drivers/iommu/dma-iommu.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * A fairly generic DMA-API to IOMMU-API glue layer.
   4  *
   5  * Copyright (C) 2014-2015 ARM Ltd.
   6  *
   7  * based in part on arch/arm/mm/dma-mapping.c:
   8  * Copyright (C) 2000-2004 Russell King
   9  */
  10
  11 #include <linux/acpi_iort.h>
  12 #include <linux/device.h>
  13 #include <linux/dma-map-ops.h>
  14 #include <linux/dma-iommu.h>
  15 #include <linux/gfp.h>
  16 #include <linux/huge_mm.h>
  17 #include <linux/iommu.h>
  18 #include <linux/iova.h>
  19 #include <linux/irq.h>
  20 #include <linux/mm.h>
  21 #include <linux/mutex.h>
  22 #include <linux/pci.h>
  23 #include <linux/swiotlb.h>
  24 #include <linux/scatterlist.h>
  25 #include <linux/vmalloc.h>
  26 #include <linux/crash_dump.h>
  27 #include <linux/dma-direct.h>
  28
  29 struct iommu_dma_msi_page {
  30         struct list_head        list;
  31         dma_addr_t              iova;
  32         phys_addr_t             phys;
  33 };
  34
  35 enum iommu_dma_cookie_type {
  36         IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE,
  37         IOMMU_DMA_MSI_COOKIE,
  38 };
  39
  40 struct iommu_dma_cookie {
  41         enum iommu_dma_cookie_type      type;
  42         union {
  43                 /* Full allocator for IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE */
  44                 struct iova_domain      iovad;
  45                 /* Trivial linear page allocator for IOMMU_DMA_MSI_COOKIE */
  46                 dma_addr_t              msi_iova;
  47         };
  48         struct list_head                msi_page_list;
  49
  50         /* Domain for flush queue callback; NULL if flush queue not in use */
  51         struct iommu_domain             *fq_domain;
  52 };
  53
  54 static DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(iommu_deferred_attach_enabled);
  55 bool iommu_dma_forcedac __read_mostly;
  56
  57 static int __init iommu_dma_forcedac_setup(char *str)
  58 {
  59         int ret = kstrtobool(str, &iommu_dma_forcedac);
  60
  61         if (!ret && iommu_dma_forcedac)
  62                 pr_info("Forcing DAC for PCI devices\n");
  63         return ret;
  64 }
  65 early_param("iommu.forcedac", iommu_dma_forcedac_setup);
  66
  67 static void iommu_dma_entry_dtor(unsigned long data)
  68 {
  69         struct page *freelist = (struct page *)data;
  70
  71         while (freelist) {
  72                 unsigned long p = (unsigned long)page_address(freelist);
  73
  74                 freelist = freelist->freelist;
  75                 free_page(p);
  76         }
  77 }
  78
  79 static inline size_t cookie_msi_granule(struct iommu_dma_cookie *cookie)
  80 {
  81         if (cookie->type == IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE)
  82                 return cookie->iovad.granule;
  83         return PAGE_SIZE;
  84 }
  85
  86 static struct iommu_dma_cookie *cookie_alloc(enum iommu_dma_cookie_type type)
  87 {
  88         struct iommu_dma_cookie *cookie;
  89
  90         cookie = kzalloc(sizeof(*cookie), GFP_KERNEL);
  91         if (cookie) {
  92                 INIT_LIST_HEAD(&cookie->msi_page_list);
  93                 cookie->type = type;
  94         }
  95         return cookie;
  96 }
  97
  98 /**
  99  * iommu_get_dma_cookie - Acquire DMA-API resources for a domain
 100  * @domain: IOMMU domain to prepare for DMA-API usage
 101  *
 102  * IOMMU drivers should normally call this from their domain_alloc
 103  * callback when domain->type == IOMMU_DOMAIN_DMA.
 104  */
 105 int iommu_get_dma_cookie(struct iommu_domain *domain)
 106 {
 107         if (domain->iova_cookie)
 108                 return -EEXIST;
 109
 110         domain->iova_cookie = cookie_alloc(IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE);
 111         if (!domain->iova_cookie)
 112                 return -ENOMEM;
 113
 114         return 0;
 115 }
 116 EXPORT_SYMBOL(iommu_get_dma_cookie);
 117
 118 /**
 119  * iommu_get_msi_cookie - Acquire just MSI remapping resources
 120  * @domain: IOMMU domain to prepare
 121  * @base: Start address of IOVA region for MSI mappings
 122  *
 123  * Users who manage their own IOVA allocation and do not want DMA API support,
 124  * but would still like to take advantage of automatic MSI remapping, can use
 125  * this to initialise their own domain appropriately. Users should reserve a
 126  * contiguous IOVA region, starting at @base, large enough to accommodate the
 127  * number of PAGE_SIZE mappings necessary to cover every MSI doorbell address
 128  * used by the devices attached to @domain.
 129  */
 130 int iommu_get_msi_cookie(struct iommu_domain *domain, dma_addr_t base)
 131 {
 132         struct iommu_dma_cookie *cookie;
 133
 134         if (domain->type != IOMMU_DOMAIN_UNMANAGED)
 135                 return -EINVAL;
 136
 137         if (domain->iova_cookie)
 138                 return -EEXIST;
 139
 140         cookie = cookie_alloc(IOMMU_DMA_MSI_COOKIE);
 141         if (!cookie)
 142                 return -ENOMEM;
 143
 144         cookie->msi_iova = base;
 145         domain->iova_cookie = cookie;
 146         return 0;
 147 }
 148 EXPORT_SYMBOL(iommu_get_msi_cookie);
 149
 150 /**
 151  * iommu_put_dma_cookie - Release a domain's DMA mapping resources
 152  * @domain: IOMMU domain previously prepared by iommu_get_dma_cookie() or
 153  *          iommu_get_msi_cookie()
 154  *
 155  * IOMMU drivers should normally call this from their domain_free callback.
 156  */
 157 void iommu_put_dma_cookie(struct iommu_domain *domain)
 158 {
 159         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 160         struct iommu_dma_msi_page *msi, *tmp;
 161
 162         if (!cookie)
 163                 return;
 164
 165         if (cookie->type == IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE && cookie->iovad.granule)
 166                 put_iova_domain(&cookie->iovad);
 167
 168         list_for_each_entry_safe(msi, tmp, &cookie->msi_page_list, list) {
 169                 list_del(&msi->list);
 170                 kfree(msi);
 171         }
 172         kfree(cookie);
 173         domain->iova_cookie = NULL;
 174 }
 175 EXPORT_SYMBOL(iommu_put_dma_cookie);
 176
 177 /**
 178  * iommu_dma_get_resv_regions - Reserved region driver helper
 179  * @dev: Device from iommu_get_resv_regions()
 180  * @list: Reserved region list from iommu_get_resv_regions()
 181  *
 182  * IOMMU drivers can use this to implement their .get_resv_regions callback
 183  * for general non-IOMMU-specific reservations. Currently, this covers GICv3
 184  * ITS region reservation on ACPI based ARM platforms that may require HW MSI
 185  * reservation.
