iommu/amd: Use bus_set_iommu instead of register_iommu
[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 static DEFINE_RWLOCK(amd_iommu_devtable_lock);
45
46 /* A list of preallocated protection domains */
47 static LIST_HEAD(iommu_pd_list);
48 static DEFINE_SPINLOCK(iommu_pd_list_lock);
49
50 /* List of all available dev_data structures */
51 static LIST_HEAD(dev_data_list);
52 static DEFINE_SPINLOCK(dev_data_list_lock);
53
54 /*
55  * Domain for untranslated devices - only allocated
56  * if iommu=pt passed on kernel cmd line.
57  */
58 static struct protection_domain *pt_domain;
59
60 static struct iommu_ops amd_iommu_ops;
61
62 /*
63  * general struct to manage commands send to an IOMMU
64  */
65 struct iommu_cmd {
66         u32 data[4];
67 };
68
69 static void update_domain(struct protection_domain *domain);
70
71 /****************************************************************************
72  *
73  * Helper functions
74  *
75  ****************************************************************************/
76
77 static struct iommu_dev_data *alloc_dev_data(u16 devid)
78 {
79         struct iommu_dev_data *dev_data;
80         unsigned long flags;
81
82         dev_data = kzalloc(sizeof(*dev_data), GFP_KERNEL);
83         if (!dev_data)
84                 return NULL;
85
86         dev_data->devid = devid;
87         atomic_set(&dev_data->bind, 0);
88
89         spin_lock_irqsave(&dev_data_list_lock, flags);
90         list_add_tail(&dev_data->dev_data_list, &dev_data_list);
91         spin_unlock_irqrestore(&dev_data_list_lock, flags);
92
93         return dev_data;
94 }
95
96 static void free_dev_data(struct iommu_dev_data *dev_data)
97 {
98         unsigned long flags;
99
100         spin_lock_irqsave(&dev_data_list_lock, flags);
101         list_del(&dev_data->dev_data_list);
102         spin_unlock_irqrestore(&dev_data_list_lock, flags);
103
104         kfree(dev_data);
105 }
106
107 static struct iommu_dev_data *search_dev_data(u16 devid)
108 {
109         struct iommu_dev_data *dev_data;
110         unsigned long flags;
111
112         spin_lock_irqsave(&dev_data_list_lock, flags);
113         list_for_each_entry(dev_data, &dev_data_list, dev_data_list) {
114                 if (dev_data->devid == devid)
115                         goto out_unlock;
116         }
117
118         dev_data = NULL;
119
120 out_unlock:
121         spin_unlock_irqrestore(&dev_data_list_lock, flags);
122
123         return dev_data;
124 }
125
126 static struct iommu_dev_data *find_dev_data(u16 devid)
127 {
128         struct iommu_dev_data *dev_data;
129
130         dev_data = search_dev_data(devid);
131
132         if (dev_data == NULL)
133                 dev_data = alloc_dev_data(devid);
134
135         return dev_data;
136 }
137
138 static inline u16 get_device_id(struct device *dev)
139 {
140         struct pci_dev *pdev = to_pci_dev(dev);
141
142         return calc_devid(pdev->bus->number, pdev->devfn);
143 }
144
145 static struct iommu_dev_data *get_dev_data(struct device *dev)
146 {
147         return dev->archdata.iommu;
148 }
149
150 /*
151  * In this function the list of preallocated protection domains is traversed to
152  * find the domain for a specific device
153  */
154 static struct dma_ops_domain *find_protection_domain(u16 devid)
155 {
156         struct dma_ops_domain *entry, *ret = NULL;
157         unsigned long flags;
158         u16 alias = amd_iommu_alias_table[devid];
159
160         if (list_empty(&iommu_pd_list))
161                 return NULL;
162
163         spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
164
165         list_for_each_entry(entry, &iommu_pd_list, list) {
166                 if (entry->target_dev == devid ||
167                     entry->target_dev == alias) {
168                         ret = entry;
169                         break;
170                 }
171         }
172
173         spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
174
175         return ret;
176 }
177
178 /*
179  * This function checks if the driver got a valid device from the caller to
180  * avoid dereferencing invalid pointers.
181  */
182 static bool check_device(struct device *dev)
183 {
184         u16 devid;
185
186         if (!dev || !dev->dma_mask)
187                 return false;
188
189         /* No device or no PCI device */
190         if (dev->bus != &pci_bus_type)
191                 return false;
192
193         devid = get_device_id(dev);
194
195         /* Out of our scope? */
196         if (devid > amd_iommu_last_bdf)
197                 return false;
198
199         if (amd_iommu_rlookup_table[devid] == NULL)
200                 return false;
201
202         return true;
203 }
204
205 static int iommu_init_device(struct device *dev)
206 {
207         struct iommu_dev_data *dev_data;
208         u16 alias;
209
210         if (dev->archdata.iommu)
211                 return 0;
212
213         dev_data = find_dev_data(get_device_id(dev));
214         if (!dev_data)
215                 return -ENOMEM;
216
217         alias = amd_iommu_alias_table[dev_data->devid];
218         if (alias != dev_data->devid) {
219                 struct iommu_dev_data *alias_data;
220
221                 alias_data = find_dev_data(alias);
222                 if (alias_data == NULL) {
223                         pr_err("AMD-Vi: Warning: Unhandled device %s\n",
224                                         dev_name(dev));
225                         free_dev_data(dev_data);
226                         return -ENOTSUPP;
227                 }
228                 dev_data->alias_data = alias_data;
229         }
230
231         dev->archdata.iommu = dev_data;
232
233         return 0;
234 }
235
236 static void iommu_ignore_device(struct device *dev)
237 {
238         u16 devid, alias;
239
240         devid = get_device_id(dev);
241         alias = amd_iommu_alias_table[devid];
242
243         memset(&amd_iommu_dev_table[devid], 0, sizeof(struct dev_table_entry));
244         memset(&amd_iommu_dev_table[alias], 0, sizeof(struct dev_table_entry));
245
246         amd_iommu_rlookup_table[devid] = NULL;
247         amd_iommu_rlookup_table[alias] = NULL;
248 }
249
250 static void iommu_uninit_device(struct device *dev)
251 {
252         /*
253          * Nothing to do here - we keep dev_data around for unplugged devices
254          * and reuse it when the device is re-plugged - not doing so would
255          * introduce a ton of races.
256          */
257 }
258
259 void __init amd_iommu_uninit_devices(void)
260 {
261         struct iommu_dev_data *dev_data, *n;
262         struct pci_dev *pdev = NULL;
263
264         for_each_pci_dev(pdev) {
265
266                 if (!check_device(&pdev->dev))
267                         continue;
268
269                 iommu_uninit_device(&pdev->dev);
270         }
271
272         /* Free all of our dev_data structures */
273         list_for_each_entry_safe(dev_data, n, &dev_data_list, dev_data_list)
274                 free_dev_data(dev_data);
275 }
276
277 int __init amd_iommu_init_devices(void)
278 {
279         struct pci_dev *pdev = NULL;
280         int ret = 0;
281
282         for_each_pci_dev(pdev) {
283
284                 if (!check_device(&pdev->dev))
285                         continue;
286
287                 ret = iommu_init_device(&pdev->dev);
288                 if (ret == -ENOTSUPP)
289                         iommu_ignore_device(&pdev->dev);
290                 else if (ret)
291                         goto out_free;
292         }
293
294         return 0;
295
296 out_free:
297
298         amd_iommu_uninit_devices();
299
300         return ret;
301 }
302 #ifdef CONFIG_AMD_IOMMU_STATS
303
304 /*
305  * Initialization code for statistics collection
306  */
307
308 DECLARE_STATS_COUNTER(compl_wait);
309 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_map_single);
310 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_unmap_single);
311 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_map_sg);
312 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_unmap_sg);
313 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_alloc_coherent);
314 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_free_coherent);
315 DECLARE_STATS_COUNTER(cross_page);
316 DECLARE_STATS_COUNTER(domain_flush_single);
317 DECLARE_STATS_COUNTER(domain_flush_all);
318 DECLARE_STATS_COUNTER(alloced_io_mem);
319 DECLARE_STATS_COUNTER(total_map_requests);
320
321 static struct dentry *stats_dir;
322 static struct dentry *de_fflush;
323
324 static void amd_iommu_stats_add(struct __iommu_counter *cnt)
325 {
326         if (stats_dir == NULL)
327                 return;
328
329         cnt->dent = debugfs_create_u64(cnt->name, 0444, stats_dir,
330                                        &cnt->value);
331 }
332
333 static void amd_iommu_stats_init(void)
334 {
335         stats_dir = debugfs_create_dir("amd-iommu", NULL);
336         if (stats_dir == NULL)
337                 return;
338
339         de_fflush  = debugfs_create_bool("fullflush", 0444, stats_dir,
340                                          (u32 *)&amd_iommu_unmap_flush);
341
342         amd_iommu_stats_add(&compl_wait);
343         amd_iommu_stats_add(&cnt_map_single);
344         amd_iommu_stats_add(&cnt_unmap_single);
345         amd_iommu_stats_add(&cnt_map_sg);
346         amd_iommu_stats_add(&cnt_unmap_sg);
347         amd_iommu_stats_add(&cnt_alloc_coherent);
348         amd_iommu_stats_add(&cnt_free_coherent);
349         amd_iommu_stats_add(&cross_page);
350         amd_iommu_stats_add(&domain_flush_single);
351         amd_iommu_stats_add(&domain_flush_all);
352         amd_iommu_stats_add(&alloced_io_mem);
353         amd_iommu_stats_add(&total_map_requests);
354 }
355
356 #endif
357
358 /****************************************************************************
359  *
360  * Interrupt handling functions
361  *
362  ****************************************************************************/
363
364 static void dump_dte_entry(u16 devid)
365 {
366         int i;
367
368         for (i = 0; i < 8; ++i)
369                 pr_err("AMD-Vi: DTE[%d]: %08x\n", i,
370                         amd_iommu_dev_table[devid].data[i]);
371 }
372
373 static void dump_command(unsigned long phys_addr)
374 {
375         struct iommu_cmd *cmd = phys_to_virt(phys_addr);
376         int i;
377
378         for (i = 0; i < 4; ++i)
379                 pr_err("AMD-Vi: CMD[%d]: %08x\n", i, cmd->data[i]);
380 }
381
382 static void iommu_print_event(struct amd_iommu *iommu, void *__evt)
383 {
384         u32 *event = __evt;
385         int type  = (event[1] >> EVENT_TYPE_SHIFT)  & EVENT_TYPE_MASK;
386         int devid = (event[0] >> EVENT_DEVID_SHIFT) & EVENT_DEVID_MASK;
387         int domid = (event[1] >> EVENT_DOMID_SHIFT) & EVENT_DOMID_MASK;
388         int flags = (event[1] >> EVENT_FLAGS_SHIFT) & EVENT_FLAGS_MASK;
389         u64 address = (u64)(((u64)event[3]) << 32) | event[2];
390
391         printk(KERN_ERR "AMD-Vi: Event logged [");
392
393         switch (type) {
394         case EVENT_TYPE_ILL_DEV:
395                 printk("ILLEGAL_DEV_TABLE_ENTRY device=%02x:%02x.%x "
396                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
397                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
398                        address, flags);
399                 dump_dte_entry(devid);
400                 break;
401         case EVENT_TYPE_IO_FAULT:
402                 printk("IO_PAGE_FAULT device=%02x:%02x.%x "
403                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
404                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
405                        domid, address, flags);
406                 break;
407         case EVENT_TYPE_DEV_TAB_ERR:
408                 printk("DEV_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
