Linux-2.6.12-rc2
[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/config.h>
11 #include <linux/kernel.h>
12 #include <linux/init.h>
13 #include <linux/mm.h>
14 #include <linux/slab.h>
15 #include <linux/highmem.h>      /* pte_offset_map => kmap_atomic */
16
17 #include <asm/scatterlist.h>
18 #include <asm/pgalloc.h>
19 #include <asm/pgtable.h>
20 #include <asm/sbus.h>
21 #include <asm/io.h>
22 #include <asm/mxcc.h>
23 #include <asm/mbus.h>
24 #include <asm/cacheflush.h>
25 #include <asm/tlbflush.h>
26 #include <asm/bitext.h>
27 #include <asm/iommu.h>
28 #include <asm/dma.h>
29
30 /*
31  * This can be sized dynamically, but we will do this
32  * only when we have a guidance about actual I/O pressures.
33  */
34 #define IOMMU_RNGE      IOMMU_RNGE_256MB
35 #define IOMMU_START     0xF0000000
36 #define IOMMU_WINSIZE   (256*1024*1024U)
37 #define IOMMU_NPTES     (IOMMU_WINSIZE/PAGE_SIZE)       /* 64K PTEs, 265KB */
38 #define IOMMU_ORDER     6                               /* 4096 * (1<<6) */
39
40 /* srmmu.c */
41 extern int viking_mxcc_present;
42 BTFIXUPDEF_CALL(void, flush_page_for_dma, unsigned long)
43 #define flush_page_for_dma(page) BTFIXUP_CALL(flush_page_for_dma)(page)
44 extern int flush_page_for_dma_global;
45 static int viking_flush;
46 /* viking.S */
47 extern void viking_flush_page(unsigned long page);
48 extern void viking_mxcc_flush_page(unsigned long page);
49
50 /*
51  * Values precomputed according to CPU type.
52  */
53 static unsigned int ioperm_noc;         /* Consistent mapping iopte flags */
54 static pgprot_t dvma_prot;              /* Consistent mapping pte flags */
55
56 #define IOPERM        (IOPTE_CACHE | IOPTE_WRITE | IOPTE_VALID)
57 #define MKIOPTE(pfn, perm) (((((pfn)<<8) & IOPTE_PAGE) | (perm)) & ~IOPTE_WAZ)
58
59 void __init
60 iommu_init(int iommund, struct sbus_bus *sbus)
61 {
62         unsigned int impl, vers;
63         unsigned long tmp;
64         struct iommu_struct *iommu;
65         struct linux_prom_registers iommu_promregs[PROMREG_MAX];
66         struct resource r;
67         unsigned long *bitmap;
68
69         iommu = kmalloc(sizeof(struct iommu_struct), GFP_ATOMIC);
70         if (!iommu) {
71                 prom_printf("Unable to allocate iommu structure\n");
72                 prom_halt();
73         }
74         iommu->regs = NULL;
75         if (prom_getproperty(iommund, "reg", (void *) iommu_promregs,
76                          sizeof(iommu_promregs)) != -1) {
77                 memset(&r, 0, sizeof(r));
78                 r.flags = iommu_promregs[0].which_io;
79                 r.start = iommu_promregs[0].phys_addr;
80                 iommu->regs = (struct iommu_regs *)
81                         sbus_ioremap(&r, 0, PAGE_SIZE * 3, "iommu_regs");
82         }
83         if (!iommu->regs) {
84                 prom_printf("Cannot map IOMMU registers\n");
85                 prom_halt();
86         }
87         impl = (iommu->regs->control & IOMMU_CTRL_IMPL) >> 28;
88         vers = (iommu->regs->control & IOMMU_CTRL_VERS) >> 24;
89         tmp = iommu->regs->control;
90         tmp &= ~(IOMMU_CTRL_RNGE);
91         tmp |= (IOMMU_RNGE_256MB | IOMMU_CTRL_ENAB);
92         iommu->regs->control = tmp;
93         iommu_invalidate(iommu->regs);
94         iommu->start = IOMMU_START;
95         iommu->end = 0xffffffff;
96
97         /* Allocate IOMMU page table */
98         /* Stupid alignment constraints give me a headache. 
99            We need 256K or 512K or 1M or 2M area aligned to
100            its size and current gfp will fortunately give
101            it to us. */
102         tmp = __get_free_pages(GFP_KERNEL, IOMMU_ORDER);
103         if (!tmp) {
104                 prom_printf("Unable to allocate iommu table [0x%08x]\n",
105                             IOMMU_NPTES*sizeof(iopte_t));
106                 prom_halt();
107         }
108         iommu->page_table = (iopte_t *)tmp;
109
110         /* Initialize new table. */
111         memset(iommu->page_table, 0, IOMMU_NPTES*sizeof(iopte_t));
112         flush_cache_all();
113         flush_tlb_all();
114         iommu->regs->base = __pa((unsigned long) iommu->page_table) >> 4;
115         iommu_invalidate(iommu->regs);
116
117         bitmap = kmalloc(IOMMU_NPTES>>3, GFP_KERNEL);
118         if (!bitmap) {
119                 prom_printf("Unable to allocate iommu bitmap [%d]\n",
120                             (int)(IOMMU_NPTES>>3));
121                 prom_halt();
122         }
123         bit_map_init(&iommu->usemap, bitmap, IOMMU_NPTES);
124         /* To be coherent on HyperSparc, the page color of DVMA
125          * and physical addresses must match.
