arch/x86/kernel/amd_iommu.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2007-2009 Advanced Micro Devices, Inc.
   3  * Author: Joerg Roedel <joerg.roedel@amd.com>
   4  *         Leo Duran <leo.duran@amd.com>
   5  *
   6  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   7  * under the terms of the GNU General Public License version 2 as published
   8  * by the Free Software Foundation.
   9  *
  10  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  11  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  13  * GNU General Public License for more details.
  14  *
  15  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  16  * along with this program; if not, write to the Free Software
  17  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307 USA
  18  */
  19
  20 #include <linux/pci.h>
  21 #include <linux/gfp.h>
  22 #include <linux/bitops.h>
  23 #include <linux/debugfs.h>
  24 #include <linux/scatterlist.h>
  25 #include <linux/dma-mapping.h>
  26 #include <linux/iommu-helper.h>
  27 #include <linux/iommu.h>
  28 #include <asm/proto.h>
  29 #include <asm/iommu.h>
  30 #include <asm/gart.h>
  31 #include <asm/amd_iommu_proto.h>
  32 #include <asm/amd_iommu_types.h>
  33 #include <asm/amd_iommu.h>
  34
  35 #define CMD_SET_TYPE(cmd, t) ((cmd)->data[1] |= ((t) << 28))
  36
  37 #define EXIT_LOOP_COUNT 10000000
  38
  39 static DEFINE_RWLOCK(amd_iommu_devtable_lock);
  40
  41 /* A list of preallocated protection domains */
  42 static LIST_HEAD(iommu_pd_list);
  43 static DEFINE_SPINLOCK(iommu_pd_list_lock);
  44
  45 /*
  46  * Domain for untranslated devices - only allocated
  47  * if iommu=pt passed on kernel cmd line.
  48  */
  49 static struct protection_domain *pt_domain;
  50
  51 static struct iommu_ops amd_iommu_ops;
  52
  53 /*
  54  * general struct to manage commands send to an IOMMU
  55  */
  56 struct iommu_cmd {
  57         u32 data[4];
  58 };
  59
  60 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
  61                              struct unity_map_entry *e);
  62 static struct dma_ops_domain *find_protection_domain(u16 devid);
  63 static u64 *alloc_pte(struct protection_domain *domain,
  64                       unsigned long address, int end_lvl,
  65                       u64 **pte_page, gfp_t gfp);
  66 static void dma_ops_reserve_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
  67                                       unsigned long start_page,
  68                                       unsigned int pages);
  69 static void reset_iommu_command_buffer(struct amd_iommu *iommu);
  70 static u64 *fetch_pte(struct protection_domain *domain,
  71                       unsigned long address, int map_size);
  72 static void update_domain(struct protection_domain *domain);
  73
  74 #ifdef CONFIG_AMD_IOMMU_STATS
  75
  76 /*
  77  * Initialization code for statistics collection
  78  */
  79
  80 DECLARE_STATS_COUNTER(compl_wait);
  81 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_map_single);
  82 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_unmap_single);
  83 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_map_sg);
  84 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_unmap_sg);
  85 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_alloc_coherent);
  86 DECLARE_STATS_COUNTER(cnt_free_coherent);
  87 DECLARE_STATS_COUNTER(cross_page);
  88 DECLARE_STATS_COUNTER(domain_flush_single);
  89 DECLARE_STATS_COUNTER(domain_flush_all);
  90 DECLARE_STATS_COUNTER(alloced_io_mem);
  91 DECLARE_STATS_COUNTER(total_map_requests);
  92
  93 static struct dentry *stats_dir;
  94 static struct dentry *de_isolate;
  95 static struct dentry *de_fflush;
  96
  97 static void amd_iommu_stats_add(struct __iommu_counter *cnt)
  98 {
  99         if (stats_dir == NULL)
 100                 return;
 101
 102         cnt->dent = debugfs_create_u64(cnt->name, 0444, stats_dir,
 103                                        &cnt->value);
 104 }
 105
 106 static void amd_iommu_stats_init(void)
 107 {
 108         stats_dir = debugfs_create_dir("amd-iommu", NULL);
 109         if (stats_dir == NULL)
 110                 return;
 111
 112         de_isolate = debugfs_create_bool("isolation", 0444, stats_dir,
 113                                          (u32 *)&amd_iommu_isolate);
 114
 115         de_fflush  = debugfs_create_bool("fullflush", 0444, stats_dir,
 116                                          (u32 *)&amd_iommu_unmap_flush);
 117
 118         amd_iommu_stats_add(&compl_wait);
 119         amd_iommu_stats_add(&cnt_map_single);
 120         amd_iommu_stats_add(&cnt_unmap_single);
 121         amd_iommu_stats_add(&cnt_map_sg);
 122         amd_iommu_stats_add(&cnt_unmap_sg);
 123         amd_iommu_stats_add(&cnt_alloc_coherent);
 124         amd_iommu_stats_add(&cnt_free_coherent);
 125         amd_iommu_stats_add(&cross_page);
 126         amd_iommu_stats_add(&domain_flush_single);
 127         amd_iommu_stats_add(&domain_flush_all);
 128         amd_iommu_stats_add(&alloced_io_mem);
 129         amd_iommu_stats_add(&total_map_requests);
 130 }
 131
 132 #endif
 133
 134 /****************************************************************************
 135  *
 136  * Interrupt handling functions
 137  *
 138  ****************************************************************************/
 139
 140 static void dump_dte_entry(u16 devid)
 141 {
 142         int i;
 143
 144         for (i = 0; i < 8; ++i)
 145                 pr_err("AMD-Vi: DTE[%d]: %08x\n", i,
 146                         amd_iommu_dev_table[devid].data[i]);
 147 }
 148
 149 static void dump_command(unsigned long phys_addr)
 150 {
 151         struct iommu_cmd *cmd = phys_to_virt(phys_addr);
 152         int i;
 153
 154         for (i = 0; i < 4; ++i)
 155                 pr_err("AMD-Vi: CMD[%d]: %08x\n", i, cmd->data[i]);
 156 }
 157
 158 static void iommu_print_event(struct amd_iommu *iommu, void *__evt)
 159 {
 160         u32 *event = __evt;
 161         int type  = (event[1] >> EVENT_TYPE_SHIFT)  & EVENT_TYPE_MASK;
 162         int devid = (event[0] >> EVENT_DEVID_SHIFT) & EVENT_DEVID_MASK;
 163         int domid = (event[1] >> EVENT_DOMID_SHIFT) & EVENT_DOMID_MASK;
 164         int flags = (event[1] >> EVENT_FLAGS_SHIFT) & EVENT_FLAGS_MASK;
 165         u64 address = (u64)(((u64)event[3]) << 32) | event[2];
 166
 167         printk(KERN_ERR "AMD-Vi: Event logged [");
 168
 169         switch (type) {
 170         case EVENT_TYPE_ILL_DEV:
 171                 printk("ILLEGAL_DEV_TABLE_ENTRY device=%02x:%02x.%x "
 172                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 173                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 174                        address, flags);
 175                 dump_dte_entry(devid);
 176                 break;
 177         case EVENT_TYPE_IO_FAULT:
 178                 printk("IO_PAGE_FAULT device=%02x:%02x.%x "
 179                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 180                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 181                        domid, address, flags);
 182                 break;
 183         case EVENT_TYPE_DEV_TAB_ERR:
 184                 printk("DEV_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
 185                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 186                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 187                        address, flags);
 188                 break;
 189         case EVENT_TYPE_PAGE_TAB_ERR:
 190                 printk("PAGE_TAB_HARDWARE_ERROR device=%02x:%02x.%x "
 191                        "domain=0x%04x address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 192                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 193                        domid, address, flags);
 194                 break;
 195         case EVENT_TYPE_ILL_CMD:
 196                 printk("ILLEGAL_COMMAND_ERROR address=0x%016llx]\n", address);
 197                 reset_iommu_command_buffer(iommu);
 198                 dump_command(address);
 199                 break;
 200         case EVENT_TYPE_CMD_HARD_ERR:
 201                 printk("COMMAND_HARDWARE_ERROR address=0x%016llx "
 202                        "flags=0x%04x]\n", address, flags);
 203                 break;
 204         case EVENT_TYPE_IOTLB_INV_TO:
 205                 printk("IOTLB_INV_TIMEOUT device=%02x:%02x.%x "
 206                        "address=0x%016llx]\n",
 207                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 208                        address);
 209                 break;
 210         case EVENT_TYPE_INV_DEV_REQ:
 211                 printk("INVALID_DEVICE_REQUEST device=%02x:%02x.%x "
 212                        "address=0x%016llx flags=0x%04x]\n",
 213                        PCI_BUS(devid), PCI_SLOT(devid), PCI_FUNC(devid),
 214                        address, flags);
 215                 break;
 216         default:
 217                 printk(KERN_ERR "UNKNOWN type=0x%02x]\n", type);
 218         }
 219 }
 220
 221 static void iommu_poll_events(struct amd_iommu *iommu)
 222 {
 223         u32 head, tail;
 224         unsigned long flags;
 225
 226         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 227
 228         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
 229         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_EVT_TAIL_OFFSET);
 230
 231         while (head != tail) {
 232                 iommu_print_event(iommu, iommu->evt_buf + head);
 233                 head = (head + EVENT_ENTRY_SIZE) % iommu->evt_buf_size;
 234         }
 235
 236         writel(head, iommu->mmio_base + MMIO_EVT_HEAD_OFFSET);
 237
 238         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 239 }
 240
 241 irqreturn_t amd_iommu_int_handler(int irq, void *data)
 242 {
 243         struct amd_iommu *iommu;
 244
 245         for_each_iommu(iommu)
 246                 iommu_poll_events(iommu);
 247
 248         return IRQ_HANDLED;
 249 }
 250
 251 /****************************************************************************
 252  *
 253  * IOMMU command queuing functions
 254  *
 255  ****************************************************************************/
 256
 257 /*
 258  * Writes the command to the IOMMUs command buffer and informs the
 259  * hardware about the new command. Must be called with iommu->lock held.
