Merge branch 'master' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6
[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           0x2000000000000000ul
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
104 /* IOMMU sizing */
105 #define IO_SEGMENT_SHIFT        28
106 #define IO_PAGENO_BITS(shift)   (IO_SEGMENT_SHIFT - (shift))
107
108 /* The high bit needs to be set on every DMA address */
109 #define SPIDER_DMA_OFFSET       0x80000000ul
110
111 struct iommu_window {
112         struct list_head list;
113         struct cbe_iommu *iommu;
114         unsigned long offset;
115         unsigned long size;
116         unsigned int ioid;
117         struct iommu_table table;
118 };
119
120 #define NAMESIZE 8
121 struct cbe_iommu {
122         int nid;
123         char name[NAMESIZE];
124         void __iomem *xlate_regs;
125         void __iomem *cmd_regs;
126         unsigned long *stab;
127         unsigned long *ptab;
128         void *pad_page;
129         struct list_head windows;
130 };
131
132 /* Static array of iommus, one per node
133  *   each contains a list of windows, keyed from dma_window property
134  *   - on bus setup, look for a matching window, or create one
135  *   - on dev setup, assign iommu_table ptr
136  */
137 static struct cbe_iommu iommus[NR_IOMMUS];
138 static int cbe_nr_iommus;
139
140 static void invalidate_tce_cache(struct cbe_iommu *iommu, unsigned long *pte,
141                 long n_ptes)
142 {
143         u64 __iomem *reg;
144         u64 val;
145         long n;
146
147         reg = iommu->xlate_regs + IOC_IOPT_CacheInvd;
148
149         while (n_ptes > 0) {
150                 /* we can invalidate up to 1 << 11 PTEs at once */
151                 n = min(n_ptes, 1l << 11);
152                 val = (((n /*- 1*/) << 53) & IOC_IOPT_CacheInvd_NE_Mask)
153                         | (__pa(pte) & IOC_IOPT_CacheInvd_IOPTE_Mask)
154                         | IOC_IOPT_CacheInvd_Busy;
155
156                 out_be64(reg, val);
157                 while (in_be64(reg) & IOC_IOPT_CacheInvd_Busy)
158                         ;
159
160                 n_ptes -= n;
161                 pte += n;
162         }
163 }
164
165 static int tce_build_cell(struct iommu_table *tbl, long index, long npages,
166                 unsigned long uaddr, enum dma_data_direction direction,
167                 struct dma_attrs *attrs)
168 {
169         int i;
170         unsigned long *io_pte, base_pte;
171         struct iommu_window *window =
172                 container_of(tbl, struct iommu_window, table);
173
174         /* implementing proper protection causes problems with the spidernet
175          * driver - check mapping directions later, but allow read & write by
176          * default for now.*/
177 #ifdef CELL_IOMMU_STRICT_PROTECTION
178         /* to avoid referencing a global, we use a trick here to setup the
179          * protection bit. "prot" is setup to be 3 fields of 4 bits apprended
180          * together for each of the 3 supported direction values. It is then
181          * shifted left so that the fields matching the desired direction
182          * lands on the appropriate bits, and other bits are masked out.
183          */
184         const unsigned long prot = 0xc48;
185         base_pte =
186                 ((prot << (52 + 4 * direction)) &
187                  (CBE_IOPTE_PP_W | CBE_IOPTE_PP_R)) |
188                 CBE_IOPTE_M | CBE_IOPTE_SO_RW |
189                 (window->ioid & CBE_IOPTE_IOID_Mask);
190 #else
191         base_pte = CBE_IOPTE_PP_W | CBE_IOPTE_PP_R | CBE_IOPTE_M |
192                 CBE_IOPTE_SO_RW | (window->ioid & CBE_IOPTE_IOID_Mask);
193 #endif
194         if (unlikely(dma_get_attr(DMA_ATTR_WEAK_ORDERING, attrs)))
195                 base_pte &= ~CBE_IOPTE_SO_RW;
196
197         io_pte = (unsigned long *)tbl->it_base + (index - tbl->it_offset);
198
199         for (i = 0; i < npages; i++, uaddr += IOMMU_PAGE_SIZE)
200                 io_pte[i] = base_pte | (__pa(uaddr) & CBE_IOPTE_RPN_Mask);
201
202         mb();
203
204         invalidate_tce_cache(window->iommu, io_pte, npages);
205
206         pr_debug("tce_build_cell(index=%lx,n=%lx,dir=%d,base_pte=%lx)\n",
207                  index, npages, direction, base_pte);
208         return 0;
209 }
210
211 static void tce_free_cell(struct iommu_table *tbl, long index, long npages)
212 {
213
214         int i;
215         unsigned long *io_pte, pte;
216         struct iommu_window *window =
217                 container_of(tbl, struct iommu_window, table);
218
219         pr_debug("tce_free_cell(index=%lx,n=%lx)\n", index, npages);
220
221 #ifdef CELL_IOMMU_REAL_UNMAP
222         pte = 0;
223 #else
224         /* spider bridge does PCI reads after freeing - insert a mapping
225          * to a scratch page instead of an invalid entry */
226         pte = CBE_IOPTE_PP_R | CBE_IOPTE_M | CBE_IOPTE_SO_RW |
227                 __pa(window->iommu->pad_page) |
228                 (window->ioid & CBE_IOPTE_IOID_Mask);
229 #endif
230
231         io_pte = (unsigned long *)tbl->it_base + (index - tbl->it_offset);
232
233         for (i = 0; i < npages; i++)
234                 io_pte[i] = pte;
235
236         mb();
237
238         invalidate_tce_cache(window->iommu, io_pte, npages);
239 }
240
241 static irqreturn_t ioc_interrupt(int irq, void *data)
242 {
243         unsigned long stat, spf;
244         struct cbe_iommu *iommu = data;
