SPARC: sg chaining support
[linux-2.6.git] / arch / sparc / mm / iommu.c
1 /*
2  * iommu.c:  IOMMU specific routines for memory management.
3  *
4  * Copyright (C) 1995 David S. Miller  (davem@caip.rutgers.edu)
5  * Copyright (C) 1995,2002 Pete Zaitcev     (zaitcev@yahoo.com)
6  * Copyright (C) 1996 Eddie C. Dost    (ecd@skynet.be)
7  * Copyright (C) 1997,1998 Jakub Jelinek    (jj@sunsite.mff.cuni.cz)
8  */
9  
10 #include <linux/kernel.h>
11 #include <linux/init.h>
12 #include <linux/mm.h>
13 #include <linux/slab.h>
14 #include <linux/highmem.h>      /* pte_offset_map => kmap_atomic */
15 #include <linux/scatterlist.h>
16
17 #include <asm/pgalloc.h>
18 #include <asm/pgtable.h>
19 #include <asm/sbus.h>
20 #include <asm/io.h>
21 #include <asm/mxcc.h>
22 #include <asm/mbus.h>
23 #include <asm/cacheflush.h>
24 #include <asm/tlbflush.h>
25 #include <asm/bitext.h>
26 #include <asm/iommu.h>
27 #include <asm/dma.h>
28
29 /*
30  * This can be sized dynamically, but we will do this
31  * only when we have a guidance about actual I/O pressures.
32  */
33 #define IOMMU_RNGE      IOMMU_RNGE_256MB
34 #define IOMMU_START     0xF0000000
35 #define IOMMU_WINSIZE   (256*1024*1024U)
36 #define IOMMU_NPTES     (IOMMU_WINSIZE/PAGE_SIZE)       /* 64K PTEs, 265KB */
37 #define IOMMU_ORDER     6                               /* 4096 * (1<<6) */
38
39 /* srmmu.c */
40 extern int viking_mxcc_present;
41 BTFIXUPDEF_CALL(void, flush_page_for_dma, unsigned long)
42 #define flush_page_for_dma(page) BTFIXUP_CALL(flush_page_for_dma)(page)
43 extern int flush_page_for_dma_global;
44 static int viking_flush;
45 /* viking.S */
46 extern void viking_flush_page(unsigned long page);
47 extern void viking_mxcc_flush_page(unsigned long page);
48
49 /*
50  * Values precomputed according to CPU type.
51  */
52 static unsigned int ioperm_noc;         /* Consistent mapping iopte flags */
53 static pgprot_t dvma_prot;              /* Consistent mapping pte flags */
54
55 #define IOPERM        (IOPTE_CACHE | IOPTE_WRITE | IOPTE_VALID)
56 #define MKIOPTE(pfn, perm) (((((pfn)<<8) & IOPTE_PAGE) | (perm)) & ~IOPTE_WAZ)
57
58 void __init
59 iommu_init(int iommund, struct sbus_bus *sbus)
60 {
61         unsigned int impl, vers;
62         unsigned long tmp;
63         struct iommu_struct *iommu;
64         struct linux_prom_registers iommu_promregs[PROMREG_MAX];
65         struct resource r;
66         unsigned long *bitmap;
67
68         iommu = kmalloc(sizeof(struct iommu_struct), GFP_ATOMIC);
69         if (!iommu) {
70                 prom_printf("Unable to allocate iommu structure\n");
71                 prom_halt();
72         }
73         iommu->regs = NULL;
74         if (prom_getproperty(iommund, "reg", (void *) iommu_promregs,
75                          sizeof(iommu_promregs)) != -1) {
76                 memset(&r, 0, sizeof(r));
77                 r.flags = iommu_promregs[0].which_io;
78                 r.start = iommu_promregs[0].phys_addr;
79                 iommu->regs = (struct iommu_regs *)
80                         sbus_ioremap(&r, 0, PAGE_SIZE * 3, "iommu_regs");
81         }
82         if (!iommu->regs) {
83                 prom_printf("Cannot map IOMMU registers\n");
84                 prom_halt();
85         }
86         impl = (iommu->regs->control & IOMMU_CTRL_IMPL) >> 28;
87         vers = (iommu->regs->control & IOMMU_CTRL_VERS) >> 24;
88         tmp = iommu->regs->control;
89         tmp &= ~(IOMMU_CTRL_RNGE);
90         tmp |= (IOMMU_RNGE_256MB | IOMMU_CTRL_ENAB);
91         iommu->regs->control = tmp;
92         iommu_invalidate(iommu->regs);
93         iommu->start = IOMMU_START;
94         iommu->end = 0xffffffff;
95
96         /* Allocate IOMMU page table */
97         /* Stupid alignment constraints give me a headache. 