 260  */
 261 static int __iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
 262 {
 263         u32 tail, head;
 264         u8 *target;
 265
 266         tail = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
 267         target = iommu->cmd_buf + tail;
 268         memcpy_toio(target, cmd, sizeof(*cmd));
 269         tail = (tail + sizeof(*cmd)) % iommu->cmd_buf_size;
 270         head = readl(iommu->mmio_base + MMIO_CMD_HEAD_OFFSET);
 271         if (tail == head)
 272                 return -ENOMEM;
 273         writel(tail, iommu->mmio_base + MMIO_CMD_TAIL_OFFSET);
 274
 275         return 0;
 276 }
 277
 278 /*
 279  * General queuing function for commands. Takes iommu->lock and calls
 280  * __iommu_queue_command().
 281  */
 282 static int iommu_queue_command(struct amd_iommu *iommu, struct iommu_cmd *cmd)
 283 {
 284         unsigned long flags;
 285         int ret;
 286
 287         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 288         ret = __iommu_queue_command(iommu, cmd);
 289         if (!ret)
 290                 iommu->need_sync = true;
 291         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 292
 293         return ret;
 294 }
 295
 296 /*
 297  * This function waits until an IOMMU has completed a completion
 298  * wait command
 299  */
 300 static void __iommu_wait_for_completion(struct amd_iommu *iommu)
 301 {
 302         int ready = 0;
 303         unsigned status = 0;
 304         unsigned long i = 0;
 305
 306         INC_STATS_COUNTER(compl_wait);
 307
 308         while (!ready && (i < EXIT_LOOP_COUNT)) {
 309                 ++i;
 310                 /* wait for the bit to become one */
 311                 status = readl(iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
 312                 ready = status & MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
 313         }
 314
 315         /* set bit back to zero */
 316         status &= ~MMIO_STATUS_COM_WAIT_INT_MASK;
 317         writel(status, iommu->mmio_base + MMIO_STATUS_OFFSET);
 318
 319         if (unlikely(i == EXIT_LOOP_COUNT)) {
 320                 spin_unlock(&iommu->lock);
 321                 reset_iommu_command_buffer(iommu);
 322                 spin_lock(&iommu->lock);
 323         }
 324 }
 325
 326 /*
 327  * This function queues a completion wait command into the command
 328  * buffer of an IOMMU
 329  */
 330 static int __iommu_completion_wait(struct amd_iommu *iommu)
 331 {
 332         struct iommu_cmd cmd;
 333
 334          memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
 335          cmd.data[0] = CMD_COMPL_WAIT_INT_MASK;
 336          CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_COMPL_WAIT);
 337
 338          return __iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 339 }
 340
 341 /*
 342  * This function is called whenever we need to ensure that the IOMMU has
 343  * completed execution of all commands we sent. It sends a
 344  * COMPLETION_WAIT command and waits for it to finish. The IOMMU informs
 345  * us about that by writing a value to a physical address we pass with
 346  * the command.
 347  */
 348 static int iommu_completion_wait(struct amd_iommu *iommu)
 349 {
 350         int ret = 0;
 351         unsigned long flags;
 352
 353         spin_lock_irqsave(&iommu->lock, flags);
 354
 355         if (!iommu->need_sync)
 356                 goto out;
 357
 358         ret = __iommu_completion_wait(iommu);
 359
 360         iommu->need_sync = false;
 361
 362         if (ret)
 363                 goto out;
 364
 365         __iommu_wait_for_completion(iommu);
 366
 367 out:
 368         spin_unlock_irqrestore(&iommu->lock, flags);
 369
 370         return 0;
 371 }
 372
 373 static void iommu_flush_complete(struct protection_domain *domain)
 374 {
 375         int i;
 376
 377         for (i = 0; i < amd_iommus_present; ++i) {
 378                 if (!domain->dev_iommu[i])
 379                         continue;
 380
 381                 /*
 382                  * Devices of this domain are behind this IOMMU
 383                  * We need to wait for completion of all commands.
 384                  */
 385                 iommu_completion_wait(amd_iommus[i]);
 386         }
 387 }
 388
 389 /*
 390  * Command send function for invalidating a device table entry
 391  */
 392 static int iommu_queue_inv_dev_entry(struct amd_iommu *iommu, u16 devid)
 393 {
 394         struct iommu_cmd cmd;
 395         int ret;
 396
 397         BUG_ON(iommu == NULL);
 398
 399         memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
 400         CMD_SET_TYPE(&cmd, CMD_INV_DEV_ENTRY);
 401         cmd.data[0] = devid;
 402
 403         ret = iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 404
 405         return ret;
 406 }
 407
 408 static void __iommu_build_inv_iommu_pages(struct iommu_cmd *cmd, u64 address,
 409                                           u16 domid, int pde, int s)
 410 {
 411         memset(cmd, 0, sizeof(*cmd));
 412         address &= PAGE_MASK;
 413         CMD_SET_TYPE(cmd, CMD_INV_IOMMU_PAGES);
 414         cmd->data[1] |= domid;
 415         cmd->data[2] = lower_32_bits(address);
 416         cmd->data[3] = upper_32_bits(address);
 417         if (s) /* size bit - we flush more than one 4kb page */
 418                 cmd->data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_SIZE_MASK;
 419         if (pde) /* PDE bit - we wan't flush everything not only the PTEs */
 420                 cmd->data[2] |= CMD_INV_IOMMU_PAGES_PDE_MASK;
 421 }
 422
 423 /*
 424  * Generic command send function for invalidaing TLB entries
 425  */
 426 static int iommu_queue_inv_iommu_pages(struct amd_iommu *iommu,
 427                 u64 address, u16 domid, int pde, int s)
 428 {
 429         struct iommu_cmd cmd;
 430         int ret;
 431
 432         __iommu_build_inv_iommu_pages(&cmd, address, domid, pde, s);
 433
 434         ret = iommu_queue_command(iommu, &cmd);
 435
 436         return ret;
 437 }
 438
 439 /*
 440  * TLB invalidation function which is called from the mapping functions.
 441  * It invalidates a single PTE if the range to flush is within a single
 442  * page. Otherwise it flushes the whole TLB of the IOMMU.
 443  */
 444 static void __iommu_flush_pages(struct protection_domain *domain,
 445                                 u64 address, size_t size, int pde)
 446 {
 447         int s = 0, i;
 448         unsigned long pages = iommu_num_pages(address, size, PAGE_SIZE);
 449
 450         address &= PAGE_MASK;
 451
 452         if (pages > 1) {
 453                 /*
 454                  * If we have to flush more than one page, flush all
 455                  * TLB entries for this domain
 456                  */
 457                 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
 458                 s = 1;
 459         }
 460
 461
 462         for (i = 0; i < amd_iommus_present; ++i) {
 463                 if (!domain->dev_iommu[i])
 464                         continue;
 465
 466                 /*
 467                  * Devices of this domain are behind this IOMMU
 468                  * We need a TLB flush
 469                  */
 470                 iommu_queue_inv_iommu_pages(amd_iommus[i], address,
 471                                             domain->id, pde, s);
 472         }
 473
 474         return;
 475 }
 476
 477 static void iommu_flush_pages(struct protection_domain *domain,
 478                              u64 address, size_t size)
 479 {
 480         __iommu_flush_pages(domain, address, size, 0);
 481 }
 482
 483 /* Flush the whole IO/TLB for a given protection domain */
 484 static void iommu_flush_tlb(struct protection_domain *domain)
 485 {
 486         __iommu_flush_pages(domain, 0, CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS, 0);
 487 }
 488
 489 /* Flush the whole IO/TLB for a given protection domain - including PDE */
 490 static void iommu_flush_tlb_pde(struct protection_domain *domain)
 491 {
 492         __iommu_flush_pages(domain, 0, CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS, 1);
 493 }
 494
 495 /*
 496  * This function flushes all domains that have devices on the given IOMMU
 497  */
 498 static void flush_all_domains_on_iommu(struct amd_iommu *iommu)
 499 {
 500         u64 address = CMD_INV_IOMMU_ALL_PAGES_ADDRESS;
 501         struct protection_domain *domain;
 502         unsigned long flags;
 503
 504         spin_lock_irqsave(&amd_iommu_pd_lock, flags);
 505
 506         list_for_each_entry(domain, &amd_iommu_pd_list, list) {
 507                 if (domain->dev_iommu[iommu->index] == 0)
 508                         continue;
 509
 510                 spin_lock(&domain->lock);
 511                 iommu_queue_inv_iommu_pages(iommu, address, domain->id, 1, 1);
 512                 iommu_flush_complete(domain);
 513                 spin_unlock(&domain->lock);
 514         }
 515
 516         spin_unlock_irqrestore(&amd_iommu_pd_lock, flags);
 517 }
 518
 519 /*
 520  * This function uses heavy locking and may disable irqs for some time. But
 521  * this is no issue because it is only called during resume.
 522  */
 523 void amd_iommu_flush_all_domains(void)
 524 {
 525         struct protection_domain *domain;
 526         unsigned long flags;
 527
 528         spin_lock_irqsave(&amd_iommu_pd_lock, flags);
 529
 530         list_for_each_entry(domain, &amd_iommu_pd_list, list) {
 531                 spin_lock(&domain->lock);
 532                 iommu_flush_tlb_pde(domain);
 533                 iommu_flush_complete(domain);
 534                 spin_unlock(&domain->lock);
 535         }
 536
 537         spin_unlock_irqrestore(&amd_iommu_pd_lock, flags);
 538 }
 539
 540 static void flush_all_devices_for_iommu(struct amd_iommu *iommu)
 541 {
 542         int i;
 543
 544         for (i = 0; i <= amd_iommu_last_bdf; ++i) {
 545                 if (iommu != amd_iommu_rlookup_table[i])
 546                         continue;
 547
 548                 iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, i);
 549                 iommu_completion_wait(iommu);
 550         }
 551 }
 552
 553 static void flush_devices_by_domain(struct protection_domain *domain)
 554 {
 555         struct amd_iommu *iommu;
 556         int i;
 557
 558         for (i = 0; i <= amd_iommu_last_bdf; ++i) {
 559                 if ((domain == NULL && amd_iommu_pd_table[i] == NULL) ||
 560                     (amd_iommu_pd_table[i] != domain))
 561                         continue;
 562
 563                 iommu = amd_iommu_rlookup_table[i];
 564                 if (!iommu)
 565                         continue;
 566
 567                 iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, i);
 568                 iommu_completion_wait(iommu);
 569         }
 570 }
 571
 572 static void reset_iommu_command_buffer(struct amd_iommu *iommu)
 573 {
 574         pr_err("AMD-Vi: Resetting IOMMU command buffer\n");
 575
 576         if (iommu->reset_in_progress)
 577                 panic("AMD-Vi: ILLEGAL_COMMAND_ERROR while resetting command buffer\n");
 578
 579         iommu->reset_in_progress = true;
 580
 581         amd_iommu_reset_cmd_buffer(iommu);
 582         flush_all_devices_for_iommu(iommu);
 583         flush_all_domains_on_iommu(iommu);
 584
 585         iommu->reset_in_progress = false;
 586 }
 587
 588 void amd_iommu_flush_all_devices(void)
 589 {
 590         flush_devices_by_domain(NULL);
 591 }
 592
 593 /****************************************************************************
 594  *
 595  * The functions below are used the create the page table mappings for
 596  * unity mapped regions.
