kernel/dma/swiotlb.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * Dynamic DMA mapping support.
   4  *
   5  * This implementation is a fallback for platforms that do not support
   6  * I/O TLBs (aka DMA address translation hardware).
   7  * Copyright (C) 2000 Asit Mallick <Asit.K.Mallick@intel.com>
   8  * Copyright (C) 2000 Goutham Rao <goutham.rao@intel.com>
   9  * Copyright (C) 2000, 2003 Hewlett-Packard Co
  10  *      David Mosberger-Tang <davidm@hpl.hp.com>
  11  *
  12  * 03/05/07 davidm      Switch from PCI-DMA to generic device DMA API.
  13  * 00/12/13 davidm      Rename to swiotlb.c and add mark_clean() to avoid
  14  *                      unnecessary i-cache flushing.
  15  * 04/07/.. ak          Better overflow handling. Assorted fixes.
  16  * 05/09/10 linville    Add support for syncing ranges, support syncing for
  17  *                      DMA_BIDIRECTIONAL mappings, miscellaneous cleanup.
  18  * 08/12/11 beckyb      Add highmem support
  19  */
  20
  21 #define pr_fmt(fmt) "software IO TLB: " fmt
  22
  23 #include <linux/cache.h>
  24 #include <linux/cc_platform.h>
  25 #include <linux/ctype.h>
  26 #include <linux/debugfs.h>
  27 #include <linux/dma-direct.h>
  28 #include <linux/dma-map-ops.h>
  29 #include <linux/export.h>
  30 #include <linux/gfp.h>
  31 #include <linux/highmem.h>
  32 #include <linux/io.h>
  33 #include <linux/iommu-helper.h>
  34 #include <linux/init.h>
  35 #include <linux/memblock.h>
  36 #include <linux/mm.h>
  37 #include <linux/pfn.h>
  38 #include <linux/scatterlist.h>
  39 #include <linux/set_memory.h>
  40 #include <linux/spinlock.h>
  41 #include <linux/string.h>
  42 #include <linux/swiotlb.h>
  43 #include <linux/types.h>
  44 #ifdef CONFIG_DMA_RESTRICTED_POOL
  45 #include <linux/of.h>
  46 #include <linux/of_fdt.h>
  47 #include <linux/of_reserved_mem.h>
  48 #include <linux/slab.h>
  49 #endif
  50
  51 #define CREATE_TRACE_POINTS
  52 #include <trace/events/swiotlb.h>
  53
  54 #define SLABS_PER_PAGE (1 << (PAGE_SHIFT - IO_TLB_SHIFT))
  55
  56 /*
  57  * Minimum IO TLB size to bother booting with.  Systems with mainly
  58  * 64bit capable cards will only lightly use the swiotlb.  If we can't
  59  * allocate a contiguous 1MB, we're probably in trouble anyway.
  60  */
  61 #define IO_TLB_MIN_SLABS ((1<<20) >> IO_TLB_SHIFT)
  62
  63 #define INVALID_PHYS_ADDR (~(phys_addr_t)0)
  64
  65 struct io_tlb_slot {
  66         phys_addr_t orig_addr;
  67         size_t alloc_size;
  68         unsigned int list;
  69 };
  70
  71 static bool swiotlb_force_bounce;
  72 static bool swiotlb_force_disable;
  73
  74 struct io_tlb_mem io_tlb_default_mem;
  75
  76 phys_addr_t swiotlb_unencrypted_base;
  77
  78 static unsigned long default_nslabs = IO_TLB_DEFAULT_SIZE >> IO_TLB_SHIFT;
  79 static unsigned long default_nareas;
  80
  81 /**
  82  * struct io_tlb_area - IO TLB memory area descriptor
  83  *
  84  * This is a single area with a single lock.
  85  *
  86  * @used:       The number of used IO TLB block.
  87  * @index:      The slot index to start searching in this area for next round.
  88  * @lock:       The lock to protect the above data structures in the map and
  89  *              unmap calls.
  90  */
  91 struct io_tlb_area {
  92         unsigned long used;
  93         unsigned int index;
  94         spinlock_t lock;
  95 };
  96
  97 /*
  98  * Round up number of slabs to the next power of 2. The last area is going
  99  * be smaller than the rest if default_nslabs is not power of two.
 100  * The number of slot in an area should be a multiple of IO_TLB_SEGSIZE,
 101  * otherwise a segment may span two or more areas. It conflicts with free
 102  * contiguous slots tracking: free slots are treated contiguous no matter
 103  * whether they cross an area boundary.
 104  *
 105  * Return true if default_nslabs is rounded up.
