arch/x86/mm/ioremap.c

   1 /*
   2  * Re-map IO memory to kernel address space so that we can access it.
   3  * This is needed for high PCI addresses that aren't mapped in the
   4  * 640k-1MB IO memory area on PC's
   5  *
   6  * (C) Copyright 1995 1996 Linus Torvalds
   7  */
   8
   9 #include <linux/bootmem.h>
  10 #include <linux/init.h>
  11 #include <linux/io.h>
  12 #include <linux/module.h>
  13 #include <linux/slab.h>
  14 #include <linux/vmalloc.h>
  15 #include <linux/mmiotrace.h>
  16
  17 #include <asm/cacheflush.h>
  18 #include <asm/e820.h>
  19 #include <asm/fixmap.h>
  20 #include <asm/pgtable.h>
  21 #include <asm/tlbflush.h>
  22 #include <asm/pgalloc.h>
  23 #include <asm/pat.h>
  24
  25 #include "physaddr.h"
  26
  27 int page_is_ram(unsigned long pagenr)
  28 {
  29         resource_size_t addr, end;
  30         int i;
  31
  32         /*
  33          * A special case is the first 4Kb of memory;
  34          * This is a BIOS owned area, not kernel ram, but generally
  35          * not listed as such in the E820 table.
  36          */
  37         if (pagenr == 0)
  38                 return 0;
  39
  40         /*
  41          * Second special case: Some BIOSen report the PC BIOS
  42          * area (640->1Mb) as ram even though it is not.
  43          */
  44         if (pagenr >= (BIOS_BEGIN >> PAGE_SHIFT) &&
  45                     pagenr < (BIOS_END >> PAGE_SHIFT))
  46                 return 0;
  47
  48         for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {
  49                 /*
  50                  * Not usable memory:
  51                  */
  52                 if (e820.map[i].type != E820_RAM)
  53                         continue;
  54                 addr = (e820.map[i].addr + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
  55                 end = (e820.map[i].addr + e820.map[i].size) >> PAGE_SHIFT;
  56
  57
  58                 if ((pagenr >= addr) && (pagenr < end))
  59                         return 1;
  60         }
  61         return 0;
  62 }
  63
  64 /*
  65  * Fix up the linear direct mapping of the kernel to avoid cache attribute
  66  * conflicts.
  67  */
  68 int ioremap_change_attr(unsigned long vaddr, unsigned long size,
  69                                unsigned long prot_val)
  70 {
  71         unsigned long nrpages = size >> PAGE_SHIFT;
  72         int err;
  73
  74         switch (prot_val) {
  75         case _PAGE_CACHE_UC:
  76         default:
  77                 err = _set_memory_uc(vaddr, nrpages);
  78                 break;
  79         case _PAGE_CACHE_WC:
  80                 err = _set_memory_wc(vaddr, nrpages);
  81                 break;
  82         case _PAGE_CACHE_WB:
  83                 err = _set_memory_wb(vaddr, nrpages);
  84                 break;
  85         }
  86
  87         return err;
  88 }
  89
  90 /*
  91  * Remap an arbitrary physical address space into the kernel virtual
  92  * address space. Needed when the kernel wants to access high addresses
  93  * directly.
  94  *
  95  * NOTE! We need to allow non-page-aligned mappings too: we will obviously
  96  * have to convert them into an offset in a page-aligned mapping, but the
  97  * caller shouldn't need to know that small detail.
  98  */
  99 static void __iomem *__ioremap_caller(resource_size_t phys_addr,
 100                 unsigned long size, unsigned long prot_val, void *caller)
 101 {
 102         unsigned long pfn, offset, vaddr;
 103         resource_size_t last_addr;
 104         const resource_size_t unaligned_phys_addr = phys_addr;
 105         const unsigned long unaligned_size = size;
 106         struct vm_struct *area;
 107         unsigned long new_prot_val;
 108         pgprot_t prot;
 109         int retval;
 110         void __iomem *ret_addr;
 111
 112         /* Don't allow wraparound or zero size */
 113         last_addr = phys_addr + size - 1;
 114         if (!size || last_addr < phys_addr)
 115                 return NULL;
 116
 117         if (!phys_addr_valid(phys_addr)) {
 118                 printk(KERN_WARNING "ioremap: invalid physical address %llx\n",
 119                        (unsigned long long)phys_addr);
 120                 WARN_ON_ONCE(1);
 121                 return NULL;
 122         }
 123
 124         /*
 125          * Don't remap the low PCI/ISA area, it's always mapped..
