arch/powerpc/mm/dma-noncoherent.c

   1 /*
   2  *  PowerPC version derived from arch/arm/mm/consistent.c
   3  *    Copyright (C) 2001 Dan Malek (dmalek@jlc.net)
   4  *
   5  *  Copyright (C) 2000 Russell King
   6  *
   7  * Consistent memory allocators.  Used for DMA devices that want to
   8  * share uncached memory with the processor core.  The function return
   9  * is the virtual address and 'dma_handle' is the physical address.
  10  * Mostly stolen from the ARM port, with some changes for PowerPC.
  11  *                                              -- Dan
  12  *
  13  * Reorganized to get rid of the arch-specific consistent_* functions
  14  * and provide non-coherent implementations for the DMA API. -Matt
  15  *
  16  * Added in_interrupt() safe dma_alloc_coherent()/dma_free_coherent()
  17  * implementation. This is pulled straight from ARM and barely
  18  * modified. -Matt
  19  *
  20  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  21  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
  22  * published by the Free Software Foundation.
  23  */
  24
  25 #include <linux/sched.h>
  26 #include <linux/slab.h>
  27 #include <linux/kernel.h>
  28 #include <linux/errno.h>
  29 #include <linux/string.h>
  30 #include <linux/types.h>
  31 #include <linux/highmem.h>
  32 #include <linux/dma-mapping.h>
  33 #include <linux/export.h>
  34
  35 #include <asm/tlbflush.h>
  36 #include <asm/dma.h>
  37
  38 #include "mmu_decl.h"
  39
  40 /*
  41  * This address range defaults to a value that is safe for all
  42  * platforms which currently set CONFIG_NOT_COHERENT_CACHE. It
  43  * can be further configured for specific applications under
  44  * the "Advanced Setup" menu. -Matt
  45  */
  46 #define CONSISTENT_BASE         (IOREMAP_TOP)
  47 #define CONSISTENT_END          (CONSISTENT_BASE + CONFIG_CONSISTENT_SIZE)
  48 #define CONSISTENT_OFFSET(x)    (((unsigned long)(x) - CONSISTENT_BASE) >> PAGE_SHIFT)
  49
  50 /*
  51  * This is the page table (2MB) covering uncached, DMA consistent allocations
  52  */
  53 static DEFINE_SPINLOCK(consistent_lock);
  54
  55 /*
  56  * VM region handling support.
  57  *
  58  * This should become something generic, handling VM region allocations for
  59  * vmalloc and similar (ioremap, module space, etc).
  60  *
  61  * I envisage vmalloc()'s supporting vm_struct becoming:
  62  *
  63  *  struct vm_struct {
  64  *    struct vm_region  region;
  65  *    unsigned long     flags;
  66  *    struct page       **pages;
  67  *    unsigned int      nr_pages;
  68  *    unsigned long     phys_addr;
  69  *  };
  70  *
  71  * get_vm_area() would then call vm_region_alloc with an appropriate
  72  * struct vm_region head (eg):
  73  *
  74  *  struct vm_region vmalloc_head = {
  75  *      .vm_list        = LIST_HEAD_INIT(vmalloc_head.vm_list),
  76  *      .vm_start       = VMALLOC_START,
  77  *      .vm_end         = VMALLOC_END,
  78  *  };
  79  *
  80  * However, vmalloc_head.vm_start is variable (typically, it is dependent on
  81  * the amount of RAM found at boot time.)  I would imagine that get_vm_area()
  82  * would have to initialise this each time prior to calling vm_region_alloc().
