]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - drivers/iommu/io-pgtable-arm.c
Merge tag 'wireless-drivers-for-davem-2017-06-06' of git://git.kernel.org/pub/scm...
[karo-tx-linux.git] / drivers / iommu / io-pgtable-arm.c
1 /*
2  * CPU-agnostic ARM page table allocator.
3  *
4  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
5  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
6  * published by the Free Software Foundation.
7  *
8  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
9  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
10  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
11  * GNU General Public License for more details.
12  *
13  * You should have received a copy of the GNU General Public License
14  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
15  *
16  * Copyright (C) 2014 ARM Limited
17  *
18  * Author: Will Deacon <will.deacon@arm.com>
19  */
20
21 #define pr_fmt(fmt)     "arm-lpae io-pgtable: " fmt
22
23 #include <linux/iommu.h>
24 #include <linux/kernel.h>
25 #include <linux/sizes.h>
26 #include <linux/slab.h>
27 #include <linux/types.h>
28 #include <linux/dma-mapping.h>
29
30 #include <asm/barrier.h>
31
32 #include "io-pgtable.h"
33
34 #define ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS          48
35 #define ARM_LPAE_S2_MAX_CONCAT_PAGES    16
36 #define ARM_LPAE_MAX_LEVELS             4
37
38 /* Struct accessors */
39 #define io_pgtable_to_data(x)                                           \
40         container_of((x), struct arm_lpae_io_pgtable, iop)
41
42 #define io_pgtable_ops_to_data(x)                                       \
43         io_pgtable_to_data(io_pgtable_ops_to_pgtable(x))
44
45 /*
46  * For consistency with the architecture, we always consider
47  * ARM_LPAE_MAX_LEVELS levels, with the walk starting at level n >=0
48  */
49 #define ARM_LPAE_START_LVL(d)           (ARM_LPAE_MAX_LEVELS - (d)->levels)
50
51 /*
52  * Calculate the right shift amount to get to the portion describing level l
53  * in a virtual address mapped by the pagetable in d.
54  */
55 #define ARM_LPAE_LVL_SHIFT(l,d)                                         \
56         ((((d)->levels - ((l) - ARM_LPAE_START_LVL(d) + 1))             \
57           * (d)->bits_per_level) + (d)->pg_shift)
58
59 #define ARM_LPAE_GRANULE(d)             (1UL << (d)->pg_shift)
60
61 #define ARM_LPAE_PAGES_PER_PGD(d)                                       \
62         DIV_ROUND_UP((d)->pgd_size, ARM_LPAE_GRANULE(d))
63
64 /*
65  * Calculate the index at level l used to map virtual address a using the
66  * pagetable in d.
67  */
68 #define ARM_LPAE_PGD_IDX(l,d)                                           \
69         ((l) == ARM_LPAE_START_LVL(d) ? ilog2(ARM_LPAE_PAGES_PER_PGD(d)) : 0)
70
71 #define ARM_LPAE_LVL_IDX(a,l,d)                                         \
72         (((u64)(a) >> ARM_LPAE_LVL_SHIFT(l,d)) &                        \
73          ((1 << ((d)->bits_per_level + ARM_LPAE_PGD_IDX(l,d))) - 1))
74
75 /* Calculate the block/page mapping size at level l for pagetable in d. */
76 #define ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(l,d)                                        \
77         (1ULL << (ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte)) +                       \
78                 ((ARM_LPAE_MAX_LEVELS - (l)) * (d)->bits_per_level)))
79
80 /* Page table bits */
81 #define ARM_LPAE_PTE_TYPE_SHIFT         0
82 #define ARM_LPAE_PTE_TYPE_MASK          0x3
83
84 #define ARM_LPAE_PTE_TYPE_BLOCK         1
85 #define ARM_LPAE_PTE_TYPE_TABLE         3
86 #define ARM_LPAE_PTE_TYPE_PAGE          3
87
88 #define ARM_LPAE_PTE_NSTABLE            (((arm_lpae_iopte)1) << 63)
89 #define ARM_LPAE_PTE_XN                 (((arm_lpae_iopte)3) << 53)
90 #define ARM_LPAE_PTE_AF                 (((arm_lpae_iopte)1) << 10)
91 #define ARM_LPAE_PTE_SH_NS              (((arm_lpae_iopte)0) << 8)
92 #define ARM_LPAE_PTE_SH_OS              (((arm_lpae_iopte)2) << 8)
93 #define ARM_LPAE_PTE_SH_IS              (((arm_lpae_iopte)3) << 8)
94 #define ARM_LPAE_PTE_NS                 (((arm_lpae_iopte)1) << 5)
95 #define ARM_LPAE_PTE_VALID              (((arm_lpae_iopte)1) << 0)
96
97 #define ARM_LPAE_PTE_ATTR_LO_MASK       (((arm_lpae_iopte)0x3ff) << 2)
98 /* Ignore the contiguous bit for block splitting */
99 #define ARM_LPAE_PTE_ATTR_HI_MASK       (((arm_lpae_iopte)6) << 52)
100 #define ARM_LPAE_PTE_ATTR_MASK          (ARM_LPAE_PTE_ATTR_LO_MASK |    \
101                                          ARM_LPAE_PTE_ATTR_HI_MASK)
102
103 /* Stage-1 PTE */
104 #define ARM_LPAE_PTE_AP_UNPRIV          (((arm_lpae_iopte)1) << 6)
105 #define ARM_LPAE_PTE_AP_RDONLY          (((arm_lpae_iopte)2) << 6)
106 #define ARM_LPAE_PTE_ATTRINDX_SHIFT     2
107 #define ARM_LPAE_PTE_nG                 (((arm_lpae_iopte)1) << 11)
108
109 /* Stage-2 PTE */
110 #define ARM_LPAE_PTE_HAP_FAULT          (((arm_lpae_iopte)0) << 6)
111 #define ARM_LPAE_PTE_HAP_READ           (((arm_lpae_iopte)1) << 6)
112 #define ARM_LPAE_PTE_HAP_WRITE          (((arm_lpae_iopte)2) << 6)
