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
  29 #include <asm/barrier.h>
  30
  31 #include "io-pgtable.h"
  32
  33 #define ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS          48
  34 #define ARM_LPAE_S2_MAX_CONCAT_PAGES    16
  35 #define ARM_LPAE_MAX_LEVELS             4
  36
  37 /* Struct accessors */
  38 #define io_pgtable_to_data(x)                                           \
  39         container_of((x), struct arm_lpae_io_pgtable, iop)
  40
  41 #define io_pgtable_ops_to_pgtable(x)                                    \
  42         container_of((x), struct io_pgtable, ops)
  43
  44 #define io_pgtable_ops_to_data(x)                                       \
  45         io_pgtable_to_data(io_pgtable_ops_to_pgtable(x))
  46
  47 /*
  48  * For consistency with the architecture, we always consider
  49  * ARM_LPAE_MAX_LEVELS levels, with the walk starting at level n >=0
  50  */
  51 #define ARM_LPAE_START_LVL(d)           (ARM_LPAE_MAX_LEVELS - (d)->levels)
  52
  53 /*
  54  * Calculate the right shift amount to get to the portion describing level l
  55  * in a virtual address mapped by the pagetable in d.
  56  */
  57 #define ARM_LPAE_LVL_SHIFT(l,d)                                         \
  58         ((((d)->levels - ((l) - ARM_LPAE_START_LVL(d) + 1))             \
  59           * (d)->bits_per_level) + (d)->pg_shift)
  60
  61 #define ARM_LPAE_PAGES_PER_PGD(d)                                       \
  62         DIV_ROUND_UP((d)->pgd_size, 1UL << (d)->pg_shift)
  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         (1 << (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         & ~((1ULL << (d)->pg_shift) - 1)))
 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(1UL << data->pg_shift,
 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 {
 339                 cptep = iopte_deref(pte, data);
 340         }
 341
 342         /* Rinse, repeat */
 343         return __arm_lpae_map(data, iova, paddr, size, prot, lvl + 1, cptep);
 344 }
 345
 346 static arm_lpae_iopte arm_lpae_prot_to_pte(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
 347                                            int prot)
 348 {
 349         arm_lpae_iopte pte;
 350
 351         if (data->iop.fmt == ARM_64_LPAE_S1 ||
 352             data->iop.fmt == ARM_32_LPAE_S1) {
 353                 pte = ARM_LPAE_PTE_AP_UNPRIV | ARM_LPAE_PTE_nG;
 354
 355                 if (!(prot & IOMMU_WRITE) && (prot & IOMMU_READ))
 356                         pte |= ARM_LPAE_PTE_AP_RDONLY;
 357
 358                 if (prot & IOMMU_CACHE)
 359                         pte |= (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_CACHE
 360                                 << ARM_LPAE_PTE_ATTRINDX_SHIFT);
 361         } else {
 362                 pte = ARM_LPAE_PTE_HAP_FAULT;
 363                 if (prot & IOMMU_READ)
 364                         pte |= ARM_LPAE_PTE_HAP_READ;
 365                 if (prot & IOMMU_WRITE)
 366                         pte |= ARM_LPAE_PTE_HAP_WRITE;
 367                 if (prot & IOMMU_CACHE)
 368                         pte |= ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_OIWB;
 369                 else
 370                         pte |= ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_NC;
 371         }
 372
 373         if (prot & IOMMU_NOEXEC)
 374                 pte |= ARM_LPAE_PTE_XN;
 375
 376         return pte;
 377 }
 378
 379 static int arm_lpae_map(struct io_pgtable_ops *ops, unsigned long iova,
 380                         phys_addr_t paddr, size_t size, int iommu_prot)
 381 {
 382         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
 383         arm_lpae_iopte *ptep = data->pgd;
 384         int ret, lvl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
 385         arm_lpae_iopte prot;
 386
 387         /* If no access, then nothing to do */
 388         if (!(iommu_prot & (IOMMU_READ | IOMMU_WRITE)))
 389                 return 0;
 390
 391         prot = arm_lpae_prot_to_pte(data, iommu_prot);
 392         ret = __arm_lpae_map(data, iova, paddr, size, prot, lvl, ptep);
 393         /*
 394          * Synchronise all PTE updates for the new mapping before there's
 395          * a chance for anything to kick off a table walk for the new iova.
