Merge branch 'for-next' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/hch/vfs...
[linux-3.10.git] / arch / arm / mm / dma-mapping.c
1 /*
2  *  linux/arch/arm/mm/dma-mapping.c
3  *
4  *  Copyright (C) 2000-2004 Russell King
5  *
6  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
7  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
8  * published by the Free Software Foundation.
9  *
10  *  DMA uncached mapping support.
11  */
12 #include <linux/module.h>
13 #include <linux/mm.h>
14 #include <linux/gfp.h>
15 #include <linux/errno.h>
16 #include <linux/list.h>
17 #include <linux/init.h>
18 #include <linux/device.h>
19 #include <linux/dma-mapping.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21
22 #include <asm/memory.h>
23 #include <asm/highmem.h>
24 #include <asm/cacheflush.h>
25 #include <asm/tlbflush.h>
26 #include <asm/sizes.h>
27
28 #include "mm.h"
29
30 static u64 get_coherent_dma_mask(struct device *dev)
31 {
32         u64 mask = (u64)arm_dma_limit;
33
34         if (dev) {
35                 mask = dev->coherent_dma_mask;
36
37                 /*
38                  * Sanity check the DMA mask - it must be non-zero, and
39                  * must be able to be satisfied by a DMA allocation.
40                  */
41                 if (mask == 0) {
42                         dev_warn(dev, "coherent DMA mask is unset\n");
43                         return 0;
44                 }
45
46                 if ((~mask) & (u64)arm_dma_limit) {
47                         dev_warn(dev, "coherent DMA mask %#llx is smaller "
48                                  "than system GFP_DMA mask %#llx\n",
49                                  mask, (u64)arm_dma_limit);
50                         return 0;
51                 }
52         }
53
54         return mask;
55 }
56
57 /*
58  * Allocate a DMA buffer for 'dev' of size 'size' using the
59  * specified gfp mask.  Note that 'size' must be page aligned.
60  */
61 static struct page *__dma_alloc_buffer(struct device *dev, size_t size, gfp_t gfp)
62 {
63         unsigned long order = get_order(size);
64         struct page *page, *p, *e;
65         void *ptr;
66         u64 mask = get_coherent_dma_mask(dev);
67
68 #ifdef CONFIG_DMA_API_DEBUG
69         u64 limit = (mask + 1) & ~mask;
70         if (limit && size >= limit) {
71                 dev_warn(dev, "coherent allocation too big (requested %#x mask %#llx)\n",
72                         size, mask);
73                 return NULL;
74         }
75 #endif
76
77         if (!mask)
78                 return NULL;
79
80         if (mask < 0xffffffffULL)
81                 gfp |= GFP_DMA;
82
83         page = alloc_pages(gfp, order);
84         if (!page)
85                 return NULL;
86
87         /*
88          * Now split the huge page and free the excess pages
89          */
90         split_page(page, order);
91         for (p = page + (size >> PAGE_SHIFT), e = page + (1 << order); p < e; p++)
92                 __free_page(p);
93
94         /*
95          * Ensure that the allocated pages are zeroed, and that any data
96          * lurking in the kernel direct-mapped region is invalidated.
97          */
98         ptr = page_address(page);
99         memset(ptr, 0, size);
100         dmac_flush_range(ptr, ptr + size);
101         outer_flush_range(__pa(ptr), __pa(ptr) + size);
102
103         return page;
104 }
105
106 /*
107  * Free a DMA buffer.  'size' must be page aligned.
