xref: /openbmc/linux/arch/sparc/kernel/iommu-common.c (revision cbecf716ca618fd44feda6bd9a64a8179d031fc5)
10d3fdb15SChristoph Hellwig // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
20d3fdb15SChristoph Hellwig /*
30d3fdb15SChristoph Hellwig  * IOMMU mmap management and range allocation functions.
40d3fdb15SChristoph Hellwig  * Based almost entirely upon the powerpc iommu allocator.
50d3fdb15SChristoph Hellwig  */
60d3fdb15SChristoph Hellwig 
70d3fdb15SChristoph Hellwig #include <linux/export.h>
80d3fdb15SChristoph Hellwig #include <linux/bitmap.h>
90d3fdb15SChristoph Hellwig #include <linux/bug.h>
100d3fdb15SChristoph Hellwig #include <linux/iommu-helper.h>
110d3fdb15SChristoph Hellwig #include <linux/dma-mapping.h>
120d3fdb15SChristoph Hellwig #include <linux/hash.h>
130d3fdb15SChristoph Hellwig #include <asm/iommu-common.h>
140d3fdb15SChristoph Hellwig 
150d3fdb15SChristoph Hellwig static unsigned long iommu_large_alloc = 15;
160d3fdb15SChristoph Hellwig 
170d3fdb15SChristoph Hellwig static	DEFINE_PER_CPU(unsigned int, iommu_hash_common);
180d3fdb15SChristoph Hellwig 
need_flush(struct iommu_map_table * iommu)190d3fdb15SChristoph Hellwig static inline bool need_flush(struct iommu_map_table *iommu)
200d3fdb15SChristoph Hellwig {
210d3fdb15SChristoph Hellwig 	return ((iommu->flags & IOMMU_NEED_FLUSH) != 0);
220d3fdb15SChristoph Hellwig }
230d3fdb15SChristoph Hellwig 
set_flush(struct iommu_map_table * iommu)240d3fdb15SChristoph Hellwig static inline void set_flush(struct iommu_map_table *iommu)
250d3fdb15SChristoph Hellwig {
260d3fdb15SChristoph Hellwig 	iommu->flags |= IOMMU_NEED_FLUSH;
270d3fdb15SChristoph Hellwig }
280d3fdb15SChristoph Hellwig 
clear_flush(struct iommu_map_table * iommu)290d3fdb15SChristoph Hellwig static inline void clear_flush(struct iommu_map_table *iommu)
300d3fdb15SChristoph Hellwig {
310d3fdb15SChristoph Hellwig 	iommu->flags &= ~IOMMU_NEED_FLUSH;
320d3fdb15SChristoph Hellwig }
330d3fdb15SChristoph Hellwig 
setup_iommu_pool_hash(void)340d3fdb15SChristoph Hellwig static void setup_iommu_pool_hash(void)
350d3fdb15SChristoph Hellwig {
360d3fdb15SChristoph Hellwig 	unsigned int i;
370d3fdb15SChristoph Hellwig 	static bool do_once;
380d3fdb15SChristoph Hellwig 
390d3fdb15SChristoph Hellwig 	if (do_once)
400d3fdb15SChristoph Hellwig 		return;
410d3fdb15SChristoph Hellwig 	do_once = true;
420d3fdb15SChristoph Hellwig 	for_each_possible_cpu(i)
430d3fdb15SChristoph Hellwig 		per_cpu(iommu_hash_common, i) = hash_32(i, IOMMU_POOL_HASHBITS);
440d3fdb15SChristoph Hellwig }
450d3fdb15SChristoph Hellwig 
460d3fdb15SChristoph Hellwig /*
470d3fdb15SChristoph Hellwig  * Initialize iommu_pool entries for the iommu_map_table. `num_entries'
480d3fdb15SChristoph Hellwig  * is the number of table entries. If `large_pool' is set to true,
490d3fdb15SChristoph Hellwig  * the top 1/4 of the table will be set aside for pool allocations
500d3fdb15SChristoph Hellwig  * of more than iommu_large_alloc pages.