113 #define ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_OIWB       (((arm_lpae_iopte)0xf) << 2)
114 #define ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_NC         (((arm_lpae_iopte)0x5) << 2)
115 #define ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_DEV        (((arm_lpae_iopte)0x1) << 2)
116
117 /* Register bits */
118 #define ARM_32_LPAE_TCR_EAE             (1 << 31)
119 #define ARM_64_LPAE_S2_TCR_RES1         (1 << 31)
120
121 #define ARM_LPAE_TCR_EPD1               (1 << 23)
122
123 #define ARM_LPAE_TCR_TG0_4K             (0 << 14)
124 #define ARM_LPAE_TCR_TG0_64K            (1 << 14)
125 #define ARM_LPAE_TCR_TG0_16K            (2 << 14)
126
127 #define ARM_LPAE_TCR_SH0_SHIFT          12
128 #define ARM_LPAE_TCR_SH0_MASK           0x3
129 #define ARM_LPAE_TCR_SH_NS              0
130 #define ARM_LPAE_TCR_SH_OS              2
131 #define ARM_LPAE_TCR_SH_IS              3
132
133 #define ARM_LPAE_TCR_ORGN0_SHIFT        10
134 #define ARM_LPAE_TCR_IRGN0_SHIFT        8
135 #define ARM_LPAE_TCR_RGN_MASK           0x3
136 #define ARM_LPAE_TCR_RGN_NC             0
137 #define ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA           1
138 #define ARM_LPAE_TCR_RGN_WT             2
139 #define ARM_LPAE_TCR_RGN_WB             3
140
141 #define ARM_LPAE_TCR_SL0_SHIFT          6
142 #define ARM_LPAE_TCR_SL0_MASK           0x3
143
144 #define ARM_LPAE_TCR_T0SZ_SHIFT         0
145 #define ARM_LPAE_TCR_SZ_MASK            0xf
146
147 #define ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT           16
148 #define ARM_LPAE_TCR_PS_MASK            0x7
149
150 #define ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT          32
151 #define ARM_LPAE_TCR_IPS_MASK           0x7
152
153 #define ARM_LPAE_TCR_PS_32_BIT          0x0ULL
154 #define ARM_LPAE_TCR_PS_36_BIT          0x1ULL
155 #define ARM_LPAE_TCR_PS_40_BIT          0x2ULL
156 #define ARM_LPAE_TCR_PS_42_BIT          0x3ULL
157 #define ARM_LPAE_TCR_PS_44_BIT          0x4ULL
158 #define ARM_LPAE_TCR_PS_48_BIT          0x5ULL
159
160 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(n)     ((n) << 3)
161 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_MASK         0xff
162 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_DEVICE       0x04
163 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_NC           0x44
164 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_WBRWA        0xff
165 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_NC       0
166 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_CACHE    1
167 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_DEV      2
168
169 /* IOPTE accessors */
170 #define iopte_deref(pte,d)                                      \
171         (__va((pte) & ((1ULL << ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS) - 1)    \
172         & ~(ARM_LPAE_GRANULE(d) - 1ULL)))
173
174 #define iopte_type(pte,l)                                       \
175         (((pte) >> ARM_LPAE_PTE_TYPE_SHIFT) & ARM_LPAE_PTE_TYPE_MASK)
176
177 #define iopte_prot(pte) ((pte) & ARM_LPAE_PTE_ATTR_MASK)
178
179 #define iopte_leaf(pte,l)                                       \
180         (l == (ARM_LPAE_MAX_LEVELS - 1) ?                       \
181                 (iopte_type(pte,l) == ARM_LPAE_PTE_TYPE_PAGE) : \
182                 (iopte_type(pte,l) == ARM_LPAE_PTE_TYPE_BLOCK))
183
184 #define iopte_to_pfn(pte,d)                                     \
185         (((pte) & ((1ULL << ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS) - 1)) >> (d)->pg_shift)
186
187 #define pfn_to_iopte(pfn,d)                                     \
188         (((pfn) << (d)->pg_shift) & ((1ULL << ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS) - 1))
189
190 struct arm_lpae_io_pgtable {
191         struct io_pgtable       iop;
192
193         int                     levels;
194         size_t                  pgd_size;
195         unsigned long           pg_shift;
196         unsigned long           bits_per_level;
197
198         void                    *pgd;
199 };
200
201 typedef u64 arm_lpae_iopte;
202
203 static bool selftest_running = false;
204
205 static dma_addr_t __arm_lpae_dma_addr(void *pages)
206 {
207         return (dma_addr_t)virt_to_phys(pages);
208 }
209
210 static void *__arm_lpae_alloc_pages(size_t size, gfp_t gfp,
211                                     struct io_pgtable_cfg *cfg)
212 {
213         struct device *dev = cfg->iommu_dev;
214         dma_addr_t dma;
215         void *pages = alloc_pages_exact(size, gfp | __GFP_ZERO);
216
217         if (!pages)
218                 return NULL;
219
220         if (!selftest_running) {
221                 dma = dma_map_single(dev, pages, size, DMA_TO_DEVICE);
222                 if (dma_mapping_error(dev, dma))
223                         goto out_free;
224                 /*
225                  * We depend on the IOMMU being able to work with any physical
226                  * address directly, so if the DMA layer suggests otherwise by
227                  * translating or truncating them, that bodes very badly...
