lib/swiotlb.c

   1 /*
   2  * Dynamic DMA mapping support.
   3  *
   4  * This implementation is a fallback for platforms that do not support
   5  * I/O TLBs (aka DMA address translation hardware).
   6  * Copyright (C) 2000 Asit Mallick <Asit.K.Mallick@intel.com>
   7  * Copyright (C) 2000 Goutham Rao <goutham.rao@intel.com>
   8  * Copyright (C) 2000, 2003 Hewlett-Packard Co
   9  *      David Mosberger-Tang <davidm@hpl.hp.com>
  10  *
  11  * 03/05/07 davidm      Switch from PCI-DMA to generic device DMA API.
  12  * 00/12/13 davidm      Rename to swiotlb.c and add mark_clean() to avoid
  13  *                      unnecessary i-cache flushing.
  14  * 04/07/.. ak          Better overflow handling. Assorted fixes.
  15  * 05/09/10 linville    Add support for syncing ranges, support syncing for
  16  *                      DMA_BIDIRECTIONAL mappings, miscellaneous cleanup.
  17  * 08/12/11 beckyb      Add highmem support
  18  */
  19
  20 #define pr_fmt(fmt) "software IO TLB: " fmt
  21
  22 #include <linux/cache.h>
  23 #include <linux/dma-mapping.h>
  24 #include <linux/mm.h>
  25 #include <linux/export.h>
  26 #include <linux/spinlock.h>
  27 #include <linux/string.h>
  28 #include <linux/swiotlb.h>
  29 #include <linux/pfn.h>
  30 #include <linux/types.h>
  31 #include <linux/ctype.h>
  32 #include <linux/highmem.h>
  33 #include <linux/gfp.h>
  34 #include <linux/scatterlist.h>
  35
  36 #include <asm/io.h>
  37 #include <asm/dma.h>
  38
  39 #include <linux/init.h>
  40 #include <linux/bootmem.h>
  41 #include <linux/iommu-helper.h>
  42
  43 #define CREATE_TRACE_POINTS
  44 #include <trace/events/swiotlb.h>
  45
  46 #define OFFSET(val,align) ((unsigned long)      \
  47                            ( (val) & ( (align) - 1)))
  48
  49 #define SLABS_PER_PAGE (1 << (PAGE_SHIFT - IO_TLB_SHIFT))
  50
  51 /*
  52  * Minimum IO TLB size to bother booting with.  Systems with mainly
  53  * 64bit capable cards will only lightly use the swiotlb.  If we can't
  54  * allocate a contiguous 1MB, we're probably in trouble anyway.
  55  */
  56 #define IO_TLB_MIN_SLABS ((1<<20) >> IO_TLB_SHIFT)
  57
  58 enum swiotlb_force swiotlb_force;
  59
  60 /*
  61  * Used to do a quick range check in swiotlb_tbl_unmap_single and
  62  * swiotlb_tbl_sync_single_*, to see if the memory was in fact allocated by this
  63  * API.
  64  */
  65 static phys_addr_t io_tlb_start, io_tlb_end;
  66
  67 /*
  68  * The number of IO TLB blocks (in groups of 64) between io_tlb_start and
  69  * io_tlb_end.  This is command line adjustable via setup_io_tlb_npages.
  70  */
  71 static unsigned long io_tlb_nslabs;
  72
  73 /*
  74  * When the IOMMU overflows we return a fallback buffer. This sets the size.
  75  */
  76 static unsigned long io_tlb_overflow = 32*1024;
  77
  78 static phys_addr_t io_tlb_overflow_buffer;
  79
  80 /*
  81  * This is a free list describing the number of free entries available from
  82  * each index
  83  */
  84 static unsigned int *io_tlb_list;
  85 static unsigned int io_tlb_index;
  86
  87 /*
  88  * We need to save away the original address corresponding to a mapped entry
  89  * for the sync operations.
