Merge branch 'core/softlockup-for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel...
[pandora-kernel.git] / arch / powerpc / platforms / cell / iommu.c
1 /*
2  * IOMMU implementation for Cell Broadband Processor Architecture
3  *
4  * (C) Copyright IBM Corporation 2006-2008
5  *
6  * Author: Jeremy Kerr <jk@ozlabs.org>
7  *
8  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
9  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
10  * the Free Software Foundation; either version 2, or (at your option)
11  * any later version.
12  *
13  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
16  * GNU General Public License for more details.
17  *
18  * You should have received a copy of the GNU General Public License
19  * along with this program; if not, write to the Free Software
20  * Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
21  */
22
23 #undef DEBUG
24
25 #include <linux/kernel.h>
26 #include <linux/init.h>
27 #include <linux/interrupt.h>
28 #include <linux/notifier.h>
29 #include <linux/of.h>
30 #include <linux/of_platform.h>
31 #include <linux/lmb.h>
32
33 #include <asm/prom.h>
34 #include <asm/iommu.h>
35 #include <asm/machdep.h>
36 #include <asm/pci-bridge.h>
37 #include <asm/udbg.h>
38 #include <asm/firmware.h>
39 #include <asm/cell-regs.h>
40
41 #include "interrupt.h"
42
43 /* Define CELL_IOMMU_REAL_UNMAP to actually unmap non-used pages
44  * instead of leaving them mapped to some dummy page. This can be
45  * enabled once the appropriate workarounds for spider bugs have
46  * been enabled
47  */
48 #define CELL_IOMMU_REAL_UNMAP
49
50 /* Define CELL_IOMMU_STRICT_PROTECTION to enforce protection of
51  * IO PTEs based on the transfer direction. That can be enabled
52  * once spider-net has been fixed to pass the correct direction
53  * to the DMA mapping functions
54  */
55 #define CELL_IOMMU_STRICT_PROTECTION
56
57
58 #define NR_IOMMUS                       2
59
60 /* IOC mmap registers */
61 #define IOC_Reg_Size                    0x2000
62
63 #define IOC_IOPT_CacheInvd              0x908
64 #define IOC_IOPT_CacheInvd_NE_Mask      0xffe0000000000000ul
65 #define IOC_IOPT_CacheInvd_IOPTE_Mask   0x000003fffffffff8ul
66 #define IOC_IOPT_CacheInvd_Busy         0x0000000000000001ul
67
68 #define IOC_IOST_Origin                 0x918
69 #define IOC_IOST_Origin_E               0x8000000000000000ul
70 #define IOC_IOST_Origin_HW              0x0000000000000800ul
71 #define IOC_IOST_Origin_HL              0x0000000000000400ul
72
73 #define IOC_IO_ExcpStat                 0x920
74 #define IOC_IO_ExcpStat_V               0x8000000000000000ul
75 #define IOC_IO_ExcpStat_SPF_Mask        0x6000000000000000ul
76 #define IOC_IO_ExcpStat_SPF_S           0x6000000000000000ul
77 #define IOC_IO_ExcpStat_SPF_P           0x4000000000000000ul
78 #define IOC_IO_ExcpStat_ADDR_Mask       0x00000007fffff000ul
79 #define IOC_IO_ExcpStat_RW_Mask         0x0000000000000800ul
80 #define IOC_IO_ExcpStat_IOID_Mask       0x00000000000007fful
81
82 #define IOC_IO_ExcpMask                 0x928
83 #define IOC_IO_ExcpMask_SFE             0x4000000000000000ul
84 #define IOC_IO_ExcpMask_PFE             0x2000000000000000ul
85
86 #define IOC_IOCmd_Offset                0x1000
87
88 #define IOC_IOCmd_Cfg                   0xc00
89 #define IOC_IOCmd_Cfg_TE                0x0000800000000000ul
90
91
92 /* Segment table entries */
93 #define IOSTE_V                 0x8000000000000000ul /* valid */
94 #define IOSTE_H                 0x4000000000000000ul /* cache hint */
95 #define IOSTE_PT_Base_RPN_Mask  0x3ffffffffffff000ul /* base RPN of IOPT */
96 #define IOSTE_NPPT_Mask         0x0000000000000fe0ul /* no. pages in IOPT */
97 #define IOSTE_PS_Mask           0x0000000000000007ul /* page size */
98 #define IOSTE_PS_4K             0x0000000000000001ul /*   - 4kB  */
99 #define IOSTE_PS_64K            0x0000000000000003ul /*   - 64kB */
100 #define IOSTE_PS_1M             0x0000000000000005ul /*   - 1MB  */
101 #define IOSTE_PS_16M            0x0000000000000007ul /*   - 16MB */
102
103 /* Page table entries */
104 #define IOPTE_PP_W              0x8000000000000000ul /* protection: write */
105 #define IOPTE_PP_R              0x4000000000000000ul /* protection: read */
106 #define IOPTE_M                 0x2000000000000000ul /* coherency required */
107 #define IOPTE_SO_R              0x1000000000000000ul /* ordering: writes */
108 #define IOPTE_SO_RW             0x1800000000000000ul /* ordering: r & w */
109 #define IOPTE_RPN_Mask          0x07fffffffffff000ul /* RPN */
110 #define IOPTE_H                 0x0000000000000800ul /* cache hint */
111 #define IOPTE_IOID_Mask         0x00000000000007fful /* ioid */
112
113
114 /* IOMMU sizing */
115 #define IO_SEGMENT_SHIFT        28
116 #define IO_PAGENO_BITS(shift)   (IO_SEGMENT_SHIFT - (shift))
117
118 /* The high bit needs to be set on every DMA address */
119 #define SPIDER_DMA_OFFSET       0x80000000ul
120
121 struct iommu_window {
122         struct list_head list;
123         struct cbe_iommu *iommu;
124         unsigned long offset;
125         unsigned long size;
126         unsigned int ioid;
127         struct iommu_table table;
128 };
129
130 #define NAMESIZE 8
131 struct cbe_iommu {
132         int nid;
133         char name[NAMESIZE];
134         void __iomem *xlate_regs;
135         void __iomem *cmd_regs;
136         unsigned long *stab;
137         unsigned long *ptab;
138         void *pad_page;
139         struct list_head windows;
140 };
141
142 /* Static array of iommus, one per node
143  *   each contains a list of windows, keyed from dma_window property
144  *   - on bus setup, look for a matching window, or create one
145  *   - on dev setup, assign iommu_table ptr
146  */
147 static struct cbe_iommu iommus[NR_IOMMUS];
148 static int cbe_nr_iommus;
149
150 static void invalidate_tce_cache(struct cbe_iommu *iommu, unsigned long *pte,
151                 long n_ptes)
152 {