228                  */
229                 if (dma != virt_to_phys(pages))
230                         goto out_unmap;
231         }
232
233         return pages;
234
235 out_unmap:
236         dev_err(dev, "Cannot accommodate DMA translation for IOMMU page tables\n");
237         dma_unmap_single(dev, dma, size, DMA_TO_DEVICE);
238 out_free:
239         free_pages_exact(pages, size);
240         return NULL;
241 }
242
243 static void __arm_lpae_free_pages(void *pages, size_t size,
244                                   struct io_pgtable_cfg *cfg)
245 {
246         if (!selftest_running)
247                 dma_unmap_single(cfg->iommu_dev, __arm_lpae_dma_addr(pages),
248                                  size, DMA_TO_DEVICE);
249         free_pages_exact(pages, size);
250 }
251
252 static void __arm_lpae_set_pte(arm_lpae_iopte *ptep, arm_lpae_iopte pte,
253                                struct io_pgtable_cfg *cfg)
254 {
255         *ptep = pte;
256
257         if (!selftest_running)
258                 dma_sync_single_for_device(cfg->iommu_dev,
259                                            __arm_lpae_dma_addr(ptep),
260                                            sizeof(pte), DMA_TO_DEVICE);
261 }
262
263 static int __arm_lpae_unmap(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
264                             unsigned long iova, size_t size, int lvl,
265                             arm_lpae_iopte *ptep);
266
267 static int arm_lpae_init_pte(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
268                              unsigned long iova, phys_addr_t paddr,
269                              arm_lpae_iopte prot, int lvl,
270                              arm_lpae_iopte *ptep)
271 {
272         arm_lpae_iopte pte = prot;
273         struct io_pgtable_cfg *cfg = &data->iop.cfg;
274
275         if (iopte_leaf(*ptep, lvl)) {
276                 /* We require an unmap first */
277                 WARN_ON(!selftest_running);
278                 return -EEXIST;
279         } else if (iopte_type(*ptep, lvl) == ARM_LPAE_PTE_TYPE_TABLE) {
280                 /*
281                  * We need to unmap and free the old table before
282                  * overwriting it with a block entry.
283                  */
284                 arm_lpae_iopte *tblp;
285                 size_t sz = ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(lvl, data);
286
287                 tblp = ptep - ARM_LPAE_LVL_IDX(iova, lvl, data);
288                 if (WARN_ON(__arm_lpae_unmap(data, iova, sz, lvl, tblp) != sz))
289                         return -EINVAL;
290         }
291
292         if (cfg->quirks & IO_PGTABLE_QUIRK_ARM_NS)
293                 pte |= ARM_LPAE_PTE_NS;
294
295         if (lvl == ARM_LPAE_MAX_LEVELS - 1)
296                 pte |= ARM_LPAE_PTE_TYPE_PAGE;
297         else
298                 pte |= ARM_LPAE_PTE_TYPE_BLOCK;
299
300         pte |= ARM_LPAE_PTE_AF | ARM_LPAE_PTE_SH_IS;
301         pte |= pfn_to_iopte(paddr >> data->pg_shift, data);
302
303         __arm_lpae_set_pte(ptep, pte, cfg);
304         return 0;
305 }
306
307 static int __arm_lpae_map(struct arm_lpae_io_pgtable *data, unsigned long iova,
308                           phys_addr_t paddr, size_t size, arm_lpae_iopte prot,
309                           int lvl, arm_lpae_iopte *ptep)
310 {
311         arm_lpae_iopte *cptep, pte;
312         size_t block_size = ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(lvl, data);
313         struct io_pgtable_cfg *cfg = &data->iop.cfg;
314
315         /* Find our entry at the current level */
316         ptep += ARM_LPAE_LVL_IDX(iova, lvl, data);
317
318         /* If we can install a leaf entry at this level, then do so */
319         if (size == block_size && (size & cfg->pgsize_bitmap))
320                 return arm_lpae_init_pte(data, iova, paddr, prot, lvl, ptep);
321
322         /* We can't allocate tables at the final level */
323         if (WARN_ON(lvl >= ARM_LPAE_MAX_LEVELS - 1))
324                 return -EINVAL;
325
326         /* Grab a pointer to the next level */
327         pte = *ptep;
328         if (!pte) {
329                 cptep = __arm_lpae_alloc_pages(ARM_LPAE_GRANULE(data),
330                                                GFP_ATOMIC, cfg);
331                 if (!cptep)
332                         return -ENOMEM;
333
334                 pte = __pa(cptep) | ARM_LPAE_PTE_TYPE_TABLE;
335                 if (cfg->quirks & IO_PGTABLE_QUIRK_ARM_NS)
336                         pte |= ARM_LPAE_PTE_NSTABLE;
337                 __arm_lpae_set_pte(ptep, pte, cfg);
338         } else if (!iopte_leaf(pte, lvl)) {
339                 cptep = iopte_deref(pte, data);
340         } else {
341                 /* We require an unmap first */
342                 WARN_ON(!selftest_running);
343                 return -EEXIST;
344         }
345
346         /* Rinse, repeat */
347         return __arm_lpae_map(data, iova, paddr, size, prot, lvl + 1, cptep);
348 }
349
350 static arm_lpae_iopte arm_lpae_prot_to_pte(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
