arch/x86/kernel/amd_iommu.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2007-2009 Advanced Micro Devices, Inc.
   3  * Author: Joerg Roedel <joerg.roedel@amd.com>
   4  *         Leo Duran <leo.duran@amd.com>
   5  *
   6  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   7  * under the terms of the GNU General Public License version 2 as published
   8  * by the Free Software Foundation.
   9  *
  10  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  11  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  13  * GNU General Public License for more details.
  14  *
  15  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  16  * along with this program; if not, write to the Free Software
  17  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307 USA
  18  */
  19
  20 #include <linux/pci.h>
  21 #include <linux/gfp.h>
  22 #include <linux/bitops.h>
  23 #include <linux/debugfs.h>
  24 #include <linux/scatterlist.h>
  25 #include <linux/dma-mapping.h>
  26 #include <linux/iommu-helper.h>
  27 #include <linux/iommu.h>
  28 #include <asm/proto.h>
  29 #include <asm/iommu.h>
  30 #include <asm/gart.h>
  31 #include <asm/amd_iommu_proto.h>
  32 #include <asm/amd_iommu_types.h>
  33 #include <asm/amd_iommu.h>
  34
  35 #define CMD_SET_TYPE(cmd, t) ((cmd)->data[1] |= ((t) << 28))
  36
  37 #define EXIT_LOOP_COUNT 10000000
  38
  39 static DEFINE_RWLOCK(amd_iommu_devtable_lock);
  40
  41 /* A list of preallocated protection domains */
  42 static LIST_HEAD(iommu_pd_list);
  43 static DEFINE_SPINLOCK(iommu_pd_list_lock);
  44
  45 /*
  46  * Domain for untranslated devices - only allocated
  47  * if iommu=pt passed on kernel cmd line.
  48  */
  49 static struct protection_domain *pt_domain;
  50
  51 static struct iommu_ops amd_iommu_ops;
  52
  53 /*
  54  * general struct to manage commands send to an IOMMU
  55  */
  56 struct iommu_cmd {
  57         u32 data[4];
  58 };
  59
  60 static void reset_iommu_command_buffer(struct amd_iommu *iommu);
  61 static void update_domain(struct protection_domain *domain);
  62
  63 /****************************************************************************
  64  *
  65  * Helper functions
  66  *
  67  ****************************************************************************/
  68
  69 static inline u16 get_device_id(struct device *dev)
  70 {
  71         struct pci_dev *pdev = to_pci_dev(dev);
  72
  73         return calc_devid(pdev->bus->number, pdev->devfn);
  74 }
  75
  76 static struct iommu_dev_data *get_dev_data(struct device *dev)
  77 {
  78         return dev->archdata.iommu;
  79 }
  80
  81 /*
  82  * In this function the list of preallocated protection domains is traversed to
  83  * find the domain for a specific device
  84  */
  85 static struct dma_ops_domain *find_protection_domain(u16 devid)
  86 {
  87         struct dma_ops_domain *entry, *ret = NULL;
  88         unsigned long flags;
  89         u16 alias = amd_iommu_alias_table[devid];
  90
  91         if (list_empty(&iommu_pd_list))
  92                 return NULL;
  93
  94         spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
  95
  96         list_for_each_entry(entry, &iommu_pd_list, list) {
  97                 if (entry->target_dev == devid ||
  98                     entry->target_dev == alias) {
  99                         ret = entry;
 100                         break;
 101                 }
 102         }
 103
 104         spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
 105
 106         return ret;
 107 }
 108
 109 /*
 110  * This function checks if the driver got a valid device from the caller to
 111  * avoid dereferencing invalid pointers.
 112  */
 113 static bool check_device(struct device *dev)
 114 {
 115         u16 devid;
 116
 117         if (!dev || !dev->dma_mask)
 118                 return false;
 119
 120         /* No device or no PCI device */
 121         if (!dev || dev->bus != &pci_bus_type)
 122                 return false;
 123
 124         devid = get_device_id(dev);
 125
 126         /* Out of our scope? */
 127         if (devid > amd_iommu_last_bdf)
 128                 return false;
 129
 130         if (amd_iommu_rlookup_table[devid] == NULL)
 131                 return false;
 132
 133         return true;
 134 }
 135
 136 static int iommu_init_device(struct device *dev)
 137 {
 138         struct iommu_dev_data *dev_data;
 139         struct pci_dev *pdev;
 140         u16 devid, alias;
 141
 142         if (dev->archdata.iommu)
 143                 return 0;
 144
 145         dev_data = kzalloc(sizeof(*dev_data), GFP_KERNEL);
 146         if (!dev_data)
 147                 return -ENOMEM;
 148
 149         dev_data->dev = dev;
 150
 151         devid = get_device_id(dev);
 152         alias = amd_iommu_alias_table[devid];
 153         pdev = pci_get_bus_and_slot(PCI_BUS(alias), alias & 0xff);
 154         if (pdev)
 155                 dev_data->alias = &pdev->dev;
 156
 157         atomic_set(&dev_data->bind, 0);
 158
 159         dev->archdata.iommu = dev_data;
 160
 161
 162         return 0;
 163 }
 164
 165 static void iommu_uninit_device(struct device *dev)
 166 {
 167         kfree(dev->archdata.iommu);
 168 }
 169
 170 void __init amd_iommu_uninit_devices(void)
 171 {
 172         struct pci_dev *pdev = NULL;
 173
 174         for_each_pci_dev(pdev) {
 175
 176                 if (!check_device(&pdev->dev))
 177                         continue;
 178
 179                 iommu_uninit_device(&pdev->dev);
 180         }
 181 }
 182
 183 int __init amd_iommu_init_devices(void)
 184 {
 185         struct pci_dev *pdev = NULL;
 186         int ret = 0;
 187
 188         for_each_pci_dev(pdev) {
 189
 190                 if (!check_device(&pdev->dev))
 191                         continue;
 192
 193                 ret = iommu_init_device(&pdev->dev);
 194                 if (ret)
 195                         goto out_free;
 196         }
 197
 198         return 0;
 199
 200 out_free:
 201
 202         amd_iommu_uninit_devices();
 203
 204         return ret;
 205 }
 206 #ifdef CONFIG_AMD_IOMMU_STATS
 207
 208 /*
 209  * Initialization code for statistics collection
 210  */
 211
 212 DECLARE_STATS_COUNTER(compl_wait);
 213 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_map_single);
 214 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_unmap_single);
 215 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_map_sg);
 216 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_unmap_sg);
 217 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_alloc_coherent);
 218 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_free_coherent);
 219 DECLARE_STATS_COUNTER(cross_page);
 220 DECLARE_STATS_COUNTER(domain_flush_single);
 221 DECLARE_STATS_COUNTER(domain_flush_all);
 222 DECLARE_STATS_COUNTER(alloced_io_mem);
 223 DECLARE_STATS_COUNTER(total_map_requests);
 224
 225 static struct dentry *stats_dir;
 226 static struct dentry *de_fflush;
 227
 228 static void amd_iommu_stats_add(struct __iommu_counter *cnt)
 229 {
 230         if (stats_dir == NULL)
 231                 return;
 232
 233         cnt->dent = debugfs_create_u64(cnt->name, 0444, stats_dir,
 234                                        &cnt->value);
 235 }
 236
 237 static void amd_iommu_stats_init(void)
 238 {
 239         stats_dir = debugfs_create_dir("amd-iommu", NULL);
 240         if (stats_dir == NULL)
 241                 return;
 242
 243         de_fflush  = debugfs_create_bool("fullflush", 0444, stats_dir,
 244                                          (u32 *)&amd_iommu_unmap_flush);
 245
 246         amd_iommu_stats_add(&compl_wait);
 247         amd_iommu_stats_add(&cnt_map_single);
 248         amd_iommu_stats_add(&cnt_unmap_single);
 249         amd_iommu_stats_add(&cnt_map_sg);
 250         amd_iommu_stats_add(&cnt_unmap_sg);
 251         amd_iommu_stats_add(&cnt_alloc_coherent);
 252         amd_iommu_stats_add(&cnt_free_coherent);
 253         amd_iommu_stats_add(&cross_page);
 254         amd_iommu_stats_add(&domain_flush_single);
 255         amd_iommu_stats_add(&domain_flush_all);
 256         amd_iommu_stats_add(&alloced_io_mem);
 257         amd_iommu_stats_add(&total_map_requests);
 258 }
 259
 260 #endif
 261
 262 /****************************************************************************
 263  *
 264  * Interrupt handling functions
 265  *
 266  ****************************************************************************/
 267
 268 static void dump_dte_entry(u16 devid)
 269 {
 270         int i;
 271
 272         for (i = 0; i < 8; ++i)
 273                 pr_err("AMD-Vi: DTE[%d]: %08x\n", i,
 274                         amd_iommu_dev_table[devid].data[i]);
 275 }
 276
 277 static void dump_command(unsigned long phys_addr)
 278 {
 279         struct iommu_cmd *cmd = phys_to_virt(phys_addr);
 280         int i;
 281
 282         for (i = 0; i < 4; ++i)
 283                 pr_err("AMD-Vi: CMD[%d]: %08x\n", i, cmd->data[i]);
 284 }
 285
 286 static void iommu_print_event(struct amd_iommu *iommu, void *__evt)
 287 {
 288         u32 *event = __evt;
 289         int type  = (event[1] >> EVENT_TYPE_SHIFT)  & EVENT_TYPE_MASK;
 290         int devid = (event[0] >> EVENT_DEVID_SHIFT) & EVENT_DEVID_MASK;
 291         int domid = (event[1] >> EVENT_DOMID_SHIFT) & EVENT_DOMID_MASK;
 292         int flags = (event[1] >> EVENT_FLAGS_SHIFT) & EVENT_FLAGS_MASK;
 293         u64 address = (u64)(((u64)event[3]) << 32) | event[2];
 294
 295         printk(KERN_ERR "AMD-Vi: Event logged [");
 296
 297         switch (type) {
 298         case EVENT_TYPE_ILL_DEV:
 299                 printk("ILLEGAL_DEV_TABLE_ENTRY device=%02x:%02x.%x "
 300                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 301                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 302                        address, flags);
 303                 dump_dte_entry(devid);
 304                 break;
 305         case EVENT_TYPE_IO_FAULT:
 306                 printk("IO_PAGE_FAULT device=%02x:%02x.%x "
 307                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 308                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 309                        domid, address, flags);
 310                 break;
 311         case EVENT_TYPE_DEV_TAB_ERR:
 312                 printk("DEV_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
 313                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 314                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 315                        address, flags);
 316                 break;
 317         case EVENT_TYPE_PAGE_TAB_ERR:
 318                 printk("PAGE_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
 319                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 320                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 321                        domid, address, flags);
 322                 break;
 323         case EVENT_TYPE_ILL_CMD:
 324                 printk("ILLEGAL_COMMAND_ERROR address=0x%016llx]\n", address);
 325                 iommu->reset_in_progress = true;
 326                 reset_iommu_command_buffer(iommu);
 327                 dump_command(address);
 328                 break;
 329         case EVENT_TYPE_CMD_HARD_ERR:
 330                 printk("COMMAND_HARDWARE_ERROR address=0x%016llx "
 331                        "flags=0x%04x]\n", address, flags);
 332                 break;
 333         case EVENT_TYPE_IOTLB_INV_TO:
 334                 printk("IOTLB_INV_TIMEOUT device=%02x:%02x.%x "
