SHIFT) & EVENT_DOMID_MASK;
406         int flags = (event[1] >> EVENT_FLAGS_SHIFT) & EVENT_FLAGS_MASK;
407         u64 address = (u64)(((u64)event[3]) << 32) | event[2];
408
409         printk(KERN_ERR "AMD-Vi: Event logged [");
410
411         switch (type) {
412         case EVENT_TYPE_ILL_DEV:
413                 printk("ILLEGAL_DEV_TABLE_ENTRY device=%02x:%02x.%x "
414                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
415                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
416                        address, flags);
417                 dump_dte_entry(devid);
418                 break;
419         case EVENT_TYPE_IO_FAULT:
420                 printk("IO_PAGE_FAULT device=%02x:%02x.%x "
421                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
422                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
423                        domid, address, flags);
424                 break;
425         case EVENT_TYPE_DEV_TAB_ERR:
426                 printk("DEV_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
427                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
428                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
429                        address, flags);
430                 break;
431         case EVENT_TYPE_PAGE_TAB_ERR:
432                 printk("PAGE_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
433                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
434                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
435                        domid, address, flags);
436                 break;
437         case EVENT_TYPE_ILL_CMD:
438                 printk("ILLEGAL_COMMAND_ERROR address=0x%016llx]\n", address);
439                 dump_command(address);
440                 break;
441         case EVENT_TYPE_CMD_HARD_ERR:
442                 printk("COMMAND_HARDWARE_ERROR address=0x%016llx "
443                        "flags=0x%04x]\n", address, flags);
444                 break;
445         case EVENT_TYPE_IOTLB_INV_TO:
446                 printk("IOTLB_INV_TIMEOUT device=%02x:%02x.%x "
447                        "address=0x%016llx]\n",
448                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
449                        address);
450                 break;
451         case EVENT_TYPE_INV_DEV_REQ:
452                 printk("INVALID_DEVICE_REQUEST device=%02x:%02x.%x "
453                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
454                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
455                        address, flags);
456                 break;
457         default:
458                 printk(KERN_ERR "UNKNOWN type=0x%02x]\n", type);
459         }
460 }
461
462 static void iommu_poll_events(struct amd_iommu *iommu)
463 {
464         u32 head, tail;
465         unsigned long flags;
466
467         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
468
469         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
470         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_TAIL_OFFSET);
471
472         while (head != tail) {
473                 iommu_print_event(iommu, iommu->evt_buf + head);
474                 head = (head + EVENT_ENTRY_SIZE) % iommu->evt_buf_size;
475         }
476
477         writel(head, iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
478
479         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
480 }
481
482 irqreturn_t amd_iommu_int_thread(int irq, void *data)
483 {
484         struct amd_iommu *iommu;
485
486         for_each_iommu(iommu)
487                 iommu_poll_events(iommu);
488
489         return IRQ_HANDLED;
490 }
491
492 irqreturn_t amd_iommu_int_handler(int irq, void *data)
493 {
494         return IRQ_WAKE_THREAD;
495 }
496
497 /****************************************************************************
498  *
499  * IOMMU command queuing functions
500  *
501  ****************************************************************************/
502
503 static int wait_on_sem(volatile u64 *sem)
504 {
505         int i = 0;
506
507         while (*sem == 0 && i < LOOP_TIMEOUT) {
508                 udelay(1);
509                 i += 1;
510         }
511
512         if (i == LOOP_TIMEOUT) {
513                 pr_alert("AMD-Vi: Completion-Wait loop timed out\n");
514                 return -EIO;
515         }
516
517         return 0;
518 }
519
520 static void copy_cmd_to_buffer(struct amd_iommu *iommu,
521                                struct iommu_cmd *cmd,
522                                u32 tail)
523 {
524         u8 *target;
525
526         target = iommu->cmd_buf + tail;
527         tail   = (tail + sizeof(*cmd)) % iommu->cmd_buf_size;
528
529         /* Copy command to buffer */
530         memcpy(target, cmd, sizeof(*cmd));
531
532         /* Tell the IOMMU about it */
533         writel(tail, iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
534 }
535
536 static void build_completion_wait(struct iommu_cmd *cmd, u64 address)
537 {
538         WARN_ON(address & 0x7ULL);
539
540         memset(cmd, 0, sizeof(*cmd));
541         cmd->data[0] = lower_32_bits(__pa(address)) | CMD_COMPL_WAIT_STORE_MASK;
542         cmd->data[1] = upper_32_bits(__pa(address));
543         cmd->data[2] = 1;
544         CMD_SET_TYPE(cmd, CMD_COMPL_WAIT);
545 }
546
547 static void build_inv_dte(struct iommu_cmd *cmd, u16 devid)
548 {
549         memset(cmd, 0, sizeof(*cmd));
550         cmd->data[0] = devid;
551         CMD_SET_TYPE(cmd, CMD_INV_DEV_ENTRY);
552 }
553
554 static void build_inv_iommu_pages(struct iommu_cmd *cmd, u64 address,
555                                   size_t size, u16 domid, int pde)
556 {
557         u64 pages;
558         int s;
559
560         pages = iommu_num_pages(address, size, PAGE_SIZE);
561         s     = 0;
562
563         if (pages > 1) {
564                 /*
565                  * If we have to flush more than one page, flush all
566                  * TLB entries for this domain
567                  */
568                 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
569                 s = 1;
570         }
571
572         address &= PAGE_MASK;
573
574         memset(cmd, 0, sizeof(*cmd));
575         cmd->data[1] |= domid;
576         cmd->data[2]  = lower_32_bits(address);
577         cmd->data[3]  = upper_32_bits(address);
578         CMD_SET_TYPE(cmd, CMD_INV_IOMMU_PAGES);
579         if (s) /* size bit - we flush more than one 4kb page */
580                 cmd->data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_SIZE_MASK;
581         if (pde) /* PDE bit - we wan't flush everything not only the PTEs */
582                 cmd->data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_PDE_MASK;
583 }
584
585 static void build_inv_iotlb_pages(struct iommu_cmd *cmd, u16 devid, int qdep,
586                                   u64 address, size_t size)
587 {
588         u64 pages;
589         int s;
590
591         pages = iommu_num_pages(address, size, PAGE_SIZE);
592         s     = 0;
593
594         if (pages > 1) {
595                 /*
596                  * If we have to flush more than one page, flush all
597                  * TLB entries for this domain
598                  */
599                 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
600                 s = 1;
601         }
602
603         address &= PAGE_MASK;
604
605         memset(cmd, 0, sizeof(*cmd));
606         cmd->data[0]  = devid;
607         cmd->data[0] |= (qdep & 0xff) << 24;
608         cmd->data[1]  = devid;
609         cmd->data[2]  = lower_32_bits(address);
610         cmd->data[3]  = upper_32_bits(address);
611         CMD_SET_TYPE(cmd, CMD_INV_IOTLB_PAGES);
612         if (s)
613                 cmd->data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_SIZE_MASK;
614 }
615
616 static void build_inv_all(struct iommu_cmd *cmd)
617 {
618         memset(cmd, 0, sizeof(*cmd));
619         CMD_SET_TYPE(cmd, CMD_INV_ALL);
620 }
621
622 /*
623  * Writes the command to the IOMMUs command buffer and informs the
624  * hardware about the new command.
625  */
626 static int iommu_queue_command_sync(struct amd_iommu *iommu,
627                                     struct iommu_cmd *cmd,
628                                     bool sync)
629 {
630         u32 left, tail, head, next_tail;
631         unsigned long flags;
632
633         WARN_ON(iommu->cmd_buf_size & CMD_BUFFER_UNINITIALIZED);
634
635 again:
636         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
637
638         head      = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_HEAD_OFFSET);
639         tail      = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
640         next_tail = (tail + sizeof(*cmd)) % iommu->cmd_buf_size;
641         left      = (head - next_tail) % iommu->cmd_buf_size;
642
643         if (left <= 2) {
644                 struct iommu_cmd sync_cmd;
645                 volatile u64 sem = 0;
646                 int ret;
647
648                 build_completion_wait(&sync_cmd, (u64)&sem);
649                 copy_cmd_to_buffer(iommu, &sync_cmd, tail);
650
651                 spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
652
653                 if ((ret = wait_on_sem(&sem)) != 0)
654                         return ret;
655
656                 goto again;
657         }
658
659         copy_cmd_to_buffer(iommu, cmd, tail);
660
661         /* We need to sync now to make sure all commands are processed */
662         iommu->need_sync = sync;
663
664         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
665
666         return 0;
667 }
668
669 static int iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
670 {
671         return iommu_queue_command_sync(iommu, cmd, true);
672 }
673
674 /*
675  * This function queues a completion wait command into the command
676  * buffer of an IOMMU
677  */
678 static int iommu_completion_wait(struct amd_iommu *iommu)
679 {
680         struct iommu_cmd cmd;
681         volatile u64 sem = 0;
682         int ret;
683
684         if (!iommu->need_sync)
685                 return 0;
686
687         build_completion_wait(&cmd, (u64)&sem);
688
689         ret = iommu_queue_command_sync(iommu, &cmd, false);
690         if (ret)
691                 return ret;
692
693         return wait_on_sem(&sem);
694 }
695
696 static int iommu_flush_dte(struct amd_iommu *iommu, u16 devid)
697 {
698         struct iommu_cmd cmd;
699
700         build_inv_dte(&cmd, devid);
701
702         return iommu_queue_command(iommu, &cmd);
703 }
704
705 static void iommu_flush_dte_all(struct amd_iommu *iommu)
706 {
707         u32 devid;
708
709         for (devid = 0; devid <= 0xffff; ++devid)
710                 iommu_flush_dte(iommu, devid);
711
712         iommu_completion_wait(iommu);
713 }
714
715 /*
716  * This function uses heavy locking and may disable irqs for some time. But
717  * this is no issue because it is only called during resume.