409                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
410                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
411                        address, flags);
412                 break;
413         case EVENT_TYPE_PAGE_TAB_ERR:
414                 printk("PAGE_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
415                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
416                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
417                        domid, address, flags);
418                 break;
419         case EVENT_TYPE_ILL_CMD:
420                 printk("ILLEGAL_COMMAND_ERROR address=0x%016llx]\n", address);
421                 dump_command(address);
422                 break;
423         case EVENT_TYPE_CMD_HARD_ERR:
424                 printk("COMMAND_HARDWARE_ERROR address=0x%016llx "
425                        "flags=0x%04x]\n", address, flags);
426                 break;
427         case EVENT_TYPE_IOTLB_INV_TO:
428                 printk("IOTLB_INV_TIMEOUT device=%02x:%02x.%x "
429                        "address=0x%016llx]\n",
430                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
431                        address);
432                 break;
433         case EVENT_TYPE_INV_DEV_REQ:
434                 printk("INVALID_DEVICE_REQUEST device=%02x:%02x.%x "
435                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
436                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
437                        address, flags);
438                 break;
439         default:
440                 printk(KERN_ERR "UNKNOWN type=0x%02x]\n", type);
441         }
442 }
443
444 static void iommu_poll_events(struct amd_iommu *iommu)
445 {
446         u32 head, tail;
447         unsigned long flags;
448
449         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
450
451         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
452         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_TAIL_OFFSET);
453
454         while (head != tail) {
455                 iommu_print_event(iommu, iommu->evt_buf + head);
456                 head = (head + EVENT_ENTRY_SIZE) % iommu->evt_buf_size;
457         }
458
459         writel(head, iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
460
461         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
462 }
463
464 irqreturn_t amd_iommu_int_thread(int irq, void *data)
465 {
466         struct amd_iommu *iommu;
467
468         for_each_iommu(iommu)
469                 iommu_poll_events(iommu);
470
471         return IRQ_HANDLED;
472 }
473
474 irqreturn_t amd_iommu_int_handler(int irq, void *data)
475 {
476         return IRQ_WAKE_THREAD;
477 }
478
479 /****************************************************************************
480  *
481  * IOMMU command queuing functions
482  *
483  ****************************************************************************/
484
485 static int wait_on_sem(volatile u64 *sem)
486 {
487         int i = 0;
488
489         while (*sem == 0 && i < LOOP_TIMEOUT) {
490                 udelay(1);
491                 i += 1;
492         }
493
494         if (i == LOOP_TIMEOUT) {
495                 pr_alert("AMD-Vi: Completion-Wait loop timed out\n");
496                 return -EIO;
497         }
498
499         return 0;
500 }
501
502 static void copy_cmd_to_buffer(struct amd_iommu *iommu,
503                                struct iommu_cmd *cmd,
504                                u32 tail)
505 {
506         u8 *target;
507
508         target = iommu->cmd_buf + tail;
509         tail   = (tail + sizeof(*cmd)) % iommu->cmd_buf_size;
510
511         /* Copy command to buffer */
512         memcpy(target, cmd, sizeof(*cmd));
513
514         /* Tell the IOMMU about it */
515         writel(tail, iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
516 }
517
518 static void build_completion_wait(struct iommu_cmd *cmd, u64 address)
519 {
520         WARN_ON(address & 0x7ULL);
521
522         memset(cmd, 0, sizeof(*cmd));
523         cmd->data[0] = lower_32_bits(__pa(address)) | CMD_COMPL_WAIT_STORE_MASK;
524         cmd->data[1] = upper_32_bits(__pa(address));
525         cmd->data[2] = 1;
526         CMD_SET_TYPE(cmd, CMD_COMPL_WAIT);
527 }
528
529 static void build_inv_dte(struct iommu_cmd *cmd, u16 devid)
530 {
531         memset(cmd, 0, sizeof(*cmd));
532         cmd->data[0] = devid;
533         CMD_SET_TYPE(cmd, CMD_INV_DEV_ENTRY);
534 }
535
536 static void build_inv_iommu_pages(struct iommu_cmd *cmd, u64 address,
537                                   size_t size, u16 domid, int pde)
538 {
539         u64 pages;
540         int s;
541
542         pages = iommu_num_pages(address, size, PAGE_SIZE);
543         s     = 0;
544
545         if (pages > 1) {
546                 /*
547                  * If we have to flush more than one page, flush all
548                  * TLB entries for this domain
549                  */
550                 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
551                 s = 1;
552         }
553
554         address &= PAGE_MASK;
555
556         memset(cmd, 0, sizeof(*cmd));
557         cmd->data[1] |= domid;
558         cmd->data[2]  = lower_32_bits(address);
559         cmd->data[3]  = upper_32_bits(address);
560         CMD_SET_TYPE(cmd, CMD_INV_IOMMU_PAGES);
561         if (s) /* size bit - we flush more than one 4kb page */
562                 cmd->data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_SIZE_MASK;
563         if (pde) /* PDE bit - we wan't flush everything not only the PTEs */
564                 cmd->data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_PDE_MASK;
565 }
566
567 static void build_inv_iotlb_pages(struct iommu_cmd *cmd, u16 devid, int qdep,
568                                   u64 address, size_t size)
569 {
570         u64 pages;
571         int s;
572
573         pages = iommu_num_pages(address, size, PAGE_SIZE);
574         s     = 0;
575
576         if (pages > 1) {
577                 /*
578                  * If we have to flush more than one page, flush all
579                  * TLB entries for this domain
580                  */
581                 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
582                 s = 1;
583         }
584
585         address &= PAGE_MASK;
586
587         memset(cmd, 0, sizeof(*cmd));
588         cmd->data[0]  = devid;
589         cmd->data[0] |= (qdep & 0xff) << 24;
590         cmd->data[1]  = devid;
591         cmd->data[2]  = lower_32_bits(address);
592         cmd->data[3]  = upper_32_bits(address);
593         CMD_SET_TYPE(cmd, CMD_INV_IOTLB_PAGES);
594         if (s)
595                 cmd->data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_SIZE_MASK;
596 }
597
598 static void build_inv_all(struct iommu_cmd *cmd)
599 {
600         memset(cmd, 0, sizeof(*cmd));
601         CMD_SET_TYPE(cmd, CMD_INV_ALL);
602 }
603
604 /*
605  * Writes the command to the IOMMUs command buffer and informs the
606  * hardware about the new command.
607  */
608 static int iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
609 {
610         u32 left, tail, head, next_tail;
611         unsigned long flags;
612
613         WARN_ON(iommu->cmd_buf_size & CMD_BUFFER_UNINITIALIZED);
614
615 again:
616         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
617
618         head      = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_HEAD_OFFSET);
619         tail      = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
620         next_tail = (tail + sizeof(*cmd)) % iommu->cmd_buf_size;
621         left      = (head - next_tail) % iommu->cmd_buf_size;
622
623         if (left <= 2) {
624                 struct iommu_cmd sync_cmd;
625                 volatile u64 sem = 0;
626                 int ret;
627
628                 build_completion_wait(&sync_cmd, (u64)&sem);
629                 copy_cmd_to_buffer(iommu, &sync_cmd, tail);
630
631                 spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
632
633                 if ((ret = wait_on_sem(&sem)) != 0)
634                         return ret;
635
636                 goto again;
637         }
638
639         copy_cmd_to_buffer(iommu, cmd, tail);
640
641         /* We need to sync now to make sure all commands are processed */
642         iommu->need_sync = true;
643
644         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
645
646         return 0;
647 }
648
649 /*
650  * This function queues a completion wait command into the command
651  * buffer of an IOMMU
652  */
653 static int iommu_completion_wait(struct amd_iommu *iommu)
654 {
655         struct iommu_cmd cmd;
656         volatile u64 sem = 0;
657         int ret;
658
659         if (!iommu->need_sync)
660                 return 0;
661
662         build_completion_wait(&cmd, (u64)&sem);
663
664         ret = iommu_queue_command(iommu, &cmd);
665         if (ret)
666                 return ret;
667
668         return wait_on_sem(&sem);
669 }
670
671 static int iommu_flush_dte(struct amd_iommu *iommu, u16 devid)
672 {
673         struct iommu_cmd cmd;
674
675         build_inv_dte(&cmd, devid);
676
677         return iommu_queue_command(iommu, &cmd);
678 }
679
680 static void iommu_flush_dte_all(struct amd_iommu *iommu)
681 {
682         u32 devid;
683
684         for (devid = 0; devid <= 0xffff; ++devid)
685                 iommu_flush_dte(iommu, devid);
686
687         iommu_completion_wait(iommu);
688 }
689
690 /*
691  * This function uses heavy locking and may disable irqs for some time. But
692  * this is no issue because it is only called during resume.
693  */
694 static void iommu_flush_tlb_all(struct amd_iommu *iommu)
695 {
696         u32 dom_id;
697
698         for (dom_id = 0; dom_id <= 0xffff; ++dom_id) {
699                 struct iommu_cmd cmd;
700                 build_inv_iommu_pages(&cmd, 0, CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS,
701                                       dom_id, 1);
702                 iommu_queue_command(iommu, &cmd);
703         }
704
705         iommu_completion_wait(iommu);
706 }
707
708 static void iommu_flush_all(struct amd_iommu *iommu)
709 {
710         struct iommu_cmd cmd;
711
712         build_inv_all(&cmd);
713
714         iommu_queue_command(iommu, &cmd);
715         iommu_completion_wait(iommu);
716 }
717
718 void iommu_flush_all_caches(struct amd_iommu *iommu)
719 {
720         if (iommu_feature(iommu, FEATURE_IA)) {
721                 iommu_flush_all(iommu);
722         } else {
723                 iommu_flush_dte_all(iommu);
724                 iommu_flush_tlb_all(iommu);
725         }
726 }
727
728 /*
729  * Command send function for flushing on-device TLB
730  */
731 static int device_flush_iotlb(struct iommu_dev_data *dev_data,
732                               u64 address, size_t size)
733 {
734         struct amd_iommu *iommu;
735         struct iommu_cmd cmd;
736         int qdep;
737
738         qdep     = dev_data->ats.qdep;
739         iommu    = amd_iommu_rlookup_table[dev_data->devid];
740
741         build_inv_iotlb_pages(&cmd, dev_data->devid, qdep, address, size);
742
743         return iommu_queue_command(iommu, &cmd);
744 }
745
746 /*
747  * Command send function for invalidating a device table entry
748  */
749 static int device_flush_dte(struct iommu_dev_data *dev_data)
750 {
751         struct amd_iommu *iommu;
752         int ret;
753
754         iommu = amd_iommu_rlookup_table[dev_data->devid];
755
756         ret = iommu_flush_dte(iommu, dev_data->devid);
757         if (ret)
758                 return ret;
759
760         if (dev_data->ats.enabled)
761                 ret = device_flush_iotlb(dev_data, 0, ~0UL);
762
763         return ret;
764 }
765
766 /*
767  * TLB invalidation function which is called from the mapping functions.