108  */
109 static void __dma_free_buffer(struct page *page, size_t size)
110 {
111         struct page *e = page + (size >> PAGE_SHIFT);
112
113         while (page < e) {
114                 __free_page(page);
115                 page++;
116         }
117 }
118
119 #ifdef CONFIG_MMU
120 /* Sanity check size */
121 #if (CONSISTENT_DMA_SIZE % SZ_2M)
122 #error "CONSISTENT_DMA_SIZE must be multiple of 2MiB"
123 #endif
124
125 #define CONSISTENT_OFFSET(x)    (((unsigned long)(x) - CONSISTENT_BASE) >> PAGE_SHIFT)
126 #define CONSISTENT_PTE_INDEX(x) (((unsigned long)(x) - CONSISTENT_BASE) >> PMD_SHIFT)
127 #define NUM_CONSISTENT_PTES (CONSISTENT_DMA_SIZE >> PMD_SHIFT)
128
129 /*
130  * These are the page tables (2MB each) covering uncached, DMA consistent allocations
131  */
132 static pte_t *consistent_pte[NUM_CONSISTENT_PTES];
133
134 #include "vmregion.h"
135
136 static struct arm_vmregion_head consistent_head = {
137         .vm_lock        = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(&consistent_head.vm_lock),
138         .vm_list        = LIST_HEAD_INIT(consistent_head.vm_list),
139         .vm_start       = CONSISTENT_BASE,
140         .vm_end         = CONSISTENT_END,
141 };
142
143 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
144 #error ARM Coherent DMA allocator does not (yet) support huge TLB
145 #endif
146
147 /*
148  * Initialise the consistent memory allocation.
149  */
150 static int __init consistent_init(void)
151 {
152         int ret = 0;
153         pgd_t *pgd;
154         pud_t *pud;
155         pmd_t *pmd;
156         pte_t *pte;
157         int i = 0;
158         u32 base = CONSISTENT_BASE;
159
160         do {
161                 pgd = pgd_offset(&init_mm, base);
162
163                 pud = pud_alloc(&init_mm, pgd, base);
164                 if (!pud) {
165                         printk(KERN_ERR "%s: no pud tables\n", __func__);
166                         ret = -ENOMEM;
167                         break;
168                 }
169
170                 pmd = pmd_alloc(&init_mm, pud, base);
171                 if (!pmd) {
172                         printk(KERN_ERR "%s: no pmd tables\n", __func__);
173                         ret = -ENOMEM;
174                         break;
175                 }
176                 WARN_ON(!pmd_none(*pmd));
177
178                 pte = pte_alloc_kernel(pmd, base);
179                 if (!pte) {
180                         printk(KERN_ERR "%s: no pte tables\n", __func__);
181                         ret = -ENOMEM;
182                         break;
183                 }
184
185                 consistent_pte[i++] = pte;
186                 base += PMD_SIZE;
187         } while (base < CONSISTENT_END);
188
189         return ret;
190 }
191
192 core_initcall(consistent_init);
193
194 static void *
195 __dma_alloc_remap(struct page *page, size_t size, gfp_t gfp, pgprot_t prot)
196 {
197         struct arm_vmregion *c;
198         size_t align;
199         int bit;
200
201         if (!consistent_pte[0]) {
202                 printk(KERN_ERR "%s: not initialised\n", __func__);
203                 dump_stack();
204                 return NULL;
205         }
206
207         /*
208          * Align the virtual region allocation - maximum alignment is
209          * a section size, minimum is a page size.  This helps reduce
210          * fragmentation of the DMA space, and also prevents allocations
211          * smaller than a section from crossing a section boundary.
212          */
213         bit = fls(size - 1);
214         if (bit > SECTION_SHIFT)
215                 bit = SECTION_SHIFT;
216         align = 1 << bit;
217
218         /*
219          * Allocate a virtual address in the consistent mapping region.