351                                            int prot)
352 {
353         arm_lpae_iopte pte;
354
355         if (data->iop.fmt == ARM_64_LPAE_S1 ||
356             data->iop.fmt == ARM_32_LPAE_S1) {
357                 pte = ARM_LPAE_PTE_nG;
358
359                 if (!(prot & IOMMU_WRITE) && (prot & IOMMU_READ))
360                         pte |= ARM_LPAE_PTE_AP_RDONLY;
361
362                 if (!(prot & IOMMU_PRIV))
363                         pte |= ARM_LPAE_PTE_AP_UNPRIV;
364
365                 if (prot & IOMMU_MMIO)
366                         pte |= (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_DEV
367                                 << ARM_LPAE_PTE_ATTRINDX_SHIFT);
368                 else if (prot & IOMMU_CACHE)
369                         pte |= (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_CACHE
370                                 << ARM_LPAE_PTE_ATTRINDX_SHIFT);
371         } else {
372                 pte = ARM_LPAE_PTE_HAP_FAULT;
373                 if (prot & IOMMU_READ)
374                         pte |= ARM_LPAE_PTE_HAP_READ;
375                 if (prot & IOMMU_WRITE)
376                         pte |= ARM_LPAE_PTE_HAP_WRITE;
377                 if (prot & IOMMU_MMIO)
378                         pte |= ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_DEV;
379                 else if (prot & IOMMU_CACHE)
380                         pte |= ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_OIWB;
381                 else
382                         pte |= ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_NC;
383         }
384
385         if (prot & IOMMU_NOEXEC)
386                 pte |= ARM_LPAE_PTE_XN;
387
388         return pte;
389 }
390
391 static int arm_lpae_map(struct io_pgtable_ops *ops, unsigned long iova,
392                         phys_addr_t paddr, size_t size, int iommu_prot)
393 {
394         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
395         arm_lpae_iopte *ptep = data->pgd;
396         int ret, lvl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
397         arm_lpae_iopte prot;
398
399         /* If no access, then nothing to do */
400         if (!(iommu_prot & (IOMMU_READ | IOMMU_WRITE)))
401                 return 0;
402
403         prot = arm_lpae_prot_to_pte(data, iommu_prot);
404         ret = __arm_lpae_map(data, iova, paddr, size, prot, lvl, ptep);
405         /*
406          * Synchronise all PTE updates for the new mapping before there's
407          * a chance for anything to kick off a table walk for the new iova.
408          */
409         wmb();
410
411         return ret;
412 }
413
414 static void __arm_lpae_free_pgtable(struct arm_lpae_io_pgtable *data, int lvl,
415                                     arm_lpae_iopte *ptep)
416 {
417         arm_lpae_iopte *start, *end;
418         unsigned long table_size;
419
420         if (lvl == ARM_LPAE_START_LVL(data))
421                 table_size = data->pgd_size;
422         else
423                 table_size = ARM_LPAE_GRANULE(data);
424
425         start = ptep;
426
427         /* Only leaf entries at the last level */
428         if (lvl == ARM_LPAE_MAX_LEVELS - 1)
429                 end = ptep;
430         else
431                 end = (void *)ptep + table_size;
432
433         while (ptep != end) {
434                 arm_lpae_iopte pte = *ptep++;
435
436                 if (!pte || iopte_leaf(pte, lvl))
437                         continue;
438
439                 __arm_lpae_free_pgtable(data, lvl + 1, iopte_deref(pte, data));
440         }
441
442         __arm_lpae_free_pages(start, table_size, &data->iop.cfg);
443 }
444
445 static void arm_lpae_free_pgtable(struct io_pgtable *iop)
446 {
447         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_to_data(iop);
448
449         __arm_lpae_free_pgtable(data, ARM_LPAE_START_LVL(data), data->pgd);
450         kfree(data);
451 }
452
453 static int arm_lpae_split_blk_unmap(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
454                                     unsigned long iova, size_t size,
455                                     arm_lpae_iopte prot, int lvl,
456                                     arm_lpae_iopte *ptep, size_t blk_size)
457 {
458         unsigned long blk_start, blk_end;
459         phys_addr_t blk_paddr;
460         arm_lpae_iopte table = 0;
461
462         blk_start = iova & ~(blk_size - 1);
463         blk_end = blk_start + blk_size;
464         blk_paddr = iopte_to_pfn(*ptep, data) << data->pg_shift;
465
466         for (; blk_start < blk_end; blk_start += size, blk_paddr += size) {
467                 arm_lpae_iopte *tablep;
468
469                 /* Unmap! */
470                 if (blk_start == iova)
471                         continue;
472
473                 /* __arm_lpae_map expects a pointer to the start of the table */
474                 tablep = &table - ARM_LPAE_LVL_IDX(blk_start, lvl, data);
475                 if (__arm_lpae_map(data, blk_start, blk_paddr, size, prot, lvl,
