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
 177         return busa0;
 178 }
 179
 180 static u32 iommu_get_scsi_one(char *vaddr, unsigned int len,
 181     struct sbus_bus *sbus)
 182 {
 183         unsigned long off;
 184         int npages;
 185         struct page *page;
 186         u32 busa;
 187
 188         off = (unsigned long)vaddr & ~PAGE_MASK;
 189         npages = (off + len + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
 190         page = virt_to_page((unsigned long)vaddr & PAGE_MASK);
 191         busa = iommu_get_one(page, npages, sbus);
 192         return busa + off;
 193 }
 194
 195 static __u32 iommu_get_scsi_one_noflush(char *vaddr, unsigned long len, struct sbus_bus *sbus)
 196 {
 197         return iommu_get_scsi_one(vaddr, len, sbus);
 198 }
 199
 200 static __u32 iommu_get_scsi_one_gflush(char *vaddr, unsigned long len, struct sbus_bus *sbus)
 201 {
 202         flush_page_for_dma(0);
 203         return iommu_get_scsi_one(vaddr, len, sbus);
 204 }
 205
 206 static __u32 iommu_get_scsi_one_pflush(char *vaddr, unsigned long len, struct sbus_bus *sbus)
 207 {
 208         unsigned long page = ((unsigned long) vaddr) & PAGE_MASK;
 209
 210         while(page < ((unsigned long)(vaddr + len))) {
 211                 flush_page_for_dma(page);
 212                 page += PAGE_SIZE;
 213         }
 214         return iommu_get_scsi_one(vaddr, len, sbus);
 215 }
 216
 217 static void iommu_get_scsi_sgl_noflush(struct scatterlist *sg, int sz, struct sbus_bus *sbus)
 218 {
 219         int n;
 220
 221         while (sz != 0) {
 222                 --sz;
 223                 n = (sg->length + sg->offset + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
 224                 sg->dvma_address = iommu_get_one(sg->page, n, sbus) + sg->offset;
 225                 sg->dvma_length = (__u32) sg->length;
 226                 sg++;
 227         }
 228 }
 229
 230 static void iommu_get_scsi_sgl_gflush(struct scatterlist *sg, int sz, struct sbus_bus *sbus)
 231 {
 232         int n;
 233
 234         flush_page_for_dma(0);
 235         while (sz != 0) {
 236                 --sz;
 237                 n = (sg->length + sg->offset + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
 238                 sg->dvma_address = iommu_get_one(sg->page, n, sbus) + sg->offset;
 239                 sg->dvma_length = (__u32) sg->length;
 240                 sg++;
 241         }
 242 }
 243
 244 static void iommu_get_scsi_sgl_pflush(struct scatterlist *sg, int sz, struct sbus_bus *sbus)
 245 {
 246         unsigned long page, oldpage = 0;
 247         int n, i;
 248
 249         while(sz != 0) {
 250                 --sz;
 251
 252                 n = (sg->length + sg->offset + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
 253
 254                 /*
 255                  * We expect unmapped highmem pages to be not in the cache.
 256                  * XXX Is this a good assumption?
 257                  * XXX What if someone else unmaps it here and races us?
