drivers/s390/block/xpram.c

   1 /*
   2  * Xpram.c -- the S/390 expanded memory RAM-disk
   3  *
   4  * significant parts of this code are based on
   5  * the sbull device driver presented in
   6  * A. Rubini: Linux Device Drivers
   7  *
   8  * Author of XPRAM specific coding: Reinhard Buendgen
   9  *                                  buendgen@de.ibm.com
  10  * Rewrite for 2.5: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
  11  *
  12  * External interfaces:
  13  *   Interfaces to linux kernel
  14  *        xpram_setup: read kernel parameters
  15  *   Device specific file operations
  16  *        xpram_iotcl
  17  *        xpram_open
  18  *
  19  * "ad-hoc" partitioning:
  20  *    the expanded memory can be partitioned among several devices
  21  *    (with different minors). The partitioning set up can be
  22  *    set by kernel or module parameters (int devs & int sizes[])
  23  *
  24  * Potential future improvements:
  25  *   generic hard disk support to replace ad-hoc partitioning
  26  */
  27
  28 #include <linux/module.h>
  29 #include <linux/moduleparam.h>
  30 #include <linux/ctype.h>  /* isdigit, isxdigit */
  31 #include <linux/errno.h>
  32 #include <linux/init.h>
  33 #include <linux/slab.h>
  34 #include <linux/blkdev.h>
  35 #include <linux/blkpg.h>
  36 #include <linux/hdreg.h>  /* HDIO_GETGEO */
  37 #include <linux/sysdev.h>
  38 #include <linux/bio.h>
  39 #include <linux/devfs_fs_kernel.h>
  40 #include <asm/uaccess.h>
  41
  42 #define XPRAM_NAME      "xpram"
  43 #define XPRAM_DEVS      1       /* one partition */
  44 #define XPRAM_MAX_DEVS  32      /* maximal number of devices (partitions) */
  45
  46 #define PRINT_DEBUG(x...)       printk(KERN_DEBUG XPRAM_NAME " debug:" x)
  47 #define PRINT_INFO(x...)        printk(KERN_INFO XPRAM_NAME " info:" x)
  48 #define PRINT_WARN(x...)        printk(KERN_WARNING XPRAM_NAME " warning:" x)
  49 #define PRINT_ERR(x...)         printk(KERN_ERR XPRAM_NAME " error:" x)
  50
  51
  52 static struct sysdev_class xpram_sysclass = {
  53         set_kset_name("xpram"),
  54 };
  55
  56 static struct sys_device xpram_sys_device = {
  57         .id     = 0,
  58         .cls    = &xpram_sysclass,
  59 };
  60
  61 typedef struct {
  62         unsigned int    size;           /* size of xpram segment in pages */
  63         unsigned int    offset;         /* start page of xpram segment */
  64 } xpram_device_t;
  65
  66 static xpram_device_t xpram_devices[XPRAM_MAX_DEVS];
  67 static unsigned int xpram_sizes[XPRAM_MAX_DEVS];
  68 static struct gendisk *xpram_disks[XPRAM_MAX_DEVS];
  69 static unsigned int xpram_pages;
  70 static int xpram_devs;
  71
  72 /*
  73  * Parameter parsing functions.
  74  */
  75 static int devs = XPRAM_DEVS;
  76 static unsigned int sizes[XPRAM_MAX_DEVS];
  77
  78 module_param(devs, int, 0);
  79 module_param_array(sizes, int, NULL, 0);
  80
  81 MODULE_PARM_DESC(devs, "number of devices (\"partitions\"), " \
  82                  "the default is " __MODULE_STRING(XPRAM_DEVS) "\n");
  83 MODULE_PARM_DESC(sizes, "list of device (partition) sizes " \
  84                  "the defaults are 0s \n" \
  85                  "All devices with size 0 equally partition the "
  86                  "remaining space on the expanded strorage not "
  87                  "claimed by explicit sizes\n");
  88 MODULE_LICENSE("GPL");
  89
  90 #ifndef MODULE
  91 /*
  92  * Parses the kernel parameters given in the kernel parameter line.