 126          */
 127         if (is_ISA_range(phys_addr, last_addr))
 128                 return (__force void __iomem *)phys_to_virt(phys_addr);
 129
 130         /*
 131          * Check if the request spans more than any BAR in the iomem resource
 132          * tree.
 133          */
 134         WARN_ONCE(iomem_map_sanity_check(phys_addr, size),
 135                   KERN_INFO "Info: mapping multiple BARs. Your kernel is fine.");
 136
 137         /*
 138          * Don't allow anybody to remap normal RAM that we're using..
 139          */
 140         for (pfn = phys_addr >> PAGE_SHIFT;
 141                                 (pfn << PAGE_SHIFT) < (last_addr & PAGE_MASK);
 142                                 pfn++) {
 143
 144                 int is_ram = page_is_ram(pfn);
 145
 146                 if (is_ram && pfn_valid(pfn) && !PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
 147                         return NULL;
 148                 WARN_ON_ONCE(is_ram);
 149         }
 150
 151         /*
 152          * Mappings have to be page-aligned
 153          */
 154         offset = phys_addr & ~PAGE_MASK;
 155         phys_addr &= PAGE_MASK;
 156         size = PAGE_ALIGN(last_addr+1) - phys_addr;
 157
 158         retval = reserve_memtype(phys_addr, (u64)phys_addr + size,
 159                                                 prot_val, &new_prot_val);
 160         if (retval) {
 161                 printk(KERN_ERR "ioremap reserve_memtype failed %d\n", retval);
 162                 return NULL;
 163         }
 164
 165         if (prot_val != new_prot_val) {
 166                 if (!is_new_memtype_allowed(phys_addr, size,
 167                                             prot_val, new_prot_val)) {
 168                         printk(KERN_ERR
 169                 "ioremap error for 0x%llx-0x%llx, requested 0x%lx, got 0x%lx\n",
 170                                 (unsigned long long)phys_addr,
 171                                 (unsigned long long)(phys_addr + size),
 172                                 prot_val, new_prot_val);
 173                         goto err_free_memtype;
 174                 }
 175                 prot_val = new_prot_val;
 176         }
 177
 178         switch (prot_val) {
 179         case _PAGE_CACHE_UC:
 180         default:
 181                 prot = PAGE_KERNEL_IO_NOCACHE;
 182                 break;
 183         case _PAGE_CACHE_UC_MINUS:
 184                 prot = PAGE_KERNEL_IO_UC_MINUS;
 185                 break;
 186         case _PAGE_CACHE_WC:
 187                 prot = PAGE_KERNEL_IO_WC;
 188                 break;
 189         case _PAGE_CACHE_WB:
 190                 prot = PAGE_KERNEL_IO;
 191                 break;
 192         }
 193
 194         /*
 195          * Ok, go for it..
 196          */
 197         area = get_vm_area_caller(size, VM_IOREMAP, caller);
 198         if (!area)
 199                 goto err_free_memtype;
 200         area->phys_addr = phys_addr;
 201         vaddr = (unsigned long) area->addr;
 202
 203         if (kernel_map_sync_memtype(phys_addr, size, prot_val))
 204                 goto err_free_area;
 205
 206         if (ioremap_page_range(vaddr, vaddr + size, phys_addr, prot))
 207                 goto err_free_area;
 208
 209         ret_addr = (void __iomem *) (vaddr + offset);
 210         mmiotrace_ioremap(unaligned_phys_addr, unaligned_size, ret_addr);
 211
 212         return ret_addr;
 213 err_free_area:
 214         free_vm_area(area);
 215 err_free_memtype:
 216         free_memtype(phys_addr, phys_addr + size);
 217         return NULL;
 218 }
 219
 220 /**
 221  * ioremap_nocache     -   map bus memory into CPU space
 222  * @offset:    bus address of the memory
 223  * @size:      size of the resource to map
 224  *
 225  * ioremap_nocache performs a platform specific sequence of operations to
 226  * make bus memory CPU accessible via the readb/readw/readl/writeb/
 227  * writew/writel functions and the other mmio helpers. The returned
 228  * address is not guaranteed to be usable directly as a virtual
 229  * address.