768  * It invalidates a single PTE if the range to flush is within a single
769  * page. Otherwise it flushes the whole TLB of the IOMMU.
770  */
771 static void __domain_flush_pages(struct protection_domain *domain,
772                                  u64 address, size_t size, int pde)
773 {
774         struct iommu_dev_data *dev_data;
775         struct iommu_cmd cmd;
776         int ret = 0, i;
777
778         build_inv_iommu_pages(&cmd, address, size, domain->id, pde);
779
780         for (i = 0; i < amd_iommus_present; ++i) {
781                 if (!domain->dev_iommu[i])
782                         continue;
783
784                 /*
785                  * Devices of this domain are behind this IOMMU
786                  * We need a TLB flush
787                  */
788                 ret |= iommu_queue_command(amd_iommus[i], &cmd);
789         }
790
791         list_for_each_entry(dev_data, &domain->dev_list, list) {
792
793                 if (!dev_data->ats.enabled)
794                         continue;
795
796                 ret |= device_flush_iotlb(dev_data, address, size);
797         }
798
799         WARN_ON(ret);
800 }
801
802 static void domain_flush_pages(struct protection_domain *domain,
803                                u64 address, size_t size)
804 {
805         __domain_flush_pages(domain, address, size, 0);
806 }
807
808 /* Flush the whole IO/TLB for a given protection domain */
809 static void domain_flush_tlb(struct protection_domain *domain)
810 {
811         __domain_flush_pages(domain, 0, CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS, 0);
812 }
813
814 /* Flush the whole IO/TLB for a given protection domain - including PDE */
815 static void domain_flush_tlb_pde(struct protection_domain *domain)
816 {
817         __domain_flush_pages(domain, 0, CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS, 1);
818 }
819
820 static void domain_flush_complete(struct protection_domain *domain)
821 {
822         int i;
823
824         for (i = 0; i < amd_iommus_present; ++i) {
825                 if (!domain->dev_iommu[i])
826                         continue;
827
828                 /*
829                  * Devices of this domain are behind this IOMMU
830                  * We need to wait for completion of all commands.
831                  */
832                 iommu_completion_wait(amd_iommus[i]);
833         }
834 }
835
836
837 /*
838  * This function flushes the DTEs for all devices in domain
839  */
840 static void domain_flush_devices(struct protection_domain *domain)
841 {
842         struct iommu_dev_data *dev_data;
843         unsigned long flags;
844
845         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
846
847         list_for_each_entry(dev_data, &domain->dev_list, list)
848                 device_flush_dte(dev_data);
849
850         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
851 }
852
853 /****************************************************************************
854  *
855  * The functions below are used the create the page table mappings for
856  * unity mapped regions.
857  *
858  ****************************************************************************/
859
860 /*
861  * This function is used to add another level to an IO page table. Adding
862  * another level increases the size of the address space by 9 bits to a size up
863  * to 64 bits.
864  */
865 static bool increase_address_space(struct protection_domain *domain,
866                                    gfp_t gfp)
867 {
868         u64 *pte;
869
870         if (domain->mode == PAGE_MODE_6_LEVEL)
871                 /* address space already 64 bit large */
872                 return false;
873
874         pte = (void *)get_zeroed_page(gfp);
875         if (!pte)
876                 return false;
877
878         *pte             = PM_LEVEL_PDE(domain->mode,
879                                         virt_to_phys(domain->pt_root));
880         domain->pt_root  = pte;
881         domain->mode    += 1;
882         domain->updated  = true;
883
884         return true;
885 }
886
887 static u64 *alloc_pte(struct protection_domain *domain,
888                       unsigned long address,
889                       unsigned long page_size,
890                       u64 **pte_page,
891                       gfp_t gfp)
892 {
893         int level, end_lvl;
894         u64 *pte, *page;
895
896         BUG_ON(!is_power_of_2(page_size));
897
898         while (address > PM_LEVEL_SIZE(domain->mode))
899                 increase_address_space(domain, gfp);
900
901         level   = domain->mode - 1;
902         pte     = &domain->pt_root[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
903         address = PAGE_SIZE_ALIGN(address, page_size);
904         end_lvl = PAGE_SIZE_LEVEL(page_size);
905
906         while (level > end_lvl) {
907                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
908                         page = (u64 *)get_zeroed_page(gfp);
909                         if (!page)
910                                 return NULL;
911                         *pte = PM_LEVEL_PDE(level, virt_to_phys(page));
912                 }
913
914                 /* No level skipping support yet */
915                 if (PM_PTE_LEVEL(*pte) != level)
916                         return NULL;
917
918                 level -= 1;
919
920                 pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
921
922                 if (pte_page && level == end_lvl)
923                         *pte_page = pte;
924
925                 pte = &pte[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
926         }
927
928         return pte;
929 }
930
931 /*
932  * This function checks if there is a PTE for a given dma address. If
933  * there is one, it returns the pointer to it.
934  */
935 static u64 *fetch_pte(struct protection_domain *domain, unsigned long address)
936 {
937         int level;
938         u64 *pte;
939
940         if (address > PM_LEVEL_SIZE(domain->mode))
941                 return NULL;
942
943         level   =  domain->mode - 1;
944         pte     = &domain->pt_root[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
945
946         while (level > 0) {
947
948                 /* Not Present */
949                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
950                         return NULL;
951
952                 /* Large PTE */
953                 if (PM_PTE_LEVEL(*pte) == 0x07) {
954                         unsigned long pte_mask, __pte;
955
956                         /*
957                          * If we have a series of large PTEs, make
958                          * sure to return a pointer to the first one.
959                          */
960                         pte_mask = PTE_PAGE_SIZE(*pte);
961                         pte_mask = ~((PAGE_SIZE_PTE_COUNT(pte_mask) << 3) - 1);
962                         __pte    = ((unsigned long)pte) & pte_mask;
963
964                         return (u64 *)__pte;
965                 }
966
967                 /* No level skipping support yet */
968                 if (PM_PTE_LEVEL(*pte) != level)
969                         return NULL;
970
971                 level -= 1;
972
973                 /* Walk to the next level */
974                 pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
975                 pte = &pte[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
976         }
977
978         return pte;
979 }
980
981 /*
982  * Generic mapping functions. It maps a physical address into a DMA
983  * address space. It allocates the page table pages if necessary.
984  * In the future it can be extended to a generic mapping function
985  * supporting all features of AMD IOMMU page tables like level skipping
986  * and full 64 bit address spaces.
987  */
988 static int iommu_map_page(struct protection_domain *dom,
989                           unsigned long bus_addr,
990                           unsigned long phys_addr,
991                           int prot,
992                           unsigned long page_size)
993 {
994         u64 __pte, *pte;
995         int i, count;
996
997         if (!(prot & IOMMU_PROT_MASK))
998                 return -EINVAL;
999
1000         bus_addr  = PAGE_ALIGN(bus_addr);
1001         phys_addr = PAGE_ALIGN(phys_addr);
1002         count     = PAGE_SIZE_PTE_COUNT(page_size);
1003         pte       = alloc_pte(dom, bus_addr, page_size, NULL, GFP_KERNEL);
1004
1005         for (i = 0; i < count; ++i)
1006                 if (IOMMU_PTE_PRESENT(pte[i]))
1007                         return -EBUSY;
1008
1009         if (page_size > PAGE_SIZE) {
1010                 __pte = PAGE_SIZE_PTE(phys_addr, page_size);
1011                 __pte |= PM_LEVEL_ENC(7) | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
1012         } else
1013                 __pte = phys_addr | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
1014
1015         if (prot & IOMMU_PROT_IR)
1016                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
1017         if (prot & IOMMU_PROT_IW)
1018                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
1019
1020         for (i = 0; i < count; ++i)
1021                 pte[i] = __pte;
1022
1023         update_domain(dom);
1024
1025         return 0;
1026 }
1027
1028 static unsigned long iommu_unmap_page(struct protection_domain *dom,
1029                                       unsigned long bus_addr,
1030                                       unsigned long page_size)
1031 {
1032         unsigned long long unmap_size, unmapped;
1033         u64 *pte;
1034
1035         BUG_ON(!is_power_of_2(page_size));
1036
1037         unmapped = 0;
1038
1039         while (unmapped < page_size) {
1040
1041                 pte = fetch_pte(dom, bus_addr);
1042
1043                 if (!pte) {
1044                         /*
1045                          * No PTE for this address
1046                          * move forward in 4kb steps
1047                          */
1048                         unmap_size = PAGE_SIZE;
1049                 } else if (PM_PTE_LEVEL(*pte) == 0) {
1050                         /* 4kb PTE found for this address */
1051                         unmap_size = PAGE_SIZE;
1052                         *pte       = 0ULL;
1053                 } else {
1054                         int count, i;
1055
1056                         /* Large PTE found which maps this address */
1057                         unmap_size = PTE_PAGE_SIZE(*pte);
1058                         count      = PAGE_SIZE_PTE_COUNT(unmap_size);
1059                         for (i = 0; i < count; i++)
1060                                 pte[i] = 0ULL;
1061                 }
1062
1063                 bus_addr  = (bus_addr & ~(unmap_size - 1)) + unmap_size;
1064                 unmapped += unmap_size;
1065         }
1066
1067         BUG_ON(!is_power_of_2(unmapped));
1068
1069         return unmapped;
1070 }
1071
1072 /*
1073  * This function checks if a specific unity mapping entry is needed for
1074  * this specific IOMMU.
1075  */
1076 static int iommu_for_unity_map(struct amd_iommu *iommu,
1077                                struct unity_map_entry *entry)
1078 {
1079         u16 bdf, i;
1080
1081         for (i = entry->devid_start; i <= entry->devid_end; ++i) {
1082                 bdf = amd_iommu_alias_table[i];
1083                 if (amd_iommu_rlookup_table[bdf] == iommu)
1084                         return 1;
1085         }
1086
1087         return 0;
1088 }
1089
1090 /*
1091  * This function actually applies the mapping to the page table of the
1092  * dma_ops domain.