98            We need 256K or 512K or 1M or 2M area aligned to
99            its size and current gfp will fortunately give
100            it to us. */
101         tmp = __get_free_pages(GFP_KERNEL, IOMMU_ORDER);
102         if (!tmp) {
103                 prom_printf("Unable to allocate iommu table [0x%08x]\n",
104                             IOMMU_NPTES*sizeof(iopte_t));
105                 prom_halt();
106         }
107         iommu->page_table = (iopte_t *)tmp;
108
109         /* Initialize new table. */
110         memset(iommu->page_table, 0, IOMMU_NPTES*sizeof(iopte_t));
111         flush_cache_all();
112         flush_tlb_all();
113         iommu->regs->base = __pa((unsigned long) iommu->page_table) >> 4;
114         iommu_invalidate(iommu->regs);
115
116         bitmap = kmalloc(IOMMU_NPTES>>3, GFP_KERNEL);
117         if (!bitmap) {
118                 prom_printf("Unable to allocate iommu bitmap [%d]\n",
119                             (int)(IOMMU_NPTES>>3));
120                 prom_halt();
121         }
122         bit_map_init(&iommu->usemap, bitmap, IOMMU_NPTES);
123         /* To be coherent on HyperSparc, the page color of DVMA
124          * and physical addresses must match.
125          */
126         if (srmmu_modtype == HyperSparc)
127                 iommu->usemap.num_colors = vac_cache_size >> PAGE_SHIFT;
128         else
129                 iommu->usemap.num_colors = 1;
130
131         printk("IOMMU: impl %d vers %d table 0x%p[%d B] map [%d b]\n",
132             impl, vers, iommu->page_table,
133             (int)(IOMMU_NPTES*sizeof(iopte_t)), (int)IOMMU_NPTES);
134
135         sbus->ofdev.dev.archdata.iommu = iommu;
136 }
137
138 /* This begs to be btfixup-ed by srmmu. */
139 /* Flush the iotlb entries to ram. */
140 /* This could be better if we didn't have to flush whole pages. */
141 static void iommu_flush_iotlb(iopte_t *iopte, unsigned int niopte)
142 {
143         unsigned long start;
144         unsigned long end;
145
146         start = (unsigned long)iopte;
147         end = PAGE_ALIGN(start + niopte*sizeof(iopte_t));
148         start &= PAGE_MASK;
149         if (viking_mxcc_present) {
150                 while(start < end) {
151                         viking_mxcc_flush_page(start);
152                         start += PAGE_SIZE;
153                 }
154         } else if (viking_flush) {
155                 while(start < end) {
156                         viking_flush_page(start);
157                         start += PAGE_SIZE;
158                 }
159         } else {
160                 while(start < end) {
161                         __flush_page_to_ram(start);
162                         start += PAGE_SIZE;
163                 }
164         }
165 }
166
167 static u32 iommu_get_one(struct page *page, int npages, struct sbus_bus *sbus)
168 {
169         struct iommu_struct *iommu = sbus->ofdev.dev.archdata.iommu;
170         int ioptex;
171         iopte_t *iopte, *iopte0;
172         unsigned int busa, busa0;
173         int i;
174
175         /* page color = pfn of page */
176         ioptex = bit_map_string_get(&iommu->usemap, npages, page_to_pfn(page));
177         if (ioptex < 0)
178                 panic("iommu out");
179         busa0 = iommu->start + (ioptex << PAGE_SHIFT);
180         iopte0 = &iommu->page_table[ioptex];
