drivers/gpu/drm/i915/i915_gem_tiling.c

   1 /*
   2  * Copyright © 2008 Intel Corporation
   3  *
   4  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a
   5  * copy of this software and associated documentation files (the "Software"),
   6  * to deal in the Software without restriction, including without limitation
   7  * the rights to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense,
   8  * and/or sell copies of the Software, and to permit persons to whom the
   9  * Software is furnished to do so, subject to the following conditions:
  10  *
  11  * The above copyright notice and this permission notice (including the next
  12  * paragraph) shall be included in all copies or substantial portions of the
  13  * Software.
  14  *
  15  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
  16  * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
  17  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT.  IN NO EVENT SHALL
  18  * THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
  19  * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING
  20  * FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS
  21  * IN THE SOFTWARE.
  22  *
  23  * Authors:
  24  *    Eric Anholt <eric@anholt.net>
  25  *
  26  */
  27
  28 #include "linux/string.h"
  29 #include "linux/bitops.h"
  30 #include "drmP.h"
  31 #include "drm.h"
  32 #include "i915_drm.h"
  33 #include "i915_drv.h"
  34
  35 /** @file i915_gem_tiling.c
  36  *
  37  * Support for managing tiling state of buffer objects.
  38  *
  39  * The idea behind tiling is to increase cache hit rates by rearranging
  40  * pixel data so that a group of pixel accesses are in the same cacheline.
  41  * Performance improvement from doing this on the back/depth buffer are on
  42  * the order of 30%.
  43  *
  44  * Intel architectures make this somewhat more complicated, though, by
  45  * adjustments made to addressing of data when the memory is in interleaved
  46  * mode (matched pairs of DIMMS) to improve memory bandwidth.
  47  * For interleaved memory, the CPU sends every sequential 64 bytes
  48  * to an alternate memory channel so it can get the bandwidth from both.
  49  *
  50  * The GPU also rearranges its accesses for increased bandwidth to interleaved
  51  * memory, and it matches what the CPU does for non-tiled.  However, when tiled
  52  * it does it a little differently, since one walks addresses not just in the
  53  * X direction but also Y.  So, along with alternating channels when bit
  54  * 6 of the address flips, it also alternates when other bits flip --  Bits 9
  55  * (every 512 bytes, an X tile scanline) and 10 (every two X tile scanlines)
  56  * are common to both the 915 and 965-class hardware.
  57  *
  58  * The CPU also sometimes XORs in higher bits as well, to improve
  59  * bandwidth doing strided access like we do so frequently in graphics.  This
  60  * is called "Channel XOR Randomization" in the MCH documentation.  The result
  61  * is that the CPU is XORing in either bit 11 or bit 17 to bit 6 of its address
  62  * decode.
  63  *
  64  * All of this bit 6 XORing has an effect on our memory management,
  65  * as we need to make sure that the 3d driver can correctly address object
  66  * contents.
  67  *
  68  * If we don't have interleaved memory, all tiling is safe and no swizzling is
  69  * required.
  70  *
  71  * When bit 17 is XORed in, we simply refuse to tile at all.  Bit
  72  * 17 is not just a page offset, so as we page an objet out and back in,
  73  * individual pages in it will have different bit 17 addresses, resulting in
  74  * each 64 bytes being swapped with its neighbor!
  75  *
  76  * Otherwise, if interleaved, we have to tell the 3d driver what the address
  77  * swizzling it needs to do is, since it's writing with the CPU to the pages
  78  * (bit 6 and potentially bit 11 XORed in), and the GPU is reading from the
  79  * pages (bit 6, 9, and 10 XORed in), resulting in a cumulative bit swizzling
  80  * required by the CPU of XORing in bit 6, 9, 10, and potentially 11, in order
  81  * to match what the GPU expects.
  82  */
  83
  84 /**
  85  * Detects bit 6 swizzling of address lookup between IGD access and CPU
  86  * access through main memory.
  87  */
  88 void
  89 i915_gem_detect_bit_6_swizzle(struct drm_device *dev)
  90 {
  91         drm_i915_private_t *dev_priv = dev->dev_private;
  92         uint32_t swizzle_x = I915_BIT_6_SWIZZLE_UNKNOWN;
  93         uint32_t swizzle_y = I915_BIT_6_SWIZZLE_UNKNOWN;
  94
  95         if (INTEL_INFO(dev)->gen >= 5) {
  96                 /* On Ironlake whatever DRAM config, GPU always do
  97                  * same swizzling setup.
