[PATCH] mm: split highorder pages
[linux-2.6.git] / arch / ppc / kernel / dma-mapping.c
1 /*
2  *  PowerPC version derived from arch/arm/mm/consistent.c
3  *    Copyright (C) 2001 Dan Malek (dmalek@jlc.net)
4  *
5  *  Copyright (C) 2000 Russell King
6  *
7  * Consistent memory allocators.  Used for DMA devices that want to
8  * share uncached memory with the processor core.  The function return
9  * is the virtual address and 'dma_handle' is the physical address.
10  * Mostly stolen from the ARM port, with some changes for PowerPC.
11  *                                              -- Dan
12  *
13  * Reorganized to get rid of the arch-specific consistent_* functions
14  * and provide non-coherent implementations for the DMA API. -Matt
15  *
16  * Added in_interrupt() safe dma_alloc_coherent()/dma_free_coherent()
17  * implementation. This is pulled straight from ARM and barely
18  * modified. -Matt
19  *
20  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
21  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
22  * published by the Free Software Foundation.
23  */
24
25 #include <linux/config.h>
26 #include <linux/module.h>
27 #include <linux/signal.h>
28 #include <linux/sched.h>
29 #include <linux/kernel.h>
30 #include <linux/errno.h>
31 #include <linux/string.h>
32 #include <linux/types.h>
33 #include <linux/ptrace.h>
34 #include <linux/mman.h>
35 #include <linux/mm.h>
36 #include <linux/swap.h>
37 #include <linux/stddef.h>
38 #include <linux/vmalloc.h>
39 #include <linux/init.h>
40 #include <linux/delay.h>
41 #include <linux/bootmem.h>
42 #include <linux/highmem.h>
43 #include <linux/dma-mapping.h>
44 #include <linux/hardirq.h>
45
46 #include <asm/pgalloc.h>
47 #include <asm/prom.h>
48 #include <asm/io.h>
49 #include <asm/mmu_context.h>
50 #include <asm/pgtable.h>
51 #include <asm/mmu.h>
52 #include <asm/uaccess.h>
53 #include <asm/smp.h>
54 #include <asm/machdep.h>
55
56 int map_page(unsigned long va, phys_addr_t pa, int flags);
57
58 #include <asm/tlbflush.h>
59
60 /*
61  * This address range defaults to a value that is safe for all
62  * platforms which currently set CONFIG_NOT_COHERENT_CACHE. It
63  * can be further configured for specific applications under
64  * the "Advanced Setup" menu. -Matt
65  */
66 #define CONSISTENT_BASE (CONFIG_CONSISTENT_START)
67 #define CONSISTENT_END  (CONFIG_CONSISTENT_START + CONFIG_CONSISTENT_SIZE)
68 #define CONSISTENT_OFFSET(x)    (((unsigned long)(x) - CONSISTENT_BASE) >> PAGE_SHIFT)
69
70 /*
71  * This is the page table (2MB) covering uncached, DMA consistent allocations
72  */
73 static pte_t *consistent_pte;
74 static DEFINE_SPINLOCK(consistent_lock);
75
76 /*
77  * VM region handling support.
78  *
79  * This should become something generic, handling VM region allocations for
80  * vmalloc and similar (ioremap, module space, etc).
81  *
82  * I envisage vmalloc()'s supporting vm_struct becoming:
83  *
84  *  struct vm_struct {
85  *    struct vm_region  region;
86  *    unsigned long     flags;
87  *    struct page       **pages;
88  *    unsigned int      nr_pages;
89  *    unsigned long     phys_addr;
90  *  };
91  *
92  * get_vm_area() would then call vm_region_alloc with an appropriate
93  * struct vm_region head (eg):
94  *
95  *  struct vm_region vmalloc_head = {
96  *      .vm_list        = LIST_HEAD_INIT(vmalloc_head.vm_list),
97  *      .vm_start       = VMALLOC_START,
98  *      .vm_end         = VMALLOC_END,
99  *  };
100  *
101  * However, vmalloc_head.vm_start is variable (typically, it is dependent on
102  * the amount of RAM found at boot time.)  I would imagine that get_vm_area()
103  * would have to initialise this each time prior to calling vm_region_alloc().
104  */
105 struct vm_region {
106         struct list_head        vm_list;
107         unsigned long           vm_start;
108         unsigned long           vm_end;
109 };
110
111 static struct vm_region consistent_head = {
112         .vm_list        = LIST_HEAD_INIT(consistent_head.vm_list),
113         .vm_start       = CONSISTENT_BASE,
114         .vm_end         = CONSISTENT_END,
115 };
116
117 static struct vm_region *
118 vm_region_alloc(struct vm_region *head, size_t size, gfp_t gfp)
119 {
120         unsigned long addr = head->vm_start, end = head->vm_end - size;
121         unsigned long flags;
122         struct vm_region *c, *new;
123
124         new = kmalloc(sizeof(struct vm_region), gfp);
125         if (!new)
126                 goto out;
127
128         spin_lock_irqsave(&consistent_lock, flags);
129
130         list_for_each_entry(c, &head->vm_list, vm_list) {
131                 if ((addr + size) < addr)
132                         goto nospc;
133                 if ((addr + size) <= c->vm_start)
134                         goto found;
135                 addr = c->vm_end;
136                 if (addr > end)
137                         goto nospc;
138         }
139
140  found:
141         /*
142          * Insert this entry _before_ the one we found.