181
182         busa = busa0;
183         iopte = iopte0;
184         for (i = 0; i < npages; i++) {
185                 iopte_val(*iopte) = MKIOPTE(page_to_pfn(page), IOPERM);
186                 iommu_invalidate_page(iommu->regs, busa);
187                 busa += PAGE_SIZE;
188                 iopte++;
189                 page++;
190         }
191
192         iommu_flush_iotlb(iopte0, npages);
193
194         return busa0;
195 }
196
197 static u32 iommu_get_scsi_one(char *vaddr, unsigned int len,
198     struct sbus_bus *sbus)
199 {
200         unsigned long off;
201         int npages;
202         struct page *page;
203         u32 busa;
204
205         off = (unsigned long)vaddr & ~PAGE_MASK;
206         npages = (off + len + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
207         page = virt_to_page((unsigned long)vaddr & PAGE_MASK);
208         busa = iommu_get_one(page, npages, sbus);
209         return busa + off;
210 }
211
212 static __u32 iommu_get_scsi_one_noflush(char *vaddr, unsigned long len, struct sbus_bus *sbus)
213 {
214         return iommu_get_scsi_one(vaddr, len, sbus);
215 }
216
217 static __u32 iommu_get_scsi_one_gflush(char *vaddr, unsigned long len, struct sbus_bus *sbus)
218 {
219         flush_page_for_dma(0);
220         return iommu_get_scsi_one(vaddr, len, sbus);
221 }
222
223 static __u32 iommu_get_scsi_one_pflush(char *vaddr, unsigned long len, struct sbus_bus *sbus)
224 {
225         unsigned long page = ((unsigned long) vaddr) & PAGE_MASK;
226
227         while(page < ((unsigned long)(vaddr + len))) {
228                 flush_page_for_dma(page);
229                 page += PAGE_SIZE;
230         }
231         return iommu_get_scsi_one(vaddr, len, sbus);
232 }
233
234 static void iommu_get_scsi_sgl_noflush(struct scatterlist *sg, int sz, struct sbus_bus *sbus)
235 {
236         int n;
237
238         while (sz != 0) {
239                 --sz;
240                 n = (sg->length + sg->offset + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
241                 sg->dvma_address = iommu_get_one(sg->page, n, sbus) + sg->offset;
242                 sg->dvma_length = (__u32) sg->length;
243                 sg = sg_next(sg);
244         }
245 }
246
247 static void iommu_get_scsi_sgl_gflush(struct scatterlist *sg, int sz, struct sbus_bus *sbus)
248 {
249         int n;
250
251         flush_page_for_dma(0);
252         while (sz != 0) {
253                 --sz;
254                 n = (sg->length + sg->offset + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
255                 sg->dvma_address = iommu_get_one(sg->page, n, sbus) + sg->offset;
256                 sg->dvma_length = (__u32) sg->length;
257                 sg = sg_next(sg);
258         }
259 }
260
261 static void iommu_get_scsi_sgl_pflush(struct scatterlist *sg, int sz, struct sbus_bus *sbus)
262 {
263         unsigned long page, oldpage = 0;
264         int n, i;
265
266         while(sz != 0) {
267                 --sz;
268
269                 n = (sg->length + sg->offset + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
270
271                 /*
272                  * We expect unmapped highmem pages to be not in the cache.
273                  * XXX Is this a good assumption?
274                  * XXX What if someone else unmaps it here and races us?