245
246         stat = in_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IO_ExcpStat);
247         spf = stat & IOC_IO_ExcpStat_SPF_Mask;
248
249         /* Might want to rate limit it */
250         printk(KERN_ERR "iommu: DMA exception 0x%016lx\n", stat);
251         printk(KERN_ERR "  V=%d, SPF=[%c%c], RW=%s, IOID=0x%04x\n",
252                !!(stat & IOC_IO_ExcpStat_V),
253                (spf == IOC_IO_ExcpStat_SPF_S) ? 'S' : ' ',
254                (spf == IOC_IO_ExcpStat_SPF_P) ? 'P' : ' ',
255                (stat & IOC_IO_ExcpStat_RW_Mask) ? "Read" : "Write",
256                (unsigned int)(stat & IOC_IO_ExcpStat_IOID_Mask));
257         printk(KERN_ERR "  page=0x%016lx\n",
258                stat & IOC_IO_ExcpStat_ADDR_Mask);
259
260         /* clear interrupt */
261         stat &= ~IOC_IO_ExcpStat_V;
262         out_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IO_ExcpStat, stat);
263
264         return IRQ_HANDLED;
265 }
266
267 static int cell_iommu_find_ioc(int nid, unsigned long *base)
268 {
269         struct device_node *np;
270         struct resource r;
271
272         *base = 0;
273
274         /* First look for new style /be nodes */
275         for_each_node_by_name(np, "ioc") {
276                 if (of_node_to_nid(np) != nid)
277                         continue;
278                 if (of_address_to_resource(np, 0, &r)) {
279                         printk(KERN_ERR "iommu: can't get address for %s\n",
280                                np->full_name);
281                         continue;
282                 }
283                 *base = r.start;
284                 of_node_put(np);
285                 return 0;
286         }
287
288         /* Ok, let's try the old way */
289         for_each_node_by_type(np, "cpu") {
290                 const unsigned int *nidp;
291                 const unsigned long *tmp;
292
293                 nidp = of_get_property(np, "node-id", NULL);
294                 if (nidp && *nidp == nid) {
295                         tmp = of_get_property(np, "ioc-translation", NULL);
296                         if (tmp) {
297                                 *base = *tmp;
298                                 of_node_put(np);
299                                 return 0;
300                         }
301                 }
302         }
303
304         return -ENODEV;
305 }
306
307 static void cell_iommu_setup_stab(struct cbe_iommu *iommu,
308                                 unsigned long dbase, unsigned long dsize,
309                                 unsigned long fbase, unsigned long fsize)
310 {
311         struct page *page;
312         unsigned long segments, stab_size;
313
314         segments = max(dbase + dsize, fbase + fsize) >> IO_SEGMENT_SHIFT;
315
316         pr_debug("%s: iommu[%d]: segments: %lu\n",
317                         __func__, iommu->nid, segments);
318
319         /* set up the segment table */
320         stab_size = segments * sizeof(unsigned long);
321         page = alloc_pages_node(iommu->nid, GFP_KERNEL, get_order(stab_size));
322         BUG_ON(!page);
323         iommu->stab = page_address(page);
324         memset(iommu->stab, 0, stab_size);
325 }
326
327 static unsigned long *cell_iommu_alloc_ptab(struct cbe_iommu *iommu,
328                 unsigned long base, unsigned long size, unsigned long gap_base,
329                 unsigned long gap_size, unsigned long page_shift)
330 {
331         struct page *page;
332         int i;
333         unsigned long reg, segments, pages_per_segment, ptab_size,
334                       n_pte_pages, start_seg, *ptab;
335
336         start_seg = base >> IO_SEGMENT_SHIFT;
337         segments  = size >> IO_SEGMENT_SHIFT;
338         pages_per_segment = 1ull << IO_PAGENO_BITS(page_shift);
339         /* PTEs for each segment must start on a 4K bounday */
340         pages_per_segment = max(pages_per_segment,
341                                 (1 << 12) / sizeof(unsigned long));
342
343         ptab_size = segments * pages_per_segment * sizeof(unsigned long);
344         pr_debug("%s: iommu[%d]: ptab_size: %lu, order: %d\n", __func__,
345                         iommu->nid, ptab_size, get_order(ptab_size));
346         page = alloc_pages_node(iommu->nid, GFP_KERNEL, get_order(ptab_size));
347         BUG_ON(!page);
348
349         ptab = page_address(page);
350         memset(ptab, 0, ptab_size);
351
352         /* number of 4K pages needed for a page table */
353         n_pte_pages = (pages_per_segment * sizeof(unsigned long)) >> 12;
354
355         pr_debug("%s: iommu[%d]: stab at %p, ptab at %p, n_pte_pages: %lu\n",
356                         __func__, iommu->nid, iommu->stab, ptab,
357                         n_pte_pages);
358
359         /* initialise the STEs */
360         reg = IOSTE_V | ((n_pte_pages - 1) << 5);
361
362         switch (page_shift) {
363         case 12: reg |= IOSTE_PS_4K;  break;
364         case 16: reg |= IOSTE_PS_64K; break;
365         case 20: reg |= IOSTE_PS_1M;  break;
366         case 24: reg |= IOSTE_PS_16M; break;
367         default: BUG();
368         }
369
370         gap_base = gap_base >> IO_SEGMENT_SHIFT;
371         gap_size = gap_size >> IO_SEGMENT_SHIFT;
372
373         pr_debug("Setting up IOMMU stab:\n");
374         for (i = start_seg; i < (start_seg + segments); i++) {
375                 if (i >= gap_base && i < (gap_base + gap_size)) {