 396          */
 397         wmb();
 398
 399         return ret;
 400 }
 401
 402 static void __arm_lpae_free_pgtable(struct arm_lpae_io_pgtable *data, int lvl,
 403                                     arm_lpae_iopte *ptep)
 404 {
 405         arm_lpae_iopte *start, *end;
 406         unsigned long table_size;
 407
 408         /* Only leaf entries at the last level */
 409         if (lvl == ARM_LPAE_MAX_LEVELS - 1)
 410                 return;
 411
 412         if (lvl == ARM_LPAE_START_LVL(data))
 413                 table_size = data->pgd_size;
 414         else
 415                 table_size = 1UL << data->pg_shift;
 416
 417         start = ptep;
 418         end = (void *)ptep + table_size;
 419
 420         while (ptep != end) {
 421                 arm_lpae_iopte pte = *ptep++;
 422
 423                 if (!pte || iopte_leaf(pte, lvl))
 424                         continue;
 425
 426                 __arm_lpae_free_pgtable(data, lvl + 1, iopte_deref(pte, data));
 427         }
 428
 429         __arm_lpae_free_pages(start, table_size, &data->iop.cfg);
 430 }
 431
 432 static void arm_lpae_free_pgtable(struct io_pgtable *iop)
 433 {
 434         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_to_data(iop);
 435
 436         __arm_lpae_free_pgtable(data, ARM_LPAE_START_LVL(data), data->pgd);
 437         kfree(data);
 438 }
 439
 440 static int arm_lpae_split_blk_unmap(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
 441                                     unsigned long iova, size_t size,
 442                                     arm_lpae_iopte prot, int lvl,
 443                                     arm_lpae_iopte *ptep, size_t blk_size)
 444 {
 445         unsigned long blk_start, blk_end;
 446         phys_addr_t blk_paddr;
 447         arm_lpae_iopte table = 0;
 448         struct io_pgtable_cfg *cfg = &data->iop.cfg;
 449
 450         blk_start = iova & ~(blk_size - 1);
 451         blk_end = blk_start + blk_size;
 452         blk_paddr = iopte_to_pfn(*ptep, data) << data->pg_shift;
 453
 454         for (; blk_start < blk_end; blk_start += size, blk_paddr += size) {
 455                 arm_lpae_iopte *tablep;
 456
 457                 /* Unmap! */
 458                 if (blk_start == iova)
 459                         continue;
 460
 461                 /* __arm_lpae_map expects a pointer to the start of the table */
 462                 tablep = &table - ARM_LPAE_LVL_IDX(blk_start, lvl, data);
 463                 if (__arm_lpae_map(data, blk_start, blk_paddr, size, prot, lvl,
 464                                    tablep) < 0) {
 465                         if (table) {
 466                                 /* Free the table we allocated */
 467                                 tablep = iopte_deref(table, data);
 468                                 __arm_lpae_free_pgtable(data, lvl + 1, tablep);
 469                         }
 470                         return 0; /* Bytes unmapped */
 471                 }
 472         }
 473
 474         __arm_lpae_set_pte(ptep, table, cfg);
 475         iova &= ~(blk_size - 1);
 476         cfg->tlb->tlb_add_flush(iova, blk_size, true, data->iop.cookie);
 477         return size;
 478 }
 479
 480 static int __arm_lpae_unmap(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
 481                             unsigned long iova, size_t size, int lvl,
 482                             arm_lpae_iopte *ptep)
 483 {
 484         arm_lpae_iopte pte;
 485         const struct iommu_gather_ops *tlb = data->iop.cfg.tlb;
 486         void *cookie = data->iop.cookie;
 487         size_t blk_size = ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(lvl, data);
 488
 489         ptep += ARM_LPAE_LVL_IDX(iova, lvl, data);
 490         pte = *ptep;
 491
 492         /* Something went horribly wrong and we ran out of page table */