  83  */
  84 struct ppc_vm_region {
  85         struct list_head        vm_list;
  86         unsigned long           vm_start;
  87         unsigned long           vm_end;
  88 };
  89
  90 static struct ppc_vm_region consistent_head = {
  91         .vm_list        = LIST_HEAD_INIT(consistent_head.vm_list),
  92         .vm_start       = CONSISTENT_BASE,
  93         .vm_end         = CONSISTENT_END,
  94 };
  95
  96 static struct ppc_vm_region *
  97 ppc_vm_region_alloc(struct ppc_vm_region *head, size_t size, gfp_t gfp)
  98 {
  99         unsigned long addr = head->vm_start, end = head->vm_end - size;
 100         unsigned long flags;
 101         struct ppc_vm_region *c, *new;
 102
 103         new = kmalloc(sizeof(struct ppc_vm_region), gfp);
 104         if (!new)
 105                 goto out;
 106
 107         spin_lock_irqsave(&consistent_lock, flags);
 108
 109         list_for_each_entry(c, &head->vm_list, vm_list) {
 110                 if ((addr + size) < addr)
 111                         goto nospc;
 112                 if ((addr + size) <= c->vm_start)
 113                         goto found;
 114                 addr = c->vm_end;
 115                 if (addr > end)
 116                         goto nospc;
 117         }
 118
 119  found:
 120         /*
 121          * Insert this entry _before_ the one we found.
 122          */
 123         list_add_tail(&new->vm_list, &c->vm_list);
 124         new->vm_start = addr;
 125         new->vm_end = addr + size;
 126
 127         spin_unlock_irqrestore(&consistent_lock, flags);
 128         return new;
 129
 130  nospc:
 131         spin_unlock_irqrestore(&consistent_lock, flags);
 132         kfree(new);
 133  out:
 134         return NULL;
 135 }
 136
 137 static struct ppc_vm_region *ppc_vm_region_find(struct ppc_vm_region *head, unsigned long addr)
 138 {
 139         struct ppc_vm_region *c;
 140
 141         list_for_each_entry(c, &head->vm_list, vm_list) {
 142                 if (c->vm_start == addr)
 143                         goto out;
 144         }
 145         c = NULL;
 146  out:
 147         return c;
 148 }
 149
 150 /*
 151  * Allocate DMA-coherent memory space and return both the kernel remapped
 152  * virtual and bus address for that space.
 153  */
 154 void *
 155 __dma_alloc_coherent(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *handle, gfp_t gfp)
 156 {
 157         struct page *page;
 158         struct ppc_vm_region *c;
 159         unsigned long order;
 160         u64 mask = ISA_DMA_THRESHOLD, limit;
 161
 162         if (dev) {
 163                 mask = dev->coherent_dma_mask;
 164
 165                 /*
 166                  * Sanity check the DMA mask - it must be non-zero, and
 167                  * must be able to be satisfied by a DMA allocation.
 168                  */
 169                 if (mask == 0) {
 170                         dev_warn(dev, "coherent DMA mask is unset\n");
 171                         goto no_page;
 172                 }
 173
 174                 if ((~mask) & ISA_DMA_THRESHOLD) {
 175                         dev_warn(dev, "coherent DMA mask %#llx is smaller "
 176                                  "than system GFP_DMA mask %#llx\n",
 177                                  mask, (unsigned long long)ISA_DMA_THRESHOLD);
 178                         goto no_page;
 179                 }
 180         }
 181
 182
 183         size = PAGE_ALIGN(size);
 184         limit = (mask + 1) & ~mask;
 185         if ((limit && size >= limit) ||
 186             size >= (CONSISTENT_END - CONSISTENT_BASE)) {
 187                 printk(KERN_WARNING "coherent allocation too big (requested %#x mask %#Lx)\n",
 188                        size, mask);
 189                 return NULL;
 190         }
 191
 192         order = get_order(size);
 193
 194         /* Might be useful if we ever have a real legacy DMA zone... */
 195         if (mask != 0xffffffff)
 196                 gfp |= GFP_DMA;
 197
 198         page = alloc_pages(gfp, order);
 199         if (!page)
 200                 goto no_page;
 201
 202         /*
 203          * Invalidate any data that might be lurking in the
 204          * kernel direct-mapped region for device DMA.