1093  */
1094 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
1095                              struct unity_map_entry *e)
1096 {
1097         u64 addr;
1098         int ret;
1099
1100         for (addr = e->address_start; addr < e->address_end;
1101              addr += PAGE_SIZE) {
1102                 ret = iommu_map_page(&dma_dom->domain, addr, addr, e->prot,
1103                                      PAGE_SIZE);
1104                 if (ret)
1105                         return ret;
1106                 /*
1107                  * if unity mapping is in aperture range mark the page
1108                  * as allocated in the aperture
1109                  */
1110                 if (addr < dma_dom->aperture_size)
1111                         __set_bit(addr >> PAGE_SHIFT,
1112                                   dma_dom->aperture[0]->bitmap);
1113         }
1114
1115         return 0;
1116 }
1117
1118 /*
1119  * Init the unity mappings for a specific IOMMU in the system
1120  *
1121  * Basically iterates over all unity mapping entries and applies them to
1122  * the default domain DMA of that IOMMU if necessary.
1123  */
1124 static int iommu_init_unity_mappings(struct amd_iommu *iommu)
1125 {
1126         struct unity_map_entry *entry;
1127         int ret;
1128
1129         list_for_each_entry(entry, &amd_iommu_unity_map, list) {
1130                 if (!iommu_for_unity_map(iommu, entry))
1131                         continue;
1132                 ret = dma_ops_unity_map(iommu->default_dom, entry);
1133                 if (ret)
1134                         return ret;
1135         }
1136
1137         return 0;
1138 }
1139
1140 /*
1141  * Inits the unity mappings required for a specific device
1142  */
1143 static int init_unity_mappings_for_device(struct dma_ops_domain *dma_dom,
1144                                           u16 devid)
1145 {
1146         struct unity_map_entry *e;
1147         int ret;
1148
1149         list_for_each_entry(e, &amd_iommu_unity_map, list) {
1150                 if (!(devid >= e->devid_start && devid <= e->devid_end))
1151                         continue;
1152                 ret = dma_ops_unity_map(dma_dom, e);
1153                 if (ret)
1154                         return ret;
1155         }
1156
1157         return 0;
1158 }
1159
1160 /****************************************************************************
1161  *
1162  * The next functions belong to the address allocator for the dma_ops
1163  * interface functions. They work like the allocators in the other IOMMU
1164  * drivers. Its basically a bitmap which marks the allocated pages in
1165  * the aperture. Maybe it could be enhanced in the future to a more
1166  * efficient allocator.
1167  *
1168  ****************************************************************************/
1169
1170 /*
1171  * The address allocator core functions.
1172  *
1173  * called with domain->lock held
1174  */
1175
1176 /*
1177  * Used to reserve address ranges in the aperture (e.g. for exclusion
1178  * ranges.
1179  */
1180 static void dma_ops_reserve_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
1181                                       unsigned long start_page,
1182                                       unsigned int pages)
1183 {
1184         unsigned int i, last_page = dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT;
1185
1186         if (start_page + pages > last_page)
1187                 pages = last_page - start_page;
1188
1189         for (i = start_page; i < start_page + pages; ++i) {
1190                 int index = i / APERTURE_RANGE_PAGES;
1191                 int page  = i % APERTURE_RANGE_PAGES;
1192                 __set_bit(page, dom->aperture[index]->bitmap);
1193         }
1194 }
1195
1196 /*
1197  * This function is used to add a new aperture range to an existing
1198  * aperture in case of dma_ops domain allocation or address allocation
1199  * failure.
1200  */
1201 static int alloc_new_range(struct dma_ops_domain *dma_dom,
1202                            bool populate, gfp_t gfp)
1203 {
1204         int index = dma_dom->aperture_size >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
1205         struct amd_iommu *iommu;
1206         unsigned long i, old_size;
1207
1208 #ifdef CONFIG_IOMMU_STRESS
1209         populate = false;
1210 #endif
1211
1212         if (index >= APERTURE_MAX_RANGES)
1213                 return -ENOMEM;
1214
1215         dma_dom->aperture[index] = kzalloc(sizeof(struct aperture_range), gfp);
1216         if (!dma_dom->aperture[index])
1217                 return -ENOMEM;
1218
1219         dma_dom->aperture[index]->bitmap = (void *)get_zeroed_page(gfp);
1220         if (!dma_dom->aperture[index]->bitmap)
1221                 goto out_free;
1222
1223         dma_dom->aperture[index]->offset = dma_dom->aperture_size;
1224
1225         if (populate) {
1226                 unsigned long address = dma_dom->aperture_size;
1227                 int i, num_ptes = APERTURE_RANGE_PAGES / 512;
1228                 u64 *pte, *pte_page;
1229
1230                 for (i = 0; i < num_ptes; ++i) {
1231                         pte = alloc_pte(&dma_dom->domain, address, PAGE_SIZE,
1232                                         &pte_page, gfp);
1233                         if (!pte)
1234                                 goto out_free;
1235
1236                         dma_dom->aperture[index]->pte_pages[i] = pte_page;
1237
1238                         address += APERTURE_RANGE_SIZE / 64;
1239                 }
1240         }
1241
1242         old_size                = dma_dom->aperture_size;
1243         dma_dom->aperture_size += APERTURE_RANGE_SIZE;
1244
1245         /* Reserve address range used for MSI messages */
1246         if (old_size < MSI_ADDR_BASE_LO &&
1247             dma_dom->aperture_size > MSI_ADDR_BASE_LO) {
1248                 unsigned long spage;
1249                 int pages;
1250
1251                 pages = iommu_num_pages(MSI_ADDR_BASE_LO, 0x10000, PAGE_SIZE);
1252                 spage = MSI_ADDR_BASE_LO >> PAGE_SHIFT;
1253
1254                 dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, spage, pages);
1255         }
1256
1257         /* Initialize the exclusion range if necessary */
1258         for_each_iommu(iommu) {
1259                 if (iommu->exclusion_start &&
1260                     iommu->exclusion_start >= dma_dom->aperture[index]->offset
1261                     && iommu->exclusion_start < dma_dom->aperture_size) {
1262                         unsigned long startpage;
1263                         int pages = iommu_num_pages(iommu->exclusion_start,
1264                                                     iommu->exclusion_length,
1265                                                     PAGE_SIZE);
1266                         startpage = iommu->exclusion_start >> PAGE_SHIFT;
1267                         dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, startpage, pages);
1268                 }
1269         }
1270
1271         /*
1272          * Check for areas already mapped as present in the new aperture
1273          * range and mark those pages as reserved in the allocator. Such
1274          * mappings may already exist as a result of requested unity
1275          * mappings for devices.
1276          */
1277         for (i = dma_dom->aperture[index]->offset;
1278              i < dma_dom->aperture_size;
1279              i += PAGE_SIZE) {
1280                 u64 *pte = fetch_pte(&dma_dom->domain, i);
1281                 if (!pte || !IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
1282                         continue;
1283
1284                 dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, i << PAGE_SHIFT, 1);
1285         }
1286
1287         update_domain(&dma_dom->domain);
1288
1289         return 0;
1290
1291 out_free:
1292         update_domain(&dma_dom->domain);
1293
1294         free_page((unsigned long)dma_dom->aperture[index]->bitmap);
1295
1296         kfree(dma_dom->aperture[index]);
1297         dma_dom->aperture[index] = NULL;
1298
1299         return -ENOMEM;
1300 }
1301
1302 static unsigned long dma_ops_area_alloc(struct device *dev,
1303                                         struct dma_ops_domain *dom,
1304                                         unsigned int pages,
1305                                         unsigned long align_mask,
1306                                         u64 dma_mask,
1307                                         unsigned long start)
1308 {
1309         unsigned long next_bit = dom->next_address % APERTURE_RANGE_SIZE;
1310         int max_index = dom->aperture_size >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
1311         int i = start >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
1312         unsigned long boundary_size;
1313         unsigned long address = -1;
1314         unsigned long limit;
1315
1316         next_bit >>= PAGE_SHIFT;
1317
1318         boundary_size = ALIGN(dma_get_seg_boundary(dev) + 1,
1319                         PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
1320
1321         for (;i < max_index; ++i) {
1322                 unsigned long offset = dom->aperture[i]->offset >> PAGE_SHIFT;
1323
1324                 if (dom->aperture[i]->offset >= dma_mask)
1325                         break;
1326
1327                 limit = iommu_device_max_index(APERTURE_RANGE_PAGES, offset,
1328                                                dma_mask >> PAGE_SHIFT);
1329
1330                 address = iommu_area_alloc(dom->aperture[i]->bitmap,
1331                                            limit, next_bit, pages, 0,
1332                                             boundary_size, align_mask);
1333                 if (address != -1) {
1334                         address = dom->aperture[i]->offset +
1335                                   (address << PAGE_SHIFT);
1336                         dom->next_address = address + (pages << PAGE_SHIFT);
1337                         break;
1338                 }
1339
1340                 next_bit = 0;
1341         }
1342
1343         return address;
1344 }
1345
1346 static unsigned long dma_ops_alloc_addresses(struct device *dev,
1347                                              struct dma_ops_domain *dom,
1348                                              unsigned int pages,
1349                                              unsigned long align_mask,
1350                                              u64 dma_mask)
1351 {
1352         unsigned long address;
1353
1354 #ifdef CONFIG_IOMMU_STRESS
1355         dom->next_address = 0;
1356         dom->need_flush = true;
1357 #endif
1358
1359         address = dma_ops_area_alloc(dev, dom, pages, align_mask,
1360                                      dma_mask, dom->next_address);
1361
1362         if (address == -1) {
1363                 dom->next_address = 0;
1364                 address = dma_ops_area_alloc(dev, dom, pages, align_mask,
1365                                              dma_mask, 0);
1366                 dom->need_flush = true;
1367         }
1368
1369         if (unlikely(address == -1))
1370                 address = DMA_ERROR_CODE;
1371
1372         WARN_ON((address + (PAGE_SIZE*pages)) > dom->aperture_size);
1373
1374         return address;
1375 }
1376
1377 /*
1378  * The address free function.
1379  *
1380  * called with domain->lock held
1381  */
1382 static void dma_ops_free_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
1383                                    unsigned long address,
1384                                    unsigned int pages)
1385 {
1386         unsigned i = address >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
1387         struct aperture_range *range = dom->aperture[i];
1388
1389         BUG_ON(i >= APERTURE_MAX_RANGES || range == NULL);
1390
1391 #ifdef CONFIG_IOMMU_STRESS
1392         if (i < 4)
1393                 return;
1394 #endif
1395
1396         if (address >= dom->next_address)
1397                 dom->need_flush = true;
1398
1399         address = (address % APERTURE_RANGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
1400
1401         bitmap_clear(range->bitmap, address, pages);
1402
1403 }
1404
1405 /****************************************************************************
1406  *
1407  * The next functions belong to the domain allocation. A domain is
1408  * allocated for every IOMMU as the default domain. If device isolation
1409  * is enabled, every device get its own domain. The most important thing
1410  * about domains is the page table mapping the DMA address space they
1411  * contain.
