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/dma-direct.h>
  25 #include <linux/dma-map-ops.h>
  26 #include <linux/mm.h>
  27 #include <linux/export.h>
  28 #include <linux/spinlock.h>
  29 #include <linux/string.h>
  30 #include <linux/swiotlb.h>
  31 #include <linux/pfn.h>
  32 #include <linux/types.h>
  33 #include <linux/ctype.h>
  34 #include <linux/highmem.h>
  35 #include <linux/gfp.h>
  36 #include <linux/scatterlist.h>
  37 #include <linux/cc_platform.h>
  38 #include <linux/set_memory.h>
  39 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
  40 #include <linux/debugfs.h>
  41 #endif
  42 #ifdef CONFIG_DMA_RESTRICTED_POOL
  43 #include <linux/io.h>
  44 #include <linux/of.h>
  45 #include <linux/of_fdt.h>
  46 #include <linux/of_reserved_mem.h>
  47 #include <linux/slab.h>
  48 #endif
  49
  50 #include <asm/io.h>
  51 #include <asm/dma.h>
  52
  53 #include <linux/io.h>
  54 #include <linux/init.h>
  55 #include <linux/memblock.h>
  56 #include <linux/iommu-helper.h>
  57
  58 #define CREATE_TRACE_POINTS
  59 #include <trace/events/swiotlb.h>
  60
  61 #define SLABS_PER_PAGE (1 << (PAGE_SHIFT - IO_TLB_SHIFT))
  62
  63 /*
  64  * Minimum IO TLB size to bother booting with.  Systems with mainly
  65  * 64bit capable cards will only lightly use the swiotlb.  If we can't
  66  * allocate a contiguous 1MB, we're probably in trouble anyway.
  67  */
  68 #define IO_TLB_MIN_SLABS ((1<<20) >> IO_TLB_SHIFT)
  69
  70 #define INVALID_PHYS_ADDR (~(phys_addr_t)0)
  71
  72 enum swiotlb_force swiotlb_force;
  73
  74 struct io_tlb_mem io_tlb_default_mem;
  75
  76 phys_addr_t swiotlb_unencrypted_base;
  77
  78 /*
  79  * Max segment that we can provide which (if pages are contingous) will
  80  * not be bounced (unless SWIOTLB_FORCE is set).
  81  */
  82 static unsigned int max_segment;
  83
  84 static unsigned long default_nslabs = IO_TLB_DEFAULT_SIZE >> IO_TLB_SHIFT;
  85
  86 static int __init
  87 setup_io_tlb_npages(char *str)
  88 {
  89         if (isdigit(*str)) {
  90                 /* avoid tail segment of size < IO_TLB_SEGSIZE */
  91                 default_nslabs =
  92                         ALIGN(simple_strtoul(str, &str, 0), IO_TLB_SEGSIZE);
  93         }
  94         if (*str == ',')
  95                 ++str;
  96         if (!strcmp(str, "force"))
  97                 swiotlb_force = SWIOTLB_FORCE;
  98         else if (!strcmp(str, "noforce"))
  99                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
 100
 101         return 0;
 102 }
 103 early_param("swiotlb", setup_io_tlb_npages);
 104
 105 unsigned int swiotlb_max_segment(void)
 106 {
 107         return io_tlb_default_mem.nslabs ? max_segment : 0;
 108 }
 109 EXPORT_SYMBOL_GPL(swiotlb_max_segment);
 110
 111 void swiotlb_set_max_segment(unsigned int val)
 112 {
 113         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE)
 114                 max_segment = 1;
 115         else
 116                 max_segment = rounddown(val, PAGE_SIZE);
 117 }
 118
 119 unsigned long swiotlb_size_or_default(void)
 120 {
 121         return default_nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 122 }
 123
 124 void __init swiotlb_adjust_size(unsigned long size)
 125 {
 126         /*
 127          * If swiotlb parameter has not been specified, give a chance to
 128          * architectures such as those supporting memory encryption to
 129          * adjust/expand SWIOTLB size for their use.