 597  *
 598  ****************************************************************************/
 599
 600 /*
 601  * Generic mapping functions. It maps a physical address into a DMA
 602  * address space. It allocates the page table pages if necessary.
 603  * In the future it can be extended to a generic mapping function
 604  * supporting all features of AMD IOMMU page tables like level skipping
 605  * and full 64 bit address spaces.
 606  */
 607 static int iommu_map_page(struct protection_domain *dom,
 608                           unsigned long bus_addr,
 609                           unsigned long phys_addr,
 610                           int prot,
 611                           int map_size)
 612 {
 613         u64 __pte, *pte;
 614
 615         bus_addr  = PAGE_ALIGN(bus_addr);
 616         phys_addr = PAGE_ALIGN(phys_addr);
 617
 618         BUG_ON(!PM_ALIGNED(map_size, bus_addr));
 619         BUG_ON(!PM_ALIGNED(map_size, phys_addr));
 620
 621         if (!(prot & IOMMU_PROT_MASK))
 622                 return -EINVAL;
 623
 624         pte = alloc_pte(dom, bus_addr, map_size, NULL, GFP_KERNEL);
 625
 626         if (IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
 627                 return -EBUSY;
 628
 629         __pte = phys_addr | IOMMU_PTE_P;
 630         if (prot & IOMMU_PROT_IR)
 631                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
 632         if (prot & IOMMU_PROT_IW)
 633                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
 634
 635         *pte = __pte;
 636
 637         update_domain(dom);
 638
 639         return 0;
 640 }
 641
 642 static void iommu_unmap_page(struct protection_domain *dom,
 643                              unsigned long bus_addr, int map_size)
 644 {
 645         u64 *pte = fetch_pte(dom, bus_addr, map_size);
 646
 647         if (pte)
 648                 *pte = 0;
 649 }
 650
 651 /*
 652  * This function checks if a specific unity mapping entry is needed for
 653  * this specific IOMMU.
 654  */
 655 static int iommu_for_unity_map(struct amd_iommu *iommu,
 656                                struct unity_map_entry *entry)
 657 {
 658         u16 bdf, i;
 659
 660         for (i = entry->devid_start; i <= entry->devid_end; ++i) {
 661                 bdf = amd_iommu_alias_table[i];
 662                 if (amd_iommu_rlookup_table[bdf] == iommu)
 663                         return 1;
 664         }
 665
 666         return 0;
 667 }
 668
 669 /*
 670  * Init the unity mappings for a specific IOMMU in the system
 671  *
 672  * Basically iterates over all unity mapping entries and applies them to
 673  * the default domain DMA of that IOMMU if necessary.
 674  */
 675 static int iommu_init_unity_mappings(struct amd_iommu *iommu)
 676 {
 677         struct unity_map_entry *entry;
 678         int ret;
 679
 680         list_for_each_entry(entry, &amd_iommu_unity_map, list) {
 681                 if (!iommu_for_unity_map(iommu, entry))
 682                         continue;
 683                 ret = dma_ops_unity_map(iommu->default_dom, entry);
 684                 if (ret)
 685                         return ret;
 686         }
 687
 688         return 0;
 689 }
 690
 691 /*
 692  * This function actually applies the mapping to the page table of the
 693  * dma_ops domain.
 694  */
 695 static int dma_ops_unity_map(struct dma_ops_domain *dma_dom,
 696                              struct unity_map_entry *e)
 697 {
 698         u64 addr;
 699         int ret;
 700
 701         for (addr = e->address_start; addr < e->address_end;
 702              addr += PAGE_SIZE) {
 703                 ret = iommu_map_page(&dma_dom->domain, addr, addr, e->prot,
 704                                      PM_MAP_4k);
 705                 if (ret)
 706                         return ret;
 707                 /*
 708                  * if unity mapping is in aperture range mark the page
 709                  * as allocated in the aperture
 710                  */
 711                 if (addr < dma_dom->aperture_size)
 712                         __set_bit(addr >> PAGE_SHIFT,
 713                                   dma_dom->aperture[0]->bitmap);
 714         }
 715
 716         return 0;
 717 }
 718
 719 /*
 720  * Inits the unity mappings required for a specific device
 721  */
 722 static int init_unity_mappings_for_device(struct dma_ops_domain *dma_dom,
 723                                           u16 devid)
 724 {
 725         struct unity_map_entry *e;
 726         int ret;
 727
 728         list_for_each_entry(e, &amd_iommu_unity_map, list) {
 729                 if (!(devid >= e->devid_start && devid <= e->devid_end))
 730                         continue;
 731                 ret = dma_ops_unity_map(dma_dom, e);
 732                 if (ret)
 733                         return ret;
 734         }
 735
 736         return 0;
 737 }
 738
 739 /****************************************************************************
 740  *
 741  * The next functions belong to the address allocator for the dma_ops
 742  * interface functions. They work like the allocators in the other IOMMU
 743  * drivers. Its basically a bitmap which marks the allocated pages in
 744  * the aperture. Maybe it could be enhanced in the future to a more
 745  * efficient allocator.
 746  *
 747  ****************************************************************************/
 748
 749 /*
 750  * The address allocator core functions.
 751  *
 752  * called with domain->lock held
 753  */
 754
 755 /*
 756  * This function checks if there is a PTE for a given dma address. If
 757  * there is one, it returns the pointer to it.
 758  */
 759 static u64 *fetch_pte(struct protection_domain *domain,
 760                       unsigned long address, int map_size)
 761 {
 762         int level;
 763         u64 *pte;
 764
 765         level =  domain->mode - 1;
 766         pte   = &domain->pt_root[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
 767
 768         while (level > map_size) {
 769                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
 770                         return NULL;
 771
 772                 level -= 1;
 773
 774                 pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
 775                 pte = &pte[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
 776
 777                 if ((PM_PTE_LEVEL(*pte) == 0) && level != map_size) {
 778                         pte = NULL;
 779                         break;
 780                 }
 781         }
 782
 783         return pte;
 784 }
 785
 786 /*
 787  * This function is used to add a new aperture range to an existing
 788  * aperture in case of dma_ops domain allocation or address allocation
 789  * failure.
 790  */
 791 static int alloc_new_range(struct amd_iommu *iommu,
 792                            struct dma_ops_domain *dma_dom,
 793                            bool populate, gfp_t gfp)
 794 {
 795         int index = dma_dom->aperture_size >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
 796         int i;
 797
 798 #ifdef CONFIG_IOMMU_STRESS
 799         populate = false;
 800 #endif
 801
 802         if (index >= APERTURE_MAX_RANGES)
 803                 return -ENOMEM;
 804
 805         dma_dom->aperture[index] = kzalloc(sizeof(struct aperture_range), gfp);
 806         if (!dma_dom->aperture[index])
 807                 return -ENOMEM;
 808
 809         dma_dom->aperture[index]->bitmap = (void *)get_zeroed_page(gfp);
 810         if (!dma_dom->aperture[index]->bitmap)
 811                 goto out_free;
 812
 813         dma_dom->aperture[index]->offset = dma_dom->aperture_size;
 814
 815         if (populate) {
 816                 unsigned long address = dma_dom->aperture_size;
 817                 int i, num_ptes = APERTURE_RANGE_PAGES / 512;
 818                 u64 *pte, *pte_page;
 819
 820                 for (i = 0; i < num_ptes; ++i) {
 821                         pte = alloc_pte(&dma_dom->domain, address, PM_MAP_4k,
 822                                         &pte_page, gfp);
 823                         if (!pte)
 824                                 goto out_free;
 825
 826                         dma_dom->aperture[index]->pte_pages[i] = pte_page;
 827
 828                         address += APERTURE_RANGE_SIZE / 64;
 829                 }
 830         }
 831
 832         dma_dom->aperture_size += APERTURE_RANGE_SIZE;
 833
 834         /* Intialize the exclusion range if necessary */
 835         if (iommu->exclusion_start &&
 836             iommu->exclusion_start >= dma_dom->aperture[index]->offset &&
 837             iommu->exclusion_start < dma_dom->aperture_size) {
 838                 unsigned long startpage = iommu->exclusion_start >> PAGE_SHIFT;
 839                 int pages = iommu_num_pages(iommu->exclusion_start,
 840                                             iommu->exclusion_length,
 841                                             PAGE_SIZE);
 842                 dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, startpage, pages);
 843         }
 844
 845         /*
 846          * Check for areas already mapped as present in the new aperture
 847          * range and mark those pages as reserved in the allocator. Such
 848          * mappings may already exist as a result of requested unity
 849          * mappings for devices.