1412  *
1413  ****************************************************************************/
1414
1415 /*
1416  * This function adds a protection domain to the global protection domain list
1417  */
1418 static void add_domain_to_list(struct protection_domain *domain)
1419 {
1420         unsigned long flags;
1421
1422         spin_lock_irqsave(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1423         list_add(&domain->list, &amd_iommu_pd_list);
1424         spin_unlock_irqrestore(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1425 }
1426
1427 /*
1428  * This function removes a protection domain to the global
1429  * protection domain list
1430  */
1431 static void del_domain_from_list(struct protection_domain *domain)
1432 {
1433         unsigned long flags;
1434
1435         spin_lock_irqsave(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1436         list_del(&domain->list);
1437         spin_unlock_irqrestore(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1438 }
1439
1440 static u16 domain_id_alloc(void)
1441 {
1442         unsigned long flags;
1443         int id;
1444
1445         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1446         id = find_first_zero_bit(amd_iommu_pd_alloc_bitmap, MAX_DOMAIN_ID);
1447         BUG_ON(id == 0);
1448         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
1449                 __set_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
1450         else
1451                 id = 0;
1452         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1453
1454         return id;
1455 }
1456
1457 static void domain_id_free(int id)
1458 {
1459         unsigned long flags;
1460
1461         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1462         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
1463                 __clear_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
1464         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1465 }
1466
1467 static void free_pagetable(struct protection_domain *domain)
1468 {
1469         int i, j;
1470         u64 *p1, *p2, *p3;
1471
1472         p1 = domain->pt_root;
1473
1474         if (!p1)
1475                 return;
1476
1477         for (i = 0; i < 512; ++i) {
1478                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p1[i]))
1479                         continue;
1480
1481                 p2 = IOMMU_PTE_PAGE(p1[i]);
1482                 for (j = 0; j < 512; ++j) {
1483                         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p2[j]))
1484                                 continue;
1485                         p3 = IOMMU_PTE_PAGE(p2[j]);
1486                         free_page((unsigned long)p3);
1487                 }
1488
1489                 free_page((unsigned long)p2);
1490         }
1491
1492         free_page((unsigned long)p1);
1493
1494         domain->pt_root = NULL;
1495 }
1496
1497 /*
1498  * Free a domain, only used if something went wrong in the
1499  * allocation path and we need to free an already allocated page table
1500  */
1501 static void dma_ops_domain_free(struct dma_ops_domain *dom)
1502 {
1503         int i;
1504
1505         if (!dom)
1506                 return;
1507
1508         del_domain_from_list(&dom->domain);
1509
1510         free_pagetable(&dom->domain);
1511
1512         for (i = 0; i < APERTURE_MAX_RANGES; ++i) {
1513                 if (!dom->aperture[i])
1514                         continue;
1515                 free_page((unsigned long)dom->aperture[i]->bitmap);
1516                 kfree(dom->aperture[i]);
1517         }
1518
1519         kfree(dom);
1520 }
1521
1522 /*
1523  * Allocates a new protection domain usable for the dma_ops functions.
1524  * It also initializes the page table and the address allocator data
1525  * structures required for the dma_ops interface
1526  */
1527 static struct dma_ops_domain *dma_ops_domain_alloc(void)
1528 {
1529         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1530
1531         dma_dom = kzalloc(sizeof(struct dma_ops_domain), GFP_KERNEL);
1532         if (!dma_dom)
1533                 return NULL;
1534
1535         spin_lock_init(&dma_dom->domain.lock);
1536
1537         dma_dom->domain.id = domain_id_alloc();
1538         if (dma_dom->domain.id == 0)
1539                 goto free_dma_dom;
1540         INIT_LIST_HEAD(&dma_dom->domain.dev_list);
1541         dma_dom->domain.mode = PAGE_MODE_2_LEVEL;
1542         dma_dom->domain.pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
1543         dma_dom->domain.flags = PD_DMA_OPS_MASK;
1544         dma_dom->domain.priv = dma_dom;
1545         if (!dma_dom->domain.pt_root)
1546                 goto free_dma_dom;
1547
1548         dma_dom->need_flush = false;
1549         dma_dom->target_dev = 0xffff;
1550
1551         add_domain_to_list(&dma_dom->domain);
1552
1553         if (alloc_new_range(dma_dom, true, GFP_KERNEL))
1554                 goto free_dma_dom;
1555
1556         /*
1557          * mark the first page as allocated so we never return 0 as
1558          * a valid dma-address. So we can use 0 as error value
1559          */
1560         dma_dom->aperture[0]->bitmap[0] = 1;
1561         dma_dom->next_address = 0;
1562
1563
1564         return dma_dom;
1565
1566 free_dma_dom:
1567         dma_ops_domain_free(dma_dom);
1568
1569         return NULL;
1570 }
1571
1572 /*
1573  * little helper function to check whether a given protection domain is a
1574  * dma_ops domain
1575  */
1576 static bool dma_ops_domain(struct protection_domain *domain)
1577 {
1578         return domain->flags & PD_DMA_OPS_MASK;
1579 }
1580
1581 static void set_dte_entry(u16 devid, struct protection_domain *domain, bool ats)
1582 {
1583         u64 pte_root = virt_to_phys(domain->pt_root);
1584         u32 flags = 0;
1585
1586         pte_root |= (domain->mode & DEV_ENTRY_MODE_MASK)
1587                     << DEV_ENTRY_MODE_SHIFT;
1588         pte_root |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
1589
1590         if (ats)
1591                 flags |= DTE_FLAG_IOTLB;
1592
1593         amd_iommu_dev_table[devid].data[3] |= flags;
1594         amd_iommu_dev_table[devid].data[2]  = domain->id;
1595         amd_iommu_dev_table[devid].data[1]  = upper_32_bits(pte_root);
1596         amd_iommu_dev_table[devid].data[0]  = lower_32_bits(pte_root);
1597 }
1598
1599 static void clear_dte_entry(u16 devid)
1600 {
1601         /* remove entry from the device table seen by the hardware */
1602         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
1603         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = 0;
1604         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = 0;
1605
1606         amd_iommu_apply_erratum_63(devid);
1607 }
1608
1609 static void do_attach(struct iommu_dev_data *dev_data,
1610                       struct protection_domain *domain)
1611 {
1612         struct amd_iommu *iommu;
1613         bool ats;
1614
1615         iommu = amd_iommu_rlookup_table[dev_data->devid];
1616         ats   = dev_data->ats.enabled;
1617
1618         /* Update data structures */
1619         dev_data->domain = domain;
1620         list_add(&dev_data->list, &domain->dev_list);
1621         set_dte_entry(dev_data->devid, domain, ats);
1622
1623         /* Do reference counting */
1624         domain->dev_iommu[iommu->index] += 1;
1625         domain->dev_cnt                 += 1;
1626
1627         /* Flush the DTE entry */
1628         device_flush_dte(dev_data);
1629 }
1630
1631 static void do_detach(struct iommu_dev_data *dev_data)
1632 {
1633         struct amd_iommu *iommu;
1634
1635         iommu = amd_iommu_rlookup_table[dev_data->devid];
1636
1637         /* decrease reference counters */
1638         dev_data->domain->dev_iommu[iommu->index] -= 1;
1639         dev_data->domain->dev_cnt                 -= 1;
1640
1641         /* Update data structures */
1642         dev_data->domain = NULL;
1643         list_del(&dev_data->list);
1644         clear_dte_entry(dev_data->devid);
1645
1646         /* Flush the DTE entry */
1647         device_flush_dte(dev_data);
1648 }
1649
1650 /*
1651  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
1652  * assigns it visible for the hardware
1653  */
1654 static int __attach_device(struct iommu_dev_data *dev_data,
1655                            struct protection_domain *domain)
1656 {
1657         int ret;
1658
1659         /* lock domain */
1660         spin_lock(&domain->lock);
1661
1662         if (dev_data->alias_data != NULL) {
1663                 struct iommu_dev_data *alias_data = dev_data->alias_data;
1664
1665                 /* Some sanity checks */
1666                 ret = -EBUSY;
1667                 if (alias_data->domain != NULL &&
1668                                 alias_data->domain != domain)
1669                         goto out_unlock;
1670
1671                 if (dev_data->domain != NULL &&
1672                                 dev_data->domain != domain)
1673                         goto out_unlock;
1674
1675                 /* Do real assignment */
1676                 if (alias_data->domain == NULL)
1677                         do_attach(alias_data, domain);
1678
1679                 atomic_inc(&alias_data->bind);
1680         }
1681
1682         if (dev_data->domain == NULL)
1683                 do_attach(dev_data, domain);
1684
1685         atomic_inc(&dev_data->bind);
1686
1687         ret = 0;
1688
1689 out_unlock:
1690
1691         /* ready */
1692         spin_unlock(&domain->lock);
1693
1694         return ret;
1695 }
1696
1697 /*
1698  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
1699  * assigns it visible for the hardware
1700  */
1701 static int attach_device(struct device *dev,
1702                          struct protection_domain *domain)
1703 {
1704         struct pci_dev *pdev = to_pci_dev(dev);
1705         struct iommu_dev_data *dev_data;
1706         unsigned long flags;
1707         int ret;
1708
1709         dev_data = get_dev_data(dev);
1710
1711         if (amd_iommu_iotlb_sup && pci_enable_ats(pdev, PAGE_SHIFT) == 0) {
1712                 dev_data->ats.enabled = true;
1713                 dev_data->ats.qdep    = pci_ats_queue_depth(pdev);
1714         }
1715
1716         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1717         ret = __attach_device(dev_data, domain);
1718         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1719
1720         /*
1721          * We might boot into a crash-kernel here. The crashed kernel
1722          * left the caches in the IOMMU dirty. So we have to flush
1723          * here to evict all dirty stuff.
1724          */
1725         domain_flush_tlb_pde(domain);
1726
1727         return ret;
1728 }
1729
1730 /*
1731  * Removes a device from a protection domain (unlocked)
1732  */
1733 static void __detach_device(struct iommu_dev_data *dev_data)
1734 {
1735         struct protection_domain *domain;
1736         unsigned long flags;
1737
1738         BUG_ON(!dev_data->domain);
1739
1740         domain = dev_data->domain;
1741
1742         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1743
1744         if (dev_data->alias_data != NULL) {
1745                 struct iommu_dev_data *alias_data = dev_data->alias_data;
1746
1747                 if (atomic_dec_and_test(&alias_data->bind))
1748                         do_detach(alias_data);
1749         }
1750
1751         if (atomic_dec_and_test(&dev_data->bind))
1752                 do_detach(dev_data);
1753
1754         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1755
1756         /*
1757          * If we run in passthrough mode the device must be assigned to the
1758          * passthrough domain if it is detached from any other domain.
