drivers/iommu/dma-iommu.c

   1 /*
   2  * A fairly generic DMA-API to IOMMU-API glue layer.
   3  *
   4  * Copyright (C) 2014-2015 ARM Ltd.
   5  *
   6  * based in part on arch/arm/mm/dma-mapping.c:
   7  * Copyright (C) 2000-2004 Russell King
   8  *
   9  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  10  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
  11  * published by the Free Software Foundation.
  12  *
  13  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  16  * GNU General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  19  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  20  */
  21
  22 #include <linux/device.h>
  23 #include <linux/dma-iommu.h>
  24 #include <linux/gfp.h>
  25 #include <linux/huge_mm.h>
  26 #include <linux/iommu.h>
  27 #include <linux/iova.h>
  28 #include <linux/irq.h>
  29 #include <linux/mm.h>
  30 #include <linux/pci.h>
  31 #include <linux/scatterlist.h>
  32 #include <linux/vmalloc.h>
  33
  34 #define IOMMU_MAPPING_ERROR     0
  35
  36 struct iommu_dma_msi_page {
  37         struct list_head        list;
  38         dma_addr_t              iova;
  39         phys_addr_t             phys;
  40 };
  41
  42 enum iommu_dma_cookie_type {
  43         IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE,
  44         IOMMU_DMA_MSI_COOKIE,
  45 };
  46
  47 struct iommu_dma_cookie {
  48         enum iommu_dma_cookie_type      type;
  49         union {
  50                 /* Full allocator for IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE */
  51                 struct iova_domain      iovad;
  52                 /* Trivial linear page allocator for IOMMU_DMA_MSI_COOKIE */
  53                 dma_addr_t              msi_iova;
  54         };
  55         struct list_head                msi_page_list;
  56         spinlock_t                      msi_lock;
  57 };
  58
  59 static inline size_t cookie_msi_granule(struct iommu_dma_cookie *cookie)
  60 {
  61         if (cookie->type == IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE)
  62                 return cookie->iovad.granule;
  63         return PAGE_SIZE;
  64 }
  65
  66 static struct iommu_dma_cookie *cookie_alloc(enum iommu_dma_cookie_type type)
  67 {
  68         struct iommu_dma_cookie *cookie;
  69
  70         cookie = kzalloc(sizeof(*cookie), GFP_KERNEL);
  71         if (cookie) {
  72                 spin_lock_init(&cookie->msi_lock);
  73                 INIT_LIST_HEAD(&cookie->msi_page_list);
  74                 cookie->type = type;
  75         }
  76         return cookie;
  77 }
  78
  79 int iommu_dma_init(void)
  80 {
  81         return iova_cache_get();
  82 }
  83
  84 /**
  85  * iommu_get_dma_cookie - Acquire DMA-API resources for a domain
  86  * @domain: IOMMU domain to prepare for DMA-API usage
  87  *
  88  * IOMMU drivers should normally call this from their domain_alloc
  89  * callback when domain->type == IOMMU_DOMAIN_DMA.
  90  */
  91 int iommu_get_dma_cookie(struct iommu_domain *domain)
  92 {
  93         if (domain->iova_cookie)
  94                 return -EEXIST;
  95
  96         domain->iova_cookie = cookie_alloc(IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE);
  97         if (!domain->iova_cookie)
  98                 return -ENOMEM;
  99
 100         return 0;
 101 }
 102 EXPORT_SYMBOL(iommu_get_dma_cookie);
 103
 104 /**
 105  * iommu_get_msi_cookie - Acquire just MSI remapping resources
 106  * @domain: IOMMU domain to prepare
 107  * @base: Start address of IOVA region for MSI mappings
 108  *
 109  * Users who manage their own IOVA allocation and do not want DMA API support,
 110  * but would still like to take advantage of automatic MSI remapping, can use
 111  * this to initialise their own domain appropriately. Users should reserve a
 112  * contiguous IOVA region, starting at @base, large enough to accommodate the
 113  * number of PAGE_SIZE mappings necessary to cover every MSI doorbell address
 114  * used by the devices attached to @domain.