143          */
144         list_add_tail(&new->vm_list, &c->vm_list);
145         new->vm_start = addr;
146         new->vm_end = addr + size;
147
148         spin_unlock_irqrestore(&consistent_lock, flags);
149         return new;
150
151  nospc:
152         spin_unlock_irqrestore(&consistent_lock, flags);
153         kfree(new);
154  out:
155         return NULL;
156 }
157
158 static struct vm_region *vm_region_find(struct vm_region *head, unsigned long addr)
159 {
160         struct vm_region *c;
161
162         list_for_each_entry(c, &head->vm_list, vm_list) {
163                 if (c->vm_start == addr)
164                         goto out;
165         }
166         c = NULL;
167  out:
168         return c;
169 }
170
171 /*
172  * Allocate DMA-coherent memory space and return both the kernel remapped
173  * virtual and bus address for that space.
174  */
175 void *
176 __dma_alloc_coherent(size_t size, dma_addr_t *handle, gfp_t gfp)
177 {
178         struct page *page;
179         struct vm_region *c;
180         unsigned long order;
181         u64 mask = 0x00ffffff, limit; /* ISA default */
182
183         if (!consistent_pte) {
184                 printk(KERN_ERR "%s: not initialised\n", __func__);
185                 dump_stack();
186                 return NULL;
187         }
188
189         size = PAGE_ALIGN(size);
190         limit = (mask + 1) & ~mask;
191         if ((limit && size >= limit) || size >= (CONSISTENT_END - CONSISTENT_BASE)) {
192                 printk(KERN_WARNING "coherent allocation too big (requested %#x mask %#Lx)\n",
193                        size, mask);
194                 return NULL;
195         }
196
197         order = get_order(size);
198
199         if (mask != 0xffffffff)
200                 gfp |= GFP_DMA;
201
202         page = alloc_pages(gfp, order);
203         if (!page)
204                 goto no_page;
205
206         /*
207          * Invalidate any data that might be lurking in the
208          * kernel direct-mapped region for device DMA.
209          */
210         {
211                 unsigned long kaddr = (unsigned long)page_address(page);
212                 memset(page_address(page), 0, size);
213                 flush_dcache_range(kaddr, kaddr + size);
214         }
215
216         /*
217          * Allocate a virtual address in the consistent mapping region.
218          */
219         c = vm_region_alloc(&consistent_head, size,
220                             gfp & ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM));
221         if (c) {
222                 unsigned long vaddr = c->vm_start;
223                 pte_t *pte = consistent_pte + CONSISTENT_OFFSET(vaddr);
224                 struct page *end = page + (1 << order);
225
226                 split_page(page, order);
227
228                 /*
229                  * Set the "dma handle"
230                  */
231                 *handle = page_to_bus(page);
232
233                 do {
234                         BUG_ON(!pte_none(*pte));
235
236                         SetPageReserved(page);
237                         set_pte_at(&init_mm, vaddr,
238                                    pte, mk_pte(page, pgprot_noncached(PAGE_KERNEL)));
239                         page++;
240                         pte++;
241                         vaddr += PAGE_SIZE;
242                 } while (size -= PAGE_SIZE);
243
244                 /*
245                  * Free the otherwise unused pages.
246                  */
247                 while (page < end) {
248                         __free_page(page);
249                         page++;
250                 }
251
252                 return (void *)c->vm_start;
253         }
254
255         if (page)
256                 __free_pages(page, order);
257  no_page:
258         return NULL;
259 }
260 EXPORT_SYMBOL(__dma_alloc_coherent);
261
262 /*
263  * free a page as defined by the above mapping.