476                                    tablep) < 0) {
477                         if (table) {
478                                 /* Free the table we allocated */
479                                 tablep = iopte_deref(table, data);
480                                 __arm_lpae_free_pgtable(data, lvl + 1, tablep);
481                         }
482                         return 0; /* Bytes unmapped */
483                 }
484         }
485
486         __arm_lpae_set_pte(ptep, table, &data->iop.cfg);
487         iova &= ~(blk_size - 1);
488         io_pgtable_tlb_add_flush(&data->iop, iova, blk_size, blk_size, true);
489         return size;
490 }
491
492 static int __arm_lpae_unmap(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
493                             unsigned long iova, size_t size, int lvl,
494                             arm_lpae_iopte *ptep)
495 {
496         arm_lpae_iopte pte;
497         struct io_pgtable *iop = &data->iop;
498         size_t blk_size = ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(lvl, data);
499
500         /* Something went horribly wrong and we ran out of page table */
501         if (WARN_ON(lvl == ARM_LPAE_MAX_LEVELS))
502                 return 0;
503
504         ptep += ARM_LPAE_LVL_IDX(iova, lvl, data);
505         pte = *ptep;
506         if (WARN_ON(!pte))
507                 return 0;
508
509         /* If the size matches this level, we're in the right place */
510         if (size == blk_size) {
511                 __arm_lpae_set_pte(ptep, 0, &iop->cfg);
512
513                 if (!iopte_leaf(pte, lvl)) {
514                         /* Also flush any partial walks */
515                         io_pgtable_tlb_add_flush(iop, iova, size,
516                                                 ARM_LPAE_GRANULE(data), false);
517                         io_pgtable_tlb_sync(iop);
518                         ptep = iopte_deref(pte, data);
519                         __arm_lpae_free_pgtable(data, lvl + 1, ptep);
520                 } else {
521                         io_pgtable_tlb_add_flush(iop, iova, size, size, true);
522                 }
523
524                 return size;
525         } else if (iopte_leaf(pte, lvl)) {
526                 /*
527                  * Insert a table at the next level to map the old region,
528                  * minus the part we want to unmap
529                  */
530                 return arm_lpae_split_blk_unmap(data, iova, size,
531                                                 iopte_prot(pte), lvl, ptep,
532                                                 blk_size);
533         }
534
535         /* Keep on walkin' */
536         ptep = iopte_deref(pte, data);
537         return __arm_lpae_unmap(data, iova, size, lvl + 1, ptep);
538 }
539
540 static int arm_lpae_unmap(struct io_pgtable_ops *ops, unsigned long iova,
541                           size_t size)
542 {
543         size_t unmapped;
544         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
545         arm_lpae_iopte *ptep = data->pgd;
546         int lvl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
547
548         unmapped = __arm_lpae_unmap(data, iova, size, lvl, ptep);
549         if (unmapped)
550                 io_pgtable_tlb_sync(&data->iop);
551
552         return unmapped;
553 }
554
555 static phys_addr_t arm_lpae_iova_to_phys(struct io_pgtable_ops *ops,
556                                          unsigned long iova)
557 {
558         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
559         arm_lpae_iopte pte, *ptep = data->pgd;
560         int lvl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
561
562         do {
563                 /* Valid IOPTE pointer? */
564                 if (!ptep)
565                         return 0;
566
567                 /* Grab the IOPTE we're interested in */
568                 pte = *(ptep + ARM_LPAE_LVL_IDX(iova, lvl, data));
569
570                 /* Valid entry? */
571                 if (!pte)
572                         return 0;
573
574                 /* Leaf entry? */
575                 if (iopte_leaf(pte,lvl))
576                         goto found_translation;
577
578                 /* Take it to the next level */
579                 ptep = iopte_deref(pte, data);
580         } while (++lvl < ARM_LPAE_MAX_LEVELS);
581
582         /* Ran out of page tables to walk */
583         return 0;
584
585 found_translation:
586         iova &= (ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(lvl, data) - 1);
587         return ((phys_addr_t)iopte_to_pfn(pte,data) << data->pg_shift) | iova;
588 }
589
590 static void arm_lpae_restrict_pgsizes(struct io_pgtable_cfg *cfg)
591 {
592         unsigned long granule;
593
594         /*
595          * We need to restrict the supported page sizes to match the
596          * translation regime for a particular granule. Aim to match
597          * the CPU page size if possible, otherwise prefer smaller sizes.
598          * While we're at it, restrict the block sizes to match the
599          * chosen granule.