  93  * The expected format is
  94  *           <number_of_partitions>[","<partition_size>]*
  95  * where
  96  *           devices is a positive integer that initializes xpram_devs
  97  *           each size is a non-negative integer possibly followed by a
  98  *           magnitude (k,K,m,M,g,G), the list of sizes initialises
  99  *           xpram_sizes
 100  *
 101  * Arguments
 102  *           str: substring of kernel parameter line that contains xprams
 103  *                kernel parameters.
 104  *
 105  * Result    0 on success, -EINVAL else -- only for Version > 2.3
 106  *
 107  * Side effects
 108  *           the global variabls devs is set to the value of
 109  *           <number_of_partitions> and sizes[i] is set to the i-th
 110  *           partition size (if provided). A parsing error of a value
 111  *           results in this value being set to -EINVAL.
 112  */
 113 static int __init xpram_setup (char *str)
 114 {
 115         char *cp;
 116         int i;
 117
 118         devs = simple_strtoul(str, &cp, 10);
 119         if (cp <= str || devs > XPRAM_MAX_DEVS)
 120                 return 0;
 121         for (i = 0; (i < devs) && (*cp++ == ','); i++) {
 122                 sizes[i] = simple_strtoul(cp, &cp, 10);
 123                 if (*cp == 'g' || *cp == 'G') {
 124                         sizes[i] <<= 20;
 125                         cp++;
 126                 } else if (*cp == 'm' || *cp == 'M') {
 127                         sizes[i] <<= 10;
 128                         cp++;
 129                 } else if (*cp == 'k' || *cp == 'K')
 130                         cp++;
 131                 while (isspace(*cp)) cp++;
 132         }
 133         if (*cp == ',' && i >= devs)
 134                 PRINT_WARN("partition sizes list has too many entries.\n");
 135         else if (*cp != 0)
 136                 PRINT_WARN("ignored '%s' at end of parameter string.\n", cp);
 137         return 1;
 138 }
 139
 140 __setup("xpram_parts=", xpram_setup);
 141 #endif
 142
 143 /*
 144  * Copy expanded memory page (4kB) into main memory
 145  * Arguments
 146  *           page_addr:    address of target page
 147  *           xpage_index:  index of expandeded memory page
 148  * Return value
 149  *           0:            if operation succeeds
 150  *           -EIO:         if pgin failed
 151  *           -ENXIO:       if xpram has vanished
 152  */
 153 static int xpram_page_in (unsigned long page_addr, unsigned int xpage_index)
 154 {
 155         int cc;
 156
 157         __asm__ __volatile__ (
 158                 "   lhi   %0,2\n"  /* return unused cc 2 if pgin traps */
 159                 "   .insn rre,0xb22e0000,%1,%2\n"  /* pgin %1,%2 */
 160                 "0: ipm   %0\n"
 161                 "   srl   %0,28\n"
 162                 "1:\n"
 163 #ifndef CONFIG_64BIT
 164                 ".section __ex_table,\"a\"\n"
 165                 "   .align 4\n"
 166                 "   .long  0b,1b\n"
 167                 ".previous"
 168 #else
 169                 ".section __ex_table,\"a\"\n"
 170                 "   .align 8\n"
 171                 "   .quad 0b,1b\n"
 172                 ".previous"
 173 #endif
 174                 : "=&d" (cc)
 175                 : "a" (__pa(page_addr)), "a" (xpage_index)
 176                 : "cc" );
 177         if (cc == 3)
 178                 return -ENXIO;
 179         if (cc == 2) {
 180                 PRINT_ERR("expanded storage lost!\n");
 181                 return -ENXIO;
 182         }
 183         if (cc == 1) {
 184                 PRINT_ERR("page in failed for page index %u.\n",
 185                           xpage_index);
 186                 return -EIO;
 187         }
 188         return 0;
 189 }
 190
 191 /*
 192  * Copy a 4kB page of main memory to an expanded memory page
 193  * Arguments
 194  *           page_addr:    address of source page
 195  *           xpage_index:  index of expandeded memory page
 196  * Return value
 197  *           0:            if operation succeeds
 198  *           -EIO:         if pgout failed
 199  *           -ENXIO:       if xpram has vanished
 200  */
 201 static long xpram_page_out (unsigned long page_addr, unsigned int xpage_index)
 202 {
 203         int cc;
 204
 205         __asm__ __volatile__ (
 206                 "   lhi   %0,2\n"  /* return unused cc 2 if pgout traps */
 207                 "   .insn rre,0xb22f0000,%1,%2\n"  /* pgout %1,%2 */
 208                 "0: ipm   %0\n"
 209                 "   srl   %0,28\n"
 210                 "1:\n"
 211 #ifndef CONFIG_64BIT
 212                 ".section __ex_table,\"a\"\n"
