include/linux/dma-buf.h

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only */
   2 /*
   3  * Header file for dma buffer sharing framework.
   4  *
   5  * Copyright(C) 2011 Linaro Limited. All rights reserved.
   6  * Author: Sumit Semwal <sumit.semwal@ti.com>
   7  *
   8  * Many thanks to linaro-mm-sig list, and specially
   9  * Arnd Bergmann <arnd@arndb.de>, Rob Clark <rob@ti.com> and
  10  * Daniel Vetter <daniel@ffwll.ch> for their support in creation and
  11  * refining of this idea.
  12  */
  13 #ifndef __DMA_BUF_H__
  14 #define __DMA_BUF_H__
  15
  16 #include <linux/file.h>
  17 #include <linux/err.h>
  18 #include <linux/scatterlist.h>
  19 #include <linux/list.h>
  20 #include <linux/dma-mapping.h>
  21 #include <linux/fs.h>
  22 #include <linux/dma-fence.h>
  23 #include <linux/wait.h>
  24
  25 struct device;
  26 struct dma_buf;
  27 struct dma_buf_attachment;
  28
  29 /**
  30  * struct dma_buf_ops - operations possible on struct dma_buf
  31  * @map_atomic: [optional] maps a page from the buffer into kernel address
  32  *              space, users may not block until the subsequent unmap call.
  33  *              This callback must not sleep.
  34  * @unmap_atomic: [optional] unmaps a atomically mapped page from the buffer.
  35  *                This Callback must not sleep.
  36  * @map: [optional] maps a page from the buffer into kernel address space.
  37  * @unmap: [optional] unmaps a page from the buffer.
  38  * @vmap: [optional] creates a virtual mapping for the buffer into kernel
  39  *        address space. Same restrictions as for vmap and friends apply.
  40  * @vunmap: [optional] unmaps a vmap from the buffer
  41  */
  42 struct dma_buf_ops {
  43         /**
  44          * @attach:
  45          *
  46          * This is called from dma_buf_attach() to make sure that a given
  47          * &dma_buf_attachment.dev can access the provided &dma_buf. Exporters
  48          * which support buffer objects in special locations like VRAM or
  49          * device-specific carveout areas should check whether the buffer could
  50          * be move to system memory (or directly accessed by the provided
  51          * device), and otherwise need to fail the attach operation.
  52          *
  53          * The exporter should also in general check whether the current
  54          * allocation fullfills the DMA constraints of the new device. If this
  55          * is not the case, and the allocation cannot be moved, it should also
  56          * fail the attach operation.
  57          *
  58          * Any exporter-private housekeeping data can be stored in the
  59          * &dma_buf_attachment.priv pointer.
  60          *
  61          * This callback is optional.
  62          *
  63          * Returns:
  64          *
  65          * 0 on success, negative error code on failure. It might return -EBUSY
  66          * to signal that backing storage is already allocated and incompatible
  67          * with the requirements of requesting device.
  68          */
  69         int (*attach)(struct dma_buf *, struct dma_buf_attachment *);
  70
  71         /**
  72          * @detach:
  73          *
  74          * This is called by dma_buf_detach() to release a &dma_buf_attachment.
  75          * Provided so that exporters can clean up any housekeeping for an
  76          * &dma_buf_attachment.
  77          *
  78          * This callback is optional.
  79          */
  80         void (*detach)(struct dma_buf *, struct dma_buf_attachment *);
  81
  82         /**
  83          * @map_dma_buf:
  84          *
  85          * This is called by dma_buf_map_attachment() and is used to map a
  86          * shared &dma_buf into device address space, and it is mandatory. It
  87          * can only be called if @attach has been called successfully. This
  88          * essentially pins the DMA buffer into place, and it cannot be moved
  89          * any more
  90          *
  91          * This call may sleep, e.g. when the backing storage first needs to be
  92          * allocated, or moved to a location suitable for all currently attached
  93          * devices.
  94          *
  95          * Note that any specific buffer attributes required for this function
  96          * should get added to device_dma_parameters accessible via
  97          * &device.dma_params from the &dma_buf_attachment. The @attach callback
  98          * should also check these constraints.