264  */
265 void __dma_free_coherent(size_t size, void *vaddr)
266 {
267         struct vm_region *c;
268         unsigned long flags, addr;
269         pte_t *ptep;
270
271         size = PAGE_ALIGN(size);
272
273         spin_lock_irqsave(&consistent_lock, flags);
274
275         c = vm_region_find(&consistent_head, (unsigned long)vaddr);
276         if (!c)
277                 goto no_area;
278
279         if ((c->vm_end - c->vm_start) != size) {
280                 printk(KERN_ERR "%s: freeing wrong coherent size (%ld != %d)\n",
281                        __func__, c->vm_end - c->vm_start, size);
282                 dump_stack();
283                 size = c->vm_end - c->vm_start;
284         }
285
286         ptep = consistent_pte + CONSISTENT_OFFSET(c->vm_start);
287         addr = c->vm_start;
288         do {
289                 pte_t pte = ptep_get_and_clear(&init_mm, addr, ptep);
290                 unsigned long pfn;
291
292                 ptep++;
293                 addr += PAGE_SIZE;
294
295                 if (!pte_none(pte) && pte_present(pte)) {
296                         pfn = pte_pfn(pte);
297
298                         if (pfn_valid(pfn)) {
299                                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
300                                 ClearPageReserved(page);
301
302                                 __free_page(page);
303                                 continue;
304                         }
305                 }
306
307                 printk(KERN_CRIT "%s: bad page in kernel page table\n",
308                        __func__);
309         } while (size -= PAGE_SIZE);
310
311         flush_tlb_kernel_range(c->vm_start, c->vm_end);
312
313         list_del(&c->vm_list);
314
315         spin_unlock_irqrestore(&consistent_lock, flags);
316
317         kfree(c);
318         return;
319
320  no_area:
321         spin_unlock_irqrestore(&consistent_lock, flags);
322         printk(KERN_ERR "%s: trying to free invalid coherent area: %p\n",
323                __func__, vaddr);
324         dump_stack();
325 }
326 EXPORT_SYMBOL(__dma_free_coherent);
327
328 /*
329  * Initialise the consistent memory allocation.
330  */
331 static int __init dma_alloc_init(void)
332 {
333         pgd_t *pgd;
334         pmd_t *pmd;
335         pte_t *pte;
336         int ret = 0;
337
338         do {
339                 pgd = pgd_offset(&init_mm, CONSISTENT_BASE);
340                 pmd = pmd_alloc(&init_mm, pgd, CONSISTENT_BASE);
341                 if (!pmd) {
342                         printk(KERN_ERR "%s: no pmd tables\n", __func__);
343                         ret = -ENOMEM;
344                         break;
345                 }
346                 WARN_ON(!pmd_none(*pmd));
347
348                 pte = pte_alloc_kernel(pmd, CONSISTENT_BASE);
349                 if (!pte) {
350                         printk(KERN_ERR "%s: no pte tables\n", __func__);
351                         ret = -ENOMEM;
352                         break;
353                 }
354
355                 consistent_pte = pte;
356         } while (0);
357
358         return ret;
359 }
360
361 core_initcall(dma_alloc_init);
362
363 /*
364  * make an area consistent.
365  */
366 void __dma_sync(void *vaddr, size_t size, int direction)
367 {
368         unsigned long start = (unsigned long)vaddr;
369         unsigned long end   = start + size;
370
371         switch (direction) {
372         case DMA_NONE:
373                 BUG();
374         case DMA_FROM_DEVICE:   /* invalidate only */
375                 invalidate_dcache_range(start, end);
376                 break;
377         case DMA_TO_DEVICE:             /* writeback only */
378                 clean_dcache_range(start, end);
379                 break;
380         case DMA_BIDIRECTIONAL: /* writeback and invalidate */
381                 flush_dcache_range(start, end);
382                 break;
383         }
384 }
385 EXPORT_SYMBOL(__dma_sync);
386
387 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
388 /*
389  * __dma_sync_page() implementation for systems using highmem.
390  * In this case, each page of a buffer must be kmapped/kunmapped
391  * in order to have a virtual address for __dma_sync(). This must
392  * not sleep so kmap_atomic()/kunmap_atomic() are used.
393  *
394  * Note: yes, it is possible and correct to have a buffer extend
395  * beyond the first page.
396  */
397 static inline void __dma_sync_page_highmem(struct page *page,
398                 unsigned long offset, size_t size, int direction)
399 {
400         size_t seg_size = min((size_t)(PAGE_SIZE - offset), size);
401         size_t cur_size = seg_size;
402         unsigned long flags, start, seg_offset = offset;
403         int nr_segs = 1 + ((size - seg_size) + PAGE_SIZE - 1)/PAGE_SIZE;
404         int seg_nr = 0;
405
406         local_irq_save(flags);
407
408         do {
409                 start = (unsigned long)kmap_atomic(page + seg_nr,
410                                 KM_PPC_SYNC_PAGE) + seg_offset;
411
412                 /* Sync this buffer segment */
413                 __dma_sync((void *)start, seg_size, direction);
414                 kunmap_atomic((void *)start, KM_PPC_SYNC_PAGE);
415                 seg_nr++;
416
417                 /* Calculate next buffer segment size */
418                 seg_size = min((size_t)PAGE_SIZE, size - cur_size);
419
420                 /* Add the segment size to our running total */
421                 cur_size += seg_size;
422                 seg_offset = 0;
423         } while (seg_nr < nr_segs);
424
425         local_irq_restore(flags);
426 }
427 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
428
429 /*
430  * __dma_sync_page makes memory consistent. identical to __dma_sync, but
431  * takes a struct page instead of a virtual address
432  */
433 void __dma_sync_page(struct page *page, unsigned long offset,
434         size_t size, int direction)
435 {
436 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
437         __dma_sync_page_highmem(page, offset, size, direction);
438 #else
439         unsigned long start = (unsigned long)page_address(page) + offset;
440         __dma_sync((void *)start, size, direction);
441 #endif
442 }
443 EXPORT_SYMBOL(__dma_sync_page);