220          */
221         c = arm_vmregion_alloc(&consistent_head, align, size,
222                             gfp & ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM));
223         if (c) {
224                 pte_t *pte;
225                 int idx = CONSISTENT_PTE_INDEX(c->vm_start);
226                 u32 off = CONSISTENT_OFFSET(c->vm_start) & (PTRS_PER_PTE-1);
227
228                 pte = consistent_pte[idx] + off;
229                 c->vm_pages = page;
230
231                 do {
232                         BUG_ON(!pte_none(*pte));
233
234                         set_pte_ext(pte, mk_pte(page, prot), 0);
235                         page++;
236                         pte++;
237                         off++;
238                         if (off >= PTRS_PER_PTE) {
239                                 off = 0;
240                                 pte = consistent_pte[++idx];
241                         }
242                 } while (size -= PAGE_SIZE);
243
244                 dsb();
245
246                 return (void *)c->vm_start;
247         }
248         return NULL;
249 }
250
251 static void __dma_free_remap(void *cpu_addr, size_t size)
252 {
253         struct arm_vmregion *c;
254         unsigned long addr;
255         pte_t *ptep;
256         int idx;
257         u32 off;
258
259         c = arm_vmregion_find_remove(&consistent_head, (unsigned long)cpu_addr);
260         if (!c) {
261                 printk(KERN_ERR "%s: trying to free invalid coherent area: %p\n",
262                        __func__, cpu_addr);
263                 dump_stack();
264                 return;
265         }
266
267         if ((c->vm_end - c->vm_start) != size) {
268                 printk(KERN_ERR "%s: freeing wrong coherent size (%ld != %d)\n",
269                        __func__, c->vm_end - c->vm_start, size);
270                 dump_stack();
271                 size = c->vm_end - c->vm_start;
272         }
273
274         idx = CONSISTENT_PTE_INDEX(c->vm_start);
275         off = CONSISTENT_OFFSET(c->vm_start) & (PTRS_PER_PTE-1);
276         ptep = consistent_pte[idx] + off;
277         addr = c->vm_start;
278         do {
279                 pte_t pte = ptep_get_and_clear(&init_mm, addr, ptep);
280
281                 ptep++;
282                 addr += PAGE_SIZE;
283                 off++;
284                 if (off >= PTRS_PER_PTE) {
285                         off = 0;
286                         ptep = consistent_pte[++idx];
287                 }
288
289                 if (pte_none(pte) || !pte_present(pte))
290                         printk(KERN_CRIT "%s: bad page in kernel page table\n",
291                                __func__);
292         } while (size -= PAGE_SIZE);
293
294         flush_tlb_kernel_range(c->vm_start, c->vm_end);
295
296         arm_vmregion_free(&consistent_head, c);
297 }
298
299 #else   /* !CONFIG_MMU */
300
301 #define __dma_alloc_remap(page, size, gfp, prot)        page_address(page)
302 #define __dma_free_remap(addr, size)                    do { } while (0)
303
304 #endif  /* CONFIG_MMU */
305
306 static void *
307 __dma_alloc(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *handle, gfp_t gfp,
308             pgprot_t prot)
309 {
310         struct page *page;
311         void *addr;
312
313         *handle = ~0;
314         size = PAGE_ALIGN(size);
315
316         page = __dma_alloc_buffer(dev, size, gfp);
317         if (!page)
318                 return NULL;
319
320         if (!arch_is_coherent())
321                 addr = __dma_alloc_remap(page, size, gfp, prot);
322         else
323                 addr = page_address(page);
324
325         if (addr)
326                 *handle = pfn_to_dma(dev, page_to_pfn(page));
327         else
328                 __dma_free_buffer(page, size);
329
330         return addr;
331 }
332
333 /*
334  * Allocate DMA-coherent memory space and return both the kernel remapped
335  * virtual and bus address for that space.
336  */
337 void *
338 dma_alloc_coherent(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *handle, gfp_t gfp)
339 {
340         void *memory;
341
342         if (dma_alloc_from_coherent(dev, size, handle, &memory))
343                 return memory;
344
345         return __dma_alloc(dev, size, handle, gfp,
346                            pgprot_dmacoherent(pgprot_kernel));
347 }
348 EXPORT_SYMBOL(dma_alloc_coherent);
349
350 /*
351  * Allocate a writecombining region, in much the same way as
352  * dma_alloc_coherent above.