153         unsigned long __iomem *reg;
154         unsigned long val;
155         long n;
156
157         reg = iommu->xlate_regs + IOC_IOPT_CacheInvd;
158
159         while (n_ptes > 0) {
160                 /* we can invalidate up to 1 << 11 PTEs at once */
161                 n = min(n_ptes, 1l << 11);
162                 val = (((n /*- 1*/) << 53) & IOC_IOPT_CacheInvd_NE_Mask)
163                         | (__pa(pte) & IOC_IOPT_CacheInvd_IOPTE_Mask)
164                         | IOC_IOPT_CacheInvd_Busy;
165
166                 out_be64(reg, val);
167                 while (in_be64(reg) & IOC_IOPT_CacheInvd_Busy)
168                         ;
169
170                 n_ptes -= n;
171                 pte += n;
172         }
173 }
174
175 static void tce_build_cell(struct iommu_table *tbl, long index, long npages,
176                 unsigned long uaddr, enum dma_data_direction direction,
177                 struct dma_attrs *attrs)
178 {
179         int i;
180         unsigned long *io_pte, base_pte;
181         struct iommu_window *window =
182                 container_of(tbl, struct iommu_window, table);
183
184         /* implementing proper protection causes problems with the spidernet
185          * driver - check mapping directions later, but allow read & write by
186          * default for now.*/
187 #ifdef CELL_IOMMU_STRICT_PROTECTION
188         /* to avoid referencing a global, we use a trick here to setup the
189          * protection bit. "prot" is setup to be 3 fields of 4 bits apprended
190          * together for each of the 3 supported direction values. It is then
191          * shifted left so that the fields matching the desired direction
192          * lands on the appropriate bits, and other bits are masked out.
193          */
194         const unsigned long prot = 0xc48;
195         base_pte =
196                 ((prot << (52 + 4 * direction)) & (IOPTE_PP_W | IOPTE_PP_R))
197                 | IOPTE_M | IOPTE_SO_RW | (window->ioid & IOPTE_IOID_Mask);
198 #else
199         base_pte = IOPTE_PP_W | IOPTE_PP_R | IOPTE_M | IOPTE_SO_RW |
200                 (window->ioid & IOPTE_IOID_Mask);
201 #endif
202         if (unlikely(dma_get_attr(DMA_ATTR_WEAK_ORDERING, attrs)))
203                 base_pte &= ~IOPTE_SO_RW;
204
205         io_pte = (unsigned long *)tbl->it_base + (index - tbl->it_offset);
206
207         for (i = 0; i < npages; i++, uaddr += IOMMU_PAGE_SIZE)
208                 io_pte[i] = base_pte | (__pa(uaddr) & IOPTE_RPN_Mask);
209
210         mb();
211
212         invalidate_tce_cache(window->iommu, io_pte, npages);
213
214         pr_debug("tce_build_cell(index=%lx,n=%lx,dir=%d,base_pte=%lx)\n",
215                  index, npages, direction, base_pte);
216 }
217
218 static void tce_free_cell(struct iommu_table *tbl, long index, long npages)
219 {
220
221         int i;
222         unsigned long *io_pte, pte;
223         struct iommu_window *window =
224                 container_of(tbl, struct iommu_window, table);
225
226         pr_debug("tce_free_cell(index=%lx,n=%lx)\n", index, npages);
227
228 #ifdef CELL_IOMMU_REAL_UNMAP
229         pte = 0;
230 #else
231         /* spider bridge does PCI reads after freeing - insert a mapping
232          * to a scratch page instead of an invalid entry */
233         pte = IOPTE_PP_R | IOPTE_M | IOPTE_SO_RW | __pa(window->iommu->pad_page)
234                 | (window->ioid & IOPTE_IOID_Mask);
235 #endif
236
237         io_pte = (unsigned long *)tbl->it_base + (index - tbl->it_offset);
238
239         for (i = 0; i < npages; i++)
240                 io_pte[i] = pte;
241
242         mb();
243
244         invalidate_tce_cache(window->iommu, io_pte, npages);
245 }
246
247 static irqreturn_t ioc_interrupt(int irq, void *data)
248 {
249         unsigned long stat;
250         struct cbe_iommu *iommu = data;
251
252         stat = in_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IO_ExcpStat);
253
254         /* Might want to rate limit it */
255         printk(KERN_ERR "iommu: DMA exception 0x%016lx\n", stat);
256         printk(KERN_ERR "  V=%d, SPF=[%c%c], RW=%s, IOID=0x%04x\n",
257                !!(stat & IOC_IO_ExcpStat_V),
258                (stat & IOC_IO_ExcpStat_SPF_S) ? 'S' : ' ',
259                (stat & IOC_IO_ExcpStat_SPF_P) ? 'P' : ' ',
260                (stat & IOC_IO_ExcpStat_RW_Mask) ? "Read" : "Write",
261                (unsigned int)(stat & IOC_IO_ExcpStat_IOID_Mask));
262         printk(KERN_ERR "  page=0x%016lx\n",
263                stat & IOC_IO_ExcpStat_ADDR_Mask);
264
265         /* clear interrupt */
266         stat &= ~IOC_IO_ExcpStat_V;
267         out_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IO_ExcpStat, stat);
268
269         return IRQ_HANDLED;
270 }
271
272 static int cell_iommu_find_ioc(int nid, unsigned long *base)
273 {
274         struct device_node *np;
275         struct resource r;
276
277         *base = 0;
278
279         /* First look for new style /be nodes */
280         for_each_node_by_name(np, "ioc") {
281                 if (of_node_to_nid(np) != nid)
282                         continue;
283                 if (of_address_to_resource(np, 0, &r)) {
284                         printk(KERN_ERR "iommu: can't get address for %s\n",
285                                np->full_name);
286                         continue;
287                 }
288                 *base = r.start;
289                 of_node_put(np);
290                 return 0;
291         }
292
293         /* Ok, let's try the old way */
294         for_each_node_by_type(np, "cpu") {
295                 const unsigned int *nidp;
296                 const unsigned long *tmp;
297
298                 nidp = of_get_property(np, "node-id", NULL);
299                 if (nidp && *nidp == nid) {
300                         tmp = of_get_property(np, "ioc-translation", NULL);
301                         if (tmp) {
302                                 *base = *tmp;