 115  */
 116 int iommu_get_msi_cookie(struct iommu_domain *domain, dma_addr_t base)
 117 {
 118         struct iommu_dma_cookie *cookie;
 119
 120         if (domain->type != IOMMU_DOMAIN_UNMANAGED)
 121                 return -EINVAL;
 122
 123         if (domain->iova_cookie)
 124                 return -EEXIST;
 125
 126         cookie = cookie_alloc(IOMMU_DMA_MSI_COOKIE);
 127         if (!cookie)
 128                 return -ENOMEM;
 129
 130         cookie->msi_iova = base;
 131         domain->iova_cookie = cookie;
 132         return 0;
 133 }
 134 EXPORT_SYMBOL(iommu_get_msi_cookie);
 135
 136 /**
 137  * iommu_put_dma_cookie - Release a domain's DMA mapping resources
 138  * @domain: IOMMU domain previously prepared by iommu_get_dma_cookie() or
 139  *          iommu_get_msi_cookie()
 140  *
 141  * IOMMU drivers should normally call this from their domain_free callback.
 142  */
 143 void iommu_put_dma_cookie(struct iommu_domain *domain)
 144 {
 145         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 146         struct iommu_dma_msi_page *msi, *tmp;
 147
 148         if (!cookie)
 149                 return;
 150
 151         if (cookie->type == IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE && cookie->iovad.granule)
 152                 put_iova_domain(&cookie->iovad);
 153
 154         list_for_each_entry_safe(msi, tmp, &cookie->msi_page_list, list) {
 155                 list_del(&msi->list);
 156                 kfree(msi);
 157         }
 158         kfree(cookie);
 159         domain->iova_cookie = NULL;
 160 }
 161 EXPORT_SYMBOL(iommu_put_dma_cookie);
 162
 163 /**
 164  * iommu_dma_get_resv_regions - Reserved region driver helper
 165  * @dev: Device from iommu_get_resv_regions()
 166  * @list: Reserved region list from iommu_get_resv_regions()
 167  *
 168  * IOMMU drivers can use this to implement their .get_resv_regions callback
 169  * for general non-IOMMU-specific reservations. Currently, this covers host
 170  * bridge windows for PCI devices.
 171  */
 172 void iommu_dma_get_resv_regions(struct device *dev, struct list_head *list)
 173 {
 174         struct pci_host_bridge *bridge;
 175         struct resource_entry *window;
 176
 177         if (!dev_is_pci(dev))
 178                 return;
 179
 180         bridge = pci_find_host_bridge(to_pci_dev(dev)->bus);
 181         resource_list_for_each_entry(window, &bridge->windows) {
 182                 struct iommu_resv_region *region;
 183                 phys_addr_t start;
 184                 size_t length;
 185
 186                 if (resource_type(window->res) != IORESOURCE_MEM)
 187                         continue;
 188
 189                 start = window->res->start - window->offset;
 190                 length = window->res->end - window->res->start + 1;
 191                 region = iommu_alloc_resv_region(start, length, 0,
 192                                 IOMMU_RESV_RESERVED);
 193                 if (!region)
 194                         return;
 195
 196                 list_add_tail(&region->list, list);
 197         }
 198 }
 199 EXPORT_SYMBOL(iommu_dma_get_resv_regions);
 200
 201 static int cookie_init_hw_msi_region(struct iommu_dma_cookie *cookie,
 202                 phys_addr_t start, phys_addr_t end)
 203 {
 204         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 205         struct iommu_dma_msi_page *msi_page;
 206         int i, num_pages;
 207
 208         start -= iova_offset(iovad, start);
 209         num_pages = iova_align(iovad, end - start) >> iova_shift(iovad);
 210
 211         for (i = 0; i < num_pages; i++) {
 212                 msi_page = kmalloc(sizeof(*msi_page), GFP_KERNEL);
 213                 if (!msi_page)
 214                         return -ENOMEM;
 215
 216                 msi_page->phys = start;
 217                 msi_page->iova = start;
 218                 INIT_LIST_HEAD(&msi_page->list);
 219                 list_add(&msi_page->list, &cookie->msi_page_list);
 220                 start += iovad->granule;
 221         }
 222
 223         return 0;
 224 }
 225
 226 static int iova_reserve_iommu_regions(struct device *dev,
 227                 struct iommu_domain *domain)
 228 {
 229         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 230         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 231         struct iommu_resv_region *region;
 232         LIST_HEAD(resv_regions);
 233         int ret = 0;
 234
 235         iommu_get_resv_regions(dev, &resv_regions);
 236         list_for_each_entry(region, &resv_regions, list) {
 237                 unsigned long lo, hi;
 238
 239                 /* We ARE the software that manages these! */
 240                 if (region->type == IOMMU_RESV_SW_MSI)
 241                         continue;
 242
 243                 lo = iova_pfn(iovad, region->start);
 244                 hi = iova_pfn(iovad, region->start + region->length - 1);
 245                 reserve_iova(iovad, lo, hi);
 246
 247                 if (region->type == IOMMU_RESV_MSI)
 248                         ret = cookie_init_hw_msi_region(cookie, region->start,
 249                                         region->start + region->length);
 250                 if (ret)
 251                         break;
 252         }
 253         iommu_put_resv_regions(dev, &resv_regions);
 254
 255         return ret;
 256 }
 257
 258 /**
 259  * iommu_dma_init_domain - Initialise a DMA mapping domain
 260  * @domain: IOMMU domain previously prepared by iommu_get_dma_cookie()
 261  * @base: IOVA at which the mappable address space starts
 262  * @size: Size of IOVA space
 263  * @dev: Device the domain is being initialised for
 264  *
 265  * @base and @size should be exact multiples of IOMMU page granularity to
 266  * avoid rounding surprises. If necessary, we reserve the page at address 0
 267  * to ensure it is an invalid IOVA. It is safe to reinitialise a domain, but
 268  * any change which could make prior IOVAs invalid will fail.