353  */
354 void *
355 dma_alloc_writecombine(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *handle, gfp_t gfp)
356 {
357         return __dma_alloc(dev, size, handle, gfp,
358                            pgprot_writecombine(pgprot_kernel));
359 }
360 EXPORT_SYMBOL(dma_alloc_writecombine);
361
362 static int dma_mmap(struct device *dev, struct vm_area_struct *vma,
363                     void *cpu_addr, dma_addr_t dma_addr, size_t size)
364 {
365         int ret = -ENXIO;
366 #ifdef CONFIG_MMU
367         unsigned long user_size, kern_size;
368         struct arm_vmregion *c;
369
370         user_size = (vma->vm_end - vma->vm_start) >> PAGE_SHIFT;
371
372         c = arm_vmregion_find(&consistent_head, (unsigned long)cpu_addr);
373         if (c) {
374                 unsigned long off = vma->vm_pgoff;
375
376                 kern_size = (c->vm_end - c->vm_start) >> PAGE_SHIFT;
377
378                 if (off < kern_size &&
379                     user_size <= (kern_size - off)) {
380                         ret = remap_pfn_range(vma, vma->vm_start,
381                                               page_to_pfn(c->vm_pages) + off,
382                                               user_size << PAGE_SHIFT,
383                                               vma->vm_page_prot);
384                 }
385         }
386 #endif  /* CONFIG_MMU */
387
388         return ret;
389 }
390
391 int dma_mmap_coherent(struct device *dev, struct vm_area_struct *vma,
392                       void *cpu_addr, dma_addr_t dma_addr, size_t size)
393 {
394         vma->vm_page_prot = pgprot_dmacoherent(vma->vm_page_prot);
395         return dma_mmap(dev, vma, cpu_addr, dma_addr, size);
396 }
397 EXPORT_SYMBOL(dma_mmap_coherent);
398
399 int dma_mmap_writecombine(struct device *dev, struct vm_area_struct *vma,
400                           void *cpu_addr, dma_addr_t dma_addr, size_t size)
401 {
402         vma->vm_page_prot = pgprot_writecombine(vma->vm_page_prot);
403         return dma_mmap(dev, vma, cpu_addr, dma_addr, size);
404 }
405 EXPORT_SYMBOL(dma_mmap_writecombine);
406
407 /*
408  * free a page as defined by the above mapping.
409  * Must not be called with IRQs disabled.
410  */
411 void dma_free_coherent(struct device *dev, size_t size, void *cpu_addr, dma_addr_t handle)
412 {
413         WARN_ON(irqs_disabled());
414
415         if (dma_release_from_coherent(dev, get_order(size), cpu_addr))
416                 return;
417
418         size = PAGE_ALIGN(size);
419
420         if (!arch_is_coherent())
421                 __dma_free_remap(cpu_addr, size);
422
423         __dma_free_buffer(pfn_to_page(dma_to_pfn(dev, handle)), size);
424 }
425 EXPORT_SYMBOL(dma_free_coherent);
426
427 /*
428  * Make an area consistent for devices.
429  * Note: Drivers should NOT use this function directly, as it will break
430  * platforms with CONFIG_DMABOUNCE.
431  * Use the driver DMA support - see dma-mapping.h (dma_sync_*)
432  */
433 void ___dma_single_cpu_to_dev(const void *kaddr, size_t size,
434         enum dma_data_direction dir)
435 {
436         unsigned long paddr;
437
438         BUG_ON(!virt_addr_valid(kaddr) || !virt_addr_valid(kaddr + size - 1));
439
440         dmac_map_area(kaddr, size, dir);
441
442         paddr = __pa(kaddr);
443         if (dir == DMA_FROM_DEVICE) {
444                 outer_inv_range(paddr, paddr + size);
445         } else {
446                 outer_clean_range(paddr, paddr + size);
447         }
448         /* FIXME: non-speculating: flush on bidirectional mappings? */
449 }
450 EXPORT_SYMBOL(___dma_single_cpu_to_dev);
451
452 void ___dma_single_dev_to_cpu(const void *kaddr, size_t size,
453         enum dma_data_direction dir)
454 {
455         BUG_ON(!virt_addr_valid(kaddr) || !virt_addr_valid(kaddr + size - 1));
456
457         /* FIXME: non-speculating: not required */
458         /* don't bother invalidating if DMA to device */
459         if (dir != DMA_TO_DEVICE) {
460                 unsigned long paddr = __pa(kaddr);
461                 outer_inv_range(paddr, paddr + size);
462         }
463
464         dmac_unmap_area(kaddr, size, dir);
465 }
466 EXPORT_SYMBOL(___dma_single_dev_to_cpu);
467
468 static void dma_cache_maint_page(struct page *page, unsigned long offset,
469         size_t size, enum dma_data_direction dir,
470         void (*op)(const void *, size_t, int))
471 {
472         /*
473          * A single sg entry may refer to multiple physically contiguous
474          * pages.  But we still need to process highmem pages individually.