 106  */
 107 static bool round_up_default_nslabs(void)
 108 {
 109         if (!default_nareas)
 110                 return false;
 111
 112         if (default_nslabs < IO_TLB_SEGSIZE * default_nareas)
 113                 default_nslabs = IO_TLB_SEGSIZE * default_nareas;
 114         else if (is_power_of_2(default_nslabs))
 115                 return false;
 116         default_nslabs = roundup_pow_of_two(default_nslabs);
 117         return true;
 118 }
 119
 120 static void swiotlb_adjust_nareas(unsigned int nareas)
 121 {
 122         if (!is_power_of_2(nareas))
 123                 nareas = roundup_pow_of_two(nareas);
 124
 125         default_nareas = nareas;
 126
 127         pr_info("area num %d.\n", nareas);
 128         if (round_up_default_nslabs())
 129                 pr_info("SWIOTLB bounce buffer size roundup to %luMB",
 130                         (default_nslabs << IO_TLB_SHIFT) >> 20);
 131 }
 132
 133 static int __init
 134 setup_io_tlb_npages(char *str)
 135 {
 136         if (isdigit(*str)) {
 137                 /* avoid tail segment of size < IO_TLB_SEGSIZE */
 138                 default_nslabs =
 139                         ALIGN(simple_strtoul(str, &str, 0), IO_TLB_SEGSIZE);
 140         }
 141         if (*str == ',')
 142                 ++str;
 143         if (isdigit(*str))
 144                 swiotlb_adjust_nareas(simple_strtoul(str, &str, 0));
 145         if (*str == ',')
 146                 ++str;
 147         if (!strcmp(str, "force"))
 148                 swiotlb_force_bounce = true;
 149         else if (!strcmp(str, "noforce"))
 150                 swiotlb_force_disable = true;
 151
 152         return 0;
 153 }
 154 early_param("swiotlb", setup_io_tlb_npages);
 155
 156 unsigned int swiotlb_max_segment(void)
 157 {
 158         if (!io_tlb_default_mem.nslabs)
 159                 return 0;
 160         return rounddown(io_tlb_default_mem.nslabs << IO_TLB_SHIFT, PAGE_SIZE);
 161 }
 162 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_max_segment);
 163
 164 unsigned long swiotlb_size_or_default(void)
 165 {
 166         return default_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 167 }
 168
 169 void __init swiotlb_adjust_size(unsigned long size)
 170 {
 171         /*
 172          * If swiotlb parameter has not been specified, give a chance to
 173          * architectures such as those supporting memory encryption to
 174          * adjust/expand SWIOTLB size for their use.
 175          */
 176         if (default_nslabs != IO_TLB_DEFAULT_SIZE >> IO_TLB_SHIFT)
 177                 return;
 178
 179         size = ALIGN(size, IO_TLB_SIZE);
 180         default_nslabs = ALIGN(size >> IO_TLB_SHIFT, IO_TLB_SEGSIZE);
 181         if (round_up_default_nslabs())
 182                 size = default_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 183         pr_info("SWIOTLB bounce buffer size adjusted to %luMB", size >> 20);
 184 }
 185
 186 void swiotlb_print_info(void)
 187 {
 188         struct io_tlb_mem *mem = &io_tlb_default_mem;
 189
 190         if (!mem->nslabs) {
 191                 pr_warn("No low mem\n");
 192                 return;
 193         }
 194
 195         pr_info("mapped [mem %pa-%pa] (%luMB)\n", &mem->start, &mem->end,
 196                (mem->nslabs << IO_TLB_SHIFT) >> 20);
 197 }
 198
 199 static inline unsigned long io_tlb_offset(unsigned long val)
 200 {
 201         return val & (IO_TLB_SEGSIZE - 1);
 202 }
 203
 204 static inline unsigned long nr_slots(u64 val)
 205 {
 206         return DIV_ROUND_UP(val, IO_TLB_SIZE);
 207 }
 208
 209 /*
 210  * Remap swioltb memory in the unencrypted physical address space
 211  * when swiotlb_unencrypted_base is set. (e.g. for Hyper-V AMD SEV-SNP
 212  * Isolation VMs).
 213  */
 214 #ifdef CONFIG_HAS_IOMEM
 215 static void *swiotlb_mem_remap(struct io_tlb_mem *mem, unsigned long bytes)
 216 {
 217         void *vaddr = NULL;
 218
 219         if (swiotlb_unencrypted_base) {
 220                 phys_addr_t paddr = mem->start + swiotlb_unencrypted_base;
 221
 222                 vaddr = memremap(paddr, bytes, MEMREMAP_WB);
 223                 if (!vaddr)
 224                         pr_err("Failed to map the unencrypted memory %pa size %lx.\n",
 225                                &paddr, bytes);
 226         }
 227
 228         return vaddr;
 229 }
 230 #else
 231 static void *swiotlb_mem_remap(struct io_tlb_mem *mem, unsigned long bytes)
 232 {
 233         return NULL;
 234 }
 235 #endif
 236
 237 /*
 238  * Early SWIOTLB allocation may be too early to allow an architecture to
 239  * perform the desired operations.  This function allows the architecture to
 240  * call SWIOTLB when the operations are possible.  It needs to be called
 241  * before the SWIOTLB memory is used.