 186  */
 187 void iommu_dma_get_resv_regions(struct device *dev, struct list_head *list)
 188 {
 189
 190         if (!is_of_node(dev_iommu_fwspec_get(dev)->iommu_fwnode))
 191                 iort_iommu_msi_get_resv_regions(dev, list);
 192
 193 }
 194 EXPORT_SYMBOL(iommu_dma_get_resv_regions);
 195
 196 static int cookie_init_hw_msi_region(struct iommu_dma_cookie *cookie,
 197                 phys_addr_t start, phys_addr_t end)
 198 {
 199         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 200         struct iommu_dma_msi_page *msi_page;
 201         int i, num_pages;
 202
 203         start -= iova_offset(iovad, start);
 204         num_pages = iova_align(iovad, end - start) >> iova_shift(iovad);
 205
 206         for (i = 0; i < num_pages; i++) {
 207                 msi_page = kmalloc(sizeof(*msi_page), GFP_KERNEL);
 208                 if (!msi_page)
 209                         return -ENOMEM;
 210
 211                 msi_page->phys = start;
 212                 msi_page->iova = start;
 213                 INIT_LIST_HEAD(&msi_page->list);
 214                 list_add(&msi_page->list, &cookie->msi_page_list);
 215                 start += iovad->granule;
 216         }
 217
 218         return 0;
 219 }
 220
 221 static int iova_reserve_pci_windows(struct pci_dev *dev,
 222                 struct iova_domain *iovad)
 223 {
 224         struct pci_host_bridge *bridge = pci_find_host_bridge(dev->bus);
 225         struct resource_entry *window;
 226         unsigned long lo, hi;
 227         phys_addr_t start = 0, end;
 228
 229         resource_list_for_each_entry(window, &bridge->windows) {
 230                 if (resource_type(window->res) != IORESOURCE_MEM)
 231                         continue;
 232
 233                 lo = iova_pfn(iovad, window->res->start - window->offset);
 234                 hi = iova_pfn(iovad, window->res->end - window->offset);
 235                 reserve_iova(iovad, lo, hi);
 236         }
 237
 238         /* Get reserved DMA windows from host bridge */
 239         resource_list_for_each_entry(window, &bridge->dma_ranges) {
 240                 end = window->res->start - window->offset;
 241 resv_iova:
 242                 if (end > start) {
 243                         lo = iova_pfn(iovad, start);
 244                         hi = iova_pfn(iovad, end);
 245                         reserve_iova(iovad, lo, hi);
 246                 } else {
 247                         /* dma_ranges list should be sorted */
 248                         dev_err(&dev->dev, "Failed to reserve IOVA\n");
 249                         return -EINVAL;
 250                 }
 251
 252                 start = window->res->end - window->offset + 1;
 253                 /* If window is last entry */
 254                 if (window->node.next == &bridge->dma_ranges &&
 255                     end != ~(phys_addr_t)0) {
 256                         end = ~(phys_addr_t)0;
 257                         goto resv_iova;
 258                 }
 259         }
 260
 261         return 0;
 262 }
 263
 264 static int iova_reserve_iommu_regions(struct device *dev,
 265                 struct iommu_domain *domain)
 266 {
 267         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 268         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 269         struct iommu_resv_region *region;
 270         LIST_HEAD(resv_regions);
 271         int ret = 0;
 272
 273         if (dev_is_pci(dev)) {
 274                 ret = iova_reserve_pci_windows(to_pci_dev(dev), iovad);
 275                 if (ret)
 276                         return ret;
 277         }
 278
 279         iommu_get_resv_regions(dev, &resv_regions);
 280         list_for_each_entry(region, &resv_regions, list) {
 281                 unsigned long lo, hi;
 282
 283                 /* We ARE the software that manages these! */
 284                 if (region->type == IOMMU_RESV_SW_MSI)
 285                         continue;
 286
 287                 lo = iova_pfn(iovad, region->start);
 288                 hi = iova_pfn(iovad, region->start + region->length - 1);
 289                 reserve_iova(iovad, lo, hi);
 290
 291                 if (region->type == IOMMU_RESV_MSI)
 292                         ret = cookie_init_hw_msi_region(cookie, region->start,
 293                                         region->start + region->length);
 294                 if (ret)
 295                         break;
 296         }
 297         iommu_put_resv_regions(dev, &resv_regions);
 298
 299         return ret;
 300 }
 301
 302 static void iommu_dma_flush_iotlb_all(struct iova_domain *iovad)
 303 {
 304         struct iommu_dma_cookie *cookie;
 305         struct iommu_domain *domain;
 306
 307         cookie = container_of(iovad, struct iommu_dma_cookie, iovad);
 308         domain = cookie->fq_domain;
 309
 310         domain->ops->flush_iotlb_all(domain);
 311 }
 312
 313 static bool dev_is_untrusted(struct device *dev)
 314 {
 315         return dev_is_pci(dev) && to_pci_dev(dev)->untrusted;
 316 }
 317
 318 /**
 319  * iommu_dma_init_domain - Initialise a DMA mapping domain
 320  * @domain: IOMMU domain previously prepared by iommu_get_dma_cookie()
 321  * @base: IOVA at which the mappable address space starts
 322  * @size: Size of IOVA space
 323  * @dev: Device the domain is being initialised for
 324  *
 325  * @base and @size should be exact multiples of IOMMU page granularity to
 326  * avoid rounding surprises. If necessary, we reserve the page at address 0
 327  * to ensure it is an invalid IOVA. It is safe to reinitialise a domain, but
 328  * any change which could make prior IOVAs invalid will fail.
 329  */
 330 static int iommu_dma_init_domain(struct iommu_domain *domain, dma_addr_t base,
 331                 u64 size, struct device *dev)
 332 {
 333         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 334         unsigned long order, base_pfn;
 335         struct iova_domain *iovad;
 336
 337         if (!cookie || cookie->type != IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE)
 338                 return -EINVAL;
 339
 340         iovad = &cookie->iovad;
 341
 342         /* Use the smallest supported page size for IOVA granularity */
 343         order = __ffs(domain->pgsize_bitmap);
 344         base_pfn = max_t(unsigned long, 1, base >> order);
 345
 346         /* Check the domain allows at least some access to the device... */
 347         if (domain->geometry.force_aperture) {
 348                 if (base > domain->geometry.aperture_end ||
 349                     base + size <= domain->geometry.aperture_start) {
 350                         pr_warn("specified DMA range outside IOMMU capability\n");
 351                         return -EFAULT;
 352                 }
 353                 /* ...then finally give it a kicking to make sure it fits */
 354                 base_pfn = max_t(unsigned long, base_pfn,
 355                                 domain->geometry.aperture_start >> order);
 356         }
 357
 358         /* start_pfn is always nonzero for an already-initialised domain */
 359         if (iovad->start_pfn) {
 360                 if (1UL << order != iovad->granule ||
 361                     base_pfn != iovad->start_pfn) {
 362                         pr_warn("Incompatible range for DMA domain\n");
 363                         return -EFAULT;
 364                 }
 365
 366                 return 0;
 367         }
 368
 369         init_iova_domain(iovad, 1UL << order, base_pfn);
 370
 371         if (!cookie->fq_domain && (!dev || !dev_is_untrusted(dev)) &&
 372             domain->ops->flush_iotlb_all && !iommu_get_dma_strict(domain)) {
 373                 if (init_iova_flush_queue(iovad, iommu_dma_flush_iotlb_all,
 374                                           iommu_dma_entry_dtor))
 375                         pr_warn("iova flush queue initialization failed\n");
 376                 else
 377                         cookie->fq_domain = domain;
 378         }
 379
 380         if (!dev)
 381                 return 0;
 382
 383         return iova_reserve_iommu_regions(dev, domain);
 384 }
 385
 386 /**
 387  * dma_info_to_prot - Translate DMA API directions and attributes to IOMMU API
 388  *                    page flags.