475          * If highmem is not configured then the bulk of this loop gets
476          * optimized out.
477          */
478         size_t left = size;
479         do {
480                 size_t len = left;
481                 void *vaddr;
482
483                 if (PageHighMem(page)) {
484                         if (len + offset > PAGE_SIZE) {
485                                 if (offset >= PAGE_SIZE) {
486                                         page += offset / PAGE_SIZE;
487                                         offset %= PAGE_SIZE;
488                                 }
489                                 len = PAGE_SIZE - offset;
490                         }
491                         vaddr = kmap_high_get(page);
492                         if (vaddr) {
493                                 vaddr += offset;
494                                 op(vaddr, len, dir);
495                                 kunmap_high(page);
496                         } else if (cache_is_vipt()) {
497                                 /* unmapped pages might still be cached */
498                                 vaddr = kmap_atomic(page);
499                                 op(vaddr + offset, len, dir);
500                                 kunmap_atomic(vaddr);
501                         }
502                 } else {
503                         vaddr = page_address(page) + offset;
504                         op(vaddr, len, dir);
505                 }
506                 offset = 0;
507                 page++;
508                 left -= len;
509         } while (left);
510 }
511
512 void ___dma_page_cpu_to_dev(struct page *page, unsigned long off,
513         size_t size, enum dma_data_direction dir)
514 {
515         unsigned long paddr;
516
517         dma_cache_maint_page(page, off, size, dir, dmac_map_area);
518
519         paddr = page_to_phys(page) + off;
520         if (dir == DMA_FROM_DEVICE) {
521                 outer_inv_range(paddr, paddr + size);
522         } else {
523                 outer_clean_range(paddr, paddr + size);
524         }
525         /* FIXME: non-speculating: flush on bidirectional mappings? */
526 }
527 EXPORT_SYMBOL(___dma_page_cpu_to_dev);
528
529 void ___dma_page_dev_to_cpu(struct page *page, unsigned long off,
530         size_t size, enum dma_data_direction dir)
531 {
532         unsigned long paddr = page_to_phys(page) + off;
533
534         /* FIXME: non-speculating: not required */
535         /* don't bother invalidating if DMA to device */
536         if (dir != DMA_TO_DEVICE)
537                 outer_inv_range(paddr, paddr + size);
538
539         dma_cache_maint_page(page, off, size, dir, dmac_unmap_area);
540
541         /*
542          * Mark the D-cache clean for this page to avoid extra flushing.
543          */
544         if (dir != DMA_TO_DEVICE && off == 0 && size >= PAGE_SIZE)
545                 set_bit(PG_dcache_clean, &page->flags);
546 }
547 EXPORT_SYMBOL(___dma_page_dev_to_cpu);
548
549 /**
550  * dma_map_sg - map a set of SG buffers for streaming mode DMA
551  * @dev: valid struct device pointer, or NULL for ISA and EISA-like devices
552  * @sg: list of buffers
553  * @nents: number of buffers to map
554  * @dir: DMA transfer direction
555  *
556  * Map a set of buffers described by scatterlist in streaming mode for DMA.
557  * This is the scatter-gather version of the dma_map_single interface.
558  * Here the scatter gather list elements are each tagged with the
559  * appropriate dma address and length.  They are obtained via
560  * sg_dma_{address,length}.
561  *
562  * Device ownership issues as mentioned for dma_map_single are the same
563  * here.
564  */
565 int dma_map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg, int nents,
566                 enum dma_data_direction dir)
567 {
568         struct scatterlist *s;
569         int i, j;
570
571         BUG_ON(!valid_dma_direction(dir));
572
573         for_each_sg(sg, s, nents, i) {
574                 s->dma_address = __dma_map_page(dev, sg_page(s), s->offset,
575                                                 s->length, dir);
576                 if (dma_mapping_error(dev, s->dma_address))
577                         goto bad_mapping;
578         }
579         debug_dma_map_sg(dev, sg, nents, nents, dir);
580         return nents;
581
582  bad_mapping:
583         for_each_sg(sg, s, i, j)
584                 __dma_unmap_page(dev, sg_dma_address(s), sg_dma_len(s), dir);
585         return 0;
586 }
587 EXPORT_SYMBOL(dma_map_sg);
588
589 /**
590  * dma_unmap_sg - unmap a set of SG buffers mapped by dma_map_sg
591  * @dev: valid struct device pointer, or NULL for ISA and EISA-like devices
592  * @sg: list of buffers
593  * @nents: number of buffers to unmap (same as was passed to dma_map_sg)
594  * @dir: DMA transfer direction (same as was passed to dma_map_sg)
595  *
596  * Unmap a set of streaming mode DMA translations.  Again, CPU access
597  * rules concerning calls here are the same as for dma_unmap_single().
