arch/x86/mm/ioremap.c

   1 /*
   2  * Re-map IO memory to kernel address space so that we can access it.
   3  * This is needed for high PCI addresses that aren't mapped in the
   4  * 640k-1MB IO memory area on PC's
   5  *
   6  * (C) Copyright 1995 1996 Linus Torvalds
   7  */
   8
   9 #include <linux/bootmem.h>
  10 #include <linux/init.h>
  11 #include <linux/io.h>
  12 #include <linux/slab.h>
  13 #include <linux/vmalloc.h>
  14 #include <linux/mmiotrace.h>
  15
  16 #include <asm/cacheflush.h>
  17 #include <asm/e820.h>
  18 #include <asm/fixmap.h>
  19 #include <asm/pgtable.h>
  20 #include <asm/tlbflush.h>
  21 #include <asm/pgalloc.h>
  22 #include <asm/pat.h>
  23
  24 #include "physaddr.h"
  25
  26 /*
  27  * Fix up the linear direct mapping of the kernel to avoid cache attribute
  28  * conflicts.
  29  */
  30 int ioremap_change_attr(unsigned long vaddr, unsigned long size,
  31                         enum page_cache_mode pcm)
  32 {
  33         unsigned long nrpages = size >> PAGE_SHIFT;
  34         int err;
  35
  36         switch (pcm) {
  37         case _PAGE_CACHE_MODE_UC:
  38         default:
  39                 err = _set_memory_uc(vaddr, nrpages);
  40                 break;
  41         case _PAGE_CACHE_MODE_WC:
  42                 err = _set_memory_wc(vaddr, nrpages);
  43                 break;
  44         case _PAGE_CACHE_MODE_WT:
  45                 err = _set_memory_wt(vaddr, nrpages);
  46                 break;
  47         case _PAGE_CACHE_MODE_WB:
  48                 err = _set_memory_wb(vaddr, nrpages);
  49                 break;
  50         }
  51
  52         return err;
  53 }
  54
  55 static int __ioremap_check_ram(unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages,
  56                                void *arg)
  57 {
  58         unsigned long i;
  59
  60         for (i = 0; i < nr_pages; ++i)
  61                 if (pfn_valid(start_pfn + i) &&
  62                     !PageReserved(pfn_to_page(start_pfn + i)))
  63                         return 1;
  64
  65         return 0;
  66 }
  67
  68 /*
  69  * Remap an arbitrary physical address space into the kernel virtual
  70  * address space. It transparently creates kernel huge I/O mapping when
  71  * the physical address is aligned by a huge page size (1GB or 2MB) and
  72  * the requested size is at least the huge page size.
  73  *
  74  * NOTE: MTRRs can override PAT memory types with a 4KB granularity.
  75  * Therefore, the mapping code falls back to use a smaller page toward 4KB
  76  * when a mapping range is covered by non-WB type of MTRRs.
  77  *
  78  * NOTE! We need to allow non-page-aligned mappings too: we will obviously
  79  * have to convert them into an offset in a page-aligned mapping, but the
  80  * caller shouldn't need to know that small detail.
  81  */
  82 static void __iomem *__ioremap_caller(resource_size_t phys_addr,
  83                 unsigned long size, enum page_cache_mode pcm, void *caller)
  84 {
  85         unsigned long offset, vaddr;
  86         resource_size_t pfn, last_pfn, last_addr;
  87         const resource_size_t unaligned_phys_addr = phys_addr;
  88         const unsigned long unaligned_size = size;
  89         struct vm_struct *area;
  90         enum page_cache_mode new_pcm;
  91         pgprot_t prot;
  92         int retval;
  93         void __iomem *ret_addr;
  94
  95         /* Don't allow wraparound or zero size */
  96         last_addr = phys_addr + size - 1;
  97         if (!size || last_addr < phys_addr)
  98                 return NULL;
  99
 100         if (!phys_addr_valid(phys_addr)) {
 101                 printk(KERN_WARNING "ioremap: invalid physical address %llx\n",
 102                        (unsigned long long)phys_addr);
 103                 WARN_ON_ONCE(1);
 104                 return NULL;
 105         }
 106
 107         /*
 108          * Don't remap the low PCI/ISA area, it's always mapped..
