]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - drivers/iommu/dma-iommu.c
iommu/dma: Implement PCI allocation optimisation
[karo-tx-linux.git] / drivers / iommu / dma-iommu.c
1 /*
2  * A fairly generic DMA-API to IOMMU-API glue layer.
3  *
4  * Copyright (C) 2014-2015 ARM Ltd.
5  *
6  * based in part on arch/arm/mm/dma-mapping.c:
7  * Copyright (C) 2000-2004 Russell King
8  *
9  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
10  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
11  * published by the Free Software Foundation.
12  *
13  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
16  * GNU General Public License for more details.
17  *
18  * You should have received a copy of the GNU General Public License
19  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
20  */
21
22 #include <linux/device.h>
23 #include <linux/dma-iommu.h>
24 #include <linux/gfp.h>
25 #include <linux/huge_mm.h>
26 #include <linux/iommu.h>
27 #include <linux/iova.h>
28 #include <linux/irq.h>
29 #include <linux/mm.h>
30 #include <linux/pci.h>
31 #include <linux/scatterlist.h>
32 #include <linux/vmalloc.h>
33
34 struct iommu_dma_msi_page {
35         struct list_head        list;
36         dma_addr_t              iova;
37         phys_addr_t             phys;
38 };
39
40 enum iommu_dma_cookie_type {
41         IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE,
42         IOMMU_DMA_MSI_COOKIE,
43 };
44
45 struct iommu_dma_cookie {
46         enum iommu_dma_cookie_type      type;
47         union {
48                 /* Full allocator for IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE */
49                 struct iova_domain      iovad;
50                 /* Trivial linear page allocator for IOMMU_DMA_MSI_COOKIE */
51                 dma_addr_t              msi_iova;
52         };
53         struct list_head                msi_page_list;
54         spinlock_t                      msi_lock;
55 };
56
57 static inline size_t cookie_msi_granule(struct iommu_dma_cookie *cookie)
58 {
59         if (cookie->type == IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE)
60                 return cookie->iovad.granule;
61         return PAGE_SIZE;
62 }
63
64 static inline struct iova_domain *cookie_iovad(struct iommu_domain *domain)
65 {
66         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
67
68         if (cookie->type == IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE)
69                 return &cookie->iovad;
70         return NULL;
71 }
72
73 static struct iommu_dma_cookie *cookie_alloc(enum iommu_dma_cookie_type type)
74 {
75         struct iommu_dma_cookie *cookie;
76
77         cookie = kzalloc(sizeof(*cookie), GFP_KERNEL);
78         if (cookie) {
79                 spin_lock_init(&cookie->msi_lock);
80                 INIT_LIST_HEAD(&cookie->msi_page_list);
81                 cookie->type = type;
82         }
83         return cookie;
84 }
85
86 int iommu_dma_init(void)
87 {
88         return iova_cache_get();
89 }
90
91 /**
92  * iommu_get_dma_cookie - Acquire DMA-API resources for a domain
93  * @domain: IOMMU domain to prepare for DMA-API usage
94  *
95  * IOMMU drivers should normally call this from their domain_alloc
96  * callback when domain->type == IOMMU_DOMAIN_DMA.
97  */
98 int iommu_get_dma_cookie(struct iommu_domain *domain)
99 {
100         if (domain->iova_cookie)
101                 return -EEXIST;
102
103         domain->iova_cookie = cookie_alloc(IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE);
104         if (!domain->iova_cookie)
105                 return -ENOMEM;
106
107         return 0;
108 }
109 EXPORT_SYMBOL(iommu_get_dma_cookie);
110
111 /**
112  * iommu_get_msi_cookie - Acquire just MSI remapping resources
113  * @domain: IOMMU domain to prepare
114  * @base: Start address of IOVA region for MSI mappings
115  *
116  * Users who manage their own IOVA allocation and do not want DMA API support,
117  * but would still like to take advantage of automatic MSI remapping, can use
118  * this to initialise their own domain appropriately. Users should reserve a
119  * contiguous IOVA region, starting at @base, large enough to accommodate the
120  * number of PAGE_SIZE mappings necessary to cover every MSI doorbell address
121  * used by the devices attached to @domain.