303                                 of_node_put(np);
304                                 return 0;
305                         }
306                 }
307         }
308
309         return -ENODEV;
310 }
311
312 static void cell_iommu_setup_stab(struct cbe_iommu *iommu,
313                                 unsigned long dbase, unsigned long dsize,
314                                 unsigned long fbase, unsigned long fsize)
315 {
316         struct page *page;
317         unsigned long segments, stab_size;
318
319         segments = max(dbase + dsize, fbase + fsize) >> IO_SEGMENT_SHIFT;
320
321         pr_debug("%s: iommu[%d]: segments: %lu\n",
322                         __func__, iommu->nid, segments);
323
324         /* set up the segment table */
325         stab_size = segments * sizeof(unsigned long);
326         page = alloc_pages_node(iommu->nid, GFP_KERNEL, get_order(stab_size));
327         BUG_ON(!page);
328         iommu->stab = page_address(page);
329         memset(iommu->stab, 0, stab_size);
330 }
331
332 static unsigned long *cell_iommu_alloc_ptab(struct cbe_iommu *iommu,
333                 unsigned long base, unsigned long size, unsigned long gap_base,
334                 unsigned long gap_size, unsigned long page_shift)
335 {
336         struct page *page;
337         int i;
338         unsigned long reg, segments, pages_per_segment, ptab_size,
339                       n_pte_pages, start_seg, *ptab;
340
341         start_seg = base >> IO_SEGMENT_SHIFT;
342         segments  = size >> IO_SEGMENT_SHIFT;
343         pages_per_segment = 1ull << IO_PAGENO_BITS(page_shift);
344         /* PTEs for each segment must start on a 4K bounday */
345         pages_per_segment = max(pages_per_segment,
346                                 (1 << 12) / sizeof(unsigned long));
347
348         ptab_size = segments * pages_per_segment * sizeof(unsigned long);
349         pr_debug("%s: iommu[%d]: ptab_size: %lu, order: %d\n", __func__,
350                         iommu->nid, ptab_size, get_order(ptab_size));
351         page = alloc_pages_node(iommu->nid, GFP_KERNEL, get_order(ptab_size));
352         BUG_ON(!page);
353
354         ptab = page_address(page);
355         memset(ptab, 0, ptab_size);
356
357         /* number of 4K pages needed for a page table */
358         n_pte_pages = (pages_per_segment * sizeof(unsigned long)) >> 12;
359
360         pr_debug("%s: iommu[%d]: stab at %p, ptab at %p, n_pte_pages: %lu\n",
361                         __func__, iommu->nid, iommu->stab, ptab,
362                         n_pte_pages);
363
364         /* initialise the STEs */
365         reg = IOSTE_V | ((n_pte_pages - 1) << 5);
366
367         switch (page_shift) {
368         case 12: reg |= IOSTE_PS_4K;  break;
369         case 16: reg |= IOSTE_PS_64K; break;
370         case 20: reg |= IOSTE_PS_1M;  break;
371         case 24: reg |= IOSTE_PS_16M; break;
372         default: BUG();
373         }
374
375         gap_base = gap_base >> IO_SEGMENT_SHIFT;
376         gap_size = gap_size >> IO_SEGMENT_SHIFT;
377
378         pr_debug("Setting up IOMMU stab:\n");
379         for (i = start_seg; i < (start_seg + segments); i++) {
380                 if (i >= gap_base && i < (gap_base + gap_size)) {
381                         pr_debug("\toverlap at %d, skipping\n", i);
382                         continue;
383                 }
384                 iommu->stab[i] = reg | (__pa(ptab) + (n_pte_pages << 12) *
385                                         (i - start_seg));
386                 pr_debug("\t[%d] 0x%016lx\n", i, iommu->stab[i]);
387         }
388
389         return ptab;
390 }
391
392 static void cell_iommu_enable_hardware(struct cbe_iommu *iommu)
393 {
394         int ret;
395         unsigned long reg, xlate_base;
396         unsigned int virq;
397
398         if (cell_iommu_find_ioc(iommu->nid, &xlate_base))
399                 panic("%s: missing IOC register mappings for node %d\n",
400                       __func__, iommu->nid);
401
402         iommu->xlate_regs = ioremap(xlate_base, IOC_Reg_Size);
403         iommu->cmd_regs = iommu->xlate_regs + IOC_IOCmd_Offset;
404
405         /* ensure that the STEs have updated */
406         mb();
407
408         /* setup interrupts for the iommu. */
409         reg = in_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IO_ExcpStat);
410         out_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IO_ExcpStat,
411                         reg & ~IOC_IO_ExcpStat_V);
412         out_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IO_ExcpMask,
413                         IOC_IO_ExcpMask_PFE | IOC_IO_ExcpMask_SFE);
414
415         virq = irq_create_mapping(NULL,
416                         IIC_IRQ_IOEX_ATI | (iommu->nid << IIC_IRQ_NODE_SHIFT));
417         BUG_ON(virq == NO_IRQ);
418
419         ret = request_irq(virq, ioc_interrupt, IRQF_DISABLED,
420                         iommu->name, iommu);
421         BUG_ON(ret);
422
423         /* set the IOC segment table origin register (and turn on the iommu) */
424         reg = IOC_IOST_Origin_E | __pa(iommu->stab) | IOC_IOST_Origin_HW;
425         out_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IOST_Origin, reg);
426         in_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IOST_Origin);
427
428         /* turn on IO translation */
429         reg = in_be64(iommu->cmd_regs + IOC_IOCmd_Cfg) | IOC_IOCmd_Cfg_TE;
430         out_be64(iommu->cmd_regs + IOC_IOCmd_Cfg, reg);
431 }
432
433 static void cell_iommu_setup_hardware(struct cbe_iommu *iommu,
434         unsigned long base, unsigned long size)
435 {
436         cell_iommu_setup_stab(iommu, base, size, 0, 0);
437         iommu->ptab = cell_iommu_alloc_ptab(iommu, base, size, 0, 0,
438                                             IOMMU_PAGE_SHIFT);
439         cell_iommu_enable_hardware(iommu);
440 }
441
442 #if 0/* Unused for now */
443 static struct iommu_window *find_window(struct cbe_iommu *iommu,