 130          */
 131         if (default_nslabs != IO_TLB_DEFAULT_SIZE >> IO_TLB_SHIFT)
 132                 return;
 133         size = ALIGN(size, IO_TLB_SIZE);
 134         default_nslabs = ALIGN(size >> IO_TLB_SHIFT, IO_TLB_SEGSIZE);
 135         pr_info("SWIOTLB bounce buffer size adjusted to %luMB", size >> 20);
 136 }
 137
 138 void swiotlb_print_info(void)
 139 {
 140         struct io_tlb_mem *mem = &io_tlb_default_mem;
 141
 142         if (!mem->nslabs) {
 143                 pr_warn("No low mem\n");
 144                 return;
 145         }
 146
 147         pr_info("mapped [mem %pa-%pa] (%luMB)\n", &mem->start, &mem->end,
 148                (mem->nslabs << IO_TLB_SHIFT) >> 20);
 149 }
 150
 151 static inline unsigned long io_tlb_offset(unsigned long val)
 152 {
 153         return val & (IO_TLB_SEGSIZE - 1);
 154 }
 155
 156 static inline unsigned long nr_slots(u64 val)
 157 {
 158         return DIV_ROUND_UP(val, IO_TLB_SIZE);
 159 }
 160
 161 /*
 162  * Remap swioltb memory in the unencrypted physical address space
 163  * when swiotlb_unencrypted_base is set. (e.g. for Hyper-V AMD SEV-SNP
 164  * Isolation VMs).
 165  */
 166 #ifdef CONFIG_HAS_IOMEM
 167 static void *swiotlb_mem_remap(struct io_tlb_mem *mem, unsigned long bytes)
 168 {
 169         void *vaddr = NULL;
 170
 171         if (swiotlb_unencrypted_base) {
 172                 phys_addr_t paddr = mem->start + swiotlb_unencrypted_base;
 173
 174                 vaddr = memremap(paddr, bytes, MEMREMAP_WB);
 175                 if (!vaddr)
 176                         pr_err("Failed to map the unencrypted memory %pa size %lx.\n",
 177                                &paddr, bytes);
 178         }
 179
 180         return vaddr;
 181 }
 182 #else
 183 static void *swiotlb_mem_remap(struct io_tlb_mem *mem, unsigned long bytes)
 184 {
 185         return NULL;
 186 }
 187 #endif
 188
 189 /*
 190  * Early SWIOTLB allocation may be too early to allow an architecture to
 191  * perform the desired operations.  This function allows the architecture to
 192  * call SWIOTLB when the operations are possible.  It needs to be called
 193  * before the SWIOTLB memory is used.
 194  */
 195 void __init swiotlb_update_mem_attributes(void)
 196 {
 197         struct io_tlb_mem *mem = &io_tlb_default_mem;
 198         void *vaddr;
 199         unsigned long bytes;
 200
 201         if (!mem->nslabs || mem->late_alloc)
 202                 return;
 203         vaddr = phys_to_virt(mem->start);
 204         bytes = PAGE_ALIGN(mem->nslabs << IO_TLB_SHIFT);
 205         set_memory_decrypted((unsigned long)vaddr, bytes >> PAGE_SHIFT);
 206
 207         mem->vaddr = swiotlb_mem_remap(mem, bytes);
 208         if (!mem->vaddr)
 209                 mem->vaddr = vaddr;
 210
 211         memset(mem->vaddr, 0, bytes);
 212 }
 213
 214 static void swiotlb_init_io_tlb_mem(struct io_tlb_mem *mem, phys_addr_t start,
 215                                     unsigned long nslabs, bool late_alloc)
 216 {
 217         void *vaddr = phys_to_virt(start);
 218         unsigned long bytes = nslabs << IO_TLB_SHIFT, i;
 219
 220         mem->nslabs = nslabs;
 221         mem->start = start;
 222         mem->end = mem->start + bytes;
 223         mem->index = 0;
 224         mem->late_alloc = late_alloc;
 225
 226         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE)
 227                 mem->force_bounce = true;
 228
 229         spin_lock_init(&mem->lock);
 230         for (i = 0; i < mem->nslabs; i++) {
 231                 mem->slots[i].list = IO_TLB_SEGSIZE - io_tlb_offset(i);
 232                 mem->slots[i].orig_addr = INVALID_PHYS_ADDR;
 233                 mem->slots[i].alloc_size = 0;
 234         }
 235
 236         /*
 237          * If swiotlb_unencrypted_base is set, the bounce buffer memory will
 238          * be remapped and cleared in swiotlb_update_mem_attributes.