122  */
123 int iommu_get_msi_cookie(struct iommu_domain *domain, dma_addr_t base)
124 {
125         struct iommu_dma_cookie *cookie;
126
127         if (domain->type != IOMMU_DOMAIN_UNMANAGED)
128                 return -EINVAL;
129
130         if (domain->iova_cookie)
131                 return -EEXIST;
132
133         cookie = cookie_alloc(IOMMU_DMA_MSI_COOKIE);
134         if (!cookie)
135                 return -ENOMEM;
136
137         cookie->msi_iova = base;
138         domain->iova_cookie = cookie;
139         return 0;
140 }
141 EXPORT_SYMBOL(iommu_get_msi_cookie);
142
143 /**
144  * iommu_put_dma_cookie - Release a domain's DMA mapping resources
145  * @domain: IOMMU domain previously prepared by iommu_get_dma_cookie() or
146  *          iommu_get_msi_cookie()
147  *
148  * IOMMU drivers should normally call this from their domain_free callback.
149  */
150 void iommu_put_dma_cookie(struct iommu_domain *domain)
151 {
152         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
153         struct iommu_dma_msi_page *msi, *tmp;
154
155         if (!cookie)
156                 return;
157
158         if (cookie->type == IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE && cookie->iovad.granule)
159                 put_iova_domain(&cookie->iovad);
160
161         list_for_each_entry_safe(msi, tmp, &cookie->msi_page_list, list) {
162                 list_del(&msi->list);
163                 kfree(msi);
164         }
165         kfree(cookie);
166         domain->iova_cookie = NULL;
167 }
168 EXPORT_SYMBOL(iommu_put_dma_cookie);
169
170 static void iova_reserve_pci_windows(struct pci_dev *dev,
171                 struct iova_domain *iovad)
172 {
173         struct pci_host_bridge *bridge = pci_find_host_bridge(dev->bus);
174         struct resource_entry *window;
175         unsigned long lo, hi;
176
177         resource_list_for_each_entry(window, &bridge->windows) {
178                 if (resource_type(window->res) != IORESOURCE_MEM &&
179                     resource_type(window->res) != IORESOURCE_IO)
180                         continue;
181
182                 lo = iova_pfn(iovad, window->res->start - window->offset);
183                 hi = iova_pfn(iovad, window->res->end - window->offset);
184                 reserve_iova(iovad, lo, hi);
185         }
186 }
187
188 /**
189  * iommu_dma_init_domain - Initialise a DMA mapping domain
190  * @domain: IOMMU domain previously prepared by iommu_get_dma_cookie()
191  * @base: IOVA at which the mappable address space starts
192  * @size: Size of IOVA space
193  * @dev: Device the domain is being initialised for
194  *
195  * @base and @size should be exact multiples of IOMMU page granularity to
196  * avoid rounding surprises. If necessary, we reserve the page at address 0
197  * to ensure it is an invalid IOVA. It is safe to reinitialise a domain, but
198  * any change which could make prior IOVAs invalid will fail.
199  */
200 int iommu_dma_init_domain(struct iommu_domain *domain, dma_addr_t base,
201                 u64 size, struct device *dev)
202 {
203         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
204         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
205         unsigned long order, base_pfn, end_pfn;
206         bool pci = dev && dev_is_pci(dev);
207
208         if (!cookie || cookie->type != IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE)
209                 return -EINVAL;
210
211         /* Use the smallest supported page size for IOVA granularity */
212         order = __ffs(domain->pgsize_bitmap);
213         base_pfn = max_t(unsigned long, 1, base >> order);
214         end_pfn = (base + size - 1) >> order;
215
216         /* Check the domain allows at least some access to the device... */
217         if (domain->geometry.force_aperture) {
218                 if (base > domain->geometry.aperture_end ||
219                     base + size <= domain->geometry.aperture_start) {
220                         pr_warn("specified DMA range outside IOMMU capability\n");
221                         return -EFAULT;
222                 }
223                 /* ...then finally give it a kicking to make sure it fits */
224                 base_pfn = max_t(unsigned long, base_pfn,
225                                 domain->geometry.aperture_start >> order);
226                 end_pfn = min_t(unsigned long, end_pfn,
227                                 domain->geometry.aperture_end >> order);
228         }
229         /*
230          * PCI devices may have larger DMA masks, but still prefer allocating
231          * within a 32-bit mask to avoid DAC addressing. Such limitations don't
232          * apply to the typical platform device, so for those we may as well
233          * leave the cache limit at the top of their range to save an rb_last()
234          * traversal on every allocation.