  98                  */
  99                 swizzle_x = I915_BIT_6_SWIZZLE_9_10;
 100                 swizzle_y = I915_BIT_6_SWIZZLE_9;
 101         } else if (IS_GEN2(dev)) {
 102                 /* As far as we know, the 865 doesn't have these bit 6
 103                  * swizzling issues.
 104                  */
 105                 swizzle_x = I915_BIT_6_SWIZZLE_NONE;
 106                 swizzle_y = I915_BIT_6_SWIZZLE_NONE;
 107         } else if (IS_MOBILE(dev)) {
 108                 uint32_t dcc;
 109
 110                 /* On mobile 9xx chipsets, channel interleave by the CPU is
 111                  * determined by DCC.  For single-channel, neither the CPU
 112                  * nor the GPU do swizzling.  For dual channel interleaved,
 113                  * the GPU's interleave is bit 9 and 10 for X tiled, and bit
 114                  * 9 for Y tiled.  The CPU's interleave is independent, and
 115                  * can be based on either bit 11 (haven't seen this yet) or
 116                  * bit 17 (common).
 117                  */
 118                 dcc = I915_READ(DCC);
 119                 switch (dcc & DCC_ADDRESSING_MODE_MASK) {
 120                 case DCC_ADDRESSING_MODE_SINGLE_CHANNEL:
 121                 case DCC_ADDRESSING_MODE_DUAL_CHANNEL_ASYMMETRIC:
 122                         swizzle_x = I915_BIT_6_SWIZZLE_NONE;
 123                         swizzle_y = I915_BIT_6_SWIZZLE_NONE;
 124                         break;
 125                 case DCC_ADDRESSING_MODE_DUAL_CHANNEL_INTERLEAVED:
 126                         if (dcc & DCC_CHANNEL_XOR_DISABLE) {
 127                                 /* This is the base swizzling by the GPU for
 128                                  * tiled buffers.
 129                                  */
 130                                 swizzle_x = I915_BIT_6_SWIZZLE_9_10;
 131                                 swizzle_y = I915_BIT_6_SWIZZLE_9;
 132                         } else if ((dcc & DCC_CHANNEL_XOR_BIT_17) == 0) {
 133                                 /* Bit 11 swizzling by the CPU in addition. */
 134                                 swizzle_x = I915_BIT_6_SWIZZLE_9_10_11;
 135                                 swizzle_y = I915_BIT_6_SWIZZLE_9_11;
 136                         } else {
 137                                 /* Bit 17 swizzling by the CPU in addition. */
 138                                 swizzle_x = I915_BIT_6_SWIZZLE_9_10_17;
 139                                 swizzle_y = I915_BIT_6_SWIZZLE_9_17;
 140                         }
 141                         break;
 142                 }
 143                 if (dcc == 0xffffffff) {
 144                         DRM_ERROR("Couldn't read from MCHBAR.  "
 145                                   "Disabling tiling.\n");
 146                         swizzle_x = I915_BIT_6_SWIZZLE_UNKNOWN;
 147                         swizzle_y = I915_BIT_6_SWIZZLE_UNKNOWN;
 148                 }
 149         } else {
 150                 /* The 965, G33, and newer, have a very flexible memory
 151                  * configuration.  It will enable dual-channel mode
 152                  * (interleaving) on as much memory as it can, and the GPU
 153                  * will additionally sometimes enable different bit 6
 154                  * swizzling for tiled objects from the CPU.
 155                  *
 156                  * Here's what I found on the G965:
 157                  *    slot fill         memory size  swizzling
 158                  * 0A   0B   1A   1B    1-ch   2-ch
 159                  * 512  0    0    0     512    0     O
 160                  * 512  0    512  0     16     1008  X
 161                  * 512  0    0    512   16     1008  X
 162                  * 0    512  0    512   16     1008  X
 163                  * 1024 1024 1024 0     2048   1024  O
 164                  *
 165                  * We could probably detect this based on either the DRB
 166                  * matching, which was the case for the swizzling required in
 167                  * the table above, or from the 1-ch value being less than
 168                  * the minimum size of a rank.
