]> Pileus Git - ~andy/linux/blob - drivers/xen/swiotlb-xen.c
a2aad6ec2401bd457cf736cc7133cb0b3386191e
[~andy/linux] / drivers / xen / swiotlb-xen.c
1 /*
2  *  Copyright 2010
3  *  by Konrad Rzeszutek Wilk <konrad.wilk@oracle.com>
4  *
5  * This code provides a IOMMU for Xen PV guests with PCI passthrough.
6  *
7  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
8  * it under the terms of the GNU General Public License v2.0 as published by
9  * the Free Software Foundation
10  *
11  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14  * GNU General Public License for more details.
15  *
16  * PV guests under Xen are running in an non-contiguous memory architecture.
17  *
18  * When PCI pass-through is utilized, this necessitates an IOMMU for
19  * translating bus (DMA) to virtual and vice-versa and also providing a
20  * mechanism to have contiguous pages for device drivers operations (say DMA
21  * operations).
22  *
23  * Specifically, under Xen the Linux idea of pages is an illusion. It
24  * assumes that pages start at zero and go up to the available memory. To
25  * help with that, the Linux Xen MMU provides a lookup mechanism to
26  * translate the page frame numbers (PFN) to machine frame numbers (MFN)
27  * and vice-versa. The MFN are the "real" frame numbers. Furthermore
28  * memory is not contiguous. Xen hypervisor stitches memory for guests
29  * from different pools, which means there is no guarantee that PFN==MFN
30  * and PFN+1==MFN+1. Lastly with Xen 4.0, pages (in debug mode) are
31  * allocated in descending order (high to low), meaning the guest might
32  * never get any MFN's under the 4GB mark.
33  *
34  */
35
36 #include <linux/bootmem.h>
37 #include <linux/dma-mapping.h>
38 #include <linux/export.h>
39 #include <xen/swiotlb-xen.h>
40 #include <xen/page.h>
41 #include <xen/xen-ops.h>
42 #include <xen/hvc-console.h>
43 /*
44  * Used to do a quick range check in swiotlb_tbl_unmap_single and
45  * swiotlb_tbl_sync_single_*, to see if the memory was in fact allocated by this
46  * API.
47  */
48
49 static char *xen_io_tlb_start, *xen_io_tlb_end;
50 static unsigned long xen_io_tlb_nslabs;
51 /*
52  * Quick lookup value of the bus address of the IOTLB.
53  */
54
55 u64 start_dma_addr;
56
57 static dma_addr_t xen_phys_to_bus(phys_addr_t paddr)
58 {
59         return phys_to_machine(XPADDR(paddr)).maddr;
60 }
61
62 static phys_addr_t xen_bus_to_phys(dma_addr_t baddr)
63 {
64         return machine_to_phys(XMADDR(baddr)).paddr;
65 }
66
67 static dma_addr_t xen_virt_to_bus(void *address)
68 {
69         return xen_phys_to_bus(virt_to_phys(address));
70 }
71
72 static int check_pages_physically_contiguous(unsigned long pfn,
73                                              unsigned int offset,
74                                              size_t length)
75 {
76         unsigned long next_mfn;
77         int i;
78         int nr_pages;
79
80         next_mfn = pfn_to_mfn(pfn);
81         nr_pages = (offset + length + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
82
83         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
84                 if (pfn_to_mfn(++pfn) != ++next_mfn)
85                         return 0;
86         }
87         return 1;
88 }
89
90 static int range_straddles_page_boundary(phys_addr_t p, size_t size)
91 {
92         unsigned long pfn = PFN_DOWN(p);
93         unsigned int offset = p & ~PAGE_MASK;
94
95         if (offset + size <= PAGE_SIZE)
96                 return 0;
97         if (check_pages_physically_contiguous(pfn, offset, size))
98                 return 0;
99         return 1;
100 }
101
102 static int is_xen_swiotlb_buffer(dma_addr_t dma_addr)
103 {
104         unsigned long mfn = PFN_DOWN(dma_addr);
105         unsigned long pfn = mfn_to_local_pfn(mfn);
106         phys_addr_t paddr;
107
108         /* If the address is outside our domain, it CAN
109          * have the same virtual address as another address
110          * in our domain. Therefore _only_ check address within our domain.