235          */
236         if (pci)
237                 end_pfn &= DMA_BIT_MASK(32) >> order;
238
239         /* start_pfn is always nonzero for an already-initialised domain */
240         if (iovad->start_pfn) {
241                 if (1UL << order != iovad->granule ||
242                     base_pfn != iovad->start_pfn) {
243                         pr_warn("Incompatible range for DMA domain\n");
244                         return -EFAULT;
245                 }
246                 /*
247                  * If we have devices with different DMA masks, move the free
248                  * area cache limit down for the benefit of the smaller one.
249                  */
250                 iovad->dma_32bit_pfn = min(end_pfn, iovad->dma_32bit_pfn);
251         } else {
252                 init_iova_domain(iovad, 1UL << order, base_pfn, end_pfn);
253                 if (pci)
254                         iova_reserve_pci_windows(to_pci_dev(dev), iovad);
255         }
256         return 0;
257 }
258 EXPORT_SYMBOL(iommu_dma_init_domain);
259
260 /**
261  * dma_info_to_prot - Translate DMA API directions and attributes to IOMMU API
262  *                    page flags.
263  * @dir: Direction of DMA transfer
264  * @coherent: Is the DMA master cache-coherent?
265  * @attrs: DMA attributes for the mapping
266  *
267  * Return: corresponding IOMMU API page protection flags
268  */
269 int dma_info_to_prot(enum dma_data_direction dir, bool coherent,
270                      unsigned long attrs)
271 {
272         int prot = coherent ? IOMMU_CACHE : 0;
273
274         if (attrs & DMA_ATTR_PRIVILEGED)
275                 prot |= IOMMU_PRIV;
276
277         switch (dir) {
278         case DMA_BIDIRECTIONAL:
279                 return prot | IOMMU_READ | IOMMU_WRITE;
280         case DMA_TO_DEVICE:
281                 return prot | IOMMU_READ;
282         case DMA_FROM_DEVICE:
283                 return prot | IOMMU_WRITE;
284         default:
285                 return 0;
286         }
287 }
288
289 static struct iova *__alloc_iova(struct iommu_domain *domain, size_t size,
290                 dma_addr_t dma_limit, struct device *dev)
291 {
292         struct iova_domain *iovad = cookie_iovad(domain);
293         unsigned long shift = iova_shift(iovad);
294         unsigned long length = iova_align(iovad, size) >> shift;
295         struct iova *iova = NULL;
296
297         if (domain->geometry.force_aperture)
298                 dma_limit = min(dma_limit, domain->geometry.aperture_end);
299
300         /* Try to get PCI devices a SAC address */
301         if (dma_limit > DMA_BIT_MASK(32) && dev_is_pci(dev))
302                 iova = alloc_iova(iovad, length, DMA_BIT_MASK(32) >> shift,
303                                   true);
304         /*
305          * Enforce size-alignment to be safe - there could perhaps be an
306          * attribute to control this per-device, or at least per-domain...