 269  */
 270 int iommu_dma_init_domain(struct iommu_domain *domain, dma_addr_t base,
 271                 u64 size, struct device *dev)
 272 {
 273         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 274         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 275         unsigned long order, base_pfn, end_pfn;
 276
 277         if (!cookie || cookie->type != IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE)
 278                 return -EINVAL;
 279
 280         /* Use the smallest supported page size for IOVA granularity */
 281         order = __ffs(domain->pgsize_bitmap);
 282         base_pfn = max_t(unsigned long, 1, base >> order);
 283         end_pfn = (base + size - 1) >> order;
 284
 285         /* Check the domain allows at least some access to the device... */
 286         if (domain->geometry.force_aperture) {
 287                 if (base > domain->geometry.aperture_end ||
 288                     base + size <= domain->geometry.aperture_start) {
 289                         pr_warn("specified DMA range outside IOMMU capability\n");
 290                         return -EFAULT;
 291                 }
 292                 /* ...then finally give it a kicking to make sure it fits */
 293                 base_pfn = max_t(unsigned long, base_pfn,
 294                                 domain->geometry.aperture_start >> order);
 295                 end_pfn = min_t(unsigned long, end_pfn,
 296                                 domain->geometry.aperture_end >> order);
 297         }
 298         /*
 299          * PCI devices may have larger DMA masks, but still prefer allocating
 300          * within a 32-bit mask to avoid DAC addressing. Such limitations don't
 301          * apply to the typical platform device, so for those we may as well
 302          * leave the cache limit at the top of their range to save an rb_last()
 303          * traversal on every allocation.
 304          */
 305         if (dev && dev_is_pci(dev))
 306                 end_pfn &= DMA_BIT_MASK(32) >> order;
 307
 308         /* start_pfn is always nonzero for an already-initialised domain */
 309         if (iovad->start_pfn) {
 310                 if (1UL << order != iovad->granule ||
 311                     base_pfn != iovad->start_pfn) {
 312                         pr_warn("Incompatible range for DMA domain\n");
 313                         return -EFAULT;
 314                 }
 315                 /*
 316                  * If we have devices with different DMA masks, move the free
 317                  * area cache limit down for the benefit of the smaller one.
 318                  */
 319                 iovad->dma_32bit_pfn = min(end_pfn + 1, iovad->dma_32bit_pfn);
 320
 321                 return 0;
 322         }
 323
 324         init_iova_domain(iovad, 1UL << order, base_pfn, end_pfn);
 325         if (!dev)
 326                 return 0;
 327
 328         return iova_reserve_iommu_regions(dev, domain);
 329 }
 330 EXPORT_SYMBOL(iommu_dma_init_domain);
 331
 332 /**
 333  * dma_info_to_prot - Translate DMA API directions and attributes to IOMMU API
 334  *                    page flags.
 335  * @dir: Direction of DMA transfer
 336  * @coherent: Is the DMA master cache-coherent?