 258                  */
 259                 if ((page = (unsigned long) page_address(sg->page)) != 0) {
 260                         for (i = 0; i < n; i++) {
 261                                 if (page != oldpage) {  /* Already flushed? */
 262                                         flush_page_for_dma(page);
 263                                         oldpage = page;
 264                                 }
 265                                 page += PAGE_SIZE;
 266                         }
 267                 }
 268
 269                 sg->dvma_address = iommu_get_one(sg->page, n, sbus) + sg->offset;
 270                 sg->dvma_length = (__u32) sg->length;
 271                 sg++;
 272         }
 273 }
 274
 275 static void iommu_release_one(u32 busa, int npages, struct sbus_bus *sbus)
 276 {
 277         struct iommu_struct *iommu = sbus->iommu;
 278         int ioptex;
 279         int i;
 280
 281         if (busa < iommu->start)
 282                 BUG();
 283         ioptex = (busa - iommu->start) >> PAGE_SHIFT;
 284         for (i = 0; i < npages; i++) {
 285                 iopte_val(iommu->page_table[ioptex + i]) = 0;
 286                 iommu_invalidate_page(iommu->regs, busa);
 287                 busa += PAGE_SIZE;
 288         }
 289         bit_map_clear(&iommu->usemap, ioptex, npages);
 290 }
 291
 292 static void iommu_release_scsi_one(__u32 vaddr, unsigned long len, struct sbus_bus *sbus)
 293 {
 294         unsigned long off;
 295         int npages;
 296
 297         off = vaddr & ~PAGE_MASK;
 298         npages = (off + len + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
 299         iommu_release_one(vaddr & PAGE_MASK, npages, sbus);
 300 }
 301
 302 static void iommu_release_scsi_sgl(struct scatterlist *sg, int sz, struct sbus_bus *sbus)
 303 {
 304         int n;
 305
 306         while(sz != 0) {
 307                 --sz;
 308
 309                 n = (sg->length + sg->offset + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
 310                 iommu_release_one(sg->dvma_address & PAGE_MASK, n, sbus);
 311                 sg->dvma_address = 0x21212121;
 312                 sg++;
 313         }
 314 }
 315
 316 #ifdef CONFIG_SBUS
 317 static int iommu_map_dma_area(dma_addr_t *pba, unsigned long va,
 318     unsigned long addr, int len)
 319 {
 320         unsigned long page, end;
 321         struct iommu_struct *iommu = sbus_root->iommu;
 322         iopte_t *iopte = iommu->page_table;
 323         iopte_t *first;
 324         int ioptex;
 325
 326         if ((va & ~PAGE_MASK) != 0) BUG();
 327         if ((addr & ~PAGE_MASK) != 0) BUG();
 328         if ((len & ~PAGE_MASK) != 0) BUG();
 329
 330         ioptex = bit_map_string_get(&iommu->usemap, len >> PAGE_SHIFT, 1);
 331         if (ioptex < 0)
 332                 panic("iommu out");
 333
 334         iopte += ioptex;
 335         first = iopte;
 336         end = addr + len;
 337         while(addr < end) {
 338                 page = va;
 339                 {
 340                         pgd_t *pgdp;
 341                         pmd_t *pmdp;
 342                         pte_t *ptep;
 343
 344                         if (viking_mxcc_present)
 345                                 viking_mxcc_flush_page(page);
 346                         else if (viking_flush)
 347                                 viking_flush_page(page);
 348                         else
 349                                 __flush_page_to_ram(page);
 350
 351                         pgdp = pgd_offset(&init_mm, addr);
 352                         pmdp = pmd_offset(pgdp, addr);
 353                         ptep = pte_offset_map(pmdp, addr);
 354
 355                         set_pte(ptep, mk_pte(virt_to_page(page), dvma_prot));
 356                 }
 357                 iopte_val(*iopte++) =
 358                     MKIOPTE(page_to_pfn(virt_to_page(page)), ioperm_noc);
 359                 addr += PAGE_SIZE;
 360                 va += PAGE_SIZE;
 361         }
 362         /* P3: why do we need this?
 363          *
 364          * DAVEM: Because there are several aspects, none of which
 365          *        are handled by a single interface.  Some cpus are
 366          *        completely not I/O DMA coherent, and some have
 367          *        virtually indexed caches.  The driver DMA flushing
 368          *        methods handle the former case, but here during
 369          *        IOMMU page table modifications, and usage of non-cacheable
 370          *        cpu mappings of pages potentially in the cpu caches, we have
 371          *        to handle the latter case as well.