 493         if (WARN_ON(!pte || (lvl == ARM_LPAE_MAX_LEVELS)))
 494                 return 0;
 495
 496         /* If the size matches this level, we're in the right place */
 497         if (size == blk_size) {
 498                 __arm_lpae_set_pte(ptep, 0, &data->iop.cfg);
 499
 500                 if (!iopte_leaf(pte, lvl)) {
 501                         /* Also flush any partial walks */
 502                         tlb->tlb_add_flush(iova, size, false, cookie);
 503                         tlb->tlb_sync(cookie);
 504                         ptep = iopte_deref(pte, data);
 505                         __arm_lpae_free_pgtable(data, lvl + 1, ptep);
 506                 } else {
 507                         tlb->tlb_add_flush(iova, size, true, cookie);
 508                 }
 509
 510                 return size;
 511         } else if (iopte_leaf(pte, lvl)) {
 512                 /*
 513                  * Insert a table at the next level to map the old region,
 514                  * minus the part we want to unmap
 515                  */
 516                 return arm_lpae_split_blk_unmap(data, iova, size,
 517                                                 iopte_prot(pte), lvl, ptep,
 518                                                 blk_size);
 519         }
 520
 521         /* Keep on walkin' */
 522         ptep = iopte_deref(pte, data);
 523         return __arm_lpae_unmap(data, iova, size, lvl + 1, ptep);
 524 }
 525
 526 static int arm_lpae_unmap(struct io_pgtable_ops *ops, unsigned long iova,
 527                           size_t size)
 528 {
 529         size_t unmapped;
 530         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
 531         struct io_pgtable *iop = &data->iop;
 532         arm_lpae_iopte *ptep = data->pgd;
 533         int lvl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
 534
 535         unmapped = __arm_lpae_unmap(data, iova, size, lvl, ptep);
 536         if (unmapped)
 537                 iop->cfg.tlb->tlb_sync(iop->cookie);
 538
 539         return unmapped;
 540 }
 541
 542 static phys_addr_t arm_lpae_iova_to_phys(struct io_pgtable_ops *ops,
 543                                          unsigned long iova)
 544 {
 545         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
 546         arm_lpae_iopte pte, *ptep = data->pgd;
 547         int lvl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
 548
 549         do {
 550                 /* Valid IOPTE pointer? */
 551                 if (!ptep)
 552                         return 0;
 553
 554                 /* Grab the IOPTE we're interested in */
 555                 pte = *(ptep + ARM_LPAE_LVL_IDX(iova, lvl, data));
 556
 557                 /* Valid entry? */
 558                 if (!pte)
 559                         return 0;
 560
 561                 /* Leaf entry? */
 562                 if (iopte_leaf(pte,lvl))
 563                         goto found_translation;
 564
 565                 /* Take it to the next level */
 566                 ptep = iopte_deref(pte, data);
 567         } while (++lvl < ARM_LPAE_MAX_LEVELS);
 568
 569         /* Ran out of page tables to walk */
 570         return 0;
 571
 572 found_translation:
 573         iova &= ((1 << data->pg_shift) - 1);
 574         return ((phys_addr_t)iopte_to_pfn(pte,data) << data->pg_shift) | iova;
 575 }
 576
 577 static void arm_lpae_restrict_pgsizes(struct io_pgtable_cfg *cfg)
 578 {
 579         unsigned long granule;
 580
 581         /*
 582          * We need to restrict the supported page sizes to match the
 583          * translation regime for a particular granule. Aim to match
 584          * the CPU page size if possible, otherwise prefer smaller sizes.
 585          * While we're at it, restrict the block sizes to match the
 586          * chosen granule.