275                  */
276                 if ((page = (unsigned long) page_address(sg->page)) != 0) {
277                         for (i = 0; i < n; i++) {
278                                 if (page != oldpage) {  /* Already flushed? */
279                                         flush_page_for_dma(page);
280                                         oldpage = page;
281                                 }
282                                 page += PAGE_SIZE;
283                         }
284                 }
285
286                 sg->dvma_address = iommu_get_one(sg->page, n, sbus) + sg->offset;
287                 sg->dvma_length = (__u32) sg->length;
288                 sg = sg_next(sg);
289         }
290 }
291
292 static void iommu_release_one(u32 busa, int npages, struct sbus_bus *sbus)
293 {
294         struct iommu_struct *iommu = sbus->ofdev.dev.archdata.iommu;
295         int ioptex;
296         int i;
297
298         BUG_ON(busa < iommu->start);
299         ioptex = (busa - iommu->start) >> PAGE_SHIFT;
300         for (i = 0; i < npages; i++) {
301                 iopte_val(iommu->page_table[ioptex + i]) = 0;
302                 iommu_invalidate_page(iommu->regs, busa);
303                 busa += PAGE_SIZE;
304         }
305         bit_map_clear(&iommu->usemap, ioptex, npages);
306 }
307
308 static void iommu_release_scsi_one(__u32 vaddr, unsigned long len, struct sbus_bus *sbus)
309 {
310         unsigned long off;
311         int npages;
312
313         off = vaddr & ~PAGE_MASK;
314         npages = (off + len + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
315         iommu_release_one(vaddr & PAGE_MASK, npages, sbus);
316 }
317
318 static void iommu_release_scsi_sgl(struct scatterlist *sg, int sz, struct sbus_bus *sbus)
319 {
320         int n;
321
322         while(sz != 0) {
323                 --sz;
324
325                 n = (sg->length + sg->offset + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
326                 iommu_release_one(sg->dvma_address & PAGE_MASK, n, sbus);
327                 sg->dvma_address = 0x21212121;
328                 sg = sg_next(sg);
329         }
330 }
331
332 #ifdef CONFIG_SBUS
333 static int iommu_map_dma_area(dma_addr_t *pba, unsigned long va,
334     unsigned long addr, int len)
335 {
336         unsigned long page, end;
337         struct iommu_struct *iommu = sbus_root->ofdev.dev.archdata.iommu;
338         iopte_t *iopte = iommu->page_table;
339         iopte_t *first;
340         int ioptex;
341
342         BUG_ON((va & ~PAGE_MASK) != 0);
343         BUG_ON((addr & ~PAGE_MASK) != 0);
344         BUG_ON((len & ~PAGE_MASK) != 0);
345
346         /* page color = physical address */
347         ioptex = bit_map_string_get(&iommu->usemap, len >> PAGE_SHIFT,
348                 addr >> PAGE_SHIFT);
349         if (ioptex < 0)
350                 panic("iommu out");
351
352         iopte += ioptex;
353         first = iopte;
354         end = addr + len;
355         while(addr < end) {
356                 page = va;
357                 {
358                         pgd_t *pgdp;
359                         pmd_t *pmdp;
360                         pte_t *ptep;
361
362                         if (viking_mxcc_present)
363                                 viking_mxcc_flush_page(page);
364                         else if (viking_flush)
365                                 viking_flush_page(page);
366                         else
367                                 __flush_page_to_ram(page);
368
369                         pgdp = pgd_offset(&init_mm, addr);
370                         pmdp = pmd_offset(pgdp, addr);
371                         ptep = pte_offset_map(pmdp, addr);
372
373                         set_pte(ptep, mk_pte(virt_to_page(page), dvma_prot));
374                 }
375                 iopte_val(*iopte++) =
376                     MKIOPTE(page_to_pfn(virt_to_page(page)), ioperm_noc);
377                 addr += PAGE_SIZE;
378                 va += PAGE_SIZE;
379         }
380         /* P3: why do we need this?
381          *
382          * DAVEM: Because there are several aspects, none of which
383          *        are handled by a single interface.  Some cpus are
384          *        completely not I/O DMA coherent, and some have
385          *        virtually indexed caches.  The driver DMA flushing
386          *        methods handle the former case, but here during
387          *        IOMMU page table modifications, and usage of non-cacheable
388          *        cpu mappings of pages potentially in the cpu caches, we have
389          *        to handle the latter case as well.