126          */
127         if (srmmu_modtype == HyperSparc)
128                 iommu->usemap.num_colors = vac_cache_size >> PAGE_SHIFT;
129         else
130                 iommu->usemap.num_colors = 1;
131
132         printk("IOMMU: impl %d vers %d table 0x%p[%d B] map [%d b]\n",
133             impl, vers, iommu->page_table,
134             (int)(IOMMU_NPTES*sizeof(iopte_t)), (int)IOMMU_NPTES);
135
136         sbus->iommu = iommu;
137 }
138
139 /* This begs to be btfixup-ed by srmmu. */
140 /* Flush the iotlb entries to ram. */
141 /* This could be better if we didn't have to flush whole pages. */
142 static void iommu_flush_iotlb(iopte_t *iopte, unsigned int niopte)
143 {
144         unsigned long start;
145         unsigned long end;
146
147         start = (unsigned long)iopte & PAGE_MASK;
148         end = PAGE_ALIGN(start + niopte*sizeof(iopte_t));
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->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++;
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++;
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++;
289         }
290 }
291
292 static void iommu_release_one(u32 busa, int npages, struct sbus_bus *sbus)
293 {
294         struct iommu_struct *iommu = sbus->iommu;
295         int ioptex;
296         int i;
297
298         if (busa < iommu->start)
299                 BUG();
300         ioptex = (busa - iommu->start) >> PAGE_SHIFT;
301         for (i = 0; i < npages; i++) {
302                 iopte_val(iommu->page_table[ioptex + i]) = 0;
303                 iommu_invalidate_page(iommu->regs, busa);
304                 busa += PAGE_SIZE;
305         }
306         bit_map_clear(&iommu->usemap, ioptex, npages);
307 }
308
309 static void iommu_release_scsi_one(__u32 vaddr, unsigned long len, struct sbus_bus *sbus)
310 {
311         unsigned long off;
312         int npages;
313
314         off = vaddr & ~PAGE_MASK;
315         npages = (off + len + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
316         iommu_release_one(vaddr & PAGE_MASK, npages, sbus);
317 }
318
319 static void iommu_release_scsi_sgl(struct scatterlist *sg, int sz, struct sbus_bus *sbus)
320 {
321         int n;
322
323         while(sz != 0) {
324                 --sz;
325
326                 n = (sg->length + sg->offset + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
327                 iommu_release_one(sg->dvma_address & PAGE_MASK, n, sbus);
328                 sg->dvma_address = 0x21212121;
329                 sg++;
330         }
331 }
332
333 #ifdef CONFIG_SBUS
334 static int iommu_map_dma_area(dma_addr_t *pba, unsigned long va,
335     unsigned long addr, int len)
336 {
337         unsigned long page, end;
338         struct iommu_struct *iommu = sbus_root->iommu;
339         iopte_t *iopte = iommu->page_table;
340         iopte_t *first;
341         int ioptex;
342
343         if ((va & ~PAGE_MASK) != 0) BUG();
344         if ((addr & ~PAGE_MASK) != 0) BUG();
345         if ((len & ~PAGE_MASK) != 0) BUG();
346
347         /* page color = physical address */
348         ioptex = bit_map_string_get(&iommu->usemap, len >> PAGE_SHIFT,
349                 addr >> PAGE_SHIFT);
350         if (ioptex < 0)
351                 panic("iommu out");
352
353         iopte += ioptex;
354         first = iopte;
355         end = addr + len;
356         while(addr < end) {
357                 page = va;
358                 {
359                         pgd_t *pgdp;
360                         pmd_t *pmdp;
361                         pte_t *ptep;
362
363                         if (viking_mxcc_present)
364                                 viking_mxcc_flush_page(page);
365                         else if (viking_flush)
366                                 viking_flush_page(page);
367                         else
368                                 __flush_page_to_ram(page);
369
370                         pgdp = pgd_offset(&init_mm, addr);
371                         pmdp = pmd_offset(pgdp, addr);
372                         ptep = pte_offset_map(pmdp, addr);
373
374                         set_pte(ptep, mk_pte(virt_to_page(page), dvma_prot));
375                 }
376                 iopte_val(*iopte++) =
377                     MKIOPTE(page_to_pfn(virt_to_page(page)), ioperm_noc);
378                 addr += PAGE_SIZE;
379                 va += PAGE_SIZE;
380         }
381         /* P3: why do we need this?