 587          */
 588         if (cfg->pgsize_bitmap & PAGE_SIZE)
 589                 granule = PAGE_SIZE;
 590         else if (cfg->pgsize_bitmap & ~PAGE_MASK)
 591                 granule = 1UL << __fls(cfg->pgsize_bitmap & ~PAGE_MASK);
 592         else if (cfg->pgsize_bitmap & PAGE_MASK)
 593                 granule = 1UL << __ffs(cfg->pgsize_bitmap & PAGE_MASK);
 594         else
 595                 granule = 0;
 596
 597         switch (granule) {
 598         case SZ_4K:
 599                 cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G);
 600                 break;
 601         case SZ_16K:
 602                 cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_16K | SZ_32M);
 603                 break;
 604         case SZ_64K:
 605                 cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_64K | SZ_512M);
 606                 break;
 607         default:
 608                 cfg->pgsize_bitmap = 0;
 609         }
 610 }
 611
 612 static struct arm_lpae_io_pgtable *
 613 arm_lpae_alloc_pgtable(struct io_pgtable_cfg *cfg)
 614 {
 615         unsigned long va_bits, pgd_bits;
 616         struct arm_lpae_io_pgtable *data;
 617
 618         arm_lpae_restrict_pgsizes(cfg);
 619
 620         if (!(cfg->pgsize_bitmap & (SZ_4K | SZ_16K | SZ_64K)))
 621                 return NULL;
 622
 623         if (cfg->ias > ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS)
 624                 return NULL;
 625
 626         if (cfg->oas > ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS)
 627                 return NULL;
 628
 629         if (!selftest_running && cfg->iommu_dev->dma_pfn_offset) {
 630                 dev_err(cfg->iommu_dev, "Cannot accommodate DMA offset for IOMMU page tables\n");
 631                 return NULL;
 632         }
 633
 634         data = kmalloc(sizeof(*data), GFP_KERNEL);
 635         if (!data)
 636                 return NULL;
 637
 638         data->pg_shift = __ffs(cfg->pgsize_bitmap);
 639         data->bits_per_level = data->pg_shift - ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte));
 640
 641         va_bits = cfg->ias - data->pg_shift;
 642         data->levels = DIV_ROUND_UP(va_bits, data->bits_per_level);
 643
 644         /* Calculate the actual size of our pgd (without concatenation) */
 645         pgd_bits = va_bits - (data->bits_per_level * (data->levels - 1));
 646         data->pgd_size = 1UL << (pgd_bits + ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte)));
 647
 648         data->iop.ops = (struct io_pgtable_ops) {
 649                 .map            = arm_lpae_map,
 650                 .unmap          = arm_lpae_unmap,
 651                 .iova_to_phys   = arm_lpae_iova_to_phys,
 652         };
 653
 654         return data;
 655 }
 656
 657 static struct io_pgtable *
 658 arm_64_lpae_alloc_pgtable_s1(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
 659 {
 660         u64 reg;
 661         struct arm_lpae_io_pgtable *data = arm_lpae_alloc_pgtable(cfg);
 662
 663         if (!data)
 664                 return NULL;
 665
 666         /* TCR */
 667         reg = (ARM_LPAE_TCR_SH_IS << ARM_LPAE_TCR_SH0_SHIFT) |
 668               (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_IRGN0_SHIFT) |
 669               (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_ORGN0_SHIFT);
 670
 671         switch (1 << data->pg_shift) {
 672         case SZ_4K:
 673                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_4K;
 674                 break;
 675         case SZ_16K:
 676                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_16K;
 677                 break;
 678         case SZ_64K:
 679                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_64K;
 680                 break;
 681         }
 682
 683         switch (cfg->oas) {
 684         case 32:
 685                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_32_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
 686                 break;
 687         case 36:
 688                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_36_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
 689                 break;
 690         case 40:
 691                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_40_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
 692                 break;
 693         case 42:
 694                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_42_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
 695                 break;
 696         case 44:
 697                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_44_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
 698                 break;
 699         case 48:
 700                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_48_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
 701                 break;
 702         default:
 703                 goto out_free_data;
 704         }
 705
 706         reg |= (64ULL - cfg->ias) << ARM_LPAE_TCR_T0SZ_SHIFT;
 707
 708         /* Disable speculative walks through TTBR1 */
 709         reg |= ARM_LPAE_TCR_EPD1;
 710         cfg->arm_lpae_s1_cfg.tcr = reg;
 711
 712         /* MAIRs */
 713         reg = (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_NC
 714                << ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_NC)) |
 715               (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_WBRWA
 716                << ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_CACHE)) |
 717               (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_DEVICE
 718                << ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_DEV));
 719
 720         cfg->arm_lpae_s1_cfg.mair[0] = reg;
 721         cfg->arm_lpae_s1_cfg.mair[1] = 0;
 722
 723         /* Looking good; allocate a pgd */
 724         data->pgd = __arm_lpae_alloc_pages(data->pgd_size, GFP_KERNEL, cfg);
 725         if (!data->pgd)
 726                 goto out_free_data;
 727
 728         /* Ensure the empty pgd is visible before any actual TTBR write */
 729         wmb();
 730
 731         /* TTBRs */
 732         cfg->arm_lpae_s1_cfg.ttbr[0] = virt_to_phys(data->pgd);
 733         cfg->arm_lpae_s1_cfg.ttbr[1] = 0;
 734         return &data->iop;
 735
 736 out_free_data:
 737         kfree(data);
 738         return NULL;
 739 }
 740
 741 static struct io_pgtable *
 742 arm_64_lpae_alloc_pgtable_s2(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
 743 {
 744         u64 reg, sl;
 745         struct arm_lpae_io_pgtable *data = arm_lpae_alloc_pgtable(cfg);
 746
 747         if (!data)
 748                 return NULL;
 749
 750         /*
 751          * Concatenate PGDs at level 1 if possible in order to reduce
 752          * the depth of the stage-2 walk.