 239          */
 240         if (swiotlb_unencrypted_base)
 241                 return;
 242
 243         memset(vaddr, 0, bytes);
 244         mem->vaddr = vaddr;
 245         return;
 246 }
 247
 248 int __init swiotlb_init_with_tbl(char *tlb, unsigned long nslabs, int verbose)
 249 {
 250         struct io_tlb_mem *mem = &io_tlb_default_mem;
 251         size_t alloc_size;
 252
 253         if (swiotlb_force == SWIOTLB_NO_FORCE)
 254                 return 0;
 255
 256         /* protect against double initialization */
 257         if (WARN_ON_ONCE(mem->nslabs))
 258                 return -ENOMEM;
 259
 260         alloc_size = PAGE_ALIGN(array_size(sizeof(*mem->slots), nslabs));
 261         mem->slots = memblock_alloc(alloc_size, PAGE_SIZE);
 262         if (!mem->slots)
 263                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes align=0x%lx\n",
 264                       __func__, alloc_size, PAGE_SIZE);
 265
 266         swiotlb_init_io_tlb_mem(mem, __pa(tlb), nslabs, false);
 267
 268         if (verbose)
 269                 swiotlb_print_info();
 270         swiotlb_set_max_segment(mem->nslabs << IO_TLB_SHIFT);
 271         return 0;
 272 }
 273
 274 /*
 275  * Statically reserve bounce buffer space and initialize bounce buffer data
 276  * structures for the software IO TLB used to implement the DMA API.
 277  */
 278 void  __init
 279 swiotlb_init(int verbose)
 280 {
 281         size_t bytes = PAGE_ALIGN(default_nslabs << IO_TLB_SHIFT);
 282         void *tlb;
 283
 284         if (swiotlb_force == SWIOTLB_NO_FORCE)
 285                 return;
 286
 287         /* Get IO TLB memory from the low pages */
 288         tlb = memblock_alloc_low(bytes, PAGE_SIZE);
 289         if (!tlb)
 290                 goto fail;
 291         if (swiotlb_init_with_tbl(tlb, default_nslabs, verbose))
 292                 goto fail_free_mem;
 293         return;
 294
 295 fail_free_mem:
 296         memblock_free(tlb, bytes);
 297 fail:
 298         pr_warn("Cannot allocate buffer");
 299 }
 300
 301 /*
 302  * Systems with larger DMA zones (those that don't support ISA) can
 303  * initialize the swiotlb later using the slab allocator if needed.
 304  * This should be just like above, but with some error catching.
 305  */
 306 int
 307 swiotlb_late_init_with_default_size(size_t default_size)
 308 {
 309         unsigned long nslabs =
 310                 ALIGN(default_size >> IO_TLB_SHIFT, IO_TLB_SEGSIZE);
 311         unsigned long bytes;
 312         unsigned char *vstart = NULL;
 313         unsigned int order;
 314         int rc = 0;
 315
 316         if (swiotlb_force == SWIOTLB_NO_FORCE)
 317                 return 0;
 318
 319         /*
 320          * Get IO TLB memory from the low pages
 321          */
 322         order = get_order(nslabs << IO_TLB_SHIFT);
 323         nslabs = SLABS_PER_PAGE << order;
 324         bytes = nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 325
 326         while ((SLABS_PER_PAGE << order) > IO_TLB_MIN_SLABS) {
 327                 vstart = (void *)__get_free_pages(GFP_DMA | __GFP_NOWARN,
 328                                                   order);
 329                 if (vstart)
 330                         break;
 331                 order--;
 332         }
 333
 334         if (!vstart)
 335                 return -ENOMEM;
 336
 337         if (order != get_order(bytes)) {
 338                 pr_warn("only able to allocate %ld MB\n",
 339                         (PAGE_SIZE << order) >> 20);
 340                 nslabs = SLABS_PER_PAGE << order;
 341         }
 342         rc = swiotlb_late_init_with_tbl(vstart, nslabs);
 343         if (rc)
 344                 free_pages((unsigned long)vstart, order);
 345
 346         return rc;
