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
  37 #include "mmu_decl.h"
  38
  39 /*
  40  * This address range defaults to a value that is safe for all
  41  * platforms which currently set CONFIG_NOT_COHERENT_CACHE. It
  42  * can be further configured for specific applications under
  43  * the "Advanced Setup" menu. -Matt
  44  */
  45 #define CONSISTENT_BASE         (IOREMAP_TOP)
  46 #define CONSISTENT_END          (CONSISTENT_BASE + CONFIG_CONSISTENT_SIZE)
  47 #define CONSISTENT_OFFSET(x)    (((unsigned long)(x) - CONSISTENT_BASE) >> PAGE_SHIFT)
  48
  49 /*
  50  * This is the page table (2MB) covering uncached, DMA consistent allocations
  51  */
  52 static DEFINE_SPINLOCK(consistent_lock);
  53
  54 /*
  55  * VM region handling support.
  56  *
  57  * This should become something generic, handling VM region allocations for
  58  * vmalloc and similar (ioremap, module space, etc).
  59  *
  60  * I envisage vmalloc()'s supporting vm_struct becoming:
  61  *
  62  *  struct vm_struct {
  63  *    struct vm_region  region;
  64  *    unsigned long     flags;
  65  *    struct page       **pages;
  66  *    unsigned int      nr_pages;
  67  *    unsigned long     phys_addr;
  68  *  };
  69  *
  70  * get_vm_area() would then call vm_region_alloc with an appropriate
  71  * struct vm_region head (eg):
  72  *
  73  *  struct vm_region vmalloc_head = {
  74  *      .vm_list        = LIST_HEAD_INIT(vmalloc_head.vm_list),
  75  *      .vm_start       = VMALLOC_START,
  76  *      .vm_end         = VMALLOC_END,
  77  *  };
  78  *
  79  * However, vmalloc_head.vm_start is variable (typically, it is dependent on
  80  * the amount of RAM found at boot time.)  I would imagine that get_vm_area()
  81  * would have to initialise this each time prior to calling vm_region_alloc().
  82  */
  83 struct ppc_vm_region {
  84         struct list_head        vm_list;
  85         unsigned long           vm_start;
  86         unsigned long           vm_end;
  87 };
  88
  89 static struct ppc_vm_region consistent_head = {
  90         .vm_list        = LIST_HEAD_INIT(consistent_head.vm_list),
  91         .vm_start       = CONSISTENT_BASE,
  92         .vm_end         = CONSISTENT_END,
  93 };
  94
  95 static struct ppc_vm_region *
  96 ppc_vm_region_alloc(struct ppc_vm_region *head, size_t size, gfp_t gfp)
  97 {
  98         unsigned long addr = head->vm_start, end = head->vm_end - size;
  99         unsigned long flags;
 100         struct ppc_vm_region *c, *new;
 101
 102         new = kmalloc(sizeof(struct ppc_vm_region), gfp);
 103         if (!new)
 104                 goto out;
 105
 106         spin_lock_irqsave(&consistent_lock, flags);
 107
 108         list_for_each_entry(c, &head->vm_list, vm_list) {
 109                 if ((addr + size) < addr)
 110                         goto nospc;
 111                 if ((addr + size) <= c->vm_start)
 112                         goto found;
 113                 addr = c->vm_end;
 114                 if (addr > end)
 115                         goto nospc;
 116         }
 117
 118  found:
 119         /*
 120          * Insert this entry _before_ the one we found.
 121          */
 122         list_add_tail(&new->vm_list, &c->vm_list);
 123         new->vm_start = addr;
 124         new->vm_end = addr + size;
 125
 126         spin_unlock_irqrestore(&consistent_lock, flags);
 127         return new;
 128
 129  nospc:
 130         spin_unlock_irqrestore(&consistent_lock, flags);
 131         kfree(new);
 132  out:
 133         return NULL;
 134 }
 135
 136 static struct ppc_vm_region *ppc_vm_region_find(struct ppc_vm_region *head, unsigned long addr)
 137 {
 138         struct ppc_vm_region *c;
 139
 140         list_for_each_entry(c, &head->vm_list, vm_list) {
 141                 if (c->vm_start == addr)
 142                         goto out;
 143         }
 144         c = NULL;
 145  out:
 146         return c;
 147 }
 148
 149 /*
 150  * Allocate DMA-coherent memory space and return both the kernel remapped
 151  * virtual and bus address for that space.
 152  */
 153 void *
 154 __dma_alloc_coherent(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *handle, gfp_t gfp)
 155 {
 156         struct page *page;
 157         struct ppc_vm_region *c;
 158         unsigned long order;
 159         u64 mask = ISA_DMA_THRESHOLD, limit;
 160
 161         if (dev) {
 162                 mask = dev->coherent_dma_mask;
 163
 164                 /*
 165                  * Sanity check the DMA mask - it must be non-zero, and
 166                  * must be able to be satisfied by a DMA allocation.