 372          */
 373         flush_cache_all();
 374         iommu_viking_flush_iotlb(first, len >> PAGE_SHIFT);
 375         flush_tlb_all();
 376         iommu_invalidate(iommu->regs);
 377
 378         *pba = iommu->start + (ioptex << PAGE_SHIFT);
 379         return 0;
 380 }
 381
 382 static void iommu_unmap_dma_area(unsigned long busa, int len)
 383 {
 384         struct iommu_struct *iommu = sbus_root->iommu;
 385         iopte_t *iopte = iommu->page_table;
 386         unsigned long end;
 387         int ioptex = (busa - iommu->start) >> PAGE_SHIFT;
 388
 389         if ((busa & ~PAGE_MASK) != 0) BUG();
 390         if ((len & ~PAGE_MASK) != 0) BUG();
 391
 392         iopte += ioptex;
 393         end = busa + len;
 394         while (busa < end) {
 395                 iopte_val(*iopte++) = 0;
 396                 busa += PAGE_SIZE;
 397         }
 398         flush_tlb_all();
 399         iommu_invalidate(iommu->regs);
 400         bit_map_clear(&iommu->usemap, ioptex, len >> PAGE_SHIFT);
 401 }
 402
 403 static struct page *iommu_translate_dvma(unsigned long busa)
 404 {
 405         struct iommu_struct *iommu = sbus_root->iommu;
 406         iopte_t *iopte = iommu->page_table;
 407
 408         iopte += ((busa - iommu->start) >> PAGE_SHIFT);
 409         return pfn_to_page((iopte_val(*iopte) & IOPTE_PAGE) >> (PAGE_SHIFT-4));
 410 }
 411 #endif
 412
 413 static char *iommu_lockarea(char *vaddr, unsigned long len)
 414 {
 415         return vaddr;
 416 }
 417
 418 static void iommu_unlockarea(char *vaddr, unsigned long len)
 419 {
 420 }
 421
 422 void __init ld_mmu_iommu(void)
 423 {
 424         viking_flush = (BTFIXUPVAL_CALL(flush_page_for_dma) == (unsigned long)viking_flush_page);
 425         BTFIXUPSET_CALL(mmu_lockarea, iommu_lockarea, BTFIXUPCALL_RETO0);
 426         BTFIXUPSET_CALL(mmu_unlockarea, iommu_unlockarea, BTFIXUPCALL_NOP);
 427
 428         if (!BTFIXUPVAL_CALL(flush_page_for_dma)) {
 429                 /* IO coherent chip */
 430                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_one, iommu_get_scsi_one_noflush, BTFIXUPCALL_RETO0);
 431                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_sgl, iommu_get_scsi_sgl_noflush, BTFIXUPCALL_NORM);
 432         } else if (flush_page_for_dma_global) {
 433                 /* flush_page_for_dma flushes everything, no matter of what page is it */
 434                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_one, iommu_get_scsi_one_gflush, BTFIXUPCALL_NORM);
 435                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_sgl, iommu_get_scsi_sgl_gflush, BTFIXUPCALL_NORM);
 436         } else {
 437                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_one, iommu_get_scsi_one_pflush, BTFIXUPCALL_NORM);
 438                 BTFIXUPSET_CALL(mmu_get_scsi_sgl, iommu_get_scsi_sgl_pflush, BTFIXUPCALL_NORM);
 439         }
 440         BTFIXUPSET_CALL(mmu_release_scsi_one, iommu_release_scsi_one, BTFIXUPCALL_NORM);
 441         BTFIXUPSET_CALL(mmu_release_scsi_sgl, iommu_release_scsi_sgl, BTFIXUPCALL_NORM);
 442
 443 #ifdef CONFIG_SBUS
 444         BTFIXUPSET_CALL(mmu_map_dma_area, iommu_map_dma_area, BTFIXUPCALL_NORM);
 445         BTFIXUPSET_CALL(mmu_unmap_dma_area, iommu_unmap_dma_area, BTFIXUPCALL_NORM);
 446         BTFIXUPSET_CALL(mmu_translate_dvma, iommu_translate_dvma, BTFIXUPCALL_NORM);
 447 #endif
 448
 449         if (viking_mxcc_present || srmmu_modtype == HyperSparc) {
 450                 dvma_prot = __pgprot(SRMMU_CACHE | SRMMU_ET_PTE | SRMMU_PRIV);
 451                 ioperm_noc = IOPTE_CACHE | IOPTE_WRITE | IOPTE_VALID;
 452         } else {
 453                 dvma_prot = __pgprot(SRMMU_ET_PTE | SRMMU_PRIV);
 454                 ioperm_noc = IOPTE_WRITE | IOPTE_VALID;
 455         }
 456 }