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/dma-direct.h>
  25 #include <linux/dma-map-ops.h>
  26 #include <linux/mm.h>
  27 #include <linux/export.h>
  28 #include <linux/spinlock.h>
  29 #include <linux/string.h>
  30 #include <linux/swiotlb.h>
  31 #include <linux/pfn.h>
  32 #include <linux/types.h>
  33 #include <linux/ctype.h>
  34 #include <linux/highmem.h>
  35 #include <linux/gfp.h>
  36 #include <linux/scatterlist.h>
  37 #include <linux/mem_encrypt.h>
  38 #include <linux/set_memory.h>
  39 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
  40 #include <linux/debugfs.h>
  41 #endif
  42 #ifdef CONFIG_DMA_RESTRICTED_POOL
  43 #include <linux/io.h>
  44 #include <linux/of.h>
  45 #include <linux/of_fdt.h>
  46 #include <linux/of_reserved_mem.h>
  47 #include <linux/slab.h>
  48 #endif
  49
  50 #include <asm/io.h>
  51 #include <asm/dma.h>
  52
  53 #include <linux/init.h>
  54 #include <linux/memblock.h>
  55 #include <linux/iommu-helper.h>
  56
  57 #define CREATE_TRACE_POINTS
  58 #include <trace/events/swiotlb.h>
  59
  60 #define SLABS_PER_PAGE (1 << (PAGE_SHIFT - IO_TLB_SHIFT))
  61
  62 /*
  63  * Minimum IO TLB size to bother booting with.  Systems with mainly
  64  * 64bit capable cards will only lightly use the swiotlb.  If we can't
  65  * allocate a contiguous 1MB, we're probably in trouble anyway.
  66  */
  67 #define IO_TLB_MIN_SLABS ((1<<20) >> IO_TLB_SHIFT)
  68
  69 #define INVALID_PHYS_ADDR (~(phys_addr_t)0)
  70
  71 enum swiotlb_force swiotlb_force;
  72
  73 struct io_tlb_mem io_tlb_default_mem;
  74
  75 /*
  76  * Max segment that we can provide which (if pages are contingous) will
  77  * not be bounced (unless SWIOTLB_FORCE is set).
  78  */
  79 static unsigned int max_segment;
  80
  81 static unsigned long default_nslabs = IO_TLB_DEFAULT_SIZE >> IO_TLB_SHIFT;
  82
  83 static int __init
  84 setup_io_tlb_npages(char *str)
  85 {
  86         if (isdigit(*str)) {
  87                 /* avoid tail segment of size < IO_TLB_SEGSIZE */
  88                 default_nslabs =
  89                         ALIGN(simple_strtoul(str, &str, 0), IO_TLB_SEGSIZE);
  90         }
  91         if (*str == ',')
  92                 ++str;
  93         if (!strcmp(str, "force"))
  94                 swiotlb_force = SWIOTLB_FORCE;
  95         else if (!strcmp(str, "noforce"))
  96                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
  97
  98         return 0;
  99 }
 100 early_param("swiotlb", setup_io_tlb_npages);
 101
 102 unsigned int swiotlb_max_segment(void)
 103 {
 104         return io_tlb_default_mem.nslabs ? max_segment : 0;
 105 }
 106 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_max_segment);
 107
 108 void swiotlb_set_max_segment(unsigned int val)
 109 {
 110         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE)
 111                 max_segment = 1;
 112         else
 113                 max_segment = rounddown(val, PAGE_SIZE);
 114 }
 115
 116 unsigned long swiotlb_size_or_default(void)
 117 {
 118         return default_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 119 }
 120
 121 void __init swiotlb_adjust_size(unsigned long size)
 122 {
 123         /*
 124          * If swiotlb parameter has not been specified, give a chance to
 125          * architectures such as those supporting memory encryption to
 126          * adjust/expand SWIOTLB size for their use.