444                 unsigned long offset, unsigned long size)
445 {
446         struct iommu_window *window;
447
448         /* todo: check for overlapping (but not equal) windows) */
449
450         list_for_each_entry(window, &(iommu->windows), list) {
451                 if (window->offset == offset && window->size == size)
452                         return window;
453         }
454
455         return NULL;
456 }
457 #endif
458
459 static inline u32 cell_iommu_get_ioid(struct device_node *np)
460 {
461         const u32 *ioid;
462
463         ioid = of_get_property(np, "ioid", NULL);
464         if (ioid == NULL) {
465                 printk(KERN_WARNING "iommu: missing ioid for %s using 0\n",
466                        np->full_name);
467                 return 0;
468         }
469
470         return *ioid;
471 }
472
473 static struct iommu_window * __init
474 cell_iommu_setup_window(struct cbe_iommu *iommu, struct device_node *np,
475                         unsigned long offset, unsigned long size,
476                         unsigned long pte_offset)
477 {
478         struct iommu_window *window;
479         struct page *page;
480         u32 ioid;
481
482         ioid = cell_iommu_get_ioid(np);
483
484         window = kmalloc_node(sizeof(*window), GFP_KERNEL, iommu->nid);
485         BUG_ON(window == NULL);
486
487         window->offset = offset;
488         window->size = size;
489         window->ioid = ioid;
490         window->iommu = iommu;
491
492         window->table.it_blocksize = 16;
493         window->table.it_base = (unsigned long)iommu->ptab;
494         window->table.it_index = iommu->nid;
495         window->table.it_offset = (offset >> IOMMU_PAGE_SHIFT) + pte_offset;
496         window->table.it_size = size >> IOMMU_PAGE_SHIFT;
497
498         iommu_init_table(&window->table, iommu->nid);
499
500         pr_debug("\tioid      %d\n", window->ioid);
501         pr_debug("\tblocksize %ld\n", window->table.it_blocksize);
502         pr_debug("\tbase      0x%016lx\n", window->table.it_base);
503         pr_debug("\toffset    0x%lx\n", window->table.it_offset);
504         pr_debug("\tsize      %ld\n", window->table.it_size);
505
506         list_add(&window->list, &iommu->windows);
507
508         if (offset != 0)
509                 return window;
510
511         /* We need to map and reserve the first IOMMU page since it's used
512          * by the spider workaround. In theory, we only need to do that when
513          * running on spider but it doesn't really matter.
514          *
515          * This code also assumes that we have a window that starts at 0,
516          * which is the case on all spider based blades.
517          */
518         page = alloc_pages_node(iommu->nid, GFP_KERNEL, 0);
519         BUG_ON(!page);
520         iommu->pad_page = page_address(page);
521         clear_page(iommu->pad_page);
522
523         __set_bit(0, window->table.it_map);
524         tce_build_cell(&window->table, window->table.it_offset, 1,
525                        (unsigned long)iommu->pad_page, DMA_TO_DEVICE, NULL);
526         window->table.it_hint = window->table.it_blocksize;
527
528         return window;
529 }
530
531 static struct cbe_iommu *cell_iommu_for_node(int nid)
532 {
533         int i;
534
535         for (i = 0; i < cbe_nr_iommus; i++)
536                 if (iommus[i].nid == nid)
537                         return &iommus[i];
538         return NULL;
539 }
540
541 static unsigned long cell_dma_direct_offset;
542
543 static unsigned long dma_iommu_fixed_base;
544
545 /* iommu_fixed_is_weak is set if booted with iommu_fixed=weak */
546 static int iommu_fixed_is_weak;
547
548 static struct iommu_table *cell_get_iommu_table(struct device *dev)
549 {
550         struct iommu_window *window;
551         struct cbe_iommu *iommu;
552         struct dev_archdata *archdata = &dev->archdata;
553
554         /* Current implementation uses the first window available in that
555          * node's iommu. We -might- do something smarter later though it may
556          * never be necessary
557          */
558         iommu = cell_iommu_for_node(archdata->numa_node);
559         if (iommu == NULL || list_empty(&iommu->windows)) {
560                 printk(KERN_ERR "iommu: missing iommu for %s (node %d)\n",
561                        archdata->of_node ? archdata->of_node->full_name : "?",
562                        archdata->numa_node);
563                 return NULL;
564         }
565         window = list_entry(iommu->windows.next, struct iommu_window, list);
566
567         return &window->table;
568 }
569
570 /* A coherent allocation implies strong ordering */
571
572 static void *dma_fixed_alloc_coherent(struct device *dev, size_t size,
573                                       dma_addr_t *dma_handle, gfp_t flag)
574 {
575         if (iommu_fixed_is_weak)
576                 return iommu_alloc_coherent(dev, cell_get_iommu_table(dev),
577                                             size, dma_handle,
578                                             device_to_mask(dev), flag,
579                                             dev->archdata.numa_node);
580         else
581                 return dma_direct_ops.alloc_coherent(dev, size, dma_handle,
582                                                      flag);
583 }
584
585 static void dma_fixed_free_coherent(struct device *dev, size_t size,
586                                     void *vaddr, dma_addr_t dma_handle)
587 {
588         if (iommu_fixed_is_weak)
589                 iommu_free_coherent(cell_get_iommu_table(dev), size, vaddr,
590                                     dma_handle);
591         else
592                 dma_direct_ops.free_coherent(dev, size, vaddr, dma_handle);
593 }
594
595 static dma_addr_t dma_fixed_map_single(struct device *dev, void *ptr,
596                                        size_t size,