376                         pr_debug("\toverlap at %d, skipping\n", i);
377                         continue;
378                 }
379                 iommu->stab[i] = reg | (__pa(ptab) + (n_pte_pages << 12) *
380                                         (i - start_seg));
381                 pr_debug("\t[%d] 0x%016lx\n", i, iommu->stab[i]);
382         }
383
384         return ptab;
385 }
386
387 static void cell_iommu_enable_hardware(struct cbe_iommu *iommu)
388 {
389         int ret;
390         unsigned long reg, xlate_base;
391         unsigned int virq;
392
393         if (cell_iommu_find_ioc(iommu->nid, &xlate_base))
394                 panic("%s: missing IOC register mappings for node %d\n",
395                       __func__, iommu->nid);
396
397         iommu->xlate_regs = ioremap(xlate_base, IOC_Reg_Size);
398         iommu->cmd_regs = iommu->xlate_regs + IOC_IOCmd_Offset;
399
400         /* ensure that the STEs have updated */
401         mb();
402
403         /* setup interrupts for the iommu. */
404         reg = in_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IO_ExcpStat);
405         out_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IO_ExcpStat,
406                         reg & ~IOC_IO_ExcpStat_V);
407         out_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IO_ExcpMask,
408                         IOC_IO_ExcpMask_PFE | IOC_IO_ExcpMask_SFE);
409
410         virq = irq_create_mapping(NULL,
411                         IIC_IRQ_IOEX_ATI | (iommu->nid << IIC_IRQ_NODE_SHIFT));
412         BUG_ON(virq == NO_IRQ);
413
414         ret = request_irq(virq, ioc_interrupt, IRQF_DISABLED,
415                         iommu->name, iommu);
416         BUG_ON(ret);
417
418         /* set the IOC segment table origin register (and turn on the iommu) */
419         reg = IOC_IOST_Origin_E | __pa(iommu->stab) | IOC_IOST_Origin_HW;
420         out_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IOST_Origin, reg);
421         in_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IOST_Origin);
422
423         /* turn on IO translation */
424         reg = in_be64(iommu->cmd_regs + IOC_IOCmd_Cfg) | IOC_IOCmd_Cfg_TE;
425         out_be64(iommu->cmd_regs + IOC_IOCmd_Cfg, reg);
426 }
427
428 static void cell_iommu_setup_hardware(struct cbe_iommu *iommu,
429         unsigned long base, unsigned long size)
430 {
431         cell_iommu_setup_stab(iommu, base, size, 0, 0);
432         iommu->ptab = cell_iommu_alloc_ptab(iommu, base, size, 0, 0,
433                                             IOMMU_PAGE_SHIFT);
434         cell_iommu_enable_hardware(iommu);
435 }
436
437 #if 0/* Unused for now */
438 static struct iommu_window *find_window(struct cbe_iommu *iommu,
439                 unsigned long offset, unsigned long size)
440 {
441         struct iommu_window *window;
442
443         /* todo: check for overlapping (but not equal) windows) */
444
445         list_for_each_entry(window, &(iommu->windows), list) {
446                 if (window->offset == offset && window->size == size)
447                         return window;
448         }
449
450         return NULL;
451 }
452 #endif
453
454 static inline u32 cell_iommu_get_ioid(struct device_node *np)
455 {
456         const u32 *ioid;
457
458         ioid = of_get_property(np, "ioid", NULL);
459         if (ioid == NULL) {
460                 printk(KERN_WARNING "iommu: missing ioid for %s using 0\n",
461                        np->full_name);
462                 return 0;
463         }
464
465         return *ioid;
466 }
467
468 static struct iommu_window * __init
469 cell_iommu_setup_window(struct cbe_iommu *iommu, struct device_node *np,
470                         unsigned long offset, unsigned long size,
471                         unsigned long pte_offset)
472 {
473         struct iommu_window *window;
474         struct page *page;
475         u32 ioid;
476
477         ioid = cell_iommu_get_ioid(np);
478
479         window = kmalloc_node(sizeof(*window), GFP_KERNEL, iommu->nid);
480         BUG_ON(window == NULL);
481
482         window->offset = offset;
483         window->size = size;
484         window->ioid = ioid;
485         window->iommu = iommu;
486
487         window->table.it_blocksize = 16;
488         window->table.it_base = (unsigned long)iommu->ptab;
489         window->table.it_index = iommu->nid;
490         window->table.it_offset = (offset >> IOMMU_PAGE_SHIFT) + pte_offset;
491         window->table.it_size = size >> IOMMU_PAGE_SHIFT;
492
493         iommu_init_table(&window->table, iommu->nid);
494
495         pr_debug("\tioid      %d\n", window->ioid);
496         pr_debug("\tblocksize %ld\n", window->table.it_blocksize);
497         pr_debug("\tbase      0x%016lx\n", window->table.it_base);
498         pr_debug("\toffset    0x%lx\n", window->table.it_offset);
499         pr_debug("\tsize      %ld\n", window->table.it_size);
500
501         list_add(&window->list, &iommu->windows);
502
503         if (offset != 0)
504                 return window;
505
506         /* We need to map and reserve the first IOMMU page since it's used
507          * by the spider workaround. In theory, we only need to do that when
508          * running on spider but it doesn't really matter.
509          *
510          * This code also assumes that we have a window that starts at 0,
511          * which is the case on all spider based blades.