 230  *
 231  * This version of ioremap ensures that the memory is marked uncachable
 232  * on the CPU as well as honouring existing caching rules from things like
 233  * the PCI bus. Note that there are other caches and buffers on many
 234  * busses. In particular driver authors should read up on PCI writes
 235  *
 236  * It's useful if some control registers are in such an area and
 237  * write combining or read caching is not desirable:
 238  *
 239  * Must be freed with iounmap.
 240  */
 241 void __iomem *ioremap_nocache(resource_size_t phys_addr, unsigned long size)
 242 {
 243         /*
 244          * Ideally, this should be:
 245          *      pat_enabled ? _PAGE_CACHE_UC : _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 246          *
 247          * Till we fix all X drivers to use ioremap_wc(), we will use
 248          * UC MINUS.
 249          */
 250         unsigned long val = _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 251
 252         return __ioremap_caller(phys_addr, size, val,
 253                                 __builtin_return_address(0));
 254 }
 255 EXPORT_SYMBOL(ioremap_nocache);
 256
 257 /**
 258  * ioremap_wc   -       map memory into CPU space write combined
 259  * @offset:     bus address of the memory
 260  * @size:       size of the resource to map
 261  *
 262  * This version of ioremap ensures that the memory is marked write combining.
 263  * Write combining allows faster writes to some hardware devices.
 264  *
 265  * Must be freed with iounmap.
 266  */
 267 void __iomem *ioremap_wc(resource_size_t phys_addr, unsigned long size)
 268 {
 269         if (pat_enabled)
 270                 return __ioremap_caller(phys_addr, size, _PAGE_CACHE_WC,
 271                                         __builtin_return_address(0));
 272         else
 273                 return ioremap_nocache(phys_addr, size);
 274 }
 275 EXPORT_SYMBOL(ioremap_wc);
 276
 277 void __iomem *ioremap_cache(resource_size_t phys_addr, unsigned long size)
 278 {
 279         return __ioremap_caller(phys_addr, size, _PAGE_CACHE_WB,
 280                                 __builtin_return_address(0));
 281 }
 282 EXPORT_SYMBOL(ioremap_cache);
 283
 284 static void __iomem *ioremap_default(resource_size_t phys_addr,
 285                                         unsigned long size)
 286 {
 287         unsigned long flags;
 288         void __iomem *ret;
 289         int err;
 290
 291         /*
 292          * - WB for WB-able memory and no other conflicting mappings
 293          * - UC_MINUS for non-WB-able memory with no other conflicting mappings
 294          * - Inherit from confliting mappings otherwise
 295          */
 296         err = reserve_memtype(phys_addr, phys_addr + size,
 297                                 _PAGE_CACHE_WB, &flags);
 298         if (err < 0)
 299                 return NULL;
 300
 301         ret = __ioremap_caller(phys_addr, size, flags,
 302                                __builtin_return_address(0));
 303
 304         free_memtype(phys_addr, phys_addr + size);
 305         return ret;
 306 }
 307
 308 void __iomem *ioremap_prot(resource_size_t phys_addr, unsigned long size,
 309                                 unsigned long prot_val)
 310 {
 311         return __ioremap_caller(phys_addr, size, (prot_val & _PAGE_CACHE_MASK),
 312                                 __builtin_return_address(0));
 313 }
 314 EXPORT_SYMBOL(ioremap_prot);
 315
 316 /**
 317  * iounmap - Free a IO remapping
 318  * @addr: virtual address from ioremap_*
 319  *
 320  * Caller must ensure there is only one unmapping for the same pointer.
 321  */
 322 void iounmap(volatile void __iomem *addr)
 323 {
 324         struct vm_struct *p, *o;
 325
 326         if ((void __force *)addr <= high_memory)
 327                 return;
 328
 329         /*
 330          * __ioremap special-cases the PCI/ISA range by not instantiating a
 331          * vm_area and by simply returning an address into the kernel mapping
 332          * of ISA space.   So handle that here.