 127          */
 128         if (default_nslabs != IO_TLB_DEFAULT_SIZE >> IO_TLB_SHIFT)
 129                 return;
 130         size = ALIGN(size, IO_TLB_SIZE);
 131         default_nslabs = ALIGN(size >> IO_TLB_SHIFT, IO_TLB_SEGSIZE);
 132         pr_info("SWIOTLB bounce buffer size adjusted to %luMB", size >> 20);
 133 }
 134
 135 void swiotlb_print_info(void)
 136 {
 137         struct io_tlb_mem *mem = &io_tlb_default_mem;
 138
 139         if (!mem->nslabs) {
 140                 pr_warn("No low mem\n");
 141                 return;
 142         }
 143
 144         pr_info("mapped [mem %pa-%pa] (%luMB)\n", &mem->start, &mem->end,
 145                (mem->nslabs << IO_TLB_SHIFT) >> 20);
 146 }
 147
 148 static inline unsigned long io_tlb_offset(unsigned long val)
 149 {
 150         return val & (IO_TLB_SEGSIZE - 1);
 151 }
 152
 153 static inline unsigned long nr_slots(u64 val)
 154 {
 155         return DIV_ROUND_UP(val, IO_TLB_SIZE);
 156 }
 157
 158 /*
 159  * Early SWIOTLB allocation may be too early to allow an architecture to
 160  * perform the desired operations.  This function allows the architecture to
 161  * call SWIOTLB when the operations are possible.  It needs to be called
 162  * before the SWIOTLB memory is used.
 163  */
 164 void __init swiotlb_update_mem_attributes(void)
 165 {
 166         struct io_tlb_mem *mem = &io_tlb_default_mem;
 167         void *vaddr;
 168         unsigned long bytes;
 169
 170         if (!mem->nslabs || mem->late_alloc)
 171                 return;
 172         vaddr = phys_to_virt(mem->start);
 173         bytes = PAGE_ALIGN(mem->nslabs << IO_TLB_SHIFT);
 174         set_memory_decrypted((unsigned long)vaddr, bytes >> PAGE_SHIFT);
 175         memset(vaddr, 0, bytes);
 176 }
 177
 178 static void swiotlb_init_io_tlb_mem(struct io_tlb_mem *mem, phys_addr_t start,
 179                                     unsigned long nslabs, bool late_alloc)
 180 {
 181         void *vaddr = phys_to_virt(start);
 182         unsigned long bytes = nslabs << IO_TLB_SHIFT, i;
 183
 184         mem->nslabs = nslabs;
 185         mem->start = start;
 186         mem->end = mem->start + bytes;
 187         mem->index = 0;
 188         mem->late_alloc = late_alloc;
 189
 190         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE)
 191                 mem->force_bounce = true;
 192
 193         spin_lock_init(&mem->lock);
 194         for (i = 0; i < mem->nslabs; i++) {
 195                 mem->slots[i].list = IO_TLB_SEGSIZE - io_tlb_offset(i);
 196                 mem->slots[i].orig_addr = INVALID_PHYS_ADDR;
 197                 mem->slots[i].alloc_size = 0;
 198         }
 199         memset(vaddr, 0, bytes);
 200 }
 201
 202 int __init swiotlb_init_with_tbl(char *tlb, unsigned long nslabs, int verbose)
 203 {
 204         struct io_tlb_mem *mem = &io_tlb_default_mem;
 205         size_t alloc_size;
 206
 207         if (swiotlb_force == SWIOTLB_NO_FORCE)
 208                 return 0;
 209
 210         /* protect against double initialization */
 211         if (WARN_ON_ONCE(mem->nslabs))
 212                 return -ENOMEM;
 213
 214         alloc_size = PAGE_ALIGN(array_size(sizeof(*mem->slots), nslabs));
 215         mem->slots = memblock_alloc(alloc_size, PAGE_SIZE);
 216         if (!mem->slots)
 217                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes align=0x%lx\n",
 218                       __func__, alloc_size, PAGE_SIZE);
 219
 220         swiotlb_init_io_tlb_mem(mem, __pa(tlb), nslabs, false);
 221
 222         if (verbose)
 223                 swiotlb_print_info();
 224         swiotlb_set_max_segment(mem->nslabs << IO_TLB_SHIFT);
 225         return 0;
 226 }
 227
 228 /*
 229  * Statically reserve bounce buffer space and initialize bounce buffer data
 230  * structures for the software IO TLB used to implement the DMA API.