 335                        "address=0x%016llx]\n",
 336                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 337                        address);
 338                 break;
 339         case EVENT_TYPE_INV_DEV_REQ:
 340                 printk("INVALID_DEVICE_REQUEST device=%02x:%02x.%x "
 341                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 342                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 343                        address, flags);
 344                 break;
 345         default:
 346                 printk(KERN_ERR "UNKNOWN type=0x%02x]\n", type);
 347         }
 348 }
 349
 350 static void iommu_poll_events(struct amd_iommu *iommu)
 351 {
 352         u32 head, tail;
 353         unsigned long flags;
 354
 355         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 356
 357         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
 358         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_TAIL_OFFSET);
 359
 360         while (head != tail) {
 361                 iommu_print_event(iommu, iommu->evt_buf + head);
 362                 head = (head + EVENT_ENTRY_SIZE) % iommu->evt_buf_size;
 363         }
 364
 365         writel(head, iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
 366
 367         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 368 }
 369
 370 irqreturn_t amd_iommu_int_handler(int irq, void *data)
 371 {
 372         struct amd_iommu *iommu;
 373
 374         for_each_iommu(iommu)
 375                 iommu_poll_events(iommu);
 376
 377         return IRQ_HANDLED;
 378 }
 379
 380 /****************************************************************************
 381  *
 382  * IOMMU command queuing functions
 383  *
 384  ****************************************************************************/
 385
 386 /*
 387  * Writes the command to the IOMMUs command buffer and informs the
 388  * hardware about the new command. Must be called with iommu->lock held.
 389  */
 390 static int __iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
 391 {
 392         u32 tail, head;
 393         u8 *target;
 394
 395         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
 396         target = iommu->cmd_buf + tail;
 397         memcpy_toio(target, cmd, sizeof(*cmd));
 398         tail = (tail + sizeof(*cmd)) % iommu->cmd_buf_size;
 399         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_HEAD_OFFSET);
 400         if (tail == head)
 401                 return -ENOMEM;
 402         writel(tail, iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
 403
 404         return 0;
 405 }
 406
 407 /*
 408  * General queuing function for commands. Takes iommu->lock and calls
 409  * __iommu_queue_command().
 410  */
 411 static int iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
 412 {
 413         unsigned long flags;
 414         int ret;
 415
 416         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 417         ret = __iommu_queue_command(iommu, cmd);
 418         if (!ret)
 419                 iommu->need_sync = true;
 420         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 421
 422         return ret;
 423 }
 424
 425 /*
 426  * This function waits until an IOMMU has completed a completion
 427  * wait command
 428  */
 429 static void __iommu_wait_for_completion(struct amd_iommu *iommu)
 430 {
 431         int ready = 0;
 432         unsigned status = 0;
 433         unsigned long i = 0;
 434
 435         INC_STATS_COUNTER(compl_wait);
 436
 437         while (!ready && (i < EXIT_LOOP_COUNT)) {
 438                 ++i;
 439                 /* wait for the bit to become one */
 440                 status = readl(iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
 441                 ready = status & MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
 442         }
 443
 444         /* set bit back to zero */
 445         status &= ~MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
 446         writel(status, iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
 447
 448         if (unlikely(i == EXIT_LOOP_COUNT))
 449                 iommu->reset_in_progress = true;
 450 }
 451
 452 /*
 453  * This function queues a completion wait command into the command
 454  * buffer of an IOMMU
 455  */
 456 static int __iommu_completion_wait(struct amd_iommu *iommu)
 457 {
 458         struct iommu_cmd cmd;
 459
 460          memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
 461          cmd.data[0] = CMD_COMPL_WAIT_INT_MASK;
 462          CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_COMPL_WAIT);
 463
 464          return __iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 465 }
 466
 467 /*
 468  * This function is called whenever we need to ensure that the IOMMU has
 469  * completed execution of all commands we sent. It sends a
 470  * COMPLETION_WAIT command and waits for it to finish. The IOMMU informs
 471  * us about that by writing a value to a physical address we pass with
 472  * the command.
 473  */
 474 static int iommu_completion_wait(struct amd_iommu *iommu)
 475 {
 476         int ret = 0;
 477         unsigned long flags;
 478
 479         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 480
 481         if (!iommu->need_sync)
 482                 goto out;
 483
 484         ret = __iommu_completion_wait(iommu);
 485
 486         iommu->need_sync = false;
 487
 488         if (ret)
 489                 goto out;
 490
 491         __iommu_wait_for_completion(iommu);
 492
 493 out:
 494         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 495
 496         if (iommu->reset_in_progress)
 497                 reset_iommu_command_buffer(iommu);
 498
 499         return 0;
 500 }
 501
 502 static void iommu_flush_complete(struct protection_domain *domain)
 503 {
 504         int i;
 505
 506         for (i = 0; i < amd_iommus_present; ++i) {
 507                 if (!domain->dev_iommu[i])
 508                         continue;
 509
 510                 /*
 511                  * Devices of this domain are behind this IOMMU
 512                  * We need to wait for completion of all commands.
 513                  */
 514                 iommu_completion_wait(amd_iommus[i]);
 515         }
 516 }
 517
 518 /*
 519  * Command send function for invalidating a device table entry
 520  */
 521 static int iommu_flush_device(struct device *dev)
 522 {
 523         struct amd_iommu *iommu;
 524         struct iommu_cmd cmd;
 525         u16 devid;
 526
 527         devid = get_device_id(dev);
 528         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
 529
 530         /* Build command */
 531         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
 532         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_INV_DEV_ENTRY);
 533         cmd.data[0] = devid;
 534
 535         return iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 536 }
 537
 538 static void __iommu_build_inv_iommu_pages(struct iommu_cmd *cmd, u64 address,
 539                                           u16 domid, int pde, int s)
 540 {
 541         memset(cmd, 0, sizeof(*cmd));
 542         address &= PAGE_MASK;
 543         CMD_SET_TYPE(cmd, CMD_INV_IOMMU_PAGES);
 544         cmd->data[1] |= domid;
 545         cmd->data[2] = lower_32_bits(address);
 546         cmd->data[3] = upper_32_bits(address);
 547         if (s) /* size bit - we flush more than one 4kb page */
 548                 cmd->data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_SIZE_MASK;
 549         if (pde) /* PDE bit - we wan't flush everything not only the PTEs */
 550                 cmd->data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_PDE_MASK;
 551 }
 552
 553 /*
 554  * Generic command send function for invalidaing TLB entries
 555  */
 556 static int iommu_queue_inv_iommu_pages(struct amd_iommu *iommu,
 557                 u64 address, u16 domid, int pde, int s)
 558 {
 559         struct iommu_cmd cmd;
 560         int ret;
 561
 562         __iommu_build_inv_iommu_pages(&cmd, address, domid, pde, s);
 563
 564         ret = iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 565
 566         return ret;
 567 }
 568
 569 /*
 570  * TLB invalidation function which is called from the mapping functions.
 571  * It invalidates a single PTE if the range to flush is within a single
 572  * page. Otherwise it flushes the whole TLB of the IOMMU.
 573  */
 574 static void __iommu_flush_pages(struct protection_domain *domain,
 575                                 u64 address, size_t size, int pde)
 576 {
 577         int s = 0, i;
 578         unsigned long pages = iommu_num_pages(address, size, PAGE_SIZE);
 579
 580         address &= PAGE_MASK;
 581
 582         if (pages > 1) {
 583                 /*
 584                  * If we have to flush more than one page, flush all
 585                  * TLB entries for this domain
 586                  */
 587                 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
 588                 s = 1;
 589         }
 590
 591
 592         for (i = 0; i < amd_iommus_present; ++i) {
 593                 if (!domain->dev_iommu[i])
 594                         continue;
 595
 596                 /*
 597                  * Devices of this domain are behind this IOMMU
 598                  * We need a TLB flush
 599                  */
 600                 iommu_queue_inv_iommu_pages(amd_iommus[i], address,
 601                                             domain->id, pde, s);
 602         }
 603
 604         return;
 605 }
 606
 607 static void iommu_flush_pages(struct protection_domain *domain,
 608                              u64 address, size_t size)
 609 {
 610         __iommu_flush_pages(domain, address, size, 0);
 611 }
 612
 613 /* Flush the whole IO/TLB for a given protection domain */
 614 static void iommu_flush_tlb(struct protection_domain *domain)
 615 {
 616         __iommu_flush_pages(domain, 0, CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS, 0);
 617 }
 618
 619 /* Flush the whole IO/TLB for a given protection domain - including PDE */
 620 static void iommu_flush_tlb_pde(struct protection_domain *domain)
 621 {
 622         __iommu_flush_pages(domain, 0, CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS, 1);
 623 }
 624
 625
 626 /*
 627  * This function flushes the DTEs for all devices in domain
 628  */
 629 static void iommu_flush_domain_devices(struct protection_domain *domain)
 630 {
 631         struct iommu_dev_data *dev_data;
 632         unsigned long flags;
 633
 634         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
 635
 636         list_for_each_entry(dev_data, &domain->dev_list, list)
 637                 iommu_flush_device(dev_data->dev);
 638
 639         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
 640 }
 641
 642 static void iommu_flush_all_domain_devices(void)
 643 {
 644         struct protection_domain *domain;
 645         unsigned long flags;
 646
 647         spin_lock_irqsave(&amd_iommu_pd_lock, flags);
 648
 649         list_for_each_entry(domain, &amd_iommu_pd_list, list) {
 650                 iommu_flush_domain_devices(domain);
 651                 iommu_flush_complete(domain);
 652         }
 653
 654         spin_unlock_irqrestore(&amd_iommu_pd_lock, flags);
 655 }
 656
 657 void amd_iommu_flush_all_devices(void)
 658 {
 659         iommu_flush_all_domain_devices();
 660 }
 661
 662 /*
 663  * This function uses heavy locking and may disable irqs for some time. But
 664  * this is no issue because it is only called during resume.