 850          */
 851         for (i = dma_dom->aperture[index]->offset;
 852              i < dma_dom->aperture_size;
 853              i += PAGE_SIZE) {
 854                 u64 *pte = fetch_pte(&dma_dom->domain, i, PM_MAP_4k);
 855                 if (!pte || !IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
 856                         continue;
 857
 858                 dma_ops_reserve_addresses(dma_dom, i << PAGE_SHIFT, 1);
 859         }
 860
 861         update_domain(&dma_dom->domain);
 862
 863         return 0;
 864
 865 out_free:
 866         update_domain(&dma_dom->domain);
 867
 868         free_page((unsigned long)dma_dom->aperture[index]->bitmap);
 869
 870         kfree(dma_dom->aperture[index]);
 871         dma_dom->aperture[index] = NULL;
 872
 873         return -ENOMEM;
 874 }
 875
 876 static unsigned long dma_ops_area_alloc(struct device *dev,
 877                                         struct dma_ops_domain *dom,
 878                                         unsigned int pages,
 879                                         unsigned long align_mask,
 880                                         u64 dma_mask,
 881                                         unsigned long start)
 882 {
 883         unsigned long next_bit = dom->next_address % APERTURE_RANGE_SIZE;
 884         int max_index = dom->aperture_size >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
 885         int i = start >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
 886         unsigned long boundary_size;
 887         unsigned long address = -1;
 888         unsigned long limit;
 889
 890         next_bit >>= PAGE_SHIFT;
 891
 892         boundary_size = ALIGN(dma_get_seg_boundary(dev) + 1,
 893                         PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
 894
 895         for (;i < max_index; ++i) {
 896                 unsigned long offset = dom->aperture[i]->offset >> PAGE_SHIFT;
 897
 898                 if (dom->aperture[i]->offset >= dma_mask)
 899                         break;
 900
 901                 limit = iommu_device_max_index(APERTURE_RANGE_PAGES, offset,
 902                                                dma_mask >> PAGE_SHIFT);
 903
 904                 address = iommu_area_alloc(dom->aperture[i]->bitmap,
 905                                            limit, next_bit, pages, 0,
 906                                             boundary_size, align_mask);
 907                 if (address != -1) {
 908                         address = dom->aperture[i]->offset +
 909                                   (address << PAGE_SHIFT);
 910                         dom->next_address = address + (pages << PAGE_SHIFT);
 911                         break;
 912                 }
 913
 914                 next_bit = 0;
 915         }
 916
 917         return address;
 918 }
 919
 920 static unsigned long dma_ops_alloc_addresses(struct device *dev,
 921                                              struct dma_ops_domain *dom,
 922                                              unsigned int pages,
 923                                              unsigned long align_mask,
 924                                              u64 dma_mask)
 925 {
 926         unsigned long address;
 927
 928 #ifdef CONFIG_IOMMU_STRESS
 929         dom->next_address = 0;
 930         dom->need_flush = true;
 931 #endif
 932
 933         address = dma_ops_area_alloc(dev, dom, pages, align_mask,
 934                                      dma_mask, dom->next_address);
 935
 936         if (address == -1) {
 937                 dom->next_address = 0;
 938                 address = dma_ops_area_alloc(dev, dom, pages, align_mask,
 939                                              dma_mask, 0);
 940                 dom->need_flush = true;
 941         }
 942
 943         if (unlikely(address == -1))
 944                 address = DMA_ERROR_CODE;
 945
 946         WARN_ON((address + (PAGE_SIZE*pages)) > dom->aperture_size);
 947
 948         return address;
 949 }
 950
 951 /*
 952  * The address free function.
 953  *
 954  * called with domain->lock held
 955  */
 956 static void dma_ops_free_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
 957                                    unsigned long address,
 958                                    unsigned int pages)
 959 {
 960         unsigned i = address >> APERTURE_RANGE_SHIFT;
 961         struct aperture_range *range = dom->aperture[i];
 962
 963         BUG_ON(i >= APERTURE_MAX_RANGES || range == NULL);
 964
 965 #ifdef CONFIG_IOMMU_STRESS
 966         if (i < 4)
 967                 return;
 968 #endif
 969
 970         if (address >= dom->next_address)
 971                 dom->need_flush = true;
 972
 973         address = (address % APERTURE_RANGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
 974
 975         iommu_area_free(range->bitmap, address, pages);
 976
 977 }
 978
 979 /****************************************************************************
 980  *
 981  * The next functions belong to the domain allocation. A domain is
 982  * allocated for every IOMMU as the default domain. If device isolation
 983  * is enabled, every device get its own domain. The most important thing
 984  * about domains is the page table mapping the DMA address space they
 985  * contain.
 986  *
 987  ****************************************************************************/
 988
 989 /*
 990  * This function adds a protection domain to the global protection domain list
 991  */
 992 static void add_domain_to_list(struct protection_domain *domain)
 993 {
 994         unsigned long flags;
 995
 996         spin_lock_irqsave(&amd_iommu_pd_lock, flags);
 997         list_add(&domain->list, &amd_iommu_pd_list);
 998         spin_unlock_irqrestore(&amd_iommu_pd_lock, flags);
 999 }
1000
1001 /*
1002  * This function removes a protection domain to the global
1003  * protection domain list
1004  */
1005 static void del_domain_from_list(struct protection_domain *domain)
1006 {
1007         unsigned long flags;
1008
1009         spin_lock_irqsave(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1010         list_del(&domain->list);
1011         spin_unlock_irqrestore(&amd_iommu_pd_lock, flags);
1012 }
1013
1014 static u16 domain_id_alloc(void)
1015 {
1016         unsigned long flags;
1017         int id;
1018
1019         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1020         id = find_first_zero_bit(amd_iommu_pd_alloc_bitmap, MAX_DOMAIN_ID);
1021         BUG_ON(id == 0);
1022         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
1023                 __set_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
1024         else
1025                 id = 0;
1026         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1027
1028         return id;
1029 }
1030
1031 static void domain_id_free(int id)
1032 {
1033         unsigned long flags;
1034
1035         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1036         if (id > 0 && id < MAX_DOMAIN_ID)
1037                 __clear_bit(id, amd_iommu_pd_alloc_bitmap);
1038         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1039 }
1040
1041 /*
1042  * Used to reserve address ranges in the aperture (e.g. for exclusion
1043  * ranges.
1044  */
1045 static void dma_ops_reserve_addresses(struct dma_ops_domain *dom,
1046                                       unsigned long start_page,
1047                                       unsigned int pages)
1048 {
1049         unsigned int i, last_page = dom->aperture_size >> PAGE_SHIFT;
1050
1051         if (start_page + pages > last_page)
1052                 pages = last_page - start_page;
1053
1054         for (i = start_page; i < start_page + pages; ++i) {
1055                 int index = i / APERTURE_RANGE_PAGES;
1056                 int page  = i % APERTURE_RANGE_PAGES;
1057                 __set_bit(page, dom->aperture[index]->bitmap);
1058         }
1059 }
1060
1061 static void free_pagetable(struct protection_domain *domain)
1062 {
1063         int i, j;
1064         u64 *p1, *p2, *p3;
1065
1066         p1 = domain->pt_root;
1067
1068         if (!p1)
1069                 return;
1070
1071         for (i = 0; i < 512; ++i) {
1072                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p1[i]))
1073                         continue;
1074
1075                 p2 = IOMMU_PTE_PAGE(p1[i]);
1076                 for (j = 0; j < 512; ++j) {
1077                         if (!IOMMU_PTE_PRESENT(p2[j]))
1078                                 continue;
1079                         p3 = IOMMU_PTE_PAGE(p2[j]);
1080                         free_page((unsigned long)p3);
1081                 }
1082
1083                 free_page((unsigned long)p2);
1084         }
1085
1086         free_page((unsigned long)p1);
1087
1088         domain->pt_root = NULL;
1089 }
1090
1091 /*
1092  * Free a domain, only used if something went wrong in the
1093  * allocation path and we need to free an already allocated page table
1094  */
1095 static void dma_ops_domain_free(struct dma_ops_domain *dom)
1096 {
1097         int i;
1098
1099         if (!dom)
1100                 return;
1101
1102         del_domain_from_list(&dom->domain);
1103
1104         free_pagetable(&dom->domain);
1105
1106         for (i = 0; i < APERTURE_MAX_RANGES; ++i) {
1107                 if (!dom->aperture[i])
1108                         continue;
1109                 free_page((unsigned long)dom->aperture[i]->bitmap);
1110                 kfree(dom->aperture[i]);
1111         }
1112
1113         kfree(dom);
1114 }
1115
1116 /*
1117  * Allocates a new protection domain usable for the dma_ops functions.
1118  * It also intializes the page table and the address allocator data
1119  * structures required for the dma_ops interface
1120  */
1121 static struct dma_ops_domain *dma_ops_domain_alloc(struct amd_iommu *iommu)
1122 {
1123         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1124
1125         dma_dom = kzalloc(sizeof(struct dma_ops_domain), GFP_KERNEL);
1126         if (!dma_dom)
1127                 return NULL;
1128
1129         spin_lock_init(&dma_dom->domain.lock);
1130
1131         dma_dom->domain.id = domain_id_alloc();
1132         if (dma_dom->domain.id == 0)
1133                 goto free_dma_dom;
1134         dma_dom->domain.mode = PAGE_MODE_2_LEVEL;
1135         dma_dom->domain.pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
1136         dma_dom->domain.flags = PD_DMA_OPS_MASK;
1137         dma_dom->domain.priv = dma_dom;
1138         if (!dma_dom->domain.pt_root)
1139                 goto free_dma_dom;
1140
1141         dma_dom->need_flush = false;
1142         dma_dom->target_dev = 0xffff;
1143
1144         add_domain_to_list(&dma_dom->domain);
1145
1146         if (alloc_new_range(iommu, dma_dom, true, GFP_KERNEL))
1147                 goto free_dma_dom;
1148
1149         /*
1150          * mark the first page as allocated so we never return 0 as
1151          * a valid dma-address. So we can use 0 as error value
1152          */
1153         dma_dom->aperture[0]->bitmap[0] = 1;
1154         dma_dom->next_address = 0;
1155
1156
1157         return dma_dom;
1158
1159 free_dma_dom:
1160         dma_ops_domain_free(dma_dom);
1161
1162         return NULL;
1163 }
1164
1165 /*
1166  * little helper function to check whether a given protection domain is a
1167  * dma_ops domain
1168  */
1169 static bool dma_ops_domain(struct protection_domain *domain)
1170 {
1171         return domain->flags & PD_DMA_OPS_MASK;
1172 }
1173
1174 /*
1175  * Find out the protection domain structure for a given PCI device. This
1176  * will give us the pointer to the page table root for example.