 389  * @dir: Direction of DMA transfer
 390  * @coherent: Is the DMA master cache-coherent?
 391  * @attrs: DMA attributes for the mapping
 392  *
 393  * Return: corresponding IOMMU API page protection flags
 394  */
 395 static int dma_info_to_prot(enum dma_data_direction dir, bool coherent,
 396                      unsigned long attrs)
 397 {
 398         int prot = coherent ? IOMMU_CACHE : 0;
 399
 400         if (attrs & DMA_ATTR_PRIVILEGED)
 401                 prot |= IOMMU_PRIV;
 402
 403         switch (dir) {
 404         case DMA_BIDIRECTIONAL:
 405                 return prot | IOMMU_READ | IOMMU_WRITE;
 406         case DMA_TO_DEVICE:
 407                 return prot | IOMMU_READ;
 408         case DMA_FROM_DEVICE:
 409                 return prot | IOMMU_WRITE;
 410         default:
 411                 return 0;
 412         }
 413 }
 414
 415 static dma_addr_t iommu_dma_alloc_iova(struct iommu_domain *domain,
 416                 size_t size, u64 dma_limit, struct device *dev)
 417 {
 418         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 419         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 420         unsigned long shift, iova_len, iova = 0;
 421
 422         if (cookie->type == IOMMU_DMA_MSI_COOKIE) {
 423                 cookie->msi_iova += size;
 424                 return cookie->msi_iova - size;
 425         }
 426
 427         shift = iova_shift(iovad);
 428         iova_len = size >> shift;
 429         /*
 430          * Freeing non-power-of-two-sized allocations back into the IOVA caches
 431          * will come back to bite us badly, so we have to waste a bit of space
 432          * rounding up anything cacheable to make sure that can't happen. The
 433          * order of the unadjusted size will still match upon freeing.
 434          */
 435         if (iova_len < (1 << (IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE - 1)))
 436                 iova_len = roundup_pow_of_two(iova_len);
 437
 438         dma_limit = min_not_zero(dma_limit, dev->bus_dma_limit);
 439
 440         if (domain->geometry.force_aperture)
 441                 dma_limit = min(dma_limit, (u64)domain->geometry.aperture_end);
 442
 443         /* Try to get PCI devices a SAC address */
 444         if (dma_limit > DMA_BIT_MASK(32) && !iommu_dma_forcedac && dev_is_pci(dev))
 445                 iova = alloc_iova_fast(iovad, iova_len,
 446                                        DMA_BIT_MASK(32) >> shift, false);
 447
 448         if (!iova)
 449                 iova = alloc_iova_fast(iovad, iova_len, dma_limit >> shift,
 450                                        true);
 451
 452         return (dma_addr_t)iova << shift;
 453 }
 454
 455 static void iommu_dma_free_iova(struct iommu_dma_cookie *cookie,
 456                 dma_addr_t iova, size_t size, struct page *freelist)
 457 {
 458         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 459
 460         /* The MSI case is only ever cleaning up its most recent allocation */
 461         if (cookie->type == IOMMU_DMA_MSI_COOKIE)
 462                 cookie->msi_iova -= size;
 463         else if (cookie->fq_domain)     /* non-strict mode */
 464                 queue_iova(iovad, iova_pfn(iovad, iova),
 465                                 size >> iova_shift(iovad),
 466                                 (unsigned long)freelist);
 467         else
 468                 free_iova_fast(iovad, iova_pfn(iovad, iova),
 469                                 size >> iova_shift(iovad));
 470 }
 471
 472 static void __iommu_dma_unmap(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr,
 473                 size_t size)
 474 {
 475         struct iommu_domain *domain = iommu_get_dma_domain(dev);
 476         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 477         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 478         size_t iova_off = iova_offset(iovad, dma_addr);
 479         struct iommu_iotlb_gather iotlb_gather;
 480         size_t unmapped;
 481
 482         dma_addr -= iova_off;
 483         size = iova_align(iovad, size + iova_off);
 484         iommu_iotlb_gather_init(&iotlb_gather);
 485
 486         unmapped = iommu_unmap_fast(domain, dma_addr, size, &iotlb_gather);
 487         WARN_ON(unmapped != size);
 488
 489         if (!cookie->fq_domain)
 490                 iommu_iotlb_sync(domain, &iotlb_gather);
 491         iommu_dma_free_iova(cookie, dma_addr, size, iotlb_gather.freelist);
 492 }
 493
 494 static void __iommu_dma_unmap_swiotlb(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr,
 495                 size_t size, enum dma_data_direction dir,
 496                 unsigned long attrs)
 497 {
 498         struct iommu_domain *domain = iommu_get_dma_domain(dev);
 499         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 500         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 501         phys_addr_t phys;
 502
 503         phys = iommu_iova_to_phys(domain, dma_addr);
 504         if (WARN_ON(!phys))
 505                 return;
 506
 507         __iommu_dma_unmap(dev, dma_addr, size);
 508
 509         if (unlikely(is_swiotlb_buffer(phys)))
 510                 swiotlb_tbl_unmap_single(dev, phys, size,
 511                                 iova_align(iovad, size), dir, attrs);
 512 }
 513
 514 static dma_addr_t __iommu_dma_map(struct device *dev, phys_addr_t phys,
 515                 size_t size, int prot, u64 dma_mask)
 516 {
 517         struct iommu_domain *domain = iommu_get_dma_domain(dev);
 518         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 519         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 520         size_t iova_off = iova_offset(iovad, phys);
 521         dma_addr_t iova;
 522
 523         if (static_branch_unlikely(&iommu_deferred_attach_enabled) &&
 524             iommu_deferred_attach(dev, domain))
 525                 return DMA_MAPPING_ERROR;
 526
 527         size = iova_align(iovad, size + iova_off);
 528
 529         iova = iommu_dma_alloc_iova(domain, size, dma_mask, dev);
 530         if (!iova)
 531                 return DMA_MAPPING_ERROR;
 532
 533         if (iommu_map_atomic(domain, iova, phys - iova_off, size, prot)) {
 534                 iommu_dma_free_iova(cookie, iova, size, NULL);
 535                 return DMA_MAPPING_ERROR;
 536         }
 537         return iova + iova_off;
 538 }
 539
 540 static dma_addr_t __iommu_dma_map_swiotlb(struct device *dev, phys_addr_t phys,
 541                 size_t org_size, dma_addr_t dma_mask, bool coherent,
 542                 enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 543 {
 544         int prot = dma_info_to_prot(dir, coherent, attrs);
 545         struct iommu_domain *domain = iommu_get_dma_domain(dev);
 546         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 547         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 548         size_t aligned_size = org_size;
 549         void *padding_start;
 550         size_t padding_size;
 551         dma_addr_t iova;
 552
 553         /*
 554          * If both the physical buffer start address and size are
 555          * page aligned, we don't need to use a bounce page.