 665  */
 666 void amd_iommu_flush_all_domains(void)
 667 {
 668         struct protection_domain *domain;
 669         unsigned long flags;
 670
 671         spin_lock_irqsave(&amd_iommu_pd_lock, flags);
 672
 673         list_for_each_entry(domain, &amd_iommu_pd_list, list) {
 674                 spin_lock(&domain->lock);
 675                 iommu_flush_tlb_pde(domain);
 676                 iommu_flush_complete(domain);
 677                 spin_unlock(&domain->lock);
 678         }
 679
 680         spin_unlock_irqrestore(&amd_iommu_pd_lock, flags);
 681 }
 682
 683 static void reset_iommu_command_buffer(struct amd_iommu *iommu)
 684 {
 685         pr_err("AMD-Vi: Resetting IOMMU command buffer\n");
 686
 687         if (iommu->reset_in_progress)
 688                 panic("AMD-Vi: ILLEGAL_COMMAND_ERROR while resetting command buffer\n");
 689
 690         amd_iommu_reset_cmd_buffer(iommu);
 691         amd_iommu_flush_all_devices();
 692         amd_iommu_flush_all_domains();
 693
 694         iommu->reset_in_progress = false;
 695 }
 696
 697 /****************************************************************************
 698  *
 699  * The functions below are used the create the page table mappings for
 700  * unity mapped regions.
 701  *
 702  ****************************************************************************/
 703
 704 /*
 705  * This function is used to add another level to an IO page table. Adding
 706  * another level increases the size of the address space by 9 bits to a size up
 707  * to 64 bits.
 708  */
 709 static bool increase_address_space(struct protection_domain *domain,
 710                                    gfp_t gfp)
 711 {
 712         u64 *pte;
 713
 714         if (domain->mode == PAGE_MODE_6_LEVEL)
 715                 /* address space already 64 bit large */
 716                 return false;
 717
 718         pte = (void *)get_zeroed_page(gfp);
 719         if (!pte)
 720                 return false;
 721
 722         *pte             = PM_LEVEL_PDE(domain->mode,
 723                                         virt_to_phys(domain->pt_root));
 724         domain->pt_root  = pte;
 725         domain->mode    += 1;
 726         domain->updated  = true;
 727
 728         return true;
 729 }
 730
 731 static u64 *alloc_pte(struct protection_domain *domain,
 732                       unsigned long address,
 733                       int end_lvl,
 734                       u64 **pte_page,
 735                       gfp_t gfp)
 736 {
 737         u64 *pte, *page;
 738         int level;
 739
 740         while (address > PM_LEVEL_SIZE(domain->mode))
 741                 increase_address_space(domain, gfp);
 742
 743         level =  domain->mode - 1;
 744         pte   = &domain->pt_root[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
 745
 746         while (level > end_lvl) {
 747                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
 748                         page = (u64 *)get_zeroed_page(gfp);
 749                         if (!page)
 750                                 return NULL;
 751                         *pte = PM_LEVEL_PDE(level, virt_to_phys(page));
 752                 }
 753
 754                 level -= 1;
 755
 756                 pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
 757
 758                 if (pte_page && level == end_lvl)
 759                         *pte_page = pte;
 760
 761                 pte = &pte[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
 762         }
 763
 764         return pte;
 765 }
 766
 767 /*
 768  * This function checks if there is a PTE for a given dma address. If
 769  * there is one, it returns the pointer to it.
 770  */
 771 static u64 *fetch_pte(struct protection_domain *domain,
 772                       unsigned long address, int map_size)
 773 {
 774         int level;
 775         u64 *pte;
 776
 777         level =  domain->mode - 1;
 778         pte   = &domain->pt_root[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
 779
 780         while (level > map_size) {
 781                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
 782                         return NULL;
 783
 784                 level -= 1;
 785
 786                 pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
 787                 pte = &pte[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
 788
 789                 if ((PM_PTE_LEVEL(*pte) == 0) && level != map_size) {
 790                         pte = NULL;
 791                         break;
 792                 }
 793         }
 794
 795         return pte;
 796 }
 797
 798 /*
 799  * Generic mapping functions. It maps a physical address into a DMA
 800  * address space. It allocates the page table pages if necessary.
 801  * In the future it can be extended to a generic mapping function
 802  * supporting all features of AMD IOMMU page tables like level skipping
 803  * and full 64 bit address spaces.
 804  */
 805 static int iommu_map_page(struct protection_domain *dom,
 806                           unsigned long bus_addr,
 807                           unsigned long phys_addr,
 808                           int prot,
 809                           int map_size)
 810 {
 811         u64 __pte, *pte;
 812
 813         bus_addr  = PAGE_ALIGN(bus_addr);
 814         phys_addr = PAGE_ALIGN(phys_addr);
 815
 816         BUG_ON(!PM_ALIGNED(map_size, bus_addr));
 817         BUG_ON(!PM_ALIGNED(map_size, phys_addr));
 818
 819         if (!(prot & IOMMU_PROT_MASK))
 820                 return -EINVAL;
 821
 822         pte = alloc_pte(dom, bus_addr, map_size, NULL, GFP_KERNEL);
 823
 824         if (IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
 825                 return -EBUSY;
 826
 827         __pte = phys_addr | IOMMU_PTE_P;
 828         if (prot & IOMMU_PROT_IR)
 829                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
 830         if (prot & IOMMU_PROT_IW)
 831                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
 832
 833         *pte = __pte;
 834
 835         update_domain(dom);
 836
 837         return 0;
 838 }
 839
 840 static void iommu_unmap_page(struct protection_domain *dom,
 841                              unsigned long bus_addr, int map_size)
 842 {
 843         u64 *pte = fetch_pte(dom, bus_addr, map_size);
 844
 845         if (pte)
 846                 *pte = 0;
 847 }
 848
 849 /*
 850  * This function checks if a specific unity mapping entry is needed for
 851  * this specific IOMMU.
 852  */
 853 static int iommu_for_unity_map(struct amd_iommu *iommu,
 854                                struct unity_map_entry *entry)
 855 {
 856         u16 bdf, i;
 857
 858         for (i = entry->devid_start; i <= entry->devid_end; ++i) {
 859                 bdf = amd_iommu_alias_table[i];
 860                 if (amd_iommu_rlookup_table[bdf] == iommu)
 861                         return 1;
 862         }
 863
 864         return 0;
 865 }
 866
 867 /*
 868  * This function actually applies the mapping to the page table of the
 869  * dma_ops domain.
 870  */
 871 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
 872                              struct unity_map_entry *e)
 873 {
 874         u64 addr;
 875         int ret;
 876
 877         for (addr = e->address_start; addr < e->address_end;
 878              addr += PAGE_SIZE) {
 879                 ret = iommu_map_page(&dma_dom->domain, addr, addr, e->prot,
 880                                      PM_MAP_4k);
 881                 if (ret)
 882                         return ret;
 883                 /*
 884                  * if unity mapping is in aperture range mark the page
 885                  * as allocated in the aperture
 886                  */
 887                 if (addr < dma_dom->aperture_size)
 888                         __set_bit(addr >> PAGE_SHIFT,
 889                                   dma_dom->aperture[0]->bitmap);
 890         }
 891
 892         return 0;
 893 }
 894
 895 /*
 896  * Init the unity mappings for a specific IOMMU in the system
 897  *
 898  * Basically iterates over all unity mapping entries and applies them to
 899  * the default domain DMA of that IOMMU if necessary.
 900  */
 901 static int iommu_init_unity_mappings(struct amd_iommu *iommu)
 902 {
 903         struct unity_map_entry *entry;
 904         int ret;
 905
 906         list_for_each_entry(entry, &amd_iommu_unity_map, list) {
 907                 if (!iommu_for_unity_map(iommu, entry))
 908                         continue;
 909                 ret = dma_ops_unity_map(iommu->default_dom, entry);
 910                 if (ret)
 911                         return ret;
 912         }
 913
 914         return 0;
 915 }
 916
 917 /*
 918  * Inits the unity mappings required for a specific device
 919  */
 920 static int init_unity_mappings_for_device(struct dma_ops_domain *dma_dom,
 921                                           u16 devid)
 922 {
 923         struct unity_map_entry *e;
 924         int ret;
 925
 926         list_for_each_entry(e, &amd_iommu_unity_map, list) {
 927                 if (!(devid >= e->devid_start && devid <= e->devid_end))
 928                         continue;
 929                 ret = dma_ops_unity_map(dma_dom, e);
 930                 if (ret)
 931                         return ret;
 932         }
 933
 934         return 0;
 935 }
 936
 937 /****************************************************************************
 938  *
 939  * The next functions belong to the address allocator for the dma_ops
 940  * interface functions. They work like the allocators in the other IOMMU
 941  * drivers. Its basically a bitmap which marks the allocated pages in
 942  * the aperture. Maybe it could be enhanced in the future to a more
 943  * efficient allocator.