 213                 "   .align 4\n"
 214                 "   .long  0b,1b\n"
 215                 ".previous"
 216 #else
 217                 ".section __ex_table,\"a\"\n"
 218                 "   .align 8\n"
 219                 "   .quad 0b,1b\n"
 220                 ".previous"
 221 #endif
 222                 : "=&d" (cc)
 223                 : "a" (__pa(page_addr)), "a" (xpage_index)
 224                 : "cc" );
 225         if (cc == 3)
 226                 return -ENXIO;
 227         if (cc == 2) {
 228                 PRINT_ERR("expanded storage lost!\n");
 229                 return -ENXIO;
 230         }
 231         if (cc == 1) {
 232                 PRINT_ERR("page out failed for page index %u.\n",
 233                           xpage_index);
 234                 return -EIO;
 235         }
 236         return 0;
 237 }
 238
 239 /*
 240  * Check if xpram is available.
 241  */
 242 static int __init xpram_present(void)
 243 {
 244         unsigned long mem_page;
 245         int rc;
 246
 247         mem_page = (unsigned long) __get_free_page(GFP_KERNEL);
 248         if (!mem_page)
 249                 return -ENOMEM;
 250         rc = xpram_page_in(mem_page, 0);
 251         free_page(mem_page);
 252         return rc ? -ENXIO : 0;
 253 }
 254
 255 /*
 256  * Return index of the last available xpram page.
 257  */
 258 static unsigned long __init xpram_highest_page_index(void)
 259 {
 260         unsigned int page_index, add_bit;
 261         unsigned long mem_page;
 262
 263         mem_page = (unsigned long) __get_free_page(GFP_KERNEL);
 264         if (!mem_page)
 265                 return 0;
 266
 267         page_index = 0;
 268         add_bit = 1ULL << (sizeof(unsigned int)*8 - 1);
 269         while (add_bit > 0) {
 270                 if (xpram_page_in(mem_page, page_index | add_bit) == 0)
 271                         page_index |= add_bit;
 272                 add_bit >>= 1;
 273         }
 274
 275         free_page (mem_page);
 276
 277         return page_index;
 278 }
 279
 280 /*
 281  * Block device make request function.
 282  */
 283 static int xpram_make_request(request_queue_t *q, struct bio *bio)
 284 {
 285         xpram_device_t *xdev = bio->bi_bdev->bd_disk->private_data;
 286         struct bio_vec *bvec;
 287         unsigned int index;
 288         unsigned long page_addr;
 289         unsigned long bytes;
 290         int i;
 291
 292         if ((bio->bi_sector & 7) != 0 || (bio->bi_size & 4095) != 0)
 293                 /* Request is not page-aligned. */
 294                 goto fail;
 295         if ((bio->bi_size >> 12) > xdev->size)
 296                 /* Request size is no page-aligned. */
 297                 goto fail;
 298         if ((bio->bi_sector >> 3) > 0xffffffffU - xdev->offset)
 299                 goto fail;
 300         index = (bio->bi_sector >> 3) + xdev->offset;
 301         bio_for_each_segment(bvec, bio, i) {
 302                 page_addr = (unsigned long)
 303                         kmap(bvec->bv_page) + bvec->bv_offset;
 304                 bytes = bvec->bv_len;
 305                 if ((page_addr & 4095) != 0 || (bytes & 4095) != 0)
 306                         /* More paranoia. */
 307                         goto fail;
 308                 while (bytes > 0) {
 309                         if (bio_data_dir(bio) == READ) {
 310                                 if (xpram_page_in(page_addr, index) != 0)
 311                                         goto fail;
 312                         } else {
 313                                 if (xpram_page_out(page_addr, index) != 0)
 314                                         goto fail;
 315                         }
 316                         page_addr += 4096;
 317                         bytes -= 4096;
 318                         index++;
 319                 }
 320         }
 321         set_bit(BIO_UPTODATE, &bio->bi_flags);
 322         bytes = bio->bi_size;
 323         bio->bi_size = 0;
 324         bio->bi_end_io(bio, bytes, 0);
 325         return 0;
 326 fail:
 327         bio_io_error(bio, bio->bi_size);
 328         return 0;
 329 }
 330
 331 static int xpram_ioctl (struct inode *inode, struct file *filp,
 332                  unsigned int cmd, unsigned long arg)
 333 {
 334         struct hd_geometry __user *geo;
 335         unsigned long size;
 336         if (cmd != HDIO_GETGEO)
 337                 return -EINVAL;
 338         /*
 339          * get geometry: we have to fake one...  trim the size to a
 340          * multiple of 64 (32k): tell we have 16 sectors, 4 heads,
 341          * whatever cylinders. Tell also that data starts at sector. 4.