  90  */
  91 #define INVALID_PHYS_ADDR (~(phys_addr_t)0)
  92 static phys_addr_t *io_tlb_orig_addr;
  93
  94 /*
  95  * Protect the above data structures in the map and unmap calls
  96  */
  97 static DEFINE_SPINLOCK(io_tlb_lock);
  98
  99 static int late_alloc;
 100
 101 static int __init
 102 setup_io_tlb_npages(char *str)
 103 {
 104         if (isdigit(*str)) {
 105                 io_tlb_nslabs = simple_strtoul(str, &str, 0);
 106                 /* avoid tail segment of size < IO_TLB_SEGSIZE */
 107                 io_tlb_nslabs = ALIGN(io_tlb_nslabs, IO_TLB_SEGSIZE);
 108         }
 109         if (*str == ',')
 110                 ++str;
 111         if (!strcmp(str, "force")) {
 112                 swiotlb_force = SWIOTLB_FORCE;
 113         } else if (!strcmp(str, "noforce")) {
 114                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
 115                 io_tlb_nslabs = 1;
 116         }
 117
 118         return 0;
 119 }
 120 early_param("swiotlb", setup_io_tlb_npages);
 121 /* make io_tlb_overflow tunable too? */
 122
 123 unsigned long swiotlb_nr_tbl(void)
 124 {
 125         return io_tlb_nslabs;
 126 }
 127 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_nr_tbl);
 128
 129 /* default to 64MB */
 130 #define IO_TLB_DEFAULT_SIZE (64UL<<20)
 131 unsigned long swiotlb_size_or_default(void)
 132 {
 133         unsigned long size;
 134
 135         size = io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 136
 137         return size ? size : (IO_TLB_DEFAULT_SIZE);
 138 }
 139
 140 /* Note that this doesn't work with highmem page */
 141 static dma_addr_t swiotlb_virt_to_bus(struct device *hwdev,
 142                                       volatile void *address)
 143 {
 144         return phys_to_dma(hwdev, virt_to_phys(address));
 145 }
 146
 147 static bool no_iotlb_memory;
 148
 149 void swiotlb_print_info(void)
 150 {
 151         unsigned long bytes = io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 152
 153         if (no_iotlb_memory) {
 154                 pr_warn("No low mem\n");
 155                 return;
 156         }
 157
 158         pr_info("mapped [mem %#010llx-%#010llx] (%luMB)\n",
 159                (unsigned long long)io_tlb_start,
 160                (unsigned long long)io_tlb_end,
 161                bytes >> 20);
 162 }
 163
 164 int __init swiotlb_init_with_tbl(char *tlb, unsigned long nslabs, int verbose)
 165 {
 166         void *v_overflow_buffer;
 167         unsigned long i, bytes;
 168
 169         bytes = nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 170
 171         io_tlb_nslabs = nslabs;
 172         io_tlb_start = __pa(tlb);
 173         io_tlb_end = io_tlb_start + bytes;
 174
 175         /*
 176          * Get the overflow emergency buffer
 177          */
 178         v_overflow_buffer = memblock_virt_alloc_low_nopanic(
 179                                                 PAGE_ALIGN(io_tlb_overflow),
 180                                                 PAGE_SIZE);
 181         if (!v_overflow_buffer)
 182                 return -ENOMEM;
 183
 184         io_tlb_overflow_buffer = __pa(v_overflow_buffer);
 185
 186         /*
 187          * Allocate and initialize the free list array.  This array is used
 188          * to find contiguous free memory regions of size up to IO_TLB_SEGSIZE
 189          * between io_tlb_start and io_tlb_end.
 190          */
 191         io_tlb_list = memblock_virt_alloc(
 192                                 PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs * sizeof(int)),
 193                                 PAGE_SIZE);
 194         io_tlb_orig_addr = memblock_virt_alloc(
 195                                 PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs * sizeof(phys_addr_t)),
 196                                 PAGE_SIZE);
 197         for (i = 0; i < io_tlb_nslabs; i++) {
 198                 io_tlb_list[i] = IO_TLB_SEGSIZE - OFFSET(i, IO_TLB_SEGSIZE);
 199                 io_tlb_orig_addr[i] = INVALID_PHYS_ADDR;
 200         }
 201         io_tlb_index = 0;
 202
 203         if (verbose)
 204                 swiotlb_print_info();
 205
 206         return 0;
 207 }
 208
 209 /*
 210  * Statically reserve bounce buffer space and initialize bounce buffer data
 211  * structures for the software IO TLB used to implement the DMA API.
 212  */
 213 void  __init
 214 swiotlb_init(int verbose)
 215 {
 216         size_t default_size = IO_TLB_DEFAULT_SIZE;
 217         unsigned char *vstart;
 218         unsigned long bytes;
 219
 220         if (!io_tlb_nslabs) {
 221                 io_tlb_nslabs = (default_size >> IO_TLB_SHIFT);
 222                 io_tlb_nslabs = ALIGN(io_tlb_nslabs, IO_TLB_SEGSIZE);
 223         }
 224
 225         bytes = io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 226
 227         /* Get IO TLB memory from the low pages */
 228         vstart = memblock_virt_alloc_low_nopanic(PAGE_ALIGN(bytes), PAGE_SIZE);
 229         if (vstart && !swiotlb_init_with_tbl(vstart, io_tlb_nslabs, verbose))
 230                 return;
 231
 232         if (io_tlb_start)
 233                 memblock_free_early(io_tlb_start,
 234                                     PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT));
 235         pr_warn("Cannot allocate buffer");
 236         no_iotlb_memory = true;
 237 }
 238
 239 /*
 240  * Systems with larger DMA zones (those that don't support ISA) can
 241  * initialize the swiotlb later using the slab allocator if needed.
 242  * This should be just like above, but with some error catching.