111          */
112         if (pfn_valid(pfn)) {
113                 paddr = PFN_PHYS(pfn);
114                 return paddr >= virt_to_phys(xen_io_tlb_start) &&
115                        paddr < virt_to_phys(xen_io_tlb_end);
116         }
117         return 0;
118 }
119
120 static int max_dma_bits = 32;
121
122 static int
123 xen_swiotlb_fixup(void *buf, size_t size, unsigned long nslabs)
124 {
125         int i, rc;
126         int dma_bits;
127
128         dma_bits = get_order(IO_TLB_SEGSIZE << IO_TLB_SHIFT) + PAGE_SHIFT;
129
130         i = 0;
131         do {
132                 int slabs = min(nslabs - i, (unsigned long)IO_TLB_SEGSIZE);
133
134                 do {
135                         rc = xen_create_contiguous_region(
136                                 (unsigned long)buf + (i << IO_TLB_SHIFT),
137                                 get_order(slabs << IO_TLB_SHIFT),
138                                 dma_bits);
139                 } while (rc && dma_bits++ < max_dma_bits);
140                 if (rc)
141                         return rc;
142
143                 i += slabs;
144         } while (i < nslabs);
145         return 0;
146 }
147 static unsigned long xen_set_nslabs(unsigned long nr_tbl)
148 {
149         if (!nr_tbl) {
150                 xen_io_tlb_nslabs = (64 * 1024 * 1024 >> IO_TLB_SHIFT);
151                 xen_io_tlb_nslabs = ALIGN(xen_io_tlb_nslabs, IO_TLB_SEGSIZE);
152         } else
153                 xen_io_tlb_nslabs = nr_tbl;
154
155         return xen_io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
156 }
157 void __init xen_swiotlb_init(int verbose)
158 {
159         unsigned long bytes;
160         int rc = -ENOMEM;
161         char *m = NULL;
162         unsigned int repeat = 3;
163
164         xen_io_tlb_nslabs = swiotlb_nr_tbl();
165 retry:
166         bytes = xen_set_nslabs(xen_io_tlb_nslabs);
167         /*
168          * Get IO TLB memory from any location.
169          */
170         xen_io_tlb_start = alloc_bootmem_pages(PAGE_ALIGN(bytes));
171         if (!xen_io_tlb_start) {
172                 m = "Cannot allocate Xen-SWIOTLB buffer!\n";
173                 goto error;
174         }
175         xen_io_tlb_end = xen_io_tlb_start + bytes;
176         /*
177          * And replace that memory with pages under 4GB.
178          */
179         rc = xen_swiotlb_fixup(xen_io_tlb_start,
180                                bytes,
181                                xen_io_tlb_nslabs);
182         if (rc) {
183                 free_bootmem(__pa(xen_io_tlb_start), PAGE_ALIGN(bytes));
184                 m = "Failed to get contiguous memory for DMA from Xen!\n"\
185                     "You either: don't have the permissions, do not have"\
186                     " enough free memory under 4GB, or the hypervisor memory"\
187                     "is too fragmented!";
188                 goto error;
189         }
190         start_dma_addr = xen_virt_to_bus(xen_io_tlb_start);
191         swiotlb_init_with_tbl(xen_io_tlb_start, xen_io_tlb_nslabs, verbose);
192
193         return;
194 error:
195         if (repeat--) {
196                 xen_io_tlb_nslabs = max(1024UL, /* Min is 2MB */
197                                         (xen_io_tlb_nslabs >> 1));
198                 printk(KERN_INFO "Xen-SWIOTLB: Lowering to %luMB\n",
199                       (xen_io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT) >> 20);
200                 goto retry;
201         }
202         xen_raw_printk("%s (rc:%d)", m, rc);
203         panic("%s (rc:%d)", m, rc);
204 }
205
206 void *
207 xen_swiotlb_alloc_coherent(struct device *hwdev, size_t size,
208                            dma_addr_t *dma_handle, gfp_t flags,
209                            struct dma_attrs *attrs)
210 {
211         void *ret;
212         int order = get_order(size);
213         u64 dma_mask = DMA_BIT_MASK(32);
214         unsigned long vstart;
215         phys_addr_t phys;
216         dma_addr_t dev_addr;
217
218         /*
219         * Ignore region specifiers - the kernel's ideas of
220         * pseudo-phys memory layout has nothing to do with the
221         * machine physical layout.  We can't allocate highmem
222         * because we can't return a pointer to it.