 242  */
 243 void __init swiotlb_update_mem_attributes(void)
 244 {
 245         struct io_tlb_mem *mem = &io_tlb_default_mem;
 246         void *vaddr;
 247         unsigned long bytes;
 248
 249         if (!mem->nslabs || mem->late_alloc)
 250                 return;
 251         vaddr = phys_to_virt(mem->start);
 252         bytes = PAGE_ALIGN(mem->nslabs << IO_TLB_SHIFT);
 253         set_memory_decrypted((unsigned long)vaddr, bytes >> PAGE_SHIFT);
 254
 255         mem->vaddr = swiotlb_mem_remap(mem, bytes);
 256         if (!mem->vaddr)
 257                 mem->vaddr = vaddr;
 258 }
 259
 260 static void swiotlb_init_io_tlb_mem(struct io_tlb_mem *mem, phys_addr_t start,
 261                 unsigned long nslabs, unsigned int flags,
 262                 bool late_alloc, unsigned int nareas)
 263 {
 264         void *vaddr = phys_to_virt(start);
 265         unsigned long bytes = nslabs << IO_TLB_SHIFT, i;
 266
 267         mem->nslabs = nslabs;
 268         mem->start = start;
 269         mem->end = mem->start + bytes;
 270         mem->late_alloc = late_alloc;
 271         mem->nareas = nareas;
 272         mem->area_nslabs = nslabs / mem->nareas;
 273
 274         mem->force_bounce = swiotlb_force_bounce || (flags & SWIOTLB_FORCE);
 275
 276         for (i = 0; i < mem->nareas; i++) {
 277                 spin_lock_init(&mem->areas[i].lock);
 278                 mem->areas[i].index = 0;
 279         }
 280
 281         for (i = 0; i < mem->nslabs; i++) {
 282                 mem->slots[i].list = IO_TLB_SEGSIZE - io_tlb_offset(i);
 283                 mem->slots[i].orig_addr = INVALID_PHYS_ADDR;
 284                 mem->slots[i].alloc_size = 0;
 285         }
 286
 287         /*
 288          * If swiotlb_unencrypted_base is set, the bounce buffer memory will
 289          * be remapped and cleared in swiotlb_update_mem_attributes.
 290          */
 291         if (swiotlb_unencrypted_base)
 292                 return;
 293
 294         memset(vaddr, 0, bytes);
 295         mem->vaddr = vaddr;
 296         return;
 297 }
 298
 299 /*
 300  * Statically reserve bounce buffer space and initialize bounce buffer data
 301  * structures for the software IO TLB used to implement the DMA API.
 302  */
 303 void __init swiotlb_init_remap(bool addressing_limit, unsigned int flags,
 304                 int (*remap)(void *tlb, unsigned long nslabs))
 305 {
 306         struct io_tlb_mem *mem = &io_tlb_default_mem;
 307         unsigned long nslabs;
 308         size_t alloc_size;
 309         size_t bytes;
 310         void *tlb;
 311
 312         if (!addressing_limit && !swiotlb_force_bounce)
 313                 return;
 314         if (swiotlb_force_disable)
 315                 return;
 316
 317         /*
 318          * default_nslabs maybe changed when adjust area number.
 319          * So allocate bounce buffer after adjusting area number.
 320          */
 321         if (!default_nareas)
 322                 swiotlb_adjust_nareas(num_possible_cpus());
 323
 324         nslabs = default_nslabs;
 325         if (nslabs < IO_TLB_MIN_SLABS)
 326                 panic("%s: nslabs = %lu too small\n", __func__, nslabs);
 327
 328         /*
 329          * By default allocate the bounce buffer memory from low memory, but
 330          * allow to pick a location everywhere for hypervisors with guest
 331          * memory encryption.
 332          */
 333 retry:
 334         bytes = PAGE_ALIGN(nslabs << IO_TLB_SHIFT);
 335         if (flags & SWIOTLB_ANY)
 336                 tlb = memblock_alloc(bytes, PAGE_SIZE);
 337         else
 338                 tlb = memblock_alloc_low(bytes, PAGE_SIZE);
 339         if (!tlb) {
 340                 pr_warn("%s: Failed to allocate %zu bytes tlb structure\n",
 341                         __func__, bytes);
 342                 return;
 343         }
 344
 345         if (remap && remap(tlb, nslabs) < 0) {
 346                 memblock_free(tlb, PAGE_ALIGN(bytes));
 347
 348                 nslabs = ALIGN(nslabs >> 1, IO_TLB_SEGSIZE);
 349                 if (nslabs < IO_TLB_MIN_SLABS)
 350                         panic("%s: Failed to remap %zu bytes\n",
 351                               __func__, bytes);
 352                 goto retry;
 353         }
 354
 355         alloc_size = PAGE_ALIGN(array_size(sizeof(*mem->slots), nslabs));
 356         mem->slots = memblock_alloc(alloc_size, PAGE_SIZE);
 357         if (!mem->slots)
 358                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes align=0x%lx\n",
 359                       __func__, alloc_size, PAGE_SIZE);
 360
 361         mem->areas = memblock_alloc(sizeof(struct io_tlb_area) *
 362                 default_nareas, SMP_CACHE_BYTES);
 363         if (!mem->areas)
 364                 panic("%s: Failed to allocate mem->areas.\n", __func__);
 365
 366         swiotlb_init_io_tlb_mem(mem, __pa(tlb), nslabs, flags, false,
 367                                 default_nareas);
 368
 369         if (flags & SWIOTLB_VERBOSE)
 370                 swiotlb_print_info();
 371 }
 372
 373 void __init swiotlb_init(bool addressing_limit, unsigned int flags)
 374 {
 375         swiotlb_init_remap(addressing_limit, flags, NULL);
 376 }
 377
 378 /*
 379  * Systems with larger DMA zones (those that don't support ISA) can
 380  * initialize the swiotlb later using the slab allocator if needed.
 381  * This should be just like above, but with some error catching.