 243  */
 244 int
 245 swiotlb_late_init_with_default_size(size_t default_size)
 246 {
 247         unsigned long bytes, req_nslabs = io_tlb_nslabs;
 248         unsigned char *vstart = NULL;
 249         unsigned int order;
 250         int rc = 0;
 251
 252         if (!io_tlb_nslabs) {
 253                 io_tlb_nslabs = (default_size >> IO_TLB_SHIFT);
 254                 io_tlb_nslabs = ALIGN(io_tlb_nslabs, IO_TLB_SEGSIZE);
 255         }
 256
 257         /*
 258          * Get IO TLB memory from the low pages
 259          */
 260         order = get_order(io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT);
 261         io_tlb_nslabs = SLABS_PER_PAGE << order;
 262         bytes = io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 263
 264         while ((SLABS_PER_PAGE << order) > IO_TLB_MIN_SLABS) {
 265                 vstart = (void *)__get_free_pages(GFP_DMA | __GFP_NOWARN,
 266                                                   order);
 267                 if (vstart)
 268                         break;
 269                 order--;
 270         }
 271
 272         if (!vstart) {
 273                 io_tlb_nslabs = req_nslabs;
 274                 return -ENOMEM;
 275         }
 276         if (order != get_order(bytes)) {
 277                 pr_warn("only able to allocate %ld MB\n",
 278                         (PAGE_SIZE << order) >> 20);
 279                 io_tlb_nslabs = SLABS_PER_PAGE << order;
 280         }
 281         rc = swiotlb_late_init_with_tbl(vstart, io_tlb_nslabs);
 282         if (rc)
 283                 free_pages((unsigned long)vstart, order);
 284         return rc;
 285 }
 286
 287 int
 288 swiotlb_late_init_with_tbl(char *tlb, unsigned long nslabs)
 289 {
 290         unsigned long i, bytes;
 291         unsigned char *v_overflow_buffer;
 292
 293         bytes = nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 294
 295         io_tlb_nslabs = nslabs;
 296         io_tlb_start = virt_to_phys(tlb);
 297         io_tlb_end = io_tlb_start + bytes;
 298
 299         memset(tlb, 0, bytes);
 300
 301         /*
 302          * Get the overflow emergency buffer
 303          */
 304         v_overflow_buffer = (void *)__get_free_pages(GFP_DMA,
 305                                                      get_order(io_tlb_overflow));
 306         if (!v_overflow_buffer)
 307                 goto cleanup2;
 308
 309         io_tlb_overflow_buffer = virt_to_phys(v_overflow_buffer);
 310
 311         /*
 312          * Allocate and initialize the free list array.  This array is used
 313          * to find contiguous free memory regions of size up to IO_TLB_SEGSIZE
 314          * between io_tlb_start and io_tlb_end.
 315          */
 316         io_tlb_list = (unsigned int *)__get_free_pages(GFP_KERNEL,
 317                                       get_order(io_tlb_nslabs * sizeof(int)));
 318         if (!io_tlb_list)
 319                 goto cleanup3;
 320
 321         io_tlb_orig_addr = (phys_addr_t *)
 322                 __get_free_pages(GFP_KERNEL,
 323                                  get_order(io_tlb_nslabs *
 324                                            sizeof(phys_addr_t)));
 325         if (!io_tlb_orig_addr)
 326                 goto cleanup4;
 327
 328         for (i = 0; i < io_tlb_nslabs; i++) {
 329                 io_tlb_list[i] = IO_TLB_SEGSIZE - OFFSET(i, IO_TLB_SEGSIZE);
 330                 io_tlb_orig_addr[i] = INVALID_PHYS_ADDR;
 331         }
 332         io_tlb_index = 0;
 333
 334         swiotlb_print_info();
 335
 336         late_alloc = 1;
 337
 338         return 0;
 339
 340 cleanup4:
 341         free_pages((unsigned long)io_tlb_list, get_order(io_tlb_nslabs *
 342                                                          sizeof(int)));
 343         io_tlb_list = NULL;
 344 cleanup3:
 345         free_pages((unsigned long)v_overflow_buffer,
 346                    get_order(io_tlb_overflow));
 347         io_tlb_overflow_buffer = 0;
 348 cleanup2:
 349         io_tlb_end = 0;
 350         io_tlb_start = 0;
 351         io_tlb_nslabs = 0;
 352         return -ENOMEM;
 353 }
 354
 355 void __init swiotlb_free(void)
 356 {
 357         if (!io_tlb_orig_addr)
 358                 return;
 359
 360         if (late_alloc) {
 361                 free_pages((unsigned long)phys_to_virt(io_tlb_overflow_buffer),
 362                            get_order(io_tlb_overflow));
 363                 free_pages((unsigned long)io_tlb_orig_addr,
 364                            get_order(io_tlb_nslabs * sizeof(phys_addr_t)));
 365                 free_pages((unsigned long)io_tlb_list, get_order(io_tlb_nslabs *
 366                                                                  sizeof(int)));
 367                 free_pages((unsigned long)phys_to_virt(io_tlb_start),
 368                            get_order(io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT));
 369         } else {
 370                 memblock_free_late(io_tlb_overflow_buffer,
 371                                    PAGE_ALIGN(io_tlb_overflow));
 372                 memblock_free_late(__pa(io_tlb_orig_addr),
 373                                    PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs * sizeof(phys_addr_t)));
 374                 memblock_free_late(__pa(io_tlb_list),
 375                                    PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs * sizeof(int)));