718  */
719 static void iommu_flush_tlb_all(struct amd_iommu *iommu)
720 {
721         u32 dom_id;
722
723         for (dom_id = 0; dom_id <= 0xffff; ++dom_id) {
724                 struct iommu_cmd cmd;
725                 build_inv_iommu_pages(&cmd, 0, CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS,
726                                       dom_id, 1);
727                 iommu_queue_command(iommu, &cmd);
728         }
729
730         iommu_completion_wait(iommu);
731 }
732
733 static void iommu_flush_all(struct amd_iommu *iommu)
734 {
735         struct iommu_cmd cmd;
736
737         build_inv_all(&cmd);
738
739         iommu_queue_command(iommu, &cmd);
740         iommu_completion_wait(iommu);
741 }
742
743 void iommu_flush_all_caches(struct amd_iommu *iommu)
744 {
745         if (iommu_feature(iommu, FEATURE_IA)) {
746                 iommu_flush_all(iommu);
747         } else {
748                 iommu_flush_dte_all(iommu);
749                 iommu_flush_tlb_all(iommu);
750         }
751 }
752
753 /*
754  * Command send function for flushing on-device TLB
755  */
756 static int device_flush_iotlb(struct iommu_dev_data *dev_data,
757                               u64 address, size_t size)
758 {
759         struct amd_iommu *iommu;
760         struct iommu_cmd cmd;
761         int qdep;
762
763         qdep     = dev_data->ats.qdep;
764         iommu    = amd_iommu_rlookup_table[dev_data->devid];
765
766         build_inv_iotlb_pages(&cmd, dev_data->devid, qdep, address, size);
767
768         return iommu_queue_command(iommu, &cmd);
769 }
770
771 /*
772  * Command send function for invalidating a device table entry
773  */
774 static int device_flush_dte(struct iommu_dev_data *dev_data)
775 {
776         struct amd_iommu *iommu;
777         int ret;
778
779         iommu = amd_iommu_rlookup_table[dev_data->devid];
780
781         ret = iommu_flush_dte(iommu, dev_data->devid);
782         if (ret)
783                 return ret;
784
785         if (dev_data->ats.enabled)
786                 ret = device_flush_iotlb(dev_data, 0, ~0UL);
787
788         return ret;
789 }
790
791 /*
792  * TLB invalidation function which is called from the mapping functions.
793  * It invalidates a single PTE if the range to flush is within a single
794  * page. Otherwise it flushes the whole TLB of the IOMMU.
795  */
796 static void __domain_flush_pages(struct protection_domain *domain,
797                                  u64 address, size_t size, int pde)
798 {
799         struct iommu_dev_data *dev_data;
800         struct iommu_cmd cmd;
801         int ret = 0, i;
802
803         build_inv_iommu_pages(&cmd, address, size, domain->id, pde);
804
805         for (i = 0; i < amd_iommus_present; ++i) {
806                 if (!domain->dev_iommu[i])
807                         continue;
808
809                 /*
810                  * Devices of this domain are behind this IOMMU
811                  * We need a TLB flush
812                  */
813                 ret |= iommu_queue_command(amd_iommus[i], &cmd);
814         }
815
816         list_for_each_entry(dev_data, &domain->dev_list, list) {
817
818                 if (!dev_data->ats.enabled)
819                         continue;
820
821                 ret |= device_flush_iotlb(dev_data, address, size);
822         }
823
824         WARN_ON(ret);
825 }
826
827 static void domain_flush_pages(struct protection_domain *domain,
828                                u64 address, size_t size)
829 {
830         __domain_flush_pages(domain, address, size, 0);
831 }
832
833 /* Flush the whole IO/TLB for a given protection domain */
834 static void domain_flush_tlb(struct protection_domain *domain)
835 {
836         __domain_flush_pages(domain, 0, CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS, 0);
837 }
838
839 /* Flush the whole IO/TLB for a given protection domain - including PDE */
840 static void domain_flush_tlb_pde(struct protection_domain *domain)
841 {
842         __domain_flush_pages(domain, 0, CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS, 1);
843 }
844
845 static void domain_flush_complete(struct protection_domain *domain)
846 {
847         int i;
848
849         for (i = 0; i < amd_iommus_present; ++i) {
850                 if (!domain->dev_iommu[i])
851                         continue;
852
853                 /*
854                  * Devices of this domain are behind this IOMMU
855                  * We need to wait for completion of all commands.
856                  */
857                 iommu_completion_wait(amd_iommus[i]);
858         }
859 }
860
861
862 /*
863  * This function flushes the DTEs for all devices in domain
864  */
865 static void domain_flush_devices(struct protection_domain *domain)
866 {
867         struct iommu_dev_data *dev_data;
868
869         list_for_each_entry(dev_data, &domain->dev_list, list)
870                 device_flush_dte(dev_data);
871 }
872
873 /****************************************************************************
874  *
875  * The functions below are used the create the page table mappings for
876  * unity mapped regions.
877  *
878  ****************************************************************************/
879
880 /*
881  * This function is used to add another level to an IO page table. Adding
882  * another level increases the size of the address space by 9 bits to a size up
883  * to 64 bits.
884  */
885 static bool increase_address_space(struct protection_domain *domain,
886                                    gfp_t gfp)
887 {
888         u64 *pte;
889
890         if (domain->mode == PAGE_MODE_6_LEVEL)
891                 /* address space already 64 bit large */
892                 return false;
893
894         pte = (void *)get_zeroed_page(gfp);
895         if (!pte)
896                 return false;
897
898         *pte             = PM_LEVEL_PDE(domain->mode,
899                                         virt_to_phys(domain->pt_root));
900         domain->pt_root  = pte;
901         domain->mode    += 1;
902         domain->updated  = true;
903
904         return true;
905 }
906
907 static u64 *alloc_pte(struct protection_domain *domain,
908                       unsigned long address,
909                       unsigned long page_size,
910                       u64 **pte_page,
911                       gfp_t gfp)
912 {
913         int level, end_lvl;
914         u64 *pte, *page;
915
916         BUG_ON(!is_power_of_2(page_size));
917
918         while (address > PM_LEVEL_SIZE(domain->mode))
919                 increase_address_space(domain, gfp);
920
921         level   = domain->mode - 1;
922         pte     = &domain->pt_root[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
923         address = PAGE_SIZE_ALIGN(address, page_size);
924         end_lvl = PAGE_SIZE_LEVEL(page_size);
925
926         while (level > end_lvl) {
927                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
928                         page = (u64 *)get_zeroed_page(gfp);
929                         if (!page)
930                                 return NULL;
931                         *pte = PM_LEVEL_PDE(level, virt_to_phys(page));
932                 }
933
934                 /* No level skipping support yet */
935                 if (PM_PTE_LEVEL(*pte) != level)
936                         return NULL;
937
938                 level -= 1;
939
940                 pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
941
942                 if (pte_page && level == end_lvl)
943                         *pte_page = pte;
944
945                 pte = &pte[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
946         }
947
948         return pte;
949 }
950
951 /*
952  * This function checks if there is a PTE for a given dma address. If
953  * there is one, it returns the pointer to it.
954  */
955 static u64 *fetch_pte(struct protection_domain *domain, unsigned long address)
956 {
957         int level;
958         u64 *pte;
959
960         if (address > PM_LEVEL_SIZE(domain->mode))
961                 return NULL;
962
963         level   =  domain->mode - 1;
964         pte     = &domain->pt_root[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
965
966         while (level > 0) {
967
968                 /* Not Present */
969                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
970                         return NULL;
971
972                 /* Large PTE */
973                 if (PM_PTE_LEVEL(*pte) == 0x07) {
974                         unsigned long pte_mask, __pte;
975
976                         /*
977                          * If we have a series of large PTEs, make
978                          * sure to return a pointer to the first one.
979                          */
980                         pte_mask = PTE_PAGE_SIZE(*pte);
981                         pte_mask = ~((PAGE_SIZE_PTE_COUNT(pte_mask) << 3) - 1);
982                         __pte    = ((unsigned long)pte) & pte_mask;
983
984                         return (u64 *)__pte;
985                 }
986
987                 /* No level skipping support yet */
988                 if (PM_PTE_LEVEL(*pte) != level)
989                         return NULL;
990
991                 level -= 1;
992
993                 /* Walk to the next level */
994                 pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
995                 pte = &pte[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
996         }
997
998         return pte;
999 }
1000
1001 /*
1002  * Generic mapping functions. It maps a physical address into a DMA
1003  * address space. It allocates the page table pages if necessary.
1004  * In the future it can be extended to a generic mapping function
1005  * supporting all features of AMD IOMMU page tables like level skipping
1006  * and full 64 bit address spaces.