 347 }
 348
 349 int
 350 swiotlb_late_init_with_tbl(char *tlb, unsigned long nslabs)
 351 {
 352         struct io_tlb_mem *mem = &io_tlb_default_mem;
 353         unsigned long bytes = nslabs << IO_TLB_SHIFT;
 354
 355         if (swiotlb_force == SWIOTLB_NO_FORCE)
 356                 return 0;
 357
 358         /* protect against double initialization */
 359         if (WARN_ON_ONCE(mem->nslabs))
 360                 return -ENOMEM;
 361
 362         mem->slots = (void *)__get_free_pages(GFP_KERNEL | __GFP_ZERO,
 363                 get_order(array_size(sizeof(*mem->slots), nslabs)));
 364         if (!mem->slots)
 365                 return -ENOMEM;
 366
 367         set_memory_decrypted((unsigned long)tlb, bytes >> PAGE_SHIFT);
 368         swiotlb_init_io_tlb_mem(mem, virt_to_phys(tlb), nslabs, true);
 369
 370         swiotlb_print_info();
 371         swiotlb_set_max_segment(mem->nslabs << IO_TLB_SHIFT);
 372         return 0;
 373 }
 374
 375 void __init swiotlb_exit(void)
 376 {
 377         struct io_tlb_mem *mem = &io_tlb_default_mem;
 378         unsigned long tbl_vaddr;
 379         size_t tbl_size, slots_size;
 380
 381         if (!mem->nslabs)
 382                 return;
 383
 384         pr_info("tearing down default memory pool\n");
 385         tbl_vaddr = (unsigned long)phys_to_virt(mem->start);
 386         tbl_size = PAGE_ALIGN(mem->end - mem->start);
 387         slots_size = PAGE_ALIGN(array_size(sizeof(*mem->slots), mem->nslabs));
 388
 389         set_memory_encrypted(tbl_vaddr, tbl_size >> PAGE_SHIFT);
 390         if (mem->late_alloc) {
 391                 free_pages(tbl_vaddr, get_order(tbl_size));
 392                 free_pages((unsigned long)mem->slots, get_order(slots_size));
 393         } else {
 394                 memblock_free_late(mem->start, tbl_size);
 395                 memblock_free_late(__pa(mem->slots), slots_size);
 396         }
 397
 398         memset(mem, 0, sizeof(*mem));
 399 }
 400
 401 /*
 402  * Return the offset into a iotlb slot required to keep the device happy.
 403  */
 404 static unsigned int swiotlb_align_offset(struct device *dev, u64 addr)
 405 {
 406         return addr & dma_get_min_align_mask(dev) & (IO_TLB_SIZE - 1);
 407 }
 408
 409 /*
 410  * Bounce: copy the swiotlb buffer from or back to the original dma location
 411  */
 412 static void swiotlb_bounce(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr, size_t size,
 413                            enum dma_data_direction dir)
 414 {
 415         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
 416         int index = (tlb_addr - mem->start) >> IO_TLB_SHIFT;
 417         phys_addr_t orig_addr = mem->slots[index].orig_addr;
 418         size_t alloc_size = mem->slots[index].alloc_size;
 419         unsigned long pfn = PFN_DOWN(orig_addr);
 420         unsigned char *vaddr = mem->vaddr + tlb_addr - mem->start;
 421         unsigned int tlb_offset, orig_addr_offset;
 422
 423         if (orig_addr == INVALID_PHYS_ADDR)
 424                 return;
 425
 426         tlb_offset = tlb_addr & (IO_TLB_SIZE - 1);
 427         orig_addr_offset = swiotlb_align_offset(dev, orig_addr);
 428         if (tlb_offset < orig_addr_offset) {
 429                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
 430                         "Access before mapping start detected. orig offset %u, requested offset %u.\n",
 431                         orig_addr_offset, tlb_offset);
 432                 return;
 433         }
 434
 435         tlb_offset -= orig_addr_offset;
 436         if (tlb_offset > alloc_size) {
 437                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
 438                         "Buffer overflow detected. Allocation size: %zu. Mapping size: %zu+%u.\n",