 556          */
 557         if (IS_ENABLED(CONFIG_SWIOTLB) && dev_is_untrusted(dev) &&
 558             iova_offset(iovad, phys | org_size)) {
 559                 aligned_size = iova_align(iovad, org_size);
 560                 phys = swiotlb_tbl_map_single(dev, phys, org_size,
 561                                               aligned_size, dir, attrs);
 562
 563                 if (phys == DMA_MAPPING_ERROR)
 564                         return DMA_MAPPING_ERROR;
 565
 566                 /* Cleanup the padding area. */
 567                 padding_start = phys_to_virt(phys);
 568                 padding_size = aligned_size;
 569
 570                 if (!(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC) &&
 571                     (dir == DMA_TO_DEVICE ||
 572                      dir == DMA_BIDIRECTIONAL)) {
 573                         padding_start += org_size;
 574                         padding_size -= org_size;
 575                 }
 576
 577                 memset(padding_start, 0, padding_size);
 578         }
 579
 580         iova = __iommu_dma_map(dev, phys, aligned_size, prot, dma_mask);
 581         if ((iova == DMA_MAPPING_ERROR) && is_swiotlb_buffer(phys))
 582                 swiotlb_tbl_unmap_single(dev, phys, org_size,
 583                                 aligned_size, dir, attrs);
 584
 585         return iova;
 586 }
 587
 588 static void __iommu_dma_free_pages(struct page **pages, int count)
 589 {
 590         while (count--)
 591                 __free_page(pages[count]);
 592         kvfree(pages);
 593 }
 594
 595 static struct page **__iommu_dma_alloc_pages(struct device *dev,
 596                 unsigned int count, unsigned long order_mask, gfp_t gfp)
 597 {
 598         struct page **pages;
 599         unsigned int i = 0, nid = dev_to_node(dev);
 600
 601         order_mask &= (2U << MAX_ORDER) - 1;
 602         if (!order_mask)
 603                 return NULL;
 604
 605         pages = kvzalloc(count * sizeof(*pages), GFP_KERNEL);
 606         if (!pages)
 607                 return NULL;
 608
 609         /* IOMMU can map any pages, so himem can also be used here */
 610         gfp |= __GFP_NOWARN | __GFP_HIGHMEM;
 611
 612         /* It makes no sense to muck about with huge pages */
 613         gfp &= ~__GFP_COMP;
 614
 615         while (count) {
 616                 struct page *page = NULL;
 617                 unsigned int order_size;
 618
 619                 /*
 620                  * Higher-order allocations are a convenience rather
 621                  * than a necessity, hence using __GFP_NORETRY until
 622                  * falling back to minimum-order allocations.
 623                  */
 624                 for (order_mask &= (2U << __fls(count)) - 1;
 625                      order_mask; order_mask &= ~order_size) {
 626                         unsigned int order = __fls(order_mask);
 627                         gfp_t alloc_flags = gfp;
 628
 629                         order_size = 1U << order;
 630                         if (order_mask > order_size)
 631                                 alloc_flags |= __GFP_NORETRY;
 632                         page = alloc_pages_node(nid, alloc_flags, order);
 633                         if (!page)
 634                                 continue;
 635                         if (order)
 636                                 split_page(page, order);
 637                         break;
 638                 }
 639                 if (!page) {
 640                         __iommu_dma_free_pages(pages, i);
 641                         return NULL;
 642                 }
 643                 count -= order_size;
 644                 while (order_size--)
 645                         pages[i++] = page++;
 646         }
 647         return pages;
 648 }
 649
 650 /**
 651  * iommu_dma_alloc_remap - Allocate and map a buffer contiguous in IOVA space
 652  * @dev: Device to allocate memory for. Must be a real device
 653  *       attached to an iommu_dma_domain
 654  * @size: Size of buffer in bytes
 655  * @dma_handle: Out argument for allocated DMA handle
 656  * @gfp: Allocation flags
 657  * @prot: pgprot_t to use for the remapped mapping
 658  * @attrs: DMA attributes for this allocation
 659  *
 660  * If @size is less than PAGE_SIZE, then a full CPU page will be allocated,
 661  * but an IOMMU which supports smaller pages might not map the whole thing.
 662  *
 663  * Return: Mapped virtual address, or NULL on failure.
 664  */
 665 static void *iommu_dma_alloc_remap(struct device *dev, size_t size,
 666                 dma_addr_t *dma_handle, gfp_t gfp, pgprot_t prot,
 667                 unsigned long attrs)
 668 {
 669         struct iommu_domain *domain = iommu_get_dma_domain(dev);
 670         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 671         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 672         bool coherent = dev_is_dma_coherent(dev);
 673         int ioprot = dma_info_to_prot(DMA_BIDIRECTIONAL, coherent, attrs);
 674         unsigned int count, min_size, alloc_sizes = domain->pgsize_bitmap;
 675         struct page **pages;
 676         struct sg_table sgt;
 677         dma_addr_t iova;
 678         void *vaddr;
 679
 680         *dma_handle = DMA_MAPPING_ERROR;
 681
 682         if (static_branch_unlikely(&iommu_deferred_attach_enabled) &&
 683             iommu_deferred_attach(dev, domain))
 684                 return NULL;
 685
 686         min_size = alloc_sizes & -alloc_sizes;
 687         if (min_size < PAGE_SIZE) {
 688                 min_size = PAGE_SIZE;
 689                 alloc_sizes |= PAGE_SIZE;
 690         } else {
 691                 size = ALIGN(size, min_size);
 692         }
 693         if (attrs & DMA_ATTR_ALLOC_SINGLE_PAGES)
 694                 alloc_sizes = min_size;
 695
 696         count = PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT;
 697         pages = __iommu_dma_alloc_pages(dev, count, alloc_sizes >> PAGE_SHIFT,
 698                                         gfp);
 699         if (!pages)
 700                 return NULL;
 701
 702         size = iova_align(iovad, size);
 703         iova = iommu_dma_alloc_iova(domain, size, dev->coherent_dma_mask, dev);
 704         if (!iova)
 705                 goto out_free_pages;
 706
 707         if (sg_alloc_table_from_pages(&sgt, pages, count, 0, size, GFP_KERNEL))
 708                 goto out_free_iova;
 709
 710         if (!(ioprot & IOMMU_CACHE)) {
 711                 struct scatterlist *sg;
 712                 int i;
 713
 714                 for_each_sg(sgt.sgl, sg, sgt.orig_nents, i)
 715                         arch_dma_prep_coherent(sg_page(sg), sg->length);
 716         }
 717
 718         if (iommu_map_sg_atomic(domain, iova, sgt.sgl, sgt.orig_nents, ioprot)
 719                         < size)
 720                 goto out_free_sg;
 721
 722         vaddr = dma_common_pages_remap(pages, size, prot,
 723                         __builtin_return_address(0));
 724         if (!vaddr)
 725                 goto out_unmap;