 382  */
 383 int swiotlb_init_late(size_t size, gfp_t gfp_mask,
 384                 int (*remap)(void *tlb, unsigned long nslabs))
 385 {
 386         struct io_tlb_mem *mem = &io_tlb_default_mem;
 387         unsigned long nslabs = ALIGN(size >> IO_TLB_SHIFT, IO_TLB_SEGSIZE);
 388         unsigned char *vstart = NULL;
 389         unsigned int order, area_order;
 390         bool retried = false;
 391         int rc = 0;
 392
 393         if (swiotlb_force_disable)
 394                 return 0;
 395
 396 retry:
 397         order = get_order(nslabs << IO_TLB_SHIFT);
 398         nslabs = SLABS_PER_PAGE << order;
 399
 400         while ((SLABS_PER_PAGE << order) > IO_TLB_MIN_SLABS) {
 401                 vstart = (void *)__get_free_pages(gfp_mask | __GFP_NOWARN,
 402                                                   order);
 403                 if (vstart)
 404                         break;
 405                 order--;
 406                 nslabs = SLABS_PER_PAGE << order;
 407                 retried = true;
 408         }
 409
 410         if (!vstart)
 411                 return -ENOMEM;
 412
 413         if (remap)
 414                 rc = remap(vstart, nslabs);
 415         if (rc) {
 416                 free_pages((unsigned long)vstart, order);
 417
 418                 nslabs = ALIGN(nslabs >> 1, IO_TLB_SEGSIZE);
 419                 if (nslabs < IO_TLB_MIN_SLABS)
 420                         return rc;
 421                 retried = true;
 422                 goto retry;
 423         }
 424
 425         if (retried) {
 426                 pr_warn("only able to allocate %ld MB\n",
 427                         (PAGE_SIZE << order) >> 20);
 428         }
 429
 430         if (!default_nareas)
 431                 swiotlb_adjust_nareas(num_possible_cpus());
 432
 433         area_order = get_order(array_size(sizeof(*mem->areas),
 434                 default_nareas));
 435         mem->areas = (struct io_tlb_area *)
 436                 __get_free_pages(GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, area_order);
 437         if (!mem->areas)
 438                 goto error_area;
 439
 440         mem->slots = (void *)__get_free_pages(GFP_KERNEL | __GFP_ZERO,
 441                 get_order(array_size(sizeof(*mem->slots), nslabs)));
 442         if (!mem->slots)
 443                 goto error_slots;
 444
 445         set_memory_decrypted((unsigned long)vstart,
 446                              (nslabs << IO_TLB_SHIFT) >> PAGE_SHIFT);
 447         swiotlb_init_io_tlb_mem(mem, virt_to_phys(vstart), nslabs, 0, true,
 448                                 default_nareas);
 449
 450         swiotlb_print_info();
 451         return 0;
 452
 453 error_slots:
 454         free_pages((unsigned long)mem->areas, area_order);
 455 error_area:
 456         free_pages((unsigned long)vstart, order);
 457         return -ENOMEM;
 458 }
 459
 460 void __init swiotlb_exit(void)
 461 {
 462         struct io_tlb_mem *mem = &io_tlb_default_mem;
 463         unsigned long tbl_vaddr;
 464         size_t tbl_size, slots_size;
 465         unsigned int area_order;
 466
 467         if (swiotlb_force_bounce)
 468                 return;
 469
 470         if (!mem->nslabs)
 471                 return;
 472
 473         pr_info("tearing down default memory pool\n");
 474         tbl_vaddr = (unsigned long)phys_to_virt(mem->start);
 475         tbl_size = PAGE_ALIGN(mem->end - mem->start);
 476         slots_size = PAGE_ALIGN(array_size(sizeof(*mem->slots), mem->nslabs));
 477
 478         set_memory_encrypted(tbl_vaddr, tbl_size >> PAGE_SHIFT);
 479         if (mem->late_alloc) {
 480                 area_order = get_order(array_size(sizeof(*mem->areas),
 481                         mem->nareas));
 482                 free_pages((unsigned long)mem->areas, area_order);
 483                 free_pages(tbl_vaddr, get_order(tbl_size));
 484                 free_pages((unsigned long)mem->slots, get_order(slots_size));
 485         } else {
 486                 memblock_free_late(__pa(mem->areas),
 487                                    mem->nareas * sizeof(struct io_tlb_area));
 488                 memblock_free_late(mem->start, tbl_size);
 489                 memblock_free_late(__pa(mem->slots), slots_size);
 490         }
 491
 492         memset(mem, 0, sizeof(*mem));
 493 }
 494
 495 /*
 496  * Return the offset into a iotlb slot required to keep the device happy.