600          */
601         if (cfg->pgsize_bitmap & PAGE_SIZE)
602                 granule = PAGE_SIZE;
603         else if (cfg->pgsize_bitmap & ~PAGE_MASK)
604                 granule = 1UL << __fls(cfg->pgsize_bitmap & ~PAGE_MASK);
605         else if (cfg->pgsize_bitmap & PAGE_MASK)
606                 granule = 1UL << __ffs(cfg->pgsize_bitmap & PAGE_MASK);
607         else
608                 granule = 0;
609
610         switch (granule) {
611         case SZ_4K:
612                 cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G);
613                 break;
614         case SZ_16K:
615                 cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_16K | SZ_32M);
616                 break;
617         case SZ_64K:
618                 cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_64K | SZ_512M);
619                 break;
620         default:
621                 cfg->pgsize_bitmap = 0;
622         }
623 }
624
625 static struct arm_lpae_io_pgtable *
626 arm_lpae_alloc_pgtable(struct io_pgtable_cfg *cfg)
627 {
628         unsigned long va_bits, pgd_bits;
629         struct arm_lpae_io_pgtable *data;
630
631         arm_lpae_restrict_pgsizes(cfg);
632
633         if (!(cfg->pgsize_bitmap & (SZ_4K | SZ_16K | SZ_64K)))
634                 return NULL;
635
636         if (cfg->ias > ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS)
637                 return NULL;
638
639         if (cfg->oas > ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS)
640                 return NULL;
641
642         if (!selftest_running && cfg->iommu_dev->dma_pfn_offset) {
643                 dev_err(cfg->iommu_dev, "Cannot accommodate DMA offset for IOMMU page tables\n");
644                 return NULL;
645         }
646
647         data = kmalloc(sizeof(*data), GFP_KERNEL);
648         if (!data)
649                 return NULL;
650
651         data->pg_shift = __ffs(cfg->pgsize_bitmap);
652         data->bits_per_level = data->pg_shift - ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte));
653
654         va_bits = cfg->ias - data->pg_shift;
655         data->levels = DIV_ROUND_UP(va_bits, data->bits_per_level);
656
657         /* Calculate the actual size of our pgd (without concatenation) */
658         pgd_bits = va_bits - (data->bits_per_level * (data->levels - 1));
659         data->pgd_size = 1UL << (pgd_bits + ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte)));
660
661         data->iop.ops = (struct io_pgtable_ops) {
662                 .map            = arm_lpae_map,
663                 .unmap          = arm_lpae_unmap,
664                 .iova_to_phys   = arm_lpae_iova_to_phys,
665         };
666
667         return data;
668 }
669
670 static struct io_pgtable *
671 arm_64_lpae_alloc_pgtable_s1(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
672 {
673         u64 reg;
674         struct arm_lpae_io_pgtable *data;
675
676         if (cfg->quirks & ~IO_PGTABLE_QUIRK_ARM_NS)
677                 return NULL;
678
679         data = arm_lpae_alloc_pgtable(cfg);
680         if (!data)
681                 return NULL;
682
683         /* TCR */
684         reg = (ARM_LPAE_TCR_SH_IS << ARM_LPAE_TCR_SH0_SHIFT) |
685               (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_IRGN0_SHIFT) |
686               (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_ORGN0_SHIFT);
687
688         switch (ARM_LPAE_GRANULE(data)) {
689         case SZ_4K:
690                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_4K;
691                 break;
692         case SZ_16K:
693                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_16K;
694                 break;
695         case SZ_64K:
696                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_64K;
697                 break;
698         }
699
700         switch (cfg->oas) {
701         case 32:
702                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_32_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
703                 break;
704         case 36:
705                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_36_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
706                 break;
707         case 40:
708                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_40_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
709                 break;
710         case 42:
711                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_42_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
712                 break;
713         case 44:
714                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_44_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
715                 break;
716         case 48:
717                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_48_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
718                 break;
719         default:
720                 goto out_free_data;
721         }
722
723         reg |= (64ULL - cfg->ias) << ARM_LPAE_TCR_T0SZ_SHIFT;
724
725         /* Disable speculative walks through TTBR1 */
726         reg |= ARM_LPAE_TCR_EPD1;
727         cfg->arm_lpae_s1_cfg.tcr = reg;
728
729         /* MAIRs */
730         reg = (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_NC
731                << ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_NC)) |
732               (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_WBRWA
733                << ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_CACHE)) |
734               (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_DEVICE
735                << ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_DEV));
736
737         cfg->arm_lpae_s1_cfg.mair[0] = reg;
738         cfg->arm_lpae_s1_cfg.mair[1] = 0;
739
740         /* Looking good; allocate a pgd */
741         data->pgd = __arm_lpae_alloc_pages(data->pgd_size, GFP_KERNEL, cfg);
742         if (!data->pgd)
743                 goto out_free_data;
744
745         /* Ensure the empty pgd is visible before any actual TTBR write */
746         wmb();
747
748         /* TTBRs */
749         cfg->arm_lpae_s1_cfg.ttbr[0] = virt_to_phys(data->pgd);
750         cfg->arm_lpae_s1_cfg.ttbr[1] = 0;
751         return &data->iop;
752
753 out_free_data:
754         kfree(data);
755         return NULL;
756 }
757
758 static struct io_pgtable *
759 arm_64_lpae_alloc_pgtable_s2(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
760 {
761         u64 reg, sl;
762         struct arm_lpae_io_pgtable *data;
763
764         /* The NS quirk doesn't apply at stage 2 */
765         if (cfg->quirks)
766                 return NULL;
767
768         data = arm_lpae_alloc_pgtable(cfg);
769         if (!data)
770                 return NULL;
771
772         /*
773          * Concatenate PGDs at level 1 if possible in order to reduce
774          * the depth of the stage-2 walk.