 753          */
 754         if (data->levels == ARM_LPAE_MAX_LEVELS) {
 755                 unsigned long pgd_pages;
 756
 757                 pgd_pages = data->pgd_size >> ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte));
 758                 if (pgd_pages <= ARM_LPAE_S2_MAX_CONCAT_PAGES) {
 759                         data->pgd_size = pgd_pages << data->pg_shift;
 760                         data->levels--;
 761                 }
 762         }
 763
 764         /* VTCR */
 765         reg = ARM_64_LPAE_S2_TCR_RES1 |
 766              (ARM_LPAE_TCR_SH_IS << ARM_LPAE_TCR_SH0_SHIFT) |
 767              (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_IRGN0_SHIFT) |
 768              (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_ORGN0_SHIFT);
 769
 770         sl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
 771
 772         switch (1 << data->pg_shift) {
 773         case SZ_4K:
 774                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_4K;
 775                 sl++; /* SL0 format is different for 4K granule size */
 776                 break;
 777         case SZ_16K:
 778                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_16K;
 779                 break;
 780         case SZ_64K:
 781                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_64K;
 782                 break;
 783         }
 784
 785         switch (cfg->oas) {
 786         case 32:
 787                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_32_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
 788                 break;
 789         case 36:
 790                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_36_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
 791                 break;
 792         case 40:
 793                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_40_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
 794                 break;
 795         case 42:
 796                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_42_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
 797                 break;
 798         case 44:
 799                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_44_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
 800                 break;
 801         case 48:
 802                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_48_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
 803                 break;
 804         default:
 805                 goto out_free_data;
 806         }
 807
 808         reg |= (64ULL - cfg->ias) << ARM_LPAE_TCR_T0SZ_SHIFT;
 809         reg |= (~sl & ARM_LPAE_TCR_SL0_MASK) << ARM_LPAE_TCR_SL0_SHIFT;
 810         cfg->arm_lpae_s2_cfg.vtcr = reg;
 811
 812         /* Allocate pgd pages */
 813         data->pgd = __arm_lpae_alloc_pages(data->pgd_size, GFP_KERNEL, cfg);
 814         if (!data->pgd)
 815                 goto out_free_data;
 816
 817         /* Ensure the empty pgd is visible before any actual TTBR write */
 818         wmb();
 819
 820         /* VTTBR */
 821         cfg->arm_lpae_s2_cfg.vttbr = virt_to_phys(data->pgd);
 822         return &data->iop;
 823
 824 out_free_data:
 825         kfree(data);
 826         return NULL;
 827 }
 828
 829 static struct io_pgtable *
 830 arm_32_lpae_alloc_pgtable_s1(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
 831 {
 832         struct io_pgtable *iop;
 833
 834         if (cfg->ias > 32 || cfg->oas > 40)
 835                 return NULL;
 836
 837         cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G);
 838         iop = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s1(cfg, cookie);
 839         if (iop) {
 840                 cfg->arm_lpae_s1_cfg.tcr |= ARM_32_LPAE_TCR_EAE;
 841                 cfg->arm_lpae_s1_cfg.tcr &= 0xffffffff;
 842         }
 843
 844         return iop;
 845 }
 846
 847 static struct io_pgtable *
 848 arm_32_lpae_alloc_pgtable_s2(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