 497  */
 498 static unsigned int swiotlb_align_offset(struct device *dev, u64 addr)
 499 {
 500         return addr & dma_get_min_align_mask(dev) & (IO_TLB_SIZE - 1);
 501 }
 502
 503 /*
 504  * Bounce: copy the swiotlb buffer from or back to the original dma location
 505  */
 506 static void swiotlb_bounce(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr, size_t size,
 507                            enum dma_data_direction dir)
 508 {
 509         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
 510         int index = (tlb_addr - mem->start) >> IO_TLB_SHIFT;
 511         phys_addr_t orig_addr = mem->slots[index].orig_addr;
 512         size_t alloc_size = mem->slots[index].alloc_size;
 513         unsigned long pfn = PFN_DOWN(orig_addr);
 514         unsigned char *vaddr = mem->vaddr + tlb_addr - mem->start;
 515         unsigned int tlb_offset, orig_addr_offset;
 516
 517         if (orig_addr == INVALID_PHYS_ADDR)
 518                 return;
 519
 520         tlb_offset = tlb_addr & (IO_TLB_SIZE - 1);
 521         orig_addr_offset = swiotlb_align_offset(dev, orig_addr);
 522         if (tlb_offset < orig_addr_offset) {
 523                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
 524                         "Access before mapping start detected. orig offset %u, requested offset %u.\n",
 525                         orig_addr_offset, tlb_offset);
 526                 return;
 527         }
 528
 529         tlb_offset -= orig_addr_offset;
 530         if (tlb_offset > alloc_size) {
 531                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
 532                         "Buffer overflow detected. Allocation size: %zu. Mapping size: %zu+%u.\n",
 533                         alloc_size, size, tlb_offset);
 534                 return;
 535         }
 536
 537         orig_addr += tlb_offset;
 538         alloc_size -= tlb_offset;
 539
 540         if (size > alloc_size) {
 541                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
 542                         "Buffer overflow detected. Allocation size: %zu. Mapping size: %zu.\n",
 543                         alloc_size, size);
 544                 size = alloc_size;
 545         }
 546
 547         if (PageHighMem(pfn_to_page(pfn))) {
 548                 /* The buffer does not have a mapping.  Map it in and copy */
 549                 unsigned int offset = orig_addr & ~PAGE_MASK;
 550                 char *buffer;
 551                 unsigned int sz = 0;
 552                 unsigned long flags;
 553
 554                 while (size) {
 555                         sz = min_t(size_t, PAGE_SIZE - offset, size);
 556
 557                         local_irq_save(flags);
 558                         buffer = kmap_atomic(pfn_to_page(pfn));
 559                         if (dir == DMA_TO_DEVICE)
 560                                 memcpy(vaddr, buffer + offset, sz);
 561                         else
 562                                 memcpy(buffer + offset, vaddr, sz);
 563                         kunmap_atomic(buffer);
 564                         local_irq_restore(flags);
 565
 566                         size -= sz;
 567                         pfn++;
 568                         vaddr += sz;
 569                         offset = 0;
 570                 }
 571         } else if (dir == DMA_TO_DEVICE) {
 572                 memcpy(vaddr, phys_to_virt(orig_addr), size);
 573         } else {
 574                 memcpy(phys_to_virt(orig_addr), vaddr, size);
 575         }
 576 }
 577
 578 #define slot_addr(start, idx)   ((start) + ((idx) << IO_TLB_SHIFT))
 579
 580 /*
 581  * Carefully handle integer overflow which can occur when boundary_mask == ~0UL.
 582  */
 583 static inline unsigned long get_max_slots(unsigned long boundary_mask)
 584 {
 585         if (boundary_mask == ~0UL)
 586                 return 1UL << (BITS_PER_LONG - IO_TLB_SHIFT);
 587         return nr_slots(boundary_mask + 1);
 588 }
 589
 590 static unsigned int wrap_area_index(struct io_tlb_mem *mem, unsigned int index)
 591 {
 592         if (index >= mem->area_nslabs)
 593                 return 0;
 594         return index;
 595 }
 596
 597 /*
 598  * Find a suitable number of IO TLB entries size that will fit this request and
 599  * allocate a buffer from that IO TLB pool.
 600  */
 601 static int swiotlb_do_find_slots(struct io_tlb_mem *mem,
 602                 struct io_tlb_area *area, int area_index,
 603                 struct device *dev, phys_addr_t orig_addr,
 604                 size_t alloc_size, unsigned int alloc_align_mask)
 605 {
 606         unsigned long boundary_mask = dma_get_seg_boundary(dev);
 607         dma_addr_t tbl_dma_addr =
 608                 phys_to_dma_unencrypted(dev, mem->start) & boundary_mask;
 609         unsigned long max_slots = get_max_slots(boundary_mask);
 610         unsigned int iotlb_align_mask =
 611                 dma_get_min_align_mask(dev) & ~(IO_TLB_SIZE - 1);
 612         unsigned int nslots = nr_slots(alloc_size), stride;
 613         unsigned int index, wrap, count = 0, i;
 614         unsigned int offset = swiotlb_align_offset(dev, orig_addr);
 615         unsigned long flags;
 616         unsigned int slot_base;
 617         unsigned int slot_index;
 618
 619         BUG_ON(!nslots);
 620         BUG_ON(area_index >= mem->nareas);
 621
 622         /*
 623          * For mappings with an alignment requirement don't bother looping to
 624          * unaligned slots once we found an aligned one.  For allocations of
 625          * PAGE_SIZE or larger only look for page aligned allocations.
 626          */
 627         stride = (iotlb_align_mask >> IO_TLB_SHIFT) + 1;
 628         if (alloc_size >= PAGE_SIZE)
 629                 stride = max(stride, stride << (PAGE_SHIFT - IO_TLB_SHIFT));
 630         stride = max(stride, (alloc_align_mask >> IO_TLB_SHIFT) + 1);
 631
 632         spin_lock_irqsave(&area->lock, flags);
 633         if (unlikely(nslots > mem->area_nslabs - area->used))
 634                 goto not_found;
 635
 636         slot_base = area_index * mem->area_nslabs;
 637         index = wrap = wrap_area_index(mem, ALIGN(area->index, stride));
 638
 639         do {
 640                 slot_index = slot_base + index;
 641
 642                 if (orig_addr &&
 643                     (slot_addr(tbl_dma_addr, slot_index) &
 644                      iotlb_align_mask) != (orig_addr & iotlb_align_mask)) {
 645                         index = wrap_area_index(mem, index + 1);
 646                         continue;
 647                 }
 648
 649                 /*
 650                  * If we find a slot that indicates we have 'nslots' number of
 651                  * contiguous buffers, we allocate the buffers from that slot
 652                  * and mark the entries as '0' indicating unavailable.