597                                        enum dma_data_direction direction,
598                                        struct dma_attrs *attrs)
599 {
600         if (iommu_fixed_is_weak == dma_get_attr(DMA_ATTR_WEAK_ORDERING, attrs))
601                 return dma_direct_ops.map_single(dev, ptr, size, direction,
602                                                  attrs);
603         else
604                 return iommu_map_single(dev, cell_get_iommu_table(dev), ptr,
605                                         size, device_to_mask(dev), direction,
606                                         attrs);
607 }
608
609 static void dma_fixed_unmap_single(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr,
610                                    size_t size,
611                                    enum dma_data_direction direction,
612                                    struct dma_attrs *attrs)
613 {
614         if (iommu_fixed_is_weak == dma_get_attr(DMA_ATTR_WEAK_ORDERING, attrs))
615                 dma_direct_ops.unmap_single(dev, dma_addr, size, direction,
616                                             attrs);
617         else
618                 iommu_unmap_single(cell_get_iommu_table(dev), dma_addr, size,
619                                    direction, attrs);
620 }
621
622 static int dma_fixed_map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
623                            int nents, enum dma_data_direction direction,
624                            struct dma_attrs *attrs)
625 {
626         if (iommu_fixed_is_weak == dma_get_attr(DMA_ATTR_WEAK_ORDERING, attrs))
627                 return dma_direct_ops.map_sg(dev, sg, nents, direction, attrs);
628         else
629                 return iommu_map_sg(dev, cell_get_iommu_table(dev), sg, nents,
630                                     device_to_mask(dev), direction, attrs);
631 }
632
633 static void dma_fixed_unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
634                                int nents, enum dma_data_direction direction,
635                                struct dma_attrs *attrs)
636 {
637         if (iommu_fixed_is_weak == dma_get_attr(DMA_ATTR_WEAK_ORDERING, attrs))
638                 dma_direct_ops.unmap_sg(dev, sg, nents, direction, attrs);
639         else
640                 iommu_unmap_sg(cell_get_iommu_table(dev), sg, nents, direction,
641                                attrs);
642 }
643
644 static int dma_fixed_dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
645 {
646         return mask == DMA_64BIT_MASK;
647 }
648
649 static int dma_set_mask_and_switch(struct device *dev, u64 dma_mask);
650
651 struct dma_mapping_ops dma_iommu_fixed_ops = {
652         .alloc_coherent = dma_fixed_alloc_coherent,
653         .free_coherent  = dma_fixed_free_coherent,
654         .map_single     = dma_fixed_map_single,
655         .unmap_single   = dma_fixed_unmap_single,
656         .map_sg         = dma_fixed_map_sg,
657         .unmap_sg       = dma_fixed_unmap_sg,
658         .dma_supported  = dma_fixed_dma_supported,
659         .set_dma_mask   = dma_set_mask_and_switch,
660 };
661
662 static void cell_dma_dev_setup_fixed(struct device *dev);
663
664 static void cell_dma_dev_setup(struct device *dev)
665 {
666         struct dev_archdata *archdata = &dev->archdata;
667
668         /* Order is important here, these are not mutually exclusive */
669         if (get_dma_ops(dev) == &dma_iommu_fixed_ops)
670                 cell_dma_dev_setup_fixed(dev);
671         else if (get_pci_dma_ops() == &dma_iommu_ops)
672                 archdata->dma_data = cell_get_iommu_table(dev);
673         else if (get_pci_dma_ops() == &dma_direct_ops)
674                 archdata->dma_data = (void *)cell_dma_direct_offset;
675         else
676                 BUG();
677 }
678
679 static void cell_pci_dma_dev_setup(struct pci_dev *dev)
680 {
681         cell_dma_dev_setup(&dev->dev);
682 }
683
684 static int cell_of_bus_notify(struct notifier_block *nb, unsigned long action,
685                               void *data)
686 {
687         struct device *dev = data;
688
689         /* We are only intereted in device addition */
690         if (action != BUS_NOTIFY_ADD_DEVICE)
691                 return 0;
692
693         /* We use the PCI DMA ops */
694         dev->archdata.dma_ops = get_pci_dma_ops();
695
696         cell_dma_dev_setup(dev);
697
698         return 0;
699 }
700
701 static struct notifier_block cell_of_bus_notifier = {
702         .notifier_call = cell_of_bus_notify
703 };
704
705 static int __init cell_iommu_get_window(struct device_node *np,
706                                          unsigned long *base,
707                                          unsigned long *size)
708 {
709         const void *dma_window;
710         unsigned long index;
711
712         /* Use ibm,dma-window if available, else, hard code ! */
713         dma_window = of_get_property(np, "ibm,dma-window", NULL);
714         if (dma_window == NULL) {
715                 *base = 0;
716                 *size = 0x80000000u;
717                 return -ENODEV;
718         }
719
720         of_parse_dma_window(np, dma_window, &index, base, size);
721         return 0;
722 }
723
724 static struct cbe_iommu * __init cell_iommu_alloc(struct device_node *np)
725 {
726         struct cbe_iommu *iommu;
727         int nid, i;
728
729         /* Get node ID */
730         nid = of_node_to_nid(np);
731         if (nid < 0) {
732                 printk(KERN_ERR "iommu: failed to get node for %s\n",
733                        np->full_name);
734                 return NULL;
735         }
736         pr_debug("iommu: setting up iommu for node %d (%s)\n",
737                  nid, np->full_name);
738
739         /* XXX todo: If we can have multiple windows on the same IOMMU, which
740          * isn't the case today, we probably want here to check wether the
741          * iommu for that node is already setup.