 109          */
 110         if (is_ISA_range(phys_addr, last_addr))
 111                 return (__force void __iomem *)phys_to_virt(phys_addr);
 112
 113         /*
 114          * Don't allow anybody to remap normal RAM that we're using..
 115          */
 116         pfn      = phys_addr >> PAGE_SHIFT;
 117         last_pfn = last_addr >> PAGE_SHIFT;
 118         if (walk_system_ram_range(pfn, last_pfn - pfn + 1, NULL,
 119                                           __ioremap_check_ram) == 1) {
 120                 WARN_ONCE(1, "ioremap on RAM at %pa - %pa\n",
 121                           &phys_addr, &last_addr);
 122                 return NULL;
 123         }
 124
 125         /*
 126          * Mappings have to be page-aligned
 127          */
 128         offset = phys_addr & ~PAGE_MASK;
 129         phys_addr &= PHYSICAL_PAGE_MASK;
 130         size = PAGE_ALIGN(last_addr+1) - phys_addr;
 131
 132         retval = reserve_memtype(phys_addr, (u64)phys_addr + size,
 133                                                 pcm, &new_pcm);
 134         if (retval) {
 135                 printk(KERN_ERR "ioremap reserve_memtype failed %d\n", retval);
 136                 return NULL;
 137         }
 138
 139         if (pcm != new_pcm) {
 140                 if (!is_new_memtype_allowed(phys_addr, size, pcm, new_pcm)) {
 141                         printk(KERN_ERR
 142                 "ioremap error for 0x%llx-0x%llx, requested 0x%x, got 0x%x\n",
 143                                 (unsigned long long)phys_addr,
 144                                 (unsigned long long)(phys_addr + size),
 145                                 pcm, new_pcm);
 146                         goto err_free_memtype;
 147                 }
 148                 pcm = new_pcm;
 149         }
 150
 151         prot = PAGE_KERNEL_IO;
 152         switch (pcm) {
 153         case _PAGE_CACHE_MODE_UC:
 154         default:
 155                 prot = __pgprot(pgprot_val(prot) |
 156                                 cachemode2protval(_PAGE_CACHE_MODE_UC));
 157                 break;
 158         case _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS:
 159                 prot = __pgprot(pgprot_val(prot) |
 160                                 cachemode2protval(_PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS));
 161                 break;
 162         case _PAGE_CACHE_MODE_WC:
 163                 prot = __pgprot(pgprot_val(prot) |
 164                                 cachemode2protval(_PAGE_CACHE_MODE_WC));
 165                 break;
 166         case _PAGE_CACHE_MODE_WT:
 167                 prot = __pgprot(pgprot_val(prot) |
 168                                 cachemode2protval(_PAGE_CACHE_MODE_WT));
 169                 break;
 170         case _PAGE_CACHE_MODE_WB:
 171                 break;
 172         }
 173
 174         /*
 175          * Ok, go for it..
 176          */
 177         area = get_vm_area_caller(size, VM_IOREMAP, caller);
 178         if (!area)
 179                 goto err_free_memtype;
 180         area->phys_addr = phys_addr;
 181         vaddr = (unsigned long) area->addr;
 182
 183         if (kernel_map_sync_memtype(phys_addr, size, pcm))
 184                 goto err_free_area;
 185
 186         if (ioremap_page_range(vaddr, vaddr + size, phys_addr, prot))
 187                 goto err_free_area;
 188
 189         ret_addr = (void __iomem *) (vaddr + offset);
 190         mmiotrace_ioremap(unaligned_phys_addr, unaligned_size, ret_addr);
 191
 192         /*
 193          * Check if the request spans more than any BAR in the iomem resource
 194          * tree.