1177  */
1178 static struct protection_domain *domain_for_device(u16 devid)
1179 {
1180         struct protection_domain *dom;
1181         unsigned long flags;
1182
1183         read_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1184         dom = amd_iommu_pd_table[devid];
1185         read_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1186
1187         return dom;
1188 }
1189
1190 static void set_dte_entry(u16 devid, struct protection_domain *domain)
1191 {
1192         u64 pte_root = virt_to_phys(domain->pt_root);
1193
1194         pte_root |= (domain->mode & DEV_ENTRY_MODE_MASK)
1195                     << DEV_ENTRY_MODE_SHIFT;
1196         pte_root |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
1197
1198         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = domain->id;
1199         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = upper_32_bits(pte_root);
1200         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = lower_32_bits(pte_root);
1201
1202         amd_iommu_pd_table[devid] = domain;
1203 }
1204
1205 /*
1206  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
1207  * assigns it visible for the hardware
1208  */
1209 static void __attach_device(struct amd_iommu *iommu,
1210                             struct protection_domain *domain,
1211                             u16 devid)
1212 {
1213         /* lock domain */
1214         spin_lock(&domain->lock);
1215
1216         /* update DTE entry */
1217         set_dte_entry(devid, domain);
1218
1219         /* Do reference counting */
1220         domain->dev_iommu[iommu->index] += 1;
1221         domain->dev_cnt                 += 1;
1222
1223         /* ready */
1224         spin_unlock(&domain->lock);
1225 }
1226
1227 /*
1228  * If a device is not yet associated with a domain, this function does
1229  * assigns it visible for the hardware
1230  */
1231 static void attach_device(struct amd_iommu *iommu,
1232                           struct protection_domain *domain,
1233                           u16 devid)
1234 {
1235         unsigned long flags;
1236
1237         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1238         __attach_device(iommu, domain, devid);
1239         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1240
1241         /*
1242          * We might boot into a crash-kernel here. The crashed kernel
1243          * left the caches in the IOMMU dirty. So we have to flush
1244          * here to evict all dirty stuff.
1245          */
1246         iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, devid);
1247         iommu_flush_tlb_pde(domain);
1248 }
1249
1250 /*
1251  * Removes a device from a protection domain (unlocked)
1252  */
1253 static void __detach_device(struct protection_domain *domain, u16 devid)
1254 {
1255         struct amd_iommu *iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1256
1257         BUG_ON(!iommu);
1258
1259         /* lock domain */
1260         spin_lock(&domain->lock);
1261
1262         /* remove domain from the lookup table */
1263         amd_iommu_pd_table[devid] = NULL;
1264
1265         /* remove entry from the device table seen by the hardware */
1266         amd_iommu_dev_table[devid].data[0] = IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_TV;
1267         amd_iommu_dev_table[devid].data[1] = 0;
1268         amd_iommu_dev_table[devid].data[2] = 0;
1269
1270         amd_iommu_apply_erratum_63(devid);
1271
1272         /* decrease reference counters */
1273         domain->dev_iommu[iommu->index] -= 1;
1274         domain->dev_cnt                 -= 1;
1275
1276         /* ready */
1277         spin_unlock(&domain->lock);
1278
1279         /*
1280          * If we run in passthrough mode the device must be assigned to the
1281          * passthrough domain if it is detached from any other domain
1282          */
1283         if (iommu_pass_through) {
1284                 struct amd_iommu *iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1285                 __attach_device(iommu, pt_domain, devid);
1286         }
1287 }
1288
1289 /*
1290  * Removes a device from a protection domain (with devtable_lock held)
1291  */
1292 static void detach_device(struct protection_domain *domain, u16 devid)
1293 {
1294         unsigned long flags;
1295
1296         /* lock device table */
1297         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1298         __detach_device(domain, devid);
1299         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1300 }
1301
1302 static int device_change_notifier(struct notifier_block *nb,
1303                                   unsigned long action, void *data)
1304 {
1305         struct device *dev = data;
1306         struct pci_dev *pdev = to_pci_dev(dev);
1307         u16 devid = calc_devid(pdev->bus->number, pdev->devfn);
1308         struct protection_domain *domain;
1309         struct dma_ops_domain *dma_domain;
1310         struct amd_iommu *iommu;
1311         unsigned long flags;
1312
1313         if (devid > amd_iommu_last_bdf)
1314                 goto out;
1315
1316         devid = amd_iommu_alias_table[devid];
1317
1318         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
1319         if (iommu == NULL)
1320                 goto out;
1321
1322         domain = domain_for_device(devid);
1323
1324         if (domain && !dma_ops_domain(domain))
1325                 WARN_ONCE(1, "AMD IOMMU WARNING: device %s already bound "
1326                           "to a non-dma-ops domain\n", dev_name(dev));
1327
1328         switch (action) {
1329         case BUS_NOTIFY_UNBOUND_DRIVER:
1330                 if (!domain)
1331                         goto out;
1332                 if (iommu_pass_through)
1333                         break;
1334                 detach_device(domain, devid);
1335                 break;
1336         case BUS_NOTIFY_ADD_DEVICE:
1337                 /* allocate a protection domain if a device is added */
1338                 dma_domain = find_protection_domain(devid);
1339                 if (dma_domain)
1340                         goto out;
1341                 dma_domain = dma_ops_domain_alloc(iommu);
1342                 if (!dma_domain)
1343                         goto out;
1344                 dma_domain->target_dev = devid;
1345
1346                 spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
1347                 list_add_tail(&dma_domain->list, &iommu_pd_list);
1348                 spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
1349
1350                 break;
1351         default:
1352                 goto out;
1353         }
1354
1355         iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, devid);
1356         iommu_completion_wait(iommu);
1357
1358 out:
1359         return 0;
1360 }
1361
1362 static struct notifier_block device_nb = {
1363         .notifier_call = device_change_notifier,
1364 };
1365
1366 /*****************************************************************************
1367  *
1368  * The next functions belong to the dma_ops mapping/unmapping code.
1369  *
1370  *****************************************************************************/
1371
1372 /*
1373  * This function checks if the driver got a valid device from the caller to
1374  * avoid dereferencing invalid pointers.
1375  */
1376 static bool check_device(struct device *dev)
1377 {
1378         u16 bdf;
1379         struct pci_dev *pcidev;
1380
1381         if (!dev || !dev->dma_mask)
1382                 return false;
1383
1384         /* No device or no PCI device */
1385         if (!dev || dev->bus != &pci_bus_type)
1386                 return false;
1387
1388         pcidev = to_pci_dev(dev);
1389
1390         bdf = calc_devid(pcidev->bus->number, pcidev->devfn);
1391
1392         /* Out of our scope? */
1393         if (bdf > amd_iommu_last_bdf)
1394                 return false;
1395
1396         if (amd_iommu_rlookup_table[bdf] == NULL)
1397                 return false;
1398
1399         return true;
1400 }
1401
1402 /*
1403  * In this function the list of preallocated protection domains is traversed to
1404  * find the domain for a specific device
1405  */
1406 static struct dma_ops_domain *find_protection_domain(u16 devid)
1407 {
1408         struct dma_ops_domain *entry, *ret = NULL;
1409         unsigned long flags;
1410
1411         if (list_empty(&iommu_pd_list))
1412                 return NULL;
1413
1414         spin_lock_irqsave(&iommu_pd_list_lock, flags);
1415
1416         list_for_each_entry(entry, &iommu_pd_list, list) {
1417                 if (entry->target_dev == devid) {
1418                         ret = entry;
1419                         break;
1420                 }
1421         }
1422
1423         spin_unlock_irqrestore(&iommu_pd_list_lock, flags);
1424
1425         return ret;
1426 }
1427
1428 /*
1429  * In the dma_ops path we only have the struct device. This function
1430  * finds the corresponding IOMMU, the protection domain and the
1431  * requestor id for a given device.
1432  * If the device is not yet associated with a domain this is also done
1433  * in this function.
1434  */
1435 static int get_device_resources(struct device *dev,
1436                                 struct amd_iommu **iommu,
1437                                 struct protection_domain **domain,
1438                                 u16 *bdf)
1439 {
1440         struct dma_ops_domain *dma_dom;
1441         struct pci_dev *pcidev;
1442         u16 _bdf;
1443
1444         *iommu = NULL;
1445         *domain = NULL;
1446         *bdf = 0xffff;
1447
1448         if (dev->bus != &pci_bus_type)
1449                 return 0;
1450
1451         pcidev = to_pci_dev(dev);
1452         _bdf = calc_devid(pcidev->bus->number, pcidev->devfn);
1453
1454         /* device not translated by any IOMMU in the system? */
1455         if (_bdf > amd_iommu_last_bdf)
1456                 return 0;
1457
1458         *bdf = amd_iommu_alias_table[_bdf];
1459
1460         *iommu = amd_iommu_rlookup_table[*bdf];
1461         if (*iommu == NULL)
1462                 return 0;
1463         *domain = domain_for_device(*bdf);
1464         if (*domain == NULL) {
1465                 dma_dom = find_protection_domain(*bdf);
1466                 if (!dma_dom)
1467                         dma_dom = (*iommu)->default_dom;
1468                 *domain = &dma_dom->domain;
1469                 attach_device(*iommu, *domain, *bdf);
1470                 DUMP_printk("Using protection domain %d for device %s\n",
1471                             (*domain)->id, dev_name(dev));
1472         }
1473
1474         if (domain_for_device(_bdf) == NULL)
1475                 attach_device(*iommu, *domain, _bdf);
1476
1477         return 1;
1478 }
1479
1480 static void update_device_table(struct protection_domain *domain)
1481 {
1482         unsigned long flags;
1483         int i;
1484
1485         for (i = 0; i <= amd_iommu_last_bdf; ++i) {
1486                 if (amd_iommu_pd_table[i] != domain)
1487                         continue;
1488                 write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1489                 set_dte_entry(i, domain);
1490                 write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
1491         }
1492 }
1493
1494 static void update_domain(struct protection_domain *domain)
1495 {
1496         if (!domain->updated)
1497                 return;
1498
1499         update_device_table(domain);
1500         flush_devices_by_domain(domain);
1501         iommu_flush_tlb_pde(domain);
1502
1503         domain->updated = false;
1504 }
1505
1506 /*
1507  * This function is used to add another level to an IO page table. Adding
1508  * another level increases the size of the address space by 9 bits to a size up
1509  * to 64 bits.