 944  *
 945  ****************************************************************************/
 946
 947 /*
 948  * The address allocator core functions.
 949  *
 950  * called with domain->lock held
 951  */
 952
 953 /*
 954  * Used to reserve address ranges in the aperture (e.g. for exclusion
 955  * ranges.
 956  */
 957 static void dma_ops_reserve_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
 958                                       unsigned long start_page,
 959                                       unsigned int pages)
 960 {
 961         unsigned int i, last_page = dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT;
 962
 963         if (start_page + pages > last_page)
 964                 pages = last_page - start_page;
 965
 966         for (i = start_page; i < start_page + pages; ++i) {
 967                 int index = i / APERTURE_RANGE_PAGES;
 968                 int page  = i % APERTURE_RANGE_PAGES;
 969                 __set_bit(page, dom->aperture[index]->bitmap);
 970         }
 971 }
 972
 973 /*
 974  * This function is used to add a new aperture range to an existing
 975  * aperture in case of dma_ops domain allocation or address allocation
 976  * failure.
 977  */
 978 static int alloc_new_range(struct dma_ops_domain *dma_dom,
 979                            bool populate, gfp_t gfp)
 980 {
 981         int index = dma_dom->aperture_size >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
 982         struct amd_iommu *iommu;
 983         int i;
 984
 985 #ifdef CONFIG_IOMMU_STRESS
 986         populate = false;
 987 #endif
 988
 989         if (index >= APERTURE_MAX_RANGES)
 990                 return -ENOMEM;
 991
 992         dma_dom->aperture[index] = kzalloc(sizeof(struct aperture_range), gfp);
 993         if (!dma_dom->aperture[index])
 994                 return -ENOMEM;
 995
 996         dma_dom->aperture[index]->bitmap = (void *)get_zeroed_page(gfp);
 997         if (!dma_dom->aperture[index]->bitmap)
 998                 goto out_free;
 999
1000         dma_dom->aperture[index]->offset = dma_dom->aperture_size;
1001
1002         if (populate) {
1003                 unsigned long address = dma_dom->aperture_size;
1004                 int i, num_ptes = APERTURE_RANGE_PAGES / 512;
1005                 u64 *pte, *pte_page;
1006
1007                 for (i = 0; i < num_ptes; ++i) {
1008                         pte = alloc_pte(&dma_dom->domain, address, PM_MAP_4k,
1009                                         &pte_page, gfp);
1010                         if (!pte)
1011                                 goto out_free;
1012
1013                         dma_dom->aperture[index]->pte_pages[i] = pte_page;
1014
1015                         address += APERTURE_RANGE_SIZE / 64;
1016                 }
1017         }
1018
1019         dma_dom->aperture_size += APERTURE_RANGE_SIZE;
1020
1021         /* Intialize the exclusion range if necessary */
1022         for_each_iommu(iommu) {
1023                 if (iommu->exclusion_start &&
1024                     iommu->exclusion_start >= dma_dom->aperture[index]->offset
1025                     && iommu->exclusion_start < dma_dom->aperture_size) {
1026                         unsigned long startpage;
1027                         int pages = iommu_num_pages(iommu->exclusion_start,
1028                                                     iommu->exclusion_length,
1029                                                     PAGE_SIZE);
1030                         startpage = iommu->exclusion_start >> PAGE_SHIFT;
1031                         dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, startpage, pages);
1032                 }
1033         }
1034
1035         /*
1036          * Check for areas already mapped as present in the new aperture
1037          * range and mark those pages as reserved in the allocator. Such
1038          * mappings may already exist as a result of requested unity
1039          * mappings for devices.
1040          */
1041         for (i = dma_dom->aperture[index]->offset;
1042              i < dma_dom->aperture_size;
1043              i += PAGE_SIZE) {
1044                 u64 *pte = fetch_pte(&dma_dom->domain, i, PM_MAP_4k);
1045                 if (!pte || !IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
1046                         continue;
1047
1048                 dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, i << PAGE_SHIFT, 1);
1049         }
1050
1051         update_domain(&dma_dom->domain);
1052
1053         return 0;
1054
1055 out_free:
1056         update_domain(&dma_dom->domain);
1057
1058         free_page((unsigned long)dma_dom->aperture[index]->bitmap);
1059
1060         kfree(dma_dom->aperture[index]);
1061         dma_dom->aperture[index] = NULL;
1062
1063         return -ENOMEM;
1064 }
1065
1066 static unsigned long dma_ops_area_alloc(struct device *dev,
1067                                         struct dma_ops_domain *dom,
1068                                         unsigned int pages,
1069                                         unsigned long align_mask,
1070                                         u64 dma_mask,
1071                                         unsigned long start)
1072 {
1073         unsigned long next_bit = dom->next_address % APERTURE_RANGE_SIZE;
1074         int max_index = dom->aperture_size >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
1075         int i = start >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
1076         unsigned long boundary_size;
1077         unsigned long address = -1;
1078         unsigned long limit;
1079
1080         next_bit >>= PAGE_SHIFT;
1081
1082         boundary_size = ALIGN(dma_get_seg_boundary(dev) + 1,
1083                         PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
1084
1085         for (;i < max_index; ++i) {
1086                 unsigned long offset = dom->aperture[i]->offset >> PAGE_SHIFT;
1087
1088                 if (dom->aperture[i]->offset >= dma_mask)
1089                         break;
1090
1091                 limit = iommu_device_max_index(APERTURE_RANGE_PAGES, offset,
1092                                                dma_mask >> PAGE_SHIFT);
1093
1094                 address = iommu_area_alloc(dom->aperture[i]->bitmap,
1095                                            limit, next_bit, pages, 0,
1096                                             boundary_size, align_mask);
1097                 if (address != -1) {
1098                         address = dom->aperture[i]->offset +
1099                                   (address << PAGE_SHIFT);
1100                         dom->next_address = address + (pages << PAGE_SHIFT);
1101                         break;
1102                 }
1103
1104                 next_bit = 0;
1105         }
1106
1107         return address;
1108 }
1109
1110 static unsigned long dma_ops_alloc_addresses(struct device *dev,
1111                                              struct dma_ops_domain *dom,
1112                                              unsigned int pages,
1113                                              unsigned long align_mask,
1114                                              u64 dma_mask)
1115 {
1116         unsigned long address;
1117
1118 #ifdef CONFIG_IOMMU_STRESS
1119         dom->next_address = 0;
1120         dom->need_flush = true;
1121 #endif
1122
1123         address = dma_ops_area_alloc(dev, dom, pages, align_mask,
1124                                      dma_mask, dom->next_address);
1125
1126         if (address == -1) {
1127                 dom->next_address = 0;
1128                 address = dma_ops_area_alloc(dev, dom, pages, align_mask,
1129                                              dma_mask, 0);
1130                 dom->need_flush = true;
1131         }
1132
1133         if (unlikely(address == -1))
1134                 address = DMA_ERROR_CODE;
1135
1136         WARN_ON((address + (PAGE_SIZE*pages)) > dom->aperture_size);
1137
1138         return address;
1139 }
1140
1141 /*
1142  * The address free function.
1143  *
1144  * called with domain->lock held
1145  */
1146 static void dma_ops_free_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
1147                                    unsigned long address,
1148                                    unsigned int pages)
1149 {
1150         unsigned i = address >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
1151         struct aperture_range *range = dom->aperture[i];
1152
1153         BUG_ON(i >= APERTURE_MAX_RANGES || range == NULL);
1154
1155 #ifdef CONFIG_IOMMU_STRESS
1156         if (i < 4)
1157                 return;
1158 #endif
1159
1160         if (address >= dom->next_address)
1161                 dom->need_flush = true;
1162
1163         address = (address % APERTURE_RANGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
1164
1165         iommu_area_free(range->bitmap, address, pages);
1166
1167 }
1168
1169 /****************************************************************************
1170  *
1171  * The next functions belong to the domain allocation. A domain is
1172  * allocated for every IOMMU as the default domain. If device isolation
1173  * is enabled, every device get its own domain. The most important thing
1174  * about domains is the page table mapping the DMA address space they
1175  * contain.
1176  *
1177  ****************************************************************************/
1178
1179 /*
1180  * This function adds a protection domain to the global protection domain list
1181  */
1182 static void add_domain_to_list(struct protection_domain *domain)
1183 {
1184         unsigned long flags;
1185
1186         spin_lock_irqsave(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1187         list_add(&domain->list, &amd_iommu_pd_list);
1188         spin_unlock_irqrestore(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1189 }
1190
1191 /*
1192  * This function removes a protection domain to the global
1193  * protection domain list
1194  */
1195 static void del_domain_from_list(struct protection_domain *domain)
1196 {
1197         unsigned long flags;
1198
1199         spin_lock_irqsave(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1200         list_del(&domain->list);
1201         spin_unlock_irqrestore(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1202 }
1203
1204 static u16 domain_id_alloc(void)
1205 {
1206         unsigned long flags;
1207         int id;
1208
1209         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1210         id = find_first_zero_bit(amd_iommu_pd_alloc_bitmap, MAX_DOMAIN_ID);
1211         BUG_ON(id == 0);
1212         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
1213                 __set_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
1214         else
1215                 id = 0;
1216         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1217
1218         return id;
1219 }
1220
1221 static void domain_id_free(int id)
1222 {
1223         unsigned long flags;
1224
1225         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1226         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
1227                 __clear_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
1228         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1229 }
1230
1231 static void free_pagetable(struct protection_domain *domain)
1232 {
1233         int i, j;
1234         u64 *p1, *p2, *p3;
1235
1236         p1 = domain->pt_root;
1237
1238         if (!p1)
1239                 return;
1240
1241         for (i = 0; i < 512; ++i) {
1242                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p1[i]))
1243                         continue;
1244
1245                 p2 = IOMMU_PTE_PAGE(p1[i]);
1246                 for (j = 0; j < 512; ++j) {
1247                         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p2[j]))
1248                                 continue;
1249                         p3 = IOMMU_PTE_PAGE(p2[j]);
1250                         free_page((unsigned long)p3);
1251                 }
1252
1253                 free_page((unsigned long)p2);
1254         }
1255
1256         free_page((unsigned long)p1);
1257
1258         domain->pt_root = NULL;
1259 }
1260
1261 /*
1262  * Free a domain, only used if something went wrong in the
1263  * allocation path and we need to free an already allocated page table
1264  */
1265 static void dma_ops_domain_free(struct dma_ops_domain *dom)
1266 {
1267         int i;
1268
1269         if (!dom)
1270                 return;
1271
1272         del_domain_from_list(&dom->domain);
1273
1274         free_pagetable(&dom->domain);
1275
1276         for (i = 0; i < APERTURE_MAX_RANGES; ++i) {
1277                 if (!dom->aperture[i])
1278                         continue;
1279                 free_page((unsigned long)dom->aperture[i]->bitmap);
1280                 kfree(dom->aperture[i]);
1281         }
1282
1283         kfree(dom);
1284 }
1285
1286 /*
1287  * Allocates a new protection domain usable for the dma_ops functions.