 337  * @attrs: DMA attributes for the mapping
 338  *
 339  * Return: corresponding IOMMU API page protection flags
 340  */
 341 int dma_info_to_prot(enum dma_data_direction dir, bool coherent,
 342                      unsigned long attrs)
 343 {
 344         int prot = coherent ? IOMMU_CACHE : 0;
 345
 346         if (attrs & DMA_ATTR_PRIVILEGED)
 347                 prot |= IOMMU_PRIV;
 348
 349         switch (dir) {
 350         case DMA_BIDIRECTIONAL:
 351                 return prot | IOMMU_READ | IOMMU_WRITE;
 352         case DMA_TO_DEVICE:
 353                 return prot | IOMMU_READ;
 354         case DMA_FROM_DEVICE:
 355                 return prot | IOMMU_WRITE;
 356         default:
 357                 return 0;
 358         }
 359 }
 360
 361 static dma_addr_t iommu_dma_alloc_iova(struct iommu_domain *domain,
 362                 size_t size, dma_addr_t dma_limit, struct device *dev)
 363 {
 364         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 365         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 366         unsigned long shift, iova_len, iova = 0;
 367
 368         if (cookie->type == IOMMU_DMA_MSI_COOKIE) {
 369                 cookie->msi_iova += size;
 370                 return cookie->msi_iova - size;
 371         }
 372
 373         shift = iova_shift(iovad);
 374         iova_len = size >> shift;
 375         /*
 376          * Freeing non-power-of-two-sized allocations back into the IOVA caches
 377          * will come back to bite us badly, so we have to waste a bit of space
 378          * rounding up anything cacheable to make sure that can't happen. The
 379          * order of the unadjusted size will still match upon freeing.
 380          */
 381         if (iova_len < (1 << (IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE - 1)))
 382                 iova_len = roundup_pow_of_two(iova_len);
 383
 384         if (domain->geometry.force_aperture)
 385                 dma_limit = min(dma_limit, domain->geometry.aperture_end);
 386
 387         /* Try to get PCI devices a SAC address */
 388         if (dma_limit > DMA_BIT_MASK(32) && dev_is_pci(dev))
 389                 iova = alloc_iova_fast(iovad, iova_len, DMA_BIT_MASK(32) >> shift);
 390
 391         if (!iova)
 392                 iova = alloc_iova_fast(iovad, iova_len, dma_limit >> shift);
 393
 394         return (dma_addr_t)iova << shift;
 395 }
 396
 397 static void iommu_dma_free_iova(struct iommu_dma_cookie *cookie,
 398                 dma_addr_t iova, size_t size)
 399 {
 400         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 401
 402         /* The MSI case is only ever cleaning up its most recent allocation */
 403         if (cookie->type == IOMMU_DMA_MSI_COOKIE)
 404                 cookie->msi_iova -= size;
 405         else
 406                 free_iova_fast(iovad, iova_pfn(iovad, iova),
 407                                 size >> iova_shift(iovad));
 408 }
 409
 410 static void __iommu_dma_unmap(struct iommu_domain *domain, dma_addr_t dma_addr,
 411                 size_t size)
 412 {
 413         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 414         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 415         size_t iova_off = iova_offset(iovad, dma_addr);
 416
 417         dma_addr -= iova_off;
 418         size = iova_align(iovad, size + iova_off);
 419
 420         WARN_ON(iommu_unmap(domain, dma_addr, size) != size);
 421         iommu_dma_free_iova(cookie, dma_addr, size);
 422 }
 423
 424 static void __iommu_dma_free_pages(struct page **pages, int count)
 425 {
 426         while (count--)
 427                 __free_page(pages[count]);
 428         kvfree(pages);
 429 }
 430
 431 static struct page **__iommu_dma_alloc_pages(unsigned int count,
 432                 unsigned long order_mask, gfp_t gfp)
 433 {
 434         struct page **pages;
 435         unsigned int i = 0, array_size = count * sizeof(*pages);
 436
 437         order_mask &= (2U << MAX_ORDER) - 1;
 438         if (!order_mask)
 439                 return NULL;
 440
 441         if (array_size <= PAGE_SIZE)
 442                 pages = kzalloc(array_size, GFP_KERNEL);
 443         else
 444                 pages = vzalloc(array_size);
 445         if (!pages)
 446                 return NULL;
 447
 448         /* IOMMU can map any pages, so himem can also be used here */
 449         gfp |= __GFP_NOWARN | __GFP_HIGHMEM;
 450
 451         while (count) {
 452                 struct page *page = NULL;
 453                 unsigned int order_size;
 454
 455                 /*
 456                  * Higher-order allocations are a convenience rather
 457                  * than a necessity, hence using __GFP_NORETRY until
 458                  * falling back to minimum-order allocations.
 459                  */
 460                 for (order_mask &= (2U << __fls(count)) - 1;
 461                      order_mask; order_mask &= ~order_size) {
 462                         unsigned int order = __fls(order_mask);
 463
 464                         order_size = 1U << order;
 465                         page = alloc_pages((order_mask - order_size) ?