512          */
513         page = alloc_pages_node(iommu->nid, GFP_KERNEL, 0);
514         BUG_ON(!page);
515         iommu->pad_page = page_address(page);
516         clear_page(iommu->pad_page);
517
518         __set_bit(0, window->table.it_map);
519         tce_build_cell(&window->table, window->table.it_offset, 1,
520                        (unsigned long)iommu->pad_page, DMA_TO_DEVICE, NULL);
521         window->table.it_hint = window->table.it_blocksize;
522
523         return window;
524 }
525
526 static struct cbe_iommu *cell_iommu_for_node(int nid)
527 {
528         int i;
529
530         for (i = 0; i < cbe_nr_iommus; i++)
531                 if (iommus[i].nid == nid)
532                         return &iommus[i];
533         return NULL;
534 }
535
536 static unsigned long cell_dma_direct_offset;
537
538 static unsigned long dma_iommu_fixed_base;
539
540 /* iommu_fixed_is_weak is set if booted with iommu_fixed=weak */
541 static int iommu_fixed_is_weak;
542
543 static struct iommu_table *cell_get_iommu_table(struct device *dev)
544 {
545         struct iommu_window *window;
546         struct cbe_iommu *iommu;
547         struct dev_archdata *archdata = &dev->archdata;
548
549         /* Current implementation uses the first window available in that
550          * node's iommu. We -might- do something smarter later though it may
551          * never be necessary
552          */
553         iommu = cell_iommu_for_node(dev_to_node(dev));
554         if (iommu == NULL || list_empty(&iommu->windows)) {
555                 printk(KERN_ERR "iommu: missing iommu for %s (node %d)\n",
556                        archdata->of_node ? archdata->of_node->full_name : "?",
557                        dev_to_node(dev));
558                 return NULL;
559         }
560         window = list_entry(iommu->windows.next, struct iommu_window, list);
561
562         return &window->table;
563 }
564
565 /* A coherent allocation implies strong ordering */
566
567 static void *dma_fixed_alloc_coherent(struct device *dev, size_t size,
568                                       dma_addr_t *dma_handle, gfp_t flag)
569 {
570         if (iommu_fixed_is_weak)
571                 return iommu_alloc_coherent(dev, cell_get_iommu_table(dev),
572                                             size, dma_handle,
573                                             device_to_mask(dev), flag,
574                                             dev_to_node(dev));
575         else
576                 return dma_direct_ops.alloc_coherent(dev, size, dma_handle,
577                                                      flag);
578 }
579
580 static void dma_fixed_free_coherent(struct device *dev, size_t size,
581                                     void *vaddr, dma_addr_t dma_handle)
582 {
583         if (iommu_fixed_is_weak)
584                 iommu_free_coherent(cell_get_iommu_table(dev), size, vaddr,
585                                     dma_handle);
586         else
587                 dma_direct_ops.free_coherent(dev, size, vaddr, dma_handle);
588 }
589
590 static dma_addr_t dma_fixed_map_page(struct device *dev, struct page *page,
591                                      unsigned long offset, size_t size,
592                                      enum dma_data_direction direction,
593                                      struct dma_attrs *attrs)
594 {
595         if (iommu_fixed_is_weak == dma_get_attr(DMA_ATTR_WEAK_ORDERING, attrs))
596                 return dma_direct_ops.map_page(dev, page, offset, size,
597                                                direction, attrs);
598         else
599                 return iommu_map_page(dev, cell_get_iommu_table(dev), page,
600                                       offset, size, device_to_mask(dev),
601                                       direction, attrs);
602 }
603
604 static void dma_fixed_unmap_page(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr,
605                                  size_t size, enum dma_data_direction direction,
606                                  struct dma_attrs *attrs)
607 {
608         if (iommu_fixed_is_weak == dma_get_attr(DMA_ATTR_WEAK_ORDERING, attrs))
609                 dma_direct_ops.unmap_page(dev, dma_addr, size, direction,
610                                           attrs);
611         else
612                 iommu_unmap_page(cell_get_iommu_table(dev), dma_addr, size,
613                                  direction, attrs);
614 }
615
616 static int dma_fixed_map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
617                            int nents, enum dma_data_direction direction,
618                            struct dma_attrs *attrs)
619 {
620         if (iommu_fixed_is_weak == dma_get_attr(DMA_ATTR_WEAK_ORDERING, attrs))
621                 return dma_direct_ops.map_sg(dev, sg, nents, direction, attrs);
622         else
623                 return iommu_map_sg(dev, cell_get_iommu_table(dev), sg, nents,
624                                     device_to_mask(dev), direction, attrs);
625 }
626
627 static void dma_fixed_unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
628                                int nents, enum dma_data_direction direction,
629                                struct dma_attrs *attrs)
630 {
631         if (iommu_fixed_is_weak == dma_get_attr(DMA_ATTR_WEAK_ORDERING, attrs))
632                 dma_direct_ops.unmap_sg(dev, sg, nents, direction, attrs);
633         else
634                 iommu_unmap_sg(cell_get_iommu_table(dev), sg, nents, direction,
635                                attrs);
636 }
637
638 static int dma_fixed_dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
639 {
640         return mask == DMA_BIT_MASK(64);
641 }
642
643 static int dma_set_mask_and_switch(struct device *dev, u64 dma_mask);
644
645 struct dma_map_ops dma_iommu_fixed_ops = {
646         .alloc_coherent = dma_fixed_alloc_coherent,
647         .free_coherent  = dma_fixed_free_coherent,
648         .map_sg         = dma_fixed_map_sg,
649         .unmap_sg       = dma_fixed_unmap_sg,
650         .dma_supported  = dma_fixed_dma_supported,
651         .set_dma_mask   = dma_set_mask_and_switch,
652         .map_page       = dma_fixed_map_page,
653         .unmap_page     = dma_fixed_unmap_page,
654 };
655
656 static void cell_dma_dev_setup_fixed(struct device *dev);