1288  * It also intializes the page table and the address allocator data
1289  * structures required for the dma_ops interface
1290  */
1291 static struct dma_ops_domain *dma_ops_domain_alloc(void)
1292 {
1293         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1294
1295         dma_dom = kzalloc(sizeof(struct dma_ops_domain), GFP_KERNEL);
1296         if (!dma_dom)
1297                 return NULL;
1298
1299         spin_lock_init(&dma_dom->domain.lock);
1300
1301         dma_dom->domain.id = domain_id_alloc();
1302         if (dma_dom->domain.id == 0)
1303                 goto free_dma_dom;
1304         INIT_LIST_HEAD(&dma_dom->domain.dev_list);
1305         dma_dom->domain.mode = PAGE_MODE_2_LEVEL;
1306         dma_dom->domain.pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
1307         dma_dom->domain.flags = PD_DMA_OPS_MASK;
1308         dma_dom->domain.priv = dma_dom;
1309         if (!dma_dom->domain.pt_root)
1310                 goto free_dma_dom;
1311
1312         dma_dom->need_flush = false;
1313         dma_dom->target_dev = 0xffff;
1314
1315         add_domain_to_list(&dma_dom->domain);
1316
1317         if (alloc_new_range(dma_dom, true, GFP_KERNEL))
1318                 goto free_dma_dom;
1319
1320         /*
1321          * mark the first page as allocated so we never return 0 as
1322          * a valid dma-address. So we can use 0 as error value
1323          */
1324         dma_dom->aperture[0]->bitmap[0] = 1;
1325         dma_dom->next_address = 0;
1326
1327
1328         return dma_dom;
1329
1330 free_dma_dom:
1331         dma_ops_domain_free(dma_dom);
1332
1333         return NULL;
1334 }
1335
1336 /*
1337  * little helper function to check whether a given protection domain is a
1338  * dma_ops domain
1339  */
1340 static bool dma_ops_domain(struct protection_domain *domain)
1341 {
1342         return domain->flags & PD_DMA_OPS_MASK;
1343 }
1344
1345 static void set_dte_entry(u16 devid, struct protection_domain *domain)
1346 {
1347         u64 pte_root = virt_to_phys(domain->pt_root);
1348
1349         pte_root |= (domain->mode & DEV_ENTRY_MODE_MASK)
1350                     << DEV_ENTRY_MODE_SHIFT;
1351         pte_root |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
1352
1353         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = domain->id;
1354         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = upper_32_bits(pte_root);
1355         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = lower_32_bits(pte_root);
1356 }
1357
1358 static void clear_dte_entry(u16 devid)
1359 {
1360         /* remove entry from the device table seen by the hardware */
1361         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
1362         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = 0;
1363         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = 0;
1364
1365         amd_iommu_apply_erratum_63(devid);
1366 }
1367
1368 static void do_attach(struct device *dev, struct protection_domain *domain)
1369 {
1370         struct iommu_dev_data *dev_data;
1371         struct amd_iommu *iommu;
1372         u16 devid;
1373
1374         devid    = get_device_id(dev);
1375         iommu    = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1376         dev_data = get_dev_data(dev);
1377
1378         /* Update data structures */
1379         dev_data->domain = domain;
1380         list_add(&dev_data->list, &domain->dev_list);
1381         set_dte_entry(devid, domain);
1382
1383         /* Do reference counting */
1384         domain->dev_iommu[iommu->index] += 1;
1385         domain->dev_cnt                 += 1;
1386
1387         /* Flush the DTE entry */
1388         iommu_flush_device(dev);
1389 }
1390
1391 static void do_detach(struct device *dev)
1392 {
1393         struct iommu_dev_data *dev_data;
1394         struct amd_iommu *iommu;
1395         u16 devid;
1396
1397         devid    = get_device_id(dev);
1398         iommu    = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1399         dev_data = get_dev_data(dev);
1400
1401         /* decrease reference counters */
1402         dev_data->domain->dev_iommu[iommu->index] -= 1;
1403         dev_data->domain->dev_cnt                 -= 1;
1404
1405         /* Update data structures */
1406         dev_data->domain = NULL;
1407         list_del(&dev_data->list);
1408         clear_dte_entry(devid);
1409
1410         /* Flush the DTE entry */
1411         iommu_flush_device(dev);
1412 }
1413
1414 /*
1415  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
1416  * assigns it visible for the hardware
1417  */
1418 static int __attach_device(struct device *dev,
1419                            struct protection_domain *domain)
1420 {
1421         struct iommu_dev_data *dev_data, *alias_data;
1422
1423         dev_data   = get_dev_data(dev);
1424         alias_data = get_dev_data(dev_data->alias);
1425
1426         if (!alias_data)
1427                 return -EINVAL;
1428
1429         /* lock domain */
1430         spin_lock(&domain->lock);
1431
1432         /* Some sanity checks */
1433         if (alias_data->domain != NULL &&
1434             alias_data->domain != domain)
1435                 return -EBUSY;
1436
1437         if (dev_data->domain != NULL &&
1438             dev_data->domain != domain)
1439                 return -EBUSY;
1440
1441         /* Do real assignment */
1442         if (dev_data->alias != dev) {
1443                 alias_data = get_dev_data(dev_data->alias);
1444                 if (alias_data->domain == NULL)
1445                         do_attach(dev_data->alias, domain);
1446
1447                 atomic_inc(&alias_data->bind);
1448         }
1449
1450         if (dev_data->domain == NULL)
1451                 do_attach(dev, domain);
1452
1453         atomic_inc(&dev_data->bind);
1454
1455         /* ready */
1456         spin_unlock(&domain->lock);
1457
1458         return 0;
1459 }
1460
1461 /*
1462  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
1463  * assigns it visible for the hardware
1464  */
1465 static int attach_device(struct device *dev,
1466                          struct protection_domain *domain)
1467 {
1468         unsigned long flags;
1469         int ret;
1470
1471         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1472         ret = __attach_device(dev, domain);
1473         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1474
1475         /*
1476          * We might boot into a crash-kernel here. The crashed kernel
1477          * left the caches in the IOMMU dirty. So we have to flush
1478          * here to evict all dirty stuff.
1479          */
1480         iommu_flush_tlb_pde(domain);
1481
1482         return ret;
1483 }
1484
1485 /*
1486  * Removes a device from a protection domain (unlocked)
1487  */
1488 static void __detach_device(struct device *dev)
1489 {
1490         struct iommu_dev_data *dev_data = get_dev_data(dev);
1491         struct iommu_dev_data *alias_data;
1492         unsigned long flags;
1493
1494         BUG_ON(!dev_data->domain);
1495
1496         spin_lock_irqsave(&dev_data->domain->lock, flags);
1497
1498         if (dev_data->alias != dev) {
1499                 alias_data = get_dev_data(dev_data->alias);
1500                 if (atomic_dec_and_test(&alias_data->bind))
1501                         do_detach(dev_data->alias);
1502         }
1503
1504         if (atomic_dec_and_test(&dev_data->bind))
1505                 do_detach(dev);
1506
1507         spin_unlock_irqrestore(&dev_data->domain->lock, flags);
1508
1509         /*
1510          * If we run in passthrough mode the device must be assigned to the
1511          * passthrough domain if it is detached from any other domain
1512          */
1513         if (iommu_pass_through && dev_data->domain == NULL)
1514                 __attach_device(dev, pt_domain);
1515 }
1516
1517 /*
1518  * Removes a device from a protection domain (with devtable_lock held)
1519  */
1520 static void detach_device(struct device *dev)
1521 {
1522         unsigned long flags;
1523
1524         /* lock device table */
1525         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1526         __detach_device(dev);
1527         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1528 }
1529
1530 /*
1531  * Find out the protection domain structure for a given PCI device. This
1532  * will give us the pointer to the page table root for example.
