arch/sparc/mm/iommu.c

   1 /*
   2  * iommu.c:  IOMMU specific routines for memory management.
   3  *
   4  * Copyright (C) 1995 David S. Miller  (davem@caip.rutgers.edu)
   5  * Copyright (C) 1995,2002 Pete Zaitcev     (zaitcev@yahoo.com)
   6  * Copyright (C) 1996 Eddie C. Dost    (ecd@skynet.be)
   7  * Copyright (C) 1997,1998 Jakub Jelinek    (jj@sunsite.mff.cuni.cz)
   8  */
   9
  10 #include <linux/config.h>
  11 #include <linux/kernel.h>
  12 #include <linux/init.h>
  13 #include <linux/mm.h>
  14 #include <linux/slab.h>
  15 #include <linux/highmem.h>      /* pte_offset_map => kmap_atomic */
  16
  17 #include <asm/scatterlist.h>
  18 #include <asm/pgalloc.h>
  19 #include <asm/pgtable.h>
  20 #include <asm/sbus.h>
  21 #include <asm/io.h>
  22 #include <asm/mxcc.h>
  23 #include <asm/mbus.h>
  24 #include <asm/cacheflush.h>
  25 #include <asm/tlbflush.h>
  26 #include <asm/bitext.h>
  27 #include <asm/iommu.h>
  28 #include <asm/dma.h>
  29
  30 /*
  31  * This can be sized dynamically, but we will do this
  32  * only when we have a guidance about actual I/O pressures.
  33  */
  34 #define IOMMU_RNGE      IOMMU_RNGE_256MB
  35 #define IOMMU_START     0xF0000000
  36 #define IOMMU_WINSIZE   (256*1024*1024U)
  37 #define IOMMU_NPTES     (IOMMU_WINSIZE/PAGE_SIZE)       /* 64K PTEs, 265KB */
  38 #define IOMMU_ORDER     6                               /* 4096 * (1<<6) */
  39
  40 /* srmmu.c */
  41 extern int viking_mxcc_present;
  42 BTFIXUPDEF_CALL(void, flush_page_for_dma, unsigned long)
  43 #define flush_page_for_dma(page) BTFIXUP_CALL(flush_page_for_dma)(page)
  44 extern int flush_page_for_dma_global;
  45 static int viking_flush;
  46 /* viking.S */
  47 extern void viking_flush_page(unsigned long page);
  48 extern void viking_mxcc_flush_page(unsigned long page);
  49
  50 /*
  51  * Values precomputed according to CPU type.
  52  */
  53 static unsigned int ioperm_noc;         /* Consistent mapping iopte flags */
  54 static pgprot_t dvma_prot;              /* Consistent mapping pte flags */
  55
  56 #define IOPERM        (IOPTE_CACHE | IOPTE_WRITE | IOPTE_VALID)
  57 #define MKIOPTE(pfn, perm) (((((pfn)<<8) & IOPTE_PAGE) | (perm)) & ~IOPTE_WAZ)
  58
  59 void __init
  60 iommu_init(int iommund, struct sbus_bus *sbus)
  61 {
  62         unsigned int impl, vers;
  63         unsigned long tmp;
  64         struct iommu_struct *iommu;
  65         struct linux_prom_registers iommu_promregs[PROMREG_MAX];
  66         struct resource r;
  67         unsigned long *bitmap;
  68
  69         iommu = kmalloc(sizeof(struct iommu_struct), GFP_ATOMIC);
  70         if (!iommu) {
  71                 prom_printf("Unable to allocate iommu structure\n");
  72                 prom_halt();
  73         }
  74         prom_getproperty(iommund, "reg", (void *) iommu_promregs,
  75                          sizeof(iommu_promregs));
  76         memset(&r, 0, sizeof(r));
  77         r.flags = iommu_promregs[0].which_io;
  78         r.start = iommu_promregs[0].phys_addr;
  79         iommu->regs = (struct iommu_regs *)
  80                 sbus_ioremap(&r, 0, PAGE_SIZE * 3, "iommu_regs");
  81         if(!iommu->regs) {
  82                 prom_printf("Cannot map IOMMU registers\n");
  83                 prom_halt();
  84         }
  85         impl = (iommu->regs->control & IOMMU_CTRL_IMPL) >> 28;
  86         vers = (iommu->regs->control & IOMMU_CTRL_VERS) >> 24;
  87         tmp = iommu->regs->control;
  88         tmp &= ~(IOMMU_CTRL_RNGE);
  89         tmp |= (IOMMU_RNGE_256MB | IOMMU_CTRL_ENAB);
  90         iommu->regs->control = tmp;
  91         iommu_invalidate(iommu->regs);
  92         iommu->start = IOMMU_START;
  93         iommu->end = 0xffffffff;
  94
  95         /* Allocate IOMMU page table */
  96         /* Stupid alignment constraints give me a headache.