 231  */
 232 void  __init
 233 swiotlb_init(int verbose)
 234 {
 235         size_t bytes = PAGE_ALIGN(default_nslabs << IO_TLB_SHIFT);
 236         void *tlb;
 237
 238         if (swiotlb_force == SWIOTLB_NO_FORCE)
 239                 return;
 240
 241         /* Get IO TLB memory from the low pages */
 242         tlb = memblock_alloc_low(bytes, PAGE_SIZE);
 243         if (!tlb)
 244                 goto fail;
 245         if (swiotlb_init_with_tbl(tlb, default_nslabs, verbose))
 246                 goto fail_free_mem;
 247         return;
 248
 249 fail_free_mem:
 250         memblock_free_early(__pa(tlb), bytes);
 251 fail:
 252         pr_warn("Cannot allocate buffer");
 253 }
 254
 255 /*
 256  * Systems with larger DMA zones (those that don't support ISA) can
 257  * initialize the swiotlb later using the slab allocator if needed.
 258  * This should be just like above, but with some error catching.
 259  */
 260 int
 261 swiotlb_late_init_with_default_size(size_t default_size)
 262 {
 263         unsigned long nslabs =
 264                 ALIGN(default_size >> IO_TLB_SHIFT, IO_TLB_SEGSIZE);
 265         unsigned long bytes;
 266         unsigned char *vstart = NULL;
 267         unsigned int order;
 268         int rc = 0;
 269
 270         if (swiotlb_force == SWIOTLB_NO_FORCE)
 271                 return 0;
 272
 273         /*
 274          * Get IO TLB memory from the low pages
 275          */
 276         order = get_order(nslabs << IO_TLB_SHIFT);
 277         nslabs = SLABS_PER_PAGE << order;
 278         bytes = nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 279
 280         while ((SLABS_PER_PAGE << order) > IO_TLB_MIN_SLABS) {
 281                 vstart = (void *)__get_free_pages(GFP_DMA | __GFP_NOWARN,
 282                                                   order);
 283                 if (vstart)
 284                         break;
 285                 order--;
 286         }
 287
 288         if (!vstart)
 289                 return -ENOMEM;
 290
 291         if (order != get_order(bytes)) {
 292                 pr_warn("only able to allocate %ld MB\n",
 293                         (PAGE_SIZE << order) >> 20);
 294                 nslabs = SLABS_PER_PAGE << order;
 295         }
 296         rc = swiotlb_late_init_with_tbl(vstart, nslabs);
 297         if (rc)
 298                 free_pages((unsigned long)vstart, order);
 299
 300         return rc;
 301 }
 302
 303 int
 304 swiotlb_late_init_with_tbl(char *tlb, unsigned long nslabs)
 305 {
 306         struct io_tlb_mem *mem = &io_tlb_default_mem;
 307         unsigned long bytes = nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 308
 309         if (swiotlb_force == SWIOTLB_NO_FORCE)
 310                 return 0;
 311
 312         /* protect against double initialization */
 313         if (WARN_ON_ONCE(mem->nslabs))
 314                 return -ENOMEM;
 315
 316         mem->slots = (void *)__get_free_pages(GFP_KERNEL | __GFP_ZERO,
 317                 get_order(array_size(sizeof(*mem->slots), nslabs)));
 318         if (!mem->slots)
 319                 return -ENOMEM;
 320
 321         set_memory_decrypted((unsigned long)tlb, bytes >> PAGE_SHIFT);
 322         swiotlb_init_io_tlb_mem(mem, virt_to_phys(tlb), nslabs, true);
 323
 324         swiotlb_print_info();
 325         swiotlb_set_max_segment(mem->nslabs << IO_TLB_SHIFT);
 326         return 0;
 327 }
 328
 329 void __init swiotlb_exit(void)
 330 {
 331         struct io_tlb_mem *mem = &io_tlb_default_mem;
 332         unsigned long tbl_vaddr;
 333         size_t tbl_size, slots_size;
 334
 335         if (!mem->nslabs)
 336                 return;
 337
 338         pr_info("tearing down default memory pool\n");
 339         tbl_vaddr = (unsigned long)phys_to_virt(mem->start);
 340         tbl_size = PAGE_ALIGN(mem->end - mem->start);
 341         slots_size = PAGE_ALIGN(array_size(sizeof(*mem->slots), mem->nslabs));
 342
 343         set_memory_encrypted(tbl_vaddr, tbl_size >> PAGE_SHIFT);
 344         if (mem->late_alloc) {
 345                 free_pages(tbl_vaddr, get_order(tbl_size));
 346                 free_pages((unsigned long)mem->slots, get_order(slots_size));
 347         } else {
 348                 memblock_free_late(mem->start, tbl_size);
 349                 memblock_free_late(__pa(mem->slots), slots_size);
 350         }
 351
 352         memset(mem, 0, sizeof(*mem));
 353 }
 354
 355 /*
 356  * Return the offset into a iotlb slot required to keep the device happy.