1007  */
1008 static int iommu_map_page(struct protection_domain *dom,
1009                           unsigned long bus_addr,
1010                           unsigned long phys_addr,
1011                           int prot,
1012                           unsigned long page_size)
1013 {
1014         u64 __pte, *pte;
1015         int i, count;
1016
1017         if (!(prot & IOMMU_PROT_MASK))
1018                 return -EINVAL;
1019
1020         bus_addr  = PAGE_ALIGN(bus_addr);
1021         phys_addr = PAGE_ALIGN(phys_addr);
1022         count     = PAGE_SIZE_PTE_COUNT(page_size);
1023         pte       = alloc_pte(dom, bus_addr, page_size, NULL, GFP_KERNEL);
1024
1025         for (i = 0; i < count; ++i)
1026                 if (IOMMU_PTE_PRESENT(pte[i]))
1027                         return -EBUSY;
1028
1029         if (page_size > PAGE_SIZE) {
1030                 __pte = PAGE_SIZE_PTE(phys_addr, page_size);
1031                 __pte |= PM_LEVEL_ENC(7) | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
1032         } else
1033                 __pte = phys_addr | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
1034
1035         if (prot & IOMMU_PROT_IR)
1036                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
1037         if (prot & IOMMU_PROT_IW)
1038                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
1039
1040         for (i = 0; i < count; ++i)
1041                 pte[i] = __pte;
1042
1043         update_domain(dom);
1044
1045         return 0;
1046 }
1047
1048 static unsigned long iommu_unmap_page(struct protection_domain *dom,
1049                                       unsigned long bus_addr,
1050                                       unsigned long page_size)
1051 {
1052         unsigned long long unmap_size, unmapped;
1053         u64 *pte;
1054
1055         BUG_ON(!is_power_of_2(page_size));
1056
1057         unmapped = 0;
1058
1059         while (unmapped < page_size) {
1060
1061                 pte = fetch_pte(dom, bus_addr);
1062
1063                 if (!pte) {
1064                         /*
1065                          * No PTE for this address
1066                          * move forward in 4kb steps
1067                          */
1068                         unmap_size = PAGE_SIZE;
1069                 } else if (PM_PTE_LEVEL(*pte) == 0) {
1070                         /* 4kb PTE found for this address */
1071                         unmap_size = PAGE_SIZE;
1072                         *pte       = 0ULL;
1073                 } else {
1074                         int count, i;
1075
1076                         /* Large PTE found which maps this address */
1077                         unmap_size = PTE_PAGE_SIZE(*pte);
1078                         count      = PAGE_SIZE_PTE_COUNT(unmap_size);
1079                         for (i = 0; i < count; i++)
1080                                 pte[i] = 0ULL;
1081                 }
1082
1083                 bus_addr  = (bus_addr & ~(unmap_size - 1)) + unmap_size;
1084                 unmapped += unmap_size;
1085         }
1086
1087         BUG_ON(!is_power_of_2(unmapped));
1088
1089         return unmapped;
1090 }
1091
1092 /*
1093  * This function checks if a specific unity mapping entry is needed for
1094  * this specific IOMMU.
1095  */
1096 static int iommu_for_unity_map(struct amd_iommu *iommu,
1097                                struct unity_map_entry *entry)
1098 {
1099         u16 bdf, i;
1100
1101         for (i = entry->devid_start; i <= entry->devid_end; ++i) {
1102                 bdf = amd_iommu_alias_table[i];
1103                 if (amd_iommu_rlookup_table[bdf] == iommu)
1104                         return 1;
1105         }
1106
1107         return 0;
1108 }
1109
1110 /*
1111  * This function actually applies the mapping to the page table of the
1112  * dma_ops domain.
1113  */
1114 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
1115                              struct unity_map_entry *e)
1116 {
1117         u64 addr;
1118         int ret;
1119
1120         for (addr = e->address_start; addr < e->address_end;
1121              addr += PAGE_SIZE) {
1122                 ret = iommu_map_page(&dma_dom->domain, addr, addr, e->prot,
1123                                      PAGE_SIZE);
1124                 if (ret)
1125                         return ret;
1126                 /*
1127                  * if unity mapping is in aperture range mark the page
1128                  * as allocated in the aperture
1129                  */
1130                 if (addr < dma_dom->aperture_size)
1131                         __set_bit(addr >> PAGE_SHIFT,
1132                                   dma_dom->aperture[0]->bitmap);
1133         }
1134
1135         return 0;
1136 }
1137
1138 /*
1139  * Init the unity mappings for a specific IOMMU in the system
1140  *
1141  * Basically iterates over all unity mapping entries and applies them to
1142  * the default domain DMA of that IOMMU if necessary.
1143  */
1144 static int iommu_init_unity_mappings(struct amd_iommu *iommu)
1145 {
1146         struct unity_map_entry *entry;
1147         int ret;
1148
1149         list_for_each_entry(entry, &amd_iommu_unity_map, list) {
1150                 if (!iommu_for_unity_map(iommu, entry))
1151                         continue;
1152                 ret = dma_ops_unity_map(iommu->default_dom, entry);
1153                 if (ret)
1154                         return ret;
1155         }
1156
1157         return 0;
1158 }
1159
1160 /*
1161  * Inits the unity mappings required for a specific device
1162  */
1163 static int init_unity_mappings_for_device(struct dma_ops_domain *dma_dom,
1164                                           u16 devid)
1165 {
1166         struct unity_map_entry *e;
1167         int ret;
1168
1169         list_for_each_entry(e, &amd_iommu_unity_map, list) {
1170                 if (!(devid >= e->devid_start && devid <= e->devid_end))
1171                         continue;
1172                 ret = dma_ops_unity_map(dma_dom, e);
1173                 if (ret)
1174                         return ret;
1175         }
1176
1177         return 0;
1178 }
1179
1180 /****************************************************************************
1181  *
1182  * The next functions belong to the address allocator for the dma_ops
1183  * interface functions. They work like the allocators in the other IOMMU
1184  * drivers. Its basically a bitmap which marks the allocated pages in
1185  * the aperture. Maybe it could be enhanced in the future to a more
1186  * efficient allocator.
1187  *
1188  ****************************************************************************/
1189
1190 /*
1191  * The address allocator core functions.
1192  *
1193  * called with domain->lock held
1194  */
1195
1196 /*
1197  * Used to reserve address ranges in the aperture (e.g. for exclusion
1198  * ranges.
1199  */
1200 static void dma_ops_reserve_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
1201                                       unsigned long start_page,
1202                                       unsigned int pages)
1203 {
1204         unsigned int i, last_page = dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT;
1205
1206         if (start_page + pages > last_page)
1207                 pages = last_page - start_page;
1208
1209         for (i = start_page; i < start_page + pages; ++i) {
1210                 int index = i / APERTURE_RANGE_PAGES;
1211                 int page  = i % APERTURE_RANGE_PAGES;
1212                 __set_bit(page, dom->aperture[index]->bitmap);
1213         }
1214 }
1215
1216 /*
1217  * This function is used to add a new aperture range to an existing
1218  * aperture in case of dma_ops domain allocation or address allocation
1219  * failure.
1220  */
1221 static int alloc_new_range(struct dma_ops_domain *dma_dom,
1222                            bool populate, gfp_t gfp)
1223 {
1224         int index = dma_dom->aperture_size >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
1225         struct amd_iommu *iommu;
1226         unsigned long i, old_size;
1227
1228 #ifdef CONFIG_IOMMU_STRESS
1229         populate = false;
1230 #endif
1231
1232         if (index >= APERTURE_MAX_RANGES)
1233                 return -ENOMEM;
1234
1235         dma_dom->aperture[index] = kzalloc(sizeof(struct aperture_range), gfp);
1236         if (!dma_dom->aperture[index])
1237                 return -ENOMEM;
1238
1239         dma_dom->aperture[index]->bitmap = (void *)get_zeroed_page(gfp);
1240         if (!dma_dom->aperture[index]->bitmap)
1241                 goto out_free;
1242
1243         dma_dom->aperture[index]->offset = dma_dom->aperture_size;
1244
1245         if (populate) {
1246                 unsigned long address = dma_dom->aperture_size;
1247                 int i, num_ptes = APERTURE_RANGE_PAGES / 512;
1248                 u64 *pte, *pte_page;
1249
1250                 for (i = 0; i < num_ptes; ++i) {
1251                         pte = alloc_pte(&dma_dom->domain, address, PAGE_SIZE,
1252                                         &pte_page, gfp);
1253                         if (!pte)
1254                                 goto out_free;
1255
1256                         dma_dom->aperture[index]->pte_pages[i] = pte_page;
1257
1258                         address += APERTURE_RANGE_SIZE / 64;
1259                 }
1260         }
1261
1262         old_size                = dma_dom->aperture_size;
1263         dma_dom->aperture_size += APERTURE_RANGE_SIZE;
1264
1265         /* Reserve address range used for MSI messages */
1266         if (old_size < MSI_ADDR_BASE_LO &&
1267             dma_dom->aperture_size > MSI_ADDR_BASE_LO) {
1268                 unsigned long spage;
1269                 int pages;
1270
1271                 pages = iommu_num_pages(MSI_ADDR_BASE_LO, 0x10000, PAGE_SIZE);
1272                 spage = MSI_ADDR_BASE_LO >> PAGE_SHIFT;
1273
1274                 dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, spage, pages);
1275         }
1276
1277         /* Initialize the exclusion range if necessary */
1278         for_each_iommu(iommu) {
1279                 if (iommu->exclusion_start &&
1280                     iommu->exclusion_start >= dma_dom->aperture[index]->offset
1281                     && iommu->exclusion_start < dma_dom->aperture_size) {
1282                         unsigned long startpage;
1283                         int pages = iommu_num_pages(iommu->exclusion_start,
1284                                                     iommu->exclusion_length,
1285                                                     PAGE_SIZE);
1286                         startpage = iommu->exclusion_start >> PAGE_SHIFT;
1287                         dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, startpage, pages);
1288                 }
1289         }
1290
1291         /*
1292          * Check for areas already mapped as present in the new aperture
1293          * range and mark those pages as reserved in the allocator. Such
1294          * mappings may already exist as a result of requested unity
1295          * mappings for devices.