1510  */
1511 static bool increase_address_space(struct protection_domain *domain,
1512                                    gfp_t gfp)
1513 {
1514         u64 *pte;
1515
1516         if (domain->mode == PAGE_MODE_6_LEVEL)
1517                 /* address space already 64 bit large */
1518                 return false;
1519
1520         pte = (void *)get_zeroed_page(gfp);
1521         if (!pte)
1522                 return false;
1523
1524         *pte             = PM_LEVEL_PDE(domain->mode,
1525                                         virt_to_phys(domain->pt_root));
1526         domain->pt_root  = pte;
1527         domain->mode    += 1;
1528         domain->updated  = true;
1529
1530         return true;
1531 }
1532
1533 static u64 *alloc_pte(struct protection_domain *domain,
1534                       unsigned long address,
1535                       int end_lvl,
1536                       u64 **pte_page,
1537                       gfp_t gfp)
1538 {
1539         u64 *pte, *page;
1540         int level;
1541
1542         while (address > PM_LEVEL_SIZE(domain->mode))
1543                 increase_address_space(domain, gfp);
1544
1545         level =  domain->mode - 1;
1546         pte   = &domain->pt_root[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
1547
1548         while (level > end_lvl) {
1549                 if (!IOMMU_PTE_PRESENT(*pte)) {
1550                         page = (u64 *)get_zeroed_page(gfp);
1551                         if (!page)
1552                                 return NULL;
1553                         *pte = PM_LEVEL_PDE(level, virt_to_phys(page));
1554                 }
1555
1556                 level -= 1;
1557
1558                 pte = IOMMU_PTE_PAGE(*pte);
1559
1560                 if (pte_page && level == end_lvl)
1561                         *pte_page = pte;
1562
1563                 pte = &pte[PM_LEVEL_INDEX(level, address)];
1564         }
1565
1566         return pte;
1567 }
1568
1569 /*
1570  * This function fetches the PTE for a given address in the aperture
1571  */
1572 static u64* dma_ops_get_pte(struct dma_ops_domain *dom,
1573                             unsigned long address)
1574 {
1575         struct aperture_range *aperture;
1576         u64 *pte, *pte_page;
1577
1578         aperture = dom->aperture[APERTURE_RANGE_INDEX(address)];
1579         if (!aperture)
1580                 return NULL;
1581
1582         pte = aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)];
1583         if (!pte) {
1584                 pte = alloc_pte(&dom->domain, address, PM_MAP_4k, &pte_page,
1585                                 GFP_ATOMIC);
1586                 aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)] = pte_page;
1587         } else
1588                 pte += PM_LEVEL_INDEX(0, address);
1589
1590         update_domain(&dom->domain);
1591
1592         return pte;
1593 }
1594
1595 /*
1596  * This is the generic map function. It maps one 4kb page at paddr to
1597  * the given address in the DMA address space for the domain.
1598  */
1599 static dma_addr_t dma_ops_domain_map(struct amd_iommu *iommu,
1600                                      struct dma_ops_domain *dom,
1601                                      unsigned long address,
1602                                      phys_addr_t paddr,
1603                                      int direction)
1604 {
1605         u64 *pte, __pte;
1606
1607         WARN_ON(address > dom->aperture_size);
1608
1609         paddr &= PAGE_MASK;
1610
1611         pte  = dma_ops_get_pte(dom, address);
1612         if (!pte)
1613                 return DMA_ERROR_CODE;
1614
1615         __pte = paddr | IOMMU_PTE_P | IOMMU_PTE_FC;
1616
1617         if (direction == DMA_TO_DEVICE)
1618                 __pte |= IOMMU_PTE_IR;
1619         else if (direction == DMA_FROM_DEVICE)
1620                 __pte |= IOMMU_PTE_IW;
1621         else if (direction == DMA_BIDIRECTIONAL)
1622                 __pte |= IOMMU_PTE_IR | IOMMU_PTE_IW;
1623
1624         WARN_ON(*pte);
1625
1626         *pte = __pte;
1627
1628         return (dma_addr_t)address;
1629 }
1630
1631 /*
1632  * The generic unmapping function for on page in the DMA address space.
1633  */
1634 static void dma_ops_domain_unmap(struct amd_iommu *iommu,
1635                                  struct dma_ops_domain *dom,
1636                                  unsigned long address)
1637 {
1638         struct aperture_range *aperture;
1639         u64 *pte;
1640
1641         if (address >= dom->aperture_size)
1642                 return;
1643
1644         aperture = dom->aperture[APERTURE_RANGE_INDEX(address)];
1645         if (!aperture)
1646                 return;
1647
1648         pte  = aperture->pte_pages[APERTURE_PAGE_INDEX(address)];
1649         if (!pte)
1650                 return;
1651
1652         pte += PM_LEVEL_INDEX(0, address);
1653
1654         WARN_ON(!*pte);
1655
1656         *pte = 0ULL;
1657 }
1658
1659 /*
1660  * This function contains common code for mapping of a physically
1661  * contiguous memory region into DMA address space. It is used by all
1662  * mapping functions provided with this IOMMU driver.
1663  * Must be called with the domain lock held.
1664  */
1665 static dma_addr_t __map_single(struct device *dev,
1666                                struct amd_iommu *iommu,
1667                                struct dma_ops_domain *dma_dom,
1668                                phys_addr_t paddr,
1669                                size_t size,
1670                                int dir,
1671                                bool align,
1672                                u64 dma_mask)
1673 {
1674         dma_addr_t offset = paddr & ~PAGE_MASK;
1675         dma_addr_t address, start, ret;
1676         unsigned int pages;
1677         unsigned long align_mask = 0;
1678         int i;
1679
1680         pages = iommu_num_pages(paddr, size, PAGE_SIZE);
1681         paddr &= PAGE_MASK;
1682
1683         INC_STATS_COUNTER(total_map_requests);
1684
1685         if (pages > 1)
1686                 INC_STATS_COUNTER(cross_page);
1687
1688         if (align)
1689                 align_mask = (1UL << get_order(size)) - 1;
1690
1691 retry:
1692         address = dma_ops_alloc_addresses(dev, dma_dom, pages, align_mask,
1693                                           dma_mask);
1694         if (unlikely(address == DMA_ERROR_CODE)) {
1695                 /*
1696                  * setting next_address here will let the address
1697                  * allocator only scan the new allocated range in the
1698                  * first run. This is a small optimization.
1699                  */
1700                 dma_dom->next_address = dma_dom->aperture_size;
1701
1702                 if (alloc_new_range(iommu, dma_dom, false, GFP_ATOMIC))
1703                         goto out;
1704
1705                 /*
1706                  * aperture was sucessfully enlarged by 128 MB, try
1707                  * allocation again
1708                  */
1709                 goto retry;
1710         }
1711
1712         start = address;
1713         for (i = 0; i < pages; ++i) {
1714                 ret = dma_ops_domain_map(iommu, dma_dom, start, paddr, dir);
1715                 if (ret == DMA_ERROR_CODE)
1716                         goto out_unmap;
1717
1718                 paddr += PAGE_SIZE;
1719                 start += PAGE_SIZE;
1720         }
1721         address += offset;
1722
1723         ADD_STATS_COUNTER(alloced_io_mem, size);
1724
1725         if (unlikely(dma_dom->need_flush && !amd_iommu_unmap_flush)) {
1726                 iommu_flush_tlb(&dma_dom->domain);
1727                 dma_dom->need_flush = false;
1728         } else if (unlikely(amd_iommu_np_cache))
1729                 iommu_flush_pages(&dma_dom->domain, address, size);
1730
1731 out:
1732         return address;
1733
1734 out_unmap:
1735
1736         for (--i; i >= 0; --i) {
1737                 start -= PAGE_SIZE;
1738                 dma_ops_domain_unmap(iommu, dma_dom, start);
1739         }
1740
1741         dma_ops_free_addresses(dma_dom, address, pages);
1742
1743         return DMA_ERROR_CODE;
1744 }
1745
1746 /*
1747  * Does the reverse of the __map_single function. Must be called with
1748  * the domain lock held too
1749  */
1750 static void __unmap_single(struct amd_iommu *iommu,
1751                            struct dma_ops_domain *dma_dom,
1752                            dma_addr_t dma_addr,
1753                            size_t size,
1754                            int dir)
1755 {
1756         dma_addr_t i, start;
1757         unsigned int pages;
1758
1759         if ((dma_addr == DMA_ERROR_CODE) ||
1760             (dma_addr + size > dma_dom->aperture_size))
1761                 return;
1762
1763         pages = iommu_num_pages(dma_addr, size, PAGE_SIZE);
1764         dma_addr &= PAGE_MASK;
1765         start = dma_addr;
1766
1767         for (i = 0; i < pages; ++i) {
1768                 dma_ops_domain_unmap(iommu, dma_dom, start);
1769                 start += PAGE_SIZE;
1770         }
1771
1772         SUB_STATS_COUNTER(alloced_io_mem, size);
1773
1774         dma_ops_free_addresses(dma_dom, dma_addr, pages);
1775
1776         if (amd_iommu_unmap_flush || dma_dom->need_flush) {
1777                 iommu_flush_pages(&dma_dom->domain, dma_addr, size);
1778                 dma_dom->need_flush = false;
1779         }
1780 }
1781
1782 /*
1783  * The exported map_single function for dma_ops.
1784  */
1785 static dma_addr_t map_page(struct device *dev, struct page *page,
1786                            unsigned long offset, size_t size,
1787                            enum dma_data_direction dir,
1788                            struct dma_attrs *attrs)
1789 {
1790         unsigned long flags;
1791         struct amd_iommu *iommu;
1792         struct protection_domain *domain;
1793         u16 devid;
1794         dma_addr_t addr;
1795         u64 dma_mask;
1796         phys_addr_t paddr = page_to_phys(page) + offset;
1797
1798         INC_STATS_COUNTER(cnt_map_single);
1799
1800         if (!check_device(dev))
1801                 return DMA_ERROR_CODE;
1802
1803         dma_mask = *dev->dma_mask;
1804
1805         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1806
1807         if (iommu == NULL || domain == NULL)
1808                 /* device not handled by any AMD IOMMU */
1809                 return (dma_addr_t)paddr;
1810
1811         if (!dma_ops_domain(domain))
1812                 return DMA_ERROR_CODE;
1813
1814         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1815         addr = __map_single(dev, iommu, domain->priv, paddr, size, dir, false,
1816                             dma_mask);
1817         if (addr == DMA_ERROR_CODE)
1818                 goto out;
1819
1820         iommu_flush_complete(domain);
1821
1822 out:
1823         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1824
1825         return addr;
1826 }
1827
1828 /*
1829  * The exported unmap_single function for dma_ops.
