arm64: dts: qcom: sm8550: add TRNG node
[linux-modified.git] / kernel / dma / swiotlb.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * Dynamic DMA mapping support.
4  *
5  * This implementation is a fallback for platforms that do not support
6  * I/O TLBs (aka DMA address translation hardware).
7  * Copyright (C) 2000 Asit Mallick <Asit.K.Mallick@intel.com>
8  * Copyright (C) 2000 Goutham Rao <goutham.rao@intel.com>
9  * Copyright (C) 2000, 2003 Hewlett-Packard Co
10  *      David Mosberger-Tang <davidm@hpl.hp.com>
11  *
12  * 03/05/07 davidm      Switch from PCI-DMA to generic device DMA API.
13  * 00/12/13 davidm      Rename to swiotlb.c and add mark_clean() to avoid
14  *                      unnecessary i-cache flushing.
15  * 04/07/.. ak          Better overflow handling. Assorted fixes.
16  * 05/09/10 linville    Add support for syncing ranges, support syncing for
17  *                      DMA_BIDIRECTIONAL mappings, miscellaneous cleanup.
18  * 08/12/11 beckyb      Add highmem support
19  */
20
21 #define pr_fmt(fmt) "software IO TLB: " fmt
22
23 #include <linux/cache.h>
24 #include <linux/cc_platform.h>
25 #include <linux/ctype.h>
26 #include <linux/debugfs.h>
27 #include <linux/dma-direct.h>
28 #include <linux/dma-map-ops.h>
29 #include <linux/export.h>
30 #include <linux/gfp.h>
31 #include <linux/highmem.h>
32 #include <linux/io.h>
33 #include <linux/iommu-helper.h>
34 #include <linux/init.h>
35 #include <linux/memblock.h>
36 #include <linux/mm.h>
37 #include <linux/pfn.h>
38 #include <linux/rculist.h>
39 #include <linux/scatterlist.h>
40 #include <linux/set_memory.h>
41 #include <linux/spinlock.h>
42 #include <linux/string.h>
43 #include <linux/swiotlb.h>
44 #include <linux/types.h>
45 #ifdef CONFIG_DMA_RESTRICTED_POOL
46 #include <linux/of.h>
47 #include <linux/of_fdt.h>
48 #include <linux/of_reserved_mem.h>
49 #include <linux/slab.h>
50 #endif
51
52 #define CREATE_TRACE_POINTS
53 #include <trace/events/swiotlb.h>
54
55 #define SLABS_PER_PAGE (1 << (PAGE_SHIFT - IO_TLB_SHIFT))
56
57 /*
58  * Minimum IO TLB size to bother booting with.  Systems with mainly
59  * 64bit capable cards will only lightly use the swiotlb.  If we can't
60  * allocate a contiguous 1MB, we're probably in trouble anyway.
61  */
62 #define IO_TLB_MIN_SLABS ((1<<20) >> IO_TLB_SHIFT)
63
64 #define INVALID_PHYS_ADDR (~(phys_addr_t)0)
65
66 /**
67  * struct io_tlb_slot - IO TLB slot descriptor
68  * @orig_addr:  The original address corresponding to a mapped entry.
69  * @alloc_size: Size of the allocated buffer.
70  * @list:       The free list describing the number of free entries available
71  *              from each index.
72  */
73 struct io_tlb_slot {
74         phys_addr_t orig_addr;
75         size_t alloc_size;
76         unsigned int list;
77 };
78
79 static bool swiotlb_force_bounce;
80 static bool swiotlb_force_disable;
81
82 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
83
84 static void swiotlb_dyn_alloc(struct work_struct *work);
85
86 static struct io_tlb_mem io_tlb_default_mem = {
87         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(io_tlb_default_mem.lock),
88         .pools = LIST_HEAD_INIT(io_tlb_default_mem.pools),
89         .dyn_alloc = __WORK_INITIALIZER(io_tlb_default_mem.dyn_alloc,
90                                         swiotlb_dyn_alloc),
91 };
92
93 #else  /* !CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC */
94
95 static struct io_tlb_mem io_tlb_default_mem;
96
97 #endif  /* CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC */
98
99 static unsigned long default_nslabs = IO_TLB_DEFAULT_SIZE >> IO_TLB_SHIFT;
100 static unsigned long default_nareas;
101
102 /**
103  * struct io_tlb_area - IO TLB memory area descriptor
104  *
105  * This is a single area with a single lock.
106  *
107  * @used:       The number of used IO TLB block.
108  * @index:      The slot index to start searching in this area for next round.
109  * @lock:       The lock to protect the above data structures in the map and
110  *              unmap calls.
111  */
112 struct io_tlb_area {
113         unsigned long used;
114         unsigned int index;
115         spinlock_t lock;
116 };
117
118 /*
119  * Round up number of slabs to the next power of 2. The last area is going
120  * be smaller than the rest if default_nslabs is not power of two.
121  * The number of slot in an area should be a multiple of IO_TLB_SEGSIZE,
122  * otherwise a segment may span two or more areas. It conflicts with free
123  * contiguous slots tracking: free slots are treated contiguous no matter
124  * whether they cross an area boundary.
125  *
126  * Return true if default_nslabs is rounded up.
127  */
128 static bool round_up_default_nslabs(void)
129 {
130         if (!default_nareas)
131                 return false;
132
133         if (default_nslabs < IO_TLB_SEGSIZE * default_nareas)
134                 default_nslabs = IO_TLB_SEGSIZE * default_nareas;
135         else if (is_power_of_2(default_nslabs))
136                 return false;
137         default_nslabs = roundup_pow_of_two(default_nslabs);
138         return true;
139 }
140
141 /**
142  * swiotlb_adjust_nareas() - adjust the number of areas and slots
143  * @nareas:     Desired number of areas. Zero is treated as 1.
144  *
145  * Adjust the default number of areas in a memory pool.
146  * The default size of the memory pool may also change to meet minimum area
147  * size requirements.
148  */
149 static void swiotlb_adjust_nareas(unsigned int nareas)
150 {
151         if (!nareas)
152                 nareas = 1;
153         else if (!is_power_of_2(nareas))
154                 nareas = roundup_pow_of_two(nareas);
155
156         default_nareas = nareas;
157
158         pr_info("area num %d.\n", nareas);
159         if (round_up_default_nslabs())
160                 pr_info("SWIOTLB bounce buffer size roundup to %luMB",
161                         (default_nslabs << IO_TLB_SHIFT) >> 20);
162 }
163
164 /**
165  * limit_nareas() - get the maximum number of areas for a given memory pool size
166  * @nareas:     Desired number of areas.
167  * @nslots:     Total number of slots in the memory pool.
168  *
169  * Limit the number of areas to the maximum possible number of areas in
170  * a memory pool of the given size.
171  *
172  * Return: Maximum possible number of areas.
173  */
174 static unsigned int limit_nareas(unsigned int nareas, unsigned long nslots)
175 {
176         if (nslots < nareas * IO_TLB_SEGSIZE)
177                 return nslots / IO_TLB_SEGSIZE;
178         return nareas;
179 }
180
181 static int __init
182 setup_io_tlb_npages(char *str)
183 {
184         if (isdigit(*str)) {
185                 /* avoid tail segment of size < IO_TLB_SEGSIZE */
186                 default_nslabs =
187                         ALIGN(simple_strtoul(str, &str, 0), IO_TLB_SEGSIZE);
188         }
189         if (*str == ',')
190                 ++str;
191         if (isdigit(*str))
192                 swiotlb_adjust_nareas(simple_strtoul(str, &str, 0));
193         if (*str == ',')
194                 ++str;
195         if (!strcmp(str, "force"))
196                 swiotlb_force_bounce = true;
197         else if (!strcmp(str, "noforce"))
198                 swiotlb_force_disable = true;
199
200         return 0;
201 }
202 early_param("swiotlb", setup_io_tlb_npages);
203
204 unsigned long swiotlb_size_or_default(void)
205 {
206         return default_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
207 }
208
209 void __init swiotlb_adjust_size(unsigned long size)
210 {
211         /*
212          * If swiotlb parameter has not been specified, give a chance to
213          * architectures such as those supporting memory encryption to
214          * adjust/expand SWIOTLB size for their use.