382          *
383          * DAVEM: Because there are several aspects, none of which
384          *        are handled by a single interface.  Some cpus are
385          *        completely not I/O DMA coherent, and some have
386          *        virtually indexed caches.  The driver DMA flushing
387          *        methods handle the former case, but here during
388          *        IOMMU page table modifications, and usage of non-cacheable
389          *        cpu mappings of pages potentially in the cpu caches, we have
390          *        to handle the latter case as well.
391          */
392         flush_cache_all();
393         iommu_flush_iotlb(first, len >> PAGE_SHIFT);
394         flush_tlb_all();
395         iommu_invalidate(iommu->regs);
396
397         *pba = iommu->start + (ioptex << PAGE_SHIFT);
398         return 0;
399 }
400
401 static void iommu_unmap_dma_area(unsigned long busa, int len)
402 {
403         struct iommu_struct *iommu = sbus_root->iommu;
404         iopte_t *iopte = iommu->page_table;
405         unsigned long end;
406         int ioptex = (busa - iommu->start) >> PAGE_SHIFT;
407
408         if ((busa & ~PAGE_MASK) != 0) BUG();
409         if ((len & ~PAGE_MASK) != 0) BUG();
410
411         iopte += ioptex;
412         end = busa + len;
413         while (busa < end) {
414                 iopte_val(*iopte++) = 0;
415                 busa += PAGE_SIZE;
416         }
417         flush_tlb_all();
418         iommu_invalidate(iommu->regs);
419         bit_map_clear(&iommu->usemap, ioptex, len >> PAGE_SHIFT);
420 }
421
422 static struct page *iommu_translate_dvma(unsigned long busa)
423 {
424         struct iommu_struct *iommu = sbus_root->iommu;
425         iopte_t *iopte = iommu->page_table;
426
427         iopte += ((busa - iommu->start) >> PAGE_SHIFT);
428         return pfn_to_page((iopte_val(*iopte) & IOPTE_PAGE) >> (PAGE_SHIFT-4));
429 }
430 #endif
431
432 static char *iommu_lockarea(char *vaddr, unsigned long len)
433 {
434         return vaddr;
435 }
436
437 static void iommu_unlockarea(char *vaddr, unsigned long len)
438 {
439 }
440
441 void __init ld_mmu_iommu(void)
442 {
443         viking_flush = (BTFIXUPVAL_CALL(flush_page_for_dma) == (unsigned long)viking_flush_page);
444         BTFIXUPSET_CALL(mmu_lockarea, iommu_lockarea, BTFIXUPCALL_RETO0);
445         BTFIXUPSET_CALL(mmu_unlockarea, iommu_unlockarea, BTFIXUPCALL_NOP);
446
447         if (!BTFIXUPVAL_CALL(flush_page_for_dma)) {
448                 /* IO coherent chip */
449                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_one, iommu_get_scsi_one_noflush, BTFIXUPCALL_RETO0);
450                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_sgl, iommu_get_scsi_sgl_noflush, BTFIXUPCALL_NORM);
451         } else if (flush_page_for_dma_global) {
452                 /* flush_page_for_dma flushes everything, no matter of what page is it */
453                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_one, iommu_get_scsi_one_gflush, BTFIXUPCALL_NORM);
454                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_sgl, iommu_get_scsi_sgl_gflush, BTFIXUPCALL_NORM);
455         } else {
456                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_one, iommu_get_scsi_one_pflush, BTFIXUPCALL_NORM);
457                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_sgl, iommu_get_scsi_sgl_pflush, BTFIXUPCALL_NORM);
458         }
459         BTFIXUPSET_CALL(mmu_release_scsi_one, iommu_release_scsi_one, BTFIXUPCALL_NORM);
460         BTFIXUPSET_CALL(mmu_release_scsi_sgl, iommu_release_scsi_sgl, BTFIXUPCALL_NORM);
461
462 #ifdef CONFIG_SBUS
463         BTFIXUPSET_CALL(mmu_map_dma_area, iommu_map_dma_area, BTFIXUPCALL_NORM);
464         BTFIXUPSET_CALL(mmu_unmap_dma_area, iommu_unmap_dma_area, BTFIXUPCALL_NORM);
465         BTFIXUPSET_CALL(mmu_translate_dvma, iommu_translate_dvma, BTFIXUPCALL_NORM);
466 #endif
467
468         if (viking_mxcc_present || srmmu_modtype == HyperSparc) {
469                 dvma_prot = __pgprot(SRMMU_CACHE | SRMMU_ET_PTE | SRMMU_PRIV);
470                 ioperm_noc = IOPTE_CACHE | IOPTE_WRITE | IOPTE_VALID;
471         } else {
472                 dvma_prot = __pgprot(SRMMU_ET_PTE | SRMMU_PRIV);
473                 ioperm_noc = IOPTE_WRITE | IOPTE_VALID;
474         }
475 }