 333          */
 334         if ((void __force *)addr >= phys_to_virt(ISA_START_ADDRESS) &&
 335             (void __force *)addr < phys_to_virt(ISA_END_ADDRESS))
 336                 return;
 337
 338         addr = (volatile void __iomem *)
 339                 (PAGE_MASK & (unsigned long __force)addr);
 340
 341         mmiotrace_iounmap(addr);
 342
 343         /* Use the vm area unlocked, assuming the caller
 344            ensures there isn't another iounmap for the same address
 345            in parallel. Reuse of the virtual address is prevented by
 346            leaving it in the global lists until we're done with it.
 347            cpa takes care of the direct mappings. */
 348         read_lock(&vmlist_lock);
 349         for (p = vmlist; p; p = p->next) {
 350                 if (p->addr == (void __force *)addr)
 351                         break;
 352         }
 353         read_unlock(&vmlist_lock);
 354
 355         if (!p) {
 356                 printk(KERN_ERR "iounmap: bad address %p\n", addr);
 357                 dump_stack();
 358                 return;
 359         }
 360
 361         free_memtype(p->phys_addr, p->phys_addr + get_vm_area_size(p));
 362
 363         /* Finally remove it */
 364         o = remove_vm_area((void __force *)addr);
 365         BUG_ON(p != o || o == NULL);
 366         kfree(p);
 367 }
 368 EXPORT_SYMBOL(iounmap);
 369
 370 /*
 371  * Convert a physical pointer to a virtual kernel pointer for /dev/mem
 372  * access
 373  */
 374 void *xlate_dev_mem_ptr(unsigned long phys)
 375 {
 376         void *addr;
 377         unsigned long start = phys & PAGE_MASK;
 378
 379         /* If page is RAM, we can use __va. Otherwise ioremap and unmap. */
 380         if (page_is_ram(start >> PAGE_SHIFT))
 381                 return __va(phys);
 382
 383         addr = (void __force *)ioremap_default(start, PAGE_SIZE);
 384         if (addr)
 385                 addr = (void *)((unsigned long)addr | (phys & ~PAGE_MASK));
 386
 387         return addr;
 388 }
 389
 390 void unxlate_dev_mem_ptr(unsigned long phys, void *addr)
 391 {
 392         if (page_is_ram(phys >> PAGE_SHIFT))
 393                 return;
 394
 395         iounmap((void __iomem *)((unsigned long)addr & PAGE_MASK));
 396         return;
 397 }
 398
 399 static int __initdata early_ioremap_debug;
 400
 401 static int __init early_ioremap_debug_setup(char *str)
 402 {
 403         early_ioremap_debug = 1;
 404
 405         return 0;
 406 }
 407 early_param("early_ioremap_debug", early_ioremap_debug_setup);
 408
 409 static __initdata int after_paging_init;
 410 static pte_t bm_pte[PAGE_SIZE/sizeof(pte_t)] __page_aligned_bss;
 411
 412 static inline pmd_t * __init early_ioremap_pmd(unsigned long addr)
 413 {
 414         /* Don't assume we're using swapper_pg_dir at this point */
 415         pgd_t *base = __va(read_cr3());
 416         pgd_t *pgd = &base[pgd_index(addr)];
 417         pud_t *pud = pud_offset(pgd, addr);
 418         pmd_t *pmd = pmd_offset(pud, addr);
 419
 420         return pmd;
 421 }
 422
 423 static inline pte_t * __init early_ioremap_pte(unsigned long addr)
 424 {
 425         return &bm_pte[pte_index(addr)];
 426 }
 427
 428 static unsigned long slot_virt[FIX_BTMAPS_SLOTS] __initdata;
 429
 430 void __init early_ioremap_init(void)
 431 {
 432         pmd_t *pmd;
 433         int i;
 434
 435         if (early_ioremap_debug)
 436                 printk(KERN_INFO "early_ioremap_init()\n");
 437
 438         for (i = 0; i < FIX_BTMAPS_SLOTS; i++)
 439                 slot_virt[i] = __fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN - NR_FIX_BTMAPS*i);
 440
 441         pmd = early_ioremap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN));
 442         memset(bm_pte, 0, sizeof(bm_pte));
 443         pmd_populate_kernel(&init_mm, pmd, bm_pte);
 444
 445         /*
 446          * The boot-ioremap range spans multiple pmds, for which
 447          * we are not prepared:
 448          */
 449         if (pmd != early_ioremap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_END))) {
 450                 WARN_ON(1);
 451                 printk(KERN_WARNING "pmd %p != %p\n",
 452                        pmd, early_ioremap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_END)));