 169                  */
 170                 if (I915_READ16(C0DRB3) != I915_READ16(C1DRB3)) {
 171                         swizzle_x = I915_BIT_6_SWIZZLE_NONE;
 172                         swizzle_y = I915_BIT_6_SWIZZLE_NONE;
 173                 } else {
 174                         swizzle_x = I915_BIT_6_SWIZZLE_9_10;
 175                         swizzle_y = I915_BIT_6_SWIZZLE_9;
 176                 }
 177         }
 178
 179         dev_priv->mm.bit_6_swizzle_x = swizzle_x;
 180         dev_priv->mm.bit_6_swizzle_y = swizzle_y;
 181 }
 182
 183 /* Check pitch constriants for all chips & tiling formats */
 184 static bool
 185 i915_tiling_ok(struct drm_device *dev, int stride, int size, int tiling_mode)
 186 {
 187         int tile_width;
 188
 189         /* Linear is always fine */
 190         if (tiling_mode == I915_TILING_NONE)
 191                 return true;
 192
 193         if (IS_GEN2(dev) ||
 194             (tiling_mode == I915_TILING_Y && HAS_128_BYTE_Y_TILING(dev)))
 195                 tile_width = 128;
 196         else
 197                 tile_width = 512;
 198
 199         /* check maximum stride & object size */
 200         if (INTEL_INFO(dev)->gen >= 4) {
 201                 /* i965 stores the end address of the gtt mapping in the fence
 202                  * reg, so dont bother to check the size */
 203                 if (stride / 128 > I965_FENCE_MAX_PITCH_VAL)
 204                         return false;
 205         } else {
 206                 if (stride > 8192)
 207                         return false;
 208
 209                 if (IS_GEN3(dev)) {
 210                         if (size > I830_FENCE_MAX_SIZE_VAL << 20)
 211                                 return false;
 212                 } else {
 213                         if (size > I830_FENCE_MAX_SIZE_VAL << 19)
 214                                 return false;
 215                 }
 216         }
 217
 218         /* 965+ just needs multiples of tile width */
 219         if (INTEL_INFO(dev)->gen >= 4) {
 220                 if (stride & (tile_width - 1))
 221                         return false;
 222                 return true;
 223         }
 224
 225         /* Pre-965 needs power of two tile widths */
 226         if (stride < tile_width)
 227                 return false;
 228
 229         if (stride & (stride - 1))
 230                 return false;
 231
 232         return true;
 233 }
 234
 235 /* Is the current GTT allocation valid for the change in tiling? */
 236 static bool
 237 i915_gem_object_fence_ok(struct drm_i915_gem_object *obj, int tiling_mode)
 238 {
 239         u32 size;
 240
 241         if (tiling_mode == I915_TILING_NONE)
 242                 return true;
 243
 244         if (INTEL_INFO(obj->base.dev)->gen >= 4)
 245                 return true;
 246
 247         if (INTEL_INFO(obj->base.dev)->gen == 3) {
 248                 if (obj->gtt_offset & ~I915_FENCE_START_MASK)
 249                         return false;
 250         } else {
 251                 if (obj->gtt_offset & ~I830_FENCE_START_MASK)
 252                         return false;
 253         }
 254
 255         /*
 256          * Previous chips need to be aligned to the size of the smallest
 257          * fence register that can contain the object.
 258          */
 259         if (INTEL_INFO(obj->base.dev)->gen == 3)
 260                 size = 1024*1024;
 261         else
 262                 size = 512*1024;
 263
 264         while (size < obj->base.size)
 265                 size <<= 1;
 266
 267         if (obj->gtt_space->size != size)
 268                 return false;
 269
 270         if (obj->gtt_offset & (size - 1))
 271                 return false;
 272
 273         return true;
 274 }
 275
 276 /**
 277  * Sets the tiling mode of an object, returning the required swizzling of
 278  * bit 6 of addresses in the object.