 726
 727         *dma_handle = iova;
 728         sg_free_table(&sgt);
 729         return vaddr;
 730
 731 out_unmap:
 732         __iommu_dma_unmap(dev, iova, size);
 733 out_free_sg:
 734         sg_free_table(&sgt);
 735 out_free_iova:
 736         iommu_dma_free_iova(cookie, iova, size, NULL);
 737 out_free_pages:
 738         __iommu_dma_free_pages(pages, count);
 739         return NULL;
 740 }
 741
 742 static void iommu_dma_sync_single_for_cpu(struct device *dev,
 743                 dma_addr_t dma_handle, size_t size, enum dma_data_direction dir)
 744 {
 745         phys_addr_t phys;
 746
 747         if (dev_is_dma_coherent(dev) && !dev_is_untrusted(dev))
 748                 return;
 749
 750         phys = iommu_iova_to_phys(iommu_get_dma_domain(dev), dma_handle);
 751         if (!dev_is_dma_coherent(dev))
 752                 arch_sync_dma_for_cpu(phys, size, dir);
 753
 754         if (is_swiotlb_buffer(phys))
 755                 swiotlb_tbl_sync_single(dev, phys, size, dir, SYNC_FOR_CPU);
 756 }
 757
 758 static void iommu_dma_sync_single_for_device(struct device *dev,
 759                 dma_addr_t dma_handle, size_t size, enum dma_data_direction dir)
 760 {
 761         phys_addr_t phys;
 762
 763         if (dev_is_dma_coherent(dev) && !dev_is_untrusted(dev))
 764                 return;
 765
 766         phys = iommu_iova_to_phys(iommu_get_dma_domain(dev), dma_handle);
 767         if (is_swiotlb_buffer(phys))
 768                 swiotlb_tbl_sync_single(dev, phys, size, dir, SYNC_FOR_DEVICE);
 769
 770         if (!dev_is_dma_coherent(dev))
 771                 arch_sync_dma_for_device(phys, size, dir);
 772 }
 773
 774 static void iommu_dma_sync_sg_for_cpu(struct device *dev,
 775                 struct scatterlist *sgl, int nelems,
 776                 enum dma_data_direction dir)
 777 {
 778         struct scatterlist *sg;
 779         int i;
 780
 781         if (dev_is_dma_coherent(dev) && !dev_is_untrusted(dev))
 782                 return;
 783
 784         for_each_sg(sgl, sg, nelems, i) {
 785                 if (!dev_is_dma_coherent(dev))
 786                         arch_sync_dma_for_cpu(sg_phys(sg), sg->length, dir);
 787
 788                 if (is_swiotlb_buffer(sg_phys(sg)))
 789                         swiotlb_tbl_sync_single(dev, sg_phys(sg), sg->length,
 790                                                 dir, SYNC_FOR_CPU);
 791         }
 792 }
 793
 794 static void iommu_dma_sync_sg_for_device(struct device *dev,
 795                 struct scatterlist *sgl, int nelems,
 796                 enum dma_data_direction dir)
 797 {
 798         struct scatterlist *sg;
 799         int i;
 800
 801         if (dev_is_dma_coherent(dev) && !dev_is_untrusted(dev))
 802                 return;
 803
 804         for_each_sg(sgl, sg, nelems, i) {
 805                 if (is_swiotlb_buffer(sg_phys(sg)))
 806                         swiotlb_tbl_sync_single(dev, sg_phys(sg), sg->length,
 807                                                 dir, SYNC_FOR_DEVICE);
 808
 809                 if (!dev_is_dma_coherent(dev))
 810                         arch_sync_dma_for_device(sg_phys(sg), sg->length, dir);
 811         }
 812 }
 813
 814 static dma_addr_t iommu_dma_map_page(struct device *dev, struct page *page,
 815                 unsigned long offset, size_t size, enum dma_data_direction dir,
 816                 unsigned long attrs)
 817 {
 818         phys_addr_t phys = page_to_phys(page) + offset;
 819         bool coherent = dev_is_dma_coherent(dev);
 820         dma_addr_t dma_handle;
 821
 822         dma_handle = __iommu_dma_map_swiotlb(dev, phys, size, dma_get_mask(dev),
 823                         coherent, dir, attrs);
 824         if (!coherent && !(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC) &&
 825             dma_handle != DMA_MAPPING_ERROR)
 826                 arch_sync_dma_for_device(phys, size, dir);
 827         return dma_handle;
 828 }
 829
 830 static void iommu_dma_unmap_page(struct device *dev, dma_addr_t dma_handle,
 831                 size_t size, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 832 {
 833         if (!(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC))
 834                 iommu_dma_sync_single_for_cpu(dev, dma_handle, size, dir);
 835         __iommu_dma_unmap_swiotlb(dev, dma_handle, size, dir, attrs);
 836 }
 837
 838 /*
 839  * Prepare a successfully-mapped scatterlist to give back to the caller.
 840  *
 841  * At this point the segments are already laid out by iommu_dma_map_sg() to
 842  * avoid individually crossing any boundaries, so we merely need to check a
 843  * segment's start address to avoid concatenating across one.
 844  */
 845 static int __finalise_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg, int nents,
 846                 dma_addr_t dma_addr)
 847 {
 848         struct scatterlist *s, *cur = sg;
 849         unsigned long seg_mask = dma_get_seg_boundary(dev);
 850         unsigned int cur_len = 0, max_len = dma_get_max_seg_size(dev);
 851         int i, count = 0;
 852
 853         for_each_sg(sg, s, nents, i) {
 854                 /* Restore this segment's original unaligned fields first */
 855                 unsigned int s_iova_off = sg_dma_address(s);
 856                 unsigned int s_length = sg_dma_len(s);
 857                 unsigned int s_iova_len = s->length;
 858
 859                 s->offset += s_iova_off;
 860                 s->length = s_length;
 861                 sg_dma_address(s) = DMA_MAPPING_ERROR;
 862                 sg_dma_len(s) = 0;
 863
 864                 /*
 865                  * Now fill in the real DMA data. If...
 866                  * - there is a valid output segment to append to
 867                  * - and this segment starts on an IOVA page boundary
 868                  * - but doesn't fall at a segment boundary
 869                  * - and wouldn't make the resulting output segment too long
 870                  */
 871                 if (cur_len && !s_iova_off && (dma_addr & seg_mask) &&
 872                     (max_len - cur_len >= s_length)) {
 873                         /* ...then concatenate it with the previous one */
 874                         cur_len += s_length;
 875                 } else {
 876                         /* Otherwise start the next output segment */
 877                         if (i > 0)
 878                                 cur = sg_next(cur);
 879                         cur_len = s_length;
 880                         count++;
 881
 882                         sg_dma_address(cur) = dma_addr + s_iova_off;
 883                 }
 884
 885                 sg_dma_len(cur) = cur_len;
 886                 dma_addr += s_iova_len;
 887
 888                 if (s_length + s_iova_off < s_iova_len)
 889                         cur_len = 0;
 890         }
 891         return count;
 892 }
 893
 894 /*
 895  * If mapping failed, then just restore the original list,
 896  * but making sure the DMA fields are invalidated.