307          */
308         if (!iova)
309                 iova = alloc_iova(iovad, length, dma_limit >> shift, true);
310
311         return iova;
312 }
313
314 /* The IOVA allocator knows what we mapped, so just unmap whatever that was */
315 static void __iommu_dma_unmap(struct iommu_domain *domain, dma_addr_t dma_addr)
316 {
317         struct iova_domain *iovad = cookie_iovad(domain);
318         unsigned long shift = iova_shift(iovad);
319         unsigned long pfn = dma_addr >> shift;
320         struct iova *iova = find_iova(iovad, pfn);
321         size_t size;
322
323         if (WARN_ON(!iova))
324                 return;
325
326         size = iova_size(iova) << shift;
327         size -= iommu_unmap(domain, pfn << shift, size);
328         /* ...and if we can't, then something is horribly, horribly wrong */
329         WARN_ON(size > 0);
330         __free_iova(iovad, iova);
331 }
332
333 static void __iommu_dma_free_pages(struct page **pages, int count)
334 {
335         while (count--)
336                 __free_page(pages[count]);
337         kvfree(pages);
338 }
339
340 static struct page **__iommu_dma_alloc_pages(unsigned int count,
341                 unsigned long order_mask, gfp_t gfp)
342 {
343         struct page **pages;
344         unsigned int i = 0, array_size = count * sizeof(*pages);
345
346         order_mask &= (2U << MAX_ORDER) - 1;
347         if (!order_mask)
348                 return NULL;
349
350         if (array_size <= PAGE_SIZE)
351                 pages = kzalloc(array_size, GFP_KERNEL);
352         else
353                 pages = vzalloc(array_size);
354         if (!pages)
355                 return NULL;
356
357         /* IOMMU can map any pages, so himem can also be used here */
358         gfp |= __GFP_NOWARN | __GFP_HIGHMEM;
359
360         while (count) {
361                 struct page *page = NULL;
362                 unsigned int order_size;
363
364                 /*
365                  * Higher-order allocations are a convenience rather
366                  * than a necessity, hence using __GFP_NORETRY until
367                  * falling back to minimum-order allocations.
368                  */
369                 for (order_mask &= (2U << __fls(count)) - 1;
370                      order_mask; order_mask &= ~order_size) {
371                         unsigned int order = __fls(order_mask);
372
373                         order_size = 1U << order;
374                         page = alloc_pages((order_mask - order_size) ?
375                                            gfp | __GFP_NORETRY : gfp, order);
376                         if (!page)
377                                 continue;
378                         if (!order)
379                                 break;
380                         if (!PageCompound(page)) {
381                                 split_page(page, order);
382                                 break;
383                         } else if (!split_huge_page(page)) {
384                                 break;
385                         }
386                         __free_pages(page, order);
387                 }
388                 if (!page) {
389                         __iommu_dma_free_pages(pages, i);
390                         return NULL;
391                 }
392                 count -= order_size;
393                 while (order_size--)
394                         pages[i++] = page++;
395         }
396         return pages;
397 }
398
399 /**
400  * iommu_dma_free - Free a buffer allocated by iommu_dma_alloc()
401  * @dev: Device which owns this buffer
402  * @pages: Array of buffer pages as returned by iommu_dma_alloc()
403  * @size: Size of buffer in bytes
404  * @handle: DMA address of buffer
405  *
406  * Frees both the pages associated with the buffer, and the array
407  * describing them
408  */
409 void iommu_dma_free(struct device *dev, struct page **pages, size_t size,
410                 dma_addr_t *handle)
411 {
412         __iommu_dma_unmap(iommu_get_domain_for_dev(dev), *handle);
413         __iommu_dma_free_pages(pages, PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT);
414         *handle = DMA_ERROR_CODE;
415 }
416
417 /**
418  * iommu_dma_alloc - Allocate and map a buffer contiguous in IOVA space
419  * @dev: Device to allocate memory for. Must be a real device
420  *       attached to an iommu_dma_domain
421  * @size: Size of buffer in bytes
422  * @gfp: Allocation flags
423  * @attrs: DMA attributes for this allocation
424  * @prot: IOMMU mapping flags
425  * @handle: Out argument for allocated DMA handle
426  * @flush_page: Arch callback which must ensure PAGE_SIZE bytes from the
427  *              given VA/PA are visible to the given non-coherent device.