 439                         alloc_size, size, tlb_offset);
 440                 return;
 441         }
 442
 443         orig_addr += tlb_offset;
 444         alloc_size -= tlb_offset;
 445
 446         if (size > alloc_size) {
 447                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
 448                         "Buffer overflow detected. Allocation size: %zu. Mapping size: %zu.\n",
 449                         alloc_size, size);
 450                 size = alloc_size;
 451         }
 452
 453         if (PageHighMem(pfn_to_page(pfn))) {
 454                 /* The buffer does not have a mapping.  Map it in and copy */
 455                 unsigned int offset = orig_addr & ~PAGE_MASK;
 456                 char *buffer;
 457                 unsigned int sz = 0;
 458                 unsigned long flags;
 459
 460                 while (size) {
 461                         sz = min_t(size_t, PAGE_SIZE - offset, size);
 462
 463                         local_irq_save(flags);
 464                         buffer = kmap_atomic(pfn_to_page(pfn));
 465                         if (dir == DMA_TO_DEVICE)
 466                                 memcpy(vaddr, buffer + offset, sz);
 467                         else
 468                                 memcpy(buffer + offset, vaddr, sz);
 469                         kunmap_atomic(buffer);
 470                         local_irq_restore(flags);
 471
 472                         size -= sz;
 473                         pfn++;
 474                         vaddr += sz;
 475                         offset = 0;
 476                 }
 477         } else if (dir == DMA_TO_DEVICE) {
 478                 memcpy(vaddr, phys_to_virt(orig_addr), size);
 479         } else {
 480                 memcpy(phys_to_virt(orig_addr), vaddr, size);
 481         }
 482 }
 483
 484 #define slot_addr(start, idx)   ((start) + ((idx) << IO_TLB_SHIFT))
 485
 486 /*
 487  * Carefully handle integer overflow which can occur when boundary_mask == ~0UL.
 488  */
 489 static inline unsigned long get_max_slots(unsigned long boundary_mask)
 490 {
 491         if (boundary_mask == ~0UL)
 492                 return 1UL << (BITS_PER_LONG - IO_TLB_SHIFT);
 493         return nr_slots(boundary_mask + 1);
 494 }
 495
 496 static unsigned int wrap_index(struct io_tlb_mem *mem, unsigned int index)
 497 {
 498         if (index >= mem->nslabs)
 499                 return 0;
 500         return index;
 501 }
 502
 503 /*
 504  * Find a suitable number of IO TLB entries size that will fit this request and
 505  * allocate a buffer from that IO TLB pool.
 506  */
 507 static int swiotlb_find_slots(struct device *dev, phys_addr_t orig_addr,
 508                               size_t alloc_size, unsigned int alloc_align_mask)
 509 {
 510         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
 511         unsigned long boundary_mask = dma_get_seg_boundary(dev);
 512         dma_addr_t tbl_dma_addr =
 513                 phys_to_dma_unencrypted(dev, mem->start) & boundary_mask;
 514         unsigned long max_slots = get_max_slots(boundary_mask);
 515         unsigned int iotlb_align_mask =
 516                 dma_get_min_align_mask(dev) & ~(IO_TLB_SIZE - 1);
 517         unsigned int nslots = nr_slots(alloc_size), stride;
 518         unsigned int index, wrap, count = 0, i;
 519         unsigned int offset = swiotlb_align_offset(dev, orig_addr);
 520         unsigned long flags;
 521
 522         BUG_ON(!nslots);
 523
 524         /*
 525          * For mappings with an alignment requirement don't bother looping to
 526          * unaligned slots once we found an aligned one.  For allocations of
 527          * PAGE_SIZE or larger only look for page aligned allocations.