 357  */
 358 static unsigned int swiotlb_align_offset(struct device *dev, u64 addr)
 359 {
 360         return addr & dma_get_min_align_mask(dev) & (IO_TLB_SIZE - 1);
 361 }
 362
 363 /*
 364  * Bounce: copy the swiotlb buffer from or back to the original dma location
 365  */
 366 static void swiotlb_bounce(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr, size_t size,
 367                            enum dma_data_direction dir)
 368 {
 369         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
 370         int index = (tlb_addr - mem->start) >> IO_TLB_SHIFT;
 371         phys_addr_t orig_addr = mem->slots[index].orig_addr;
 372         size_t alloc_size = mem->slots[index].alloc_size;
 373         unsigned long pfn = PFN_DOWN(orig_addr);
 374         unsigned char *vaddr = phys_to_virt(tlb_addr);
 375         unsigned int tlb_offset, orig_addr_offset;
 376
 377         if (orig_addr == INVALID_PHYS_ADDR)
 378                 return;
 379
 380         tlb_offset = tlb_addr & (IO_TLB_SIZE - 1);
 381         orig_addr_offset = swiotlb_align_offset(dev, orig_addr);
 382         if (tlb_offset < orig_addr_offset) {
 383                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
 384                         "Access before mapping start detected. orig offset %u, requested offset %u.\n",
 385                         orig_addr_offset, tlb_offset);
 386                 return;
 387         }
 388
 389         tlb_offset -= orig_addr_offset;
 390         if (tlb_offset > alloc_size) {
 391                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
 392                         "Buffer overflow detected. Allocation size: %zu. Mapping size: %zu+%u.\n",
 393                         alloc_size, size, tlb_offset);
 394                 return;
 395         }
 396
 397         orig_addr += tlb_offset;
 398         alloc_size -= tlb_offset;
 399
 400         if (size > alloc_size) {
 401                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
 402                         "Buffer overflow detected. Allocation size: %zu. Mapping size: %zu.\n",
 403                         alloc_size, size);
 404                 size = alloc_size;
 405         }
 406
 407         if (PageHighMem(pfn_to_page(pfn))) {
 408                 /* The buffer does not have a mapping.  Map it in and copy */
 409                 unsigned int offset = orig_addr & ~PAGE_MASK;
 410                 char *buffer;
 411                 unsigned int sz = 0;
 412                 unsigned long flags;
 413
 414                 while (size) {
 415                         sz = min_t(size_t, PAGE_SIZE - offset, size);
 416
 417                         local_irq_save(flags);
 418                         buffer = kmap_atomic(pfn_to_page(pfn));
 419                         if (dir == DMA_TO_DEVICE)
 420                                 memcpy(vaddr, buffer + offset, sz);
 421                         else
 422                                 memcpy(buffer + offset, vaddr, sz);
 423                         kunmap_atomic(buffer);
 424                         local_irq_restore(flags);
 425
 426                         size -= sz;
 427                         pfn++;
 428                         vaddr += sz;
 429                         offset = 0;
 430                 }
 431         } else if (dir == DMA_TO_DEVICE) {
 432                 memcpy(vaddr, phys_to_virt(orig_addr), size);
 433         } else {
 434                 memcpy(phys_to_virt(orig_addr), vaddr, size);
 435         }
 436 }
 437
 438 static inline phys_addr_t slot_addr(phys_addr_t start, phys_addr_t idx)
 439 {
 440         return start + (idx << IO_TLB_SHIFT);
 441 }
 442
 443 /*
 444  * Carefully handle integer overflow which can occur when boundary_mask == ~0UL.
 445  */
 446 static inline unsigned long get_max_slots(unsigned long boundary_mask)
 447 {
 448         if (boundary_mask == ~0UL)
 449                 return 1UL << (BITS_PER_LONG - IO_TLB_SHIFT);
 450         return nr_slots(boundary_mask + 1);
 451 }
 452
 453 static unsigned int wrap_index(struct io_tlb_mem *mem, unsigned int index)
 454 {
 455         if (index >= mem->nslabs)
 456                 return 0;
 457         return index;
 458 }
 459
 460 /*
 461  * Find a suitable number of IO TLB entries size that will fit this request and
 462  * allocate a buffer from that IO TLB pool.