  99          *
 100          * If this is being called for the first time, the exporter can now
 101          * choose to scan through the list of attachments for this buffer,
 102          * collate the requirements of the attached devices, and choose an
 103          * appropriate backing storage for the buffer.
 104          *
 105          * Based on enum dma_data_direction, it might be possible to have
 106          * multiple users accessing at the same time (for reading, maybe), or
 107          * any other kind of sharing that the exporter might wish to make
 108          * available to buffer-users.
 109          *
 110          * Returns:
 111          *
 112          * A &sg_table scatter list of or the backing storage of the DMA buffer,
 113          * already mapped into the device address space of the &device attached
 114          * with the provided &dma_buf_attachment.
 115          *
 116          * On failure, returns a negative error value wrapped into a pointer.
 117          * May also return -EINTR when a signal was received while being
 118          * blocked.
 119          */
 120         struct sg_table * (*map_dma_buf)(struct dma_buf_attachment *,
 121                                          enum dma_data_direction);
 122         /**
 123          * @unmap_dma_buf:
 124          *
 125          * This is called by dma_buf_unmap_attachment() and should unmap and
 126          * release the &sg_table allocated in @map_dma_buf, and it is mandatory.
 127          * It should also unpin the backing storage if this is the last mapping
 128          * of the DMA buffer, it the exporter supports backing storage
 129          * migration.
 130          */
 131         void (*unmap_dma_buf)(struct dma_buf_attachment *,
 132                               struct sg_table *,
 133                               enum dma_data_direction);
 134
 135         /* TODO: Add try_map_dma_buf version, to return immed with -EBUSY
 136          * if the call would block.
 137          */
 138
 139         /**
 140          * @release:
 141          *
 142          * Called after the last dma_buf_put to release the &dma_buf, and
 143          * mandatory.
 144          */
 145         void (*release)(struct dma_buf *);
 146
 147         /**
 148          * @begin_cpu_access:
 149          *
 150          * This is called from dma_buf_begin_cpu_access() and allows the
 151          * exporter to ensure that the memory is actually available for cpu
 152          * access - the exporter might need to allocate or swap-in and pin the
 153          * backing storage. The exporter also needs to ensure that cpu access is
 154          * coherent for the access direction. The direction can be used by the
 155          * exporter to optimize the cache flushing, i.e. access with a different
 156          * direction (read instead of write) might return stale or even bogus
 157          * data (e.g. when the exporter needs to copy the data to temporary
 158          * storage).
 159          *
 160          * This callback is optional.
 161          *
 162          * FIXME: This is both called through the DMA_BUF_IOCTL_SYNC command
 163          * from userspace (where storage shouldn't be pinned to avoid handing
 164          * de-factor mlock rights to userspace) and for the kernel-internal
 165          * users of the various kmap interfaces, where the backing storage must
 166          * be pinned to guarantee that the atomic kmap calls can succeed. Since
 167          * there's no in-kernel users of the kmap interfaces yet this isn't a
 168          * real problem.
 169          *
 170          * Returns:
 171          *
 172          * 0 on success or a negative error code on failure. This can for
 173          * example fail when the backing storage can't be allocated. Can also
 174          * return -ERESTARTSYS or -EINTR when the call has been interrupted and
 175          * needs to be restarted.
 176          */
 177         int (*begin_cpu_access)(struct dma_buf *, enum dma_data_direction);
 178
 179         /**
 180          * @end_cpu_access:
 181          *
 182          * This is called from dma_buf_end_cpu_access() when the importer is
 183          * done accessing the CPU. The exporter can use this to flush caches and
 184          * unpin any resources pinned in @begin_cpu_access.
 185          * The result of any dma_buf kmap calls after end_cpu_access is
 186          * undefined.
 187          *
 188          * This callback is optional.
 189          *
 190          * Returns:
 191          *
 192          * 0 on success or a negative error code on failure. Can return
 193          * -ERESTARTSYS or -EINTR when the call has been interrupted and needs
 194          * to be restarted.
 195          */
 196         int (*end_cpu_access)(struct dma_buf *, enum dma_data_direction);
 197         void *(*map)(struct dma_buf *, unsigned long);
 198         void (*unmap)(struct dma_buf *, unsigned long, void *);
 199
 200         /**
 201          * @mmap:
 202          *
 203          * This callback is used by the dma_buf_mmap() function
 204          *
 205          * Note that the mapping needs to be incoherent, userspace is expected
 206          * to braket CPU access using the DMA_BUF_IOCTL_SYNC interface.