 528          */
 529         stride = (iotlb_align_mask >> IO_TLB_SHIFT) + 1;
 530         if (alloc_size >= PAGE_SIZE)
 531                 stride = max(stride, stride << (PAGE_SHIFT - IO_TLB_SHIFT));
 532         stride = max(stride, (alloc_align_mask >> IO_TLB_SHIFT) + 1);
 533
 534         spin_lock_irqsave(&mem->lock, flags);
 535         if (unlikely(nslots > mem->nslabs - mem->used))
 536                 goto not_found;
 537
 538         index = wrap = wrap_index(mem, ALIGN(mem->index, stride));
 539         do {
 540                 if (orig_addr &&
 541                     (slot_addr(tbl_dma_addr, index) & iotlb_align_mask) !=
 542                             (orig_addr & iotlb_align_mask)) {
 543                         index = wrap_index(mem, index + 1);
 544                         continue;
 545                 }
 546
 547                 /*
 548                  * If we find a slot that indicates we have 'nslots' number of
 549                  * contiguous buffers, we allocate the buffers from that slot
 550                  * and mark the entries as '0' indicating unavailable.
 551                  */
 552                 if (!iommu_is_span_boundary(index, nslots,
 553                                             nr_slots(tbl_dma_addr),
 554                                             max_slots)) {
 555                         if (mem->slots[index].list >= nslots)
 556                                 goto found;
 557                 }
 558                 index = wrap_index(mem, index + stride);
 559         } while (index != wrap);
 560
 561 not_found:
 562         spin_unlock_irqrestore(&mem->lock, flags);
 563         return -1;
 564
 565 found:
 566         for (i = index; i < index + nslots; i++) {
 567                 mem->slots[i].list = 0;
 568                 mem->slots[i].alloc_size =
 569                         alloc_size - (offset + ((i - index) << IO_TLB_SHIFT));
 570         }
 571         for (i = index - 1;
 572              io_tlb_offset(i) != IO_TLB_SEGSIZE - 1 &&
 573              mem->slots[i].list; i--)
 574                 mem->slots[i].list = ++count;
 575
 576         /*
 577          * Update the indices to avoid searching in the next round.
 578          */
 579         if (index + nslots < mem->nslabs)
 580                 mem->index = index + nslots;
 581         else
 582                 mem->index = 0;
 583         mem->used += nslots;
 584
 585         spin_unlock_irqrestore(&mem->lock, flags);
 586         return index;
 587 }
 588
 589 phys_addr_t swiotlb_tbl_map_single(struct device *dev, phys_addr_t orig_addr,
 590                 size_t mapping_size, size_t alloc_size,
 591                 unsigned int alloc_align_mask, enum dma_data_direction dir,
 592                 unsigned long attrs)
 593 {
 594         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
 595         unsigned int offset = swiotlb_align_offset(dev, orig_addr);
 596         unsigned int i;
 597         int index;
 598         phys_addr_t tlb_addr;
 599
 600         if (!mem)
 601                 panic("Can not allocate SWIOTLB buffer earlier and can't now provide you with the DMA bounce buffer");
 602
 603         if (cc_platform_has(CC_ATTR_MEM_ENCRYPT))
 604                 pr_warn_once("Memory encryption is active and system is using DMA bounce buffers\n");
 605
 606         if (mapping_size > alloc_size) {
 607                 dev_warn_once(dev, "Invalid sizes (mapping: %zd bytes, alloc: %zd bytes)",
 608                               mapping_size, alloc_size);
 609                 return (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR;
 610         }
 611
 612         index = swiotlb_find_slots(dev, orig_addr,
 613                                    alloc_size + offset, alloc_align_mask);
 614         if (index == -1) {
 615                 if (!(attrs & DMA_ATTR_NO_WARN))
 616                         dev_warn_ratelimited(dev,
 617         "swiotlb buffer is full (sz: %zd bytes), total %lu (slots), used %lu (slots)\n",
 618                                  alloc_size, mem->nslabs, mem->used);
 619                 return (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR;
 620         }
 621
 622         /*
 623          * Save away the mapping from the original address to the DMA address.
 624          * This is needed when we sync the memory.  Then we sync the buffer if
 625          * needed.