215          */
216         if (default_nslabs != IO_TLB_DEFAULT_SIZE >> IO_TLB_SHIFT)
217                 return;
218
219         size = ALIGN(size, IO_TLB_SIZE);
220         default_nslabs = ALIGN(size >> IO_TLB_SHIFT, IO_TLB_SEGSIZE);
221         if (round_up_default_nslabs())
222                 size = default_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
223         pr_info("SWIOTLB bounce buffer size adjusted to %luMB", size >> 20);
224 }
225
226 void swiotlb_print_info(void)
227 {
228         struct io_tlb_pool *mem = &io_tlb_default_mem.defpool;
229
230         if (!mem->nslabs) {
231                 pr_warn("No low mem\n");
232                 return;
233         }
234
235         pr_info("mapped [mem %pa-%pa] (%luMB)\n", &mem->start, &mem->end,
236                (mem->nslabs << IO_TLB_SHIFT) >> 20);
237 }
238
239 static inline unsigned long io_tlb_offset(unsigned long val)
240 {
241         return val & (IO_TLB_SEGSIZE - 1);
242 }
243
244 static inline unsigned long nr_slots(u64 val)
245 {
246         return DIV_ROUND_UP(val, IO_TLB_SIZE);
247 }
248
249 /*
250  * Early SWIOTLB allocation may be too early to allow an architecture to
251  * perform the desired operations.  This function allows the architecture to
252  * call SWIOTLB when the operations are possible.  It needs to be called
253  * before the SWIOTLB memory is used.
254  */
255 void __init swiotlb_update_mem_attributes(void)
256 {
257         struct io_tlb_pool *mem = &io_tlb_default_mem.defpool;
258         unsigned long bytes;
259
260         if (!mem->nslabs || mem->late_alloc)
261                 return;
262         bytes = PAGE_ALIGN(mem->nslabs << IO_TLB_SHIFT);
263         set_memory_decrypted((unsigned long)mem->vaddr, bytes >> PAGE_SHIFT);
264 }
265
266 static void swiotlb_init_io_tlb_pool(struct io_tlb_pool *mem, phys_addr_t start,
267                 unsigned long nslabs, bool late_alloc, unsigned int nareas)
268 {
269         void *vaddr = phys_to_virt(start);
270         unsigned long bytes = nslabs << IO_TLB_SHIFT, i;
271
272         mem->nslabs = nslabs;
273         mem->start = start;
274         mem->end = mem->start + bytes;
275         mem->late_alloc = late_alloc;
276         mem->nareas = nareas;
277         mem->area_nslabs = nslabs / mem->nareas;
278
279         for (i = 0; i < mem->nareas; i++) {
280                 spin_lock_init(&mem->areas[i].lock);
281                 mem->areas[i].index = 0;
282                 mem->areas[i].used = 0;
283         }
284
285         for (i = 0; i < mem->nslabs; i++) {
286                 mem->slots[i].list = min(IO_TLB_SEGSIZE - io_tlb_offset(i),
287                                          mem->nslabs - i);
288                 mem->slots[i].orig_addr = INVALID_PHYS_ADDR;
289                 mem->slots[i].alloc_size = 0;
290         }
291
292         memset(vaddr, 0, bytes);
293         mem->vaddr = vaddr;
294         return;
295 }
296
297 /**
298  * add_mem_pool() - add a memory pool to the allocator
299  * @mem:        Software IO TLB allocator.
300  * @pool:       Memory pool to be added.
301  */
302 static void add_mem_pool(struct io_tlb_mem *mem, struct io_tlb_pool *pool)
303 {
304 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
305         spin_lock(&mem->lock);
306         list_add_rcu(&pool->node, &mem->pools);
307         mem->nslabs += pool->nslabs;
308         spin_unlock(&mem->lock);
309 #else
310         mem->nslabs = pool->nslabs;
311 #endif
312 }
313
314 static void __init *swiotlb_memblock_alloc(unsigned long nslabs,
315                 unsigned int flags,
316                 int (*remap)(void *tlb, unsigned long nslabs))
317 {
318         size_t bytes = PAGE_ALIGN(nslabs << IO_TLB_SHIFT);
319         void *tlb;
320
321         /*
322          * By default allocate the bounce buffer memory from low memory, but
323          * allow to pick a location everywhere for hypervisors with guest
324          * memory encryption.
325          */
326         if (flags & SWIOTLB_ANY)
327                 tlb = memblock_alloc(bytes, PAGE_SIZE);
328         else
329                 tlb = memblock_alloc_low(bytes, PAGE_SIZE);
330
331         if (!tlb) {
332                 pr_warn("%s: Failed to allocate %zu bytes tlb structure\n",
333                         __func__, bytes);
334                 return NULL;
335         }
336
337         if (remap && remap(tlb, nslabs) < 0) {
338                 memblock_free(tlb, PAGE_ALIGN(bytes));
339                 pr_warn("%s: Failed to remap %zu bytes\n", __func__, bytes);
340                 return NULL;
341         }
342
343         return tlb;
344 }
345
346 /*
347  * Statically reserve bounce buffer space and initialize bounce buffer data
348  * structures for the software IO TLB used to implement the DMA API.
349  */
350 void __init swiotlb_init_remap(bool addressing_limit, unsigned int flags,
351                 int (*remap)(void *tlb, unsigned long nslabs))
352 {
353         struct io_tlb_pool *mem = &io_tlb_default_mem.defpool;
354         unsigned long nslabs;
355         unsigned int nareas;
356         size_t alloc_size;
357         void *tlb;
358
359         if (!addressing_limit && !swiotlb_force_bounce)
360                 return;
361         if (swiotlb_force_disable)
362                 return;
363
364         io_tlb_default_mem.force_bounce =
365                 swiotlb_force_bounce || (flags & SWIOTLB_FORCE);
366
367 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
368         if (!remap)
369                 io_tlb_default_mem.can_grow = true;
370         if (flags & SWIOTLB_ANY)
371                 io_tlb_default_mem.phys_limit = virt_to_phys(high_memory - 1);
372         else
373                 io_tlb_default_mem.phys_limit = ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT;
374 #endif
375
376         if (!default_nareas)
377                 swiotlb_adjust_nareas(num_possible_cpus());
378
379         nslabs = default_nslabs;
380         nareas = limit_nareas(default_nareas, nslabs);
381         while ((tlb = swiotlb_memblock_alloc(nslabs, flags, remap)) == NULL) {
382                 if (nslabs <= IO_TLB_MIN_SLABS)
383                         return;
384                 nslabs = ALIGN(nslabs >> 1, IO_TLB_SEGSIZE);
385                 nareas = limit_nareas(nareas, nslabs);
386         }
387
388         if (default_nslabs != nslabs) {
389                 pr_info("SWIOTLB bounce buffer size adjusted %lu -> %lu slabs",
390                         default_nslabs, nslabs);
391                 default_nslabs = nslabs;
392         }
393
394         alloc_size = PAGE_ALIGN(array_size(sizeof(*mem->slots), nslabs));
395         mem->slots = memblock_alloc(alloc_size, PAGE_SIZE);
396         if (!mem->slots) {
397                 pr_warn("%s: Failed to allocate %zu bytes align=0x%lx\n",
398                         __func__, alloc_size, PAGE_SIZE);
399                 return;
400         }
401
402         mem->areas = memblock_alloc(array_size(sizeof(struct io_tlb_area),
403                 nareas), SMP_CACHE_BYTES);
404         if (!mem->areas) {
405                 pr_warn("%s: Failed to allocate mem->areas.\n", __func__);
406                 return;
407         }
408
409         swiotlb_init_io_tlb_pool(mem, __pa(tlb), nslabs, false, nareas);
410         add_mem_pool(&io_tlb_default_mem, mem);
411
412         if (flags & SWIOTLB_VERBOSE)
413                 swiotlb_print_info();
414 }
415
416 void __init swiotlb_init(bool addressing_limit, unsigned int flags)
417 {
418         swiotlb_init_remap(addressing_limit, flags, NULL);
419 }
420
421 /*
422  * Systems with larger DMA zones (those that don't support ISA) can
423  * initialize the swiotlb later using the slab allocator if needed.
424  * This should be just like above, but with some error catching.