 897  */
 898 static void __invalidate_sg(struct scatterlist *sg, int nents)
 899 {
 900         struct scatterlist *s;
 901         int i;
 902
 903         for_each_sg(sg, s, nents, i) {
 904                 if (sg_dma_address(s) != DMA_MAPPING_ERROR)
 905                         s->offset += sg_dma_address(s);
 906                 if (sg_dma_len(s))
 907                         s->length = sg_dma_len(s);
 908                 sg_dma_address(s) = DMA_MAPPING_ERROR;
 909                 sg_dma_len(s) = 0;
 910         }
 911 }
 912
 913 static void iommu_dma_unmap_sg_swiotlb(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
 914                 int nents, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 915 {
 916         struct scatterlist *s;
 917         int i;
 918
 919         for_each_sg(sg, s, nents, i)
 920                 __iommu_dma_unmap_swiotlb(dev, sg_dma_address(s),
 921                                 sg_dma_len(s), dir, attrs);
 922 }
 923
 924 static int iommu_dma_map_sg_swiotlb(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
 925                 int nents, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 926 {
 927         struct scatterlist *s;
 928         int i;
 929
 930         for_each_sg(sg, s, nents, i) {
 931                 sg_dma_address(s) = __iommu_dma_map_swiotlb(dev, sg_phys(s),
 932                                 s->length, dma_get_mask(dev),
 933                                 dev_is_dma_coherent(dev), dir, attrs);
 934                 if (sg_dma_address(s) == DMA_MAPPING_ERROR)
 935                         goto out_unmap;
 936                 sg_dma_len(s) = s->length;
 937         }
 938
 939         return nents;
 940
 941 out_unmap:
 942         iommu_dma_unmap_sg_swiotlb(dev, sg, i, dir, attrs | DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC);
 943         return 0;
 944 }
 945
 946 /*
 947  * The DMA API client is passing in a scatterlist which could describe
 948  * any old buffer layout, but the IOMMU API requires everything to be
 949  * aligned to IOMMU pages. Hence the need for this complicated bit of
 950  * impedance-matching, to be able to hand off a suitably-aligned list,
 951  * but still preserve the original offsets and sizes for the caller.
 952  */
 953 static int iommu_dma_map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
 954                 int nents, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 955 {
 956         struct iommu_domain *domain = iommu_get_dma_domain(dev);
 957         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 958         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 959         struct scatterlist *s, *prev = NULL;
 960         int prot = dma_info_to_prot(dir, dev_is_dma_coherent(dev), attrs);
 961         dma_addr_t iova;
 962         size_t iova_len = 0;
 963         unsigned long mask = dma_get_seg_boundary(dev);
 964         int i;
 965
 966         if (static_branch_unlikely(&iommu_deferred_attach_enabled) &&
 967             iommu_deferred_attach(dev, domain))
 968                 return 0;
 969
 970         if (!(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC))
 971                 iommu_dma_sync_sg_for_device(dev, sg, nents, dir);
 972
 973         if (dev_is_untrusted(dev))
 974                 return iommu_dma_map_sg_swiotlb(dev, sg, nents, dir, attrs);
 975
 976         /*
 977          * Work out how much IOVA space we need, and align the segments to
 978          * IOVA granules for the IOMMU driver to handle. With some clever
 979          * trickery we can modify the list in-place, but reversibly, by
 980          * stashing the unaligned parts in the as-yet-unused DMA fields.
 981          */
 982         for_each_sg(sg, s, nents, i) {
 983                 size_t s_iova_off = iova_offset(iovad, s->offset);
 984                 size_t s_length = s->length;
 985                 size_t pad_len = (mask - iova_len + 1) & mask;
 986
 987                 sg_dma_address(s) = s_iova_off;
 988                 sg_dma_len(s) = s_length;
 989                 s->offset -= s_iova_off;
 990                 s_length = iova_align(iovad, s_length + s_iova_off);
 991                 s->length = s_length;
 992
 993                 /*
 994                  * Due to the alignment of our single IOVA allocation, we can
 995                  * depend on these assumptions about the segment boundary mask:
 996                  * - If mask size >= IOVA size, then the IOVA range cannot
 997                  *   possibly fall across a boundary, so we don't care.
 998                  * - If mask size < IOVA size, then the IOVA range must start
 999                  *   exactly on a boundary, therefore we can lay things out
1000                  *   based purely on segment lengths without needing to know
1001                  *   the actual addresses beforehand.
1002                  * - The mask must be a power of 2, so pad_len == 0 if
1003                  *   iova_len == 0, thus we cannot dereference prev the first
1004                  *   time through here (i.e. before it has a meaningful value).
1005                  */
1006                 if (pad_len && pad_len < s_length - 1) {
1007                         prev->length += pad_len;
1008                         iova_len += pad_len;
1009                 }
1010
1011                 iova_len += s_length;
1012                 prev = s;
1013         }
1014
1015         iova = iommu_dma_alloc_iova(domain, iova_len, dma_get_mask(dev), dev);
1016         if (!iova)
1017                 goto out_restore_sg;
1018
1019         /*
1020          * We'll leave any physical concatenation to the IOMMU driver's
1021          * implementation - it knows better than we do.
1022          */
1023         if (iommu_map_sg_atomic(domain, iova, sg, nents, prot) < iova_len)
1024                 goto out_free_iova;
1025
1026         return __finalise_sg(dev, sg, nents, iova);
1027
1028 out_free_iova:
1029         iommu_dma_free_iova(cookie, iova, iova_len, NULL);
1030 out_restore_sg:
1031         __invalidate_sg(sg, nents);
1032         return 0;
1033 }
1034
1035 static void iommu_dma_unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
1036                 int nents, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
1037 {
1038         dma_addr_t start, end;
1039         struct scatterlist *tmp;
1040         int i;
1041
1042         if (!(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC))
1043                 iommu_dma_sync_sg_for_cpu(dev, sg, nents, dir);
1044
1045         if (dev_is_untrusted(dev)) {
1046                 iommu_dma_unmap_sg_swiotlb(dev, sg, nents, dir, attrs);
1047                 return;
1048         }
1049
1050         /*
1051          * The scatterlist segments are mapped into a single
1052          * contiguous IOVA allocation, so this is incredibly easy.