 279  */
 280 int
 281 i915_gem_set_tiling(struct drm_device *dev, void *data,
 282                    struct drm_file *file)
 283 {
 284         struct drm_i915_gem_set_tiling *args = data;
 285         drm_i915_private_t *dev_priv = dev->dev_private;
 286         struct drm_i915_gem_object *obj;
 287         int ret = 0;
 288
 289         obj = to_intel_bo(drm_gem_object_lookup(dev, file, args->handle));
 290         if (&obj->base == NULL)
 291                 return -ENOENT;
 292
 293         if (!i915_tiling_ok(dev,
 294                             args->stride, obj->base.size, args->tiling_mode)) {
 295                 drm_gem_object_unreference_unlocked(&obj->base);
 296                 return -EINVAL;
 297         }
 298
 299         if (obj->pin_count) {
 300                 drm_gem_object_unreference_unlocked(&obj->base);
 301                 return -EBUSY;
 302         }
 303
 304         if (args->tiling_mode == I915_TILING_NONE) {
 305                 args->swizzle_mode = I915_BIT_6_SWIZZLE_NONE;
 306                 args->stride = 0;
 307         } else {
 308                 if (args->tiling_mode == I915_TILING_X)
 309                         args->swizzle_mode = dev_priv->mm.bit_6_swizzle_x;
 310                 else
 311                         args->swizzle_mode = dev_priv->mm.bit_6_swizzle_y;
 312
 313                 /* Hide bit 17 swizzling from the user.  This prevents old Mesa
 314                  * from aborting the application on sw fallbacks to bit 17,
 315                  * and we use the pread/pwrite bit17 paths to swizzle for it.
 316                  * If there was a user that was relying on the swizzle
 317                  * information for drm_intel_bo_map()ed reads/writes this would
 318                  * break it, but we don't have any of those.
 319                  */
 320                 if (args->swizzle_mode == I915_BIT_6_SWIZZLE_9_17)
 321                         args->swizzle_mode = I915_BIT_6_SWIZZLE_9;
 322                 if (args->swizzle_mode == I915_BIT_6_SWIZZLE_9_10_17)
 323                         args->swizzle_mode = I915_BIT_6_SWIZZLE_9_10;
 324
 325                 /* If we can't handle the swizzling, make it untiled. */
 326                 if (args->swizzle_mode == I915_BIT_6_SWIZZLE_UNKNOWN) {
 327                         args->tiling_mode = I915_TILING_NONE;
 328                         args->swizzle_mode = I915_BIT_6_SWIZZLE_NONE;
 329                         args->stride = 0;
 330                 }
 331         }
 332
 333         mutex_lock(&dev->struct_mutex);
 334         if (args->tiling_mode != obj->tiling_mode ||
 335             args->stride != obj->stride) {
 336                 /* We need to rebind the object if its current allocation
 337                  * no longer meets the alignment restrictions for its new
 338                  * tiling mode. Otherwise we can just leave it alone, but
 339                  * need to ensure that any fence register is cleared.
 340                  */
 341                 i915_gem_release_mmap(obj);
 342
 343                 obj->map_and_fenceable =
 344                         obj->gtt_space == NULL ||
 345                         (obj->gtt_offset + obj->base.size <= dev_priv->mm.gtt_mappable_end &&
 346                          i915_gem_object_fence_ok(obj, args->tiling_mode));
 347
 348                 /* Rebind if we need a change of alignment */
 349                 if (!obj->map_and_fenceable) {
 350                         u32 unfenced_alignment =
 351                                 i915_gem_get_unfenced_gtt_alignment(dev,
 352                                                                     obj->base.size,
 353                                                                     args->tiling_mode);
 354                         if (obj->gtt_offset & (unfenced_alignment - 1))
 355                                 ret = i915_gem_object_unbind(obj);
 356                 }
 357
 358                 if (ret == 0) {
 359                         obj->tiling_changed = true;
 360                         obj->tiling_mode = args->tiling_mode;
 361                         obj->stride = args->stride;
 362                 }
 363         }
 364         /* we have to maintain this existing ABI... */
 365         args->stride = obj->stride;
 366         args->tiling_mode = obj->tiling_mode;
 367         drm_gem_object_unreference(&obj->base);
 368         mutex_unlock(&dev->struct_mutex);
 369
 370         return ret;
 371 }
 372
 373 /**
 374  * Returns the current tiling mode and required bit 6 swizzling for the object.