 466                                            gfp | __GFP_NORETRY : gfp, order);
 467                         if (!page)
 468                                 continue;
 469                         if (!order)
 470                                 break;
 471                         if (!PageCompound(page)) {
 472                                 split_page(page, order);
 473                                 break;
 474                         } else if (!split_huge_page(page)) {
 475                                 break;
 476                         }
 477                         __free_pages(page, order);
 478                 }
 479                 if (!page) {
 480                         __iommu_dma_free_pages(pages, i);
 481                         return NULL;
 482                 }
 483                 count -= order_size;
 484                 while (order_size--)
 485                         pages[i++] = page++;
 486         }
 487         return pages;
 488 }
 489
 490 /**
 491  * iommu_dma_free - Free a buffer allocated by iommu_dma_alloc()
 492  * @dev: Device which owns this buffer
 493  * @pages: Array of buffer pages as returned by iommu_dma_alloc()
 494  * @size: Size of buffer in bytes
 495  * @handle: DMA address of buffer
 496  *
 497  * Frees both the pages associated with the buffer, and the array
 498  * describing them
 499  */
 500 void iommu_dma_free(struct device *dev, struct page **pages, size_t size,
 501                 dma_addr_t *handle)
 502 {
 503         __iommu_dma_unmap(iommu_get_domain_for_dev(dev), *handle, size);
 504         __iommu_dma_free_pages(pages, PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT);
 505         *handle = IOMMU_MAPPING_ERROR;
 506 }
 507
 508 /**
 509  * iommu_dma_alloc - Allocate and map a buffer contiguous in IOVA space
 510  * @dev: Device to allocate memory for. Must be a real device
 511  *       attached to an iommu_dma_domain
 512  * @size: Size of buffer in bytes
 513  * @gfp: Allocation flags
 514  * @attrs: DMA attributes for this allocation
 515  * @prot: IOMMU mapping flags
 516  * @handle: Out argument for allocated DMA handle
 517  * @flush_page: Arch callback which must ensure PAGE_SIZE bytes from the
 518  *              given VA/PA are visible to the given non-coherent device.
 519  *
 520  * If @size is less than PAGE_SIZE, then a full CPU page will be allocated,
 521  * but an IOMMU which supports smaller pages might not map the whole thing.
 522  *
 523  * Return: Array of struct page pointers describing the buffer,
 524  *         or NULL on failure.
 525  */
 526 struct page **iommu_dma_alloc(struct device *dev, size_t size, gfp_t gfp,
 527                 unsigned long attrs, int prot, dma_addr_t *handle,
 528                 void (*flush_page)(struct device *, const void *, phys_addr_t))
 529 {
 530         struct iommu_domain *domain = iommu_get_domain_for_dev(dev);
 531         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 532         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 533         struct page **pages;
 534         struct sg_table sgt;
 535         dma_addr_t iova;
 536         unsigned int count, min_size, alloc_sizes = domain->pgsize_bitmap;
 537
 538         *handle = IOMMU_MAPPING_ERROR;
 539
 540         min_size = alloc_sizes & -alloc_sizes;
 541         if (min_size < PAGE_SIZE) {
 542                 min_size = PAGE_SIZE;
 543                 alloc_sizes |= PAGE_SIZE;
 544         } else {
 545                 size = ALIGN(size, min_size);
 546         }
 547         if (attrs & DMA_ATTR_ALLOC_SINGLE_PAGES)
 548                 alloc_sizes = min_size;
 549
 550         count = PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT;
 551         pages = __iommu_dma_alloc_pages(count, alloc_sizes >> PAGE_SHIFT, gfp);
 552         if (!pages)
 553                 return NULL;
 554
 555         size = iova_align(iovad, size);
 556         iova = iommu_dma_alloc_iova(domain, size, dev->coherent_dma_mask, dev);
 557         if (!iova)
 558                 goto out_free_pages;
 559
 560         if (sg_alloc_table_from_pages(&sgt, pages, count, 0, size, GFP_KERNEL))
 561                 goto out_free_iova;
 562
 563         if (!(prot & IOMMU_CACHE)) {
 564                 struct sg_mapping_iter miter;
 565                 /*
 566                  * The CPU-centric flushing implied by SG_MITER_TO_SG isn't
 567                  * sufficient here, so skip it by using the "wrong" direction.