775          */
776         if (data->levels == ARM_LPAE_MAX_LEVELS) {
777                 unsigned long pgd_pages;
778
779                 pgd_pages = data->pgd_size >> ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte));
780                 if (pgd_pages <= ARM_LPAE_S2_MAX_CONCAT_PAGES) {
781                         data->pgd_size = pgd_pages << data->pg_shift;
782                         data->levels--;
783                 }
784         }
785
786         /* VTCR */
787         reg = ARM_64_LPAE_S2_TCR_RES1 |
788              (ARM_LPAE_TCR_SH_IS << ARM_LPAE_TCR_SH0_SHIFT) |
789              (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_IRGN0_SHIFT) |
790              (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_ORGN0_SHIFT);
791
792         sl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
793
794         switch (ARM_LPAE_GRANULE(data)) {
795         case SZ_4K:
796                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_4K;
797                 sl++; /* SL0 format is different for 4K granule size */
798                 break;
799         case SZ_16K:
800                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_16K;
801                 break;
802         case SZ_64K:
803                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_64K;
804                 break;
805         }
806
807         switch (cfg->oas) {
808         case 32:
809                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_32_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
810                 break;
811         case 36:
812                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_36_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
813                 break;
814         case 40:
815                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_40_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
816                 break;
817         case 42:
818                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_42_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
819                 break;
820         case 44:
821                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_44_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
822                 break;
823         case 48:
824                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_48_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
825                 break;
826         default:
827                 goto out_free_data;
828         }
829
830         reg |= (64ULL - cfg->ias) << ARM_LPAE_TCR_T0SZ_SHIFT;
831         reg |= (~sl & ARM_LPAE_TCR_SL0_MASK) << ARM_LPAE_TCR_SL0_SHIFT;
832         cfg->arm_lpae_s2_cfg.vtcr = reg;
833
834         /* Allocate pgd pages */
835         data->pgd = __arm_lpae_alloc_pages(data->pgd_size, GFP_KERNEL, cfg);
836         if (!data->pgd)
837                 goto out_free_data;
838
839         /* Ensure the empty pgd is visible before any actual TTBR write */
840         wmb();
841
842         /* VTTBR */
843         cfg->arm_lpae_s2_cfg.vttbr = virt_to_phys(data->pgd);
844         return &data->iop;
845
846 out_free_data:
847         kfree(data);
848         return NULL;
849 }
850
851 static struct io_pgtable *
852 arm_32_lpae_alloc_pgtable_s1(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
853 {
854         struct io_pgtable *iop;
855
856         if (cfg->ias > 32 || cfg->oas > 40)
857                 return NULL;
858
859         cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G);
860         iop = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s1(cfg, cookie);
861         if (iop) {
862                 cfg->arm_lpae_s1_cfg.tcr |= ARM_32_LPAE_TCR_EAE;
863                 cfg->arm_lpae_s1_cfg.tcr &= 0xffffffff;
864         }
865
866         return iop;
867 }
868
869 static struct io_pgtable *
870 arm_32_lpae_alloc_pgtable_s2(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
871 {
872         struct io_pgtable *iop;
873
874         if (cfg->ias > 40 || cfg->oas > 40)
875                 return NULL;
876
877         cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G);
878         iop = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s2(cfg, cookie);
879         if (iop)
880                 cfg->arm_lpae_s2_cfg.vtcr &= 0xffffffff;
881
882         return iop;
883 }
884
885 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_64_lpae_s1_init_fns = {
886         .alloc  = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s1,
887         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
888 };
889
890 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_64_lpae_s2_init_fns = {
891         .alloc  = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s2,
892         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
893 };
894
895 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_32_lpae_s1_init_fns = {
896         .alloc  = arm_32_lpae_alloc_pgtable_s1,
897         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
898 };
899
900 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_32_lpae_s2_init_fns = {
901         .alloc  = arm_32_lpae_alloc_pgtable_s2,
902         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
903 };
904
905 #ifdef CONFIG_IOMMU_IO_PGTABLE_LPAE_SELFTEST
906
907 static struct io_pgtable_cfg *cfg_cookie;
908
909 static void dummy_tlb_flush_all(void *cookie)
910 {
911         WARN_ON(cookie != cfg_cookie);
912 }
913
914 static void dummy_tlb_add_flush(unsigned long iova, size_t size,
915                                 size_t granule, bool leaf, void *cookie)
916 {
917         WARN_ON(cookie != cfg_cookie);
918         WARN_ON(!(size & cfg_cookie->pgsize_bitmap));
919 }
920
921 static void dummy_tlb_sync(void *cookie)
922 {
923         WARN_ON(cookie != cfg_cookie);
924 }
925
926 static const struct iommu_gather_ops dummy_tlb_ops __initconst = {
927         .tlb_flush_all  = dummy_tlb_flush_all,
928         .tlb_add_flush  = dummy_tlb_add_flush,
929         .tlb_sync       = dummy_tlb_sync,
930 };
931
932 static void __init arm_lpae_dump_ops(struct io_pgtable_ops *ops)
933 {
934         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
935         struct io_pgtable_cfg *cfg = &data->iop.cfg;
936
937         pr_err("cfg: pgsize_bitmap 0x%lx, ias %u-bit\n",
938                 cfg->pgsize_bitmap, cfg->ias);
939         pr_err("data: %d levels, 0x%zx pgd_size, %lu pg_shift, %lu bits_per_level, pgd @ %p\n",
940                 data->levels, data->pgd_size, data->pg_shift,
941                 data->bits_per_level, data->pgd);
942 }
943
944 #define __FAIL(ops, i)  ({                                              \
945                 WARN(1, "selftest: test failed for fmt idx %d\n", (i)); \
946                 arm_lpae_dump_ops(ops);                                 \
947                 selftest_running = false;                               \
948                 -EFAULT;                                                \
949 })
950
951 static int __init arm_lpae_run_tests(struct io_pgtable_cfg *cfg)
952 {
953         static const enum io_pgtable_fmt fmts[] = {
954                 ARM_64_LPAE_S1,
955                 ARM_64_LPAE_S2,
956         };
957
958         int i, j;
959         unsigned long iova;
960         size_t size;
961         struct io_pgtable_ops *ops;
962
963         selftest_running = true;
964
965         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(fmts); ++i) {
966                 cfg_cookie = cfg;
967                 ops = alloc_io_pgtable_ops(fmts[i], cfg, cfg);
968                 if (!ops) {
969                         pr_err("selftest: failed to allocate io pgtable ops\n");
970                         return -ENOMEM;
971                 }
972
973                 /*
974                  * Initial sanity checks.