  97            We need 256K or 512K or 1M or 2M area aligned to
  98            its size and current gfp will fortunately give
  99            it to us. */
 100         tmp = __get_free_pages(GFP_KERNEL, IOMMU_ORDER);
 101         if (!tmp) {
 102                 prom_printf("Unable to allocate iommu table [0x%08x]\n",
 103                             IOMMU_NPTES*sizeof(iopte_t));
 104                 prom_halt();
 105         }
 106         iommu->page_table = (iopte_t *)tmp;
 107
 108         /* Initialize new table. */
 109         memset(iommu->page_table, 0, IOMMU_NPTES*sizeof(iopte_t));
 110         flush_cache_all();
 111         flush_tlb_all();
 112         iommu->regs->base = __pa((unsigned long) iommu->page_table) >> 4;
 113         iommu_invalidate(iommu->regs);
 114
 115         bitmap = kmalloc(IOMMU_NPTES>>3, GFP_KERNEL);
 116         if (!bitmap) {
 117                 prom_printf("Unable to allocate iommu bitmap [%d]\n",
 118                             (int)(IOMMU_NPTES>>3));
 119                 prom_halt();
 120         }
 121         bit_map_init(&iommu->usemap, bitmap, IOMMU_NPTES);
 122
 123         printk("IOMMU: impl %d vers %d table 0x%p[%d B] map [%d b]\n",
 124             impl, vers, iommu->page_table,
 125             (int)(IOMMU_NPTES*sizeof(iopte_t)), (int)IOMMU_NPTES);
 126
 127         sbus->iommu = iommu;
 128 }
 129
 130 /* This begs to be btfixup-ed by srmmu. */
 131 static void iommu_viking_flush_iotlb(iopte_t *iopte, unsigned int niopte)
 132 {
 133         unsigned long start;
 134         unsigned long end;
 135
 136         start = (unsigned long)iopte & PAGE_MASK;
 137         end = PAGE_ALIGN(start + niopte*sizeof(iopte_t));
 138         if (viking_mxcc_present) {
 139                 while(start < end) {
 140                         viking_mxcc_flush_page(start);
 141                         start += PAGE_SIZE;
 142                 }
 143         } else if (viking_flush) {
 144                 while(start < end) {
 145                         viking_flush_page(start);
 146                         start += PAGE_SIZE;
 147                 }
 148         }
 149 }
 150
 151 static u32 iommu_get_one(struct page *page, int npages, struct sbus_bus *sbus)
 152 {
 153         struct iommu_struct *iommu = sbus->iommu;
 154         int ioptex;
 155         iopte_t *iopte, *iopte0;
 156         unsigned int busa, busa0;
 157         int i;
 158
 159         ioptex = bit_map_string_get(&iommu->usemap, npages, 1);
 160         if (ioptex < 0)
 161                 panic("iommu out");
 162         busa0 = iommu->start + (ioptex << PAGE_SHIFT);
 163         iopte0 = &iommu->page_table[ioptex];
 164
 165         busa = busa0;
 166         iopte = iopte0;
 167         for (i = 0; i < npages; i++) {
 168                 iopte_val(*iopte) = MKIOPTE(page_to_pfn(page), IOPERM);
 169                 iommu_invalidate_page(iommu->regs, busa);
 170                 busa += PAGE_SIZE;
 171                 iopte++;
 172                 page++;
 173         }
 174
 175         iommu_viking_flush_iotlb(iopte0, npages);