598  */
599 void dma_unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg, int nents,
600                 enum dma_data_direction dir)
601 {
602         struct scatterlist *s;
603         int i;
604
605         debug_dma_unmap_sg(dev, sg, nents, dir);
606
607         for_each_sg(sg, s, nents, i)
608                 __dma_unmap_page(dev, sg_dma_address(s), sg_dma_len(s), dir);
609 }
610 EXPORT_SYMBOL(dma_unmap_sg);
611
612 /**
613  * dma_sync_sg_for_cpu
614  * @dev: valid struct device pointer, or NULL for ISA and EISA-like devices
615  * @sg: list of buffers
616  * @nents: number of buffers to map (returned from dma_map_sg)
617  * @dir: DMA transfer direction (same as was passed to dma_map_sg)
618  */
619 void dma_sync_sg_for_cpu(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
620                         int nents, enum dma_data_direction dir)
621 {
622         struct scatterlist *s;
623         int i;
624
625         for_each_sg(sg, s, nents, i) {
626                 if (!dmabounce_sync_for_cpu(dev, sg_dma_address(s), 0,
627                                             sg_dma_len(s), dir))
628                         continue;
629
630                 __dma_page_dev_to_cpu(sg_page(s), s->offset,
631                                       s->length, dir);
632         }
633
634         debug_dma_sync_sg_for_cpu(dev, sg, nents, dir);
635 }
636 EXPORT_SYMBOL(dma_sync_sg_for_cpu);
637
638 /**
639  * dma_sync_sg_for_device
640  * @dev: valid struct device pointer, or NULL for ISA and EISA-like devices
641  * @sg: list of buffers
642  * @nents: number of buffers to map (returned from dma_map_sg)
643  * @dir: DMA transfer direction (same as was passed to dma_map_sg)
644  */
645 void dma_sync_sg_for_device(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
646                         int nents, enum dma_data_direction dir)
647 {
648         struct scatterlist *s;
649         int i;
650
651         for_each_sg(sg, s, nents, i) {
652                 if (!dmabounce_sync_for_device(dev, sg_dma_address(s), 0,
653                                         sg_dma_len(s), dir))
654                         continue;
655
656                 __dma_page_cpu_to_dev(sg_page(s), s->offset,
657                                       s->length, dir);
658         }
659
660         debug_dma_sync_sg_for_device(dev, sg, nents, dir);
661 }
662 EXPORT_SYMBOL(dma_sync_sg_for_device);
663
664 /*
665  * Return whether the given device DMA address mask can be supported
666  * properly.  For example, if your device can only drive the low 24-bits
667  * during bus mastering, then you would pass 0x00ffffff as the mask
668  * to this function.
669  */
670 int dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
671 {
672         if (mask < (u64)arm_dma_limit)
673                 return 0;
674         return 1;
675 }
676 EXPORT_SYMBOL(dma_supported);
677
678 int dma_set_mask(struct device *dev, u64 dma_mask)
679 {
680         if (!dev->dma_mask || !dma_supported(dev, dma_mask))
681                 return -EIO;
682
683 #ifndef CONFIG_DMABOUNCE
684         *dev->dma_mask = dma_mask;
685 #endif
686
687         return 0;
688 }
689 EXPORT_SYMBOL(dma_set_mask);
690
691 #define PREALLOC_DMA_DEBUG_ENTRIES      4096
692
693 static int __init dma_debug_do_init(void)
694 {
695         dma_debug_init(PREALLOC_DMA_DEBUG_ENTRIES);
696         return 0;
697 }
698 fs_initcall(dma_debug_do_init);