428  *
429  * If @size is less than PAGE_SIZE, then a full CPU page will be allocated,
430  * but an IOMMU which supports smaller pages might not map the whole thing.
431  *
432  * Return: Array of struct page pointers describing the buffer,
433  *         or NULL on failure.
434  */
435 struct page **iommu_dma_alloc(struct device *dev, size_t size, gfp_t gfp,
436                 unsigned long attrs, int prot, dma_addr_t *handle,
437                 void (*flush_page)(struct device *, const void *, phys_addr_t))
438 {
439         struct iommu_domain *domain = iommu_get_domain_for_dev(dev);
440         struct iova_domain *iovad = cookie_iovad(domain);
441         struct iova *iova;
442         struct page **pages;
443         struct sg_table sgt;
444         dma_addr_t dma_addr;
445         unsigned int count, min_size, alloc_sizes = domain->pgsize_bitmap;
446
447         *handle = DMA_ERROR_CODE;
448
449         min_size = alloc_sizes & -alloc_sizes;
450         if (min_size < PAGE_SIZE) {
451                 min_size = PAGE_SIZE;
452                 alloc_sizes |= PAGE_SIZE;
453         } else {
454                 size = ALIGN(size, min_size);
455         }
456         if (attrs & DMA_ATTR_ALLOC_SINGLE_PAGES)
457                 alloc_sizes = min_size;
458
459         count = PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT;
460         pages = __iommu_dma_alloc_pages(count, alloc_sizes >> PAGE_SHIFT, gfp);
461         if (!pages)
462                 return NULL;
463
464         iova = __alloc_iova(domain, size, dev->coherent_dma_mask, dev);
465         if (!iova)
466                 goto out_free_pages;
467
468         size = iova_align(iovad, size);
469         if (sg_alloc_table_from_pages(&sgt, pages, count, 0, size, GFP_KERNEL))
470                 goto out_free_iova;
471
472         if (!(prot & IOMMU_CACHE)) {
473                 struct sg_mapping_iter miter;
474                 /*
475                  * The CPU-centric flushing implied by SG_MITER_TO_SG isn't
476                  * sufficient here, so skip it by using the "wrong" direction.
477                  */
478                 sg_miter_start(&miter, sgt.sgl, sgt.orig_nents, SG_MITER_FROM_SG);
479                 while (sg_miter_next(&miter))
480                         flush_page(dev, miter.addr, page_to_phys(miter.page));
481                 sg_miter_stop(&miter);
482         }
483
484         dma_addr = iova_dma_addr(iovad, iova);
485         if (iommu_map_sg(domain, dma_addr, sgt.sgl, sgt.orig_nents, prot)
486                         < size)
487                 goto out_free_sg;
488
489         *handle = dma_addr;
490         sg_free_table(&sgt);
491         return pages;
492
493 out_free_sg:
494         sg_free_table(&sgt);
495 out_free_iova:
496         __free_iova(iovad, iova);
497 out_free_pages:
498         __iommu_dma_free_pages(pages, count);
499         return NULL;
500 }
501
502 /**
503  * iommu_dma_mmap - Map a buffer into provided user VMA
504  * @pages: Array representing buffer from iommu_dma_alloc()
505  * @size: Size of buffer in bytes
506  * @vma: VMA describing requested userspace mapping
507  *
508  * Maps the pages of the buffer in @pages into @vma. The caller is responsible
509  * for verifying the correct size and protection of @vma beforehand.