742          * However, there might be issue with getting the size right so let's
743          * ignore that for now. We might want to completely get rid of the
744          * multiple window support since the cell iommu supports per-page ioids
745          */
746
747         if (cbe_nr_iommus >= NR_IOMMUS) {
748                 printk(KERN_ERR "iommu: too many IOMMUs detected ! (%s)\n",
749                        np->full_name);
750                 return NULL;
751         }
752
753         /* Init base fields */
754         i = cbe_nr_iommus++;
755         iommu = &iommus[i];
756         iommu->stab = NULL;
757         iommu->nid = nid;
758         snprintf(iommu->name, sizeof(iommu->name), "iommu%d", i);
759         INIT_LIST_HEAD(&iommu->windows);
760
761         return iommu;
762 }
763
764 static void __init cell_iommu_init_one(struct device_node *np,
765                                        unsigned long offset)
766 {
767         struct cbe_iommu *iommu;
768         unsigned long base, size;
769
770         iommu = cell_iommu_alloc(np);
771         if (!iommu)
772                 return;
773
774         /* Obtain a window for it */
775         cell_iommu_get_window(np, &base, &size);
776
777         pr_debug("\ttranslating window 0x%lx...0x%lx\n",
778                  base, base + size - 1);
779
780         /* Initialize the hardware */
781         cell_iommu_setup_hardware(iommu, base, size);
782
783         /* Setup the iommu_table */
784         cell_iommu_setup_window(iommu, np, base, size,
785                                 offset >> IOMMU_PAGE_SHIFT);
786 }
787
788 static void __init cell_disable_iommus(void)
789 {
790         int node;
791         unsigned long base, val;
792         void __iomem *xregs, *cregs;
793
794         /* Make sure IOC translation is disabled on all nodes */
795         for_each_online_node(node) {
796                 if (cell_iommu_find_ioc(node, &base))
797                         continue;
798                 xregs = ioremap(base, IOC_Reg_Size);
799                 if (xregs == NULL)
800                         continue;
801                 cregs = xregs + IOC_IOCmd_Offset;
802
803                 pr_debug("iommu: cleaning up iommu on node %d\n", node);
804
805                 out_be64(xregs + IOC_IOST_Origin, 0);
806                 (void)in_be64(xregs + IOC_IOST_Origin);
807                 val = in_be64(cregs + IOC_IOCmd_Cfg);
808                 val &= ~IOC_IOCmd_Cfg_TE;
809                 out_be64(cregs + IOC_IOCmd_Cfg, val);
810                 (void)in_be64(cregs + IOC_IOCmd_Cfg);
811
812                 iounmap(xregs);
813         }
814 }
815
816 static int __init cell_iommu_init_disabled(void)
817 {
818         struct device_node *np = NULL;
819         unsigned long base = 0, size;
820
821         /* When no iommu is present, we use direct DMA ops */
822         set_pci_dma_ops(&dma_direct_ops);
823
824         /* First make sure all IOC translation is turned off */
825         cell_disable_iommus();
826
827         /* If we have no Axon, we set up the spider DMA magic offset */
828         if (of_find_node_by_name(NULL, "axon") == NULL)
829                 cell_dma_direct_offset = SPIDER_DMA_OFFSET;
830
831         /* Now we need to check to see where the memory is mapped
832          * in PCI space. We assume that all busses use the same dma
833          * window which is always the case so far on Cell, thus we
834          * pick up the first pci-internal node we can find and check
835          * the DMA window from there.
836          */
837         for_each_node_by_name(np, "axon") {
838                 if (np->parent == NULL || np->parent->parent != NULL)
839                         continue;
840                 if (cell_iommu_get_window(np, &base, &size) == 0)
841                         break;
842         }
843         if (np == NULL) {
844                 for_each_node_by_name(np, "pci-internal") {
845                         if (np->parent == NULL || np->parent->parent != NULL)
846                                 continue;
847                         if (cell_iommu_get_window(np, &base, &size) == 0)
848                                 break;
849                 }
850         }
851         of_node_put(np);
852
853         /* If we found a DMA window, we check if it's big enough to enclose
854          * all of physical memory. If not, we force enable IOMMU
855          */
856         if (np && size < lmb_end_of_DRAM()) {
857                 printk(KERN_WARNING "iommu: force-enabled, dma window"
858                        " (%ldMB) smaller than total memory (%ldMB)\n",
859                        size >> 20, lmb_end_of_DRAM() >> 20);
860                 return -ENODEV;
861         }
862
863         cell_dma_direct_offset += base;
864
865         if (cell_dma_direct_offset != 0)
866                 ppc_md.pci_dma_dev_setup = cell_pci_dma_dev_setup;
867
868         printk("iommu: disabled, direct DMA offset is 0x%lx\n",
869                cell_dma_direct_offset);
870
871         return 0;
872 }
873
874 /*
875  *  Fixed IOMMU mapping support
876  *
877  *  This code adds support for setting up a fixed IOMMU mapping on certain
878  *  cell machines. For 64-bit devices this avoids the performance overhead of
879  *  mapping and unmapping pages at runtime. 32-bit devices are unable to use
880  *  the fixed mapping.
881  *
882  *  The fixed mapping is established at boot, and maps all of physical memory
883  *  1:1 into device space at some offset. On machines with < 30 GB of memory
884  *  we setup the fixed mapping immediately above the normal IOMMU window.
885  *
886  *  For example a machine with 4GB of memory would end up with the normal
887  *  IOMMU window from 0-2GB and the fixed mapping window from 2GB to 6GB. In
888  *  this case a 64-bit device wishing to DMA to 1GB would be told to DMA to
889  *  3GB, plus any offset required by firmware. The firmware offset is encoded
890  *  in the "dma-ranges" property.
891  *
892  *  On machines with 30GB or more of memory, we are unable to place the fixed
893  *  mapping above the normal IOMMU window as we would run out of address space.
894  *  Instead we move the normal IOMMU window to coincide with the hash page
895  *  table, this region does not need to be part of the fixed mapping as no
896  *  device should ever be DMA'ing to it. We then setup the fixed mapping
897  *  from 0 to 32GB.