 207          *
 208          * Because dma-buf buffers have invariant size over their lifetime, the
 209          * dma-buf core checks whether a vma is too large and rejects such
 210          * mappings. The exporter hence does not need to duplicate this check.
 211          * Drivers do not need to check this themselves.
 212          *
 213          * If an exporter needs to manually flush caches and hence needs to fake
 214          * coherency for mmap support, it needs to be able to zap all the ptes
 215          * pointing at the backing storage. Now linux mm needs a struct
 216          * address_space associated with the struct file stored in vma->vm_file
 217          * to do that with the function unmap_mapping_range. But the dma_buf
 218          * framework only backs every dma_buf fd with the anon_file struct file,
 219          * i.e. all dma_bufs share the same file.
 220          *
 221          * Hence exporters need to setup their own file (and address_space)
 222          * association by setting vma->vm_file and adjusting vma->vm_pgoff in
 223          * the dma_buf mmap callback. In the specific case of a gem driver the
 224          * exporter could use the shmem file already provided by gem (and set
 225          * vm_pgoff = 0). Exporters can then zap ptes by unmapping the
 226          * corresponding range of the struct address_space associated with their
 227          * own file.
 228          *
 229          * This callback is optional.
 230          *
 231          * Returns:
 232          *
 233          * 0 on success or a negative error code on failure.
 234          */
 235         int (*mmap)(struct dma_buf *, struct vm_area_struct *vma);
 236
 237         void *(*vmap)(struct dma_buf *);
 238         void (*vunmap)(struct dma_buf *, void *vaddr);
 239 };
 240
 241 /**
 242  * struct dma_buf - shared buffer object
 243  * @size: size of the buffer
 244  * @file: file pointer used for sharing buffers across, and for refcounting.
 245  * @attachments: list of dma_buf_attachment that denotes all devices attached.
 246  * @ops: dma_buf_ops associated with this buffer object.
 247  * @lock: used internally to serialize list manipulation, attach/detach and vmap/unmap
 248  * @vmapping_counter: used internally to refcnt the vmaps
 249  * @vmap_ptr: the current vmap ptr if vmapping_counter > 0
 250  * @exp_name: name of the exporter; useful for debugging.
 251  * @owner: pointer to exporter module; used for refcounting when exporter is a
 252  *         kernel module.
 253  * @list_node: node for dma_buf accounting and debugging.
 254  * @priv: exporter specific private data for this buffer object.
 255  * @resv: reservation object linked to this dma-buf
 256  * @poll: for userspace poll support
 257  * @cb_excl: for userspace poll support
 258  * @cb_shared: for userspace poll support
 259  *
 260  * This represents a shared buffer, created by calling dma_buf_export(). The
 261  * userspace representation is a normal file descriptor, which can be created by
 262  * calling dma_buf_fd().
 263  *
 264  * Shared dma buffers are reference counted using dma_buf_put() and
 265  * get_dma_buf().
 266  *
 267  * Device DMA access is handled by the separate &struct dma_buf_attachment.
 268  */
 269 struct dma_buf {
 270         size_t size;
 271         struct file *file;
 272         struct list_head attachments;
 273         const struct dma_buf_ops *ops;
 274         struct mutex lock;
 275         unsigned vmapping_counter;
 276         void *vmap_ptr;
 277         const char *exp_name;
 278         struct module *owner;
 279         struct list_head list_node;
 280         void *priv;
 281         struct reservation_object *resv;
 282
 283         /* poll support */
 284         wait_queue_head_t poll;
 285
 286         struct dma_buf_poll_cb_t {
 287                 struct dma_fence_cb cb;
 288                 wait_queue_head_t *poll;
 289
 290                 __poll_t active;
 291         } cb_excl, cb_shared;
 292 };
 293
 294 /**
 295  * struct dma_buf_attachment - holds device-buffer attachment data
 296  * @dmabuf: buffer for this attachment.
 297  * @dev: device attached to the buffer.
 298  * @node: list of dma_buf_attachment.
 299  * @priv: exporter specific attachment data.