 375  */
 376 int
 377 i915_gem_get_tiling(struct drm_device *dev, void *data,
 378                    struct drm_file *file)
 379 {
 380         struct drm_i915_gem_get_tiling *args = data;
 381         drm_i915_private_t *dev_priv = dev->dev_private;
 382         struct drm_i915_gem_object *obj;
 383
 384         obj = to_intel_bo(drm_gem_object_lookup(dev, file, args->handle));
 385         if (&obj->base == NULL)
 386                 return -ENOENT;
 387
 388         mutex_lock(&dev->struct_mutex);
 389
 390         args->tiling_mode = obj->tiling_mode;
 391         switch (obj->tiling_mode) {
 392         case I915_TILING_X:
 393                 args->swizzle_mode = dev_priv->mm.bit_6_swizzle_x;
 394                 break;
 395         case I915_TILING_Y:
 396                 args->swizzle_mode = dev_priv->mm.bit_6_swizzle_y;
 397                 break;
 398         case I915_TILING_NONE:
 399                 args->swizzle_mode = I915_BIT_6_SWIZZLE_NONE;
 400                 break;
 401         default:
 402                 DRM_ERROR("unknown tiling mode\n");
 403         }
 404
 405         /* Hide bit 17 from the user -- see comment in i915_gem_set_tiling */
 406         if (args->swizzle_mode == I915_BIT_6_SWIZZLE_9_17)
 407                 args->swizzle_mode = I915_BIT_6_SWIZZLE_9;
 408         if (args->swizzle_mode == I915_BIT_6_SWIZZLE_9_10_17)
 409                 args->swizzle_mode = I915_BIT_6_SWIZZLE_9_10;
 410
 411         drm_gem_object_unreference(&obj->base);
 412         mutex_unlock(&dev->struct_mutex);
 413
 414         return 0;
 415 }
 416
 417 /**
 418  * Swap every 64 bytes of this page around, to account for it having a new
 419  * bit 17 of its physical address and therefore being interpreted differently
 420  * by the GPU.
 421  */
 422 static void
 423 i915_gem_swizzle_page(struct page *page)
 424 {
 425         char temp[64];
 426         char *vaddr;
 427         int i;
 428
 429         vaddr = kmap(page);
 430
 431         for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i += 128) {
 432                 memcpy(temp, &vaddr[i], 64);
 433                 memcpy(&vaddr[i], &vaddr[i + 64], 64);
 434                 memcpy(&vaddr[i + 64], temp, 64);
 435         }
 436
 437         kunmap(page);
 438 }
 439
 440 void
 441 i915_gem_object_do_bit_17_swizzle(struct drm_i915_gem_object *obj)
 442 {
 443         struct drm_device *dev = obj->base.dev;
 444         drm_i915_private_t *dev_priv = dev->dev_private;
 445         int page_count = obj->base.size >> PAGE_SHIFT;
 446         int i;
 447
 448         if (dev_priv->mm.bit_6_swizzle_x != I915_BIT_6_SWIZZLE_9_10_17)
 449                 return;
 450
 451         if (obj->bit_17 == NULL)
 452                 return;
 453
 454         for (i = 0; i < page_count; i++) {
 455                 char new_bit_17 = page_to_phys(obj->pages[i]) >> 17;
 456                 if ((new_bit_17 & 0x1) !=
 457                     (test_bit(i, obj->bit_17) != 0)) {
 458                         i915_gem_swizzle_page(obj->pages[i]);
 459                         set_page_dirty(obj->pages[i]);
 460                 }
 461         }
 462 }
 463
 464 void
 465 i915_gem_object_save_bit_17_swizzle(struct drm_i915_gem_object *obj)
 466 {
 467         struct drm_device *dev = obj->base.dev;
 468         drm_i915_private_t *dev_priv = dev->dev_private;
 469         int page_count = obj->base.size >> PAGE_SHIFT;
 470         int i;
 471
 472         if (dev_priv->mm.bit_6_swizzle_x != I915_BIT_6_SWIZZLE_9_10_17)
 473                 return;
 474
 475         if (obj->bit_17 == NULL) {
 476                 obj->bit_17 = kmalloc(BITS_TO_LONGS(page_count) *
 477                                            sizeof(long), GFP_KERNEL);
 478                 if (obj->bit_17 == NULL) {
 479                         DRM_ERROR("Failed to allocate memory for bit 17 "
 480                                   "record\n");
 481                         return;
 482                 }
 483         }
 484
 485         for (i = 0; i < page_count; i++) {
 486                 if (page_to_phys(obj->pages[i]) & (1 << 17))
 487                         __set_bit(i, obj->bit_17);
 488                 else
 489                         __clear_bit(i, obj->bit_17);
 490         }
 491 }