 376                 memblock_free_late(io_tlb_start,
 377                                    PAGE_ALIGN(io_tlb_nslabs << IO_TLB_SHIFT));
 378         }
 379         io_tlb_nslabs = 0;
 380 }
 381
 382 int is_swiotlb_buffer(phys_addr_t paddr)
 383 {
 384         return paddr >= io_tlb_start && paddr < io_tlb_end;
 385 }
 386
 387 /*
 388  * Bounce: copy the swiotlb buffer back to the original dma location
 389  */
 390 static void swiotlb_bounce(phys_addr_t orig_addr, phys_addr_t tlb_addr,
 391                            size_t size, enum dma_data_direction dir)
 392 {
 393         unsigned long pfn = PFN_DOWN(orig_addr);
 394         unsigned char *vaddr = phys_to_virt(tlb_addr);
 395
 396         if (PageHighMem(pfn_to_page(pfn))) {
 397                 /* The buffer does not have a mapping.  Map it in and copy */
 398                 unsigned int offset = orig_addr & ~PAGE_MASK;
 399                 char *buffer;
 400                 unsigned int sz = 0;
 401                 unsigned long flags;
 402
 403                 while (size) {
 404                         sz = min_t(size_t, PAGE_SIZE - offset, size);
 405
 406                         local_irq_save(flags);
 407                         buffer = kmap_atomic(pfn_to_page(pfn));
 408                         if (dir == DMA_TO_DEVICE)
 409                                 memcpy(vaddr, buffer + offset, sz);
 410                         else
 411                                 memcpy(buffer + offset, vaddr, sz);
 412                         kunmap_atomic(buffer);
 413                         local_irq_restore(flags);
 414
 415                         size -= sz;
 416                         pfn++;
 417                         vaddr += sz;
 418                         offset = 0;
 419                 }
 420         } else if (dir == DMA_TO_DEVICE) {
 421                 memcpy(vaddr, phys_to_virt(orig_addr), size);
 422         } else {
 423                 memcpy(phys_to_virt(orig_addr), vaddr, size);
 424         }
 425 }
 426
 427 phys_addr_t swiotlb_tbl_map_single(struct device *hwdev,
 428                                    dma_addr_t tbl_dma_addr,
 429                                    phys_addr_t orig_addr, size_t size,
 430                                    enum dma_data_direction dir)
 431 {
 432         unsigned long flags;
 433         phys_addr_t tlb_addr;
 434         unsigned int nslots, stride, index, wrap;
 435         int i;
 436         unsigned long mask;
 437         unsigned long offset_slots;
 438         unsigned long max_slots;
 439
 440         if (no_iotlb_memory)
 441                 panic("Can not allocate SWIOTLB buffer earlier and can't now provide you with the DMA bounce buffer");
 442
 443         mask = dma_get_seg_boundary(hwdev);
 444
 445         tbl_dma_addr &= mask;
 446
 447         offset_slots = ALIGN(tbl_dma_addr, 1 << IO_TLB_SHIFT) >> IO_TLB_SHIFT;
 448
 449         /*
 450          * Carefully handle integer overflow which can occur when mask == ~0UL.
 451          */
 452         max_slots = mask + 1
 453                     ? ALIGN(mask + 1, 1 << IO_TLB_SHIFT) >> IO_TLB_SHIFT
 454                     : 1UL << (BITS_PER_LONG - IO_TLB_SHIFT);
 455
 456         /*
 457          * For mappings greater than or equal to a page, we limit the stride
 458          * (and hence alignment) to a page size.
 459          */
 460         nslots = ALIGN(size, 1 << IO_TLB_SHIFT) >> IO_TLB_SHIFT;
 461         if (size >= PAGE_SIZE)
 462                 stride = (1 << (PAGE_SHIFT - IO_TLB_SHIFT));
 463         else
 464                 stride = 1;
 465
 466         BUG_ON(!nslots);
 467
 468         /*
 469          * Find suitable number of IO TLB entries size that will fit this
 470          * request and allocate a buffer from that IO TLB pool.
 471          */
 472         spin_lock_irqsave(&io_tlb_lock, flags);
 473         index = ALIGN(io_tlb_index, stride);
 474         if (index >= io_tlb_nslabs)
 475                 index = 0;
 476         wrap = index;
 477
 478         do {
 479                 while (iommu_is_span_boundary(index, nslots, offset_slots,
 480                                               max_slots)) {
 481                         index += stride;
 482                         if (index >= io_tlb_nslabs)
 483                                 index = 0;
 484                         if (index == wrap)
 485                                 goto not_found;
 486                 }
 487
 488                 /*
 489                  * If we find a slot that indicates we have 'nslots' number of
 490                  * contiguous buffers, we allocate the buffers from that slot
 491                  * and mark the entries as '0' indicating unavailable.
 492                  */
 493                 if (io_tlb_list[index] >= nslots) {
 494                         int count = 0;
 495
 496                         for (i = index; i < (int) (index + nslots); i++)
 497                                 io_tlb_list[i] = 0;
 498                         for (i = index - 1; (OFFSET(i, IO_TLB_SEGSIZE) != IO_TLB_SEGSIZE - 1) && io_tlb_list[i]; i--)
 499                                 io_tlb_list[i] = ++count;
 500                         tlb_addr = io_tlb_start + (index << IO_TLB_SHIFT);
 501
 502                         /*
 503                          * Update the indices to avoid searching in the next
 504                          * round.