1053          */
1054         start = sg_dma_address(sg);
1055         for_each_sg(sg_next(sg), tmp, nents - 1, i) {
1056                 if (sg_dma_len(tmp) == 0)
1057                         break;
1058                 sg = tmp;
1059         }
1060         end = sg_dma_address(sg) + sg_dma_len(sg);
1061         __iommu_dma_unmap(dev, start, end - start);
1062 }
1063
1064 static dma_addr_t iommu_dma_map_resource(struct device *dev, phys_addr_t phys,
1065                 size_t size, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
1066 {
1067         return __iommu_dma_map(dev, phys, size,
1068                         dma_info_to_prot(dir, false, attrs) | IOMMU_MMIO,
1069                         dma_get_mask(dev));
1070 }
1071
1072 static void iommu_dma_unmap_resource(struct device *dev, dma_addr_t handle,
1073                 size_t size, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
1074 {
1075         __iommu_dma_unmap(dev, handle, size);
1076 }
1077
1078 static void __iommu_dma_free(struct device *dev, size_t size, void *cpu_addr)
1079 {
1080         size_t alloc_size = PAGE_ALIGN(size);
1081         int count = alloc_size >> PAGE_SHIFT;
1082         struct page *page = NULL, **pages = NULL;
1083
1084         /* Non-coherent atomic allocation? Easy */
1085         if (IS_ENABLED(CONFIG_DMA_DIRECT_REMAP) &&
1086             dma_free_from_pool(dev, cpu_addr, alloc_size))
1087                 return;
1088
1089         if (IS_ENABLED(CONFIG_DMA_REMAP) && is_vmalloc_addr(cpu_addr)) {
1090                 /*
1091                  * If it the address is remapped, then it's either non-coherent
1092                  * or highmem CMA, or an iommu_dma_alloc_remap() construction.
1093                  */
1094                 pages = dma_common_find_pages(cpu_addr);
1095                 if (!pages)
1096                         page = vmalloc_to_page(cpu_addr);
1097                 dma_common_free_remap(cpu_addr, alloc_size);
1098         } else {
1099                 /* Lowmem means a coherent atomic or CMA allocation */
1100                 page = virt_to_page(cpu_addr);
1101         }
1102
1103         if (pages)
1104                 __iommu_dma_free_pages(pages, count);
1105         if (page)
1106                 dma_free_contiguous(dev, page, alloc_size);
1107 }
1108
1109 static void iommu_dma_free(struct device *dev, size_t size, void *cpu_addr,
1110                 dma_addr_t handle, unsigned long attrs)
1111 {
1112         __iommu_dma_unmap(dev, handle, size);
1113         __iommu_dma_free(dev, size, cpu_addr);
1114 }
1115
1116 static void *iommu_dma_alloc_pages(struct device *dev, size_t size,
1117                 struct page **pagep, gfp_t gfp, unsigned long attrs)
1118 {
1119         bool coherent = dev_is_dma_coherent(dev);
1120         size_t alloc_size = PAGE_ALIGN(size);
1121         int node = dev_to_node(dev);
1122         struct page *page = NULL;
1123         void *cpu_addr;
1124
1125         page = dma_alloc_contiguous(dev, alloc_size, gfp);
1126         if (!page)
1127                 page = alloc_pages_node(node, gfp, get_order(alloc_size));
1128         if (!page)
1129                 return NULL;
1130
1131         if (IS_ENABLED(CONFIG_DMA_REMAP) && (!coherent || PageHighMem(page))) {
1132                 pgprot_t prot = dma_pgprot(dev, PAGE_KERNEL, attrs);
1133
1134                 cpu_addr = dma_common_contiguous_remap(page, alloc_size,
1135                                 prot, __builtin_return_address(0));
1136                 if (!cpu_addr)
1137                         goto out_free_pages;
1138
1139                 if (!coherent)
1140                         arch_dma_prep_coherent(page, size);
1141         } else {
1142                 cpu_addr = page_address(page);
1143         }
1144
1145         *pagep = page;
1146         memset(cpu_addr, 0, alloc_size);
1147         return cpu_addr;
1148 out_free_pages:
1149         dma_free_contiguous(dev, page, alloc_size);
1150         return NULL;
1151 }
1152
1153 static void *iommu_dma_alloc(struct device *dev, size_t size,
1154                 dma_addr_t *handle, gfp_t gfp, unsigned long attrs)
1155 {
1156         bool coherent = dev_is_dma_coherent(dev);
1157         int ioprot = dma_info_to_prot(DMA_BIDIRECTIONAL, coherent, attrs);
1158         struct page *page = NULL;
1159         void *cpu_addr;
1160
1161         gfp |= __GFP_ZERO;
1162
1163         if (IS_ENABLED(CONFIG_DMA_REMAP) && gfpflags_allow_blocking(gfp) &&
1164             !(attrs & DMA_ATTR_FORCE_CONTIGUOUS)) {
1165                 return iommu_dma_alloc_remap(dev, size, handle, gfp,
1166                                 dma_pgprot(dev, PAGE_KERNEL, attrs), attrs);
1167         }
1168
1169         if (IS_ENABLED(CONFIG_DMA_DIRECT_REMAP) &&
1170             !gfpflags_allow_blocking(gfp) && !coherent)
1171                 page = dma_alloc_from_pool(dev, PAGE_ALIGN(size), &cpu_addr,
1172                                                gfp, NULL);
1173         else
1174                 cpu_addr = iommu_dma_alloc_pages(dev, size, &page, gfp, attrs);
1175         if (!cpu_addr)
1176                 return NULL;
1177
1178         *handle = __iommu_dma_map(dev, page_to_phys(page), size, ioprot,
1179                         dev->coherent_dma_mask);
1180         if (*handle == DMA_MAPPING_ERROR) {
1181                 __iommu_dma_free(dev, size, cpu_addr);
1182                 return NULL;
1183         }
1184
1185         return cpu_addr;
1186 }
1187
1188 static int iommu_dma_mmap(struct device *dev, struct vm_area_struct *vma,
1189                 void *cpu_addr, dma_addr_t dma_addr, size_t size,
1190                 unsigned long attrs)
1191 {
1192         unsigned long nr_pages = PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT;
1193         unsigned long pfn, off = vma->vm_pgoff;
1194         int ret;
1195
1196         vma->vm_page_prot = dma_pgprot(dev, vma->vm_page_prot, attrs);
1197
1198         if (dma_mmap_from_dev_coherent(dev, vma, cpu_addr, size, &ret))
1199                 return ret;
1200
1201         if (off >= nr_pages || vma_pages(vma) > nr_pages - off)
1202                 return -ENXIO;
1203
1204         if (IS_ENABLED(CONFIG_DMA_REMAP) && is_vmalloc_addr(cpu_addr)) {
1205                 struct page **pages = dma_common_find_pages(cpu_addr);
1206
1207                 if (pages)
1208                         return vm_map_pages(vma, pages, nr_pages);
1209                 pfn = vmalloc_to_pfn(cpu_addr);
1210         } else {
1211                 pfn = page_to_pfn(virt_to_page(cpu_addr));
1212         }
1213
1214         return remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, pfn + off,
1215                                vma->vm_end - vma->vm_start,
1216                                vma->vm_page_prot);
1217 }
1218
1219 static int iommu_dma_get_sgtable(struct device *dev, struct sg_table *sgt,