 195          */
 196         if (iomem_map_sanity_check(unaligned_phys_addr, unaligned_size))
 197                 pr_warn("caller %pS mapping multiple BARs\n", caller);
 198
 199         return ret_addr;
 200 err_free_area:
 201         free_vm_area(area);
 202 err_free_memtype:
 203         free_memtype(phys_addr, phys_addr + size);
 204         return NULL;
 205 }
 206
 207 /**
 208  * ioremap_nocache     -   map bus memory into CPU space
 209  * @phys_addr:    bus address of the memory
 210  * @size:      size of the resource to map
 211  *
 212  * ioremap_nocache performs a platform specific sequence of operations to
 213  * make bus memory CPU accessible via the readb/readw/readl/writeb/
 214  * writew/writel functions and the other mmio helpers. The returned
 215  * address is not guaranteed to be usable directly as a virtual
 216  * address.
 217  *
 218  * This version of ioremap ensures that the memory is marked uncachable
 219  * on the CPU as well as honouring existing caching rules from things like
 220  * the PCI bus. Note that there are other caches and buffers on many
 221  * busses. In particular driver authors should read up on PCI writes
 222  *
 223  * It's useful if some control registers are in such an area and
 224  * write combining or read caching is not desirable:
 225  *
 226  * Must be freed with iounmap.
 227  */
 228 void __iomem *ioremap_nocache(resource_size_t phys_addr, unsigned long size)
 229 {
 230         /*
 231          * Ideally, this should be:
 232          *      pat_enabled() ? _PAGE_CACHE_MODE_UC : _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 233          *
 234          * Till we fix all X drivers to use ioremap_wc(), we will use
 235          * UC MINUS. Drivers that are certain they need or can already
 236          * be converted over to strong UC can use ioremap_uc().
 237          */
 238         enum page_cache_mode pcm = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 239
 240         return __ioremap_caller(phys_addr, size, pcm,
 241                                 __builtin_return_address(0));
 242 }
 243 EXPORT_SYMBOL(ioremap_nocache);
 244
 245 /**
 246  * ioremap_uc     -   map bus memory into CPU space as strongly uncachable
 247  * @phys_addr:    bus address of the memory
 248  * @size:      size of the resource to map
 249  *
 250  * ioremap_uc performs a platform specific sequence of operations to
 251  * make bus memory CPU accessible via the readb/readw/readl/writeb/
 252  * writew/writel functions and the other mmio helpers. The returned
 253  * address is not guaranteed to be usable directly as a virtual
 254  * address.
 255  *
 256  * This version of ioremap ensures that the memory is marked with a strong
 257  * preference as completely uncachable on the CPU when possible. For non-PAT
 258  * systems this ends up setting page-attribute flags PCD=1, PWT=1. For PAT
 259  * systems this will set the PAT entry for the pages as strong UC.  This call
 260  * will honor existing caching rules from things like the PCI bus. Note that
 261  * there are other caches and buffers on many busses. In particular driver
 262  * authors should read up on PCI writes.
 263  *
 264  * It's useful if some control registers are in such an area and
 265  * write combining or read caching is not desirable:
 266  *
 267  * Must be freed with iounmap.
 268  */
 269 void __iomem *ioremap_uc(resource_size_t phys_addr, unsigned long size)
 270 {
 271         enum page_cache_mode pcm = _PAGE_CACHE_MODE_UC;
 272
 273         return __ioremap_caller(phys_addr, size, pcm,
 274                                 __builtin_return_address(0));
 275 }
 276 EXPORT_SYMBOL_GPL(ioremap_uc);
 277
 278 /**
 279  * ioremap_wc   -       map memory into CPU space write combined
 280  * @phys_addr:  bus address of the memory
 281  * @size:       size of the resource to map
 282  *
 283  * This version of ioremap ensures that the memory is marked write combining.
 284  * Write combining allows faster writes to some hardware devices.
 285  *
 286  * Must be freed with iounmap.
 287  */
 288 void __iomem *ioremap_wc(resource_size_t phys_addr, unsigned long size)
 289 {
 290         return __ioremap_caller(phys_addr, size, _PAGE_CACHE_MODE_WC,
 291                                         __builtin_return_address(0));
 292 }
 293 EXPORT_SYMBOL(ioremap_wc);
 294
 295 /**
 296  * ioremap_wt   -       map memory into CPU space write through
 297  * @phys_addr:  bus address of the memory
 298  * @size:       size of the resource to map
 299  *
 300  * This version of ioremap ensures that the memory is marked write through.