 453                 printk(KERN_WARNING "fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN): %08lx\n",
 454                         fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN));
 455                 printk(KERN_WARNING "fix_to_virt(FIX_BTMAP_END):   %08lx\n",
 456                         fix_to_virt(FIX_BTMAP_END));
 457
 458                 printk(KERN_WARNING "FIX_BTMAP_END:       %d\n", FIX_BTMAP_END);
 459                 printk(KERN_WARNING "FIX_BTMAP_BEGIN:     %d\n",
 460                        FIX_BTMAP_BEGIN);
 461         }
 462 }
 463
 464 void __init early_ioremap_reset(void)
 465 {
 466         after_paging_init = 1;
 467 }
 468
 469 static void __init __early_set_fixmap(enum fixed_addresses idx,
 470                                       phys_addr_t phys, pgprot_t flags)
 471 {
 472         unsigned long addr = __fix_to_virt(idx);
 473         pte_t *pte;
 474
 475         if (idx >= __end_of_fixed_addresses) {
 476                 BUG();
 477                 return;
 478         }
 479         pte = early_ioremap_pte(addr);
 480
 481         if (pgprot_val(flags))
 482                 set_pte(pte, pfn_pte(phys >> PAGE_SHIFT, flags));
 483         else
 484                 pte_clear(&init_mm, addr, pte);
 485         __flush_tlb_one(addr);
 486 }
 487
 488 static inline void __init early_set_fixmap(enum fixed_addresses idx,
 489                                            phys_addr_t phys, pgprot_t prot)
 490 {
 491         if (after_paging_init)
 492                 __set_fixmap(idx, phys, prot);
 493         else
 494                 __early_set_fixmap(idx, phys, prot);
 495 }
 496
 497 static inline void __init early_clear_fixmap(enum fixed_addresses idx)
 498 {
 499         if (after_paging_init)
 500                 clear_fixmap(idx);
 501         else
 502                 __early_set_fixmap(idx, 0, __pgprot(0));
 503 }
 504
 505 static void __iomem *prev_map[FIX_BTMAPS_SLOTS] __initdata;
 506 static unsigned long prev_size[FIX_BTMAPS_SLOTS] __initdata;
 507
 508 static int __init check_early_ioremap_leak(void)
 509 {
 510         int count = 0;
 511         int i;
 512
 513         for (i = 0; i < FIX_BTMAPS_SLOTS; i++)
 514                 if (prev_map[i])
 515                         count++;
 516
 517         if (!count)
 518                 return 0;
 519         WARN(1, KERN_WARNING
 520                "Debug warning: early ioremap leak of %d areas detected.\n",
 521                 count);
 522         printk(KERN_WARNING
 523                 "please boot with early_ioremap_debug and report the dmesg.\n");
 524
 525         return 1;
 526 }
 527 late_initcall(check_early_ioremap_leak);
 528
 529 static void __init __iomem *
 530 __early_ioremap(resource_size_t phys_addr, unsigned long size, pgprot_t prot)
 531 {
 532         unsigned long offset;
 533         resource_size_t last_addr;
 534         unsigned int nrpages;
 535         enum fixed_addresses idx0, idx;
 536         int i, slot;
 537
 538         WARN_ON(system_state != SYSTEM_BOOTING);
 539
 540         slot = -1;
 541         for (i = 0; i < FIX_BTMAPS_SLOTS; i++) {
 542                 if (!prev_map[i]) {
 543                         slot = i;
 544                         break;
 545                 }
 546         }
 547
 548         if (slot < 0) {
 549                 printk(KERN_INFO "early_iomap(%08llx, %08lx) not found slot\n",
 550                          (u64)phys_addr, size);
 551                 WARN_ON(1);
 552                 return NULL;
 553         }
 554
 555         if (early_ioremap_debug) {
 556                 printk(KERN_INFO "early_ioremap(%08llx, %08lx) [%d] => ",
 557                        (u64)phys_addr, size, slot);
 558                 dump_stack();
 559         }
 560
 561         /* Don't allow wraparound or zero size */
 562         last_addr = phys_addr + size - 1;
 563         if (!size || last_addr < phys_addr) {
 564                 WARN_ON(1);
 565                 return NULL;
 566         }
 567
 568         prev_size[slot] = size;
 569         /*
 570          * Mappings have to be page-aligned
 571          */
 572         offset = phys_addr & ~PAGE_MASK;
 573         phys_addr &= PAGE_MASK;
 574         size = PAGE_ALIGN(last_addr + 1) - phys_addr;
 575
 576         /*
 577          * Mappings have to fit in the FIX_BTMAP area.