223         */
224         flags &= ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM);
225
226         if (dma_alloc_from_coherent(hwdev, size, dma_handle, &ret))
227                 return ret;
228
229         vstart = __get_free_pages(flags, order);
230         ret = (void *)vstart;
231
232         if (!ret)
233                 return ret;
234
235         if (hwdev && hwdev->coherent_dma_mask)
236                 dma_mask = hwdev->coherent_dma_mask;
237
238         phys = virt_to_phys(ret);
239         dev_addr = xen_phys_to_bus(phys);
240         if (((dev_addr + size - 1 <= dma_mask)) &&
241             !range_straddles_page_boundary(phys, size))
242                 *dma_handle = dev_addr;
243         else {
244                 if (xen_create_contiguous_region(vstart, order,
245                                                  fls64(dma_mask)) != 0) {
246                         free_pages(vstart, order);
247                         return NULL;
248                 }
249                 *dma_handle = virt_to_machine(ret).maddr;
250         }
251         memset(ret, 0, size);
252         return ret;
253 }
254 EXPORT_SYMBOL_GPL(xen_swiotlb_alloc_coherent);
255
256 void
257 xen_swiotlb_free_coherent(struct device *hwdev, size_t size, void *vaddr,
258                           dma_addr_t dev_addr, struct dma_attrs *attrs)
259 {
260         int order = get_order(size);
261         phys_addr_t phys;
262         u64 dma_mask = DMA_BIT_MASK(32);
263
264         if (dma_release_from_coherent(hwdev, order, vaddr))
265                 return;
266
267         if (hwdev && hwdev->coherent_dma_mask)
268                 dma_mask = hwdev->coherent_dma_mask;
269
270         phys = virt_to_phys(vaddr);
271
272         if (((dev_addr + size - 1 > dma_mask)) ||
273             range_straddles_page_boundary(phys, size))
274                 xen_destroy_contiguous_region((unsigned long)vaddr, order);
275
276         free_pages((unsigned long)vaddr, order);
277 }
278 EXPORT_SYMBOL_GPL(xen_swiotlb_free_coherent);
279
280
281 /*
282  * Map a single buffer of the indicated size for DMA in streaming mode.  The
283  * physical address to use is returned.
284  *
285  * Once the device is given the dma address, the device owns this memory until
286  * either xen_swiotlb_unmap_page or xen_swiotlb_dma_sync_single is performed.
287  */
288 dma_addr_t xen_swiotlb_map_page(struct device *dev, struct page *page,
289                                 unsigned long offset, size_t size,
290                                 enum dma_data_direction dir,
291                                 struct dma_attrs *attrs)
292 {
293         phys_addr_t phys = page_to_phys(page) + offset;
294         dma_addr_t dev_addr = xen_phys_to_bus(phys);
295         void *map;
296
297         BUG_ON(dir == DMA_NONE);
298         /*
299          * If the address happens to be in the device's DMA window,
300          * we can safely return the device addr and not worry about bounce
301          * buffering it.
302          */
303         if (dma_capable(dev, dev_addr, size) &&
304             !range_straddles_page_boundary(phys, size) && !swiotlb_force)
305                 return dev_addr;
306
307         /*
308          * Oh well, have to allocate and map a bounce buffer.
309          */
310         map = swiotlb_tbl_map_single(dev, start_dma_addr, phys, size, dir);
311         if (!map)
312                 return DMA_ERROR_CODE;
313
314         dev_addr = xen_virt_to_bus(map);
315
316         /*
317          * Ensure that the address returned is DMA'ble
318          */
319         if (!dma_capable(dev, dev_addr, size)) {
320                 swiotlb_tbl_unmap_single(dev, map, size, dir);
321                 dev_addr = 0;
322         }
323         return dev_addr;
324 }
325 EXPORT_SYMBOL_GPL(xen_swiotlb_map_page);
326
327 /*
328  * Unmap a single streaming mode DMA translation.  The dma_addr and size must
329  * match what was provided for in a previous xen_swiotlb_map_page call.  All
330  * other usages are undefined.
331  *
332  * After this call, reads by the cpu to the buffer are guaranteed to see
333  * whatever the device wrote there.
334  */
335 static void xen_unmap_single(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
336                              size_t size, enum dma_data_direction dir)
337 {
338         phys_addr_t paddr = xen_bus_to_phys(dev_addr);
339
340         BUG_ON(dir == DMA_NONE);
341
342         /* NOTE: We use dev_addr here, not paddr! */
343         if (is_xen_swiotlb_buffer(dev_addr)) {
344                 swiotlb_tbl_unmap_single(hwdev, phys_to_virt(paddr), size, dir);
345                 return;
346         }
347
348         if (dir != DMA_FROM_DEVICE)
349                 return;
350
351         /*
352          * phys_to_virt doesn't work with hihgmem page but we could
353          * call dma_mark_clean() with hihgmem page here. However, we
354          * are fine since dma_mark_clean() is null on POWERPC. We can
355          * make dma_mark_clean() take a physical address if necessary.