1296          */
1297         for (i = dma_dom->aperture[index]->offset;
1298              i < dma_dom->aperture_size;
1299              i += PAGE_SIZE) {
1300                 u64 *pte = fetch_pte(&dma_dom->domain, i);
1301                 if (!pte || !IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
1302                         continue;
1303
1304                 dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, i >> PAGE_SHIFT, 1);
1305         }
1306
1307         update_domain(&dma_dom->domain);
1308
1309         return 0;
1310
1311 out_free:
1312         update_domain(&dma_dom->domain);
1313
1314         free_page((unsigned long)dma_dom->aperture[index]->bitmap);
1315
1316         kfree(dma_dom->aperture[index]);
1317         dma_dom->aperture[index] = NULL;
1318
1319         return -ENOMEM;
1320 }
1321
1322 static unsigned long dma_ops_area_alloc(struct device *dev,
1323                                         struct dma_ops_domain *dom,
1324                                         unsigned int pages,
1325                                         unsigned long align_mask,
1326                                         u64 dma_mask,
1327                                         unsigned long start)
1328 {
1329         unsigned long next_bit = dom->next_address % APERTURE_RANGE_SIZE;
1330         int max_index = dom->aperture_size >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
1331         int i = start >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
1332         unsigned long boundary_size;
1333         unsigned long address = -1;
1334         unsigned long limit;
1335
1336         next_bit >>= PAGE_SHIFT;
1337
1338         boundary_size = ALIGN(dma_get_seg_boundary(dev) + 1,
1339                         PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
1340
1341         for (;i < max_index; ++i) {
1342                 unsigned long offset = dom->aperture[i]->offset >> PAGE_SHIFT;
1343
1344                 if (dom->aperture[i]->offset >= dma_mask)
1345                         break;
1346
1347                 limit = iommu_device_max_index(APERTURE_RANGE_PAGES, offset,
1348                                                dma_mask >> PAGE_SHIFT);
1349
1350                 address = iommu_area_alloc(dom->aperture[i]->bitmap,
1351                                            limit, next_bit, pages, 0,
1352                                             boundary_size, align_mask);
1353                 if (address != -1) {
1354                         address = dom->aperture[i]->offset +
1355                                   (address << PAGE_SHIFT);
1356                         dom->next_address = address + (pages << PAGE_SHIFT);
1357                         break;
1358                 }
1359
1360                 next_bit = 0;
1361         }
1362
1363         return address;
1364 }
1365
1366 static unsigned long dma_ops_alloc_addresses(struct device *dev,
1367                                              struct dma_ops_domain *dom,
1368                                              unsigned int pages,
1369                                              unsigned long align_mask,
1370                                              u64 dma_mask)
1371 {
1372         unsigned long address;
1373
1374 #ifdef CONFIG_IOMMU_STRESS
1375         dom->next_address = 0;
1376         dom->need_flush = true;
1377 #endif
1378
1379         address = dma_ops_area_alloc(dev, dom, pages, align_mask,
1380                                      dma_mask, dom->next_address);
1381
1382         if (address == -1) {
1383                 dom->next_address = 0;
1384                 address = dma_ops_area_alloc(dev, dom, pages, align_mask,
1385                                              dma_mask, 0);
1386                 dom->need_flush = true;
1387         }
1388
1389         if (unlikely(address == -1))
1390                 address = DMA_ERROR_CODE;
1391
1392         WARN_ON((address + (PAGE_SIZE*pages)) > dom->aperture_size);
1393
1394         return address;
1395 }
1396
1397 /*
1398  * The address free function.
1399  *
1400  * called with domain->lock held
1401  */
1402 static void dma_ops_free_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
1403                                    unsigned long address,
1404                                    unsigned int pages)
1405 {
1406         unsigned i = address >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
1407         struct aperture_range *range = dom->aperture[i];
1408
1409         BUG_ON(i >= APERTURE_MAX_RANGES || range == NULL);
1410
1411 #ifdef CONFIG_IOMMU_STRESS
1412         if (i < 4)
1413                 return;
1414 #endif
1415
1416         if (address >= dom->next_address)
1417                 dom->need_flush = true;
1418
1419         address = (address % APERTURE_RANGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
1420
1421         bitmap_clear(range->bitmap, address, pages);
1422
1423 }
1424
1425 /****************************************************************************
1426  *
1427  * The next functions belong to the domain allocation. A domain is
1428  * allocated for every IOMMU as the default domain. If device isolation
1429  * is enabled, every device get its own domain. The most important thing
1430  * about domains is the page table mapping the DMA address space they
1431  * contain.
1432  *
1433  ****************************************************************************/
1434
1435 /*
1436  * This function adds a protection domain to the global protection domain list
1437  */
1438 static void add_domain_to_list(struct protection_domain *domain)
1439 {
1440         unsigned long flags;
1441
1442         spin_lock_irqsave(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1443         list_add(&domain->list, &amd_iommu_pd_list);
1444         spin_unlock_irqrestore(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1445 }
1446
1447 /*
1448  * This function removes a protection domain to the global
1449  * protection domain list
1450  */
1451 static void del_domain_from_list(struct protection_domain *domain)
1452 {
1453         unsigned long flags;
1454
1455         spin_lock_irqsave(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1456         list_del(&domain->list);
1457         spin_unlock_irqrestore(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1458 }
1459
1460 static u16 domain_id_alloc(void)
1461 {
1462         unsigned long flags;
1463         int id;
1464
1465         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1466         id = find_first_zero_bit(amd_iommu_pd_alloc_bitmap, MAX_DOMAIN_ID);
1467         BUG_ON(id == 0);
1468         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
1469                 __set_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
1470         else
1471                 id = 0;
1472         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1473
1474         return id;
1475 }
1476
1477 static void domain_id_free(int id)
1478 {
1479         unsigned long flags;
1480
1481         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1482         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
1483                 __clear_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
1484         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1485 }
1486
1487 static void free_pagetable(struct protection_domain *domain)
1488 {
1489         int i, j;
1490         u64 *p1, *p2, *p3;
1491
1492         p1 = domain->pt_root;
1493
1494         if (!p1)
1495                 return;
1496
1497         for (i = 0; i < 512; ++i) {
1498                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p1[i]))
1499                         continue;
1500
1501                 p2 = IOMMU_PTE_PAGE(p1[i]);
1502                 for (j = 0; j < 512; ++j) {
1503                         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p2[j]))
1504                                 continue;
1505                         p3 = IOMMU_PTE_PAGE(p2[j]);
1506                         free_page((unsigned long)p3);
1507                 }
1508
1509                 free_page((unsigned long)p2);
1510         }
1511
1512         free_page((unsigned long)p1);
1513
1514         domain->pt_root = NULL;
1515 }
1516
1517 /*
1518  * Free a domain, only used if something went wrong in the
1519  * allocation path and we need to free an already allocated page table
1520  */
1521 static void dma_ops_domain_free(struct dma_ops_domain *dom)
1522 {
1523         int i;
1524
1525         if (!dom)
1526                 return;
1527
1528         del_domain_from_list(&dom->domain);
1529
1530         free_pagetable(&dom->domain);
1531
1532         for (i = 0; i < APERTURE_MAX_RANGES; ++i) {
1533                 if (!dom->aperture[i])
1534                         continue;
1535                 free_page((unsigned long)dom->aperture[i]->bitmap);
1536                 kfree(dom->aperture[i]);
1537         }
1538
1539         kfree(dom);
1540 }
1541
1542 /*
1543  * Allocates a new protection domain usable for the dma_ops functions.