 568                  */
 569                 sg_miter_start(&miter, sgt.sgl, sgt.orig_nents, SG_MITER_FROM_SG);
 570                 while (sg_miter_next(&miter))
 571                         flush_page(dev, miter.addr, page_to_phys(miter.page));
 572                 sg_miter_stop(&miter);
 573         }
 574
 575         if (iommu_map_sg(domain, iova, sgt.sgl, sgt.orig_nents, prot)
 576                         < size)
 577                 goto out_free_sg;
 578
 579         *handle = iova;
 580         sg_free_table(&sgt);
 581         return pages;
 582
 583 out_free_sg:
 584         sg_free_table(&sgt);
 585 out_free_iova:
 586         iommu_dma_free_iova(cookie, iova, size);
 587 out_free_pages:
 588         __iommu_dma_free_pages(pages, count);
 589         return NULL;
 590 }
 591
 592 /**
 593  * iommu_dma_mmap - Map a buffer into provided user VMA
 594  * @pages: Array representing buffer from iommu_dma_alloc()
 595  * @size: Size of buffer in bytes
 596  * @vma: VMA describing requested userspace mapping
 597  *
 598  * Maps the pages of the buffer in @pages into @vma. The caller is responsible
 599  * for verifying the correct size and protection of @vma beforehand.
 600  */
 601
 602 int iommu_dma_mmap(struct page **pages, size_t size, struct vm_area_struct *vma)
 603 {
 604         unsigned long uaddr = vma->vm_start;
 605         unsigned int i, count = PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT;
 606         int ret = -ENXIO;
 607
 608         for (i = vma->vm_pgoff; i < count && uaddr < vma->vm_end; i++) {
 609                 ret = vm_insert_page(vma, uaddr, pages[i]);
 610                 if (ret)
 611                         break;
 612                 uaddr += PAGE_SIZE;
 613         }
 614         return ret;
 615 }
 616
 617 static dma_addr_t __iommu_dma_map(struct device *dev, phys_addr_t phys,
 618                 size_t size, int prot)
 619 {
 620         struct iommu_domain *domain = iommu_get_domain_for_dev(dev);
 621         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 622         size_t iova_off = 0;
 623         dma_addr_t iova;
 624
 625         if (cookie->type == IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE) {
 626                 iova_off = iova_offset(&cookie->iovad, phys);
 627                 size = iova_align(&cookie->iovad, size + iova_off);
 628         }
 629
 630         iova = iommu_dma_alloc_iova(domain, size, dma_get_mask(dev), dev);
 631         if (!iova)
 632                 return IOMMU_MAPPING_ERROR;
 633
 634         if (iommu_map(domain, iova, phys - iova_off, size, prot)) {
 635                 iommu_dma_free_iova(cookie, iova, size);
 636                 return IOMMU_MAPPING_ERROR;
 637         }
 638         return iova + iova_off;
 639 }
 640
 641 dma_addr_t iommu_dma_map_page(struct device *dev, struct page *page,
 642                 unsigned long offset, size_t size, int prot)
 643 {
 644         return __iommu_dma_map(dev, page_to_phys(page) + offset, size, prot);
 645 }
 646
 647 void iommu_dma_unmap_page(struct device *dev, dma_addr_t handle, size_t size,
 648                 enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 649 {
 650         __iommu_dma_unmap(iommu_get_domain_for_dev(dev), handle, size);
 651 }
 652
 653 /*
 654  * Prepare a successfully-mapped scatterlist to give back to the caller.
 655  *
 656  * At this point the segments are already laid out by iommu_dma_map_sg() to
 657  * avoid individually crossing any boundaries, so we merely need to check a
 658  * segment's start address to avoid concatenating across one.
 659  */
 660 static int __finalise_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg, int nents,
 661                 dma_addr_t dma_addr)
 662 {
 663         struct scatterlist *s, *cur = sg;
 664         unsigned long seg_mask = dma_get_seg_boundary(dev);
 665         unsigned int cur_len = 0, max_len = dma_get_max_seg_size(dev);
 666         int i, count = 0;
 667
 668         for_each_sg(sg, s, nents, i) {
 669                 /* Restore this segment's original unaligned fields first */
 670                 unsigned int s_iova_off = sg_dma_address(s);
 671                 unsigned int s_length = sg_dma_len(s);
 672                 unsigned int s_iova_len = s->length;
 673
 674                 s->offset += s_iova_off;
 675                 s->length = s_length;
 676                 sg_dma_address(s) = IOMMU_MAPPING_ERROR;
 677                 sg_dma_len(s) = 0;
 678
 679                 /*
 680                  * Now fill in the real DMA data. If...