898  */
899
900 static u64 cell_iommu_get_fixed_address(struct device *dev)
901 {
902         u64 cpu_addr, size, best_size, dev_addr = OF_BAD_ADDR;
903         struct device_node *np;
904         const u32 *ranges = NULL;
905         int i, len, best, naddr, nsize, pna, range_size;
906
907         np = of_node_get(dev->archdata.of_node);
908         while (1) {
909                 naddr = of_n_addr_cells(np);
910                 nsize = of_n_size_cells(np);
911                 np = of_get_next_parent(np);
912                 if (!np)
913                         break;
914
915                 ranges = of_get_property(np, "dma-ranges", &len);
916
917                 /* Ignore empty ranges, they imply no translation required */
918                 if (ranges && len > 0)
919                         break;
920         }
921
922         if (!ranges) {
923                 dev_dbg(dev, "iommu: no dma-ranges found\n");
924                 goto out;
925         }
926
927         len /= sizeof(u32);
928
929         pna = of_n_addr_cells(np);
930         range_size = naddr + nsize + pna;
931
932         /* dma-ranges format:
933          * child addr   : naddr cells
934          * parent addr  : pna cells
935          * size         : nsize cells
936          */
937         for (i = 0, best = -1, best_size = 0; i < len; i += range_size) {
938                 cpu_addr = of_translate_dma_address(np, ranges + i + naddr);
939                 size = of_read_number(ranges + i + naddr + pna, nsize);
940
941                 if (cpu_addr == 0 && size > best_size) {
942                         best = i;
943                         best_size = size;
944                 }
945         }
946
947         if (best >= 0) {
948                 dev_addr = of_read_number(ranges + best, naddr);
949         } else
950                 dev_dbg(dev, "iommu: no suitable range found!\n");
951
952 out:
953         of_node_put(np);
954
955         return dev_addr;
956 }
957
958 static int dma_set_mask_and_switch(struct device *dev, u64 dma_mask)
959 {
960         if (!dev->dma_mask || !dma_supported(dev, dma_mask))
961                 return -EIO;
962
963         if (dma_mask == DMA_BIT_MASK(64) &&
964                 cell_iommu_get_fixed_address(dev) != OF_BAD_ADDR)
965         {
966                 dev_dbg(dev, "iommu: 64-bit OK, using fixed ops\n");
967                 set_dma_ops(dev, &dma_iommu_fixed_ops);
968         } else {
969                 dev_dbg(dev, "iommu: not 64-bit, using default ops\n");
970                 set_dma_ops(dev, get_pci_dma_ops());
971         }
972
973         cell_dma_dev_setup(dev);
974
975         *dev->dma_mask = dma_mask;
976
977         return 0;
978 }
979
980 static void cell_dma_dev_setup_fixed(struct device *dev)
981 {
982         struct dev_archdata *archdata = &dev->archdata;
983         u64 addr;
984
985         addr = cell_iommu_get_fixed_address(dev) + dma_iommu_fixed_base;
986         archdata->dma_data = (void *)addr;
987
988         dev_dbg(dev, "iommu: fixed addr = %lx\n", addr);
989 }
990
991 static void insert_16M_pte(unsigned long addr, unsigned long *ptab,
992                            unsigned long base_pte)
993 {
994         unsigned long segment, offset;
995
996         segment = addr >> IO_SEGMENT_SHIFT;
997         offset = (addr >> 24) - (segment << IO_PAGENO_BITS(24));
998         ptab = ptab + (segment * (1 << 12) / sizeof(unsigned long));
999
1000         pr_debug("iommu: addr %lx ptab %p segment %lx offset %lx\n",
1001                   addr, ptab, segment, offset);
1002
1003         ptab[offset] = base_pte | (__pa(addr) & IOPTE_RPN_Mask);
1004 }
1005
1006 static void cell_iommu_setup_fixed_ptab(struct cbe_iommu *iommu,
1007         struct device_node *np, unsigned long dbase, unsigned long dsize,
1008         unsigned long fbase, unsigned long fsize)
1009 {
1010         unsigned long base_pte, uaddr, ioaddr, *ptab;
1011
1012         ptab = cell_iommu_alloc_ptab(iommu, fbase, fsize, dbase, dsize, 24);
1013
1014         dma_iommu_fixed_base = fbase;
1015
1016         pr_debug("iommu: mapping 0x%lx pages from 0x%lx\n", fsize, fbase);
1017
1018         base_pte = IOPTE_PP_W | IOPTE_PP_R | IOPTE_M
1019                     | (cell_iommu_get_ioid(np) & IOPTE_IOID_Mask);
1020
1021         if (iommu_fixed_is_weak)
1022                 pr_info("IOMMU: Using weak ordering for fixed mapping\n");
1023         else {
1024                 pr_info("IOMMU: Using strong ordering for fixed mapping\n");
1025                 base_pte |= IOPTE_SO_RW;
1026         }
1027
1028         for (uaddr = 0; uaddr < fsize; uaddr += (1 << 24)) {
1029                 /* Don't touch the dynamic region */
1030                 ioaddr = uaddr + fbase;
1031                 if (ioaddr >= dbase && ioaddr < (dbase + dsize)) {
1032                         pr_debug("iommu: fixed/dynamic overlap, skipping\n");
1033                         continue;
1034                 }
1035
1036                 insert_16M_pte(uaddr, ptab, base_pte);
1037         }
1038
1039         mb();
1040 }
1041
1042 static int __init cell_iommu_fixed_mapping_init(void)
1043 {
1044         unsigned long dbase, dsize, fbase, fsize, hbase, hend;
1045         struct cbe_iommu *iommu;
1046         struct device_node *np;
1047
1048         /* The fixed mapping is only supported on axon machines */
1049         np = of_find_node_by_name(NULL, "axon");
1050         if (!np) {
1051                 pr_debug("iommu: fixed mapping disabled, no axons found\n");
1052                 return -1;
1053         }
1054
1055         /* We must have dma-ranges properties for fixed mapping to work */
1056         for (np = NULL; (np = of_find_all_nodes(np));) {
1057                 if (of_find_property(np, "dma-ranges", NULL))
1058                         break;
1059         }
1060         of_node_put(np);
1061
1062         if (!np) {
1063                 pr_debug("iommu: no dma-ranges found, no fixed mapping\n");
1064                 return -1;
1065         }
1066
1067         /* The default setup is to have the fixed mapping sit after the
1068          * dynamic region, so find the top of the largest IOMMU window
1069          * on any axon, then add the size of RAM and that's our max value.