425  */
426 int swiotlb_init_late(size_t size, gfp_t gfp_mask,
427                 int (*remap)(void *tlb, unsigned long nslabs))
428 {
429         struct io_tlb_pool *mem = &io_tlb_default_mem.defpool;
430         unsigned long nslabs = ALIGN(size >> IO_TLB_SHIFT, IO_TLB_SEGSIZE);
431         unsigned int nareas;
432         unsigned char *vstart = NULL;
433         unsigned int order, area_order;
434         bool retried = false;
435         int rc = 0;
436
437         if (io_tlb_default_mem.nslabs)
438                 return 0;
439
440         if (swiotlb_force_disable)
441                 return 0;
442
443         io_tlb_default_mem.force_bounce = swiotlb_force_bounce;
444
445 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
446         if (!remap)
447                 io_tlb_default_mem.can_grow = true;
448         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA) && (gfp_mask & __GFP_DMA))
449                 io_tlb_default_mem.phys_limit = DMA_BIT_MASK(zone_dma_bits);
450         else if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32) && (gfp_mask & __GFP_DMA32))
451                 io_tlb_default_mem.phys_limit = DMA_BIT_MASK(32);
452         else
453                 io_tlb_default_mem.phys_limit = virt_to_phys(high_memory - 1);
454 #endif
455
456         if (!default_nareas)
457                 swiotlb_adjust_nareas(num_possible_cpus());
458
459 retry:
460         order = get_order(nslabs << IO_TLB_SHIFT);
461         nslabs = SLABS_PER_PAGE << order;
462
463         while ((SLABS_PER_PAGE << order) > IO_TLB_MIN_SLABS) {
464                 vstart = (void *)__get_free_pages(gfp_mask | __GFP_NOWARN,
465                                                   order);
466                 if (vstart)
467                         break;
468                 order--;
469                 nslabs = SLABS_PER_PAGE << order;
470                 retried = true;
471         }
472
473         if (!vstart)
474                 return -ENOMEM;
475
476         if (remap)
477                 rc = remap(vstart, nslabs);
478         if (rc) {
479                 free_pages((unsigned long)vstart, order);
480
481                 nslabs = ALIGN(nslabs >> 1, IO_TLB_SEGSIZE);
482                 if (nslabs < IO_TLB_MIN_SLABS)
483                         return rc;
484                 retried = true;
485                 goto retry;
486         }
487
488         if (retried) {
489                 pr_warn("only able to allocate %ld MB\n",
490                         (PAGE_SIZE << order) >> 20);
491         }
492
493         nareas = limit_nareas(default_nareas, nslabs);
494         area_order = get_order(array_size(sizeof(*mem->areas), nareas));
495         mem->areas = (struct io_tlb_area *)
496                 __get_free_pages(GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, area_order);
497         if (!mem->areas)
498                 goto error_area;
499
500         mem->slots = (void *)__get_free_pages(GFP_KERNEL | __GFP_ZERO,
501                 get_order(array_size(sizeof(*mem->slots), nslabs)));
502         if (!mem->slots)
503                 goto error_slots;
504
505         set_memory_decrypted((unsigned long)vstart,
506                              (nslabs << IO_TLB_SHIFT) >> PAGE_SHIFT);
507         swiotlb_init_io_tlb_pool(mem, virt_to_phys(vstart), nslabs, true,
508                                  nareas);
509         add_mem_pool(&io_tlb_default_mem, mem);
510
511         swiotlb_print_info();
512         return 0;
513
514 error_slots:
515         free_pages((unsigned long)mem->areas, area_order);
516 error_area:
517         free_pages((unsigned long)vstart, order);
518         return -ENOMEM;
519 }
520
521 void __init swiotlb_exit(void)
522 {
523         struct io_tlb_pool *mem = &io_tlb_default_mem.defpool;
524         unsigned long tbl_vaddr;
525         size_t tbl_size, slots_size;
526         unsigned int area_order;
527
528         if (swiotlb_force_bounce)
529                 return;
530
531         if (!mem->nslabs)
532                 return;
533
534         pr_info("tearing down default memory pool\n");
535         tbl_vaddr = (unsigned long)phys_to_virt(mem->start);
536         tbl_size = PAGE_ALIGN(mem->end - mem->start);
537         slots_size = PAGE_ALIGN(array_size(sizeof(*mem->slots), mem->nslabs));
538
539         set_memory_encrypted(tbl_vaddr, tbl_size >> PAGE_SHIFT);
540         if (mem->late_alloc) {
541                 area_order = get_order(array_size(sizeof(*mem->areas),
542                         mem->nareas));
543                 free_pages((unsigned long)mem->areas, area_order);
544                 free_pages(tbl_vaddr, get_order(tbl_size));
545                 free_pages((unsigned long)mem->slots, get_order(slots_size));
546         } else {
547                 memblock_free_late(__pa(mem->areas),
548                         array_size(sizeof(*mem->areas), mem->nareas));
549                 memblock_free_late(mem->start, tbl_size);
550                 memblock_free_late(__pa(mem->slots), slots_size);
551         }
552
553         memset(mem, 0, sizeof(*mem));
554 }
555
556 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
557
558 /**
559  * alloc_dma_pages() - allocate pages to be used for DMA
560  * @gfp:        GFP flags for the allocation.
561  * @bytes:      Size of the buffer.
562  * @phys_limit: Maximum allowed physical address of the buffer.
563  *
564  * Allocate pages from the buddy allocator. If successful, make the allocated
565  * pages decrypted that they can be used for DMA.
566  *
567  * Return: Decrypted pages, %NULL on allocation failure, or ERR_PTR(-EAGAIN)
568  * if the allocated physical address was above @phys_limit.
569  */
570 static struct page *alloc_dma_pages(gfp_t gfp, size_t bytes, u64 phys_limit)
571 {
572         unsigned int order = get_order(bytes);
573         struct page *page;
574         phys_addr_t paddr;
575         void *vaddr;
576
577         page = alloc_pages(gfp, order);
578         if (!page)
579                 return NULL;
580
581         paddr = page_to_phys(page);
582         if (paddr + bytes - 1 > phys_limit) {
583                 __free_pages(page, order);
584                 return ERR_PTR(-EAGAIN);
585         }
586
587         vaddr = phys_to_virt(paddr);
588         if (set_memory_decrypted((unsigned long)vaddr, PFN_UP(bytes)))
589                 goto error;
590         return page;
591
592 error:
593         /* Intentional leak if pages cannot be encrypted again. */
594         if (!set_memory_encrypted((unsigned long)vaddr, PFN_UP(bytes)))
595                 __free_pages(page, order);
596         return NULL;
597 }
598
599 /**
600  * swiotlb_alloc_tlb() - allocate a dynamic IO TLB buffer
601  * @dev:        Device for which a memory pool is allocated.
602  * @bytes:      Size of the buffer.
603  * @phys_limit: Maximum allowed physical address of the buffer.
604  * @gfp:        GFP flags for the allocation.
605  *
606  * Return: Allocated pages, or %NULL on allocation failure.
607  */
608 static struct page *swiotlb_alloc_tlb(struct device *dev, size_t bytes,
609                 u64 phys_limit, gfp_t gfp)
610 {
611         struct page *page;
612
613         /*
614          * Allocate from the atomic pools if memory is encrypted and
615          * the allocation is atomic, because decrypting may block.
616          */
617         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp) && dev && force_dma_unencrypted(dev)) {
618                 void *vaddr;
619
620                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_DMA_COHERENT_POOL))
621                         return NULL;
622
623                 return dma_alloc_from_pool(dev, bytes, &vaddr, gfp,
624                                            dma_coherent_ok);
625         }
626
627         gfp &= ~GFP_ZONEMASK;
628         if (phys_limit <= DMA_BIT_MASK(zone_dma_bits))
629                 gfp |= __GFP_DMA;
630         else if (phys_limit <= DMA_BIT_MASK(32))
631                 gfp |= __GFP_DMA32;
632
633         while (IS_ERR(page = alloc_dma_pages(gfp, bytes, phys_limit))) {
634                 if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32) &&
635                     phys_limit < DMA_BIT_MASK(64) &&
636                     !(gfp & (__GFP_DMA32 | __GFP_DMA)))
637                         gfp |= __GFP_DMA32;
638                 else if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA) &&
639                          !(gfp & __GFP_DMA))
640                         gfp = (gfp & ~__GFP_DMA32) | __GFP_DMA;
641                 else
642                         return NULL;
643         }
644
645         return page;
646 }
647
648 /**
649  * swiotlb_free_tlb() - free a dynamically allocated IO TLB buffer
650  * @vaddr:      Virtual address of the buffer.
651  * @bytes:      Size of the buffer.