 505                          */
 506                         io_tlb_index = ((index + nslots) < io_tlb_nslabs
 507                                         ? (index + nslots) : 0);
 508
 509                         goto found;
 510                 }
 511                 index += stride;
 512                 if (index >= io_tlb_nslabs)
 513                         index = 0;
 514         } while (index != wrap);
 515
 516 not_found:
 517         spin_unlock_irqrestore(&io_tlb_lock, flags);
 518         if (printk_ratelimit())
 519                 dev_warn(hwdev, "swiotlb buffer is full (sz: %zd bytes)\n", size);
 520         return SWIOTLB_MAP_ERROR;
 521 found:
 522         spin_unlock_irqrestore(&io_tlb_lock, flags);
 523
 524         /*
 525          * Save away the mapping from the original address to the DMA address.
 526          * This is needed when we sync the memory.  Then we sync the buffer if
 527          * needed.
 528          */
 529         for (i = 0; i < nslots; i++)
 530                 io_tlb_orig_addr[index+i] = orig_addr + (i << IO_TLB_SHIFT);
 531         if (dir == DMA_TO_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL)
 532                 swiotlb_bounce(orig_addr, tlb_addr, size, DMA_TO_DEVICE);
 533
 534         return tlb_addr;
 535 }
 536 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_tbl_map_single);
 537
 538 /*
 539  * Allocates bounce buffer and returns its kernel virtual address.
 540  */
 541
 542 static phys_addr_t
 543 map_single(struct device *hwdev, phys_addr_t phys, size_t size,
 544            enum dma_data_direction dir)
 545 {
 546         dma_addr_t start_dma_addr;
 547
 548         if (swiotlb_force == SWIOTLB_NO_FORCE) {
 549                 dev_warn_ratelimited(hwdev, "Cannot do DMA to address %pa\n",
 550                                      &phys);
 551                 return SWIOTLB_MAP_ERROR;
 552         }
 553
 554         start_dma_addr = phys_to_dma(hwdev, io_tlb_start);
 555         return swiotlb_tbl_map_single(hwdev, start_dma_addr, phys, size, dir);
 556 }
 557
 558 /*
 559  * dma_addr is the kernel virtual address of the bounce buffer to unmap.
 560  */
 561 void swiotlb_tbl_unmap_single(struct device *hwdev, phys_addr_t tlb_addr,
 562                               size_t size, enum dma_data_direction dir)
 563 {
 564         unsigned long flags;
 565         int i, count, nslots = ALIGN(size, 1 << IO_TLB_SHIFT) >> IO_TLB_SHIFT;
 566         int index = (tlb_addr - io_tlb_start) >> IO_TLB_SHIFT;
 567         phys_addr_t orig_addr = io_tlb_orig_addr[index];
 568
 569         /*
 570          * First, sync the memory before unmapping the entry
 571          */
 572         if (orig_addr != INVALID_PHYS_ADDR &&
 573             ((dir == DMA_FROM_DEVICE) || (dir == DMA_BIDIRECTIONAL)))
 574                 swiotlb_bounce(orig_addr, tlb_addr, size, DMA_FROM_DEVICE);
 575
 576         /*
 577          * Return the buffer to the free list by setting the corresponding
 578          * entries to indicate the number of contiguous entries available.
 579          * While returning the entries to the free list, we merge the entries
 580          * with slots below and above the pool being returned.
 581          */
 582         spin_lock_irqsave(&io_tlb_lock, flags);
 583         {
 584                 count = ((index + nslots) < ALIGN(index + 1, IO_TLB_SEGSIZE) ?
 585                          io_tlb_list[index + nslots] : 0);
 586                 /*
 587                  * Step 1: return the slots to the free list, merging the
 588                  * slots with superceeding slots
 589                  */
 590                 for (i = index + nslots - 1; i >= index; i--) {
 591                         io_tlb_list[i] = ++count;
 592                         io_tlb_orig_addr[i] = INVALID_PHYS_ADDR;
 593                 }
 594                 /*
 595                  * Step 2: merge the returned slots with the preceding slots,
 596                  * if available (non zero)
 597                  */
 598                 for (i = index - 1; (OFFSET(i, IO_TLB_SEGSIZE) != IO_TLB_SEGSIZE -1) && io_tlb_list[i]; i--)
 599                         io_tlb_list[i] = ++count;
 600         }
 601         spin_unlock_irqrestore(&io_tlb_lock, flags);
 602 }
 603 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_tbl_unmap_single);
 604
 605 void swiotlb_tbl_sync_single(struct device *hwdev, phys_addr_t tlb_addr,
 606                              size_t size, enum dma_data_direction dir,
 607                              enum dma_sync_target target)
 608 {
 609         int index = (tlb_addr - io_tlb_start) >> IO_TLB_SHIFT;
 610         phys_addr_t orig_addr = io_tlb_orig_addr[index];
 611
 612         if (orig_addr == INVALID_PHYS_ADDR)
 613                 return;
 614         orig_addr += (unsigned long)tlb_addr & ((1 << IO_TLB_SHIFT) - 1);
 615
 616         switch (target) {
 617         case SYNC_FOR_CPU:
 618                 if (likely(dir == DMA_FROM_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL))
 619                         swiotlb_bounce(orig_addr, tlb_addr,
 620                                        size, DMA_FROM_DEVICE);
 621                 else
 622                         BUG_ON(dir != DMA_TO_DEVICE);
 623                 break;
 624         case SYNC_FOR_DEVICE:
 625                 if (likely(dir == DMA_TO_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL))
 626                         swiotlb_bounce(orig_addr, tlb_addr,
 627                                        size, DMA_TO_DEVICE);
 628                 else
 629                         BUG_ON(dir != DMA_FROM_DEVICE);
 630                 break;
 631         default:
 632                 BUG();
 633         }
 634 }
 635 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_tbl_sync_single);
 636
 637 void *
 638 swiotlb_alloc_coherent(struct device *hwdev, size_t size,
 639                        dma_addr_t *dma_handle, gfp_t flags)
 640 {
 641         dma_addr_t dev_addr;
 642         void *ret;
 643         int order = get_order(size);
 644         u64 dma_mask = DMA_BIT_MASK(32);
 645
 646         if (hwdev && hwdev->coherent_dma_mask)
 647                 dma_mask = hwdev->coherent_dma_mask;
 648
 649         ret = (void *)__get_free_pages(flags, order);
 650         if (ret) {
 651                 dev_addr = swiotlb_virt_to_bus(hwdev, ret);
 652                 if (dev_addr + size - 1 > dma_mask) {
 653                         /*
 654                          * The allocated memory isn't reachable by the device.