 463  */
 464 static int swiotlb_find_slots(struct device *dev, phys_addr_t orig_addr,
 465                               size_t alloc_size, unsigned int alloc_align_mask)
 466 {
 467         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
 468         unsigned long boundary_mask = dma_get_seg_boundary(dev);
 469         dma_addr_t tbl_dma_addr =
 470                 phys_to_dma_unencrypted(dev, mem->start) & boundary_mask;
 471         unsigned long max_slots = get_max_slots(boundary_mask);
 472         unsigned int iotlb_align_mask =
 473                 dma_get_min_align_mask(dev) & ~(IO_TLB_SIZE - 1);
 474         unsigned int nslots = nr_slots(alloc_size), stride;
 475         unsigned int index, wrap, count = 0, i;
 476         unsigned int offset = swiotlb_align_offset(dev, orig_addr);
 477         unsigned long flags;
 478
 479         BUG_ON(!nslots);
 480
 481         /*
 482          * For mappings with an alignment requirement don't bother looping to
 483          * unaligned slots once we found an aligned one.  For allocations of
 484          * PAGE_SIZE or larger only look for page aligned allocations.
 485          */
 486         stride = (iotlb_align_mask >> IO_TLB_SHIFT) + 1;
 487         if (alloc_size >= PAGE_SIZE)
 488                 stride = max(stride, stride << (PAGE_SHIFT - IO_TLB_SHIFT));
 489         stride = max(stride, (alloc_align_mask >> IO_TLB_SHIFT) + 1);
 490
 491         spin_lock_irqsave(&mem->lock, flags);
 492         if (unlikely(nslots > mem->nslabs - mem->used))
 493                 goto not_found;
 494
 495         index = wrap = wrap_index(mem, ALIGN(mem->index, stride));
 496         do {
 497                 if (orig_addr &&
 498                     (slot_addr(tbl_dma_addr, index) & iotlb_align_mask) !=
 499                             (orig_addr & iotlb_align_mask)) {
 500                         index = wrap_index(mem, index + 1);
 501                         continue;
 502                 }
 503
 504                 /*
 505                  * If we find a slot that indicates we have 'nslots' number of
 506                  * contiguous buffers, we allocate the buffers from that slot
 507                  * and mark the entries as '0' indicating unavailable.
 508                  */
 509                 if (!iommu_is_span_boundary(index, nslots,
 510                                             nr_slots(tbl_dma_addr),
 511                                             max_slots)) {
 512                         if (mem->slots[index].list >= nslots)
 513                                 goto found;
 514                 }
 515                 index = wrap_index(mem, index + stride);
 516         } while (index != wrap);
 517
 518 not_found:
 519         spin_unlock_irqrestore(&mem->lock, flags);
 520         return -1;
 521
 522 found:
 523         for (i = index; i < index + nslots; i++) {
 524                 mem->slots[i].list = 0;
 525                 mem->slots[i].alloc_size =
 526                         alloc_size - (offset + ((i - index) << IO_TLB_SHIFT));
 527         }
 528         for (i = index - 1;
 529              io_tlb_offset(i) != IO_TLB_SEGSIZE - 1 &&
 530              mem->slots[i].list; i--)
 531                 mem->slots[i].list = ++count;
 532
 533         /*
 534          * Update the indices to avoid searching in the next round.