1220                 void *cpu_addr, dma_addr_t dma_addr, size_t size,
1221                 unsigned long attrs)
1222 {
1223         struct page *page;
1224         int ret;
1225
1226         if (IS_ENABLED(CONFIG_DMA_REMAP) && is_vmalloc_addr(cpu_addr)) {
1227                 struct page **pages = dma_common_find_pages(cpu_addr);
1228
1229                 if (pages) {
1230                         return sg_alloc_table_from_pages(sgt, pages,
1231                                         PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT,
1232                                         0, size, GFP_KERNEL);
1233                 }
1234
1235                 page = vmalloc_to_page(cpu_addr);
1236         } else {
1237                 page = virt_to_page(cpu_addr);
1238         }
1239
1240         ret = sg_alloc_table(sgt, 1, GFP_KERNEL);
1241         if (!ret)
1242                 sg_set_page(sgt->sgl, page, PAGE_ALIGN(size), 0);
1243         return ret;
1244 }
1245
1246 static unsigned long iommu_dma_get_merge_boundary(struct device *dev)
1247 {
1248         struct iommu_domain *domain = iommu_get_dma_domain(dev);
1249
1250         return (1UL << __ffs(domain->pgsize_bitmap)) - 1;
1251 }
1252
1253 static const struct dma_map_ops iommu_dma_ops = {
1254         .alloc                  = iommu_dma_alloc,
1255         .free                   = iommu_dma_free,
1256         .alloc_pages            = dma_common_alloc_pages,
1257         .free_pages             = dma_common_free_pages,
1258         .mmap                   = iommu_dma_mmap,
1259         .get_sgtable            = iommu_dma_get_sgtable,
1260         .map_page               = iommu_dma_map_page,
1261         .unmap_page             = iommu_dma_unmap_page,
1262         .map_sg                 = iommu_dma_map_sg,
1263         .unmap_sg               = iommu_dma_unmap_sg,
1264         .sync_single_for_cpu    = iommu_dma_sync_single_for_cpu,
1265         .sync_single_for_device = iommu_dma_sync_single_for_device,
1266         .sync_sg_for_cpu        = iommu_dma_sync_sg_for_cpu,
1267         .sync_sg_for_device     = iommu_dma_sync_sg_for_device,
1268         .map_resource           = iommu_dma_map_resource,
1269         .unmap_resource         = iommu_dma_unmap_resource,
1270         .get_merge_boundary     = iommu_dma_get_merge_boundary,
1271 };
1272
1273 /*
1274  * The IOMMU core code allocates the default DMA domain, which the underlying
1275  * IOMMU driver needs to support via the dma-iommu layer.
1276  */
1277 void iommu_setup_dma_ops(struct device *dev, u64 dma_base, u64 size)
1278 {
1279         struct iommu_domain *domain = iommu_get_domain_for_dev(dev);
1280
1281         if (!domain)
1282                 goto out_err;
1283
1284         /*
1285          * The IOMMU core code allocates the default DMA domain, which the
1286          * underlying IOMMU driver needs to support via the dma-iommu layer.
1287          */
1288         if (domain->type == IOMMU_DOMAIN_DMA) {
1289                 if (iommu_dma_init_domain(domain, dma_base, size, dev))
1290                         goto out_err;
1291                 dev->dma_ops = &iommu_dma_ops;
1292         }
1293
1294         return;
1295 out_err:
1296          pr_warn("Failed to set up IOMMU for device %s; retaining platform DMA ops\n",
1297                  dev_name(dev));
1298 }
1299
1300 static struct iommu_dma_msi_page *iommu_dma_get_msi_page(struct device *dev,
1301                 phys_addr_t msi_addr, struct iommu_domain *domain)
1302 {
1303         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
1304         struct iommu_dma_msi_page *msi_page;
1305         dma_addr_t iova;
1306         int prot = IOMMU_WRITE | IOMMU_NOEXEC | IOMMU_MMIO;
1307         size_t size = cookie_msi_granule(cookie);
1308
1309         msi_addr &= ~(phys_addr_t)(size - 1);
1310         list_for_each_entry(msi_page, &cookie->msi_page_list, list)
1311                 if (msi_page->phys == msi_addr)
1312                         return msi_page;
1313
1314         msi_page = kzalloc(sizeof(*msi_page), GFP_KERNEL);
1315         if (!msi_page)
1316                 return NULL;
1317
1318         iova = iommu_dma_alloc_iova(domain, size, dma_get_mask(dev), dev);
1319         if (!iova)
1320                 goto out_free_page;
1321
1322         if (iommu_map(domain, iova, msi_addr, size, prot))
1323                 goto out_free_iova;
1324
1325         INIT_LIST_HEAD(&msi_page->list);
1326         msi_page->phys = msi_addr;
1327         msi_page->iova = iova;
1328         list_add(&msi_page->list, &cookie->msi_page_list);
1329         return msi_page;
1330
1331 out_free_iova:
1332         iommu_dma_free_iova(cookie, iova, size, NULL);
1333 out_free_page:
1334         kfree(msi_page);
1335         return NULL;
1336 }
1337
1338 int iommu_dma_prepare_msi(struct msi_desc *desc, phys_addr_t msi_addr)
1339 {
1340         struct device *dev = msi_desc_to_dev(desc);
1341         struct iommu_domain *domain = iommu_get_domain_for_dev(dev);
1342         struct iommu_dma_msi_page *msi_page;
1343         static DEFINE_MUTEX(msi_prepare_lock); /* see below */
1344
1345         if (!domain || !domain->iova_cookie) {
1346                 desc->iommu_cookie = NULL;
1347                 return 0;
1348         }
1349
1350         /*
1351          * In fact the whole prepare operation should already be serialised by
1352          * irq_domain_mutex further up the callchain, but that's pretty subtle
1353          * on its own, so consider this locking as failsafe documentation...
1354          */
1355         mutex_lock(&msi_prepare_lock);
1356         msi_page = iommu_dma_get_msi_page(dev, msi_addr, domain);
1357         mutex_unlock(&msi_prepare_lock);
1358
1359         msi_desc_set_iommu_cookie(desc, msi_page);
1360
1361         if (!msi_page)
1362                 return -ENOMEM;
1363         return 0;
1364 }
1365
1366 void iommu_dma_compose_msi_msg(struct msi_desc *desc,
1367                                struct msi_msg *msg)
1368 {
1369         struct device *dev = msi_desc_to_dev(desc);
1370         const struct iommu_domain *domain = iommu_get_domain_for_dev(dev);
1371         const struct iommu_dma_msi_page *msi_page;
1372
1373         msi_page = msi_desc_get_iommu_cookie(desc);
1374
1375         if (!domain || !domain->iova_cookie || WARN_ON(!msi_page))
1376                 return;
1377
1378         msg->address_hi = upper_32_bits(msi_page->iova);
1379         msg->address_lo &= cookie_msi_granule(domain->iova_cookie) - 1;
1380         msg->address_lo += lower_32_bits(msi_page->iova);
1381 }
1382
1383 static int iommu_dma_init(void)
1384 {
1385         if (is_kdump_kernel())
1386                 static_branch_enable(&iommu_deferred_attach_enabled);
1387
1388         return iova_cache_get();
1389 }
1390 arch_initcall(iommu_dma_init);