 176         flush_cache_all(); // hack to fix dma errors with hypersparc
 177
 178         return busa0;
 179 }
 180
 181 static u32 iommu_get_scsi_one(char *vaddr, unsigned int len,
 182     struct sbus_bus *sbus)
 183 {
 184         unsigned long off;
 185         int npages;
 186         struct page *page;
 187         u32 busa;
 188
 189         off = (unsigned long)vaddr & ~PAGE_MASK;
 190         npages = (off + len + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
 191         page = virt_to_page((unsigned long)vaddr & PAGE_MASK);
 192         busa = iommu_get_one(page, npages, sbus);
 193         return busa + off;
 194 }
 195
 196 static __u32 iommu_get_scsi_one_noflush(char *vaddr, unsigned long len, struct sbus_bus *sbus)
 197 {
 198         return iommu_get_scsi_one(vaddr, len, sbus);
 199 }
 200
 201 static __u32 iommu_get_scsi_one_gflush(char *vaddr, unsigned long len, struct sbus_bus *sbus)
 202 {
 203         flush_page_for_dma(0);
 204         return iommu_get_scsi_one(vaddr, len, sbus);
 205 }
 206
 207 static __u32 iommu_get_scsi_one_pflush(char *vaddr, unsigned long len, struct sbus_bus *sbus)
 208 {
 209         unsigned long page = ((unsigned long) vaddr) & PAGE_MASK;
 210
 211         while(page < ((unsigned long)(vaddr + len))) {
 212                 flush_page_for_dma(page);
 213                 page += PAGE_SIZE;
 214         }
 215         return iommu_get_scsi_one(vaddr, len, sbus);
 216 }
 217
 218 static void iommu_get_scsi_sgl_noflush(struct scatterlist *sg, int sz, struct sbus_bus *sbus)
 219 {
 220         int n;
 221
 222         while (sz != 0) {
 223                 --sz;
 224                 n = (sg->length + sg->offset + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
 225                 sg->dvma_address = iommu_get_one(sg->page, n, sbus) + sg->offset;
 226                 sg->dvma_length = (__u32) sg->length;
 227                 sg++;
 228         }
 229 }
 230
 231 static void iommu_get_scsi_sgl_gflush(struct scatterlist *sg, int sz, struct sbus_bus *sbus)
 232 {
 233         int n;
 234
 235         flush_page_for_dma(0);
 236         while (sz != 0) {
 237                 --sz;
 238                 n = (sg->length + sg->offset + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
 239                 sg->dvma_address = iommu_get_one(sg->page, n, sbus) + sg->offset;
 240                 sg->dvma_length = (__u32) sg->length;
 241                 sg++;
 242         }
 243 }
 244
 245 static void iommu_get_scsi_sgl_pflush(struct scatterlist *sg, int sz, struct sbus_bus *sbus)
 246 {
 247         unsigned long page, oldpage = 0;
 248         int n, i;
 249
 250         while(sz != 0) {
 251                 --sz;
 252
 253                 n = (sg->length + sg->offset + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
 254
 255                 /*
 256                  * We expect unmapped highmem pages to be not in the cache.
 257                  * XXX Is this a good assumption?
 258                  * XXX What if someone else unmaps it here and races us?