510  */
511
512 int iommu_dma_mmap(struct page **pages, size_t size, struct vm_area_struct *vma)
513 {
514         unsigned long uaddr = vma->vm_start;
515         unsigned int i, count = PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT;
516         int ret = -ENXIO;
517
518         for (i = vma->vm_pgoff; i < count && uaddr < vma->vm_end; i++) {
519                 ret = vm_insert_page(vma, uaddr, pages[i]);
520                 if (ret)
521                         break;
522                 uaddr += PAGE_SIZE;
523         }
524         return ret;
525 }
526
527 static dma_addr_t __iommu_dma_map(struct device *dev, phys_addr_t phys,
528                 size_t size, int prot)
529 {
530         dma_addr_t dma_addr;
531         struct iommu_domain *domain = iommu_get_domain_for_dev(dev);
532         struct iova_domain *iovad = cookie_iovad(domain);
533         size_t iova_off = iova_offset(iovad, phys);
534         size_t len = iova_align(iovad, size + iova_off);
535         struct iova *iova = __alloc_iova(domain, len, dma_get_mask(dev), dev);
536
537         if (!iova)
538                 return DMA_ERROR_CODE;
539
540         dma_addr = iova_dma_addr(iovad, iova);
541         if (iommu_map(domain, dma_addr, phys - iova_off, len, prot)) {
542                 __free_iova(iovad, iova);
543                 return DMA_ERROR_CODE;
544         }
545         return dma_addr + iova_off;
546 }
547
548 dma_addr_t iommu_dma_map_page(struct device *dev, struct page *page,
549                 unsigned long offset, size_t size, int prot)
550 {
551         return __iommu_dma_map(dev, page_to_phys(page) + offset, size, prot);
552 }
553
554 void iommu_dma_unmap_page(struct device *dev, dma_addr_t handle, size_t size,
555                 enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
556 {
557         __iommu_dma_unmap(iommu_get_domain_for_dev(dev), handle);
558 }
559
560 /*
561  * Prepare a successfully-mapped scatterlist to give back to the caller.
562  *
563  * At this point the segments are already laid out by iommu_dma_map_sg() to
564  * avoid individually crossing any boundaries, so we merely need to check a
565  * segment's start address to avoid concatenating across one.
566  */
567 static int __finalise_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg, int nents,
568                 dma_addr_t dma_addr)
569 {
570         struct scatterlist *s, *cur = sg;
571         unsigned long seg_mask = dma_get_seg_boundary(dev);
572         unsigned int cur_len = 0, max_len = dma_get_max_seg_size(dev);
573         int i, count = 0;
574
575         for_each_sg(sg, s, nents, i) {
576                 /* Restore this segment's original unaligned fields first */
577                 unsigned int s_iova_off = sg_dma_address(s);
578                 unsigned int s_length = sg_dma_len(s);
579                 unsigned int s_iova_len = s->length;
580
581                 s->offset += s_iova_off;
582                 s->length = s_length;
583                 sg_dma_address(s) = DMA_ERROR_CODE;
584                 sg_dma_len(s) = 0;
585
586                 /*
587                  * Now fill in the real DMA data. If...
588                  * - there is a valid output segment to append to
589                  * - and this segment starts on an IOVA page boundary
590                  * - but doesn't fall at a segment boundary
591                  * - and wouldn't make the resulting output segment too long
592                  */
593                 if (cur_len && !s_iova_off && (dma_addr & seg_mask) &&
594                     (cur_len + s_length <= max_len)) {
595                         /* ...then concatenate it with the previous one */
596                         cur_len += s_length;
597                 } else {
598                         /* Otherwise start the next output segment */
599                         if (i > 0)
600                                 cur = sg_next(cur);
601                         cur_len = s_length;
602                         count++;
603
604                         sg_dma_address(cur) = dma_addr + s_iova_off;
605                 }
606
607                 sg_dma_len(cur) = cur_len;
608                 dma_addr += s_iova_len;
609
610                 if (s_length + s_iova_off < s_iova_len)
611                         cur_len = 0;
612         }
613         return count;
614 }
615
616 /*
617  * If mapping failed, then just restore the original list,
618  * but making sure the DMA fields are invalidated.
619  */
620 static void __invalidate_sg(struct scatterlist *sg, int nents)
621 {
622         struct scatterlist *s;
623         int i;
624
625         for_each_sg(sg, s, nents, i) {
626                 if (sg_dma_address(s) != DMA_ERROR_CODE)
627                         s->offset += sg_dma_address(s);
628                 if (sg_dma_len(s))
629                         s->length = sg_dma_len(s);
630                 sg_dma_address(s) = DMA_ERROR_CODE;
631                 sg_dma_len(s) = 0;
632         }
633 }
634
635 /*
636  * The DMA API client is passing in a scatterlist which could describe
637  * any old buffer layout, but the IOMMU API requires everything to be
638  * aligned to IOMMU pages. Hence the need for this complicated bit of
639  * impedance-matching, to be able to hand off a suitably-aligned list,
640  * but still preserve the original offsets and sizes for the caller.