 205          */
 206         {
 207                 unsigned long kaddr = (unsigned long)page_address(page);
 208                 memset(page_address(page), 0, size);
 209                 flush_dcache_range(kaddr, kaddr + size);
 210         }
 211
 212         /*
 213          * Allocate a virtual address in the consistent mapping region.
 214          */
 215         c = ppc_vm_region_alloc(&consistent_head, size,
 216                             gfp & ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM));
 217         if (c) {
 218                 unsigned long vaddr = c->vm_start;
 219                 struct page *end = page + (1 << order);
 220
 221                 split_page(page, order);
 222
 223                 /*
 224                  * Set the "dma handle"
 225                  */
 226                 *handle = page_to_phys(page);
 227
 228                 do {
 229                         SetPageReserved(page);
 230                         map_page(vaddr, page_to_phys(page),
 231                                  pgprot_val(pgprot_noncached(PAGE_KERNEL)));
 232                         page++;
 233                         vaddr += PAGE_SIZE;
 234                 } while (size -= PAGE_SIZE);
 235
 236                 /*
 237                  * Free the otherwise unused pages.
 238                  */
 239                 while (page < end) {
 240                         __free_page(page);
 241                         page++;
 242                 }
 243
 244                 return (void *)c->vm_start;
 245         }
 246
 247         if (page)
 248                 __free_pages(page, order);
 249  no_page:
 250         return NULL;
 251 }
 252 EXPORT_SYMBOL(__dma_alloc_coherent);
 253
 254 /*
 255  * free a page as defined by the above mapping.
 256  */
 257 void __dma_free_coherent(size_t size, void *vaddr)
 258 {
 259         struct ppc_vm_region *c;
 260         unsigned long flags, addr;
 261
 262         size = PAGE_ALIGN(size);
 263
 264         spin_lock_irqsave(&consistent_lock, flags);
 265
 266         c = ppc_vm_region_find(&consistent_head, (unsigned long)vaddr);
 267         if (!c)
 268                 goto no_area;
 269
 270         if ((c->vm_end - c->vm_start) != size) {
 271                 printk(KERN_ERR "%s: freeing wrong coherent size (%ld != %d)\n",
 272                        __func__, c->vm_end - c->vm_start, size);
 273                 dump_stack();
 274                 size = c->vm_end - c->vm_start;
 275         }
 276
 277         addr = c->vm_start;
 278         do {
 279                 pte_t *ptep;
 280                 unsigned long pfn;
 281
 282                 ptep = pte_offset_kernel(pmd_offset(pud_offset(pgd_offset_k(addr),
 283                                                                addr),
 284                                                     addr),
 285                                          addr);
 286                 if (!pte_none(*ptep) && pte_present(*ptep)) {
 287                         pfn = pte_pfn(*ptep);
 288                         pte_clear(&init_mm, addr, ptep);
 289                         if (pfn_valid(pfn)) {
 290                                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
 291                                 __free_reserved_page(page);
 292                         }
 293                 }
 294                 addr += PAGE_SIZE;
 295         } while (size -= PAGE_SIZE);
 296
 297         flush_tlb_kernel_range(c->vm_start, c->vm_end);
 298
 299         list_del(&c->vm_list);
 300
 301         spin_unlock_irqrestore(&consistent_lock, flags);
 302
 303         kfree(c);
 304         return;
 305
 306  no_area:
 307         spin_unlock_irqrestore(&consistent_lock, flags);
 308         printk(KERN_ERR "%s: trying to free invalid coherent area: %p\n",
 309                __func__, vaddr);
 310         dump_stack();
 311 }
 312 EXPORT_SYMBOL(__dma_free_coherent);
 313
 314 /*
 315  * make an area consistent.