 849 {
 850         struct io_pgtable *iop;
 851
 852         if (cfg->ias > 40 || cfg->oas > 40)
 853                 return NULL;
 854
 855         cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G);
 856         iop = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s2(cfg, cookie);
 857         if (iop)
 858                 cfg->arm_lpae_s2_cfg.vtcr &= 0xffffffff;
 859
 860         return iop;
 861 }
 862
 863 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_64_lpae_s1_init_fns = {
 864         .alloc  = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s1,
 865         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
 866 };
 867
 868 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_64_lpae_s2_init_fns = {
 869         .alloc  = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s2,
 870         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
 871 };
 872
 873 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_32_lpae_s1_init_fns = {
 874         .alloc  = arm_32_lpae_alloc_pgtable_s1,
 875         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
 876 };
 877
 878 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_32_lpae_s2_init_fns = {
 879         .alloc  = arm_32_lpae_alloc_pgtable_s2,
 880         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
 881 };
 882
 883 #ifdef CONFIG_IOMMU_IO_PGTABLE_LPAE_SELFTEST
 884
 885 static struct io_pgtable_cfg *cfg_cookie;
 886
 887 static void dummy_tlb_flush_all(void *cookie)
 888 {
 889         WARN_ON(cookie != cfg_cookie);
 890 }
 891
 892 static void dummy_tlb_add_flush(unsigned long iova, size_t size, bool leaf,
 893                                 void *cookie)
 894 {
 895         WARN_ON(cookie != cfg_cookie);
 896         WARN_ON(!(size & cfg_cookie->pgsize_bitmap));
 897 }
 898
 899 static void dummy_tlb_sync(void *cookie)
 900 {
 901         WARN_ON(cookie != cfg_cookie);
 902 }
 903
 904 static struct iommu_gather_ops dummy_tlb_ops __initdata = {
 905         .tlb_flush_all  = dummy_tlb_flush_all,
 906         .tlb_add_flush  = dummy_tlb_add_flush,
 907         .tlb_sync       = dummy_tlb_sync,
 908 };
 909
 910 static void __init arm_lpae_dump_ops(struct io_pgtable_ops *ops)
 911 {
 912         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
 913         struct io_pgtable_cfg *cfg = &data->iop.cfg;
 914
 915         pr_err("cfg: pgsize_bitmap 0x%lx, ias %u-bit\n",
 916                 cfg->pgsize_bitmap, cfg->ias);
 917         pr_err("data: %d levels, 0x%zx pgd_size, %lu pg_shift, %lu bits_per_level, pgd @ %p\n",
 918                 data->levels, data->pgd_size, data->pg_shift,
 919                 data->bits_per_level, data->pgd);
 920 }
 921
 922 #define __FAIL(ops, i)  ({                                              \
 923                 WARN(1, "selftest: test failed for fmt idx %d\n", (i)); \
 924                 arm_lpae_dump_ops(ops);                                 \
 925                 selftest_running = false;                               \
 926                 -EFAULT;                                                \
 927 })
 928
 929 static int __init arm_lpae_run_tests(struct io_pgtable_cfg *cfg)
 930 {
 931         static const enum io_pgtable_fmt fmts[] = {
 932                 ARM_64_LPAE_S1,
 933                 ARM_64_LPAE_S2,
 934         };
 935
 936         int i, j;
 937         unsigned long iova;
 938         size_t size;
 939         struct io_pgtable_ops *ops;
 940
 941         selftest_running = true;
 942
 943         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(fmts); ++i) {
 944                 cfg_cookie = cfg;
 945                 ops = alloc_io_pgtable_ops(fmts[i], cfg, cfg);
 946                 if (!ops) {
 947                         pr_err("selftest: failed to allocate io pgtable ops\n");
 948                         return -ENOMEM;
 949                 }
 950
 951                 /*
 952                  * Initial sanity checks.
 953                  * Empty page tables shouldn't provide any translations.