 653                  */
 654                 if (!iommu_is_span_boundary(slot_index, nslots,
 655                                             nr_slots(tbl_dma_addr),
 656                                             max_slots)) {
 657                         if (mem->slots[slot_index].list >= nslots)
 658                                 goto found;
 659                 }
 660                 index = wrap_area_index(mem, index + stride);
 661         } while (index != wrap);
 662
 663 not_found:
 664         spin_unlock_irqrestore(&area->lock, flags);
 665         return -1;
 666
 667 found:
 668         for (i = slot_index; i < slot_index + nslots; i++) {
 669                 mem->slots[i].list = 0;
 670                 mem->slots[i].alloc_size = alloc_size - (offset +
 671                                 ((i - slot_index) << IO_TLB_SHIFT));
 672         }
 673         for (i = slot_index - 1;
 674              io_tlb_offset(i) != IO_TLB_SEGSIZE - 1 &&
 675              mem->slots[i].list; i--)
 676                 mem->slots[i].list = ++count;
 677
 678         /*
 679          * Update the indices to avoid searching in the next round.
 680          */
 681         if (index + nslots < mem->area_nslabs)
 682                 area->index = index + nslots;
 683         else
 684                 area->index = 0;
 685         area->used += nslots;
 686         spin_unlock_irqrestore(&area->lock, flags);
 687         return slot_index;
 688 }
 689
 690 static int swiotlb_find_slots(struct device *dev, phys_addr_t orig_addr,
 691                 size_t alloc_size, unsigned int alloc_align_mask)
 692 {
 693         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
 694         int start = raw_smp_processor_id() & ((1U << __fls(mem->nareas)) - 1);
 695         int i = start, index;
 696
 697         do {
 698                 index = swiotlb_do_find_slots(mem, mem->areas + i, i,
 699                                               dev, orig_addr, alloc_size,
 700                                               alloc_align_mask);
 701                 if (index >= 0)
 702                         return index;
 703                 if (++i >= mem->nareas)
 704                         i = 0;
 705         } while (i != start);
 706
 707         return -1;
 708 }
 709
 710 static unsigned long mem_used(struct io_tlb_mem *mem)
 711 {
 712         int i;
 713         unsigned long used = 0;
 714
 715         for (i = 0; i < mem->nareas; i++)
 716                 used += mem->areas[i].used;
 717         return used;
 718 }
 719
 720 phys_addr_t swiotlb_tbl_map_single(struct device *dev, phys_addr_t orig_addr,
 721                 size_t mapping_size, size_t alloc_size,
 722                 unsigned int alloc_align_mask, enum dma_data_direction dir,
 723                 unsigned long attrs)
 724 {
 725         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
 726         unsigned int offset = swiotlb_align_offset(dev, orig_addr);
 727         unsigned int i;
 728         int index;
 729         phys_addr_t tlb_addr;
 730
 731         if (!mem || !mem->nslabs)
 732                 panic("Can not allocate SWIOTLB buffer earlier and can't now provide you with the DMA bounce buffer");
 733
 734         if (cc_platform_has(CC_ATTR_MEM_ENCRYPT))
 735                 pr_warn_once("Memory encryption is active and system is using DMA bounce buffers\n");
 736
 737         if (mapping_size > alloc_size) {
 738                 dev_warn_once(dev, "Invalid sizes (mapping: %zd bytes, alloc: %zd bytes)",
 739                               mapping_size, alloc_size);
 740                 return (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR;
 741         }
 742
 743         index = swiotlb_find_slots(dev, orig_addr,
 744                                    alloc_size + offset, alloc_align_mask);
 745         if (index == -1) {
 746                 if (!(attrs & DMA_ATTR_NO_WARN))
 747                         dev_warn_ratelimited(dev,
 748         "swiotlb buffer is full (sz: %zd bytes), total %lu (slots), used %lu (slots)\n",
 749                                  alloc_size, mem->nslabs, mem_used(mem));
 750                 return (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR;
 751         }
 752
 753         /*
 754          * Save away the mapping from the original address to the DMA address.
 755          * This is needed when we sync the memory.  Then we sync the buffer if
 756          * needed.
 757          */
 758         for (i = 0; i < nr_slots(alloc_size + offset); i++)
 759                 mem->slots[index + i].orig_addr = slot_addr(orig_addr, i);
 760         tlb_addr = slot_addr(mem->start, index) + offset;
 761         /*
 762          * When dir == DMA_FROM_DEVICE we could omit the copy from the orig
 763          * to the tlb buffer, if we knew for sure the device will
 764          * overwirte the entire current content. But we don't. Thus
 765          * unconditional bounce may prevent leaking swiotlb content (i.e.
 766          * kernel memory) to user-space.
 767          */
 768         swiotlb_bounce(dev, tlb_addr, mapping_size, DMA_TO_DEVICE);
 769         return tlb_addr;
 770 }
 771
 772 static void swiotlb_release_slots(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr)
 773 {
 774         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
 775         unsigned long flags;
 776         unsigned int offset = swiotlb_align_offset(dev, tlb_addr);
 777         int index = (tlb_addr - offset - mem->start) >> IO_TLB_SHIFT;
 778         int nslots = nr_slots(mem->slots[index].alloc_size + offset);
 779         int aindex = index / mem->area_nslabs;
 780         struct io_tlb_area *area = &mem->areas[aindex];
 781         int count, i;
 782
 783         /*
 784          * Return the buffer to the free list by setting the corresponding
 785          * entries to indicate the number of contiguous entries available.