 681                  * - there is a valid output segment to append to
 682                  * - and this segment starts on an IOVA page boundary
 683                  * - but doesn't fall at a segment boundary
 684                  * - and wouldn't make the resulting output segment too long
 685                  */
 686                 if (cur_len && !s_iova_off && (dma_addr & seg_mask) &&
 687                     (max_len - cur_len >= s_length)) {
 688                         /* ...then concatenate it with the previous one */
 689                         cur_len += s_length;
 690                 } else {
 691                         /* Otherwise start the next output segment */
 692                         if (i > 0)
 693                                 cur = sg_next(cur);
 694                         cur_len = s_length;
 695                         count++;
 696
 697                         sg_dma_address(cur) = dma_addr + s_iova_off;
 698                 }
 699
 700                 sg_dma_len(cur) = cur_len;
 701                 dma_addr += s_iova_len;
 702
 703                 if (s_length + s_iova_off < s_iova_len)
 704                         cur_len = 0;
 705         }
 706         return count;
 707 }
 708
 709 /*
 710  * If mapping failed, then just restore the original list,
 711  * but making sure the DMA fields are invalidated.
 712  */
 713 static void __invalidate_sg(struct scatterlist *sg, int nents)
 714 {
 715         struct scatterlist *s;
 716         int i;
 717
 718         for_each_sg(sg, s, nents, i) {
 719                 if (sg_dma_address(s) != IOMMU_MAPPING_ERROR)
 720                         s->offset += sg_dma_address(s);
 721                 if (sg_dma_len(s))
 722                         s->length = sg_dma_len(s);
 723                 sg_dma_address(s) = IOMMU_MAPPING_ERROR;
 724                 sg_dma_len(s) = 0;
 725         }
 726 }
 727
 728 /*
 729  * The DMA API client is passing in a scatterlist which could describe
 730  * any old buffer layout, but the IOMMU API requires everything to be
 731  * aligned to IOMMU pages. Hence the need for this complicated bit of
 732  * impedance-matching, to be able to hand off a suitably-aligned list,
 733  * but still preserve the original offsets and sizes for the caller.
 734  */
 735 int iommu_dma_map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
 736                 int nents, int prot)
 737 {
 738         struct iommu_domain *domain = iommu_get_domain_for_dev(dev);
 739         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 740         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 741         struct scatterlist *s, *prev = NULL;
 742         dma_addr_t iova;
 743         size_t iova_len = 0;
 744         unsigned long mask = dma_get_seg_boundary(dev);
 745         int i;
 746
 747         /*
 748          * Work out how much IOVA space we need, and align the segments to
 749          * IOVA granules for the IOMMU driver to handle. With some clever
 750          * trickery we can modify the list in-place, but reversibly, by
 751          * stashing the unaligned parts in the as-yet-unused DMA fields.
 752          */
 753         for_each_sg(sg, s, nents, i) {
 754                 size_t s_iova_off = iova_offset(iovad, s->offset);
 755                 size_t s_length = s->length;
 756                 size_t pad_len = (mask - iova_len + 1) & mask;
 757
 758                 sg_dma_address(s) = s_iova_off;
 759                 sg_dma_len(s) = s_length;
 760                 s->offset -= s_iova_off;
 761                 s_length = iova_align(iovad, s_length + s_iova_off);
 762                 s->length = s_length;
 763
 764                 /*
 765                  * Due to the alignment of our single IOVA allocation, we can
 766                  * depend on these assumptions about the segment boundary mask:
 767                  * - If mask size >= IOVA size, then the IOVA range cannot
 768                  *   possibly fall across a boundary, so we don't care.
 769                  * - If mask size < IOVA size, then the IOVA range must start
 770                  *   exactly on a boundary, therefore we can lay things out
 771                  *   based purely on segment lengths without needing to know
 772                  *   the actual addresses beforehand.
 773                  * - The mask must be a power of 2, so pad_len == 0 if
 774                  *   iova_len == 0, thus we cannot dereference prev the first
 775                  *   time through here (i.e. before it has a meaningful value).
 776                  */
 777                 if (pad_len && pad_len < s_length - 1) {
 778                         prev->length += pad_len;
 779                         iova_len += pad_len;
 780                 }
 781
 782                 iova_len += s_length;
 783                 prev = s;
 784         }
 785
 786         iova = iommu_dma_alloc_iova(domain, iova_len, dma_get_mask(dev), dev);
 787         if (!iova)
 788                 goto out_restore_sg;
 789
 790         /*
 791          * We'll leave any physical concatenation to the IOMMU driver's
 792          * implementation - it knows better than we do.
 793          */
 794         if (iommu_map_sg(domain, iova, sg, nents, prot) < iova_len)
 795                 goto out_free_iova;
 796
 797         return __finalise_sg(dev, sg, nents, iova);
 798
 799 out_free_iova:
 800         iommu_dma_free_iova(cookie, iova, iova_len);
 801 out_restore_sg:
 802         __invalidate_sg(sg, nents);
 803         return 0;
 804 }
 805
 806 void iommu_dma_unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg, int nents,
 807                 enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 808 {
 809         dma_addr_t start, end;
 810         struct scatterlist *tmp;
 811         int i;
 812         /*
 813          * The scatterlist segments are mapped into a single
 814          * contiguous IOVA allocation, so this is incredibly easy.