652  */
653 static void swiotlb_free_tlb(void *vaddr, size_t bytes)
654 {
655         if (IS_ENABLED(CONFIG_DMA_COHERENT_POOL) &&
656             dma_free_from_pool(NULL, vaddr, bytes))
657                 return;
658
659         /* Intentional leak if pages cannot be encrypted again. */
660         if (!set_memory_encrypted((unsigned long)vaddr, PFN_UP(bytes)))
661                 __free_pages(virt_to_page(vaddr), get_order(bytes));
662 }
663
664 /**
665  * swiotlb_alloc_pool() - allocate a new IO TLB memory pool
666  * @dev:        Device for which a memory pool is allocated.
667  * @minslabs:   Minimum number of slabs.
668  * @nslabs:     Desired (maximum) number of slabs.
669  * @nareas:     Number of areas.
670  * @phys_limit: Maximum DMA buffer physical address.
671  * @gfp:        GFP flags for the allocations.
672  *
673  * Allocate and initialize a new IO TLB memory pool. The actual number of
674  * slabs may be reduced if allocation of @nslabs fails. If even
675  * @minslabs cannot be allocated, this function fails.
676  *
677  * Return: New memory pool, or %NULL on allocation failure.
678  */
679 static struct io_tlb_pool *swiotlb_alloc_pool(struct device *dev,
680                 unsigned long minslabs, unsigned long nslabs,
681                 unsigned int nareas, u64 phys_limit, gfp_t gfp)
682 {
683         struct io_tlb_pool *pool;
684         unsigned int slot_order;
685         struct page *tlb;
686         size_t pool_size;
687         size_t tlb_size;
688
689         if (nslabs > SLABS_PER_PAGE << MAX_ORDER) {
690                 nslabs = SLABS_PER_PAGE << MAX_ORDER;
691                 nareas = limit_nareas(nareas, nslabs);
692         }
693
694         pool_size = sizeof(*pool) + array_size(sizeof(*pool->areas), nareas);
695         pool = kzalloc(pool_size, gfp);
696         if (!pool)
697                 goto error;
698         pool->areas = (void *)pool + sizeof(*pool);
699
700         tlb_size = nslabs << IO_TLB_SHIFT;
701         while (!(tlb = swiotlb_alloc_tlb(dev, tlb_size, phys_limit, gfp))) {
702                 if (nslabs <= minslabs)
703                         goto error_tlb;
704                 nslabs = ALIGN(nslabs >> 1, IO_TLB_SEGSIZE);
705                 nareas = limit_nareas(nareas, nslabs);
706                 tlb_size = nslabs << IO_TLB_SHIFT;
707         }
708
709         slot_order = get_order(array_size(sizeof(*pool->slots), nslabs));
710         pool->slots = (struct io_tlb_slot *)
711                 __get_free_pages(gfp, slot_order);
712         if (!pool->slots)
713                 goto error_slots;
714
715         swiotlb_init_io_tlb_pool(pool, page_to_phys(tlb), nslabs, true, nareas);
716         return pool;
717
718 error_slots:
719         swiotlb_free_tlb(page_address(tlb), tlb_size);
720 error_tlb:
721         kfree(pool);
722 error:
723         return NULL;
724 }
725
726 /**
727  * swiotlb_dyn_alloc() - dynamic memory pool allocation worker
728  * @work:       Pointer to dyn_alloc in struct io_tlb_mem.
729  */
730 static void swiotlb_dyn_alloc(struct work_struct *work)
731 {
732         struct io_tlb_mem *mem =
733                 container_of(work, struct io_tlb_mem, dyn_alloc);
734         struct io_tlb_pool *pool;
735
736         pool = swiotlb_alloc_pool(NULL, IO_TLB_MIN_SLABS, default_nslabs,
737                                   default_nareas, mem->phys_limit, GFP_KERNEL);
738         if (!pool) {
739                 pr_warn_ratelimited("Failed to allocate new pool");
740                 return;
741         }
742
743         add_mem_pool(mem, pool);
744 }
745
746 /**
747  * swiotlb_dyn_free() - RCU callback to free a memory pool
748  * @rcu:        RCU head in the corresponding struct io_tlb_pool.
749  */
750 static void swiotlb_dyn_free(struct rcu_head *rcu)
751 {
752         struct io_tlb_pool *pool = container_of(rcu, struct io_tlb_pool, rcu);
753         size_t slots_size = array_size(sizeof(*pool->slots), pool->nslabs);
754         size_t tlb_size = pool->end - pool->start;
755
756         free_pages((unsigned long)pool->slots, get_order(slots_size));
757         swiotlb_free_tlb(pool->vaddr, tlb_size);
758         kfree(pool);
759 }
760
761 /**
762  * swiotlb_find_pool() - find the IO TLB pool for a physical address
763  * @dev:        Device which has mapped the DMA buffer.
764  * @paddr:      Physical address within the DMA buffer.
765  *
766  * Find the IO TLB memory pool descriptor which contains the given physical
767  * address, if any.
768  *
769  * Return: Memory pool which contains @paddr, or %NULL if none.
770  */
771 struct io_tlb_pool *swiotlb_find_pool(struct device *dev, phys_addr_t paddr)
772 {
773         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
774         struct io_tlb_pool *pool;
775
776         rcu_read_lock();
777         list_for_each_entry_rcu(pool, &mem->pools, node) {
778                 if (paddr >= pool->start && paddr < pool->end)
779                         goto out;
780         }
781
782         list_for_each_entry_rcu(pool, &dev->dma_io_tlb_pools, node) {
783                 if (paddr >= pool->start && paddr < pool->end)
784                         goto out;
785         }
786         pool = NULL;
787 out:
788         rcu_read_unlock();
789         return pool;
790 }
791
792 /**
793  * swiotlb_del_pool() - remove an IO TLB pool from a device
794  * @dev:        Owning device.
795  * @pool:       Memory pool to be removed.
796  */
797 static void swiotlb_del_pool(struct device *dev, struct io_tlb_pool *pool)
798 {
799         unsigned long flags;
800
801         spin_lock_irqsave(&dev->dma_io_tlb_lock, flags);
802         list_del_rcu(&pool->node);
803         spin_unlock_irqrestore(&dev->dma_io_tlb_lock, flags);
804
805         call_rcu(&pool->rcu, swiotlb_dyn_free);
806 }
807
808 #endif  /* CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC */
809
810 /**
811  * swiotlb_dev_init() - initialize swiotlb fields in &struct device
812  * @dev:        Device to be initialized.
813  */
814 void swiotlb_dev_init(struct device *dev)
815 {
816         dev->dma_io_tlb_mem = &io_tlb_default_mem;
817 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
818         INIT_LIST_HEAD(&dev->dma_io_tlb_pools);
819         spin_lock_init(&dev->dma_io_tlb_lock);
820         dev->dma_uses_io_tlb = false;
821 #endif
822 }
823
824 /*
825  * Return the offset into a iotlb slot required to keep the device happy.