1830  */
1831 static void unmap_page(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr, size_t size,
1832                        enum dma_data_direction dir, struct dma_attrs *attrs)
1833 {
1834         unsigned long flags;
1835         struct amd_iommu *iommu;
1836         struct protection_domain *domain;
1837         u16 devid;
1838
1839         INC_STATS_COUNTER(cnt_unmap_single);
1840
1841         if (!check_device(dev) ||
1842             !get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1843                 /* device not handled by any AMD IOMMU */
1844                 return;
1845
1846         if (!dma_ops_domain(domain))
1847                 return;
1848
1849         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1850
1851         __unmap_single(iommu, domain->priv, dma_addr, size, dir);
1852
1853         iommu_flush_complete(domain);
1854
1855         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1856 }
1857
1858 /*
1859  * This is a special map_sg function which is used if we should map a
1860  * device which is not handled by an AMD IOMMU in the system.
1861  */
1862 static int map_sg_no_iommu(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1863                            int nelems, int dir)
1864 {
1865         struct scatterlist *s;
1866         int i;
1867
1868         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1869                 s->dma_address = (dma_addr_t)sg_phys(s);
1870                 s->dma_length  = s->length;
1871         }
1872
1873         return nelems;
1874 }
1875
1876 /*
1877  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1878  * lists).
1879  */
1880 static int map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1881                   int nelems, enum dma_data_direction dir,
1882                   struct dma_attrs *attrs)
1883 {
1884         unsigned long flags;
1885         struct amd_iommu *iommu;
1886         struct protection_domain *domain;
1887         u16 devid;
1888         int i;
1889         struct scatterlist *s;
1890         phys_addr_t paddr;
1891         int mapped_elems = 0;
1892         u64 dma_mask;
1893
1894         INC_STATS_COUNTER(cnt_map_sg);
1895
1896         if (!check_device(dev))
1897                 return 0;
1898
1899         dma_mask = *dev->dma_mask;
1900
1901         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
1902
1903         if (!iommu || !domain)
1904                 return map_sg_no_iommu(dev, sglist, nelems, dir);
1905
1906         if (!dma_ops_domain(domain))
1907                 return 0;
1908
1909         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1910
1911         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1912                 paddr = sg_phys(s);
1913
1914                 s->dma_address = __map_single(dev, iommu, domain->priv,
1915                                               paddr, s->length, dir, false,
1916                                               dma_mask);
1917
1918                 if (s->dma_address) {
1919                         s->dma_length = s->length;
1920                         mapped_elems++;
1921                 } else
1922                         goto unmap;
1923         }
1924
1925         iommu_flush_complete(domain);
1926
1927 out:
1928         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1929
1930         return mapped_elems;
1931 unmap:
1932         for_each_sg(sglist, s, mapped_elems, i) {
1933                 if (s->dma_address)
1934                         __unmap_single(iommu, domain->priv, s->dma_address,
1935                                        s->dma_length, dir);
1936                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
1937         }
1938
1939         mapped_elems = 0;
1940
1941         goto out;
1942 }
1943
1944 /*
1945  * The exported map_sg function for dma_ops (handles scatter-gather
1946  * lists).
1947  */
1948 static void unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sglist,
1949                      int nelems, enum dma_data_direction dir,
1950                      struct dma_attrs *attrs)
1951 {
1952         unsigned long flags;
1953         struct amd_iommu *iommu;
1954         struct protection_domain *domain;
1955         struct scatterlist *s;
1956         u16 devid;
1957         int i;
1958
1959         INC_STATS_COUNTER(cnt_unmap_sg);
1960
1961         if (!check_device(dev) ||
1962             !get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
1963                 return;
1964
1965         if (!dma_ops_domain(domain))
1966                 return;
1967
1968         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
1969
1970         for_each_sg(sglist, s, nelems, i) {
1971                 __unmap_single(iommu, domain->priv, s->dma_address,
1972                                s->dma_length, dir);
1973                 s->dma_address = s->dma_length = 0;
1974         }
1975
1976         iommu_flush_complete(domain);
1977
1978         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
1979 }
1980
1981 /*
1982  * The exported alloc_coherent function for dma_ops.
1983  */
1984 static void *alloc_coherent(struct device *dev, size_t size,
1985                             dma_addr_t *dma_addr, gfp_t flag)
1986 {
1987         unsigned long flags;
1988         void *virt_addr;
1989         struct amd_iommu *iommu;
1990         struct protection_domain *domain;
1991         u16 devid;
1992         phys_addr_t paddr;
1993         u64 dma_mask = dev->coherent_dma_mask;
1994
1995         INC_STATS_COUNTER(cnt_alloc_coherent);
1996
1997         if (!check_device(dev))
1998                 return NULL;
1999
2000         if (!get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid))
2001                 flag &= ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM | __GFP_DMA32);
2002
2003         flag |= __GFP_ZERO;
2004         virt_addr = (void *)__get_free_pages(flag, get_order(size));
2005         if (!virt_addr)
2006                 return NULL;
2007
2008         paddr = virt_to_phys(virt_addr);
2009
2010         if (!iommu || !domain) {
2011                 *dma_addr = (dma_addr_t)paddr;
2012                 return virt_addr;
2013         }
2014
2015         if (!dma_ops_domain(domain))
2016                 goto out_free;
2017
2018         if (!dma_mask)
2019                 dma_mask = *dev->dma_mask;
2020
2021         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2022
2023         *dma_addr = __map_single(dev, iommu, domain->priv, paddr,
2024                                  size, DMA_BIDIRECTIONAL, true, dma_mask);
2025
2026         if (*dma_addr == DMA_ERROR_CODE) {
2027                 spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2028                 goto out_free;
2029         }
2030
2031         iommu_flush_complete(domain);
2032
2033         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2034
2035         return virt_addr;
2036
2037 out_free:
2038
2039         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
2040
2041         return NULL;
2042 }
2043
2044 /*
2045  * The exported free_coherent function for dma_ops.
2046  */
2047 static void free_coherent(struct device *dev, size_t size,
2048                           void *virt_addr, dma_addr_t dma_addr)
2049 {
2050         unsigned long flags;
2051         struct amd_iommu *iommu;
2052         struct protection_domain *domain;
2053         u16 devid;
2054
2055         INC_STATS_COUNTER(cnt_free_coherent);
2056
2057         if (!check_device(dev))
2058                 return;
2059
2060         get_device_resources(dev, &iommu, &domain, &devid);
2061
2062         if (!iommu || !domain)
2063                 goto free_mem;
2064
2065         if (!dma_ops_domain(domain))
2066                 goto free_mem;
2067
2068         spin_lock_irqsave(&domain->lock, flags);
2069
2070         __unmap_single(iommu, domain->priv, dma_addr, size, DMA_BIDIRECTIONAL);
2071
2072         iommu_flush_complete(domain);
2073
2074         spin_unlock_irqrestore(&domain->lock, flags);
2075
2076 free_mem:
2077         free_pages((unsigned long)virt_addr, get_order(size));
2078 }
2079
2080 /*
2081  * This function is called by the DMA layer to find out if we can handle a
2082  * particular device. It is part of the dma_ops.
2083  */
2084 static int amd_iommu_dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
2085 {
2086         return check_device(dev);
2087 }
2088
2089 /*
2090  * The function for pre-allocating protection domains.
2091  *
2092  * If the driver core informs the DMA layer if a driver grabs a device
2093  * we don't need to preallocate the protection domains anymore.
2094  * For now we have to.
2095  */
2096 static void prealloc_protection_domains(void)
2097 {
2098         struct pci_dev *dev = NULL;
2099         struct dma_ops_domain *dma_dom;
2100         struct amd_iommu *iommu;
2101         u16 devid, __devid;
2102
2103         while ((dev = pci_get_device(PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, dev)) != NULL) {
2104                 __devid = devid = calc_devid(dev->bus->number, dev->devfn);
2105                 if (devid > amd_iommu_last_bdf)
2106                         continue;
2107                 devid = amd_iommu_alias_table[devid];
2108                 if (domain_for_device(devid))
2109                         continue;
2110                 iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
2111                 if (!iommu)
2112                         continue;
2113                 dma_dom = dma_ops_domain_alloc(iommu);
2114                 if (!dma_dom)
2115                         continue;
2116                 init_unity_mappings_for_device(dma_dom, devid);
2117                 dma_dom->target_dev = devid;
2118
2119                 attach_device(iommu, &dma_dom->domain, devid);
2120                 if (__devid != devid)
2121                         attach_device(iommu, &dma_dom->domain, __devid);
2122
2123                 list_add_tail(&dma_dom->list, &iommu_pd_list);
2124         }
2125 }
2126
2127 static struct dma_map_ops amd_iommu_dma_ops = {
2128         .alloc_coherent = alloc_coherent,
2129         .free_coherent = free_coherent,
2130         .map_page = map_page,
2131         .unmap_page = unmap_page,
2132         .map_sg = map_sg,
2133         .unmap_sg = unmap_sg,
2134         .dma_supported = amd_iommu_dma_supported,
2135 };
2136
2137 /*
2138  * The function which clues the AMD IOMMU driver into dma_ops.
2139  */
2140 int __init amd_iommu_init_dma_ops(void)
2141 {
2142         struct amd_iommu *iommu;
2143         int ret;
2144
2145         /*
2146          * first allocate a default protection domain for every IOMMU we
2147          * found in the system. Devices not assigned to any other
2148          * protection domain will be assigned to the default one.