356          */
357         dma_mark_clean(phys_to_virt(paddr), size);
358 }
359
360 void xen_swiotlb_unmap_page(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
361                             size_t size, enum dma_data_direction dir,
362                             struct dma_attrs *attrs)
363 {
364         xen_unmap_single(hwdev, dev_addr, size, dir);
365 }
366 EXPORT_SYMBOL_GPL(xen_swiotlb_unmap_page);
367
368 /*
369  * Make physical memory consistent for a single streaming mode DMA translation
370  * after a transfer.
371  *
372  * If you perform a xen_swiotlb_map_page() but wish to interrogate the buffer
373  * using the cpu, yet do not wish to teardown the dma mapping, you must
374  * call this function before doing so.  At the next point you give the dma
375  * address back to the card, you must first perform a
376  * xen_swiotlb_dma_sync_for_device, and then the device again owns the buffer
377  */
378 static void
379 xen_swiotlb_sync_single(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
380                         size_t size, enum dma_data_direction dir,
381                         enum dma_sync_target target)
382 {
383         phys_addr_t paddr = xen_bus_to_phys(dev_addr);
384
385         BUG_ON(dir == DMA_NONE);
386
387         /* NOTE: We use dev_addr here, not paddr! */
388         if (is_xen_swiotlb_buffer(dev_addr)) {
389                 swiotlb_tbl_sync_single(hwdev, phys_to_virt(paddr), size, dir,
390                                        target);
391                 return;
392         }
393
394         if (dir != DMA_FROM_DEVICE)
395                 return;
396
397         dma_mark_clean(phys_to_virt(paddr), size);
398 }
399
400 void
401 xen_swiotlb_sync_single_for_cpu(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
402                                 size_t size, enum dma_data_direction dir)
403 {
404         xen_swiotlb_sync_single(hwdev, dev_addr, size, dir, SYNC_FOR_CPU);
405 }
406 EXPORT_SYMBOL_GPL(xen_swiotlb_sync_single_for_cpu);
407
408 void
409 xen_swiotlb_sync_single_for_device(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
410                                    size_t size, enum dma_data_direction dir)
411 {
412         xen_swiotlb_sync_single(hwdev, dev_addr, size, dir, SYNC_FOR_DEVICE);
413 }
414 EXPORT_SYMBOL_GPL(xen_swiotlb_sync_single_for_device);
415
416 /*
417  * Map a set of buffers described by scatterlist in streaming mode for DMA.
418  * This is the scatter-gather version of the above xen_swiotlb_map_page
419  * interface.  Here the scatter gather list elements are each tagged with the
420  * appropriate dma address and length.  They are obtained via
421  * sg_dma_{address,length}(SG).
422  *
423  * NOTE: An implementation may be able to use a smaller number of
424  *       DMA address/length pairs than there are SG table elements.
425  *       (for example via virtual mapping capabilities)
426  *       The routine returns the number of addr/length pairs actually
427  *       used, at most nents.
428  *
429  * Device ownership issues as mentioned above for xen_swiotlb_map_page are the
430  * same here.