 535          */
 536         if (index + nslots < mem->nslabs)
 537                 mem->index = index + nslots;
 538         else
 539                 mem->index = 0;
 540         mem->used += nslots;
 541
 542         spin_unlock_irqrestore(&mem->lock, flags);
 543         return index;
 544 }
 545
 546 phys_addr_t swiotlb_tbl_map_single(struct device *dev, phys_addr_t orig_addr,
 547                 size_t mapping_size, size_t alloc_size,
 548                 unsigned int alloc_align_mask, enum dma_data_direction dir,
 549                 unsigned long attrs)
 550 {
 551         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
 552         unsigned int offset = swiotlb_align_offset(dev, orig_addr);
 553         unsigned int i;
 554         int index;
 555         phys_addr_t tlb_addr;
 556
 557         if (!mem || !mem->nslabs)
 558                 panic("Can not allocate SWIOTLB buffer earlier and can't now provide you with the DMA bounce buffer");
 559
 560         if (mem_encrypt_active())
 561                 pr_warn_once("Memory encryption is active and system is using DMA bounce buffers\n");
 562
 563         if (mapping_size > alloc_size) {
 564                 dev_warn_once(dev, "Invalid sizes (mapping: %zd bytes, alloc: %zd bytes)",
 565                               mapping_size, alloc_size);
 566                 return (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR;
 567         }
 568
 569         index = swiotlb_find_slots(dev, orig_addr,
 570                                    alloc_size + offset, alloc_align_mask);
 571         if (index == -1) {
 572                 if (!(attrs & DMA_ATTR_NO_WARN))
 573                         dev_warn_ratelimited(dev,
 574         "swiotlb buffer is full (sz: %zd bytes), total %lu (slots), used %lu (slots)\n",
 575                                  alloc_size, mem->nslabs, mem->used);
 576                 return (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR;
 577         }
 578
 579         /*
 580          * Save away the mapping from the original address to the DMA address.
 581          * This is needed when we sync the memory.  Then we sync the buffer if
 582          * needed.
 583          */
 584         for (i = 0; i < nr_slots(alloc_size + offset); i++)
 585                 mem->slots[index + i].orig_addr = slot_addr(orig_addr, i);
 586         tlb_addr = slot_addr(mem->start, index) + offset;
 587         /*
 588          * When dir == DMA_FROM_DEVICE we could omit the copy from the orig
 589          * to the tlb buffer, if we knew for sure the device will
 590          * overwirte the entire current content. But we don't. Thus
 591          * unconditional bounce may prevent leaking swiotlb content (i.e.
 592          * kernel memory) to user-space.
 593          */
 594         swiotlb_bounce(dev, tlb_addr, mapping_size, DMA_TO_DEVICE);
 595         return tlb_addr;
 596 }
 597
 598 static void swiotlb_release_slots(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr)
 599 {
 600         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
 601         unsigned long flags;
 602         unsigned int offset = swiotlb_align_offset(dev, tlb_addr);
 603         int index = (tlb_addr - offset - mem->start) >> IO_TLB_SHIFT;
 604         int nslots = nr_slots(mem->slots[index].alloc_size + offset);
 605         int count, i;
 606
 607         /*
 608          * Return the buffer to the free list by setting the corresponding
 609          * entries to indicate the number of contiguous entries available.
 610          * While returning the entries to the free list, we merge the entries
 611          * with slots below and above the pool being returned.
 612          */
 613         spin_lock_irqsave(&mem->lock, flags);
 614         if (index + nslots < ALIGN(index + 1, IO_TLB_SEGSIZE))
 615                 count = mem->slots[index + nslots].list;
 616         else
 617                 count = 0;
 618
 619         /*
 620          * Step 1: return the slots to the free list, merging the slots with
 621          * superceeding slots
 622          */
 623         for (i = index + nslots - 1; i >= index; i--) {
 624                 mem->slots[i].list = ++count;
 625                 mem->slots[i].orig_addr = INVALID_PHYS_ADDR;
 626                 mem->slots[i].alloc_size = 0;
 627         }
 628
 629         /*
 630          * Step 2: merge the returned slots with the preceding slots, if
 631          * available (non zero)
 632          */
 633         for (i = index - 1;
 634              io_tlb_offset(i) != IO_TLB_SEGSIZE - 1 && mem->slots[i].list;
 635              i--)
 636                 mem->slots[i].list = ++count;
 637         mem->used -= nslots;
 638         spin_unlock_irqrestore(&mem->lock, flags);
 639 }
 640
 641 /*
 642  * tlb_addr is the physical address of the bounce buffer to unmap.