 655                          */
 656                         free_pages((unsigned long) ret, order);
 657                         ret = NULL;
 658                 }
 659         }
 660         if (!ret) {
 661                 /*
 662                  * We are either out of memory or the device can't DMA to
 663                  * GFP_DMA memory; fall back on map_single(), which
 664                  * will grab memory from the lowest available address range.
 665                  */
 666                 phys_addr_t paddr = map_single(hwdev, 0, size, DMA_FROM_DEVICE);
 667                 if (paddr == SWIOTLB_MAP_ERROR)
 668                         goto err_warn;
 669
 670                 ret = phys_to_virt(paddr);
 671                 dev_addr = phys_to_dma(hwdev, paddr);
 672
 673                 /* Confirm address can be DMA'd by device */
 674                 if (dev_addr + size - 1 > dma_mask) {
 675                         printk("hwdev DMA mask = 0x%016Lx, dev_addr = 0x%016Lx\n",
 676                                (unsigned long long)dma_mask,
 677                                (unsigned long long)dev_addr);
 678
 679                         /* DMA_TO_DEVICE to avoid memcpy in unmap_single */
 680                         swiotlb_tbl_unmap_single(hwdev, paddr,
 681                                                  size, DMA_TO_DEVICE);
 682                         goto err_warn;
 683                 }
 684         }
 685
 686         *dma_handle = dev_addr;
 687         memset(ret, 0, size);
 688
 689         return ret;
 690
 691 err_warn:
 692         pr_warn("coherent allocation failed for device %s size=%zu\n",
 693                 dev_name(hwdev), size);
 694         dump_stack();
 695
 696         return NULL;
 697 }
 698 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_alloc_coherent);
 699
 700 void
 701 swiotlb_free_coherent(struct device *hwdev, size_t size, void *vaddr,
 702                       dma_addr_t dev_addr)
 703 {
 704         phys_addr_t paddr = dma_to_phys(hwdev, dev_addr);
 705
 706         WARN_ON(irqs_disabled());
 707         if (!is_swiotlb_buffer(paddr))
 708                 free_pages((unsigned long)vaddr, get_order(size));
 709         else
 710                 /* DMA_TO_DEVICE to avoid memcpy in swiotlb_tbl_unmap_single */
 711                 swiotlb_tbl_unmap_single(hwdev, paddr, size, DMA_TO_DEVICE);
 712 }
 713 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_free_coherent);
 714
 715 static void
 716 swiotlb_full(struct device *dev, size_t size, enum dma_data_direction dir,
 717              int do_panic)
 718 {
 719         if (swiotlb_force == SWIOTLB_NO_FORCE)
 720                 return;
 721
 722         /*
 723          * Ran out of IOMMU space for this operation. This is very bad.
 724          * Unfortunately the drivers cannot handle this operation properly.
 725          * unless they check for dma_mapping_error (most don't)
 726          * When the mapping is small enough return a static buffer to limit
 727          * the damage, or panic when the transfer is too big.
 728          */
 729         printk(KERN_ERR "DMA: Out of SW-IOMMU space for %zu bytes at "
 730                "device %s\n", size, dev ? dev_name(dev) : "?");
 731
 732         if (size <= io_tlb_overflow || !do_panic)
 733                 return;
 734
 735         if (dir == DMA_BIDIRECTIONAL)
 736                 panic("DMA: Random memory could be DMA accessed\n");
 737         if (dir == DMA_FROM_DEVICE)
 738                 panic("DMA: Random memory could be DMA written\n");
 739         if (dir == DMA_TO_DEVICE)
 740                 panic("DMA: Random memory could be DMA read\n");
 741 }
 742
 743 /*
 744  * Map a single buffer of the indicated size for DMA in streaming mode.  The
 745  * physical address to use is returned.
 746  *
 747  * Once the device is given the dma address, the device owns this memory until
 748  * either swiotlb_unmap_page or swiotlb_dma_sync_single is performed.