1533  */
1534 static struct protection_domain *domain_for_device(struct device *dev)
1535 {
1536         struct protection_domain *dom;
1537         struct iommu_dev_data *dev_data, *alias_data;
1538         unsigned long flags;
1539         u16 devid, alias;
1540
1541         devid      = get_device_id(dev);
1542         alias      = amd_iommu_alias_table[devid];
1543         dev_data   = get_dev_data(dev);
1544         alias_data = get_dev_data(dev_data->alias);
1545         if (!alias_data)
1546                 return NULL;
1547
1548         read_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1549         dom = dev_data->domain;
1550         if (dom == NULL &&
1551             alias_data->domain != NULL) {
1552                 __attach_device(dev, alias_data->domain);
1553                 dom = alias_data->domain;
1554         }
1555
1556         read_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1557
1558         return dom;
1559 }
1560
1561 static int device_change_notifier(struct notifier_block *nb,
1562                                   unsigned long action, void *data)
1563 {
1564         struct device *dev = data;
1565         u16 devid;
1566         struct protection_domain *domain;
1567         struct dma_ops_domain *dma_domain;
1568         struct amd_iommu *iommu;
1569         unsigned long flags;
1570
1571         if (!check_device(dev))
1572                 return 0;
1573
1574         devid  = get_device_id(dev);
1575         iommu  = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1576
1577         switch (action) {
1578         case BUS_NOTIFY_UNBOUND_DRIVER:
1579
1580                 domain = domain_for_device(dev);
1581
1582                 if (!domain)
1583                         goto out;
1584                 if (iommu_pass_through)
1585                         break;
1586                 detach_device(dev);
1587                 break;
1588         case BUS_NOTIFY_ADD_DEVICE:
1589
1590                 iommu_init_device(dev);
1591
1592                 domain = domain_for_device(dev);
1593
1594                 /* allocate a protection domain if a device is added */
1595                 dma_domain = find_protection_domain(devid);
1596                 if (dma_domain)
1597                         goto out;
1598                 dma_domain = dma_ops_domain_alloc();
1599                 if (!dma_domain)
1600                         goto out;
1601                 dma_domain->target_dev = devid;
1602
1603                 spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
1604                 list_add_tail(&dma_domain->list, &iommu_pd_list);
1605                 spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
1606
1607                 break;
1608         case BUS_NOTIFY_DEL_DEVICE:
1609
1610                 iommu_uninit_device(dev);
1611
1612         default:
1613                 goto out;
1614         }
1615
1616         iommu_flush_device(dev);
1617         iommu_completion_wait(iommu);
1618
1619 out:
1620         return 0;
1621 }
1622
1623 static struct notifier_block device_nb = {
1624         .notifier_call = device_change_notifier,
1625 };
1626
1627 /*****************************************************************************
1628  *
1629  * The next functions belong to the dma_ops mapping/unmapping code.
1630  *
1631  *****************************************************************************/
1632
1633 /*
1634  * In the dma_ops path we only have the struct device. This function
1635  * finds the corresponding IOMMU, the protection domain and the
1636  * requestor id for a given device.
1637  * If the device is not yet associated with a domain this is also done
1638  * in this function.
1639  */
1640 static struct protection_domain *get_domain(struct device *dev)
1641 {
1642         struct protection_domain *domain;
1643         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1644         u16 devid = get_device_id(dev);
1645
1646         if (!check_device(dev))
1647                 return ERR_PTR(-EINVAL);
1648
1649         domain = domain_for_device(dev);
1650         if (domain != NULL && !dma_ops_domain(domain))
1651                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1652
1653         if (domain != NULL)
1654                 return domain;
1655
1656         /* Device not bount yet - bind it */
1657         dma_dom = find_protection_domain(devid);
1658         if (!dma_dom)
1659                 dma_dom = amd_iommu_rlookup_table[devid]->default_dom;
1660         attach_device(dev, &dma_dom->domain);
1661         DUMP_printk("Using protection domain %d for device %s\n",
1662                     dma_dom->domain.id, dev_name(dev));
1663
1664         return &dma_dom->domain;
1665 }
1666
1667 static void update_device_table(struct protection_domain *domain)
1668 {
1669         struct iommu_dev_data *dev_data;
1670
1671         list_for_each_entry(dev_data, &domain->dev_list, list) {
1672                 u16 devid = get_device_id(dev_data->dev);
1673                 set_dte_entry(devid, domain);
1674         }
1675 }
1676
1677 static void update_domain(struct protection_domain *domain)
1678 {
1679         if (!domain->updated)
1680                 return;
1681
1682         update_device_table(domain);
1683         iommu_flush_domain_devices(domain);
1684         iommu_flush_tlb_pde(domain);
1685
1686         domain->updated = false;
1687 }
1688
1689 /*
1690  * This function fetches the PTE for a given address in the aperture
1691  */
1692 static u64* dma_ops_get_pte(struct dma_ops_domain *dom,
1693                             unsigned long address)
1694 {
1695         struct aperture_range *aperture;
1696         u64 *pte, *pte_page;
1697
1698         aperture = dom->aperture[APERTURE_RANGE_INDEX(address)];
1699         if (!aperture)
1700                 return NULL;
1701
1702         pte = aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)];
1703         if (!pte) {
1704                 pte = alloc_pte(&dom->domain, address, PM_MAP_4k, &pte_page,
1705                                 GFP_ATOMIC);
1706                 aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)] = pte_page;
1707         } else
1708                 pte += PM_LEVEL_INDEX(0, address);
1709
1710         update_domain(&dom->domain);
1711
1712         return pte;
1713 }
1714
1715 /*
1716  * This is the generic map function. It maps one 4kb page at paddr to
1717  * the given address in the DMA address space for the domain.
1718  */
1719 static dma_addr_t dma_ops_domain_map(struct dma_ops_domain *dom,
1720                                      unsigned long address,
1721                                      phys_addr_t paddr,
1722                                      int direction)
1723 {
1724         u64 *pte, __pte;
1725
1726         WARN_ON(address > dom->aperture_size);
1727
1728         paddr &= PAGE_MASK;
1729
1730         pte  = dma_ops_get_pte(dom, address);
1731         if (!pte)
1732                 return DMA_ERROR_CODE;
1733
1734         __pte = paddr | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
1735
1736         if (direction == DMA_TO_DEVICE)
1737                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
1738         else if (direction == DMA_FROM_DEVICE)
1739                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
1740         else if (direction == DMA_BIDIRECTIONAL)
1741                 __pte |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW;
1742
1743         WARN_ON(*pte);
1744
1745         *pte = __pte;
1746
1747         return (dma_addr_t)address;
1748 }
1749
1750 /*
1751  * The generic unmapping function for on page in the DMA address space.
1752  */
1753 static void dma_ops_domain_unmap(struct dma_ops_domain *dom,
1754                                  unsigned long address)
1755 {
1756         struct aperture_range *aperture;
1757         u64 *pte;
1758
1759         if (address >= dom->aperture_size)
1760                 return;
1761
1762         aperture = dom->aperture[APERTURE_RANGE_INDEX(address)];
1763         if (!aperture)
1764                 return;
1765
1766         pte  = aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)];
1767         if (!pte)
1768                 return;
1769
1770         pte += PM_LEVEL_INDEX(0, address);
1771
1772         WARN_ON(!*pte);
1773
1774         *pte = 0ULL;
1775 }
1776
1777 /*
1778  * This function contains common code for mapping of a physically
1779  * contiguous memory region into DMA address space. It is used by all
1780  * mapping functions provided with this IOMMU driver.
1781  * Must be called with the domain lock held.
1782  */
1783 static dma_addr_t __map_single(struct device *dev,
1784                                struct dma_ops_domain *dma_dom,
1785                                phys_addr_t paddr,
1786                                size_t size,
1787                                int dir,
1788                                bool align,
1789                                u64 dma_mask)
1790 {
1791         dma_addr_t offset = paddr & ~PAGE_MASK;
1792         dma_addr_t address, start, ret;
1793         unsigned int pages;
1794         unsigned long align_mask = 0;
1795         int i;
1796
1797         pages = iommu_num_pages(paddr, size, PAGE_SIZE);
1798         paddr &= PAGE_MASK;
1799
1800         INC_STATS_COUNTER(total_map_requests);
1801
1802         if (pages > 1)
1803                 INC_STATS_COUNTER(cross_page);
1804
1805         if (align)
1806                 align_mask = (1UL << get_order(size)) - 1;
1807
1808 retry:
1809         address = dma_ops_alloc_addresses(dev, dma_dom, pages, align_mask,
1810                                           dma_mask);
1811         if (unlikely(address == DMA_ERROR_CODE)) {
1812                 /*
1813                  * setting next_address here will let the address
1814                  * allocator only scan the new allocated range in the
1815                  * first run. This is a small optimization.
1816                  */
1817                 dma_dom->next_address = dma_dom->aperture_size;
1818
1819                 if (alloc_new_range(dma_dom, false, GFP_ATOMIC))
1820                         goto out;
1821
1822                 /*
1823                  * aperture was sucessfully enlarged by 128 MB, try
1824                  * allocation again
1825                  */
1826                 goto retry;
1827         }
1828
1829         start = address;
1830         for (i = 0; i < pages; ++i) {
1831                 ret = dma_ops_domain_map(dma_dom, start, paddr, dir);
1832                 if (ret == DMA_ERROR_CODE)
1833                         goto out_unmap;
1834
1835                 paddr += PAGE_SIZE;
1836                 start += PAGE_SIZE;
1837         }
1838         address += offset;
1839
1840         ADD_STATS_COUNTER(alloced_io_mem, size);
1841
1842         if (unlikely(dma_dom->need_flush && !amd_iommu_unmap_flush)) {
1843                 iommu_flush_tlb(&dma_dom->domain);
1844                 dma_dom->need_flush = false;
1845         } else if (unlikely(amd_iommu_np_cache))
1846                 iommu_flush_pages(&dma_dom->domain, address, size);
1847
1848 out:
1849         return address;
1850
1851 out_unmap:
1852
1853         for (--i; i >= 0; --i) {
1854                 start -= PAGE_SIZE;
1855                 dma_ops_domain_unmap(dma_dom, start);
1856         }
1857
1858         dma_ops_free_addresses(dma_dom, address, pages);
1859
1860         return DMA_ERROR_CODE;
1861 }
1862
1863 /*
1864  * Does the reverse of the __map_single function. Must be called with
1865  * the domain lock held too
1866  */
1867 static void __unmap_single(struct dma_ops_domain *dma_dom,
1868                            dma_addr_t dma_addr,
1869                            size_t size,
1870                            int dir)
1871 {
1872         dma_addr_t i, start;
1873         unsigned int pages;
1874
1875         if ((dma_addr == DMA_ERROR_CODE) ||
1876             (dma_addr + size > dma_dom->aperture_size))
1877                 return;
1878
1879         pages = iommu_num_pages(dma_addr, size, PAGE_SIZE);
1880         dma_addr &= PAGE_MASK;
1881         start = dma_addr;
1882
1883         for (i = 0; i < pages; ++i) {
1884                 dma_ops_domain_unmap(dma_dom, start);
1885                 start += PAGE_SIZE;
1886         }
1887
1888         SUB_STATS_COUNTER(alloced_io_mem, size);
1889
1890         dma_ops_free_addresses(dma_dom, dma_addr, pages);
1891
1892         if (amd_iommu_unmap_flush || dma_dom->need_flush) {
1893                 iommu_flush_pages(&dma_dom->domain, dma_addr, size);
1894                 dma_dom->need_flush = false;
1895         }
1896 }
1897
1898 /*
1899  * The exported map_single function for dma_ops.