 301  * Write through stores data into memory while keeping the cache up-to-date.
 302  *
 303  * Must be freed with iounmap.
 304  */
 305 void __iomem *ioremap_wt(resource_size_t phys_addr, unsigned long size)
 306 {
 307         return __ioremap_caller(phys_addr, size, _PAGE_CACHE_MODE_WT,
 308                                         __builtin_return_address(0));
 309 }
 310 EXPORT_SYMBOL(ioremap_wt);
 311
 312 void __iomem *ioremap_cache(resource_size_t phys_addr, unsigned long size)
 313 {
 314         return __ioremap_caller(phys_addr, size, _PAGE_CACHE_MODE_WB,
 315                                 __builtin_return_address(0));
 316 }
 317 EXPORT_SYMBOL(ioremap_cache);
 318
 319 void __iomem *ioremap_prot(resource_size_t phys_addr, unsigned long size,
 320                                 unsigned long prot_val)
 321 {
 322         return __ioremap_caller(phys_addr, size,
 323                                 pgprot2cachemode(__pgprot(prot_val)),
 324                                 __builtin_return_address(0));
 325 }
 326 EXPORT_SYMBOL(ioremap_prot);
 327
 328 /**
 329  * iounmap - Free a IO remapping
 330  * @addr: virtual address from ioremap_*
 331  *
 332  * Caller must ensure there is only one unmapping for the same pointer.
 333  */
 334 void iounmap(volatile void __iomem *addr)
 335 {
 336         struct vm_struct *p, *o;
 337
 338         if ((void __force *)addr <= high_memory)
 339                 return;
 340
 341         /*
 342          * __ioremap special-cases the PCI/ISA range by not instantiating a
 343          * vm_area and by simply returning an address into the kernel mapping
 344          * of ISA space.   So handle that here.
 345          */
 346         if ((void __force *)addr >= phys_to_virt(ISA_START_ADDRESS) &&
 347             (void __force *)addr < phys_to_virt(ISA_END_ADDRESS))
 348                 return;
 349
 350         mmiotrace_iounmap(addr);
 351
 352         addr = (volatile void __iomem *)
 353                 (PAGE_MASK & (unsigned long __force)addr);
 354
 355         /* Use the vm area unlocked, assuming the caller
 356            ensures there isn't another iounmap for the same address
 357            in parallel. Reuse of the virtual address is prevented by
 358            leaving it in the global lists until we're done with it.
 359            cpa takes care of the direct mappings. */
 360         p = find_vm_area((void __force *)addr);
 361
 362         if (!p) {
 363                 printk(KERN_ERR "iounmap: bad address %p\n", addr);
 364                 dump_stack();
 365                 return;
 366         }
 367
 368         free_memtype(p->phys_addr, p->phys_addr + get_vm_area_size(p));
 369
 370         /* Finally remove it */
 371         o = remove_vm_area((void __force *)addr);
 372         BUG_ON(p != o || o == NULL);
 373         kfree(p);
 374 }
 375 EXPORT_SYMBOL(iounmap);
 376
 377 int __init arch_ioremap_pud_supported(void)
 378 {
 379 #ifdef CONFIG_X86_64
 380         return boot_cpu_has(X86_FEATURE_GBPAGES);
 381 #else
 382         return 0;
 383 #endif
 384 }
 385
 386 int __init arch_ioremap_pmd_supported(void)
 387 {
 388         return boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE);
 389 }
 390
 391 /*
 392  * Convert a physical pointer to a virtual kernel pointer for /dev/mem
 393  * access
 394  */
 395 void *xlate_dev_mem_ptr(phys_addr_t phys)
 396 {
 397         unsigned long start  = phys &  PAGE_MASK;
 398         unsigned long offset = phys & ~PAGE_MASK;
 399         void *vaddr;
 400
 401         /* If page is RAM, we can use __va. Otherwise ioremap and unmap. */
 402         if (page_is_ram(start >> PAGE_SHIFT))