 749  */
 750 dma_addr_t swiotlb_map_page(struct device *dev, struct page *page,
 751                             unsigned long offset, size_t size,
 752                             enum dma_data_direction dir,
 753                             unsigned long attrs)
 754 {
 755         phys_addr_t map, phys = page_to_phys(page) + offset;
 756         dma_addr_t dev_addr = phys_to_dma(dev, phys);
 757
 758         BUG_ON(dir == DMA_NONE);
 759         /*
 760          * If the address happens to be in the device's DMA window,
 761          * we can safely return the device addr and not worry about bounce
 762          * buffering it.
 763          */
 764         if (dma_capable(dev, dev_addr, size) && swiotlb_force != SWIOTLB_FORCE)
 765                 return dev_addr;
 766
 767         trace_swiotlb_bounced(dev, dev_addr, size, swiotlb_force);
 768
 769         /* Oh well, have to allocate and map a bounce buffer. */
 770         map = map_single(dev, phys, size, dir);
 771         if (map == SWIOTLB_MAP_ERROR) {
 772                 swiotlb_full(dev, size, dir, 1);
 773                 return phys_to_dma(dev, io_tlb_overflow_buffer);
 774         }
 775
 776         dev_addr = phys_to_dma(dev, map);
 777
 778         /* Ensure that the address returned is DMA'ble */
 779         if (!dma_capable(dev, dev_addr, size)) {
 780                 swiotlb_tbl_unmap_single(dev, map, size, dir);
 781                 return phys_to_dma(dev, io_tlb_overflow_buffer);
 782         }
 783
 784         return dev_addr;
 785 }
 786 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_map_page);
 787
 788 /*
 789  * Unmap a single streaming mode DMA translation.  The dma_addr and size must
 790  * match what was provided for in a previous swiotlb_map_page call.  All
 791  * other usages are undefined.
 792  *
 793  * After this call, reads by the cpu to the buffer are guaranteed to see
 794  * whatever the device wrote there.
 795  */
 796 static void unmap_single(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
 797                          size_t size, enum dma_data_direction dir)
 798 {
 799         phys_addr_t paddr = dma_to_phys(hwdev, dev_addr);
 800
 801         BUG_ON(dir == DMA_NONE);
 802
 803         if (is_swiotlb_buffer(paddr)) {
 804                 swiotlb_tbl_unmap_single(hwdev, paddr, size, dir);
 805                 return;
 806         }
 807
 808         if (dir != DMA_FROM_DEVICE)
 809                 return;
 810
 811         /*
 812          * phys_to_virt doesn't work with hihgmem page but we could
 813          * call dma_mark_clean() with hihgmem page here. However, we
 814          * are fine since dma_mark_clean() is null on POWERPC. We can
 815          * make dma_mark_clean() take a physical address if necessary.
 816          */
 817         dma_mark_clean(phys_to_virt(paddr), size);
 818 }
 819
 820 void swiotlb_unmap_page(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
 821                         size_t size, enum dma_data_direction dir,
 822                         unsigned long attrs)
 823 {
 824         unmap_single(hwdev, dev_addr, size, dir);
 825 }
 826 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_unmap_page);
 827
 828 /*
 829  * Make physical memory consistent for a single streaming mode DMA translation
 830  * after a transfer.
 831  *
 832  * If you perform a swiotlb_map_page() but wish to interrogate the buffer
 833  * using the cpu, yet do not wish to teardown the dma mapping, you must
 834  * call this function before doing so.  At the next point you give the dma
 835  * address back to the card, you must first perform a
 836  * swiotlb_dma_sync_for_device, and then the device again owns the buffer
 837  */
 838 static void
 839 swiotlb_sync_single(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
 840                     size_t size, enum dma_data_direction dir,
 841                     enum dma_sync_target target)
 842 {
 843         phys_addr_t paddr = dma_to_phys(hwdev, dev_addr);
 844
 845         BUG_ON(dir == DMA_NONE);
 846
 847         if (is_swiotlb_buffer(paddr)) {
 848                 swiotlb_tbl_sync_single(hwdev, paddr, size, dir, target);
 849                 return;
 850         }
 851
 852         if (dir != DMA_FROM_DEVICE)
 853                 return;
 854
 855         dma_mark_clean(phys_to_virt(paddr), size);
 856 }
 857
 858 void
 859 swiotlb_sync_single_for_cpu(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
 860                             size_t size, enum dma_data_direction dir)
 861 {
 862         swiotlb_sync_single(hwdev, dev_addr, size, dir, SYNC_FOR_CPU);
 863 }
 864 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_sync_single_for_cpu);
 865
 866 void
 867 swiotlb_sync_single_for_device(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
 868                                size_t size, enum dma_data_direction dir)
 869 {
 870         swiotlb_sync_single(hwdev, dev_addr, size, dir, SYNC_FOR_DEVICE);
 871 }
 872 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_sync_single_for_device);
 873
 874 /*
 875  * Map a set of buffers described by scatterlist in streaming mode for DMA.
 876  * This is the scatter-gather version of the above swiotlb_map_page
 877  * interface.  Here the scatter gather list elements are each tagged with the
 878  * appropriate dma address and length.  They are obtained via
 879  * sg_dma_{address,length}(SG).
 880  *
 881  * NOTE: An implementation may be able to use a smaller number of
 882  *       DMA address/length pairs than there are SG table elements.
 883  *       (for example via virtual mapping capabilities)
 884  *       The routine returns the number of addr/length pairs actually
 885  *       used, at most nents.