 167                  */
 168                 if (mask == 0) {
 169                         dev_warn(dev, "coherent DMA mask is unset\n");
 170                         goto no_page;
 171                 }
 172
 173                 if ((~mask) & ISA_DMA_THRESHOLD) {
 174                         dev_warn(dev, "coherent DMA mask %#llx is smaller "
 175                                  "than system GFP_DMA mask %#llx\n",
 176                                  mask, (unsigned long long)ISA_DMA_THRESHOLD);
 177                         goto no_page;
 178                 }
 179         }
 180
 181
 182         size = PAGE_ALIGN(size);
 183         limit = (mask + 1) & ~mask;
 184         if ((limit && size >= limit) ||
 185             size >= (CONSISTENT_END - CONSISTENT_BASE)) {
 186                 printk(KERN_WARNING "coherent allocation too big (requested %#x mask %#Lx)\n",
 187                        size, mask);
 188                 return NULL;
 189         }
 190
 191         order = get_order(size);
 192
 193         /* Might be useful if we ever have a real legacy DMA zone... */
 194         if (mask != 0xffffffff)
 195                 gfp |= GFP_DMA;
 196
 197         page = alloc_pages(gfp, order);
 198         if (!page)
 199                 goto no_page;
 200
 201         /*
 202          * Invalidate any data that might be lurking in the
 203          * kernel direct-mapped region for device DMA.
 204          */
 205         {
 206                 unsigned long kaddr = (unsigned long)page_address(page);
 207                 memset(page_address(page), 0, size);
 208                 flush_dcache_range(kaddr, kaddr + size);
 209         }
 210
 211         /*
 212          * Allocate a virtual address in the consistent mapping region.
 213          */
 214         c = ppc_vm_region_alloc(&consistent_head, size,
 215                             gfp & ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM));
 216         if (c) {
 217                 unsigned long vaddr = c->vm_start;
 218                 struct page *end = page + (1 << order);
 219
 220                 split_page(page, order);
 221
 222                 /*
 223                  * Set the "dma handle"
 224                  */
 225                 *handle = page_to_phys(page);
 226
 227                 do {
 228                         SetPageReserved(page);
 229                         map_page(vaddr, page_to_phys(page),
 230                                  pgprot_noncached(PAGE_KERNEL));
 231                         page++;
 232                         vaddr += PAGE_SIZE;
 233                 } while (size -= PAGE_SIZE);
 234
 235                 /*
 236                  * Free the otherwise unused pages.
 237                  */
 238                 while (page < end) {
 239                         __free_page(page);
 240                         page++;
 241                 }
 242
 243                 return (void *)c->vm_start;
 244         }
 245
 246         if (page)
 247                 __free_pages(page, order);
 248  no_page:
 249         return NULL;
 250 }
 251 EXPORT_SYMBOL(__dma_alloc_coherent);
 252
 253 /*
 254  * free a page as defined by the above mapping.
 255  */
 256 void __dma_free_coherent(size_t size, void *vaddr)
 257 {
 258         struct ppc_vm_region *c;
 259         unsigned long flags, addr;
 260
 261         size = PAGE_ALIGN(size);
 262
 263         spin_lock_irqsave(&consistent_lock, flags);
 264
 265         c = ppc_vm_region_find(&consistent_head, (unsigned long)vaddr);
 266         if (!c)
 267                 goto no_area;
 268
 269         if ((c->vm_end - c->vm_start) != size) {
 270                 printk(KERN_ERR "%s: freeing wrong coherent size (%ld != %d)\n",
 271                        __func__, c->vm_end - c->vm_start, size);
 272                 dump_stack();
 273                 size = c->vm_end - c->vm_start;
 274         }
 275
 276         addr = c->vm_start;
 277         do {
 278                 pte_t *ptep;
 279                 unsigned long pfn;
 280
 281                 ptep = pte_offset_kernel(pmd_offset(pud_offset(pgd_offset_k(addr),
 282                                                                addr),
 283                                                     addr),
 284                                          addr);
 285                 if (!pte_none(*ptep) && pte_present(*ptep)) {
 286                         pfn = pte_pfn(*ptep);
 287                         pte_clear(&init_mm, addr, ptep);
 288                         if (pfn_valid(pfn)) {
 289                                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
 290
 291                                 ClearPageReserved(page);
 292                                 __free_page(page);
 293                         }
 294                 }
 295                 addr += PAGE_SIZE;
 296         } while (size -= PAGE_SIZE);
 297
 298         flush_tlb_kernel_range(c->vm_start, c->vm_end);
 299
 300         list_del(&c->vm_list);
 301
 302         spin_unlock_irqrestore(&consistent_lock, flags);
 303
 304         kfree(c);
 305         return;
 306
 307  no_area:
 308         spin_unlock_irqrestore(&consistent_lock, flags);
 309         printk(KERN_ERR "%s: trying to free invalid coherent area: %p\n",
 310                __func__, vaddr);
 311         dump_stack();
 312 }
 313 EXPORT_SYMBOL(__dma_free_coherent);
 314
 315 /*
 316  * make an area consistent.