657
658 static void cell_dma_dev_setup(struct device *dev)
659 {
660         struct dev_archdata *archdata = &dev->archdata;
661
662         /* Order is important here, these are not mutually exclusive */
663         if (get_dma_ops(dev) == &dma_iommu_fixed_ops)
664                 cell_dma_dev_setup_fixed(dev);
665         else if (get_pci_dma_ops() == &dma_iommu_ops)
666                 archdata->dma_data = cell_get_iommu_table(dev);
667         else if (get_pci_dma_ops() == &dma_direct_ops)
668                 archdata->dma_data = (void *)cell_dma_direct_offset;
669         else
670                 BUG();
671 }
672
673 static void cell_pci_dma_dev_setup(struct pci_dev *dev)
674 {
675         cell_dma_dev_setup(&dev->dev);
676 }
677
678 static int cell_of_bus_notify(struct notifier_block *nb, unsigned long action,
679                               void *data)
680 {
681         struct device *dev = data;
682
683         /* We are only intereted in device addition */
684         if (action != BUS_NOTIFY_ADD_DEVICE)
685                 return 0;
686
687         /* We use the PCI DMA ops */
688         dev->archdata.dma_ops = get_pci_dma_ops();
689
690         cell_dma_dev_setup(dev);
691
692         return 0;
693 }
694
695 static struct notifier_block cell_of_bus_notifier = {
696         .notifier_call = cell_of_bus_notify
697 };
698
699 static int __init cell_iommu_get_window(struct device_node *np,
700                                          unsigned long *base,
701                                          unsigned long *size)
702 {
703         const void *dma_window;
704         unsigned long index;
705
706         /* Use ibm,dma-window if available, else, hard code ! */
707         dma_window = of_get_property(np, "ibm,dma-window", NULL);
708         if (dma_window == NULL) {
709                 *base = 0;
710                 *size = 0x80000000u;
711                 return -ENODEV;
712         }
713
714         of_parse_dma_window(np, dma_window, &index, base, size);
715         return 0;
716 }
717
718 static struct cbe_iommu * __init cell_iommu_alloc(struct device_node *np)
719 {
720         struct cbe_iommu *iommu;
721         int nid, i;
722
723         /* Get node ID */
724         nid = of_node_to_nid(np);
725         if (nid < 0) {
726                 printk(KERN_ERR "iommu: failed to get node for %s\n",
727                        np->full_name);
728                 return NULL;
729         }
730         pr_debug("iommu: setting up iommu for node %d (%s)\n",
731                  nid, np->full_name);
732
733         /* XXX todo: If we can have multiple windows on the same IOMMU, which
734          * isn't the case today, we probably want here to check wether the
735          * iommu for that node is already setup.
736          * However, there might be issue with getting the size right so let's
737          * ignore that for now. We might want to completely get rid of the
738          * multiple window support since the cell iommu supports per-page ioids
739          */
740
741         if (cbe_nr_iommus >= NR_IOMMUS) {
742                 printk(KERN_ERR "iommu: too many IOMMUs detected ! (%s)\n",
743                        np->full_name);
744                 return NULL;
745         }
746
747         /* Init base fields */
748         i = cbe_nr_iommus++;
749         iommu = &iommus[i];
750         iommu->stab = NULL;
751         iommu->nid = nid;
752         snprintf(iommu->name, sizeof(iommu->name), "iommu%d", i);
753         INIT_LIST_HEAD(&iommu->windows);
754
755         return iommu;
756 }
757
758 static void __init cell_iommu_init_one(struct device_node *np,
759                                        unsigned long offset)
760 {
761         struct cbe_iommu *iommu;
762         unsigned long base, size;
763
764         iommu = cell_iommu_alloc(np);
765         if (!iommu)
766                 return;
767
768         /* Obtain a window for it */
769         cell_iommu_get_window(np, &base, &size);
770
771         pr_debug("\ttranslating window 0x%lx...0x%lx\n",
772                  base, base + size - 1);
773
774         /* Initialize the hardware */
775         cell_iommu_setup_hardware(iommu, base, size);
776
777         /* Setup the iommu_table */
778         cell_iommu_setup_window(iommu, np, base, size,
779                                 offset >> IOMMU_PAGE_SHIFT);
780 }
781
782 static void __init cell_disable_iommus(void)
783 {
784         int node;
785         unsigned long base, val;
786         void __iomem *xregs, *cregs;
787
788         /* Make sure IOC translation is disabled on all nodes */
789         for_each_online_node(node) {
790                 if (cell_iommu_find_ioc(node, &base))
791                         continue;
792                 xregs = ioremap(base, IOC_Reg_Size);
793                 if (xregs == NULL)
794                         continue;
795                 cregs = xregs + IOC_IOCmd_Offset;
796
797                 pr_debug("iommu: cleaning up iommu on node %d\n", node);
798
799                 out_be64(xregs + IOC_IOST_Origin, 0);
800                 (void)in_be64(xregs + IOC_IOST_Origin);
801                 val = in_be64(cregs + IOC_IOCmd_Cfg);
802                 val &= ~IOC_IOCmd_Cfg_TE;
803                 out_be64(cregs + IOC_IOCmd_Cfg, val);
804                 (void)in_be64(cregs + IOC_IOCmd_Cfg);
805
806                 iounmap(xregs);
807         }
808 }
809
810 static int __init cell_iommu_init_disabled(void)
811 {
812         struct device_node *np = NULL;
813         unsigned long base = 0, size;
814
815         /* When no iommu is present, we use direct DMA ops */
816         set_pci_dma_ops(&dma_direct_ops);
817
818         /* First make sure all IOC translation is turned off */
819         cell_disable_iommus();
820
821         /* If we have no Axon, we set up the spider DMA magic offset */
822         if (of_find_node_by_name(NULL, "axon") == NULL)
823                 cell_dma_direct_offset = SPIDER_DMA_OFFSET;
824
825         /* Now we need to check to see where the memory is mapped
826          * in PCI space. We assume that all busses use the same dma
827          * window which is always the case so far on Cell, thus we
828          * pick up the first pci-internal node we can find and check
829          * the DMA window from there.