1759          * Make sure we can deassign from the pt_domain itself.
1760          */
1761         if (iommu_pass_through &&
1762             (dev_data->domain == NULL && domain != pt_domain))
1763                 __attach_device(dev_data, pt_domain);
1764 }
1765
1766 /*
1767  * Removes a device from a protection domain (with devtable_lock held)
1768  */
1769 static void detach_device(struct device *dev)
1770 {
1771         struct iommu_dev_data *dev_data;
1772         unsigned long flags;
1773
1774         dev_data = get_dev_data(dev);
1775
1776         /* lock device table */
1777         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1778         __detach_device(dev_data);
1779         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1780
1781         if (dev_data->ats.enabled) {
1782                 pci_disable_ats(to_pci_dev(dev));
1783                 dev_data->ats.enabled = false;
1784         }
1785 }
1786
1787 /*
1788  * Find out the protection domain structure for a given PCI device. This
1789  * will give us the pointer to the page table root for example.
1790  */
1791 static struct protection_domain *domain_for_device(struct device *dev)
1792 {
1793         struct iommu_dev_data *dev_data;
1794         struct protection_domain *dom = NULL;
1795         unsigned long flags;
1796
1797         dev_data   = get_dev_data(dev);
1798
1799         if (dev_data->domain)
1800                 return dev_data->domain;
1801
1802         if (dev_data->alias_data != NULL) {
1803                 struct iommu_dev_data *alias_data = dev_data->alias_data;
1804
1805                 read_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1806                 if (alias_data->domain != NULL) {
1807                         __attach_device(dev_data, alias_data->domain);
1808                         dom = alias_data->domain;
1809                 }
1810                 read_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1811         }
1812
1813         return dom;
1814 }
1815
1816 static int device_change_notifier(struct notifier_block *nb,
1817                                   unsigned long action, void *data)
1818 {
1819         struct device *dev = data;
1820         u16 devid;
1821         struct protection_domain *domain;
1822         struct dma_ops_domain *dma_domain;
1823         struct amd_iommu *iommu;
1824         unsigned long flags;
1825
1826         if (!check_device(dev))
1827                 return 0;
1828
1829         devid  = get_device_id(dev);
1830         iommu  = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1831
1832         switch (action) {
1833         case BUS_NOTIFY_UNBOUND_DRIVER:
1834
1835                 domain = domain_for_device(dev);
1836
1837                 if (!domain)
1838                         goto out;
1839                 if (iommu_pass_through)
1840                         break;
1841                 detach_device(dev);
1842                 break;
1843         case BUS_NOTIFY_ADD_DEVICE:
1844
1845                 iommu_init_device(dev);
1846
1847                 domain = domain_for_device(dev);
1848
1849                 /* allocate a protection domain if a device is added */
1850                 dma_domain = find_protection_domain(devid);
1851                 if (dma_domain)
1852                         goto out;
1853                 dma_domain = dma_ops_domain_alloc();
1854                 if (!dma_domain)
1855                         goto out;
1856                 dma_domain->target_dev = devid;
1857
1858                 spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
1859                 list_add_tail(&dma_domain->list, &iommu_pd_list);
1860                 spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
1861
1862                 break;
1863         case BUS_NOTIFY_DEL_DEVICE:
1864
1865                 iommu_uninit_device(dev);
1866
1867         default:
1868                 goto out;
1869         }
1870
1871         iommu_completion_wait(iommu);
1872
1873 out:
1874         return 0;
1875 }
1876
1877 static struct notifier_block device_nb = {
1878         .notifier_call = device_change_notifier,
1879 };
1880
1881 void amd_iommu_init_notifier(void)
1882 {
1883         bus_register_notifier(&pci_bus_type, &device_nb);
1884 }
1885
1886 /*****************************************************************************
1887  *
1888  * The next functions belong to the dma_ops mapping/unmapping code.
1889  *
1890  *****************************************************************************/
1891
1892 /*
1893  * In the dma_ops path we only have the struct device. This function
1894  * finds the corresponding IOMMU, the protection domain and the
1895  * requestor id for a given device.
1896  * If the device is not yet associated with a domain this is also done
1897  * in this function.
1898  */
1899 static struct protection_domain *get_domain(struct device *dev)
1900 {
1901         struct protection_domain *domain;
1902         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1903         u16 devid = get_device_id(dev);
1904
1905         if (!check_device(dev))
1906                 return ERR_PTR(-EINVAL);
1907
1908         domain = domain_for_device(dev);
1909         if (domain != NULL && !dma_ops_domain(domain))
1910                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1911
1912         if (domain != NULL)
1913                 return domain;
1914
1915         /* Device not bount yet - bind it */
1916         dma_dom = find_protection_domain(devid);
1917         if (!dma_dom)
1918                 dma_dom = amd_iommu_rlookup_table[devid]->default_dom;
1919         attach_device(dev, &dma_dom->domain);
1920         DUMP_printk("Using protection domain %d for device %s\n",
1921                     dma_dom->domain.id, dev_name(dev));
1922
1923         return &dma_dom->domain;
1924 }
1925
1926 static void update_device_table(struct protection_domain *domain)
1927 {
1928         struct iommu_dev_data *dev_data;
1929
1930         list_for_each_entry(dev_data, &domain->dev_list, list)
1931                 set_dte_entry(dev_data->devid, domain, dev_data->ats.enabled);
1932 }
1933
1934 static void update_domain(struct protection_domain *domain)
1935 {
1936         if (!domain->updated)
1937                 return;
1938
1939         update_device_table(domain);
1940
1941         domain_flush_devices(domain);
1942         domain_flush_tlb_pde(domain);
1943
1944         domain->updated = false;
1945 }
1946
1947 /*
1948  * This function fetches the PTE for a given address in the aperture
1949  */
1950 static u64* dma_ops_get_pte(struct dma_ops_domain *dom,
1951                             unsigned long address)
1952 {
1953         struct aperture_range *aperture;
1954         u64 *pte, *pte_page;
1955
1956         aperture = dom->aperture[APERTURE_RANGE_INDEX(address)];
1957         if (!aperture)
1958                 return NULL;
1959
1960         pte = aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)];
1961         if (!pte) {
1962                 pte = alloc_pte(&dom->domain, address, PAGE_SIZE, &pte_page,
1963                                 GFP_ATOMIC);
1964                 aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)] = pte_page;
1965         } else
1966                 pte += PM_LEVEL_INDEX(0, address);
1967
1968         update_domain(&dom->domain);
1969
1970         return pte;
1971 }
1972
1973 /*
1974  * This is the generic map function. It maps one 4kb page at paddr to
1975  * the given address in the DMA address space for the domain.
1976  */
1977 static dma_addr_t dma_ops_domain_map(struct dma_ops_domain *dom,
1978                                      unsigned long address,
1979                                      phys_addr_t paddr,
1980                                      int direction)
1981 {
1982         u64 *pte, __pte;
1983
1984         WARN_ON(address > dom->aperture_size);
1985
1986         paddr &= PAGE_MASK;
1987
1988         pte  = dma_ops_get_pte(dom, address);
1989         if (!pte)
1990                 return DMA_ERROR_CODE;
1991
1992         __pte = paddr | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
1993
1994         if (direction == DMA_TO_DEVICE)
1995                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
1996         else if (direction == DMA_FROM_DEVICE)
1997                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
1998         else if (direction == DMA_BIDIRECTIONAL)
1999                 __pte |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW;
2000
2001         WARN_ON(*pte);
2002
2003         *pte = __pte;
2004
2005         return (dma_addr_t)address;
2006 }
2007
2008 /*
2009  * The generic unmapping function for on page in the DMA address space.
2010  */
2011 static void dma_ops_domain_unmap(struct dma_ops_domain *dom,
2012                                  unsigned long address)
2013 {
2014         struct aperture_range *aperture;
2015         u64 *pte;
2016
2017         if (address >= dom->aperture_size)
2018                 return;
2019
2020         aperture = dom->aperture[APERTURE_RANGE_INDEX(address)];
2021         if (!aperture)
2022                 return;
2023
2024         pte  = aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)];
2025         if (!pte)
2026                 return;
2027
2028         pte += PM_LEVEL_INDEX(0, address);
2029
2030         WARN_ON(!*pte);
2031
2032         *pte = 0ULL;
2033 }
2034
2035 /*
2036  * This function contains common code for mapping of a physically
2037  * contiguous memory region into DMA address space. It is used by all
2038  * mapping functions provided with this IOMMU driver.
2039  * Must be called with the domain lock held.
2040  */
2041 static dma_addr_t __map_single(struct device *dev,
2042                                struct dma_ops_domain *dma_dom,
2043                                phys_addr_t paddr,
2044                                size_t size,
2045                                int dir,
2046                                bool align,
2047                                u64 dma_mask)
2048 {
2049         dma_addr_t offset = paddr & ~PAGE_MASK;
2050         dma_addr_t address, start, ret;
2051         unsigned int pages;
2052         unsigned long align_mask = 0;
2053         int i;
2054
2055         pages = iommu_num_pages(paddr, size, PAGE_SIZE);
2056         paddr &= PAGE_MASK;
2057
2058         INC_STATS_COUNTER(total_map_requests);
2059
2060         if (pages > 1)
2061                 INC_STATS_COUNTER(cross_page);
2062
2063         if (align)
2064                 align_mask = (1UL << get_order(size)) - 1;
2065
2066 retry:
2067         address = dma_ops_alloc_addresses(dev, dma_dom, pages, align_mask,
2068                                           dma_mask);
2069         if (unlikely(address == DMA_ERROR_CODE)) {
2070                 /*
2071                  * setting next_address here will let the address
2072                  * allocator only scan the new allocated range in the
2073                  * first run. This is a small optimization.