826  */
827 static unsigned int swiotlb_align_offset(struct device *dev, u64 addr)
828 {
829         return addr & dma_get_min_align_mask(dev) & (IO_TLB_SIZE - 1);
830 }
831
832 /*
833  * Bounce: copy the swiotlb buffer from or back to the original dma location
834  */
835 static void swiotlb_bounce(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr, size_t size,
836                            enum dma_data_direction dir)
837 {
838         struct io_tlb_pool *mem = swiotlb_find_pool(dev, tlb_addr);
839         int index = (tlb_addr - mem->start) >> IO_TLB_SHIFT;
840         phys_addr_t orig_addr = mem->slots[index].orig_addr;
841         size_t alloc_size = mem->slots[index].alloc_size;
842         unsigned long pfn = PFN_DOWN(orig_addr);
843         unsigned char *vaddr = mem->vaddr + tlb_addr - mem->start;
844         unsigned int tlb_offset, orig_addr_offset;
845
846         if (orig_addr == INVALID_PHYS_ADDR)
847                 return;
848
849         tlb_offset = tlb_addr & (IO_TLB_SIZE - 1);
850         orig_addr_offset = swiotlb_align_offset(dev, orig_addr);
851         if (tlb_offset < orig_addr_offset) {
852                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
853                         "Access before mapping start detected. orig offset %u, requested offset %u.\n",
854                         orig_addr_offset, tlb_offset);
855                 return;
856         }
857
858         tlb_offset -= orig_addr_offset;
859         if (tlb_offset > alloc_size) {
860                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
861                         "Buffer overflow detected. Allocation size: %zu. Mapping size: %zu+%u.\n",
862                         alloc_size, size, tlb_offset);
863                 return;
864         }
865
866         orig_addr += tlb_offset;
867         alloc_size -= tlb_offset;
868
869         if (size > alloc_size) {
870                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
871                         "Buffer overflow detected. Allocation size: %zu. Mapping size: %zu.\n",
872                         alloc_size, size);
873                 size = alloc_size;
874         }
875
876         if (PageHighMem(pfn_to_page(pfn))) {
877                 unsigned int offset = orig_addr & ~PAGE_MASK;
878                 struct page *page;
879                 unsigned int sz = 0;
880                 unsigned long flags;
881
882                 while (size) {
883                         sz = min_t(size_t, PAGE_SIZE - offset, size);
884
885                         local_irq_save(flags);
886                         page = pfn_to_page(pfn);
887                         if (dir == DMA_TO_DEVICE)
888                                 memcpy_from_page(vaddr, page, offset, sz);
889                         else
890                                 memcpy_to_page(page, offset, vaddr, sz);
891                         local_irq_restore(flags);
892
893                         size -= sz;
894                         pfn++;
895                         vaddr += sz;
896                         offset = 0;
897                 }
898         } else if (dir == DMA_TO_DEVICE) {
899                 memcpy(vaddr, phys_to_virt(orig_addr), size);
900         } else {
901                 memcpy(phys_to_virt(orig_addr), vaddr, size);
902         }
903 }
904
905 static inline phys_addr_t slot_addr(phys_addr_t start, phys_addr_t idx)
906 {
907         return start + (idx << IO_TLB_SHIFT);
908 }
909
910 /*
911  * Carefully handle integer overflow which can occur when boundary_mask == ~0UL.
912  */
913 static inline unsigned long get_max_slots(unsigned long boundary_mask)
914 {
915         return (boundary_mask >> IO_TLB_SHIFT) + 1;
916 }
917
918 static unsigned int wrap_area_index(struct io_tlb_pool *mem, unsigned int index)
919 {
920         if (index >= mem->area_nslabs)
921                 return 0;
922         return index;
923 }
924
925 /*
926  * Track the total used slots with a global atomic value in order to have
927  * correct information to determine the high water mark. The mem_used()
928  * function gives imprecise results because there's no locking across
929  * multiple areas.
930  */
931 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
932 static void inc_used_and_hiwater(struct io_tlb_mem *mem, unsigned int nslots)
933 {
934         unsigned long old_hiwater, new_used;
935
936         new_used = atomic_long_add_return(nslots, &mem->total_used);
937         old_hiwater = atomic_long_read(&mem->used_hiwater);
938         do {
939                 if (new_used <= old_hiwater)
940                         break;
941         } while (!atomic_long_try_cmpxchg(&mem->used_hiwater,
942                                           &old_hiwater, new_used));
943 }
944
945 static void dec_used(struct io_tlb_mem *mem, unsigned int nslots)
946 {
947         atomic_long_sub(nslots, &mem->total_used);
948 }
949
950 #else /* !CONFIG_DEBUG_FS */
951 static void inc_used_and_hiwater(struct io_tlb_mem *mem, unsigned int nslots)
952 {
953 }
954 static void dec_used(struct io_tlb_mem *mem, unsigned int nslots)
955 {
956 }
957 #endif /* CONFIG_DEBUG_FS */
958
959 /**
960  * swiotlb_area_find_slots() - search for slots in one IO TLB memory area
961  * @dev:        Device which maps the buffer.
962  * @pool:       Memory pool to be searched.
963  * @area_index: Index of the IO TLB memory area to be searched.
964  * @orig_addr:  Original (non-bounced) IO buffer address.
965  * @alloc_size: Total requested size of the bounce buffer,
966  *              including initial alignment padding.
967  * @alloc_align_mask:   Required alignment of the allocated buffer.
968  *
969  * Find a suitable sequence of IO TLB entries for the request and allocate
970  * a buffer from the given IO TLB memory area.
971  * This function takes care of locking.
972  *
973  * Return: Index of the first allocated slot, or -1 on error.
974  */
975 static int swiotlb_area_find_slots(struct device *dev, struct io_tlb_pool *pool,
976                 int area_index, phys_addr_t orig_addr, size_t alloc_size,
977                 unsigned int alloc_align_mask)
978 {
979         struct io_tlb_area *area = pool->areas + area_index;
980         unsigned long boundary_mask = dma_get_seg_boundary(dev);
981         dma_addr_t tbl_dma_addr =
982                 phys_to_dma_unencrypted(dev, pool->start) & boundary_mask;
983         unsigned long max_slots = get_max_slots(boundary_mask);
984         unsigned int iotlb_align_mask =
985                 dma_get_min_align_mask(dev) | alloc_align_mask;
986         unsigned int nslots = nr_slots(alloc_size), stride;
987         unsigned int offset = swiotlb_align_offset(dev, orig_addr);
988         unsigned int index, slots_checked, count = 0, i;
989         unsigned long flags;
990         unsigned int slot_base;
991         unsigned int slot_index;
992
993         BUG_ON(!nslots);
994         BUG_ON(area_index >= pool->nareas);
995
996         /*
997          * For allocations of PAGE_SIZE or larger only look for page aligned
998          * allocations.
999          */
1000         if (alloc_size >= PAGE_SIZE)
1001                 iotlb_align_mask |= ~PAGE_MASK;
1002         iotlb_align_mask &= ~(IO_TLB_SIZE - 1);
1003
1004         /*
1005          * For mappings with an alignment requirement don't bother looping to
1006          * unaligned slots once we found an aligned one.
1007          */
1008         stride = (iotlb_align_mask >> IO_TLB_SHIFT) + 1;
1009
1010         spin_lock_irqsave(&area->lock, flags);
1011         if (unlikely(nslots > pool->area_nslabs - area->used))
1012                 goto not_found;
1013
1014         slot_base = area_index * pool->area_nslabs;
1015         index = area->index;
1016
1017         for (slots_checked = 0; slots_checked < pool->area_nslabs; ) {
1018                 slot_index = slot_base + index;
1019
1020                 if (orig_addr &&
1021                     (slot_addr(tbl_dma_addr, slot_index) &
1022                      iotlb_align_mask) != (orig_addr & iotlb_align_mask)) {
1023                         index = wrap_area_index(pool, index + 1);
1024                         slots_checked++;
1025                         continue;
1026                 }
1027
1028                 if (!iommu_is_span_boundary(slot_index, nslots,
1029                                             nr_slots(tbl_dma_addr),
1030                                             max_slots)) {
1031                         if (pool->slots[slot_index].list >= nslots)
1032                                 goto found;
1033                 }
1034                 index = wrap_area_index(pool, index + stride);
1035                 slots_checked += stride;
1036         }
1037
1038 not_found:
1039         spin_unlock_irqrestore(&area->lock, flags);
1040         return -1;
1041
1042 found:
1043         /*
1044          * If we find a slot that indicates we have 'nslots' number of
1045          * contiguous buffers, we allocate the buffers from that slot onwards
1046          * and set the list of free entries to '0' indicating unavailable.
1047          */
1048         for (i = slot_index; i < slot_index + nslots; i++) {
1049                 pool->slots[i].list = 0;
1050                 pool->slots[i].alloc_size = alloc_size - (offset +
1051                                 ((i - slot_index) << IO_TLB_SHIFT));
1052         }
1053         for (i = slot_index - 1;
1054              io_tlb_offset(i) != IO_TLB_SEGSIZE - 1 &&
1055              pool->slots[i].list; i--)
1056                 pool->slots[i].list = ++count;
1057
1058         /*
1059          * Update the indices to avoid searching in the next round.
1060          */
1061         area->index = wrap_area_index(pool, index + nslots);
1062         area->used += nslots;
1063         spin_unlock_irqrestore(&area->lock, flags);
1064
1065         inc_used_and_hiwater(dev->dma_io_tlb_mem, nslots);
1066         return slot_index;
1067 }
1068
1069 /**
1070  * swiotlb_pool_find_slots() - search for slots in one memory pool
1071  * @dev:        Device which maps the buffer.
1072  * @pool:       Memory pool to be searched.
1073  * @orig_addr:  Original (non-bounced) IO buffer address.
1074  * @alloc_size: Total requested size of the bounce buffer,
1075  *              including initial alignment padding.