 300  *
 301  * This structure holds the attachment information between the dma_buf buffer
 302  * and its user device(s). The list contains one attachment struct per device
 303  * attached to the buffer.
 304  *
 305  * An attachment is created by calling dma_buf_attach(), and released again by
 306  * calling dma_buf_detach(). The DMA mapping itself needed to initiate a
 307  * transfer is created by dma_buf_map_attachment() and freed again by calling
 308  * dma_buf_unmap_attachment().
 309  */
 310 struct dma_buf_attachment {
 311         struct dma_buf *dmabuf;
 312         struct device *dev;
 313         struct list_head node;
 314         void *priv;
 315 };
 316
 317 /**
 318  * struct dma_buf_export_info - holds information needed to export a dma_buf
 319  * @exp_name:   name of the exporter - useful for debugging.
 320  * @owner:      pointer to exporter module - used for refcounting kernel module
 321  * @ops:        Attach allocator-defined dma buf ops to the new buffer
 322  * @size:       Size of the buffer
 323  * @flags:      mode flags for the file
 324  * @resv:       reservation-object, NULL to allocate default one
 325  * @priv:       Attach private data of allocator to this buffer
 326  *
 327  * This structure holds the information required to export the buffer. Used
 328  * with dma_buf_export() only.
 329  */
 330 struct dma_buf_export_info {
 331         const char *exp_name;
 332         struct module *owner;
 333         const struct dma_buf_ops *ops;
 334         size_t size;
 335         int flags;
 336         struct reservation_object *resv;
 337         void *priv;
 338 };
 339
 340 /**
 341  * DEFINE_DMA_BUF_EXPORT_INFO - helper macro for exporters
 342  * @name: export-info name
 343  *
 344  * DEFINE_DMA_BUF_EXPORT_INFO macro defines the &struct dma_buf_export_info,
 345  * zeroes it out and pre-populates exp_name in it.
 346  */
 347 #define DEFINE_DMA_BUF_EXPORT_INFO(name)        \
 348         struct dma_buf_export_info name = { .exp_name = KBUILD_MODNAME, \
 349                                          .owner = THIS_MODULE }
 350
 351 /**
 352  * get_dma_buf - convenience wrapper for get_file.
 353  * @dmabuf:     [in]    pointer to dma_buf
 354  *
 355  * Increments the reference count on the dma-buf, needed in case of drivers
 356  * that either need to create additional references to the dmabuf on the
 357  * kernel side.  For example, an exporter that needs to keep a dmabuf ptr
 358  * so that subsequent exports don't create a new dmabuf.
 359  */
 360 static inline void get_dma_buf(struct dma_buf *dmabuf)
 361 {
 362         get_file(dmabuf->file);
 363 }
 364
 365 struct dma_buf_attachment *dma_buf_attach(struct dma_buf *dmabuf,
 366                                                         struct device *dev);
 367 void dma_buf_detach(struct dma_buf *dmabuf,
 368                                 struct dma_buf_attachment *dmabuf_attach);
 369
 370 struct dma_buf *dma_buf_export(const struct dma_buf_export_info *exp_info);
 371
 372 int dma_buf_fd(struct dma_buf *dmabuf, int flags);
 373 struct dma_buf *dma_buf_get(int fd);
 374 void dma_buf_put(struct dma_buf *dmabuf);
 375
 376 struct sg_table *dma_buf_map_attachment(struct dma_buf_attachment *,
 377                                         enum dma_data_direction);
 378 void dma_buf_unmap_attachment(struct dma_buf_attachment *, struct sg_table *,
 379                                 enum dma_data_direction);
 380 int dma_buf_begin_cpu_access(struct dma_buf *dma_buf,
 381                              enum dma_data_direction dir);
 382 int dma_buf_end_cpu_access(struct dma_buf *dma_buf,
 383                            enum dma_data_direction dir);
 384 void *dma_buf_kmap(struct dma_buf *, unsigned long);
 385 void dma_buf_kunmap(struct dma_buf *, unsigned long, void *);
 386
 387 int dma_buf_mmap(struct dma_buf *, struct vm_area_struct *,
 388                  unsigned long);
 389 void *dma_buf_vmap(struct dma_buf *);
 390 void dma_buf_vunmap(struct dma_buf *, void *vaddr);
 391 #endif /* __DMA_BUF_H__ */