975                  * Empty page tables shouldn't provide any translations.
976                  */
977                 if (ops->iova_to_phys(ops, 42))
978                         return __FAIL(ops, i);
979
980                 if (ops->iova_to_phys(ops, SZ_1G + 42))
981                         return __FAIL(ops, i);
982
983                 if (ops->iova_to_phys(ops, SZ_2G + 42))
984                         return __FAIL(ops, i);
985
986                 /*
987                  * Distinct mappings of different granule sizes.
988                  */
989                 iova = 0;
990                 for_each_set_bit(j, &cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG) {
991                         size = 1UL << j;
992
993                         if (ops->map(ops, iova, iova, size, IOMMU_READ |
994                                                             IOMMU_WRITE |
995                                                             IOMMU_NOEXEC |
996                                                             IOMMU_CACHE))
997                                 return __FAIL(ops, i);
998
999                         /* Overlapping mappings */
1000                         if (!ops->map(ops, iova, iova + size, size,
1001                                       IOMMU_READ | IOMMU_NOEXEC))
1002                                 return __FAIL(ops, i);
1003
1004                         if (ops->iova_to_phys(ops, iova + 42) != (iova + 42))
1005                                 return __FAIL(ops, i);
1006
1007                         iova += SZ_1G;
1008                 }
1009
1010                 /* Partial unmap */
1011                 size = 1UL << __ffs(cfg->pgsize_bitmap);
1012                 if (ops->unmap(ops, SZ_1G + size, size) != size)
1013                         return __FAIL(ops, i);
1014
1015                 /* Remap of partial unmap */
1016                 if (ops->map(ops, SZ_1G + size, size, size, IOMMU_READ))
1017                         return __FAIL(ops, i);
1018
1019                 if (ops->iova_to_phys(ops, SZ_1G + size + 42) != (size + 42))
1020                         return __FAIL(ops, i);
1021
1022                 /* Full unmap */
1023                 iova = 0;
1024                 j = find_first_bit(&cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG);
1025                 while (j != BITS_PER_LONG) {
1026                         size = 1UL << j;
1027
1028                         if (ops->unmap(ops, iova, size) != size)
1029                                 return __FAIL(ops, i);
1030
1031                         if (ops->iova_to_phys(ops, iova + 42))
1032                                 return __FAIL(ops, i);
1033
1034                         /* Remap full block */
1035                         if (ops->map(ops, iova, iova, size, IOMMU_WRITE))
1036                                 return __FAIL(ops, i);
1037
1038                         if (ops->iova_to_phys(ops, iova + 42) != (iova + 42))
1039                                 return __FAIL(ops, i);
1040
1041                         iova += SZ_1G;
1042                         j++;
1043                         j = find_next_bit(&cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG, j);
1044                 }
1045
1046                 free_io_pgtable_ops(ops);
1047         }
1048
1049         selftest_running = false;
1050         return 0;
1051 }
1052
1053 static int __init arm_lpae_do_selftests(void)
1054 {
1055         static const unsigned long pgsize[] = {
1056                 SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G,
1057                 SZ_16K | SZ_32M,
1058                 SZ_64K | SZ_512M,
1059         };
1060
1061         static const unsigned int ias[] = {
1062                 32, 36, 40, 42, 44, 48,
1063         };
1064
1065         int i, j, pass = 0, fail = 0;
1066         struct io_pgtable_cfg cfg = {
1067                 .tlb = &dummy_tlb_ops,
1068                 .oas = 48,
1069         };
1070
1071         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(pgsize); ++i) {
1072                 for (j = 0; j < ARRAY_SIZE(ias); ++j) {
1073                         cfg.pgsize_bitmap = pgsize[i];
1074                         cfg.ias = ias[j];
1075                         pr_info("selftest: pgsize_bitmap 0x%08lx, IAS %u\n",
1076                                 pgsize[i], ias[j]);
1077                         if (arm_lpae_run_tests(&cfg))
1078                                 fail++;
1079                         else
1080                                 pass++;
1081                 }
1082         }
1083
1084         pr_info("selftest: completed with %d PASS %d FAIL\n", pass, fail);
1085         return fail ? -EFAULT : 0;
1086 }
1087 subsys_initcall(arm_lpae_do_selftests);
1088 #endif