510d3fdb15SChristoph Hellwig  */
iommu_tbl_pool_init(struct iommu_map_table * iommu,unsigned long num_entries,u32 table_shift,void (* lazy_flush)(struct iommu_map_table *),bool large_pool,u32 npools,bool skip_span_boundary_check)520d3fdb15SChristoph Hellwig void iommu_tbl_pool_init(struct iommu_map_table *iommu,
530d3fdb15SChristoph Hellwig 			 unsigned long num_entries,
540d3fdb15SChristoph Hellwig 			 u32 table_shift,
550d3fdb15SChristoph Hellwig 			 void (*lazy_flush)(struct iommu_map_table *),
560d3fdb15SChristoph Hellwig 			 bool large_pool, u32 npools,
570d3fdb15SChristoph Hellwig 			 bool skip_span_boundary_check)
580d3fdb15SChristoph Hellwig {
590d3fdb15SChristoph Hellwig 	unsigned int start, i;
600d3fdb15SChristoph Hellwig 	struct iommu_pool *p = &(iommu->large_pool);
610d3fdb15SChristoph Hellwig 
620d3fdb15SChristoph Hellwig 	setup_iommu_pool_hash();
630d3fdb15SChristoph Hellwig 	if (npools == 0)
640d3fdb15SChristoph Hellwig 		iommu->nr_pools = IOMMU_NR_POOLS;
650d3fdb15SChristoph Hellwig 	else
660d3fdb15SChristoph Hellwig 		iommu->nr_pools = npools;
670d3fdb15SChristoph Hellwig 	BUG_ON(npools > IOMMU_NR_POOLS);
680d3fdb15SChristoph Hellwig 
690d3fdb15SChristoph Hellwig 	iommu->table_shift = table_shift;
700d3fdb15SChristoph Hellwig 	iommu->lazy_flush = lazy_flush;
710d3fdb15SChristoph Hellwig 	start = 0;
720d3fdb15SChristoph Hellwig 	if (skip_span_boundary_check)
730d3fdb15SChristoph Hellwig 		iommu->flags |= IOMMU_NO_SPAN_BOUND;
740d3fdb15SChristoph Hellwig 	if (large_pool)
750d3fdb15SChristoph Hellwig 		iommu->flags |= IOMMU_HAS_LARGE_POOL;
760d3fdb15SChristoph Hellwig 
770d3fdb15SChristoph Hellwig 	if (!large_pool)
780d3fdb15SChristoph Hellwig 		iommu->poolsize = num_entries/iommu->nr_pools;
790d3fdb15SChristoph Hellwig 	else
800d3fdb15SChristoph Hellwig 		iommu->poolsize = (num_entries * 3 / 4)/iommu->nr_pools;
810d3fdb15SChristoph Hellwig 	for (i = 0; i < iommu->nr_pools; i++) {
820d3fdb15SChristoph Hellwig 		spin_lock_init(&(iommu->pools[i].lock));
830d3fdb15SChristoph Hellwig 		iommu->pools[i].start = start;
840d3fdb15SChristoph Hellwig 		iommu->pools[i].hint = start;
850d3fdb15SChristoph Hellwig 		start += iommu->poolsize; /* start for next pool */
860d3fdb15SChristoph Hellwig 		iommu->pools[i].end = start - 1;
870d3fdb15SChristoph Hellwig 	}
880d3fdb15SChristoph Hellwig 	if (!large_pool)
890d3fdb15SChristoph Hellwig 		return;
900d3fdb15SChristoph Hellwig 	/* initialize large_pool */
910d3fdb15SChristoph Hellwig 	spin_lock_init(&(p->lock));
920d3fdb15SChristoph Hellwig 	p->start = start;
930d3fdb15SChristoph Hellwig 	p->hint = p->start;
940d3fdb15SChristoph Hellwig 	p->end = num_entries;
950d3fdb15SChristoph Hellwig }
960d3fdb15SChristoph Hellwig 
iommu_tbl_range_alloc(struct device * dev,struct iommu_map_table * iommu,unsigned long npages,unsigned long * handle,unsigned long mask,unsigned int align_order)970d3fdb15SChristoph Hellwig unsigned long iommu_tbl_range_alloc(struct device *dev,
980d3fdb15SChristoph Hellwig 				struct iommu_map_table *iommu,
990d3fdb15SChristoph Hellwig 				unsigned long npages,
1000d3fdb15SChristoph Hellwig 				unsigned long *handle,
1010d3fdb15SChristoph Hellwig 				unsigned long mask,
1020d3fdb15SChristoph Hellwig 				unsigned int align_order)