2074                  */
2075                 dma_dom->next_address = dma_dom->aperture_size;
2076
2077                 if (alloc_new_range(dma_dom, false, GFP_ATOMIC))
2078                         goto out;
2079
2080                 /*
2081                  * aperture was successfully enlarged by 128 MB, try
2082                  * allocation again
2083                  */
2084                 goto retry;
2085         }
2086
2087         start = address;
2088         for (i = 0; i < pages; ++i) {
2089                 ret = dma_ops_domain_map(dma_dom, start, paddr, dir);
2090                 if (ret == DMA_ERROR_CODE)
2091                         goto out_unmap;
2092
2093                 paddr += PAGE_SIZE;
2094                 start += PAGE_SIZE;
2095         }
2096         address += offset;
2097
2098         ADD_STATS_COUNTER(alloced_io_mem, size);
2099
2100         if (unlikely(dma_dom->need_flush && !amd_iommu_unmap_flush)) {
2101                 domain_flush_tlb(&dma_dom->domain);
2102                 dma_dom->need_flush = false;
2103         } else if (unlikely(amd_iommu_np_cache))
2104                 domain_flush_pages(&dma_dom->domain, address, size);
2105
2106 out:
2107         return address;
2108
2109 out_unmap:
2110
2111         for (--i; i >= 0; --i) {
2112                 start -= PAGE_SIZE;
2113                 dma_ops_domain_unmap(dma_dom, start);
2114         }
2115
2116         dma_ops_free_addresses(dma_dom, address, pages);
2117
2118         return DMA_ERROR_CODE;
2119 }
2120
2121 /*
2122  * Does the reverse of the __map_single function. Must be called with
2123  * the domain lock held too
2124  */
2125 static void __unmap_single(struct dma_ops_domain *dma_dom,
2126                            dma_addr_t dma_addr,
2127                            size_t size,
2128                            int dir)
2129 {
2130         dma_addr_t flush_addr;
2131         dma_addr_t i, start;
2132         unsigned int pages;
2133
2134         if ((dma_addr == DMA_ERROR_CODE) ||
2135             (dma_addr + size > dma_dom->aperture_size))
2136                 return;
2137
2138         flush_addr = dma_addr;
2139         pages = iommu_num_pages(dma_addr, size, PAGE_SIZE);
2140         dma_addr &= PAGE_MASK;
2141         start = dma_addr;
2142
2143         for (i = 0; i < pages; ++i) {
2144                 dma_ops_domain_unmap(dma_dom, start);
2145                 start += PAGE_SIZE;
2146         }
2147
2148         SUB_STATS_COUNTER(alloced_io_mem, size);
2149
2150         dma_ops_free_addresses(dma_dom, dma_addr, pages);
2151
2152         if (amd_iommu_unmap_flush || dma_dom->need_flush) {
2153                 domain_flush_pages(&dma_dom->domain, flush_addr, size);
2154                 dma_dom->need_flush = false;
2155         }
2156 }
2157
2158 /*
2159  * The exported map_single function for dma_ops.
2160  */
2161 static dma_addr_t map_page(struct device *dev, struct page *page,
2162                            unsigned long offset, size_t size,
2163                            enum dma_data_direction dir,
2164                            struct dma_attrs *attrs)
2165 {
2166         unsigned long flags;
2167         struct protection_domain *domain;
2168         dma_addr_t addr;
2169         u64 dma_mask;
2170         phys_addr_t paddr = page_to_phys(page) + offset;
2171
2172         INC_STATS_COUNTER(cnt_map_single);
2173
2174         domain = get_domain(dev);
2175         if (PTR_ERR(domain) == -EINVAL)
2176                 return (dma_addr_t)paddr;
2177         else if (IS_ERR(domain))
2178                 return DMA_ERROR_CODE;
2179
2180         dma_mask = *dev->dma_mask;
2181
2182         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2183
2184         addr = __map_single(dev, domain->priv, paddr, size, dir, false,
2185                             dma_mask);
2186         if (addr == DMA_ERROR_CODE)
2187                 goto out;
2188
2189         domain_flush_complete(domain);
2190
2191 out:
2192         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2193
2194         return addr;
2195 }
2196
2197 /*
2198  * The exported unmap_single function for dma_ops.
2199  */
2200 static void unmap_page(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr, size_t size,
2201                        enum dma_data_direction dir, struct dma_attrs *attrs)
2202 {
2203         unsigned long flags;
2204         struct protection_domain *domain;
2205
2206         INC_STATS_COUNTER(cnt_unmap_single);
2207
2208         domain = get_domain(dev);
2209         if (IS_ERR(domain))
2210                 return;
2211
2212         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2213
2214         __unmap_single(domain->priv, dma_addr, size, dir);
2215
2216         domain_flush_complete(domain);
2217
2218         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2219 }
2220
2221 /*
2222  * This is a special map_sg function which is used if we should map a
2223  * device which is not handled by an AMD IOMMU in the system.
2224  */
2225 static int map_sg_no_iommu(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
2226                            int nelems, int dir)
2227 {
2228         struct scatterlist *s;
2229         int i;
2230
2231         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
2232                 s->dma_address = (dma_addr_t)sg_phys(s);
2233                 s->dma_length  = s->length;
2234         }
2235
2236         return nelems;
2237 }
2238
2239 /*
2240  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
2241  * lists).
2242  */
2243 static int map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
2244                   int nelems, enum dma_data_direction dir,
2245                   struct dma_attrs *attrs)
2246 {
2247         unsigned long flags;
2248         struct protection_domain *domain;
2249         int i;
2250         struct scatterlist *s;
2251         phys_addr_t paddr;
2252         int mapped_elems = 0;
2253         u64 dma_mask;
2254
2255         INC_STATS_COUNTER(cnt_map_sg);
2256
2257         domain = get_domain(dev);
2258         if (PTR_ERR(domain) == -EINVAL)
2259                 return map_sg_no_iommu(dev, sglist, nelems, dir);
2260         else if (IS_ERR(domain))
2261                 return 0;
2262
2263         dma_mask = *dev->dma_mask;
2264
2265         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2266
2267         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
2268                 paddr = sg_phys(s);
2269
2270                 s->dma_address = __map_single(dev, domain->priv,
2271                                               paddr, s->length, dir, false,
2272                                               dma_mask);
2273
2274                 if (s->dma_address) {
2275                         s->dma_length = s->length;
2276                         mapped_elems++;
2277                 } else
2278                         goto unmap;
2279         }
2280
2281         domain_flush_complete(domain);
2282
2283 out:
2284         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2285
2286         return mapped_elems;
2287 unmap:
2288         for_each_sg(sglist, s, mapped_elems, i) {
2289                 if (s->dma_address)
2290                         __unmap_single(domain->priv, s->dma_address,
2291                                        s->dma_length, dir);
2292                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
2293         }
2294
2295         mapped_elems = 0;
2296
2297         goto out;
2298 }
2299
2300 /*
2301  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
2302  * lists).
2303  */
2304 static void unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
2305                      int nelems, enum dma_data_direction dir,
2306                      struct dma_attrs *attrs)
2307 {
2308         unsigned long flags;
2309         struct protection_domain *domain;
2310         struct scatterlist *s;
2311         int i;
2312
2313         INC_STATS_COUNTER(cnt_unmap_sg);
2314
2315         domain = get_domain(dev);
2316         if (IS_ERR(domain))
2317                 return;
2318
2319         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2320
2321         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
2322                 __unmap_single(domain->priv, s->dma_address,
2323                                s->dma_length, dir);
2324                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
2325         }
2326
2327         domain_flush_complete(domain);
2328
2329         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2330 }
2331
2332 /*
2333  * The exported alloc_coherent function for dma_ops.
2334  */
2335 static void *alloc_coherent(struct device *dev, size_t size,
2336                             dma_addr_t *dma_addr, gfp_t flag)
2337 {
2338         unsigned long flags;
2339         void *virt_addr;
2340         struct protection_domain *domain;
2341         phys_addr_t paddr;
2342         u64 dma_mask = dev->coherent_dma_mask;
2343
2344         INC_STATS_COUNTER(cnt_alloc_coherent);
2345
2346         domain = get_domain(dev);
2347         if (PTR_ERR(domain) == -EINVAL) {
2348                 virt_addr = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
2349                 *dma_addr = __pa(virt_addr);
2350                 return virt_addr;
2351         } else if (IS_ERR(domain))
2352                 return NULL;
2353
2354         dma_mask  = dev->coherent_dma_mask;
2355         flag     &= ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM | __GFP_DMA32);
2356         flag     |= __GFP_ZERO;
2357
2358         virt_addr = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
2359         if (!virt_addr)
2360                 return NULL;
2361
2362         paddr = virt_to_phys(virt_addr);
2363
2364         if (!dma_mask)
2365                 dma_mask = *dev->dma_mask;
2366
2367         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2368
2369         *dma_addr = __map_single(dev, domain->priv, paddr,
2370                                  size, DMA_BIDIRECTIONAL, true, dma_mask);
2371
2372         if (*dma_addr == DMA_ERROR_CODE) {
2373                 spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2374                 goto out_free;
2375         }
2376
2377         domain_flush_complete(domain);
2378
2379         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2380
2381         return virt_addr;
2382
2383 out_free:
2384
2385         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
2386
2387         return NULL;
2388 }
2389
2390 /*
2391  * The exported free_coherent function for dma_ops.
2392  */
2393 static void free_coherent(struct device *dev, size_t size,
2394                           void *virt_addr, dma_addr_t dma_addr)
2395 {
2396         unsigned long flags;
2397         struct protection_domain *domain;
2398
2399         INC_STATS_COUNTER(cnt_free_coherent);
2400
2401         domain = get_domain(dev);
2402         if (IS_ERR(domain))
2403                 goto free_mem;
2404
2405         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2406
2407         __unmap_single(domain->priv, dma_addr, size, DMA_BIDIRECTIONAL);
2408
2409         domain_flush_complete(domain);
2410
2411         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2412
2413 free_mem:
2414         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
2415 }
2416
2417 /*
2418  * This function is called by the DMA layer to find out if we can handle a
2419  * particular device. It is part of the dma_ops.
2420  */
2421 static int amd_iommu_dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
2422 {
2423         return check_device(dev);
2424 }
2425
2426 /*
2427  * The function for pre-allocating protection domains.
2428  *
2429  * If the driver core informs the DMA layer if a driver grabs a device
2430  * we don't need to preallocate the protection domains anymore.
2431  * For now we have to.
2432  */
2433 static void prealloc_protection_domains(void)
2434 {
2435         struct pci_dev *dev = NULL;
2436         struct dma_ops_domain *dma_dom;
2437         u16 devid;
2438
2439         for_each_pci_dev(dev) {
2440
2441                 /* Do we handle this device? */
2442                 if (!check_device(&dev->dev))
2443                         continue;
2444
2445                 /* Is there already any domain for it? */
2446                 if (domain_for_device(&dev->dev))
2447                         continue;
2448
2449                 devid = get_device_id(&dev->dev);
2450
2451                 dma_dom = dma_ops_domain_alloc();
2452                 if (!dma_dom)
2453                         continue;
2454                 init_unity_mappings_for_device(dma_dom, devid);
2455                 dma_dom->target_dev = devid;
2456
2457                 attach_device(&dev->dev, &dma_dom->domain);
2458
2459                 list_add_tail(&dma_dom->list, &iommu_pd_list);
2460         }
2461 }
2462
2463 static struct dma_map_ops amd_iommu_dma_ops = {
2464         .alloc_coherent = alloc_coherent,
2465         .free_coherent = free_coherent,
2466         .map_page = map_page,
2467         .unmap_page = unmap_page,
2468         .map_sg = map_sg,
2469         .unmap_sg = unmap_sg,
2470         .dma_supported = amd_iommu_dma_supported,
2471 };
2472
2473 static unsigned device_dma_ops_init(void)
2474 {
2475         struct pci_dev *pdev = NULL;
2476         unsigned unhandled = 0;
2477
2478         for_each_pci_dev(pdev) {
2479                 if (!check_device(&pdev->dev)) {
2480                         unhandled += 1;
2481                         continue;
2482                 }
2483
2484                 pdev->dev.archdata.dma_ops = &amd_iommu_dma_ops;
2485         }
2486
2487         return unhandled;
2488 }
2489
2490 /*
2491  * The function which clues the AMD IOMMU driver into dma_ops.