1070          * If that is > 32GB we have to do other shennanigans.
1071          */
1072         fbase = 0;
1073         for_each_node_by_name(np, "axon") {
1074                 cell_iommu_get_window(np, &dbase, &dsize);
1075                 fbase = max(fbase, dbase + dsize);
1076         }
1077
1078         fbase = _ALIGN_UP(fbase, 1 << IO_SEGMENT_SHIFT);
1079         fsize = lmb_phys_mem_size();
1080
1081         if ((fbase + fsize) <= 0x800000000)
1082                 hbase = 0; /* use the device tree window */
1083         else {
1084                 /* If we're over 32 GB we need to cheat. We can't map all of
1085                  * RAM with the fixed mapping, and also fit the dynamic
1086                  * region. So try to place the dynamic region where the hash
1087                  * table sits, drivers never need to DMA to it, we don't
1088                  * need a fixed mapping for that area.
1089                  */
1090                 if (!htab_address) {
1091                         pr_debug("iommu: htab is NULL, on LPAR? Huh?\n");
1092                         return -1;
1093                 }
1094                 hbase = __pa(htab_address);
1095                 hend  = hbase + htab_size_bytes;
1096
1097                 /* The window must start and end on a segment boundary */
1098                 if ((hbase != _ALIGN_UP(hbase, 1 << IO_SEGMENT_SHIFT)) ||
1099                     (hend != _ALIGN_UP(hend, 1 << IO_SEGMENT_SHIFT))) {
1100                         pr_debug("iommu: hash window not segment aligned\n");
1101                         return -1;
1102                 }
1103
1104                 /* Check the hash window fits inside the real DMA window */
1105                 for_each_node_by_name(np, "axon") {
1106                         cell_iommu_get_window(np, &dbase, &dsize);
1107
1108                         if (hbase < dbase || (hend > (dbase + dsize))) {
1109                                 pr_debug("iommu: hash window doesn't fit in"
1110                                          "real DMA window\n");
1111                                 return -1;
1112                         }
1113                 }
1114
1115                 fbase = 0;
1116         }
1117
1118         /* Setup the dynamic regions */
1119         for_each_node_by_name(np, "axon") {
1120                 iommu = cell_iommu_alloc(np);
1121                 BUG_ON(!iommu);
1122
1123                 if (hbase == 0)
1124                         cell_iommu_get_window(np, &dbase, &dsize);
1125                 else {
1126                         dbase = hbase;
1127                         dsize = htab_size_bytes;
1128                 }
1129
1130                 printk(KERN_DEBUG "iommu: node %d, dynamic window 0x%lx-0x%lx "
1131                         "fixed window 0x%lx-0x%lx\n", iommu->nid, dbase,
1132                          dbase + dsize, fbase, fbase + fsize);
1133
1134                 cell_iommu_setup_stab(iommu, dbase, dsize, fbase, fsize);
1135                 iommu->ptab = cell_iommu_alloc_ptab(iommu, dbase, dsize, 0, 0,
1136                                                     IOMMU_PAGE_SHIFT);
1137                 cell_iommu_setup_fixed_ptab(iommu, np, dbase, dsize,
1138                                              fbase, fsize);
1139                 cell_iommu_enable_hardware(iommu);
1140                 cell_iommu_setup_window(iommu, np, dbase, dsize, 0);
1141         }
1142
1143         dma_iommu_ops.set_dma_mask = dma_set_mask_and_switch;
1144         set_pci_dma_ops(&dma_iommu_ops);
1145
1146         return 0;
1147 }
1148
1149 static int iommu_fixed_disabled;
1150
1151 static int __init setup_iommu_fixed(char *str)
1152 {
1153         if (strcmp(str, "off") == 0)
1154                 iommu_fixed_disabled = 1;
1155
1156         else if (strcmp(str, "weak") == 0)
1157                 iommu_fixed_is_weak = 1;
1158
1159         return 1;
1160 }
1161 __setup("iommu_fixed=", setup_iommu_fixed);
1162
1163 static int __init cell_iommu_init(void)
1164 {
1165         struct device_node *np;
1166
1167         /* If IOMMU is disabled or we have little enough RAM to not need
1168          * to enable it, we setup a direct mapping.
1169          *
1170          * Note: should we make sure we have the IOMMU actually disabled ?
1171          */
1172         if (iommu_is_off ||
1173             (!iommu_force_on && lmb_end_of_DRAM() <= 0x80000000ull))
1174                 if (cell_iommu_init_disabled() == 0)
1175                         goto bail;
1176
1177         /* Setup various ppc_md. callbacks */
1178         ppc_md.pci_dma_dev_setup = cell_pci_dma_dev_setup;
1179         ppc_md.tce_build = tce_build_cell;
1180         ppc_md.tce_free = tce_free_cell;
1181
1182         if (!iommu_fixed_disabled && cell_iommu_fixed_mapping_init() == 0)
1183                 goto bail;
1184
1185         /* Create an iommu for each /axon node.  */
1186         for_each_node_by_name(np, "axon") {
1187                 if (np->parent == NULL || np->parent->parent != NULL)
1188                         continue;
1189                 cell_iommu_init_one(np, 0);
1190         }
1191
1192         /* Create an iommu for each toplevel /pci-internal node for
1193          * old hardware/firmware
1194          */
1195         for_each_node_by_name(np, "pci-internal") {
1196                 if (np->parent == NULL || np->parent->parent != NULL)
1197                         continue;
1198                 cell_iommu_init_one(np, SPIDER_DMA_OFFSET);
1199         }
1200
1201         /* Setup default PCI iommu ops */
1202         set_pci_dma_ops(&dma_iommu_ops);
1203
1204  bail:
1205         /* Register callbacks on OF platform device addition/removal
1206          * to handle linking them to the right DMA operations
1207          */
1208         bus_register_notifier(&of_platform_bus_type, &cell_of_bus_notifier);
1209
1210         return 0;
1211 }
1212 machine_arch_initcall(cell, cell_iommu_init);
1213 machine_arch_initcall(celleb_native, cell_iommu_init);
1214