431  */
432 int
433 xen_swiotlb_map_sg_attrs(struct device *hwdev, struct scatterlist *sgl,
434                          int nelems, enum dma_data_direction dir,
435                          struct dma_attrs *attrs)
436 {
437         struct scatterlist *sg;
438         int i;
439
440         BUG_ON(dir == DMA_NONE);
441
442         for_each_sg(sgl, sg, nelems, i) {
443                 phys_addr_t paddr = sg_phys(sg);
444                 dma_addr_t dev_addr = xen_phys_to_bus(paddr);
445
446                 if (swiotlb_force ||
447                     !dma_capable(hwdev, dev_addr, sg->length) ||
448                     range_straddles_page_boundary(paddr, sg->length)) {
449                         void *map = swiotlb_tbl_map_single(hwdev,
450                                                            start_dma_addr,
451                                                            sg_phys(sg),
452                                                            sg->length, dir);
453                         if (!map) {
454                                 /* Don't panic here, we expect map_sg users
455                                    to do proper error handling. */
456                                 xen_swiotlb_unmap_sg_attrs(hwdev, sgl, i, dir,
457                                                            attrs);
458                                 sgl[0].dma_length = 0;
459                                 return DMA_ERROR_CODE;
460                         }
461                         sg->dma_address = xen_virt_to_bus(map);
462                 } else
463                         sg->dma_address = dev_addr;
464                 sg->dma_length = sg->length;
465         }
466         return nelems;
467 }
468 EXPORT_SYMBOL_GPL(xen_swiotlb_map_sg_attrs);
469
470 int
471 xen_swiotlb_map_sg(struct device *hwdev, struct scatterlist *sgl, int nelems,
472                    enum dma_data_direction dir)
473 {
474         return xen_swiotlb_map_sg_attrs(hwdev, sgl, nelems, dir, NULL);
475 }
476 EXPORT_SYMBOL_GPL(xen_swiotlb_map_sg);
477
478 /*
479  * Unmap a set of streaming mode DMA translations.  Again, cpu read rules
480  * concerning calls here are the same as for swiotlb_unmap_page() above.
481  */
482 void
483 xen_swiotlb_unmap_sg_attrs(struct device *hwdev, struct scatterlist *sgl,
484                            int nelems, enum dma_data_direction dir,
485                            struct dma_attrs *attrs)
486 {
487         struct scatterlist *sg;
488         int i;
489
490         BUG_ON(dir == DMA_NONE);
491
492         for_each_sg(sgl, sg, nelems, i)
493                 xen_unmap_single(hwdev, sg->dma_address, sg->dma_length, dir);
494
495 }
496 EXPORT_SYMBOL_GPL(xen_swiotlb_unmap_sg_attrs);
497
498 void
499 xen_swiotlb_unmap_sg(struct device *hwdev, struct scatterlist *sgl, int nelems,
500                      enum dma_data_direction dir)
501 {
502         return xen_swiotlb_unmap_sg_attrs(hwdev, sgl, nelems, dir, NULL);
503 }
504 EXPORT_SYMBOL_GPL(xen_swiotlb_unmap_sg);
505
506 /*
507  * Make physical memory consistent for a set of streaming mode DMA translations
508  * after a transfer.
509  *
510  * The same as swiotlb_sync_single_* but for a scatter-gather list, same rules
511  * and usage.
512  */
513 static void
514 xen_swiotlb_sync_sg(struct device *hwdev, struct scatterlist *sgl,
515                     int nelems, enum dma_data_direction dir,
516                     enum dma_sync_target target)
517 {
518         struct scatterlist *sg;
519         int i;
520
521         for_each_sg(sgl, sg, nelems, i)
522                 xen_swiotlb_sync_single(hwdev, sg->dma_address,
523                                         sg->dma_length, dir, target);
524 }
525
526 void
527 xen_swiotlb_sync_sg_for_cpu(struct device *hwdev, struct scatterlist *sg,
528                             int nelems, enum dma_data_direction dir)
529 {
530         xen_swiotlb_sync_sg(hwdev, sg, nelems, dir, SYNC_FOR_CPU);
531 }
532 EXPORT_SYMBOL_GPL(xen_swiotlb_sync_sg_for_cpu);
533
534 void
535 xen_swiotlb_sync_sg_for_device(struct device *hwdev, struct scatterlist *sg,
536                                int nelems, enum dma_data_direction dir)
537 {
538         xen_swiotlb_sync_sg(hwdev, sg, nelems, dir, SYNC_FOR_DEVICE);
539 }
540 EXPORT_SYMBOL_GPL(xen_swiotlb_sync_sg_for_device);
541
542 int
543 xen_swiotlb_dma_mapping_error(struct device *hwdev, dma_addr_t dma_addr)
544 {
545         return !dma_addr;
546 }
547 EXPORT_SYMBOL_GPL(xen_swiotlb_dma_mapping_error);
548
549 /*
550  * Return whether the given device DMA address mask can be supported
551  * properly.  For example, if your device can only drive the low 24-bits
552  * during bus mastering, then you would pass 0x00ffffff as the mask to
553  * this function.
554  */
555 int
556 xen_swiotlb_dma_supported(struct device *hwdev, u64 mask)
557 {
558         return xen_virt_to_bus(xen_io_tlb_end - 1) <= mask;
559 }
560 EXPORT_SYMBOL_GPL(xen_swiotlb_dma_supported);