2492  */
2493
2494 void __init amd_iommu_init_api(void)
2495 {
2496         bus_set_iommu(&pci_bus_type, &amd_iommu_ops);
2497 }
2498
2499 int __init amd_iommu_init_dma_ops(void)
2500 {
2501         struct amd_iommu *iommu;
2502         int ret, unhandled;
2503
2504         /*
2505          * first allocate a default protection domain for every IOMMU we
2506          * found in the system. Devices not assigned to any other
2507          * protection domain will be assigned to the default one.
2508          */
2509         for_each_iommu(iommu) {
2510                 iommu->default_dom = dma_ops_domain_alloc();
2511                 if (iommu->default_dom == NULL)
2512                         return -ENOMEM;
2513                 iommu->default_dom->domain.flags |= PD_DEFAULT_MASK;
2514                 ret = iommu_init_unity_mappings(iommu);
2515                 if (ret)
2516                         goto free_domains;
2517         }
2518
2519         /*
2520          * Pre-allocate the protection domains for each device.
2521          */
2522         prealloc_protection_domains();
2523
2524         iommu_detected = 1;
2525         swiotlb = 0;
2526
2527         /* Make the driver finally visible to the drivers */
2528         unhandled = device_dma_ops_init();
2529         if (unhandled && max_pfn > MAX_DMA32_PFN) {
2530                 /* There are unhandled devices - initialize swiotlb for them */
2531                 swiotlb = 1;
2532         }
2533
2534         amd_iommu_stats_init();
2535
2536         return 0;
2537
2538 free_domains:
2539
2540         for_each_iommu(iommu) {
2541                 if (iommu->default_dom)
2542                         dma_ops_domain_free(iommu->default_dom);
2543         }
2544
2545         return ret;
2546 }
2547
2548 /*****************************************************************************
2549  *
2550  * The following functions belong to the exported interface of AMD IOMMU
2551  *
2552  * This interface allows access to lower level functions of the IOMMU
2553  * like protection domain handling and assignement of devices to domains
2554  * which is not possible with the dma_ops interface.
2555  *
2556  *****************************************************************************/
2557
2558 static void cleanup_domain(struct protection_domain *domain)
2559 {
2560         struct iommu_dev_data *dev_data, *next;
2561         unsigned long flags;
2562
2563         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
2564
2565         list_for_each_entry_safe(dev_data, next, &domain->dev_list, list) {
2566                 __detach_device(dev_data);
2567                 atomic_set(&dev_data->bind, 0);
2568         }
2569
2570         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
2571 }
2572
2573 static void protection_domain_free(struct protection_domain *domain)
2574 {
2575         if (!domain)
2576                 return;
2577
2578         del_domain_from_list(domain);
2579
2580         if (domain->id)
2581                 domain_id_free(domain->id);
2582
2583         kfree(domain);
2584 }
2585
2586 static struct protection_domain *protection_domain_alloc(void)
2587 {
2588         struct protection_domain *domain;
2589
2590         domain = kzalloc(sizeof(*domain), GFP_KERNEL);
2591         if (!domain)
2592                 return NULL;
2593
2594         spin_lock_init(&domain->lock);
2595         mutex_init(&domain->api_lock);
2596         domain->id = domain_id_alloc();
2597         if (!domain->id)
2598                 goto out_err;
2599         INIT_LIST_HEAD(&domain->dev_list);
2600
2601         add_domain_to_list(domain);
2602
2603         return domain;
2604
2605 out_err:
2606         kfree(domain);
2607
2608         return NULL;
2609 }
2610
2611 static int amd_iommu_domain_init(struct iommu_domain *dom)
2612 {
2613         struct protection_domain *domain;
2614
2615         domain = protection_domain_alloc();
2616         if (!domain)
2617                 goto out_free;
2618
2619         domain->mode    = PAGE_MODE_3_LEVEL;
2620         domain->pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
2621         if (!domain->pt_root)
2622                 goto out_free;
2623
2624         dom->priv = domain;
2625
2626         return 0;
2627
2628 out_free:
2629         protection_domain_free(domain);
2630
2631         return -ENOMEM;
2632 }
2633
2634 static void amd_iommu_domain_destroy(struct iommu_domain *dom)
2635 {
2636         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2637
2638         if (!domain)
2639                 return;
2640
2641         if (domain->dev_cnt > 0)
2642                 cleanup_domain(domain);
2643
2644         BUG_ON(domain->dev_cnt != 0);
2645
2646         free_pagetable(domain);
2647
2648         protection_domain_free(domain);
2649
2650         dom->priv = NULL;
2651 }
2652
2653 static void amd_iommu_detach_device(struct iommu_domain *dom,
2654                                     struct device *dev)
2655 {
2656         struct iommu_dev_data *dev_data = dev->archdata.iommu;
2657         struct amd_iommu *iommu;
2658         u16 devid;
2659
2660         if (!check_device(dev))
2661                 return;
2662
2663         devid = get_device_id(dev);
2664
2665         if (dev_data->domain != NULL)
2666                 detach_device(dev);
2667
2668         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
2669         if (!iommu)
2670                 return;
2671
2672         iommu_completion_wait(iommu);
2673 }
2674
2675 static int amd_iommu_attach_device(struct iommu_domain *dom,
2676                                    struct device *dev)
2677 {
2678         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2679         struct iommu_dev_data *dev_data;
2680         struct amd_iommu *iommu;
2681         int ret;
2682
2683         if (!check_device(dev))
2684                 return -EINVAL;
2685
2686         dev_data = dev->archdata.iommu;
2687
2688         iommu = amd_iommu_rlookup_table[dev_data->devid];
2689         if (!iommu)
2690                 return -EINVAL;
2691
2692         if (dev_data->domain)
2693                 detach_device(dev);
2694
2695         ret = attach_device(dev, domain);
2696
2697         iommu_completion_wait(iommu);
2698
2699         return ret;
2700 }
2701
2702 static int amd_iommu_map(struct iommu_domain *dom, unsigned long iova,
2703                          phys_addr_t paddr, int gfp_order, int iommu_prot)
2704 {
2705         unsigned long page_size = 0x1000UL << gfp_order;
2706         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2707         int prot = 0;
2708         int ret;
2709
2710         if (iommu_prot & IOMMU_READ)
2711                 prot |= IOMMU_PROT_IR;
2712         if (iommu_prot & IOMMU_WRITE)
2713                 prot |= IOMMU_PROT_IW;
2714
2715         mutex_lock(&domain->api_lock);
2716         ret = iommu_map_page(domain, iova, paddr, prot, page_size);
2717         mutex_unlock(&domain->api_lock);
2718
2719         return ret;
2720 }
2721
2722 static int amd_iommu_unmap(struct iommu_domain *dom, unsigned long iova,
2723                            int gfp_order)
2724 {
2725         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2726         unsigned long page_size, unmap_size;
2727
2728         page_size  = 0x1000UL << gfp_order;
2729
2730         mutex_lock(&domain->api_lock);
2731         unmap_size = iommu_unmap_page(domain, iova, page_size);
2732         mutex_unlock(&domain->api_lock);
2733
2734         domain_flush_tlb_pde(domain);
2735
2736         return get_order(unmap_size);
2737 }
2738
2739 static phys_addr_t amd_iommu_iova_to_phys(struct iommu_domain *dom,
2740                                           unsigned long iova)
2741 {
2742         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2743         unsigned long offset_mask;
2744         phys_addr_t paddr;
2745         u64 *pte, __pte;
2746
2747         pte = fetch_pte(domain, iova);
2748
2749         if (!pte || !IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
2750                 return 0;
2751
2752         if (PM_PTE_LEVEL(*pte) == 0)
2753                 offset_mask = PAGE_SIZE - 1;
2754         else
2755                 offset_mask = PTE_PAGE_SIZE(*pte) - 1;
2756
2757         __pte = *pte & PM_ADDR_MASK;
2758         paddr = (__pte & ~offset_mask) | (iova & offset_mask);
2759
2760         return paddr;
2761 }
2762
2763 static int amd_iommu_domain_has_cap(struct iommu_domain *domain,
2764                                     unsigned long cap)
2765 {
2766         switch (cap) {
2767         case IOMMU_CAP_CACHE_COHERENCY:
2768                 return 1;
2769         }
2770
2771         return 0;
2772 }
2773
2774 static struct iommu_ops amd_iommu_ops = {
2775         .domain_init = amd_iommu_domain_init,
2776         .domain_destroy = amd_iommu_domain_destroy,
2777         .attach_dev = amd_iommu_attach_device,
2778         .detach_dev = amd_iommu_detach_device,
2779         .map = amd_iommu_map,
2780         .unmap = amd_iommu_unmap,
2781         .iova_to_phys = amd_iommu_iova_to_phys,
2782         .domain_has_cap = amd_iommu_domain_has_cap,
2783 };
2784
2785 /*****************************************************************************
2786  *
2787  * The next functions do a basic initialization of IOMMU for pass through
2788  * mode
2789  *
2790  * In passthrough mode the IOMMU is initialized and enabled but not used for
2791  * DMA-API translation.
2792  *
2793  *****************************************************************************/
2794
2795 int __init amd_iommu_init_passthrough(void)
2796 {
2797         struct amd_iommu *iommu;
2798         struct pci_dev *dev = NULL;
2799         u16 devid;
2800
2801         /* allocate passthrough domain */
2802         pt_domain = protection_domain_alloc();
2803         if (!pt_domain)
2804                 return -ENOMEM;
2805
2806         pt_domain->mode |= PAGE_MODE_NONE;
2807
2808         for_each_pci_dev(dev) {
2809                 if (!check_device(&dev->dev))
2810                         continue;
2811
2812                 devid = get_device_id(&dev->dev);
2813
2814                 iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
2815                 if (!iommu)
2816                         continue;
2817
2818                 attach_device(&dev->dev, pt_domain);
2819         }
2820
2821         pr_info("AMD-Vi: Initialized for Passthrough Mode\n");
2822
2823         return 0;
2824 }