 316  */
 317 void __dma_sync(void *vaddr, size_t size, int direction)
 318 {
 319         unsigned long start = (unsigned long)vaddr;
 320         unsigned long end   = start + size;
 321
 322         switch (direction) {
 323         case DMA_NONE:
 324                 BUG();
 325         case DMA_FROM_DEVICE:
 326                 /*
 327                  * invalidate only when cache-line aligned otherwise there is
 328                  * the potential for discarding uncommitted data from the cache
 329                  */
 330                 if ((start | end) & (L1_CACHE_BYTES - 1))
 331                         flush_dcache_range(start, end);
 332                 else
 333                         invalidate_dcache_range(start, end);
 334                 break;
 335         case DMA_TO_DEVICE:             /* writeback only */
 336                 clean_dcache_range(start, end);
 337                 break;
 338         case DMA_BIDIRECTIONAL: /* writeback and invalidate */
 339                 flush_dcache_range(start, end);
 340                 break;
 341         }
 342 }
 343 EXPORT_SYMBOL(__dma_sync);
 344
 345 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 346 /*
 347  * __dma_sync_page() implementation for systems using highmem.
 348  * In this case, each page of a buffer must be kmapped/kunmapped
 349  * in order to have a virtual address for __dma_sync(). This must
 350  * not sleep so kmap_atomic()/kunmap_atomic() are used.
 351  *
 352  * Note: yes, it is possible and correct to have a buffer extend
 353  * beyond the first page.
 354  */
 355 static inline void __dma_sync_page_highmem(struct page *page,
 356                 unsigned long offset, size_t size, int direction)
 357 {
 358         size_t seg_size = min((size_t)(PAGE_SIZE - offset), size);
 359         size_t cur_size = seg_size;
 360         unsigned long flags, start, seg_offset = offset;
 361         int nr_segs = 1 + ((size - seg_size) + PAGE_SIZE - 1)/PAGE_SIZE;
 362         int seg_nr = 0;
 363
 364         local_irq_save(flags);
 365
 366         do {
 367                 start = (unsigned long)kmap_atomic(page + seg_nr) + seg_offset;
 368
 369                 /* Sync this buffer segment */
 370                 __dma_sync((void *)start, seg_size, direction);
 371                 kunmap_atomic((void *)start);
 372                 seg_nr++;
 373
 374                 /* Calculate next buffer segment size */
 375                 seg_size = min((size_t)PAGE_SIZE, size - cur_size);
 376
 377                 /* Add the segment size to our running total */
 378                 cur_size += seg_size;
 379                 seg_offset = 0;
 380         } while (seg_nr < nr_segs);
 381
 382         local_irq_restore(flags);
 383 }
 384 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 385
 386 /*
 387  * __dma_sync_page makes memory consistent. identical to __dma_sync, but
 388  * takes a struct page instead of a virtual address
 389  */
 390 void __dma_sync_page(struct page *page, unsigned long offset,
 391         size_t size, int direction)
 392 {
 393 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 394         __dma_sync_page_highmem(page, offset, size, direction);
 395 #else
 396         unsigned long start = (unsigned long)page_address(page) + offset;
 397         __dma_sync((void *)start, size, direction);
 398 #endif
 399 }
 400 EXPORT_SYMBOL(__dma_sync_page);
 401
 402 /*
 403  * Return the PFN for a given cpu virtual address returned by
 404  * __dma_alloc_coherent. This is used by dma_mmap_coherent()
 405  */
 406 unsigned long __dma_get_coherent_pfn(unsigned long cpu_addr)
 407 {
 408         /* This should always be populated, so we don't test every
 409          * level. If that fails, we'll have a nice crash which
 410          * will be as good as a BUG_ON()
 411          */
 412         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(cpu_addr);
 413         pud_t *pud = pud_offset(pgd, cpu_addr);
 414         pmd_t *pmd = pmd_offset(pud, cpu_addr);
 415         pte_t *ptep = pte_offset_kernel(pmd, cpu_addr);
 416
 417         if (pte_none(*ptep) || !pte_present(*ptep))
 418                 return 0;
 419         return pte_pfn(*ptep);
 420 }