 786          * While returning the entries to the free list, we merge the entries
 787          * with slots below and above the pool being returned.
 788          */
 789         BUG_ON(aindex >= mem->nareas);
 790
 791         spin_lock_irqsave(&area->lock, flags);
 792         if (index + nslots < ALIGN(index + 1, IO_TLB_SEGSIZE))
 793                 count = mem->slots[index + nslots].list;
 794         else
 795                 count = 0;
 796
 797         /*
 798          * Step 1: return the slots to the free list, merging the slots with
 799          * superceeding slots
 800          */
 801         for (i = index + nslots - 1; i >= index; i--) {
 802                 mem->slots[i].list = ++count;
 803                 mem->slots[i].orig_addr = INVALID_PHYS_ADDR;
 804                 mem->slots[i].alloc_size = 0;
 805         }
 806
 807         /*
 808          * Step 2: merge the returned slots with the preceding slots, if
 809          * available (non zero)
 810          */
 811         for (i = index - 1;
 812              io_tlb_offset(i) != IO_TLB_SEGSIZE - 1 && mem->slots[i].list;
 813              i--)
 814                 mem->slots[i].list = ++count;
 815         area->used -= nslots;
 816         spin_unlock_irqrestore(&area->lock, flags);
 817 }
 818
 819 /*
 820  * tlb_addr is the physical address of the bounce buffer to unmap.
 821  */
 822 void swiotlb_tbl_unmap_single(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr,
 823                               size_t mapping_size, enum dma_data_direction dir,
 824                               unsigned long attrs)
 825 {
 826         /*
 827          * First, sync the memory before unmapping the entry
 828          */
 829         if (!(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC) &&
 830             (dir == DMA_FROM_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL))
 831                 swiotlb_bounce(dev, tlb_addr, mapping_size, DMA_FROM_DEVICE);
 832
 833         swiotlb_release_slots(dev, tlb_addr);
 834 }
 835
 836 void swiotlb_sync_single_for_device(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr,
 837                 size_t size, enum dma_data_direction dir)
 838 {
 839         if (dir == DMA_TO_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL)
 840                 swiotlb_bounce(dev, tlb_addr, size, DMA_TO_DEVICE);
 841         else
 842                 BUG_ON(dir != DMA_FROM_DEVICE);
 843 }
 844
 845 void swiotlb_sync_single_for_cpu(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr,
 846                 size_t size, enum dma_data_direction dir)
 847 {
 848         if (dir == DMA_FROM_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL)
 849                 swiotlb_bounce(dev, tlb_addr, size, DMA_FROM_DEVICE);
 850         else
 851                 BUG_ON(dir != DMA_TO_DEVICE);
 852 }
 853
 854 /*
 855  * Create a swiotlb mapping for the buffer at @paddr, and in case of DMAing
 856  * to the device copy the data into it as well.
 857  */
 858 dma_addr_t swiotlb_map(struct device *dev, phys_addr_t paddr, size_t size,
 859                 enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 860 {
 861         phys_addr_t swiotlb_addr;
 862         dma_addr_t dma_addr;
 863
 864         trace_swiotlb_bounced(dev, phys_to_dma(dev, paddr), size);
 865
 866         swiotlb_addr = swiotlb_tbl_map_single(dev, paddr, size, size, 0, dir,
 867                         attrs);
 868         if (swiotlb_addr == (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR)
 869                 return DMA_MAPPING_ERROR;
 870
 871         /* Ensure that the address returned is DMA'ble */
 872         dma_addr = phys_to_dma_unencrypted(dev, swiotlb_addr);
 873         if (unlikely(!dma_capable(dev, dma_addr, size, true))) {
 874                 swiotlb_tbl_unmap_single(dev, swiotlb_addr, size, dir,
 875                         attrs | DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC);
 876                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
 877                         "swiotlb addr %pad+%zu overflow (mask %llx, bus limit %llx).\n",
 878                         &dma_addr, size, *dev->dma_mask, dev->bus_dma_limit);
 879                 return DMA_MAPPING_ERROR;
 880         }
 881
 882         if (!dev_is_dma_coherent(dev) && !(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC))
 883                 arch_sync_dma_for_device(swiotlb_addr, size, dir);
 884         return dma_addr;
 885 }
 886
 887 size_t swiotlb_max_mapping_size(struct device *dev)
 888 {
 889         int min_align_mask = dma_get_min_align_mask(dev);
 890         int min_align = 0;
 891
 892         /*
 893          * swiotlb_find_slots() skips slots according to
 894          * min align mask. This affects max mapping size.
 895          * Take it into acount here.