1076  * @alloc_align_mask:   Required alignment of the allocated buffer.
1077  *
1078  * Search through one memory pool to find a sequence of slots that match the
1079  * allocation constraints.
1080  *
1081  * Return: Index of the first allocated slot, or -1 on error.
1082  */
1083 static int swiotlb_pool_find_slots(struct device *dev, struct io_tlb_pool *pool,
1084                 phys_addr_t orig_addr, size_t alloc_size,
1085                 unsigned int alloc_align_mask)
1086 {
1087         int start = raw_smp_processor_id() & (pool->nareas - 1);
1088         int i = start, index;
1089
1090         do {
1091                 index = swiotlb_area_find_slots(dev, pool, i, orig_addr,
1092                                                 alloc_size, alloc_align_mask);
1093                 if (index >= 0)
1094                         return index;
1095                 if (++i >= pool->nareas)
1096                         i = 0;
1097         } while (i != start);
1098
1099         return -1;
1100 }
1101
1102 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
1103
1104 /**
1105  * swiotlb_find_slots() - search for slots in the whole swiotlb
1106  * @dev:        Device which maps the buffer.
1107  * @orig_addr:  Original (non-bounced) IO buffer address.
1108  * @alloc_size: Total requested size of the bounce buffer,
1109  *              including initial alignment padding.
1110  * @alloc_align_mask:   Required alignment of the allocated buffer.
1111  * @retpool:    Used memory pool, updated on return.
1112  *
1113  * Search through the whole software IO TLB to find a sequence of slots that
1114  * match the allocation constraints.
1115  *
1116  * Return: Index of the first allocated slot, or -1 on error.
1117  */
1118 static int swiotlb_find_slots(struct device *dev, phys_addr_t orig_addr,
1119                 size_t alloc_size, unsigned int alloc_align_mask,
1120                 struct io_tlb_pool **retpool)
1121 {
1122         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
1123         struct io_tlb_pool *pool;
1124         unsigned long nslabs;
1125         unsigned long flags;
1126         u64 phys_limit;
1127         int index;
1128
1129         rcu_read_lock();
1130         list_for_each_entry_rcu(pool, &mem->pools, node) {
1131                 index = swiotlb_pool_find_slots(dev, pool, orig_addr,
1132                                                 alloc_size, alloc_align_mask);
1133                 if (index >= 0) {
1134                         rcu_read_unlock();
1135                         goto found;
1136                 }
1137         }
1138         rcu_read_unlock();
1139         if (!mem->can_grow)
1140                 return -1;
1141
1142         schedule_work(&mem->dyn_alloc);
1143
1144         nslabs = nr_slots(alloc_size);
1145         phys_limit = min_not_zero(*dev->dma_mask, dev->bus_dma_limit);
1146         pool = swiotlb_alloc_pool(dev, nslabs, nslabs, 1, phys_limit,
1147                                   GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN);
1148         if (!pool)
1149                 return -1;
1150
1151         index = swiotlb_pool_find_slots(dev, pool, orig_addr,
1152                                         alloc_size, alloc_align_mask);
1153         if (index < 0) {
1154                 swiotlb_dyn_free(&pool->rcu);
1155                 return -1;
1156         }
1157
1158         pool->transient = true;
1159         spin_lock_irqsave(&dev->dma_io_tlb_lock, flags);
1160         list_add_rcu(&pool->node, &dev->dma_io_tlb_pools);
1161         spin_unlock_irqrestore(&dev->dma_io_tlb_lock, flags);
1162
1163 found:
1164         WRITE_ONCE(dev->dma_uses_io_tlb, true);
1165
1166         /*
1167          * The general barrier orders reads and writes against a presumed store
1168          * of the SWIOTLB buffer address by a device driver (to a driver private
1169          * data structure). It serves two purposes.
1170          *
1171          * First, the store to dev->dma_uses_io_tlb must be ordered before the
1172          * presumed store. This guarantees that the returned buffer address
1173          * cannot be passed to another CPU before updating dev->dma_uses_io_tlb.
1174          *
1175          * Second, the load from mem->pools must be ordered before the same
1176          * presumed store. This guarantees that the returned buffer address
1177          * cannot be observed by another CPU before an update of the RCU list
1178          * that was made by swiotlb_dyn_alloc() on a third CPU (cf. multicopy
1179          * atomicity).
1180          *
1181          * See also the comment in is_swiotlb_buffer().
1182          */
1183         smp_mb();
1184
1185         *retpool = pool;
1186         return index;
1187 }
1188
1189 #else  /* !CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC */
1190
1191 static int swiotlb_find_slots(struct device *dev, phys_addr_t orig_addr,
1192                 size_t alloc_size, unsigned int alloc_align_mask,
1193                 struct io_tlb_pool **retpool)
1194 {
1195         *retpool = &dev->dma_io_tlb_mem->defpool;
1196         return swiotlb_pool_find_slots(dev, *retpool,
1197                                        orig_addr, alloc_size, alloc_align_mask);
1198 }
1199
1200 #endif /* CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC */
1201
1202 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
1203
1204 /**
1205  * mem_used() - get number of used slots in an allocator
1206  * @mem:        Software IO TLB allocator.
1207  *
1208  * The result is accurate in this version of the function, because an atomic
1209  * counter is available if CONFIG_DEBUG_FS is set.
1210  *
1211  * Return: Number of used slots.
1212  */
1213 static unsigned long mem_used(struct io_tlb_mem *mem)
1214 {
1215         return atomic_long_read(&mem->total_used);
1216 }
1217
1218 #else /* !CONFIG_DEBUG_FS */
1219
1220 /**
1221  * mem_pool_used() - get number of used slots in a memory pool
1222  * @pool:       Software IO TLB memory pool.
1223  *
1224  * The result is not accurate, see mem_used().
1225  *
1226  * Return: Approximate number of used slots.
1227  */
1228 static unsigned long mem_pool_used(struct io_tlb_pool *pool)
1229 {
1230         int i;
1231         unsigned long used = 0;
1232
1233         for (i = 0; i < pool->nareas; i++)
1234                 used += pool->areas[i].used;
1235         return used;
1236 }
1237
1238 /**
1239  * mem_used() - get number of used slots in an allocator
1240  * @mem:        Software IO TLB allocator.
1241  *
1242  * The result is not accurate, because there is no locking of individual
1243  * areas.
1244  *
1245  * Return: Approximate number of used slots.
1246  */
1247 static unsigned long mem_used(struct io_tlb_mem *mem)
1248 {
1249 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
1250         struct io_tlb_pool *pool;
1251         unsigned long used = 0;
1252
1253         rcu_read_lock();
1254         list_for_each_entry_rcu(pool, &mem->pools, node)
1255                 used += mem_pool_used(pool);
1256         rcu_read_unlock();
1257
1258         return used;
1259 #else
1260         return mem_pool_used(&mem->defpool);
1261 #endif
1262 }
1263
1264 #endif /* CONFIG_DEBUG_FS */
1265
1266 phys_addr_t swiotlb_tbl_map_single(struct device *dev, phys_addr_t orig_addr,
1267                 size_t mapping_size, size_t alloc_size,
1268                 unsigned int alloc_align_mask, enum dma_data_direction dir,
1269                 unsigned long attrs)
1270 {
1271         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
1272         unsigned int offset = swiotlb_align_offset(dev, orig_addr);
1273         struct io_tlb_pool *pool;
1274         unsigned int i;
1275         int index;
1276         phys_addr_t tlb_addr;
1277
1278         if (!mem || !mem->nslabs) {
1279                 dev_warn_ratelimited(dev,
1280                         "Can not allocate SWIOTLB buffer earlier and can't now provide you with the DMA bounce buffer");
1281                 return (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR;
1282         }
1283
1284         if (cc_platform_has(CC_ATTR_MEM_ENCRYPT))
1285                 pr_warn_once("Memory encryption is active and system is using DMA bounce buffers\n");
1286
1287         if (mapping_size > alloc_size) {
1288                 dev_warn_once(dev, "Invalid sizes (mapping: %zd bytes, alloc: %zd bytes)",
1289                               mapping_size, alloc_size);
1290                 return (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR;
1291         }
1292
1293         index = swiotlb_find_slots(dev, orig_addr,
1294                                    alloc_size + offset, alloc_align_mask, &pool);
1295         if (index == -1) {
1296                 if (!(attrs & DMA_ATTR_NO_WARN))
1297                         dev_warn_ratelimited(dev,
1298         "swiotlb buffer is full (sz: %zd bytes), total %lu (slots), used %lu (slots)\n",
1299                                  alloc_size, mem->nslabs, mem_used(mem));
1300                 return (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR;
1301         }
1302
1303         /*
1304          * Save away the mapping from the original address to the DMA address.