1544  * It also initializes the page table and the address allocator data
1545  * structures required for the dma_ops interface
1546  */
1547 static struct dma_ops_domain *dma_ops_domain_alloc(void)
1548 {
1549         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1550
1551         dma_dom = kzalloc(sizeof(struct dma_ops_domain), GFP_KERNEL);
1552         if (!dma_dom)
1553                 return NULL;
1554
1555         spin_lock_init(&dma_dom->domain.lock);
1556
1557         dma_dom->domain.id = domain_id_alloc();
1558         if (dma_dom->domain.id == 0)
1559                 goto free_dma_dom;
1560         INIT_LIST_HEAD(&dma_dom->domain.dev_list);
1561         dma_dom->domain.mode = PAGE_MODE_2_LEVEL;
1562         dma_dom->domain.pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
1563         dma_dom->domain.flags = PD_DMA_OPS_MASK;
1564         dma_dom->domain.priv = dma_dom;
1565         if (!dma_dom->domain.pt_root)
1566                 goto free_dma_dom;
1567
1568         dma_dom->need_flush = false;
1569         dma_dom->target_dev = 0xffff;
1570
1571         add_domain_to_list(&dma_dom->domain);
1572
1573         if (alloc_new_range(dma_dom, true, GFP_KERNEL))
1574                 goto free_dma_dom;
1575
1576         /*
1577          * mark the first page as allocated so we never return 0 as
1578          * a valid dma-address. So we can use 0 as error value
1579          */
1580         dma_dom->aperture[0]->bitmap[0] = 1;
1581         dma_dom->next_address = 0;
1582
1583
1584         return dma_dom;
1585
1586 free_dma_dom:
1587         dma_ops_domain_free(dma_dom);
1588
1589         return NULL;
1590 }
1591
1592 /*
1593  * little helper function to check whether a given protection domain is a
1594  * dma_ops domain
1595  */
1596 static bool dma_ops_domain(struct protection_domain *domain)
1597 {
1598         return domain->flags & PD_DMA_OPS_MASK;
1599 }
1600
1601 static void set_dte_entry(u16 devid, struct protection_domain *domain, bool ats)
1602 {
1603         u64 pte_root = virt_to_phys(domain->pt_root);
1604         u64 flags = 0;
1605
1606         pte_root |= (domain->mode & DEV_ENTRY_MODE_MASK)
1607                     << DEV_ENTRY_MODE_SHIFT;
1608         pte_root |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
1609
1610         flags = amd_iommu_dev_table[devid].data[1];
1611
1612         if (ats)
1613                 flags |= DTE_FLAG_IOTLB;
1614
1615         flags &= ~(0xffffUL);
1616         flags |= domain->id;
1617
1618         amd_iommu_dev_table[devid].data[1]  = flags;
1619         amd_iommu_dev_table[devid].data[0]  = pte_root;
1620 }
1621
1622 static void clear_dte_entry(u16 devid)
1623 {
1624         /* remove entry from the device table seen by the hardware */
1625         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
1626         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = 0;
1627
1628         amd_iommu_apply_erratum_63(devid);
1629 }
1630
1631 static void do_attach(struct iommu_dev_data *dev_data,
1632                       struct protection_domain *domain)
1633 {
1634         struct amd_iommu *iommu;
1635         bool ats;
1636
1637         iommu = amd_iommu_rlookup_table[dev_data->devid];
1638         ats   = dev_data->ats.enabled;
1639
1640         /* Update data structures */
1641         dev_data->domain = domain;
1642         list_add(&dev_data->list, &domain->dev_list);
1643         set_dte_entry(dev_data->devid, domain, ats);
1644
1645         /* Do reference counting */
1646         domain->dev_iommu[iommu->index] += 1;
1647         domain->dev_cnt                 += 1;
1648
1649         /* Flush the DTE entry */
1650         device_flush_dte(dev_data);
1651 }
1652
1653 static void do_detach(struct iommu_dev_data *dev_data)
1654 {
1655         struct amd_iommu *iommu;
1656
1657         iommu = amd_iommu_rlookup_table[dev_data->devid];
1658
1659         /* decrease reference counters */
1660         dev_data->domain->dev_iommu[iommu->index] -= 1;
1661         dev_data->domain->dev_cnt                 -= 1;
1662
1663         /* Update data structures */
1664         dev_data->domain = NULL;
1665         list_del(&dev_data->list);
1666         clear_dte_entry(dev_data->devid);
1667
1668         /* Flush the DTE entry */
1669         device_flush_dte(dev_data);
1670 }
1671
1672 /*
1673  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
1674  * assigns it visible for the hardware
1675  */
1676 static int __attach_device(struct iommu_dev_data *dev_data,
1677                            struct protection_domain *domain)
1678 {
1679         int ret;
1680
1681         /* lock domain */
1682         spin_lock(&domain->lock);
1683
1684         if (dev_data->alias_data != NULL) {
1685                 struct iommu_dev_data *alias_data = dev_data->alias_data;
1686
1687                 /* Some sanity checks */
1688                 ret = -EBUSY;
1689                 if (alias_data->domain != NULL &&
1690                                 alias_data->domain != domain)
1691                         goto out_unlock;
1692
1693                 if (dev_data->domain != NULL &&
1694                                 dev_data->domain != domain)
1695                         goto out_unlock;
1696
1697                 /* Do real assignment */
1698                 if (alias_data->domain == NULL)
1699                         do_attach(alias_data, domain);
1700
1701                 atomic_inc(&alias_data->bind);
1702         }
1703
1704         if (dev_data->domain == NULL)
1705                 do_attach(dev_data, domain);
1706
1707         atomic_inc(&dev_data->bind);
1708
1709         ret = 0;
1710
1711 out_unlock:
1712
1713         /* ready */
1714         spin_unlock(&domain->lock);
1715
1716         return ret;
1717 }
1718
1719 /*
1720  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
1721  * assigns it visible for the hardware
1722  */
1723 static int attach_device(struct device *dev,
1724                          struct protection_domain *domain)
1725 {
1726         struct pci_dev *pdev = to_pci_dev(dev);
1727         struct iommu_dev_data *dev_data;
1728         unsigned long flags;
1729         int ret;
1730
1731         dev_data = get_dev_data(dev);
1732
1733         if (amd_iommu_iotlb_sup && pci_enable_ats(pdev, PAGE_SHIFT) == 0) {
1734                 dev_data->ats.enabled = true;
1735                 dev_data->ats.qdep    = pci_ats_queue_depth(pdev);
1736         }
1737
1738         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1739         ret = __attach_device(dev_data, domain);
1740         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1741
1742         /*
1743          * We might boot into a crash-kernel here. The crashed kernel
1744          * left the caches in the IOMMU dirty. So we have to flush
1745          * here to evict all dirty stuff.
1746          */
1747         domain_flush_tlb_pde(domain);
1748
1749         return ret;
1750 }
1751
1752 /*
1753  * Removes a device from a protection domain (unlocked)
1754  */
1755 static void __detach_device(struct iommu_dev_data *dev_data)
1756 {
1757         struct protection_domain *domain;
1758         unsigned long flags;
1759
1760         BUG_ON(!dev_data->domain);
1761
1762         domain = dev_data->domain;
1763
1764         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1765
1766         if (dev_data->alias_data != NULL) {
1767                 struct iommu_dev_data *alias_data = dev_data->alias_data;
1768
1769                 if (atomic_dec_and_test(&alias_data->bind))
1770                         do_detach(alias_data);
1771         }
1772
1773         if (atomic_dec_and_test(&dev_data->bind))
1774                 do_detach(dev_data);
1775
1776         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1777
1778         /*
1779          * If we run in passthrough mode the device must be assigned to the
1780          * passthrough domain if it is detached from any other domain.
1781          * Make sure we can deassign from the pt_domain itself.
1782          */
1783         if (iommu_pass_through &&
1784             (dev_data->domain == NULL && domain != pt_domain))
1785                 __attach_device(dev_data, pt_domain);
1786 }
1787
1788 /*
1789  * Removes a device from a protection domain (with devtable_lock held)
1790  */
1791 static void detach_device(struct device *dev)
1792 {
1793         struct iommu_dev_data *dev_data;
1794         unsigned long flags;
1795
1796         dev_data = get_dev_data(dev);
1797
1798         /* lock device table */
1799         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1800         __detach_device(dev_data);
1801         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1802
1803         if (dev_data->ats.enabled) {
1804                 pci_disable_ats(to_pci_dev(dev));
1805                 dev_data->ats.enabled = false;
1806         }
1807 }
1808
1809 /*
1810  * Find out the protection domain structure for a given PCI device. This
1811  * will give us the pointer to the page table root for example.
1812  */
1813 static struct protection_domain *domain_for_device(struct device *dev)
1814 {
1815         struct iommu_dev_data *dev_data;
1816         struct protection_domain *dom = NULL;
1817         unsigned long flags;
1818
1819         dev_data   = get_dev_data(dev);
1820
1821         if (dev_data->domain)
1822                 return dev_data->domain;
1823
1824         if (dev_data->alias_data != NULL) {
1825                 struct iommu_dev_data *alias_data = dev_data->alias_data;
1826
1827                 read_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1828                 if (alias_data->domain != NULL) {
1829                         __attach_device(dev_data, alias_data->domain);
1830                         dom = alias_data->domain;
1831                 }
1832                 read_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1833         }
1834
1835         return dom;
1836 }
1837
1838 static int device_change_notifier(struct notifier_block *nb,
1839                                   unsigned long action, void *data)
1840 {
1841         struct device *dev = data;
1842         u16 devid;
1843         struct protection_domain *domain;
1844         struct dma_ops_domain *dma_domain;
1845         struct amd_iommu *iommu;
1846         unsigned long flags;
1847
1848         if (!check_device(dev))
1849                 return 0;
1850
1851         devid  = get_device_id(dev);
1852         iommu  = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1853
1854         switch (action) {
1855         case BUS_NOTIFY_UNBOUND_DRIVER:
1856
1857                 domain = domain_for_device(dev);
1858
1859                 if (!domain)
1860                         goto out;
1861                 if (iommu_pass_through)
1862                         break;
1863                 detach_device(dev);
1864                 break;
1865         case BUS_NOTIFY_ADD_DEVICE:
1866
1867                 iommu_init_device(dev);
1868
1869                 domain = domain_for_device(dev);
1870
1871                 /* allocate a protection domain if a device is added */
1872                 dma_domain = find_protection_domain(devid);
1873                 if (dma_domain)
1874                         goto out;
1875                 dma_domain = dma_ops_domain_alloc();
1876                 if (!dma_domain)
1877                         goto out;
1878                 dma_domain->target_dev = devid;
1879
1880                 spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
1881                 list_add_tail(&dma_domain->list, &iommu_pd_list);
1882                 spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
1883
1884                 break;
1885         case BUS_NOTIFY_DEL_DEVICE:
1886
1887                 iommu_uninit_device(dev);
1888
1889         default:
1890                 goto out;
1891         }
1892
1893         iommu_completion_wait(iommu);
1894
1895 out:
1896         return 0;
1897 }
1898
1899 static struct notifier_block device_nb = {
1900         .notifier_call = device_change_notifier,
1901 };
1902
1903 void amd_iommu_init_notifier(void)
1904 {
1905         bus_register_notifier(&pci_bus_type, &device_nb);
1906 }
1907
1908 /*****************************************************************************
1909  *
1910  * The next functions belong to the dma_ops mapping/unmapping code.
1911  *
1912  *****************************************************************************/
1913
1914 /*
1915  * In the dma_ops path we only have the struct device. This function
1916  * finds the corresponding IOMMU, the protection domain and the
1917  * requestor id for a given device.
1918  * If the device is not yet associated with a domain this is also done
1919  * in this function.