830          */
831         for_each_node_by_name(np, "axon") {
832                 if (np->parent == NULL || np->parent->parent != NULL)
833                         continue;
834                 if (cell_iommu_get_window(np, &base, &size) == 0)
835                         break;
836         }
837         if (np == NULL) {
838                 for_each_node_by_name(np, "pci-internal") {
839                         if (np->parent == NULL || np->parent->parent != NULL)
840                                 continue;
841                         if (cell_iommu_get_window(np, &base, &size) == 0)
842                                 break;
843                 }
844         }
845         of_node_put(np);
846
847         /* If we found a DMA window, we check if it's big enough to enclose
848          * all of physical memory. If not, we force enable IOMMU
849          */
850         if (np && size < lmb_end_of_DRAM()) {
851                 printk(KERN_WARNING "iommu: force-enabled, dma window"
852                        " (%ldMB) smaller than total memory (%lldMB)\n",
853                        size >> 20, lmb_end_of_DRAM() >> 20);
854                 return -ENODEV;
855         }
856
857         cell_dma_direct_offset += base;
858
859         if (cell_dma_direct_offset != 0)
860                 ppc_md.pci_dma_dev_setup = cell_pci_dma_dev_setup;
861
862         printk("iommu: disabled, direct DMA offset is 0x%lx\n",
863                cell_dma_direct_offset);
864
865         return 0;
866 }
867
868 /*
869  *  Fixed IOMMU mapping support
870  *
871  *  This code adds support for setting up a fixed IOMMU mapping on certain
872  *  cell machines. For 64-bit devices this avoids the performance overhead of
873  *  mapping and unmapping pages at runtime. 32-bit devices are unable to use
874  *  the fixed mapping.
875  *
876  *  The fixed mapping is established at boot, and maps all of physical memory
877  *  1:1 into device space at some offset. On machines with < 30 GB of memory
878  *  we setup the fixed mapping immediately above the normal IOMMU window.
879  *
880  *  For example a machine with 4GB of memory would end up with the normal
881  *  IOMMU window from 0-2GB and the fixed mapping window from 2GB to 6GB. In
882  *  this case a 64-bit device wishing to DMA to 1GB would be told to DMA to
883  *  3GB, plus any offset required by firmware. The firmware offset is encoded
884  *  in the "dma-ranges" property.
885  *
886  *  On machines with 30GB or more of memory, we are unable to place the fixed
887  *  mapping above the normal IOMMU window as we would run out of address space.
888  *  Instead we move the normal IOMMU window to coincide with the hash page
889  *  table, this region does not need to be part of the fixed mapping as no
890  *  device should ever be DMA'ing to it. We then setup the fixed mapping
891  *  from 0 to 32GB.
892  */
893
894 static u64 cell_iommu_get_fixed_address(struct device *dev)
895 {
896         u64 cpu_addr, size, best_size, dev_addr = OF_BAD_ADDR;
897         struct device_node *np;
898         const u32 *ranges = NULL;
899         int i, len, best, naddr, nsize, pna, range_size;
900
901         np = of_node_get(dev->archdata.of_node);
902         while (1) {
903                 naddr = of_n_addr_cells(np);
904                 nsize = of_n_size_cells(np);
905                 np = of_get_next_parent(np);
906                 if (!np)
907                         break;
908
909                 ranges = of_get_property(np, "dma-ranges", &len);
910
911                 /* Ignore empty ranges, they imply no translation required */
912                 if (ranges && len > 0)
913                         break;
914         }
915
916         if (!ranges) {
917                 dev_dbg(dev, "iommu: no dma-ranges found\n");
918                 goto out;
919         }
920
921         len /= sizeof(u32);
922
923         pna = of_n_addr_cells(np);
924         range_size = naddr + nsize + pna;
925
926         /* dma-ranges format:
927          * child addr   : naddr cells
928          * parent addr  : pna cells
929          * size         : nsize cells
930          */
931         for (i = 0, best = -1, best_size = 0; i < len; i += range_size) {
932                 cpu_addr = of_translate_dma_address(np, ranges + i + naddr);
933                 size = of_read_number(ranges + i + naddr + pna, nsize);
934
935                 if (cpu_addr == 0 && size > best_size) {
936                         best = i;
937                         best_size = size;
938                 }
939         }
940
941         if (best >= 0) {
942                 dev_addr = of_read_number(ranges + best, naddr);
943         } else
944                 dev_dbg(dev, "iommu: no suitable range found!\n");
945
946 out:
947         of_node_put(np);
948
949         return dev_addr;
950 }
951
952 static int dma_set_mask_and_switch(struct device *dev, u64 dma_mask)
953 {
954         if (!dev->dma_mask || !dma_supported(dev, dma_mask))