390          */
391         flush_cache_all();
392         iommu_flush_iotlb(first, len >> PAGE_SHIFT);
393         flush_tlb_all();
394         iommu_invalidate(iommu->regs);
395
396         *pba = iommu->start + (ioptex << PAGE_SHIFT);
397         return 0;
398 }
399
400 static void iommu_unmap_dma_area(unsigned long busa, int len)
401 {
402         struct iommu_struct *iommu = sbus_root->ofdev.dev.archdata.iommu;
403         iopte_t *iopte = iommu->page_table;
404         unsigned long end;
405         int ioptex = (busa - iommu->start) >> PAGE_SHIFT;
406
407         BUG_ON((busa & ~PAGE_MASK) != 0);
408         BUG_ON((len & ~PAGE_MASK) != 0);
409
410         iopte += ioptex;
411         end = busa + len;
412         while (busa < end) {
413                 iopte_val(*iopte++) = 0;
414                 busa += PAGE_SIZE;
415         }
416         flush_tlb_all();
417         iommu_invalidate(iommu->regs);
418         bit_map_clear(&iommu->usemap, ioptex, len >> PAGE_SHIFT);
419 }
420
421 static struct page *iommu_translate_dvma(unsigned long busa)
422 {
423         struct iommu_struct *iommu = sbus_root->ofdev.dev.archdata.iommu;
424         iopte_t *iopte = iommu->page_table;
425
426         iopte += ((busa - iommu->start) >> PAGE_SHIFT);
427         return pfn_to_page((iopte_val(*iopte) & IOPTE_PAGE) >> (PAGE_SHIFT-4));
428 }
429 #endif
430
431 static char *iommu_lockarea(char *vaddr, unsigned long len)
432 {
433         return vaddr;
434 }
435
436 static void iommu_unlockarea(char *vaddr, unsigned long len)
437 {
438 }
439
440 void __init ld_mmu_iommu(void)
441 {
442         viking_flush = (BTFIXUPVAL_CALL(flush_page_for_dma) == (unsigned long)viking_flush_page);
443         BTFIXUPSET_CALL(mmu_lockarea, iommu_lockarea, BTFIXUPCALL_RETO0);
444         BTFIXUPSET_CALL(mmu_unlockarea, iommu_unlockarea, BTFIXUPCALL_NOP);
445
446         if (!BTFIXUPVAL_CALL(flush_page_for_dma)) {
447                 /* IO coherent chip */
448                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_one, iommu_get_scsi_one_noflush, BTFIXUPCALL_RETO0);
449                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_sgl, iommu_get_scsi_sgl_noflush, BTFIXUPCALL_NORM);
450         } else if (flush_page_for_dma_global) {
451                 /* flush_page_for_dma flushes everything, no matter of what page is it */
452                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_one, iommu_get_scsi_one_gflush, BTFIXUPCALL_NORM);
453                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_sgl, iommu_get_scsi_sgl_gflush, BTFIXUPCALL_NORM);
454         } else {
455                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_one, iommu_get_scsi_one_pflush, BTFIXUPCALL_NORM);
456                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_sgl, iommu_get_scsi_sgl_pflush, BTFIXUPCALL_NORM);
457         }
458         BTFIXUPSET_CALL(mmu_release_scsi_one, iommu_release_scsi_one, BTFIXUPCALL_NORM);
459         BTFIXUPSET_CALL(mmu_release_scsi_sgl, iommu_release_scsi_sgl, BTFIXUPCALL_NORM);
460
461 #ifdef CONFIG_SBUS
462         BTFIXUPSET_CALL(mmu_map_dma_area, iommu_map_dma_area, BTFIXUPCALL_NORM);
463         BTFIXUPSET_CALL(mmu_unmap_dma_area, iommu_unmap_dma_area, BTFIXUPCALL_NORM);
464         BTFIXUPSET_CALL(mmu_translate_dvma, iommu_translate_dvma, BTFIXUPCALL_NORM);
465 #endif
466
467         if (viking_mxcc_present || srmmu_modtype == HyperSparc) {
468                 dvma_prot = __pgprot(SRMMU_CACHE | SRMMU_ET_PTE | SRMMU_PRIV);
469                 ioperm_noc = IOPTE_CACHE | IOPTE_WRITE | IOPTE_VALID;
470         } else {
471                 dvma_prot = __pgprot(SRMMU_ET_PTE | SRMMU_PRIV);
472                 ioperm_noc = IOPTE_WRITE | IOPTE_VALID;
473         }
474 }