 954                  */
 955                 if (ops->iova_to_phys(ops, 42))
 956                         return __FAIL(ops, i);
 957
 958                 if (ops->iova_to_phys(ops, SZ_1G + 42))
 959                         return __FAIL(ops, i);
 960
 961                 if (ops->iova_to_phys(ops, SZ_2G + 42))
 962                         return __FAIL(ops, i);
 963
 964                 /*
 965                  * Distinct mappings of different granule sizes.
 966                  */
 967                 iova = 0;
 968                 j = find_first_bit(&cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG);
 969                 while (j != BITS_PER_LONG) {
 970                         size = 1UL << j;
 971
 972                         if (ops->map(ops, iova, iova, size, IOMMU_READ |
 973                                                             IOMMU_WRITE |
 974                                                             IOMMU_NOEXEC |
 975                                                             IOMMU_CACHE))
 976                                 return __FAIL(ops, i);
 977
 978                         /* Overlapping mappings */
 979                         if (!ops->map(ops, iova, iova + size, size,
 980                                       IOMMU_READ | IOMMU_NOEXEC))
 981                                 return __FAIL(ops, i);
 982
 983                         if (ops->iova_to_phys(ops, iova + 42) != (iova + 42))
 984                                 return __FAIL(ops, i);
 985
 986                         iova += SZ_1G;
 987                         j++;
 988                         j = find_next_bit(&cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG, j);
 989                 }
 990
 991                 /* Partial unmap */
 992                 size = 1UL << __ffs(cfg->pgsize_bitmap);
 993                 if (ops->unmap(ops, SZ_1G + size, size) != size)
 994                         return __FAIL(ops, i);
 995
 996                 /* Remap of partial unmap */
 997                 if (ops->map(ops, SZ_1G + size, size, size, IOMMU_READ))
 998                         return __FAIL(ops, i);
 999
1000                 if (ops->iova_to_phys(ops, SZ_1G + size + 42) != (size + 42))
1001                         return __FAIL(ops, i);
1002
1003                 /* Full unmap */
1004                 iova = 0;
1005                 j = find_first_bit(&cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG);
1006                 while (j != BITS_PER_LONG) {
1007                         size = 1UL << j;
1008
1009                         if (ops->unmap(ops, iova, size) != size)
1010                                 return __FAIL(ops, i);
1011
1012                         if (ops->iova_to_phys(ops, iova + 42))
1013                                 return __FAIL(ops, i);
1014
1015                         /* Remap full block */
1016                         if (ops->map(ops, iova, iova, size, IOMMU_WRITE))
1017                                 return __FAIL(ops, i);
1018
1019                         if (ops->iova_to_phys(ops, iova + 42) != (iova + 42))
1020                                 return __FAIL(ops, i);
1021
1022                         iova += SZ_1G;
1023                         j++;
1024                         j = find_next_bit(&cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG, j);
1025                 }
1026
1027                 free_io_pgtable_ops(ops);
1028         }
1029
1030         selftest_running = false;
1031         return 0;
1032 }
1033
1034 static int __init arm_lpae_do_selftests(void)
1035 {
1036         static const unsigned long pgsize[] = {
1037                 SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G,
1038                 SZ_16K | SZ_32M,
1039                 SZ_64K | SZ_512M,
1040         };
1041
1042         static const unsigned int ias[] = {
1043                 32, 36, 40, 42, 44, 48,
1044         };
1045
1046         int i, j, pass = 0, fail = 0;
1047         struct io_pgtable_cfg cfg = {
1048                 .tlb = &dummy_tlb_ops,
1049                 .oas = 48,
1050         };
1051
1052         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(pgsize); ++i) {
1053                 for (j = 0; j < ARRAY_SIZE(ias); ++j) {
1054                         cfg.pgsize_bitmap = pgsize[i];
1055                         cfg.ias = ias[j];
1056                         pr_info("selftest: pgsize_bitmap 0x%08lx, IAS %u\n",
1057                                 pgsize[i], ias[j]);
1058                         if (arm_lpae_run_tests(&cfg))
1059                                 fail++;
1060                         else
1061                                 pass++;
1062                 }
1063         }
1064
1065         pr_info("selftest: completed with %d PASS %d FAIL\n", pass, fail);
1066         return fail ? -EFAULT : 0;
1067 }
1068 subsys_initcall(arm_lpae_do_selftests);
1069 #endif