1030d3fdb15SChristoph Hellwig {
1040d3fdb15SChristoph Hellwig 	unsigned int pool_hash = __this_cpu_read(iommu_hash_common);
1050d3fdb15SChristoph Hellwig 	unsigned long n, end, start, limit, boundary_size;
1060d3fdb15SChristoph Hellwig 	struct iommu_pool *pool;
1070d3fdb15SChristoph Hellwig 	int pass = 0;
1080d3fdb15SChristoph Hellwig 	unsigned int pool_nr;
1090d3fdb15SChristoph Hellwig 	unsigned int npools = iommu->nr_pools;
1100d3fdb15SChristoph Hellwig 	unsigned long flags;
1110d3fdb15SChristoph Hellwig 	bool large_pool = ((iommu->flags & IOMMU_HAS_LARGE_POOL) != 0);
1120d3fdb15SChristoph Hellwig 	bool largealloc = (large_pool && npages > iommu_large_alloc);
1130d3fdb15SChristoph Hellwig 	unsigned long shift;
1140d3fdb15SChristoph Hellwig 	unsigned long align_mask = 0;
1150d3fdb15SChristoph Hellwig 
1160d3fdb15SChristoph Hellwig 	if (align_order > 0)
1170d3fdb15SChristoph Hellwig 		align_mask = ~0ul >> (BITS_PER_LONG - align_order);
1180d3fdb15SChristoph Hellwig 
1190d3fdb15SChristoph Hellwig 	/* Sanity check */
1200d3fdb15SChristoph Hellwig 	if (unlikely(npages == 0)) {
1210d3fdb15SChristoph Hellwig 		WARN_ON_ONCE(1);
1220d3fdb15SChristoph Hellwig 		return IOMMU_ERROR_CODE;
1230d3fdb15SChristoph Hellwig 	}
1240d3fdb15SChristoph Hellwig 
1250d3fdb15SChristoph Hellwig 	if (largealloc) {
1260d3fdb15SChristoph Hellwig 		pool = &(iommu->large_pool);
1270d3fdb15SChristoph Hellwig 		pool_nr = 0; /* to keep compiler happy */
1280d3fdb15SChristoph Hellwig 	} else {
1290d3fdb15SChristoph Hellwig 		/* pick out pool_nr */
1300d3fdb15SChristoph Hellwig 		pool_nr =  pool_hash & (npools - 1);
1310d3fdb15SChristoph Hellwig 		pool = &(iommu->pools[pool_nr]);
1320d3fdb15SChristoph Hellwig 	}
1330d3fdb15SChristoph Hellwig 	spin_lock_irqsave(&pool->lock, flags);
1340d3fdb15SChristoph Hellwig 
1350d3fdb15SChristoph Hellwig  again:
1360d3fdb15SChristoph Hellwig 	if (pass == 0 && handle && *handle &&
1370d3fdb15SChristoph Hellwig 	    (*handle >= pool->start) && (*handle < pool->end))
1380d3fdb15SChristoph Hellwig 		start = *handle;
1390d3fdb15SChristoph Hellwig 	else
1400d3fdb15SChristoph Hellwig 		start = pool->hint;
1410d3fdb15SChristoph Hellwig 
1420d3fdb15SChristoph Hellwig 	limit = pool->end;
1430d3fdb15SChristoph Hellwig 
1440d3fdb15SChristoph Hellwig 	/* The case below can happen if we have a small segment appended
1450d3fdb15SChristoph Hellwig 	 * to a large, or when the previous alloc was at the very end of
1460d3fdb15SChristoph Hellwig 	 * the available space. If so, go back to the beginning. If a
1470d3fdb15SChristoph Hellwig 	 * flush is needed, it will get done based on the return value
1480d3fdb15SChristoph Hellwig 	 * from iommu_area_alloc() below.
1490d3fdb15SChristoph Hellwig 	 */
1500d3fdb15SChristoph Hellwig 	if (start >= limit)
1510d3fdb15SChristoph Hellwig 		start = pool->start;
1520d3fdb15SChristoph Hellwig 	shift = iommu->table_map_base >> iommu->table_shift;
1530d3fdb15SChristoph Hellwig 	if (limit + shift > mask) {
1540d3fdb15SChristoph Hellwig 		limit = mask - shift + 1;
1550d3fdb15SChristoph Hellwig 		/* If we're constrained on address range, first try
1560d3fdb15SChristoph Hellwig 		 * at the masked hint to avoid O(n) search complexity,
1570d3fdb15SChristoph Hellwig 		 * but on second pass, start at 0 in pool 0.