 259                  */
 260                 if ((page = (unsigned long) page_address(sg->page)) != 0) {
 261                         for (i = 0; i < n; i++) {
 262                                 if (page != oldpage) {  /* Already flushed? */
 263                                         flush_page_for_dma(page);
 264                                         oldpage = page;
 265                                 }
 266                                 page += PAGE_SIZE;
 267                         }
 268                 }
 269
 270                 sg->dvma_address = iommu_get_one(sg->page, n, sbus) + sg->offset;
 271                 sg->dvma_length = (__u32) sg->length;
 272                 sg++;
 273         }
 274 }
 275
 276 static void iommu_release_one(u32 busa, int npages, struct sbus_bus *sbus)
 277 {
 278         struct iommu_struct *iommu = sbus->iommu;
 279         int ioptex;
 280         int i;
 281
 282         if (busa < iommu->start)
 283                 BUG();
 284         ioptex = (busa - iommu->start) >> PAGE_SHIFT;
 285         for (i = 0; i < npages; i++) {
 286                 iopte_val(iommu->page_table[ioptex + i]) = 0;
 287                 iommu_invalidate_page(iommu->regs, busa);
 288                 busa += PAGE_SIZE;
 289         }
 290         bit_map_clear(&iommu->usemap, ioptex, npages);
 291 }
 292
 293 static void iommu_release_scsi_one(__u32 vaddr, unsigned long len, struct sbus_bus *sbus)
 294 {
 295         unsigned long off;
 296         int npages;
 297
 298         off = vaddr & ~PAGE_MASK;
 299         npages = (off + len + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
 300         iommu_release_one(vaddr & PAGE_MASK, npages, sbus);
 301 }
 302
 303 static void iommu_release_scsi_sgl(struct scatterlist *sg, int sz, struct sbus_bus *sbus)
 304 {
 305         int n;
 306
 307         while(sz != 0) {
 308                 --sz;
 309
 310                 n = (sg->length + sg->offset + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
 311                 iommu_release_one(sg->dvma_address & PAGE_MASK, n, sbus);
 312                 sg->dvma_address = 0x21212121;
 313                 sg++;
 314         }
 315 }
 316
 317 #ifdef CONFIG_SBUS
 318 static int iommu_map_dma_area(dma_addr_t *pba, unsigned long va,
 319     unsigned long addr, int len)
 320 {
 321         unsigned long page, end;
 322         struct iommu_struct *iommu = sbus_root->iommu;
 323         iopte_t *iopte = iommu->page_table;
 324         iopte_t *first;
 325         int ioptex;
 326
 327         if ((va & ~PAGE_MASK) != 0) BUG();
 328         if ((addr & ~PAGE_MASK) != 0) BUG();
 329         if ((len & ~PAGE_MASK) != 0) BUG();
 330
 331         ioptex = bit_map_string_get(&iommu->usemap, len >> PAGE_SHIFT, 1);
 332         if (ioptex < 0)
 333                 panic("iommu out");
 334
 335         iopte += ioptex;
 336         first = iopte;
 337         end = addr + len;
 338         while(addr < end) {
 339                 page = va;
 340                 {
 341                         pgd_t *pgdp;
 342                         pmd_t *pmdp;
 343                         pte_t *ptep;
 344
 345                         if (viking_mxcc_present)
 346                                 viking_mxcc_flush_page(page);
 347                         else if (viking_flush)
 348                                 viking_flush_page(page);
 349                         else
 350                                 __flush_page_to_ram(page);
 351
 352                         pgdp = pgd_offset(&init_mm, addr);
 353                         pmdp = pmd_offset(pgdp, addr);
 354                         ptep = pte_offset_map(pmdp, addr);
 355
 356                         set_pte(ptep, mk_pte(virt_to_page(page), dvma_prot));
 357                 }
 358                 iopte_val(*iopte++) =
 359                     MKIOPTE(page_to_pfn(virt_to_page(page)), ioperm_noc);
 360                 addr += PAGE_SIZE;
 361                 va += PAGE_SIZE;
 362         }
 363         /* P3: why do we need this?
 364          *
 365          * DAVEM: Because there are several aspects, none of which
 366          *        are handled by a single interface.  Some cpus are
 367          *        completely not I/O DMA coherent, and some have
 368          *        virtually indexed caches.  The driver DMA flushing
 369          *        methods handle the former case, but here during
 370          *        IOMMU page table modifications, and usage of non-cacheable
 371          *        cpu mappings of pages potentially in the cpu caches, we have
 372          *        to handle the latter case as well.