 643  */
 644 void swiotlb_tbl_unmap_single(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr,
 645                               size_t mapping_size, enum dma_data_direction dir,
 646                               unsigned long attrs)
 647 {
 648         /*
 649          * First, sync the memory before unmapping the entry
 650          */
 651         if (!(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC) &&
 652             (dir == DMA_FROM_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL))
 653                 swiotlb_bounce(dev, tlb_addr, mapping_size, DMA_FROM_DEVICE);
 654
 655         swiotlb_release_slots(dev, tlb_addr);
 656 }
 657
 658 void swiotlb_sync_single_for_device(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr,
 659                 size_t size, enum dma_data_direction dir)
 660 {
 661         if (dir == DMA_TO_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL)
 662                 swiotlb_bounce(dev, tlb_addr, size, DMA_TO_DEVICE);
 663         else
 664                 BUG_ON(dir != DMA_FROM_DEVICE);
 665 }
 666
 667 void swiotlb_sync_single_for_cpu(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr,
 668                 size_t size, enum dma_data_direction dir)
 669 {
 670         if (dir == DMA_FROM_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL)
 671                 swiotlb_bounce(dev, tlb_addr, size, DMA_FROM_DEVICE);
 672         else
 673                 BUG_ON(dir != DMA_TO_DEVICE);
 674 }
 675
 676 /*
 677  * Create a swiotlb mapping for the buffer at @paddr, and in case of DMAing
 678  * to the device copy the data into it as well.
 679  */
 680 dma_addr_t swiotlb_map(struct device *dev, phys_addr_t paddr, size_t size,
 681                 enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 682 {
 683         phys_addr_t swiotlb_addr;
 684         dma_addr_t dma_addr;
 685
 686         trace_swiotlb_bounced(dev, phys_to_dma(dev, paddr), size,
 687                               swiotlb_force);
 688
 689         swiotlb_addr = swiotlb_tbl_map_single(dev, paddr, size, size, 0, dir,
 690                         attrs);
 691         if (swiotlb_addr == (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR)
 692                 return DMA_MAPPING_ERROR;
 693
 694         /* Ensure that the address returned is DMA'ble */
 695         dma_addr = phys_to_dma_unencrypted(dev, swiotlb_addr);
 696         if (unlikely(!dma_capable(dev, dma_addr, size, true))) {
 697                 swiotlb_tbl_unmap_single(dev, swiotlb_addr, size, dir,
 698                         attrs | DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC);
 699                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
 700                         "swiotlb addr %pad+%zu overflow (mask %llx, bus limit %llx).\n",
 701                         &dma_addr, size, *dev->dma_mask, dev->bus_dma_limit);
 702                 return DMA_MAPPING_ERROR;
 703         }
 704
 705         if (!dev_is_dma_coherent(dev) && !(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC))
 706                 arch_sync_dma_for_device(swiotlb_addr, size, dir);
 707         return dma_addr;
 708 }
 709
 710 size_t swiotlb_max_mapping_size(struct device *dev)
 711 {
 712         int min_align_mask = dma_get_min_align_mask(dev);
 713         int min_align = 0;
 714
 715         /*
 716          * swiotlb_find_slots() skips slots according to
 717          * min align mask. This affects max mapping size.
 718          * Take it into acount here.
 719          */
 720         if (min_align_mask)
 721                 min_align = roundup(min_align_mask, IO_TLB_SIZE);
 722
 723         return ((size_t)IO_TLB_SIZE) * IO_TLB_SEGSIZE - min_align;
 724 }
 725
 726 bool is_swiotlb_active(struct device *dev)
 727 {
 728         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
 729
 730         return mem && mem->nslabs;
 731 }
 732 EXPORT_SYMBOL_GPL(is_swiotlb_active);
 733
 734 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
 735 static struct dentry *debugfs_dir;
 736
 737 static void swiotlb_create_debugfs_files(struct io_tlb_mem *mem)
 738 {
 739         debugfs_create_ulong("io_tlb_nslabs", 0400, mem->debugfs, &mem->nslabs);
 740         debugfs_create_ulong("io_tlb_used", 0400, mem->debugfs, &mem->used);
 741 }
 742
 743 static int __init swiotlb_create_default_debugfs(void)
 744 {
 745         struct io_tlb_mem *mem = &io_tlb_default_mem;
 746
 747         debugfs_dir = debugfs_create_dir("swiotlb", NULL);