1580d3fdb15SChristoph Hellwig 		 */
1590d3fdb15SChristoph Hellwig 		if ((start & mask) >= limit || pass > 0) {
1600d3fdb15SChristoph Hellwig 			spin_unlock(&(pool->lock));
1610d3fdb15SChristoph Hellwig 			pool = &(iommu->pools[0]);
1620d3fdb15SChristoph Hellwig 			spin_lock(&(pool->lock));
1630d3fdb15SChristoph Hellwig 			start = pool->start;
1640d3fdb15SChristoph Hellwig 		} else {
1650d3fdb15SChristoph Hellwig 			start &= mask;
1660d3fdb15SChristoph Hellwig 		}
1670d3fdb15SChristoph Hellwig 	}
1680d3fdb15SChristoph Hellwig 
1690d3fdb15SChristoph Hellwig 	/*
1700d3fdb15SChristoph Hellwig 	 * if the skip_span_boundary_check had been set during init, we set
1710d3fdb15SChristoph Hellwig 	 * things up so that iommu_is_span_boundary() merely checks if the
1720d3fdb15SChristoph Hellwig 	 * (index + npages) < num_tsb_entries
1730d3fdb15SChristoph Hellwig 	 */
1740d3fdb15SChristoph Hellwig 	if ((iommu->flags & IOMMU_NO_SPAN_BOUND) != 0) {
1750d3fdb15SChristoph Hellwig 		shift = 0;
1760d3fdb15SChristoph Hellwig 		boundary_size = iommu->poolsize * iommu->nr_pools;
177*1e9d90dbSNicolin Chen 	} else {
178*1e9d90dbSNicolin Chen 		boundary_size = dma_get_seg_boundary_nr_pages(dev,
179*1e9d90dbSNicolin Chen 					iommu->table_shift);
1800d3fdb15SChristoph Hellwig 	}
1810d3fdb15SChristoph Hellwig 	n = iommu_area_alloc(iommu->map, limit, start, npages, shift,
1820d3fdb15SChristoph Hellwig 			     boundary_size, align_mask);
1830d3fdb15SChristoph Hellwig 	if (n == -1) {
1840d3fdb15SChristoph Hellwig 		if (likely(pass == 0)) {
1850d3fdb15SChristoph Hellwig 			/* First failure, rescan from the beginning.  */
1860d3fdb15SChristoph Hellwig 			pool->hint = pool->start;
1870d3fdb15SChristoph Hellwig 			set_flush(iommu);
1880d3fdb15SChristoph Hellwig 			pass++;
1890d3fdb15SChristoph Hellwig 			goto again;
1900d3fdb15SChristoph Hellwig 		} else if (!largealloc && pass <= iommu->nr_pools) {
1910d3fdb15SChristoph Hellwig 			spin_unlock(&(pool->lock));
1920d3fdb15SChristoph Hellwig 			pool_nr = (pool_nr + 1) & (iommu->nr_pools - 1);
1930d3fdb15SChristoph Hellwig 			pool = &(iommu->pools[pool_nr]);
1940d3fdb15SChristoph Hellwig 			spin_lock(&(pool->lock));
1950d3fdb15SChristoph Hellwig 			pool->hint = pool->start;
1960d3fdb15SChristoph Hellwig 			set_flush(iommu);
1970d3fdb15SChristoph Hellwig 			pass++;
1980d3fdb15SChristoph Hellwig 			goto again;
1990d3fdb15SChristoph Hellwig 		} else {
2000d3fdb15SChristoph Hellwig 			/* give up */
2010d3fdb15SChristoph Hellwig 			n = IOMMU_ERROR_CODE;
2020d3fdb15SChristoph Hellwig 			goto bail;
2030d3fdb15SChristoph Hellwig 		}
2040d3fdb15SChristoph Hellwig 	}
2050d3fdb15SChristoph Hellwig 	if (iommu->lazy_flush &&
2060d3fdb15SChristoph Hellwig 	    (n < pool->hint || need_flush(iommu))) {
2070d3fdb15SChristoph Hellwig 		clear_flush(iommu);
2080d3fdb15SChristoph Hellwig 		iommu->lazy_flush(iommu);
2090d3fdb15SChristoph Hellwig 	}
2100d3fdb15SChristoph Hellwig 
2110d3fdb15SChristoph Hellwig 	end = n + npages;
2120d3fdb15SChristoph Hellwig 	pool->hint = end;