 317  */
 318 void __dma_sync(void *vaddr, size_t size, int direction)
 319 {
 320         unsigned long start = (unsigned long)vaddr;
 321         unsigned long end   = start + size;
 322
 323         switch (direction) {
 324         case DMA_NONE:
 325                 BUG();
 326         case DMA_FROM_DEVICE:
 327                 /*
 328                  * invalidate only when cache-line aligned otherwise there is
 329                  * the potential for discarding uncommitted data from the cache
 330                  */
 331                 if ((start & (L1_CACHE_BYTES - 1)) || (size & (L1_CACHE_BYTES - 1)))
 332                         flush_dcache_range(start, end);
 333                 else
 334                         invalidate_dcache_range(start, end);
 335                 break;
 336         case DMA_TO_DEVICE:             /* writeback only */
 337                 clean_dcache_range(start, end);
 338                 break;
 339         case DMA_BIDIRECTIONAL: /* writeback and invalidate */
 340                 flush_dcache_range(start, end);
 341                 break;
 342         }
 343 }
 344 EXPORT_SYMBOL(__dma_sync);
 345
 346 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 347 /*
 348  * __dma_sync_page() implementation for systems using highmem.
 349  * In this case, each page of a buffer must be kmapped/kunmapped
 350  * in order to have a virtual address for __dma_sync(). This must
 351  * not sleep so kmap_atomic()/kunmap_atomic() are used.
 352  *
 353  * Note: yes, it is possible and correct to have a buffer extend
 354  * beyond the first page.
 355  */
 356 static inline void __dma_sync_page_highmem(struct page *page,
 357                 unsigned long offset, size_t size, int direction)
 358 {
 359         size_t seg_size = min((size_t)(PAGE_SIZE - offset), size);
 360         size_t cur_size = seg_size;
 361         unsigned long flags, start, seg_offset = offset;
 362         int nr_segs = 1 + ((size - seg_size) + PAGE_SIZE - 1)/PAGE_SIZE;
 363         int seg_nr = 0;
 364
 365         local_irq_save(flags);
 366
 367         do {
 368                 start = (unsigned long)kmap_atomic(page + seg_nr,
 369                                 KM_PPC_SYNC_PAGE) + seg_offset;
 370
 371                 /* Sync this buffer segment */
 372                 __dma_sync((void *)start, seg_size, direction);
 373                 kunmap_atomic((void *)start, KM_PPC_SYNC_PAGE);
 374                 seg_nr++;
 375
 376                 /* Calculate next buffer segment size */
 377                 seg_size = min((size_t)PAGE_SIZE, size - cur_size);
 378
 379                 /* Add the segment size to our running total */
 380                 cur_size += seg_size;
 381                 seg_offset = 0;
 382         } while (seg_nr < nr_segs);
 383
 384         local_irq_restore(flags);
 385 }
 386 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 387
 388 /*
 389  * __dma_sync_page makes memory consistent. identical to __dma_sync, but
 390  * takes a struct page instead of a virtual address
 391  */
 392 void __dma_sync_page(struct page *page, unsigned long offset,
 393         size_t size, int direction)
 394 {
 395 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 396         __dma_sync_page_highmem(page, offset, size, direction);
 397 #else
 398         unsigned long start = (unsigned long)page_address(page) + offset;
 399         __dma_sync((void *)start, size, direction);
 400 #endif
 401 }
 402 EXPORT_SYMBOL(__dma_sync_page);
 403
 404 /*
 405  * Return the PFN for a given cpu virtual address returned by
 406  * __dma_alloc_coherent. This is used by dma_mmap_coherent()
 407  */
 408 unsigned long __dma_get_coherent_pfn(unsigned long cpu_addr)
 409 {
 410         /* This should always be populated, so we don't test every
 411          * level. If that fails, we'll have a nice crash which
 412          * will be as good as a BUG_ON()
 413          */
 414         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(cpu_addr);
 415         pud_t *pud = pud_offset(pgd, cpu_addr);
 416         pmd_t *pmd = pmd_offset(pud, cpu_addr);
 417         pte_t *ptep = pte_offset_kernel(pmd, cpu_addr);
 418
 419         if (pte_none(*ptep) || !pte_present(*ptep))
 420                 return 0;
 421         return pte_pfn(*ptep);
 422 }