1920  */
1921 static struct protection_domain *get_domain(struct device *dev)
1922 {
1923         struct protection_domain *domain;
1924         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1925         u16 devid = get_device_id(dev);
1926
1927         if (!check_device(dev))
1928                 return ERR_PTR(-EINVAL);
1929
1930         domain = domain_for_device(dev);
1931         if (domain != NULL && !dma_ops_domain(domain))
1932                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1933
1934         if (domain != NULL)
1935                 return domain;
1936
1937         /* Device not bount yet - bind it */
1938         dma_dom = find_protection_domain(devid);
1939         if (!dma_dom)
1940                 dma_dom = amd_iommu_rlookup_table[devid]->default_dom;
1941         attach_device(dev, &dma_dom->domain);
1942         DUMP_printk("Using protection domain %d for device %s\n",
1943                     dma_dom->domain.id, dev_name(dev));
1944
1945         return &dma_dom->domain;
1946 }
1947
1948 static void update_device_table(struct protection_domain *domain)
1949 {
1950         struct iommu_dev_data *dev_data;
1951
1952         list_for_each_entry(dev_data, &domain->dev_list, list)
1953                 set_dte_entry(dev_data->devid, domain, dev_data->ats.enabled);
1954 }
1955
1956 static void update_domain(struct protection_domain *domain)
1957 {
1958         if (!domain->updated)
1959                 return;
1960
1961         update_device_table(domain);
1962
1963         domain_flush_devices(domain);
1964         domain_flush_tlb_pde(domain);
1965
1966         domain->updated = false;
1967 }
1968
1969 /*
1970  * This function fetches the PTE for a given address in the aperture
1971  */
1972 static u64* dma_ops_get_pte(struct dma_ops_domain *dom,
1973                             unsigned long address)
1974 {
1975         struct aperture_range *aperture;
1976         u64 *pte, *pte_page;
1977
1978         aperture = dom->aperture[APERTURE_RANGE_INDEX(address)];
1979         if (!aperture)
1980                 return NULL;
1981
1982         pte = aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)];
1983         if (!pte) {
1984                 pte = alloc_pte(&dom->domain, address, PAGE_SIZE, &pte_page,
1985                                 GFP_ATOMIC);
1986                 aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)] = pte_page;
1987         } else
1988                 pte += PM_LEVEL_INDEX(0, address);
1989
1990         update_domain(&dom->domain);
1991
1992         return pte;
1993 }
1994
1995 /*
1996  * This is the generic map function. It maps one 4kb page at paddr to
1997  * the given address in the DMA address space for the domain.
1998  */
1999 static dma_addr_t dma_ops_domain_map(struct dma_ops_domain *dom,
2000                                      unsigned long address,
2001                                      phys_addr_t paddr,
2002                                      int direction)
2003 {
2004         u64 *pte, __pte;
2005
2006         WARN_ON(address > dom->aperture_size);
2007
2008         paddr &= PAGE_MASK;
2009
2010         pte  = dma_ops_get_pte(dom, address);
2011         if (!pte)
2012                 return DMA_ERROR_CODE;
2013
2014         __pte = paddr | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
2015
2016         if (direction == DMA_TO_DEVICE)
2017                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
2018         else if (direction == DMA_FROM_DEVICE)
2019                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
2020         else if (direction == DMA_BIDIRECTIONAL)
2021                 __pte |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW;
2022
2023         WARN_ON(*pte);
2024
2025         *pte = __pte;
2026
2027         return (dma_addr_t)address;
2028 }
2029
2030 /*
2031  * The generic unmapping function for on page in the DMA address space.
2032  */
2033 static void dma_ops_domain_unmap(struct dma_ops_domain *dom,
2034                                  unsigned long address)
2035 {
2036         struct aperture_range *aperture;
2037         u64 *pte;
2038
2039         if (address >= dom->aperture_size)
2040                 return;
2041
2042         aperture = dom->aperture[APERTURE_RANGE_INDEX(address)];
2043         if (!aperture)
2044                 return;
2045
2046         pte  = aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)];
2047         if (!pte)
2048                 return;
2049
2050         pte += PM_LEVEL_INDEX(0, address);
2051
2052         WARN_ON(!*pte);
2053
2054         *pte = 0ULL;
2055 }
2056
2057 /*
2058  * This function contains common code for mapping of a physically
2059  * contiguous memory region into DMA address space. It is used by all
2060  * mapping functions provided with this IOMMU driver.
2061  * Must be called with the domain lock held.
2062  */
2063 static dma_addr_t __map_single(struct device *dev,
2064                                struct dma_ops_domain *dma_dom,
2065                                phys_addr_t paddr,
2066                                size_t size,
2067                                int dir,
2068                                bool align,
2069                                u64 dma_mask)
2070 {
2071         dma_addr_t offset = paddr & ~PAGE_MASK;
2072         dma_addr_t address, start, ret;
2073         unsigned int pages;
2074         unsigned long align_mask = 0;
2075         int i;
2076
2077         pages = iommu_num_pages(paddr, size, PAGE_SIZE);
2078         paddr &= PAGE_MASK;
2079
2080         INC_STATS_COUNTER(total_map_requests);
2081
2082         if (pages > 1)
2083                 INC_STATS_COUNTER(cross_page);
2084
2085         if (align)
2086                 align_mask = (1UL << get_order(size)) - 1;
2087
2088 retry:
2089         address = dma_ops_alloc_addresses(dev, dma_dom, pages, align_mask,
2090                                           dma_mask);
2091         if (unlikely(address == DMA_ERROR_CODE)) {
2092                 /*
2093                  * setting next_address here will let the address
2094                  * allocator only scan the new allocated range in the
2095                  * first run. This is a small optimization.
2096                  */
2097                 dma_dom->next_address = dma_dom->aperture_size;
2098
2099                 if (alloc_new_range(dma_dom, false, GFP_ATOMIC))
2100                         goto out;
2101
2102                 /*
2103                  * aperture was successfully enlarged by 128 MB, try
2104                  * allocation again
2105                  */
2106                 goto retry;
2107         }
2108
2109         start = address;
2110         for (i = 0; i < pages; ++i) {
2111                 ret = dma_ops_domain_map(dma_dom, start, paddr, dir);
2112                 if (ret == DMA_ERROR_CODE)
2113                         goto out_unmap;
2114
2115                 paddr += PAGE_SIZE;
2116                 start += PAGE_SIZE;
2117         }
2118         address += offset;
2119
2120         ADD_STATS_COUNTER(alloced_io_mem, size);
2121
2122         if (unlikely(dma_dom->need_flush && !amd_iommu_unmap_flush)) {
2123                 domain_flush_tlb(&dma_dom->domain);
2124                 dma_dom->need_flush = false;
2125         } else if (unlikely(amd_iommu_np_cache))
2126                 domain_flush_pages(&dma_dom->domain, address, size);
2127
2128 out:
2129         return address;
2130
2131 out_unmap:
2132
2133         for (--i; i >= 0; --i) {
2134                 start -= PAGE_SIZE;
2135                 dma_ops_domain_unmap(dma_dom, start);
2136         }
2137
2138         dma_ops_free_addresses(dma_dom, address, pages);
2139
2140         return DMA_ERROR_CODE;
2141 }
2142
2143 /*
2144  * Does the reverse of the __map_single function. Must be called with
2145  * the domain lock held too
2146  */
2147 static void __unmap_single(struct dma_ops_domain *dma_dom,
2148                            dma_addr_t dma_addr,
2149                            size_t size,
2150                            int dir)
2151 {
2152         dma_addr_t flush_addr;
2153         dma_addr_t i, start;
2154         unsigned int pages;
2155
2156         if ((dma_addr == DMA_ERROR_CODE) ||
2157             (dma_addr + size > dma_dom->aperture_size))
2158                 return;
2159
2160         flush_addr = dma_addr;
2161         pages = iommu_num_pages(dma_addr, size, PAGE_SIZE);
2162         dma_addr &= PAGE_MASK;
2163         start = dma_addr;
2164
2165         for (i = 0; i < pages; ++i) {
2166                 dma_ops_domain_unmap(dma_dom, start);
2167                 start += PAGE_SIZE;
2168         }
2169
2170         SUB_STATS_COUNTER(alloced_io_mem, size);
2171
2172         dma_ops_free_addresses(dma_dom, dma_addr, pages);
2173
2174         if (amd_iommu_unmap_flush || dma_dom->need_flush) {
2175                 domain_flush_pages(&dma_dom->domain, flush_addr, size);
2176                 dma_dom->need_flush = false;
2177         }
2178 }
2179
2180 /*
2181  * The exported map_single function for dma_ops.
2182  */
2183 static dma_addr_t map_page(struct device *dev, struct page *page,
2184                            unsigned long offset, size_t size,
2185                            enum dma_data_direction dir,
2186                            struct dma_attrs *attrs)
2187 {
2188         unsigned long flags;
2189         struct protection_domain *domain;
2190         dma_addr_t addr;
2191         u64 dma_mask;
2192         phys_addr_t paddr = page_to_phys(page) + offset;
2193
2194         INC_STATS_COUNTER(cnt_map_single);
2195
2196         domain = get_domain(dev);
2197         if (PTR_ERR(domain) == -EINVAL)
2198                 return (dma_addr_t)paddr;
2199         else if (IS_ERR(domain))
2200                 return DMA_ERROR_CODE;
2201
2202         dma_mask = *dev->dma_mask;
2203
2204         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2205
2206         addr = __map_single(dev, domain->priv, paddr, size, dir, false,
2207                             dma_mask);
2208         if (addr == DMA_ERROR_CODE)
2209                 goto out;
2210
2211         domain_flush_complete(domain);
2212
2213 out:
2214         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2215
2216         return addr;
2217 }
2218
2219 /*
2220  * The exported unmap_single function for dma_ops.