 373          */
 374         flush_cache_all();
 375         iommu_viking_flush_iotlb(first, len >> PAGE_SHIFT);
 376         flush_tlb_all();
 377         iommu_invalidate(iommu->regs);
 378
 379         *pba = iommu->start + (ioptex << PAGE_SHIFT);
 380         return 0;
 381 }
 382
 383 static void iommu_unmap_dma_area(unsigned long busa, int len)
 384 {
 385         struct iommu_struct *iommu = sbus_root->iommu;
 386         iopte_t *iopte = iommu->page_table;
 387         unsigned long end;
 388         int ioptex = (busa - iommu->start) >> PAGE_SHIFT;
 389
 390         if ((busa & ~PAGE_MASK) != 0) BUG();
 391         if ((len & ~PAGE_MASK) != 0) BUG();
 392
 393         iopte += ioptex;
 394         end = busa + len;
 395         while (busa < end) {
 396                 iopte_val(*iopte++) = 0;
 397                 busa += PAGE_SIZE;
 398         }
 399         flush_tlb_all();
 400         iommu_invalidate(iommu->regs);
 401         bit_map_clear(&iommu->usemap, ioptex, len >> PAGE_SHIFT);
 402 }
 403
 404 static struct page *iommu_translate_dvma(unsigned long busa)
 405 {
 406         struct iommu_struct *iommu = sbus_root->iommu;
 407         iopte_t *iopte = iommu->page_table;
 408
 409         iopte += ((busa - iommu->start) >> PAGE_SHIFT);
 410         return pfn_to_page((iopte_val(*iopte) & IOPTE_PAGE) >> (PAGE_SHIFT-4));
 411 }
 412 #endif
 413
 414 static char *iommu_lockarea(char *vaddr, unsigned long len)
 415 {
 416         return vaddr;
 417 }
 418
 419 static void iommu_unlockarea(char *vaddr, unsigned long len)
 420 {
 421 }
 422
 423 void __init ld_mmu_iommu(void)
 424 {
 425         viking_flush = (BTFIXUPVAL_CALL(flush_page_for_dma) == (unsigned long)viking_flush_page);
 426         BTFIXUPSET_CALL(mmu_lockarea, iommu_lockarea, BTFIXUPCALL_RETO0);
 427         BTFIXUPSET_CALL(mmu_unlockarea, iommu_unlockarea, BTFIXUPCALL_NOP);
 428
 429         if (!BTFIXUPVAL_CALL(flush_page_for_dma)) {
 430                 /* IO coherent chip */
 431                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_one, iommu_get_scsi_one_noflush, BTFIXUPCALL_RETO0);
 432                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_sgl, iommu_get_scsi_sgl_noflush, BTFIXUPCALL_NORM);
 433         } else if (flush_page_for_dma_global) {
 434                 /* flush_page_for_dma flushes everything, no matter of what page is it */
 435                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_one, iommu_get_scsi_one_gflush, BTFIXUPCALL_NORM);
 436                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_sgl, iommu_get_scsi_sgl_gflush, BTFIXUPCALL_NORM);
 437         } else {
 438                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_one, iommu_get_scsi_one_pflush, BTFIXUPCALL_NORM);
 439                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_sgl, iommu_get_scsi_sgl_pflush, BTFIXUPCALL_NORM);
 440         }
 441         BTFIXUPSET_CALL(mmu_release_scsi_one, iommu_release_scsi_one, BTFIXUPCALL_NORM);
 442         BTFIXUPSET_CALL(mmu_release_scsi_sgl, iommu_release_scsi_sgl, BTFIXUPCALL_NORM);
 443
 444 #ifdef CONFIG_SBUS
 445         BTFIXUPSET_CALL(mmu_map_dma_area, iommu_map_dma_area, BTFIXUPCALL_NORM);
 446         BTFIXUPSET_CALL(mmu_unmap_dma_area, iommu_unmap_dma_area, BTFIXUPCALL_NORM);
 447         BTFIXUPSET_CALL(mmu_translate_dvma, iommu_translate_dvma, BTFIXUPCALL_NORM);
 448 #endif
 449
 450         if (viking_mxcc_present || srmmu_modtype == HyperSparc) {
 451                 dvma_prot = __pgprot(SRMMU_CACHE | SRMMU_ET_PTE | SRMMU_PRIV);
 452                 ioperm_noc = IOPTE_CACHE | IOPTE_WRITE | IOPTE_VALID;
 453         } else {
 454                 dvma_prot = __pgprot(SRMMU_ET_PTE | SRMMU_PRIV);
 455                 ioperm_noc = IOPTE_WRITE | IOPTE_VALID;
 456         }
 457 }