1900  */
1901 static dma_addr_t map_page(struct device *dev, struct page *page,
1902                            unsigned long offset, size_t size,
1903                            enum dma_data_direction dir,
1904                            struct dma_attrs *attrs)
1905 {
1906         unsigned long flags;
1907         struct protection_domain *domain;
1908         dma_addr_t addr;
1909         u64 dma_mask;
1910         phys_addr_t paddr = page_to_phys(page) + offset;
1911
1912         INC_STATS_COUNTER(cnt_map_single);
1913
1914         domain = get_domain(dev);
1915         if (PTR_ERR(domain) == -EINVAL)
1916                 return (dma_addr_t)paddr;
1917         else if (IS_ERR(domain))
1918                 return DMA_ERROR_CODE;
1919
1920         dma_mask = *dev->dma_mask;
1921
1922         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1923
1924         addr = __map_single(dev, domain->priv, paddr, size, dir, false,
1925                             dma_mask);
1926         if (addr == DMA_ERROR_CODE)
1927                 goto out;
1928
1929         iommu_flush_complete(domain);
1930
1931 out:
1932         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1933
1934         return addr;
1935 }
1936
1937 /*
1938  * The exported unmap_single function for dma_ops.
1939  */
1940 static void unmap_page(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr, size_t size,
1941                        enum dma_data_direction dir, struct dma_attrs *attrs)
1942 {
1943         unsigned long flags;
1944         struct protection_domain *domain;
1945
1946         INC_STATS_COUNTER(cnt_unmap_single);
1947
1948         domain = get_domain(dev);
1949         if (IS_ERR(domain))
1950                 return;
1951
1952         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1953
1954         __unmap_single(domain->priv, dma_addr, size, dir);
1955
1956         iommu_flush_complete(domain);
1957
1958         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1959 }
1960
1961 /*
1962  * This is a special map_sg function which is used if we should map a
1963  * device which is not handled by an AMD IOMMU in the system.
1964  */
1965 static int map_sg_no_iommu(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1966                            int nelems, int dir)
1967 {
1968         struct scatterlist *s;
1969         int i;
1970
1971         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1972                 s->dma_address = (dma_addr_t)sg_phys(s);
1973                 s->dma_length  = s->length;
1974         }
1975
1976         return nelems;
1977 }
1978
1979 /*
1980  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1981  * lists).
1982  */
1983 static int map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1984                   int nelems, enum dma_data_direction dir,
1985                   struct dma_attrs *attrs)
1986 {
1987         unsigned long flags;
1988         struct protection_domain *domain;
1989         int i;
1990         struct scatterlist *s;
1991         phys_addr_t paddr;
1992         int mapped_elems = 0;
1993         u64 dma_mask;
1994
1995         INC_STATS_COUNTER(cnt_map_sg);
1996
1997         domain = get_domain(dev);
1998         if (PTR_ERR(domain) == -EINVAL)
1999                 return map_sg_no_iommu(dev, sglist, nelems, dir);
2000         else if (IS_ERR(domain))
2001                 return 0;
2002
2003         dma_mask = *dev->dma_mask;
2004
2005         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2006
2007         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
2008                 paddr = sg_phys(s);
2009
2010                 s->dma_address = __map_single(dev, domain->priv,
2011                                               paddr, s->length, dir, false,
2012                                               dma_mask);
2013
2014                 if (s->dma_address) {
2015                         s->dma_length = s->length;
2016                         mapped_elems++;
2017                 } else
2018                         goto unmap;
2019         }
2020
2021         iommu_flush_complete(domain);
2022
2023 out:
2024         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2025
2026         return mapped_elems;
2027 unmap:
2028         for_each_sg(sglist, s, mapped_elems, i) {
2029                 if (s->dma_address)
2030                         __unmap_single(domain->priv, s->dma_address,
2031                                        s->dma_length, dir);
2032                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
2033         }
2034
2035         mapped_elems = 0;
2036
2037         goto out;
2038 }
2039
2040 /*
2041  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
2042  * lists).
2043  */
2044 static void unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
2045                      int nelems, enum dma_data_direction dir,
2046                      struct dma_attrs *attrs)
2047 {
2048         unsigned long flags;
2049         struct protection_domain *domain;
2050         struct scatterlist *s;
2051         int i;
2052
2053         INC_STATS_COUNTER(cnt_unmap_sg);
2054
2055         domain = get_domain(dev);
2056         if (IS_ERR(domain))
2057                 return;
2058
2059         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2060
2061         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
2062                 __unmap_single(domain->priv, s->dma_address,
2063                                s->dma_length, dir);
2064                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
2065         }
2066
2067         iommu_flush_complete(domain);
2068
2069         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2070 }
2071
2072 /*
2073  * The exported alloc_coherent function for dma_ops.
2074  */
2075 static void *alloc_coherent(struct device *dev, size_t size,
2076                             dma_addr_t *dma_addr, gfp_t flag)
2077 {
2078         unsigned long flags;
2079         void *virt_addr;
2080         struct protection_domain *domain;
2081         phys_addr_t paddr;
2082         u64 dma_mask = dev->coherent_dma_mask;
2083
2084         INC_STATS_COUNTER(cnt_alloc_coherent);
2085
2086         domain = get_domain(dev);
2087         if (PTR_ERR(domain) == -EINVAL) {
2088                 virt_addr = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
2089                 *dma_addr = __pa(virt_addr);
2090                 return virt_addr;
2091         } else if (IS_ERR(domain))
2092                 return NULL;
2093
2094         dma_mask  = dev->coherent_dma_mask;
2095         flag     &= ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM | __GFP_DMA32);
2096         flag     |= __GFP_ZERO;
2097
2098         virt_addr = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
2099         if (!virt_addr)
2100                 return NULL;
2101
2102         paddr = virt_to_phys(virt_addr);
2103
2104         if (!dma_mask)
2105                 dma_mask = *dev->dma_mask;
2106
2107         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2108
2109         *dma_addr = __map_single(dev, domain->priv, paddr,
2110                                  size, DMA_BIDIRECTIONAL, true, dma_mask);
2111
2112         if (*dma_addr == DMA_ERROR_CODE) {
2113                 spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2114                 goto out_free;
2115         }
2116
2117         iommu_flush_complete(domain);
2118
2119         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2120
2121         return virt_addr;
2122
2123 out_free:
2124
2125         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
2126
2127         return NULL;
2128 }
2129
2130 /*
2131  * The exported free_coherent function for dma_ops.
2132  */
2133 static void free_coherent(struct device *dev, size_t size,
2134                           void *virt_addr, dma_addr_t dma_addr)
2135 {
2136         unsigned long flags;
2137         struct protection_domain *domain;
2138
2139         INC_STATS_COUNTER(cnt_free_coherent);
2140
2141         domain = get_domain(dev);
2142         if (IS_ERR(domain))
2143                 goto free_mem;
2144
2145         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2146
2147         __unmap_single(domain->priv, dma_addr, size, DMA_BIDIRECTIONAL);
2148
2149         iommu_flush_complete(domain);
2150
2151         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2152
2153 free_mem:
2154         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
2155 }
2156
2157 /*
2158  * This function is called by the DMA layer to find out if we can handle a
2159  * particular device. It is part of the dma_ops.
2160  */
2161 static int amd_iommu_dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
2162 {
2163         return check_device(dev);
2164 }
2165
2166 /*
2167  * The function for pre-allocating protection domains.
2168  *
2169  * If the driver core informs the DMA layer if a driver grabs a device
2170  * we don't need to preallocate the protection domains anymore.
2171  * For now we have to.
2172  */
2173 static void prealloc_protection_domains(void)
2174 {
2175         struct pci_dev *dev = NULL;
2176         struct dma_ops_domain *dma_dom;
2177         u16 devid;
2178
2179         while ((dev = pci_get_device(PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, dev)) != NULL) {
2180
2181                 /* Do we handle this device? */
2182                 if (!check_device(&dev->dev))
2183                         continue;
2184
2185                 /* Is there already any domain for it? */
2186                 if (domain_for_device(&dev->dev))
2187                         continue;
2188
2189                 devid = get_device_id(&dev->dev);
2190
2191                 dma_dom = dma_ops_domain_alloc();
2192                 if (!dma_dom)
2193                         continue;
2194                 init_unity_mappings_for_device(dma_dom, devid);
2195                 dma_dom->target_dev = devid;
2196
2197                 attach_device(&dev->dev, &dma_dom->domain);
2198
2199                 list_add_tail(&dma_dom->list, &iommu_pd_list);
2200         }
2201 }
2202
2203 static struct dma_map_ops amd_iommu_dma_ops = {
2204         .alloc_coherent = alloc_coherent,
2205         .free_coherent = free_coherent,
2206         .map_page = map_page,
2207         .unmap_page = unmap_page,
2208         .map_sg = map_sg,
2209         .unmap_sg = unmap_sg,
2210         .dma_supported = amd_iommu_dma_supported,
2211 };
2212
2213 /*
2214  * The function which clues the AMD IOMMU driver into dma_ops.