2221  */
2222 static void unmap_page(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr, size_t size,
2223                        enum dma_data_direction dir, struct dma_attrs *attrs)
2224 {
2225         unsigned long flags;
2226         struct protection_domain *domain;
2227
2228         INC_STATS_COUNTER(cnt_unmap_single);
2229
2230         domain = get_domain(dev);
2231         if (IS_ERR(domain))
2232                 return;
2233
2234         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2235
2236         __unmap_single(domain->priv, dma_addr, size, dir);
2237
2238         domain_flush_complete(domain);
2239
2240         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2241 }
2242
2243 /*
2244  * This is a special map_sg function which is used if we should map a
2245  * device which is not handled by an AMD IOMMU in the system.
2246  */
2247 static int map_sg_no_iommu(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
2248                            int nelems, int dir)
2249 {
2250         struct scatterlist *s;
2251         int i;
2252
2253         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
2254                 s->dma_address = (dma_addr_t)sg_phys(s);
2255                 s->dma_length  = s->length;
2256         }
2257
2258         return nelems;
2259 }
2260
2261 /*
2262  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
2263  * lists).
2264  */
2265 static int map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
2266                   int nelems, enum dma_data_direction dir,
2267                   struct dma_attrs *attrs)
2268 {
2269         unsigned long flags;
2270         struct protection_domain *domain;
2271         int i;
2272         struct scatterlist *s;
2273         phys_addr_t paddr;
2274         int mapped_elems = 0;
2275         u64 dma_mask;
2276
2277         INC_STATS_COUNTER(cnt_map_sg);
2278
2279         domain = get_domain(dev);
2280         if (PTR_ERR(domain) == -EINVAL)
2281                 return map_sg_no_iommu(dev, sglist, nelems, dir);
2282         else if (IS_ERR(domain))
2283                 return 0;
2284
2285         dma_mask = *dev->dma_mask;
2286
2287         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2288
2289         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
2290                 paddr = sg_phys(s);
2291
2292                 s->dma_address = __map_single(dev, domain->priv,
2293                                               paddr, s->length, dir, false,
2294                                               dma_mask);
2295
2296                 if (s->dma_address) {
2297                         s->dma_length = s->length;
2298                         mapped_elems++;
2299                 } else
2300                         goto unmap;
2301         }
2302
2303         domain_flush_complete(domain);
2304
2305 out:
2306         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2307
2308         return mapped_elems;
2309 unmap:
2310         for_each_sg(sglist, s, mapped_elems, i) {
2311                 if (s->dma_address)
2312                         __unmap_single(domain->priv, s->dma_address,
2313                                        s->dma_length, dir);
2314                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
2315         }
2316
2317         mapped_elems = 0;
2318
2319         goto out;
2320 }
2321
2322 /*
2323  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
2324  * lists).
2325  */
2326 static void unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
2327                      int nelems, enum dma_data_direction dir,
2328                      struct dma_attrs *attrs)
2329 {
2330         unsigned long flags;
2331         struct protection_domain *domain;
2332         struct scatterlist *s;
2333         int i;
2334
2335         INC_STATS_COUNTER(cnt_unmap_sg);
2336
2337         domain = get_domain(dev);
2338         if (IS_ERR(domain))
2339                 return;
2340
2341         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2342
2343         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
2344                 __unmap_single(domain->priv, s->dma_address,
2345                                s->dma_length, dir);
2346                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
2347         }
2348
2349         domain_flush_complete(domain);
2350
2351         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2352 }
2353
2354 /*
2355  * The exported alloc_coherent function for dma_ops.
2356  */
2357 static void *alloc_coherent(struct device *dev, size_t size,
2358                             dma_addr_t *dma_addr, gfp_t flag)
2359 {
2360         unsigned long flags;
2361         void *virt_addr;
2362         struct protection_domain *domain;
2363         phys_addr_t paddr;
2364         u64 dma_mask = dev->coherent_dma_mask;
2365
2366         INC_STATS_COUNTER(cnt_alloc_coherent);
2367
2368         domain = get_domain(dev);
2369         if (PTR_ERR(domain) == -EINVAL) {
2370                 virt_addr = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
2371                 *dma_addr = __pa(virt_addr);
2372                 return virt_addr;
2373         } else if (IS_ERR(domain))
2374                 return NULL;
2375
2376         dma_mask  = dev->coherent_dma_mask;
2377         flag     &= ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM | __GFP_DMA32);
2378         flag     |= __GFP_ZERO;
2379
2380         virt_addr = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
2381         if (!virt_addr)
2382                 return NULL;
2383
2384         paddr = virt_to_phys(virt_addr);
2385
2386         if (!dma_mask)
2387                 dma_mask = *dev->dma_mask;
2388
2389         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2390
2391         *dma_addr = __map_single(dev, domain->priv, paddr,
2392                                  size, DMA_BIDIRECTIONAL, true, dma_mask);
2393
2394         if (*dma_addr == DMA_ERROR_CODE) {
2395                 spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2396                 goto out_free;
2397         }
2398
2399         domain_flush_complete(domain);
2400
2401         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2402
2403         return virt_addr;
2404
2405 out_free:
2406
2407         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
2408
2409         return NULL;
2410 }
2411
2412 /*
2413  * The exported free_coherent function for dma_ops.
2414  */
2415 static void free_coherent(struct device *dev, size_t size,
2416                           void *virt_addr, dma_addr_t dma_addr)
2417 {
2418         unsigned long flags;
2419         struct protection_domain *domain;
2420
2421         INC_STATS_COUNTER(cnt_free_coherent);
2422
2423         domain = get_domain(dev);
2424         if (IS_ERR(domain))
2425                 goto free_mem;
2426
2427         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2428
2429         __unmap_single(domain->priv, dma_addr, size, DMA_BIDIRECTIONAL);
2430
2431         domain_flush_complete(domain);
2432
2433         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2434
2435 free_mem:
2436         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
2437 }
2438
2439 /*
2440  * This function is called by the DMA layer to find out if we can handle a
2441  * particular device. It is part of the dma_ops.
2442  */
2443 static int amd_iommu_dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
2444 {
2445         return check_device(dev);
2446 }
2447
2448 /*
2449  * The function for pre-allocating protection domains.
2450  *
2451  * If the driver core informs the DMA layer if a driver grabs a device
2452  * we don't need to preallocate the protection domains anymore.
2453  * For now we have to.
2454  */
2455 static void prealloc_protection_domains(void)
2456 {
2457         struct pci_dev *dev = NULL;
2458         struct dma_ops_domain *dma_dom;
2459         u16 devid;
2460
2461         for_each_pci_dev(dev) {
2462
2463                 /* Do we handle this device? */
2464                 if (!check_device(&dev->dev))
2465                         continue;
2466
2467                 /* Is there already any domain for it? */
2468                 if (domain_for_device(&dev->dev))
2469                         continue;
2470
2471                 devid = get_device_id(&dev->dev);
2472
2473                 dma_dom = dma_ops_domain_alloc();
2474                 if (!dma_dom)
2475                         continue;
2476                 init_unity_mappings_for_device(dma_dom, devid);
2477                 dma_dom->target_dev = devid;
2478
2479                 attach_device(&dev->dev, &dma_dom->domain);
2480
2481                 list_add_tail(&dma_dom->list, &iommu_pd_list);
2482         }
2483 }
2484
2485 static struct dma_map_ops amd_iommu_dma_ops = {
2486         .alloc_coherent = alloc_coherent,
2487         .free_coherent = free_coherent,
2488         .map_page = map_page,
2489         .unmap_page = unmap_page,
2490         .map_sg = map_sg,
2491         .unmap_sg = unmap_sg,
2492         .dma_supported = amd_iommu_dma_supported,
2493 };
2494
2495 static unsigned device_dma_ops_init(void)
2496 {
2497         struct pci_dev *pdev = NULL;
2498         unsigned unhandled = 0;
2499
2500         for_each_pci_dev(pdev) {
2501                 if (!check_device(&pdev->dev)) {
2502                         unhandled += 1;
2503                         continue;
2504                 }
2505
2506                 pdev->dev.archdata.dma_ops = &amd_iommu_dma_ops;
2507         }
2508
2509         return unhandled;
2510 }
2511
2512 /*
2513  * The function which clues the AMD IOMMU driver into dma_ops.
2514  */
2515
2516 void __init amd_iommu_init_api(void)
2517 {
2518         bus_set_iommu(&pci_bus_type, &amd_iommu_ops);
2519 }
2520
2521 int __init amd_iommu_init_dma_ops(void)
2522 {
2523         struct amd_iommu *iommu;
2524         int ret, unhandled;
2525
2526         /*
2527          * first allocate a default protection domain for every IOMMU we
2528          * found in the system. Devices not assigned to any other
2529          * protection domain will be assigned to the default one.
2530          */
2531         for_each_iommu(iommu) {
2532                 iommu->default_dom = dma_ops_domain_alloc();
2533                 if (iommu->default_dom == NULL)
2534                         return -ENOMEM;
2535                 iommu->default_dom->domain.flags |= PD_DEFAULT_MASK;
2536                 ret = iommu_init_unity_mappings(iommu);
2537                 if (ret)
2538                         goto free_domains;
2539         }
2540
2541         /*
2542          * Pre-allocate the protection domains for each device.