 342          */
 343         geo = (struct hd_geometry __user *) arg;
 344         size = (xpram_pages * 8) & ~0x3f;
 345         put_user(size >> 6, &geo->cylinders);
 346         put_user(4, &geo->heads);
 347         put_user(16, &geo->sectors);
 348         put_user(4, &geo->start);
 349         return 0;
 350 }
 351
 352 static struct block_device_operations xpram_devops =
 353 {
 354         .owner  = THIS_MODULE,
 355         .ioctl  = xpram_ioctl,
 356 };
 357
 358 /*
 359  * Setup xpram_sizes array.
 360  */
 361 static int __init xpram_setup_sizes(unsigned long pages)
 362 {
 363         unsigned long mem_needed;
 364         unsigned long mem_auto;
 365         int mem_auto_no;
 366         int i;
 367
 368         /* Check number of devices. */
 369         if (devs <= 0 || devs > XPRAM_MAX_DEVS) {
 370                 PRINT_ERR("invalid number %d of devices\n",devs);
 371                 return -EINVAL;
 372         }
 373         xpram_devs = devs;
 374
 375         /*
 376          * Copy sizes array to xpram_sizes and align partition
 377          * sizes to page boundary.
 378          */
 379         mem_needed = 0;
 380         mem_auto_no = 0;
 381         for (i = 0; i < xpram_devs; i++) {
 382                 xpram_sizes[i] = (sizes[i] + 3) & -4UL;
 383                 if (xpram_sizes[i])
 384                         mem_needed += xpram_sizes[i];
 385                 else
 386                         mem_auto_no++;
 387         }
 388
 389         PRINT_INFO("  number of devices (partitions): %d \n", xpram_devs);
 390         for (i = 0; i < xpram_devs; i++) {
 391                 if (xpram_sizes[i])
 392                         PRINT_INFO("  size of partition %d: %u kB\n",
 393                                    i, xpram_sizes[i]);
 394                 else
 395                         PRINT_INFO("  size of partition %d to be set "
 396                                    "automatically\n",i);
 397         }
 398         PRINT_DEBUG("  memory needed (for sized partitions): %lu kB\n",
 399                     mem_needed);
 400         PRINT_DEBUG("  partitions to be sized automatically: %d\n",
 401                     mem_auto_no);
 402
 403         if (mem_needed > pages * 4) {
 404                 PRINT_ERR("Not enough expanded memory available\n");
 405                 return -EINVAL;
 406         }
 407
 408         /*
 409          * partitioning:
 410          * xpram_sizes[i] != 0; partition i has size xpram_sizes[i] kB
 411          * else:             ; all partitions with zero xpram_sizes[i]
 412          *                     partition equally the remaining space
 413          */
 414         if (mem_auto_no) {
 415                 mem_auto = ((pages - mem_needed / 4) / mem_auto_no) * 4;
 416                 PRINT_INFO("  automatically determined "
 417                            "partition size: %lu kB\n", mem_auto);
 418                 for (i = 0; i < xpram_devs; i++)
 419                         if (xpram_sizes[i] == 0)
 420                                 xpram_sizes[i] = mem_auto;
 421         }
 422         return 0;
 423 }
 424
 425 static struct request_queue *xpram_queue;
 426
 427 static int __init xpram_setup_blkdev(void)
 428 {
 429         unsigned long offset;
 430         int i, rc = -ENOMEM;
 431
 432         for (i = 0; i < xpram_devs; i++) {
 433                 struct gendisk *disk = alloc_disk(1);
 434                 if (!disk)
 435                         goto out;
 436                 xpram_disks[i] = disk;
 437         }
 438
 439         /*
 440          * Register xpram major.