 896          */
 897         if (min_align_mask)
 898                 min_align = roundup(min_align_mask, IO_TLB_SIZE);
 899
 900         return ((size_t)IO_TLB_SIZE) * IO_TLB_SEGSIZE - min_align;
 901 }
 902
 903 bool is_swiotlb_active(struct device *dev)
 904 {
 905         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
 906
 907         return mem && mem->nslabs;
 908 }
 909 EXPORT_SYMBOL_GPL(is_swiotlb_active);
 910
 911 static void swiotlb_create_debugfs_files(struct io_tlb_mem *mem,
 912                                          const char *dirname)
 913 {
 914         unsigned long used = mem_used(mem);
 915
 916         mem->debugfs = debugfs_create_dir(dirname, io_tlb_default_mem.debugfs);
 917         if (!mem->nslabs)
 918                 return;
 919
 920         debugfs_create_ulong("io_tlb_nslabs", 0400, mem->debugfs, &mem->nslabs);
 921         debugfs_create_ulong("io_tlb_used", 0400, mem->debugfs, &used);
 922 }
 923
 924 static int __init __maybe_unused swiotlb_create_default_debugfs(void)
 925 {
 926         swiotlb_create_debugfs_files(&io_tlb_default_mem, "swiotlb");
 927         return 0;
 928 }
 929
 930 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
 931 late_initcall(swiotlb_create_default_debugfs);
 932 #endif
 933
 934 #ifdef CONFIG_DMA_RESTRICTED_POOL
 935
 936 struct page *swiotlb_alloc(struct device *dev, size_t size)
 937 {
 938         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
 939         phys_addr_t tlb_addr;
 940         int index;
 941
 942         if (!mem)
 943                 return NULL;
 944
 945         index = swiotlb_find_slots(dev, 0, size, 0);
 946         if (index == -1)
 947                 return NULL;
 948
 949         tlb_addr = slot_addr(mem->start, index);
 950
 951         return pfn_to_page(PFN_DOWN(tlb_addr));
 952 }
 953
 954 bool swiotlb_free(struct device *dev, struct page *page, size_t size)
 955 {
 956         phys_addr_t tlb_addr = page_to_phys(page);
 957
 958         if (!is_swiotlb_buffer(dev, tlb_addr))
 959                 return false;
 960
 961         swiotlb_release_slots(dev, tlb_addr);
 962
 963         return true;
 964 }
 965
 966 static int rmem_swiotlb_device_init(struct reserved_mem *rmem,
 967                                     struct device *dev)
 968 {
 969         struct io_tlb_mem *mem = rmem->priv;
 970         unsigned long nslabs = rmem->size >> IO_TLB_SHIFT;
 971
 972         /* Set Per-device io tlb area to one */
 973         unsigned int nareas = 1;
 974
 975         /*
 976          * Since multiple devices can share the same pool, the private data,
 977          * io_tlb_mem struct, will be initialized by the first device attached
 978          * to it.
 979          */
 980         if (!mem) {
 981                 mem = kzalloc(sizeof(*mem), GFP_KERNEL);
 982                 if (!mem)
 983                         return -ENOMEM;
 984
 985                 mem->slots = kcalloc(nslabs, sizeof(*mem->slots), GFP_KERNEL);
 986                 if (!mem->slots) {
 987                         kfree(mem);
 988                         return -ENOMEM;
 989                 }
 990
 991                 mem->areas = kcalloc(nareas, sizeof(*mem->areas),
 992                                 GFP_KERNEL);
 993                 if (!mem->areas) {
 994                         kfree(mem->slots);
 995                         kfree(mem);
 996                         return -ENOMEM;
 997                 }
 998
 999                 set_memory_decrypted((unsigned long)phys_to_virt(rmem->base),
1000                                      rmem->size >> PAGE_SHIFT);
1001                 swiotlb_init_io_tlb_mem(mem, rmem->base, nslabs, SWIOTLB_FORCE,
1002                                         false, nareas);
1003                 mem->for_alloc = true;
1004
1005                 rmem->priv = mem;
1006
1007                 swiotlb_create_debugfs_files(mem, rmem->name);
1008         }
1009
1010         dev->dma_io_tlb_mem = mem;
1011
1012         return 0;
1013 }
1014
1015 static void rmem_swiotlb_device_release(struct reserved_mem *rmem,
1016                                         struct device *dev)
1017 {
1018         dev->dma_io_tlb_mem = &io_tlb_default_mem;
1019 }
1020
1021 static const struct reserved_mem_ops rmem_swiotlb_ops = {
1022         .device_init = rmem_swiotlb_device_init,
1023         .device_release = rmem_swiotlb_device_release,
1024 };
1025
1026 static int __init rmem_swiotlb_setup(struct reserved_mem *rmem)
1027 {
1028         unsigned long node = rmem->fdt_node;
1029
1030         if (of_get_flat_dt_prop(node, "reusable", NULL) ||
1031             of_get_flat_dt_prop(node, "linux,cma-default", NULL) ||
1032             of_get_flat_dt_prop(node, "linux,dma-default", NULL) ||
1033             of_get_flat_dt_prop(node, "no-map", NULL))
1034                 return -EINVAL;
1035
1036         if (PageHighMem(pfn_to_page(PHYS_PFN(rmem->base)))) {
1037                 pr_err("Restricted DMA pool must be accessible within the linear mapping.");
1038                 return -EINVAL;
1039         }
1040
1041         rmem->ops = &rmem_swiotlb_ops;
1042         pr_info("Reserved memory: created restricted DMA pool at %pa, size %ld MiB\n",
1043                 &rmem->base, (unsigned long)rmem->size / SZ_1M);
1044         return 0;
1045 }
1046
1047 RESERVEDMEM_OF_DECLARE(dma, "restricted-dma-pool", rmem_swiotlb_setup);
1048 #endif /* CONFIG_DMA_RESTRICTED_POOL */