641  */
642 int iommu_dma_map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
643                 int nents, int prot)
644 {
645         struct iommu_domain *domain = iommu_get_domain_for_dev(dev);
646         struct iova_domain *iovad = cookie_iovad(domain);
647         struct iova *iova;
648         struct scatterlist *s, *prev = NULL;
649         dma_addr_t dma_addr;
650         size_t iova_len = 0;
651         unsigned long mask = dma_get_seg_boundary(dev);
652         int i;
653
654         /*
655          * Work out how much IOVA space we need, and align the segments to
656          * IOVA granules for the IOMMU driver to handle. With some clever
657          * trickery we can modify the list in-place, but reversibly, by
658          * stashing the unaligned parts in the as-yet-unused DMA fields.
659          */
660         for_each_sg(sg, s, nents, i) {
661                 size_t s_iova_off = iova_offset(iovad, s->offset);
662                 size_t s_length = s->length;
663                 size_t pad_len = (mask - iova_len + 1) & mask;
664
665                 sg_dma_address(s) = s_iova_off;
666                 sg_dma_len(s) = s_length;
667                 s->offset -= s_iova_off;
668                 s_length = iova_align(iovad, s_length + s_iova_off);
669                 s->length = s_length;
670
671                 /*
672                  * Due to the alignment of our single IOVA allocation, we can
673                  * depend on these assumptions about the segment boundary mask:
674                  * - If mask size >= IOVA size, then the IOVA range cannot
675                  *   possibly fall across a boundary, so we don't care.
676                  * - If mask size < IOVA size, then the IOVA range must start
677                  *   exactly on a boundary, therefore we can lay things out
678                  *   based purely on segment lengths without needing to know
679                  *   the actual addresses beforehand.
680                  * - The mask must be a power of 2, so pad_len == 0 if
681                  *   iova_len == 0, thus we cannot dereference prev the first
682                  *   time through here (i.e. before it has a meaningful value).
683                  */
684                 if (pad_len && pad_len < s_length - 1) {
685                         prev->length += pad_len;
686                         iova_len += pad_len;
687                 }
688
689                 iova_len += s_length;
690                 prev = s;
691         }
692
693         iova = __alloc_iova(domain, iova_len, dma_get_mask(dev), dev);
694         if (!iova)
695                 goto out_restore_sg;
696
697         /*
698          * We'll leave any physical concatenation to the IOMMU driver's
699          * implementation - it knows better than we do.
700          */
701         dma_addr = iova_dma_addr(iovad, iova);
702         if (iommu_map_sg(domain, dma_addr, sg, nents, prot) < iova_len)
703                 goto out_free_iova;
704
705         return __finalise_sg(dev, sg, nents, dma_addr);
706
707 out_free_iova:
708         __free_iova(iovad, iova);
709 out_restore_sg:
710         __invalidate_sg(sg, nents);
711         return 0;
712 }
713
714 void iommu_dma_unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg, int nents,
715                 enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
716 {
717         /*
718          * The scatterlist segments are mapped into a single
719          * contiguous IOVA allocation, so this is incredibly easy.
720          */
721         __iommu_dma_unmap(iommu_get_domain_for_dev(dev), sg_dma_address(sg));
722 }
723
724 dma_addr_t iommu_dma_map_resource(struct device *dev, phys_addr_t phys,
725                 size_t size, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
726 {
727         return __iommu_dma_map(dev, phys, size,
728                         dma_info_to_prot(dir, false, attrs) | IOMMU_MMIO);
729 }
730
731 void iommu_dma_unmap_resource(struct device *dev, dma_addr_t handle,
732                 size_t size, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
733 {
734         __iommu_dma_unmap(iommu_get_domain_for_dev(dev), handle);
735 }
736
737 int iommu_dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
738 {
739         /*
740          * 'Special' IOMMUs which don't have the same addressing capability
741          * as the CPU will have to wait until we have some way to query that
742          * before they'll be able to use this framework.