2215  */
2216 int __init amd_iommu_init_dma_ops(void)
2217 {
2218         struct amd_iommu *iommu;
2219         int ret;
2220
2221         /*
2222          * first allocate a default protection domain for every IOMMU we
2223          * found in the system. Devices not assigned to any other
2224          * protection domain will be assigned to the default one.
2225          */
2226         for_each_iommu(iommu) {
2227                 iommu->default_dom = dma_ops_domain_alloc();
2228                 if (iommu->default_dom == NULL)
2229                         return -ENOMEM;
2230                 iommu->default_dom->domain.flags |= PD_DEFAULT_MASK;
2231                 ret = iommu_init_unity_mappings(iommu);
2232                 if (ret)
2233                         goto free_domains;
2234         }
2235
2236         /*
2237          * Pre-allocate the protection domains for each device.
2238          */
2239         prealloc_protection_domains();
2240
2241         iommu_detected = 1;
2242         swiotlb = 0;
2243 #ifdef CONFIG_GART_IOMMU
2244         gart_iommu_aperture_disabled = 1;
2245         gart_iommu_aperture = 0;
2246 #endif
2247
2248         /* Make the driver finally visible to the drivers */
2249         dma_ops = &amd_iommu_dma_ops;
2250
2251         register_iommu(&amd_iommu_ops);
2252
2253         bus_register_notifier(&pci_bus_type, &device_nb);
2254
2255         amd_iommu_stats_init();
2256
2257         return 0;
2258
2259 free_domains:
2260
2261         for_each_iommu(iommu) {
2262                 if (iommu->default_dom)
2263                         dma_ops_domain_free(iommu->default_dom);
2264         }
2265
2266         return ret;
2267 }
2268
2269 /*****************************************************************************
2270  *
2271  * The following functions belong to the exported interface of AMD IOMMU
2272  *
2273  * This interface allows access to lower level functions of the IOMMU
2274  * like protection domain handling and assignement of devices to domains
2275  * which is not possible with the dma_ops interface.
2276  *
2277  *****************************************************************************/
2278
2279 static void cleanup_domain(struct protection_domain *domain)
2280 {
2281         struct iommu_dev_data *dev_data, *next;
2282         unsigned long flags;
2283
2284         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
2285
2286         list_for_each_entry_safe(dev_data, next, &domain->dev_list, list) {
2287                 struct device *dev = dev_data->dev;
2288
2289                 do_detach(dev);
2290                 atomic_set(&dev_data->bind, 0);
2291         }
2292
2293         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
2294 }
2295
2296 static void protection_domain_free(struct protection_domain *domain)
2297 {
2298         if (!domain)
2299                 return;
2300
2301         del_domain_from_list(domain);
2302
2303         if (domain->id)
2304                 domain_id_free(domain->id);
2305
2306         kfree(domain);
2307 }
2308
2309 static struct protection_domain *protection_domain_alloc(void)
2310 {
2311         struct protection_domain *domain;
2312
2313         domain = kzalloc(sizeof(*domain), GFP_KERNEL);
2314         if (!domain)
2315                 return NULL;
2316
2317         spin_lock_init(&domain->lock);
2318         domain->id = domain_id_alloc();
2319         if (!domain->id)
2320                 goto out_err;
2321         INIT_LIST_HEAD(&domain->dev_list);
2322
2323         add_domain_to_list(domain);
2324
2325         return domain;
2326
2327 out_err:
2328         kfree(domain);
2329
2330         return NULL;
2331 }
2332
2333 static int amd_iommu_domain_init(struct iommu_domain *dom)
2334 {
2335         struct protection_domain *domain;
2336
2337         domain = protection_domain_alloc();
2338         if (!domain)
2339                 goto out_free;
2340
2341         domain->mode    = PAGE_MODE_3_LEVEL;
2342         domain->pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
2343         if (!domain->pt_root)
2344                 goto out_free;
2345
2346         dom->priv = domain;
2347
2348         return 0;
2349
2350 out_free:
2351         protection_domain_free(domain);
2352
2353         return -ENOMEM;
2354 }
2355
2356 static void amd_iommu_domain_destroy(struct iommu_domain *dom)
2357 {
2358         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2359
2360         if (!domain)
2361                 return;
2362
2363         if (domain->dev_cnt > 0)
2364                 cleanup_domain(domain);
2365
2366         BUG_ON(domain->dev_cnt != 0);
2367
2368         free_pagetable(domain);
2369
2370         domain_id_free(domain->id);
2371
2372         kfree(domain);
2373
2374         dom->priv = NULL;
2375 }
2376
2377 static void amd_iommu_detach_device(struct iommu_domain *dom,
2378                                     struct device *dev)
2379 {
2380         struct iommu_dev_data *dev_data = dev->archdata.iommu;
2381         struct amd_iommu *iommu;
2382         u16 devid;
2383
2384         if (!check_device(dev))
2385                 return;
2386
2387         devid = get_device_id(dev);
2388
2389         if (dev_data->domain != NULL)
2390                 detach_device(dev);
2391
2392         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
2393         if (!iommu)
2394                 return;
2395
2396         iommu_flush_device(dev);
2397         iommu_completion_wait(iommu);
2398 }
2399
2400 static int amd_iommu_attach_device(struct iommu_domain *dom,
2401                                    struct device *dev)
2402 {
2403         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2404         struct iommu_dev_data *dev_data;
2405         struct amd_iommu *iommu;
2406         int ret;
2407         u16 devid;
2408
2409         if (!check_device(dev))
2410                 return -EINVAL;
2411
2412         dev_data = dev->archdata.iommu;
2413
2414         devid = get_device_id(dev);
2415
2416         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
2417         if (!iommu)
2418                 return -EINVAL;
2419
2420         if (dev_data->domain)
2421                 detach_device(dev);
2422
2423         ret = attach_device(dev, domain);
2424
2425         iommu_completion_wait(iommu);
2426
2427         return ret;
2428 }
2429
2430 static int amd_iommu_map_range(struct iommu_domain *dom,
2431                                unsigned long iova, phys_addr_t paddr,
2432                                size_t size, int iommu_prot)
2433 {
2434         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2435         unsigned long i,  npages = iommu_num_pages(paddr, size, PAGE_SIZE);
2436         int prot = 0;
2437         int ret;
2438
2439         if (iommu_prot & IOMMU_READ)
2440                 prot |= IOMMU_PROT_IR;
2441         if (iommu_prot & IOMMU_WRITE)
2442                 prot |= IOMMU_PROT_IW;
2443
2444         iova  &= PAGE_MASK;
2445         paddr &= PAGE_MASK;
2446
2447         for (i = 0; i < npages; ++i) {
2448                 ret = iommu_map_page(domain, iova, paddr, prot, PM_MAP_4k);
2449                 if (ret)
2450                         return ret;
2451
2452                 iova  += PAGE_SIZE;
2453                 paddr += PAGE_SIZE;
2454         }
2455
2456         return 0;
2457 }
2458
2459 static void amd_iommu_unmap_range(struct iommu_domain *dom,
2460                                   unsigned long iova, size_t size)
2461 {
2462
2463         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2464         unsigned long i,  npages = iommu_num_pages(iova, size, PAGE_SIZE);
2465
2466         iova  &= PAGE_MASK;
2467
2468         for (i = 0; i < npages; ++i) {
2469                 iommu_unmap_page(domain, iova, PM_MAP_4k);
2470                 iova  += PAGE_SIZE;
2471         }
2472
2473         iommu_flush_tlb_pde(domain);
2474 }
2475
2476 static phys_addr_t amd_iommu_iova_to_phys(struct iommu_domain *dom,
2477                                           unsigned long iova)
2478 {
2479         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2480         unsigned long offset = iova & ~PAGE_MASK;
2481         phys_addr_t paddr;
2482         u64 *pte;
2483
2484         pte = fetch_pte(domain, iova, PM_MAP_4k);
2485
2486         if (!pte || !IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
2487                 return 0;
2488
2489         paddr  = *pte & IOMMU_PAGE_MASK;
2490         paddr |= offset;
2491
2492         return paddr;
2493 }
2494
2495 static int amd_iommu_domain_has_cap(struct iommu_domain *domain,
2496                                     unsigned long cap)
2497 {
2498         return 0;
2499 }
2500
2501 static struct iommu_ops amd_iommu_ops = {
2502         .domain_init = amd_iommu_domain_init,
2503         .domain_destroy = amd_iommu_domain_destroy,
2504         .attach_dev = amd_iommu_attach_device,
2505         .detach_dev = amd_iommu_detach_device,
2506         .map = amd_iommu_map_range,
2507         .unmap = amd_iommu_unmap_range,
2508         .iova_to_phys = amd_iommu_iova_to_phys,
2509         .domain_has_cap = amd_iommu_domain_has_cap,
2510 };
2511
2512 /*****************************************************************************
2513  *
2514  * The next functions do a basic initialization of IOMMU for pass through
2515  * mode
2516  *
2517  * In passthrough mode the IOMMU is initialized and enabled but not used for
2518  * DMA-API translation.
2519  *
2520  *****************************************************************************/
2521
2522 int __init amd_iommu_init_passthrough(void)
2523 {
2524         struct amd_iommu *iommu;
2525         struct pci_dev *dev = NULL;
2526         u16 devid;
2527
2528         /* allocate passthroug domain */
2529         pt_domain = protection_domain_alloc();
2530         if (!pt_domain)
2531                 return -ENOMEM;
2532
2533         pt_domain->mode |= PAGE_MODE_NONE;
2534
2535         while ((dev = pci_get_device(PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, dev)) != NULL) {
2536
2537                 if (!check_device(&dev->dev))
2538                         continue;
2539
2540                 devid = get_device_id(&dev->dev);
2541
2542                 iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
2543                 if (!iommu)
2544                         continue;
2545
2546                 attach_device(&dev->dev, pt_domain);
2547         }
2548
2549         pr_info("AMD-Vi: Initialized for Passthrough Mode\n");
2550
2551         return 0;
2552 }