1305          * This is needed when we sync the memory.  Then we sync the buffer if
1306          * needed.
1307          */
1308         for (i = 0; i < nr_slots(alloc_size + offset); i++)
1309                 pool->slots[index + i].orig_addr = slot_addr(orig_addr, i);
1310         tlb_addr = slot_addr(pool->start, index) + offset;
1311         /*
1312          * When the device is writing memory, i.e. dir == DMA_FROM_DEVICE, copy
1313          * the original buffer to the TLB buffer before initiating DMA in order
1314          * to preserve the original's data if the device does a partial write,
1315          * i.e. if the device doesn't overwrite the entire buffer.  Preserving
1316          * the original data, even if it's garbage, is necessary to match
1317          * hardware behavior.  Use of swiotlb is supposed to be transparent,
1318          * i.e. swiotlb must not corrupt memory by clobbering unwritten bytes.
1319          */
1320         swiotlb_bounce(dev, tlb_addr, mapping_size, DMA_TO_DEVICE);
1321         return tlb_addr;
1322 }
1323
1324 static void swiotlb_release_slots(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr)
1325 {
1326         struct io_tlb_pool *mem = swiotlb_find_pool(dev, tlb_addr);
1327         unsigned long flags;
1328         unsigned int offset = swiotlb_align_offset(dev, tlb_addr);
1329         int index = (tlb_addr - offset - mem->start) >> IO_TLB_SHIFT;
1330         int nslots = nr_slots(mem->slots[index].alloc_size + offset);
1331         int aindex = index / mem->area_nslabs;
1332         struct io_tlb_area *area = &mem->areas[aindex];
1333         int count, i;
1334
1335         /*
1336          * Return the buffer to the free list by setting the corresponding
1337          * entries to indicate the number of contiguous entries available.
1338          * While returning the entries to the free list, we merge the entries
1339          * with slots below and above the pool being returned.
1340          */
1341         BUG_ON(aindex >= mem->nareas);
1342
1343         spin_lock_irqsave(&area->lock, flags);
1344         if (index + nslots < ALIGN(index + 1, IO_TLB_SEGSIZE))
1345                 count = mem->slots[index + nslots].list;
1346         else
1347                 count = 0;
1348
1349         /*
1350          * Step 1: return the slots to the free list, merging the slots with
1351          * superceeding slots
1352          */
1353         for (i = index + nslots - 1; i >= index; i--) {
1354                 mem->slots[i].list = ++count;
1355                 mem->slots[i].orig_addr = INVALID_PHYS_ADDR;
1356                 mem->slots[i].alloc_size = 0;
1357         }
1358
1359         /*
1360          * Step 2: merge the returned slots with the preceding slots, if
1361          * available (non zero)
1362          */
1363         for (i = index - 1;
1364              io_tlb_offset(i) != IO_TLB_SEGSIZE - 1 && mem->slots[i].list;
1365              i--)
1366                 mem->slots[i].list = ++count;
1367         area->used -= nslots;
1368         spin_unlock_irqrestore(&area->lock, flags);
1369
1370         dec_used(dev->dma_io_tlb_mem, nslots);
1371 }
1372
1373 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
1374
1375 /**
1376  * swiotlb_del_transient() - delete a transient memory pool
1377  * @dev:        Device which mapped the buffer.
1378  * @tlb_addr:   Physical address within a bounce buffer.
1379  *
1380  * Check whether the address belongs to a transient SWIOTLB memory pool.
1381  * If yes, then delete the pool.
1382  *
1383  * Return: %true if @tlb_addr belonged to a transient pool that was released.
1384  */
1385 static bool swiotlb_del_transient(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr)
1386 {
1387         struct io_tlb_pool *pool;
1388
1389         pool = swiotlb_find_pool(dev, tlb_addr);
1390         if (!pool->transient)
1391                 return false;
1392
1393         dec_used(dev->dma_io_tlb_mem, pool->nslabs);
1394         swiotlb_del_pool(dev, pool);
1395         return true;
1396 }
1397
1398 #else  /* !CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC */
1399
1400 static inline bool swiotlb_del_transient(struct device *dev,
1401                                          phys_addr_t tlb_addr)
1402 {
1403         return false;
1404 }
1405
1406 #endif  /* CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC */
1407
1408 /*
1409  * tlb_addr is the physical address of the bounce buffer to unmap.
1410  */
1411 void swiotlb_tbl_unmap_single(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr,
1412                               size_t mapping_size, enum dma_data_direction dir,
1413                               unsigned long attrs)
1414 {
1415         /*
1416          * First, sync the memory before unmapping the entry
1417          */
1418         if (!(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC) &&
1419             (dir == DMA_FROM_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL))
1420                 swiotlb_bounce(dev, tlb_addr, mapping_size, DMA_FROM_DEVICE);
1421
1422         if (swiotlb_del_transient(dev, tlb_addr))
1423                 return;
1424         swiotlb_release_slots(dev, tlb_addr);
1425 }
1426
1427 void swiotlb_sync_single_for_device(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr,
1428                 size_t size, enum dma_data_direction dir)
1429 {
1430         if (dir == DMA_TO_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL)
1431                 swiotlb_bounce(dev, tlb_addr, size, DMA_TO_DEVICE);
1432         else
1433                 BUG_ON(dir != DMA_FROM_DEVICE);
1434 }
1435
1436 void swiotlb_sync_single_for_cpu(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr,
1437                 size_t size, enum dma_data_direction dir)
1438 {
1439         if (dir == DMA_FROM_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL)
1440                 swiotlb_bounce(dev, tlb_addr, size, DMA_FROM_DEVICE);
1441         else
1442                 BUG_ON(dir != DMA_TO_DEVICE);
1443 }
1444
1445 /*
1446  * Create a swiotlb mapping for the buffer at @paddr, and in case of DMAing
1447  * to the device copy the data into it as well.
1448  */
1449 dma_addr_t swiotlb_map(struct device *dev, phys_addr_t paddr, size_t size,
1450                 enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
1451 {
1452         phys_addr_t swiotlb_addr;
1453         dma_addr_t dma_addr;
1454
1455         trace_swiotlb_bounced(dev, phys_to_dma(dev, paddr), size);
1456
1457         swiotlb_addr = swiotlb_tbl_map_single(dev, paddr, size, size, 0, dir,
1458                         attrs);
1459         if (swiotlb_addr == (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR)
1460                 return DMA_MAPPING_ERROR;
1461
1462         /* Ensure that the address returned is DMA'ble */
1463         dma_addr = phys_to_dma_unencrypted(dev, swiotlb_addr);
1464         if (unlikely(!dma_capable(dev, dma_addr, size, true))) {
1465                 swiotlb_tbl_unmap_single(dev, swiotlb_addr, size, dir,
1466                         attrs | DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC);
1467                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
1468                         "swiotlb addr %pad+%zu overflow (mask %llx, bus limit %llx).\n",
1469                         &dma_addr, size, *dev->dma_mask, dev->bus_dma_limit);
1470                 return DMA_MAPPING_ERROR;
1471         }
1472
1473         if (!dev_is_dma_coherent(dev) && !(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC))
1474                 arch_sync_dma_for_device(swiotlb_addr, size, dir);
1475         return dma_addr;
1476 }
1477
1478 size_t swiotlb_max_mapping_size(struct device *dev)
1479 {
1480         int min_align_mask = dma_get_min_align_mask(dev);
1481         int min_align = 0;
1482
1483         /*
1484          * swiotlb_find_slots() skips slots according to
1485          * min align mask. This affects max mapping size.
1486          * Take it into acount here.
1487          */
1488         if (min_align_mask)
1489                 min_align = roundup(min_align_mask, IO_TLB_SIZE);
1490
1491         return ((size_t)IO_TLB_SIZE) * IO_TLB_SEGSIZE - min_align;
1492 }
1493
1494 /**
1495  * is_swiotlb_allocated() - check if the default software IO TLB is initialized
1496  */
1497 bool is_swiotlb_allocated(void)
1498 {
1499         return io_tlb_default_mem.nslabs;
1500 }
1501
1502 bool is_swiotlb_active(struct device *dev)
1503 {
1504         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
1505
1506         return mem && mem->nslabs;
1507 }
1508
1509 /**
1510  * default_swiotlb_base() - get the base address of the default SWIOTLB
1511  *
1512  * Get the lowest physical address used by the default software IO TLB pool.