 886  *
 887  * Device ownership issues as mentioned above for swiotlb_map_page are the
 888  * same here.
 889  */
 890 int
 891 swiotlb_map_sg_attrs(struct device *hwdev, struct scatterlist *sgl, int nelems,
 892                      enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 893 {
 894         struct scatterlist *sg;
 895         int i;
 896
 897         BUG_ON(dir == DMA_NONE);
 898
 899         for_each_sg(sgl, sg, nelems, i) {
 900                 phys_addr_t paddr = sg_phys(sg);
 901                 dma_addr_t dev_addr = phys_to_dma(hwdev, paddr);
 902
 903                 if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
 904                     !dma_capable(hwdev, dev_addr, sg->length)) {
 905                         phys_addr_t map = map_single(hwdev, sg_phys(sg),
 906                                                      sg->length, dir);
 907                         if (map == SWIOTLB_MAP_ERROR) {
 908                                 /* Don't panic here, we expect map_sg users
 909                                    to do proper error handling. */
 910                                 swiotlb_full(hwdev, sg->length, dir, 0);
 911                                 swiotlb_unmap_sg_attrs(hwdev, sgl, i, dir,
 912                                                        attrs);
 913                                 sg_dma_len(sgl) = 0;
 914                                 return 0;
 915                         }
 916                         sg->dma_address = phys_to_dma(hwdev, map);
 917                 } else
 918                         sg->dma_address = dev_addr;
 919                 sg_dma_len(sg) = sg->length;
 920         }
 921         return nelems;
 922 }
 923 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_map_sg_attrs);
 924
 925 int
 926 swiotlb_map_sg(struct device *hwdev, struct scatterlist *sgl, int nelems,
 927                enum dma_data_direction dir)
 928 {
 929         return swiotlb_map_sg_attrs(hwdev, sgl, nelems, dir, 0);
 930 }
 931 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_map_sg);
 932
 933 /*
 934  * Unmap a set of streaming mode DMA translations.  Again, cpu read rules
 935  * concerning calls here are the same as for swiotlb_unmap_page() above.
 936  */
 937 void
 938 swiotlb_unmap_sg_attrs(struct device *hwdev, struct scatterlist *sgl,
 939                        int nelems, enum dma_data_direction dir,
 940                        unsigned long attrs)
 941 {
 942         struct scatterlist *sg;
 943         int i;
 944
 945         BUG_ON(dir == DMA_NONE);
 946
 947         for_each_sg(sgl, sg, nelems, i)
 948                 unmap_single(hwdev, sg->dma_address, sg_dma_len(sg), dir);
 949
 950 }
 951 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_unmap_sg_attrs);
 952
 953 void
 954 swiotlb_unmap_sg(struct device *hwdev, struct scatterlist *sgl, int nelems,
 955                  enum dma_data_direction dir)
 956 {
 957         return swiotlb_unmap_sg_attrs(hwdev, sgl, nelems, dir, 0);
 958 }
 959 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_unmap_sg);
 960
 961 /*
 962  * Make physical memory consistent for a set of streaming mode DMA translations
 963  * after a transfer.
 964  *
 965  * The same as swiotlb_sync_single_* but for a scatter-gather list, same rules
 966  * and usage.
 967  */
 968 static void
 969 swiotlb_sync_sg(struct device *hwdev, struct scatterlist *sgl,
 970                 int nelems, enum dma_data_direction dir,
 971                 enum dma_sync_target target)
 972 {
 973         struct scatterlist *sg;
 974         int i;
 975
 976         for_each_sg(sgl, sg, nelems, i)
 977                 swiotlb_sync_single(hwdev, sg->dma_address,
 978                                     sg_dma_len(sg), dir, target);
 979 }
 980
 981 void
 982 swiotlb_sync_sg_for_cpu(struct device *hwdev, struct scatterlist *sg,
 983                         int nelems, enum dma_data_direction dir)
 984 {
 985         swiotlb_sync_sg(hwdev, sg, nelems, dir, SYNC_FOR_CPU);
 986 }
 987 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_sync_sg_for_cpu);
 988
 989 void
 990 swiotlb_sync_sg_for_device(struct device *hwdev, struct scatterlist *sg,
 991                            int nelems, enum dma_data_direction dir)
 992 {
 993         swiotlb_sync_sg(hwdev, sg, nelems, dir, SYNC_FOR_DEVICE);
 994 }
 995 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_sync_sg_for_device);
 996
 997 int
 998 swiotlb_dma_mapping_error(struct device *hwdev, dma_addr_t dma_addr)
 999 {
1000         return (dma_addr == phys_to_dma(hwdev, io_tlb_overflow_buffer));
1001 }
1002 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_dma_mapping_error);
1003
1004 /*
1005  * Return whether the given device DMA address mask can be supported
1006  * properly.  For example, if your device can only drive the low 24-bits
1007  * during bus mastering, then you would pass 0x00ffffff as the mask to
1008  * this function.
1009  */
1010 int
1011 swiotlb_dma_supported(struct device *hwdev, u64 mask)
1012 {
1013         return phys_to_dma(hwdev, io_tlb_end - 1) <= mask;
1014 }
1015 EXPORT_SYMBOL(swiotlb_dma_supported);