 748         if (mem->nslabs) {
 749                 mem->debugfs = debugfs_dir;
 750                 swiotlb_create_debugfs_files(mem);
 751         }
 752         return 0;
 753 }
 754
 755 late_initcall(swiotlb_create_default_debugfs);
 756
 757 #endif
 758
 759 #ifdef CONFIG_DMA_RESTRICTED_POOL
 760
 761 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
 762 static void rmem_swiotlb_debugfs_init(struct reserved_mem *rmem)
 763 {
 764         struct io_tlb_mem *mem = rmem->priv;
 765
 766         mem->debugfs = debugfs_create_dir(rmem->name, debugfs_dir);
 767         swiotlb_create_debugfs_files(mem);
 768 }
 769 #else
 770 static void rmem_swiotlb_debugfs_init(struct reserved_mem *rmem)
 771 {
 772 }
 773 #endif
 774
 775 struct page *swiotlb_alloc(struct device *dev, size_t size)
 776 {
 777         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
 778         phys_addr_t tlb_addr;
 779         int index;
 780
 781         if (!mem)
 782                 return NULL;
 783
 784         index = swiotlb_find_slots(dev, 0, size, 0);
 785         if (index == -1)
 786                 return NULL;
 787
 788         tlb_addr = slot_addr(mem->start, index);
 789
 790         return pfn_to_page(PFN_DOWN(tlb_addr));
 791 }
 792
 793 bool swiotlb_free(struct device *dev, struct page *page, size_t size)
 794 {
 795         phys_addr_t tlb_addr = page_to_phys(page);
 796
 797         if (!is_swiotlb_buffer(dev, tlb_addr))
 798                 return false;
 799
 800         swiotlb_release_slots(dev, tlb_addr);
 801
 802         return true;
 803 }
 804
 805 static int rmem_swiotlb_device_init(struct reserved_mem *rmem,
 806                                     struct device *dev)
 807 {
 808         struct io_tlb_mem *mem = rmem->priv;
 809         unsigned long nslabs = rmem->size >> IO_TLB_SHIFT;
 810
 811         /*
 812          * Since multiple devices can share the same pool, the private data,
 813          * io_tlb_mem struct, will be initialized by the first device attached
 814          * to it.
 815          */
 816         if (!mem) {
 817                 mem = kzalloc(sizeof(*mem), GFP_KERNEL);
 818                 if (!mem)
 819                         return -ENOMEM;
 820
 821                 mem->slots = kzalloc(array_size(sizeof(*mem->slots), nslabs),
 822                                      GFP_KERNEL);
 823                 if (!mem->slots) {
 824                         kfree(mem);
 825                         return -ENOMEM;
 826                 }
 827
 828                 set_memory_decrypted((unsigned long)phys_to_virt(rmem->base),
 829                                      rmem->size >> PAGE_SHIFT);
 830                 swiotlb_init_io_tlb_mem(mem, rmem->base, nslabs, false);
 831                 mem->force_bounce = true;
 832                 mem->for_alloc = true;
 833
 834                 rmem->priv = mem;
 835
 836                 rmem_swiotlb_debugfs_init(rmem);
 837         }
 838
 839         dev->dma_io_tlb_mem = mem;
 840
 841         return 0;
 842 }
 843
 844 static void rmem_swiotlb_device_release(struct reserved_mem *rmem,
 845                                         struct device *dev)
 846 {
 847         dev->dma_io_tlb_mem = &io_tlb_default_mem;
 848 }
 849
 850 static const struct reserved_mem_ops rmem_swiotlb_ops = {
 851         .device_init = rmem_swiotlb_device_init,
 852         .device_release = rmem_swiotlb_device_release,
 853 };
 854
 855 static int __init rmem_swiotlb_setup(struct reserved_mem *rmem)
 856 {
 857         unsigned long node = rmem->fdt_node;
 858
 859         if (of_get_flat_dt_prop(node, "reusable", NULL) ||
 860             of_get_flat_dt_prop(node, "linux,cma-default", NULL) ||
 861             of_get_flat_dt_prop(node, "linux,dma-default", NULL) ||
 862             of_get_flat_dt_prop(node, "no-map", NULL))
 863                 return -EINVAL;
 864
 865         if (PageHighMem(pfn_to_page(PHYS_PFN(rmem->base)))) {
 866                 pr_err("Restricted DMA pool must be accessible within the linear mapping.");
 867                 return -EINVAL;
 868         }
 869
 870         rmem->ops = &rmem_swiotlb_ops;
 871         pr_info("Reserved memory: created restricted DMA pool at %pa, size %ld MiB\n",
 872                 &rmem->base, (unsigned long)rmem->size / SZ_1M);
 873         return 0;
 874 }
 875
 876 RESERVEDMEM_OF_DECLARE(dma, "restricted-dma-pool", rmem_swiotlb_setup);
 877 #endif /* CONFIG_DMA_RESTRICTED_POOL */