1513  */
1514 phys_addr_t default_swiotlb_base(void)
1515 {
1516 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
1517         io_tlb_default_mem.can_grow = false;
1518 #endif
1519         return io_tlb_default_mem.defpool.start;
1520 }
1521
1522 /**
1523  * default_swiotlb_limit() - get the address limit of the default SWIOTLB
1524  *
1525  * Get the highest physical address used by the default software IO TLB pool.
1526  */
1527 phys_addr_t default_swiotlb_limit(void)
1528 {
1529 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
1530         return io_tlb_default_mem.phys_limit;
1531 #else
1532         return io_tlb_default_mem.defpool.end - 1;
1533 #endif
1534 }
1535
1536 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
1537
1538 static int io_tlb_used_get(void *data, u64 *val)
1539 {
1540         struct io_tlb_mem *mem = data;
1541
1542         *val = mem_used(mem);
1543         return 0;
1544 }
1545
1546 static int io_tlb_hiwater_get(void *data, u64 *val)
1547 {
1548         struct io_tlb_mem *mem = data;
1549
1550         *val = atomic_long_read(&mem->used_hiwater);
1551         return 0;
1552 }
1553
1554 static int io_tlb_hiwater_set(void *data, u64 val)
1555 {
1556         struct io_tlb_mem *mem = data;
1557
1558         /* Only allow setting to zero */
1559         if (val != 0)
1560                 return -EINVAL;
1561
1562         atomic_long_set(&mem->used_hiwater, val);
1563         return 0;
1564 }
1565
1566 DEFINE_DEBUGFS_ATTRIBUTE(fops_io_tlb_used, io_tlb_used_get, NULL, "%llu\n");
1567 DEFINE_DEBUGFS_ATTRIBUTE(fops_io_tlb_hiwater, io_tlb_hiwater_get,
1568                                 io_tlb_hiwater_set, "%llu\n");
1569
1570 static void swiotlb_create_debugfs_files(struct io_tlb_mem *mem,
1571                                          const char *dirname)
1572 {
1573         atomic_long_set(&mem->total_used, 0);
1574         atomic_long_set(&mem->used_hiwater, 0);
1575
1576         mem->debugfs = debugfs_create_dir(dirname, io_tlb_default_mem.debugfs);
1577         if (!mem->nslabs)
1578                 return;
1579
1580         debugfs_create_ulong("io_tlb_nslabs", 0400, mem->debugfs, &mem->nslabs);
1581         debugfs_create_file("io_tlb_used", 0400, mem->debugfs, mem,
1582                         &fops_io_tlb_used);
1583         debugfs_create_file("io_tlb_used_hiwater", 0600, mem->debugfs, mem,
1584                         &fops_io_tlb_hiwater);
1585 }
1586
1587 static int __init swiotlb_create_default_debugfs(void)
1588 {
1589         swiotlb_create_debugfs_files(&io_tlb_default_mem, "swiotlb");
1590         return 0;
1591 }
1592
1593 late_initcall(swiotlb_create_default_debugfs);
1594
1595 #else  /* !CONFIG_DEBUG_FS */
1596
1597 static inline void swiotlb_create_debugfs_files(struct io_tlb_mem *mem,
1598                                                 const char *dirname)
1599 {
1600 }
1601
1602 #endif  /* CONFIG_DEBUG_FS */
1603
1604 #ifdef CONFIG_DMA_RESTRICTED_POOL
1605
1606 struct page *swiotlb_alloc(struct device *dev, size_t size)
1607 {
1608         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
1609         struct io_tlb_pool *pool;
1610         phys_addr_t tlb_addr;
1611         int index;
1612
1613         if (!mem)
1614                 return NULL;
1615
1616         index = swiotlb_find_slots(dev, 0, size, 0, &pool);
1617         if (index == -1)
1618                 return NULL;
1619
1620         tlb_addr = slot_addr(pool->start, index);
1621
1622         return pfn_to_page(PFN_DOWN(tlb_addr));
1623 }
1624
1625 bool swiotlb_free(struct device *dev, struct page *page, size_t size)
1626 {
1627         phys_addr_t tlb_addr = page_to_phys(page);
1628
1629         if (!is_swiotlb_buffer(dev, tlb_addr))
1630                 return false;
1631
1632         swiotlb_release_slots(dev, tlb_addr);
1633
1634         return true;
1635 }
1636
1637 static int rmem_swiotlb_device_init(struct reserved_mem *rmem,
1638                                     struct device *dev)
1639 {
1640         struct io_tlb_mem *mem = rmem->priv;
1641         unsigned long nslabs = rmem->size >> IO_TLB_SHIFT;
1642
1643         /* Set Per-device io tlb area to one */
1644         unsigned int nareas = 1;
1645
1646         if (PageHighMem(pfn_to_page(PHYS_PFN(rmem->base)))) {
1647                 dev_err(dev, "Restricted DMA pool must be accessible within the linear mapping.");
1648                 return -EINVAL;
1649         }
1650
1651         /*
1652          * Since multiple devices can share the same pool, the private data,
1653          * io_tlb_mem struct, will be initialized by the first device attached
1654          * to it.
1655          */
1656         if (!mem) {
1657                 struct io_tlb_pool *pool;
1658
1659                 mem = kzalloc(sizeof(*mem), GFP_KERNEL);
1660                 if (!mem)
1661                         return -ENOMEM;
1662                 pool = &mem->defpool;
1663
1664                 pool->slots = kcalloc(nslabs, sizeof(*pool->slots), GFP_KERNEL);
1665                 if (!pool->slots) {
1666                         kfree(mem);
1667                         return -ENOMEM;
1668                 }
1669
1670                 pool->areas = kcalloc(nareas, sizeof(*pool->areas),
1671                                 GFP_KERNEL);
1672                 if (!pool->areas) {
1673                         kfree(pool->slots);
1674                         kfree(mem);
1675                         return -ENOMEM;
1676                 }
1677
1678                 set_memory_decrypted((unsigned long)phys_to_virt(rmem->base),
1679                                      rmem->size >> PAGE_SHIFT);
1680                 swiotlb_init_io_tlb_pool(pool, rmem->base, nslabs,
1681                                          false, nareas);
1682                 mem->force_bounce = true;
1683                 mem->for_alloc = true;
1684 #ifdef CONFIG_SWIOTLB_DYNAMIC
1685                 spin_lock_init(&mem->lock);
1686 #endif
1687                 add_mem_pool(mem, pool);
1688
1689                 rmem->priv = mem;
1690
1691                 swiotlb_create_debugfs_files(mem, rmem->name);
1692         }
1693
1694         dev->dma_io_tlb_mem = mem;
1695
1696         return 0;
1697 }
1698
1699 static void rmem_swiotlb_device_release(struct reserved_mem *rmem,
1700                                         struct device *dev)
1701 {
1702         dev->dma_io_tlb_mem = &io_tlb_default_mem;
1703 }
1704
1705 static const struct reserved_mem_ops rmem_swiotlb_ops = {
1706         .device_init = rmem_swiotlb_device_init,
1707         .device_release = rmem_swiotlb_device_release,
1708 };
1709
1710 static int __init rmem_swiotlb_setup(struct reserved_mem *rmem)
1711 {
1712         unsigned long node = rmem->fdt_node;
1713
1714         if (of_get_flat_dt_prop(node, "reusable", NULL) ||
1715             of_get_flat_dt_prop(node, "linux,cma-default", NULL) ||
1716             of_get_flat_dt_prop(node, "linux,dma-default", NULL) ||
1717             of_get_flat_dt_prop(node, "no-map", NULL))
1718                 return -EINVAL;
1719
1720         rmem->ops = &rmem_swiotlb_ops;
1721         pr_info("Reserved memory: created restricted DMA pool at %pa, size %ld MiB\n",
1722                 &rmem->base, (unsigned long)rmem->size / SZ_1M);
1723         return 0;
1724 }
1725
1726 RESERVEDMEM_OF_DECLARE(dma, "restricted-dma-pool", rmem_swiotlb_setup);
1727 #endif /* CONFIG_DMA_RESTRICTED_POOL */