2130d3fdb15SChristoph Hellwig 
2140d3fdb15SChristoph Hellwig 	/* Update handle for SG allocations */
2150d3fdb15SChristoph Hellwig 	if (handle)
2160d3fdb15SChristoph Hellwig 		*handle = end;
2170d3fdb15SChristoph Hellwig bail:
2180d3fdb15SChristoph Hellwig 	spin_unlock_irqrestore(&(pool->lock), flags);
2190d3fdb15SChristoph Hellwig 
2200d3fdb15SChristoph Hellwig 	return n;
2210d3fdb15SChristoph Hellwig }
2220d3fdb15SChristoph Hellwig 
get_pool(struct iommu_map_table * tbl,unsigned long entry)2230d3fdb15SChristoph Hellwig static struct iommu_pool *get_pool(struct iommu_map_table *tbl,
2240d3fdb15SChristoph Hellwig 				   unsigned long entry)
2250d3fdb15SChristoph Hellwig {
2260d3fdb15SChristoph Hellwig 	struct iommu_pool *p;
2270d3fdb15SChristoph Hellwig 	unsigned long largepool_start = tbl->large_pool.start;
2280d3fdb15SChristoph Hellwig 	bool large_pool = ((tbl->flags & IOMMU_HAS_LARGE_POOL) != 0);
2290d3fdb15SChristoph Hellwig 
2300d3fdb15SChristoph Hellwig 	/* The large pool is the last pool at the top of the table */
2310d3fdb15SChristoph Hellwig 	if (large_pool && entry >= largepool_start) {
2320d3fdb15SChristoph Hellwig 		p = &tbl->large_pool;
2330d3fdb15SChristoph Hellwig 	} else {
2340d3fdb15SChristoph Hellwig 		unsigned int pool_nr = entry / tbl->poolsize;
2350d3fdb15SChristoph Hellwig 
2360d3fdb15SChristoph Hellwig 		BUG_ON(pool_nr >= tbl->nr_pools);
2370d3fdb15SChristoph Hellwig 		p = &tbl->pools[pool_nr];
2380d3fdb15SChristoph Hellwig 	}
2390d3fdb15SChristoph Hellwig 	return p;
2400d3fdb15SChristoph Hellwig }
2410d3fdb15SChristoph Hellwig 
2420d3fdb15SChristoph Hellwig /* Caller supplies the index of the entry into the iommu map table
2430d3fdb15SChristoph Hellwig  * itself when the mapping from dma_addr to the entry is not the
2440d3fdb15SChristoph Hellwig  * default addr->entry mapping below.
2450d3fdb15SChristoph Hellwig  */
iommu_tbl_range_free(struct iommu_map_table * iommu,u64 dma_addr,unsigned long npages,unsigned long entry)2460d3fdb15SChristoph Hellwig void iommu_tbl_range_free(struct iommu_map_table *iommu, u64 dma_addr,
2470d3fdb15SChristoph Hellwig 			  unsigned long npages, unsigned long entry)
2480d3fdb15SChristoph Hellwig {
2490d3fdb15SChristoph Hellwig 	struct iommu_pool *pool;
2500d3fdb15SChristoph Hellwig 	unsigned long flags;
2510d3fdb15SChristoph Hellwig 	unsigned long shift = iommu->table_shift;
2520d3fdb15SChristoph Hellwig 
2530d3fdb15SChristoph Hellwig 	if (entry == IOMMU_ERROR_CODE) /* use default addr->entry mapping */
2540d3fdb15SChristoph Hellwig 		entry = (dma_addr - iommu->table_map_base) >> shift;
2550d3fdb15SChristoph Hellwig 	pool = get_pool(iommu, entry);
2560d3fdb15SChristoph Hellwig 
2570d3fdb15SChristoph Hellwig 	spin_lock_irqsave(&(pool->lock), flags);
2580d3fdb15SChristoph Hellwig 	bitmap_clear(iommu->map, entry, npages);
2590d3fdb15SChristoph Hellwig 	spin_unlock_irqrestore(&(pool->lock), flags);
2600d3fdb15SChristoph Hellwig }
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