2543          */
2544         prealloc_protection_domains();
2545
2546         iommu_detected = 1;
2547         swiotlb = 0;
2548
2549         /* Make the driver finally visible to the drivers */
2550         unhandled = device_dma_ops_init();
2551         if (unhandled && max_pfn > MAX_DMA32_PFN) {
2552                 /* There are unhandled devices - initialize swiotlb for them */
2553                 swiotlb = 1;
2554         }
2555
2556         amd_iommu_stats_init();
2557
2558         return 0;
2559
2560 free_domains:
2561
2562         for_each_iommu(iommu) {
2563                 if (iommu->default_dom)
2564                         dma_ops_domain_free(iommu->default_dom);
2565         }
2566
2567         return ret;
2568 }
2569
2570 /*****************************************************************************
2571  *
2572  * The following functions belong to the exported interface of AMD IOMMU
2573  *
2574  * This interface allows access to lower level functions of the IOMMU
2575  * like protection domain handling and assignement of devices to domains
2576  * which is not possible with the dma_ops interface.
2577  *
2578  *****************************************************************************/
2579
2580 static void cleanup_domain(struct protection_domain *domain)
2581 {
2582         struct iommu_dev_data *dev_data, *next;
2583         unsigned long flags;
2584
2585         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
2586
2587         list_for_each_entry_safe(dev_data, next, &domain->dev_list, list) {
2588                 __detach_device(dev_data);
2589                 atomic_set(&dev_data->bind, 0);
2590         }
2591
2592         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
2593 }
2594
2595 static void protection_domain_free(struct protection_domain *domain)
2596 {
2597         if (!domain)
2598                 return;
2599
2600         del_domain_from_list(domain);
2601
2602         if (domain->id)
2603                 domain_id_free(domain->id);
2604
2605         kfree(domain);
2606 }
2607
2608 static struct protection_domain *protection_domain_alloc(void)
2609 {
2610         struct protection_domain *domain;
2611
2612         domain = kzalloc(sizeof(*domain), GFP_KERNEL);
2613         if (!domain)
2614                 return NULL;
2615
2616         spin_lock_init(&domain->lock);
2617         mutex_init(&domain->api_lock);
2618         domain->id = domain_id_alloc();
2619         if (!domain->id)
2620                 goto out_err;
2621         INIT_LIST_HEAD(&domain->dev_list);
2622
2623         add_domain_to_list(domain);
2624
2625         return domain;
2626
2627 out_err:
2628         kfree(domain);
2629
2630         return NULL;
2631 }
2632
2633 static int amd_iommu_domain_init(struct iommu_domain *dom)
2634 {
2635         struct protection_domain *domain;
2636
2637         domain = protection_domain_alloc();
2638         if (!domain)
2639                 goto out_free;
2640
2641         domain->mode    = PAGE_MODE_3_LEVEL;
2642         domain->pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
2643         if (!domain->pt_root)
2644                 goto out_free;
2645
2646         dom->priv = domain;
2647
2648         return 0;
2649
2650 out_free:
2651         protection_domain_free(domain);
2652
2653         return -ENOMEM;
2654 }
2655
2656 static void amd_iommu_domain_destroy(struct iommu_domain *dom)
2657 {
2658         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2659
2660         if (!domain)
2661                 return;
2662
2663         if (domain->dev_cnt > 0)
2664                 cleanup_domain(domain);
2665
2666         BUG_ON(domain->dev_cnt != 0);
2667
2668         free_pagetable(domain);
2669
2670         protection_domain_free(domain);
2671
2672         dom->priv = NULL;
2673 }
2674
2675 static void amd_iommu_detach_device(struct iommu_domain *dom,
2676                                     struct device *dev)
2677 {
2678         struct iommu_dev_data *dev_data = dev->archdata.iommu;
2679         struct amd_iommu *iommu;
2680         u16 devid;
2681
2682         if (!check_device(dev))
2683                 return;
2684
2685         devid = get_device_id(dev);
2686
2687         if (dev_data->domain != NULL)
2688                 detach_device(dev);
2689
2690         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
2691         if (!iommu)
2692                 return;
2693
2694         iommu_completion_wait(iommu);
2695 }
2696
2697 static int amd_iommu_attach_device(struct iommu_domain *dom,
2698                                    struct device *dev)
2699 {
2700         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2701         struct iommu_dev_data *dev_data;
2702         struct amd_iommu *iommu;
2703         int ret;
2704
2705         if (!check_device(dev))
2706                 return -EINVAL;
2707
2708         dev_data = dev->archdata.iommu;
2709
2710         iommu = amd_iommu_rlookup_table[dev_data->devid];
2711         if (!iommu)
2712                 return -EINVAL;
2713
2714         if (dev_data->domain)
2715                 detach_device(dev);
2716
2717         ret = attach_device(dev, domain);
2718
2719         iommu_completion_wait(iommu);
2720
2721         return ret;
2722 }
2723
2724 static int amd_iommu_map(struct iommu_domain *dom, unsigned long iova,
2725                          phys_addr_t paddr, size_t page_size, int iommu_prot)
2726 {
2727         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2728         int prot = 0;
2729         int ret;
2730
2731         if (iommu_prot & IOMMU_READ)
2732                 prot |= IOMMU_PROT_IR;
2733         if (iommu_prot & IOMMU_WRITE)
2734                 prot |= IOMMU_PROT_IW;
2735
2736         mutex_lock(&domain->api_lock);
2737         ret = iommu_map_page(domain, iova, paddr, prot, page_size);
2738         mutex_unlock(&domain->api_lock);
2739
2740         return ret;
2741 }
2742
2743 static size_t amd_iommu_unmap(struct iommu_domain *dom, unsigned long iova,
2744                            size_t page_size)
2745 {
2746         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2747         size_t unmap_size;
2748
2749         mutex_lock(&domain->api_lock);
2750         unmap_size = iommu_unmap_page(domain, iova, page_size);
2751         mutex_unlock(&domain->api_lock);
2752
2753         domain_flush_tlb_pde(domain);
2754
2755         return unmap_size;
2756 }
2757
2758 static phys_addr_t amd_iommu_iova_to_phys(struct iommu_domain *dom,
2759                                           unsigned long iova)
2760 {
2761         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2762         unsigned long offset_mask;
2763         phys_addr_t paddr;
2764         u64 *pte, __pte;
2765
2766         pte = fetch_pte(domain, iova);
2767
2768         if (!pte || !IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
2769                 return 0;
2770
2771         if (PM_PTE_LEVEL(*pte) == 0)
2772                 offset_mask = PAGE_SIZE - 1;
2773         else
2774                 offset_mask = PTE_PAGE_SIZE(*pte) - 1;
2775
2776         __pte = *pte & PM_ADDR_MASK;
2777         paddr = (__pte & ~offset_mask) | (iova & offset_mask);
2778
2779         return paddr;
2780 }
2781
2782 static int amd_iommu_domain_has_cap(struct iommu_domain *domain,
2783                                     unsigned long cap)
2784 {
2785         switch (cap) {
2786         case IOMMU_CAP_CACHE_COHERENCY:
2787                 return 1;
2788         }
2789
2790         return 0;
2791 }
2792
2793 static int amd_iommu_device_group(struct device *dev, unsigned int *groupid)
2794 {
2795         struct iommu_dev_data *dev_data = dev->archdata.iommu;
2796         struct pci_dev *pdev = to_pci_dev(dev);
2797         u16 devid;
2798
2799         if (!dev_data)
2800                 return -ENODEV;
2801
2802         if (pdev->is_virtfn || !iommu_group_mf)
2803                 devid = dev_data->devid;
2804         else
2805                 devid = calc_devid(pdev->bus->number,
2806                                    PCI_DEVFN(PCI_SLOT(pdev->devfn), 0));
2807
2808         *groupid = amd_iommu_alias_table[devid];
2809
2810         return 0;
2811 }
2812
2813 static struct iommu_ops amd_iommu_ops = {
2814         .domain_init = amd_iommu_domain_init,
2815         .domain_destroy = amd_iommu_domain_destroy,
2816         .attach_dev = amd_iommu_attach_device,
2817         .detach_dev = amd_iommu_detach_device,
2818         .map = amd_iommu_map,
2819         .unmap = amd_iommu_unmap,
2820         .iova_to_phys = amd_iommu_iova_to_phys,
2821         .domain_has_cap = amd_iommu_domain_has_cap,
2822         .pgsize_bitmap  = AMD_IOMMU_PGSIZES,
2823         .device_group = amd_iommu_device_group,
2824 };
2825
2826 /*****************************************************************************
2827  *
2828  * The next functions do a basic initialization of IOMMU for pass through
2829  * mode
2830  *
2831  * In passthrough mode the IOMMU is initialized and enabled but not used for
2832  * DMA-API translation.
2833  *
2834  *****************************************************************************/
2835
2836 int __init amd_iommu_init_passthrough(void)
2837 {
2838         struct amd_iommu *iommu;
2839         struct pci_dev *dev = NULL;
2840         u16 devid;
2841
2842         /* allocate passthrough domain */
2843         pt_domain = protection_domain_alloc();
2844         if (!pt_domain)
2845                 return -ENOMEM;
2846
2847         pt_domain->mode |= PAGE_MODE_NONE;
2848
2849         for_each_pci_dev(dev) {
2850                 if (!check_device(&dev->dev))
2851                         continue;
2852
2853                 devid = get_device_id(&dev->dev);
2854
2855                 iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
2856                 if (!iommu)
2857                         continue;
2858
2859                 attach_device(&dev->dev, pt_domain);
2860         }
2861
2862         pr_info("AMD-Vi: Initialized for Passthrough Mode\n");
2863
2864         return 0;
2865 }