 441          */
 442         rc = register_blkdev(XPRAM_MAJOR, XPRAM_NAME);
 443         if (rc < 0)
 444                 goto out;
 445
 446         devfs_mk_dir("slram");
 447
 448         /*
 449          * Assign the other needed values: make request function, sizes and
 450          * hardsect size. All the minor devices feature the same value.
 451          */
 452         xpram_queue = blk_alloc_queue(GFP_KERNEL);
 453         if (!xpram_queue) {
 454                 rc = -ENOMEM;
 455                 goto out_unreg;
 456         }
 457         blk_queue_make_request(xpram_queue, xpram_make_request);
 458         blk_queue_hardsect_size(xpram_queue, 4096);
 459
 460         /*
 461          * Setup device structures.
 462          */
 463         offset = 0;
 464         for (i = 0; i < xpram_devs; i++) {
 465                 struct gendisk *disk = xpram_disks[i];
 466
 467                 xpram_devices[i].size = xpram_sizes[i] / 4;
 468                 xpram_devices[i].offset = offset;
 469                 offset += xpram_devices[i].size;
 470                 disk->major = XPRAM_MAJOR;
 471                 disk->first_minor = i;
 472                 disk->fops = &xpram_devops;
 473                 disk->private_data = &xpram_devices[i];
 474                 disk->queue = xpram_queue;
 475                 sprintf(disk->disk_name, "slram%d", i);
 476                 sprintf(disk->devfs_name, "slram/%d", i);
 477                 set_capacity(disk, xpram_sizes[i] << 1);
 478                 add_disk(disk);
 479         }
 480
 481         return 0;
 482 out_unreg:
 483         devfs_remove("slram");
 484         unregister_blkdev(XPRAM_MAJOR, XPRAM_NAME);
 485 out:
 486         while (i--)
 487                 put_disk(xpram_disks[i]);
 488         return rc;
 489 }
 490
 491 /*
 492  * Finally, the init/exit functions.
 493  */
 494 static void __exit xpram_exit(void)
 495 {
 496         int i;
 497         for (i = 0; i < xpram_devs; i++) {
 498                 del_gendisk(xpram_disks[i]);
 499                 put_disk(xpram_disks[i]);
 500         }
 501         unregister_blkdev(XPRAM_MAJOR, XPRAM_NAME);
 502         devfs_remove("slram");
 503         blk_cleanup_queue(xpram_queue);
 504         sysdev_unregister(&xpram_sys_device);
 505         sysdev_class_unregister(&xpram_sysclass);
 506 }
 507
 508 static int __init xpram_init(void)
 509 {
 510         int rc;
 511
 512         /* Find out size of expanded memory. */
 513         if (xpram_present() != 0) {
 514                 PRINT_WARN("No expanded memory available\n");
 515                 return -ENODEV;
 516         }
 517         xpram_pages = xpram_highest_page_index();
 518         PRINT_INFO("  %u pages expanded memory found (%lu KB).\n",
 519                    xpram_pages, (unsigned long) xpram_pages*4);
 520         rc = xpram_setup_sizes(xpram_pages);
 521         if (rc)
 522                 return rc;
 523         rc = sysdev_class_register(&xpram_sysclass);
 524         if (rc)
 525                 return rc;
 526
 527         rc = sysdev_register(&xpram_sys_device);
 528         if (rc) {
 529                 sysdev_class_unregister(&xpram_sysclass);
 530                 return rc;
 531         }
 532         rc = xpram_setup_blkdev();
 533         if (rc)
 534                 sysdev_unregister(&xpram_sys_device);
 535         return rc;
 536 }
 537
 538 module_init(xpram_init);
 539 module_exit(xpram_exit);