 403                 return __va(phys);
 404
 405         vaddr = ioremap_cache(start, PAGE_SIZE);
 406         /* Only add the offset on success and return NULL if the ioremap() failed: */
 407         if (vaddr)
 408                 vaddr += offset;
 409
 410         return vaddr;
 411 }
 412
 413 void unxlate_dev_mem_ptr(phys_addr_t phys, void *addr)
 414 {
 415         if (page_is_ram(phys >> PAGE_SHIFT))
 416                 return;
 417
 418         iounmap((void __iomem *)((unsigned long)addr & PAGE_MASK));
 419 }
 420
 421 static pte_t bm_pte[PAGE_SIZE/sizeof(pte_t)] __page_aligned_bss;
 422
 423 static inline pmd_t * __init early_ioremap_pmd(unsigned long addr)
 424 {
 425         /* Don't assume we're using swapper_pg_dir at this point */
 426         pgd_t *base = __va(read_cr3());
 427         pgd_t *pgd = &base[pgd_index(addr)];
 428         pud_t *pud = pud_offset(pgd, addr);
 429         pmd_t *pmd = pmd_offset(pud, addr);
 430
 431         return pmd;
 432 }
 433
 434 static inline pte_t * __init early_ioremap_pte(unsigned long addr)
 435 {
 436         return &bm_pte[pte_index(addr)];
 437 }
 438
 439 bool __init is_early_ioremap_ptep(pte_t *ptep)
 440 {
 441         return ptep >= &bm_pte[0] && ptep < &bm_pte[PAGE_SIZE/sizeof(pte_t)];
 442 }
 443
 444 void __init early_ioremap_init(void)
 445 {
 446         pmd_t *pmd;
 447
 448 #ifdef CONFIG_X86_64
 449         BUILD_BUG_ON((fix_to_virt(0) + PAGE_SIZE) & ((1 << PMD_SHIFT) - 1));
 450 #else
 451         WARN_ON((fix_to_virt(0) + PAGE_SIZE) & ((1 << PMD_SHIFT) - 1));
 452 #endif
 453
 454         early_ioremap_setup();
 455
 456         pmd = early_ioremap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN));
 457         memset(bm_pte, 0, sizeof(bm_pte));
 458         pmd_populate_kernel(&init_mm, pmd, bm_pte);
 459
 460         /*
 461          * The boot-ioremap range spans multiple pmds, for which
 462          * we are not prepared:
 463          */
 464 #define __FIXADDR_TOP (-PAGE_SIZE)
 465         BUILD_BUG_ON((__fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN) >> PMD_SHIFT)
 466                      != (__fix_to_virt(FIX_BTMAP_END) >> PMD_SHIFT));
 467 #undef __FIXADDR_TOP
 468         if (pmd != early_ioremap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_END))) {
 469                 WARN_ON(1);
 470                 printk(KERN_WARNING "pmd %p != %p\n",
 471                        pmd, early_ioremap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_END)));
 472                 printk(KERN_WARNING "fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN): %08lx\n",
 473                         fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN));
 474                 printk(KERN_WARNING "fix_to_virt(FIX_BTMAP_END):   %08lx\n",
 475                         fix_to_virt(FIX_BTMAP_END));
 476
 477                 printk(KERN_WARNING "FIX_BTMAP_END:       %d\n", FIX_BTMAP_END);
 478                 printk(KERN_WARNING "FIX_BTMAP_BEGIN:     %d\n",
 479                        FIX_BTMAP_BEGIN);
 480         }
 481 }
 482
 483 void __init __early_set_fixmap(enum fixed_addresses idx,
 484                                phys_addr_t phys, pgprot_t flags)
 485 {
 486         unsigned long addr = __fix_to_virt(idx);
 487         pte_t *pte;
 488
 489         if (idx >= __end_of_fixed_addresses) {
 490                 BUG();
 491                 return;
 492         }
 493         pte = early_ioremap_pte(addr);
 494
 495         if (pgprot_val(flags))
 496                 set_pte(pte, pfn_pte(phys >> PAGE_SHIFT, flags));
 497         else
 498                 pte_clear(&init_mm, addr, pte);
 499         __flush_tlb_one(addr);
 500 }