 815          */
 816         start = sg_dma_address(sg);
 817         for_each_sg(sg_next(sg), tmp, nents - 1, i) {
 818                 if (sg_dma_len(tmp) == 0)
 819                         break;
 820                 sg = tmp;
 821         }
 822         end = sg_dma_address(sg) + sg_dma_len(sg);
 823         __iommu_dma_unmap(iommu_get_domain_for_dev(dev), start, end - start);
 824 }
 825
 826 dma_addr_t iommu_dma_map_resource(struct device *dev, phys_addr_t phys,
 827                 size_t size, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 828 {
 829         return __iommu_dma_map(dev, phys, size,
 830                         dma_info_to_prot(dir, false, attrs) | IOMMU_MMIO);
 831 }
 832
 833 void iommu_dma_unmap_resource(struct device *dev, dma_addr_t handle,
 834                 size_t size, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 835 {
 836         __iommu_dma_unmap(iommu_get_domain_for_dev(dev), handle, size);
 837 }
 838
 839 int iommu_dma_mapping_error(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr)
 840 {
 841         return dma_addr == IOMMU_MAPPING_ERROR;
 842 }
 843
 844 static struct iommu_dma_msi_page *iommu_dma_get_msi_page(struct device *dev,
 845                 phys_addr_t msi_addr, struct iommu_domain *domain)
 846 {
 847         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 848         struct iommu_dma_msi_page *msi_page;
 849         dma_addr_t iova;
 850         int prot = IOMMU_WRITE | IOMMU_NOEXEC | IOMMU_MMIO;
 851         size_t size = cookie_msi_granule(cookie);
 852
 853         msi_addr &= ~(phys_addr_t)(size - 1);
 854         list_for_each_entry(msi_page, &cookie->msi_page_list, list)
 855                 if (msi_page->phys == msi_addr)
 856                         return msi_page;
 857
 858         msi_page = kzalloc(sizeof(*msi_page), GFP_ATOMIC);
 859         if (!msi_page)
 860                 return NULL;
 861
 862         iova = __iommu_dma_map(dev, msi_addr, size, prot);
 863         if (iommu_dma_mapping_error(dev, iova))
 864                 goto out_free_page;
 865
 866         INIT_LIST_HEAD(&msi_page->list);
 867         msi_page->phys = msi_addr;
 868         msi_page->iova = iova;
 869         list_add(&msi_page->list, &cookie->msi_page_list);
 870         return msi_page;
 871
 872 out_free_page:
 873         kfree(msi_page);
 874         return NULL;
 875 }
 876
 877 void iommu_dma_map_msi_msg(int irq, struct msi_msg *msg)
 878 {
 879         struct device *dev = msi_desc_to_dev(irq_get_msi_desc(irq));
 880         struct iommu_domain *domain = iommu_get_domain_for_dev(dev);
 881         struct iommu_dma_cookie *cookie;
 882         struct iommu_dma_msi_page *msi_page;
 883         phys_addr_t msi_addr = (u64)msg->address_hi << 32 | msg->address_lo;
 884         unsigned long flags;
 885
 886         if (!domain || !domain->iova_cookie)
 887                 return;
 888
 889         cookie = domain->iova_cookie;
 890
 891         /*
 892          * We disable IRQs to rule out a possible inversion against
 893          * irq_desc_lock if, say, someone tries to retarget the affinity
 894          * of an MSI from within an IPI handler.
 895          */
 896         spin_lock_irqsave(&cookie->msi_lock, flags);
 897         msi_page = iommu_dma_get_msi_page(dev, msi_addr, domain);
 898         spin_unlock_irqrestore(&cookie->msi_lock, flags);
 899
 900         if (WARN_ON(!msi_page)) {
 901                 /*
 902                  * We're called from a void callback, so the best we can do is
 903                  * 'fail' by filling the message with obviously bogus values.
 904                  * Since we got this far due to an IOMMU being present, it's
 905                  * not like the existing address would have worked anyway...
 906                  */
 907                 msg->address_hi = ~0U;
 908                 msg->address_lo = ~0U;
 909                 msg->data = ~0U;
 910         } else {
 911                 msg->address_hi = upper_32_bits(msi_page->iova);
 912                 msg->address_lo &= cookie_msi_granule(cookie) - 1;
 913                 msg->address_lo += lower_32_bits(msi_page->iova);
 914         }
 915 }