 578          */
 579         nrpages = size >> PAGE_SHIFT;
 580         if (nrpages > NR_FIX_BTMAPS) {
 581                 WARN_ON(1);
 582                 return NULL;
 583         }
 584
 585         /*
 586          * Ok, go for it..
 587          */
 588         idx0 = FIX_BTMAP_BEGIN - NR_FIX_BTMAPS*slot;
 589         idx = idx0;
 590         while (nrpages > 0) {
 591                 early_set_fixmap(idx, phys_addr, prot);
 592                 phys_addr += PAGE_SIZE;
 593                 --idx;
 594                 --nrpages;
 595         }
 596         if (early_ioremap_debug)
 597                 printk(KERN_CONT "%08lx + %08lx\n", offset, slot_virt[slot]);
 598
 599         prev_map[slot] = (void __iomem *)(offset + slot_virt[slot]);
 600         return prev_map[slot];
 601 }
 602
 603 /* Remap an IO device */
 604 void __init __iomem *
 605 early_ioremap(resource_size_t phys_addr, unsigned long size)
 606 {
 607         return __early_ioremap(phys_addr, size, PAGE_KERNEL_IO);
 608 }
 609
 610 /* Remap memory */
 611 void __init __iomem *
 612 early_memremap(resource_size_t phys_addr, unsigned long size)
 613 {
 614         return __early_ioremap(phys_addr, size, PAGE_KERNEL);
 615 }
 616
 617 void __init early_iounmap(void __iomem *addr, unsigned long size)
 618 {
 619         unsigned long virt_addr;
 620         unsigned long offset;
 621         unsigned int nrpages;
 622         enum fixed_addresses idx;
 623         int i, slot;
 624
 625         slot = -1;
 626         for (i = 0; i < FIX_BTMAPS_SLOTS; i++) {
 627                 if (prev_map[i] == addr) {
 628                         slot = i;
 629                         break;
 630                 }
 631         }
 632
 633         if (slot < 0) {
 634                 printk(KERN_INFO "early_iounmap(%p, %08lx) not found slot\n",
 635                          addr, size);
 636                 WARN_ON(1);
 637                 return;
 638         }
 639
 640         if (prev_size[slot] != size) {
 641                 printk(KERN_INFO "early_iounmap(%p, %08lx) [%d] size not consistent %08lx\n",
 642                          addr, size, slot, prev_size[slot]);
 643                 WARN_ON(1);
 644                 return;
 645         }
 646
 647         if (early_ioremap_debug) {
 648                 printk(KERN_INFO "early_iounmap(%p, %08lx) [%d]\n", addr,
 649                        size, slot);
 650                 dump_stack();
 651         }
 652
 653         virt_addr = (unsigned long)addr;
 654         if (virt_addr < fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN)) {
 655                 WARN_ON(1);
 656                 return;
 657         }
 658         offset = virt_addr & ~PAGE_MASK;
 659         nrpages = PAGE_ALIGN(offset + size - 1) >> PAGE_SHIFT;
 660
 661         idx = FIX_BTMAP_BEGIN - NR_FIX_BTMAPS*slot;
 662         while (nrpages > 0) {
 663                 early_clear_fixmap(idx);
 664                 --idx;
 665                 --nrpages;
 666         }
 667         prev_map[slot] = NULL;
 668 }