2149          */
2150         for_each_iommu(iommu) {
2151                 iommu->default_dom = dma_ops_domain_alloc(iommu);
2152                 if (iommu->default_dom == NULL)
2153                         return -ENOMEM;
2154                 iommu->default_dom->domain.flags |= PD_DEFAULT_MASK;
2155                 ret = iommu_init_unity_mappings(iommu);
2156                 if (ret)
2157                         goto free_domains;
2158         }
2159
2160         /*
2161          * If device isolation is enabled, pre-allocate the protection
2162          * domains for each device.
2163          */
2164         if (amd_iommu_isolate)
2165                 prealloc_protection_domains();
2166
2167         iommu_detected = 1;
2168         swiotlb = 0;
2169 #ifdef CONFIG_GART_IOMMU
2170         gart_iommu_aperture_disabled = 1;
2171         gart_iommu_aperture = 0;
2172 #endif
2173
2174         /* Make the driver finally visible to the drivers */
2175         dma_ops = &amd_iommu_dma_ops;
2176
2177         register_iommu(&amd_iommu_ops);
2178
2179         bus_register_notifier(&pci_bus_type, &device_nb);
2180
2181         amd_iommu_stats_init();
2182
2183         return 0;
2184
2185 free_domains:
2186
2187         for_each_iommu(iommu) {
2188                 if (iommu->default_dom)
2189                         dma_ops_domain_free(iommu->default_dom);
2190         }
2191
2192         return ret;
2193 }
2194
2195 /*****************************************************************************
2196  *
2197  * The following functions belong to the exported interface of AMD IOMMU
2198  *
2199  * This interface allows access to lower level functions of the IOMMU
2200  * like protection domain handling and assignement of devices to domains
2201  * which is not possible with the dma_ops interface.
2202  *
2203  *****************************************************************************/
2204
2205 static void cleanup_domain(struct protection_domain *domain)
2206 {
2207         unsigned long flags;
2208         u16 devid;
2209
2210         write_lock_irqsave(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
2211
2212         for (devid = 0; devid <= amd_iommu_last_bdf; ++devid)
2213                 if (amd_iommu_pd_table[devid] == domain)
2214                         __detach_device(domain, devid);
2215
2216         write_unlock_irqrestore(&amd_iommu_devtable_lock, flags);
2217 }
2218
2219 static void protection_domain_free(struct protection_domain *domain)
2220 {
2221         if (!domain)
2222                 return;
2223
2224         del_domain_from_list(domain);
2225
2226         if (domain->id)
2227                 domain_id_free(domain->id);
2228
2229         kfree(domain);
2230 }
2231
2232 static struct protection_domain *protection_domain_alloc(void)
2233 {
2234         struct protection_domain *domain;
2235
2236         domain = kzalloc(sizeof(*domain), GFP_KERNEL);
2237         if (!domain)
2238                 return NULL;
2239
2240         spin_lock_init(&domain->lock);
2241         domain->id = domain_id_alloc();
2242         if (!domain->id)
2243                 goto out_err;
2244
2245         add_domain_to_list(domain);
2246
2247         return domain;
2248
2249 out_err:
2250         kfree(domain);
2251
2252         return NULL;
2253 }
2254
2255 static int amd_iommu_domain_init(struct iommu_domain *dom)
2256 {
2257         struct protection_domain *domain;
2258
2259         domain = protection_domain_alloc();
2260         if (!domain)
2261                 goto out_free;
2262
2263         domain->mode    = PAGE_MODE_3_LEVEL;
2264         domain->pt_root = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
2265         if (!domain->pt_root)
2266                 goto out_free;
2267
2268         dom->priv = domain;
2269
2270         return 0;
2271
2272 out_free:
2273         protection_domain_free(domain);
2274
2275         return -ENOMEM;
2276 }
2277
2278 static void amd_iommu_domain_destroy(struct iommu_domain *dom)
2279 {
2280         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2281
2282         if (!domain)
2283                 return;
2284
2285         if (domain->dev_cnt > 0)
2286                 cleanup_domain(domain);
2287
2288         BUG_ON(domain->dev_cnt != 0);
2289
2290         free_pagetable(domain);
2291
2292         domain_id_free(domain->id);
2293
2294         kfree(domain);
2295
2296         dom->priv = NULL;
2297 }
2298
2299 static void amd_iommu_detach_device(struct iommu_domain *dom,
2300                                     struct device *dev)
2301 {
2302         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2303         struct amd_iommu *iommu;
2304         struct pci_dev *pdev;
2305         u16 devid;
2306
2307         if (dev->bus != &pci_bus_type)
2308                 return;
2309
2310         pdev = to_pci_dev(dev);
2311
2312         devid = calc_devid(pdev->bus->number, pdev->devfn);
2313
2314         if (devid > 0)
2315                 detach_device(domain, devid);
2316
2317         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
2318         if (!iommu)
2319                 return;
2320
2321         iommu_queue_inv_dev_entry(iommu, devid);
2322         iommu_completion_wait(iommu);
2323 }
2324
2325 static int amd_iommu_attach_device(struct iommu_domain *dom,
2326                                    struct device *dev)
2327 {
2328         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2329         struct protection_domain *old_domain;
2330         struct amd_iommu *iommu;
2331         struct pci_dev *pdev;
2332         u16 devid;
2333
2334         if (dev->bus != &pci_bus_type)
2335                 return -EINVAL;
2336
2337         pdev = to_pci_dev(dev);
2338
2339         devid = calc_devid(pdev->bus->number, pdev->devfn);
2340
2341         if (devid >= amd_iommu_last_bdf ||
2342                         devid != amd_iommu_alias_table[devid])
2343                 return -EINVAL;
2344
2345         iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid];
2346         if (!iommu)
2347                 return -EINVAL;
2348
2349         old_domain = domain_for_device(devid);
2350         if (old_domain)
2351                 detach_device(old_domain, devid);
2352
2353         attach_device(iommu, domain, devid);
2354
2355         iommu_completion_wait(iommu);
2356
2357         return 0;
2358 }
2359
2360 static int amd_iommu_map_range(struct iommu_domain *dom,
2361                                unsigned long iova, phys_addr_t paddr,
2362                                size_t size, int iommu_prot)
2363 {
2364         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2365         unsigned long i,  npages = iommu_num_pages(paddr, size, PAGE_SIZE);
2366         int prot = 0;
2367         int ret;
2368
2369         if (iommu_prot & IOMMU_READ)
2370                 prot |= IOMMU_PROT_IR;
2371         if (iommu_prot & IOMMU_WRITE)
2372                 prot |= IOMMU_PROT_IW;
2373
2374         iova  &= PAGE_MASK;
2375         paddr &= PAGE_MASK;
2376
2377         for (i = 0; i < npages; ++i) {
2378                 ret = iommu_map_page(domain, iova, paddr, prot, PM_MAP_4k);
2379                 if (ret)
2380                         return ret;
2381
2382                 iova  += PAGE_SIZE;
2383                 paddr += PAGE_SIZE;
2384         }
2385
2386         return 0;
2387 }
2388
2389 static void amd_iommu_unmap_range(struct iommu_domain *dom,
2390                                   unsigned long iova, size_t size)
2391 {
2392
2393         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2394         unsigned long i,  npages = iommu_num_pages(iova, size, PAGE_SIZE);
2395
2396         iova  &= PAGE_MASK;
2397
2398         for (i = 0; i < npages; ++i) {
2399                 iommu_unmap_page(domain, iova, PM_MAP_4k);
2400                 iova  += PAGE_SIZE;
2401         }
2402
2403         iommu_flush_tlb_pde(domain);
2404 }
2405
2406 static phys_addr_t amd_iommu_iova_to_phys(struct iommu_domain *dom,
2407                                           unsigned long iova)
2408 {
2409         struct protection_domain *domain = dom->priv;
2410         unsigned long offset = iova & ~PAGE_MASK;
2411         phys_addr_t paddr;
2412         u64 *pte;
2413
2414         pte = fetch_pte(domain, iova, PM_MAP_4k);
2415
2416         if (!pte || !IOMMU_PTE_PRESENT(*pte))
2417                 return 0;
2418
2419         paddr  = *pte & IOMMU_PAGE_MASK;
2420         paddr |= offset;
2421
2422         return paddr;
2423 }
2424
2425 static int amd_iommu_domain_has_cap(struct iommu_domain *domain,
2426                                     unsigned long cap)
2427 {
2428         return 0;
2429 }
2430
2431 static struct iommu_ops amd_iommu_ops = {
2432         .domain_init = amd_iommu_domain_init,
2433         .domain_destroy = amd_iommu_domain_destroy,
2434         .attach_dev = amd_iommu_attach_device,
2435         .detach_dev = amd_iommu_detach_device,
2436         .map = amd_iommu_map_range,
2437         .unmap = amd_iommu_unmap_range,
2438         .iova_to_phys = amd_iommu_iova_to_phys,
2439         .domain_has_cap = amd_iommu_domain_has_cap,
2440 };
2441
2442 /*****************************************************************************
2443  *
2444  * The next functions do a basic initialization of IOMMU for pass through
2445  * mode
2446  *
2447  * In passthrough mode the IOMMU is initialized and enabled but not used for
2448  * DMA-API translation.
2449  *
2450  *****************************************************************************/
2451
2452 int __init amd_iommu_init_passthrough(void)
2453 {
2454         struct pci_dev *dev = NULL;
2455         u16 devid, devid2;
2456
2457         /* allocate passthroug domain */
2458         pt_domain = protection_domain_alloc();
2459         if (!pt_domain)
2460                 return -ENOMEM;
2461
2462         pt_domain->mode |= PAGE_MODE_NONE;
2463
2464         while ((dev = pci_get_device(PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, dev)) != NULL) {
2465                 struct amd_iommu *iommu;
2466
2467                 devid = calc_devid(dev->bus->number, dev->devfn);
2468                 if (devid > amd_iommu_last_bdf)
2469                         continue;
2470
2471                 devid2 = amd_iommu_alias_table[devid];
2472
2473                 iommu = amd_iommu_rlookup_table[devid2];
2474                 if (!iommu)
2475                         continue;
2476
2477                 __attach_device(iommu, pt_domain, devid);
2478                 __attach_device(iommu, pt_domain, devid2);
2479         }
2480
2481         pr_info("AMD-Vi: Initialized for Passthrough Mode\n");
2482
2483         return 0;
2484 }