743          */
744         return 1;
745 }
746
747 int iommu_dma_mapping_error(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr)
748 {
749         return dma_addr == DMA_ERROR_CODE;
750 }
751
752 static struct iommu_dma_msi_page *iommu_dma_get_msi_page(struct device *dev,
753                 phys_addr_t msi_addr, struct iommu_domain *domain)
754 {
755         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
756         struct iommu_dma_msi_page *msi_page;
757         struct iova_domain *iovad = cookie_iovad(domain);
758         struct iova *iova;
759         int prot = IOMMU_WRITE | IOMMU_NOEXEC | IOMMU_MMIO;
760         size_t size = cookie_msi_granule(cookie);
761
762         msi_addr &= ~(phys_addr_t)(size - 1);
763         list_for_each_entry(msi_page, &cookie->msi_page_list, list)
764                 if (msi_page->phys == msi_addr)
765                         return msi_page;
766
767         msi_page = kzalloc(sizeof(*msi_page), GFP_ATOMIC);
768         if (!msi_page)
769                 return NULL;
770
771         msi_page->phys = msi_addr;
772         if (iovad) {
773                 iova = __alloc_iova(domain, size, dma_get_mask(dev), dev);
774                 if (!iova)
775                         goto out_free_page;
776                 msi_page->iova = iova_dma_addr(iovad, iova);
777         } else {
778                 msi_page->iova = cookie->msi_iova;
779                 cookie->msi_iova += size;
780         }
781
782         if (iommu_map(domain, msi_page->iova, msi_addr, size, prot))
783                 goto out_free_iova;
784
785         INIT_LIST_HEAD(&msi_page->list);
786         list_add(&msi_page->list, &cookie->msi_page_list);
787         return msi_page;
788
789 out_free_iova:
790         if (iovad)
791                 __free_iova(iovad, iova);
792         else
793                 cookie->msi_iova -= size;
794 out_free_page:
795         kfree(msi_page);
796         return NULL;
797 }
798
799 void iommu_dma_map_msi_msg(int irq, struct msi_msg *msg)
800 {
801         struct device *dev = msi_desc_to_dev(irq_get_msi_desc(irq));
802         struct iommu_domain *domain = iommu_get_domain_for_dev(dev);
803         struct iommu_dma_cookie *cookie;
804         struct iommu_dma_msi_page *msi_page;
805         phys_addr_t msi_addr = (u64)msg->address_hi << 32 | msg->address_lo;
806         unsigned long flags;
807
808         if (!domain || !domain->iova_cookie)
809                 return;
810
811         cookie = domain->iova_cookie;
812
813         /*
814          * We disable IRQs to rule out a possible inversion against
815          * irq_desc_lock if, say, someone tries to retarget the affinity
816          * of an MSI from within an IPI handler.
817          */
818         spin_lock_irqsave(&cookie->msi_lock, flags);
819         msi_page = iommu_dma_get_msi_page(dev, msi_addr, domain);
820         spin_unlock_irqrestore(&cookie->msi_lock, flags);
821
822         if (WARN_ON(!msi_page)) {
823                 /*
824                  * We're called from a void callback, so the best we can do is
825                  * 'fail' by filling the message with obviously bogus values.
826                  * Since we got this far due to an IOMMU being present, it's
827                  * not like the existing address would have worked anyway...
828                  */
829                 msg->address_hi = ~0U;
830                 msg->address_lo = ~0U;
831                 msg->data = ~0U;
832         } else {
833                 msg->address_hi = upper_32_bits(msi_page->iova);
834                 msg->address_lo &= cookie_msi_granule(cookie) - 1;
835                 msg->address_lo += lower_32_bits(msi_page->iova);
836         }
837 }