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