955                 return -EIO;
956
957         if (dma_mask == DMA_BIT_MASK(64) &&
958                 cell_iommu_get_fixed_address(dev) != OF_BAD_ADDR)
959         {
960                 dev_dbg(dev, "iommu: 64-bit OK, using fixed ops\n");
961                 set_dma_ops(dev, &dma_iommu_fixed_ops);
962         } else {
963                 dev_dbg(dev, "iommu: not 64-bit, using default ops\n");
964                 set_dma_ops(dev, get_pci_dma_ops());
965         }
966
967         cell_dma_dev_setup(dev);
968
969         *dev->dma_mask = dma_mask;
970
971         return 0;
972 }
973
974 static void cell_dma_dev_setup_fixed(struct device *dev)
975 {
976         struct dev_archdata *archdata = &dev->archdata;
977         u64 addr;
978
979         addr = cell_iommu_get_fixed_address(dev) + dma_iommu_fixed_base;
980         archdata->dma_data = (void *)addr;
981
982         dev_dbg(dev, "iommu: fixed addr = %llx\n", addr);
983 }
984
985 static void insert_16M_pte(unsigned long addr, unsigned long *ptab,
986                            unsigned long base_pte)
987 {
988         unsigned long segment, offset;
989
990         segment = addr >> IO_SEGMENT_SHIFT;
991         offset = (addr >> 24) - (segment << IO_PAGENO_BITS(24));
992         ptab = ptab + (segment * (1 << 12) / sizeof(unsigned long));
993
994         pr_debug("iommu: addr %lx ptab %p segment %lx offset %lx\n",
995                   addr, ptab, segment, offset);
996
997         ptab[offset] = base_pte | (__pa(addr) & CBE_IOPTE_RPN_Mask);
998 }
999
1000 static void cell_iommu_setup_fixed_ptab(struct cbe_iommu *iommu,
1001         struct device_node *np, unsigned long dbase, unsigned long dsize,
1002         unsigned long fbase, unsigned long fsize)
1003 {
1004         unsigned long base_pte, uaddr, ioaddr, *ptab;
1005
1006         ptab = cell_iommu_alloc_ptab(iommu, fbase, fsize, dbase, dsize, 24);
1007
1008         dma_iommu_fixed_base = fbase;
1009
1010         pr_debug("iommu: mapping 0x%lx pages from 0x%lx\n", fsize, fbase);
1011
1012         base_pte = CBE_IOPTE_PP_W | CBE_IOPTE_PP_R | CBE_IOPTE_M |
1013                 (cell_iommu_get_ioid(np) & CBE_IOPTE_IOID_Mask);
1014
1015         if (iommu_fixed_is_weak)
1016                 pr_info("IOMMU: Using weak ordering for fixed mapping\n");
1017         else {
1018                 pr_info("IOMMU: Using strong ordering for fixed mapping\n");
1019                 base_pte |= CBE_IOPTE_SO_RW;
1020         }
1021
1022         for (uaddr = 0; uaddr < fsize; uaddr += (1 << 24)) {
1023                 /* Don't touch the dynamic region */
1024                 ioaddr = uaddr + fbase;
1025                 if (ioaddr >= dbase && ioaddr < (dbase + dsize)) {
1026                         pr_debug("iommu: fixed/dynamic overlap, skipping\n");
1027                         continue;
1028                 }
1029
1030                 insert_16M_pte(uaddr, ptab, base_pte);
1031         }
1032
1033         mb();
1034 }
1035
1036 static int __init cell_iommu_fixed_mapping_init(void)
1037 {
1038         unsigned long dbase, dsize, fbase, fsize, hbase, hend;
1039         struct cbe_iommu *iommu;
1040         struct device_node *np;
1041
1042         /* The fixed mapping is only supported on axon machines */
1043         np = of_find_node_by_name(NULL, "axon");
1044         if (!np) {
1045                 pr_debug("iommu: fixed mapping disabled, no axons found\n");
1046                 return -1;
1047         }
1048
1049         /* We must have dma-ranges properties for fixed mapping to work */
1050         np = of_find_node_with_property(NULL, "dma-ranges");
1051         of_node_put(np);
1052
1053         if (!np) {
1054                 pr_debug("iommu: no dma-ranges found, no fixed mapping\n");
1055                 return -1;
1056         }
1057
1058         /* The default setup is to have the fixed mapping sit after the
1059          * dynamic region, so find the top of the largest IOMMU window
1060          * on any axon, then add the size of RAM and that's our max value.
1061          * If that is > 32GB we have to do other shennanigans.
1062          */
1063         fbase = 0;
1064         for_each_node_by_name(np, "axon") {
1065                 cell_iommu_get_window(np, &dbase, &dsize);
1066                 fbase = max(fbase, dbase + dsize);
1067         }
1068
1069         fbase = _ALIGN_UP(fbase, 1 << IO_SEGMENT_SHIFT);
1070         fsize = lmb_phys_mem_size();
1071
1072         if ((fbase + fsize) <= 0x800000000)
1073                 hbase = 0; /* use the device tree window */
1074         else {
1075                 /* If we're over 32 GB we need to cheat. We can't map all of
1076                  * RAM with the fixed mapping, and also fit the dynamic
1077                  * region. So try to place the dynamic region where the hash
1078                  * table sits, drivers never need to DMA to it, we don't
1079                  * need a fixed mapping for that area.
1080                  */
1081                 if (!htab_address) {
1082                         pr_debug("iommu: htab is NULL, on LPAR? Huh?\n");
1083                         return -1;
1084                 }
1085                 hbase = __pa(htab_address);
1086                 hend  = hbase + htab_size_bytes;
1087
1088                 /* The window must start and end on a segment boundary */
1089                 if ((hbase != _ALIGN_UP(hbase, 1 << IO_SEGMENT_SHIFT)) ||
1090                     (hend != _ALIGN_UP(hend, 1 << IO_SEGMENT_SHIFT))) {
1091                         pr_debug("iommu: hash window not segment aligned\n");
1092                         return -1;
1093                 }
1094
1095                 /* Check the hash window fits inside the real DMA window */
1096                 for_each_node_by_name(np, "axon") {
1097                         cell_iommu_get_window(np, &dbase, &dsize);
1098
1099                         if (hbase < dbase || (hend > (dbase + dsize))) {
1100                                 pr_debug("iommu: hash window doesn't fit in"
1101                                          "real DMA window\n");
1102                                 return -1;
1103                         }
1104                 }
1105
1106                 fbase = 0;
1107         }
1108
1109         /* Setup the dynamic regions */
1110         for_each_node_by_name(np, "axon") {
1111                 iommu = cell_iommu_alloc(np);
1112                 BUG_ON(!iommu);
1113
1114                 if (hbase == 0)
1115                         cell_iommu_get_window(np, &dbase, &dsize);
1116                 else {
1117                         dbase = hbase;
1118                         dsize = htab_size_bytes;
1119                 }
1120
1121                 printk(KERN_DEBUG "iommu: node %d, dynamic window 0x%lx-0x%lx "
1122                         "fixed window 0x%lx-0x%lx\n", iommu->nid, dbase,
1123                          dbase + dsize, fbase, fbase + fsize);
1124
1125                 cell_iommu_setup_stab(iommu, dbase, dsize, fbase, fsize);
1126                 iommu->ptab = cell_iommu_alloc_ptab(iommu, dbase, dsize, 0, 0,
1127                                                     IOMMU_PAGE_SHIFT);
1128                 cell_iommu_setup_fixed_ptab(iommu, np, dbase, dsize,
1129                                              fbase, fsize);
1130                 cell_iommu_enable_hardware(iommu);
1131                 cell_iommu_setup_window(iommu, np, dbase, dsize, 0);
1132         }
1133
1134         dma_iommu_ops.set_dma_mask = dma_set_mask_and_switch;
1135         set_pci_dma_ops(&dma_iommu_ops);
1136
1137         return 0;
1138 }
1139
1140 static int iommu_fixed_disabled;
1141
1142 static int __init setup_iommu_fixed(char *str)
1143 {
1144         struct device_node *pciep;
1145
1146         if (strcmp(str, "off") == 0)
1147                 iommu_fixed_disabled = 1;
1148
1149         /* If we can find a pcie-endpoint in the device tree assume that
1150          * we're on a triblade or a CAB so by default the fixed mapping
1151          * should be set to be weakly ordered; but only if the boot
1152          * option WASN'T set for strong ordering
1153          */
1154         pciep = of_find_node_by_type(NULL, "pcie-endpoint");
1155
1156         if (strcmp(str, "weak") == 0 || (pciep && strcmp(str, "strong") != 0))
1157                 iommu_fixed_is_weak = 1;
1158
1159         of_node_put(pciep);
1160
1161         return 1;
1162 }
1163 __setup("iommu_fixed=", setup_iommu_fixed);
1164
1165 static int __init cell_iommu_init(void)
1166 {
1167         struct device_node *np;
1168
1169         /* If IOMMU is disabled or we have little enough RAM to not need
1170          * to enable it, we setup a direct mapping.
1171          *
1172          * Note: should we make sure we have the IOMMU actually disabled ?
1173          */
1174         if (iommu_is_off ||
1175             (!iommu_force_on && lmb_end_of_DRAM() <= 0x80000000ull))
1176                 if (cell_iommu_init_disabled() == 0)
1177                         goto bail;
1178
1179         /* Setup various ppc_md. callbacks */
1180         ppc_md.pci_dma_dev_setup = cell_pci_dma_dev_setup;
1181         ppc_md.tce_build = tce_build_cell;
1182         ppc_md.tce_free = tce_free_cell;
1183
1184         if (!iommu_fixed_disabled && cell_iommu_fixed_mapping_init() == 0)
1185                 goto bail;
1186
1187         /* Create an iommu for each /axon node.  */
1188         for_each_node_by_name(np, "axon") {
1189                 if (np->parent == NULL || np->parent->parent != NULL)
1190                         continue;
1191                 cell_iommu_init_one(np, 0);
1192         }
1193
1194         /* Create an iommu for each toplevel /pci-internal node for
1195          * old hardware/firmware
1196          */
1197         for_each_node_by_name(np, "pci-internal") {
1198                 if (np->parent == NULL || np->parent->parent != NULL)
1199                         continue;
1200                 cell_iommu_init_one(np, SPIDER_DMA_OFFSET);
1201         }
1202
1203         /* Setup default PCI iommu ops */
1204         set_pci_dma_ops(&dma_iommu_ops);
1205
1206  bail:
1207         /* Register callbacks on OF platform device addition/removal
1208          * to handle linking them to the right DMA operations
1209          */
1210         bus_register_notifier(&of_platform_bus_type, &cell_of_bus_notifier);
1211
1212         return 0;
1213 }
1214 machine_arch_initcall(cell, cell_iommu_init);
1215 machine_arch_initcall(celleb_native, cell_iommu_init);
1216