 626          */
 627         for (i = 0; i < nr_slots(alloc_size + offset); i++)
 628                 mem->slots[index + i].orig_addr = slot_addr(orig_addr, i);
 629         tlb_addr = slot_addr(mem->start, index) + offset;
 630         if (!(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC) &&
 631             (dir == DMA_TO_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL))
 632                 swiotlb_bounce(dev, tlb_addr, mapping_size, DMA_TO_DEVICE);
 633         return tlb_addr;
 634 }
 635
 636 static void swiotlb_release_slots(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr)
 637 {
 638         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
 639         unsigned long flags;
 640         unsigned int offset = swiotlb_align_offset(dev, tlb_addr);
 641         int index = (tlb_addr - offset - mem->start) >> IO_TLB_SHIFT;
 642         int nslots = nr_slots(mem->slots[index].alloc_size + offset);
 643         int count, i;
 644
 645         /*
 646          * Return the buffer to the free list by setting the corresponding
 647          * entries to indicate the number of contiguous entries available.
 648          * While returning the entries to the free list, we merge the entries
 649          * with slots below and above the pool being returned.
 650          */
 651         spin_lock_irqsave(&mem->lock, flags);
 652         if (index + nslots < ALIGN(index + 1, IO_TLB_SEGSIZE))
 653                 count = mem->slots[index + nslots].list;
 654         else
 655                 count = 0;
 656
 657         /*
 658          * Step 1: return the slots to the free list, merging the slots with
 659          * superceeding slots
 660          */
 661         for (i = index + nslots - 1; i >= index; i--) {
 662                 mem->slots[i].list = ++count;
 663                 mem->slots[i].orig_addr = INVALID_PHYS_ADDR;
 664                 mem->slots[i].alloc_size = 0;
 665         }
 666
 667         /*
 668          * Step 2: merge the returned slots with the preceding slots, if
 669          * available (non zero)
 670          */
 671         for (i = index - 1;
 672              io_tlb_offset(i) != IO_TLB_SEGSIZE - 1 && mem->slots[i].list;
 673              i--)
 674                 mem->slots[i].list = ++count;
 675         mem->used -= nslots;
 676         spin_unlock_irqrestore(&mem->lock, flags);
 677 }
 678
 679 /*
 680  * tlb_addr is the physical address of the bounce buffer to unmap.
 681  */
 682 void swiotlb_tbl_unmap_single(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr,
 683                               size_t mapping_size, enum dma_data_direction dir,
 684                               unsigned long attrs)
 685 {
 686         /*
 687          * First, sync the memory before unmapping the entry
 688          */
 689         if (!(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC) &&
 690             (dir == DMA_FROM_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL))
 691                 swiotlb_bounce(dev, tlb_addr, mapping_size, DMA_FROM_DEVICE);
 692
 693         swiotlb_release_slots(dev, tlb_addr);
 694 }
 695
 696 void swiotlb_sync_single_for_device(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr,
 697                 size_t size, enum dma_data_direction dir)
 698 {
 699         if (dir == DMA_TO_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL)
 700                 swiotlb_bounce(dev, tlb_addr, size, DMA_TO_DEVICE);
 701         else
 702                 BUG_ON(dir != DMA_FROM_DEVICE);
 703 }
 704
 705 void swiotlb_sync_single_for_cpu(struct device *dev, phys_addr_t tlb_addr,
 706                 size_t size, enum dma_data_direction dir)
 707 {
 708         if (dir == DMA_FROM_DEVICE || dir == DMA_BIDIRECTIONAL)
 709                 swiotlb_bounce(dev, tlb_addr, size, DMA_FROM_DEVICE);
 710         else
 711                 BUG_ON(dir != DMA_TO_DEVICE);
 712 }
 713
 714 /*
 715  * Create a swiotlb mapping for the buffer at @paddr, and in case of DMAing
 716  * to the device copy the data into it as well.
 717  */
 718 dma_addr_t swiotlb_map(struct device *dev, phys_addr_t paddr, size_t size,
 719                 enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 720 {
 721         phys_addr_t swiotlb_addr;
 722         dma_addr_t dma_addr;
 723
 724         trace_swiotlb_bounced(dev, phys_to_dma(dev, paddr), size,
 725                               swiotlb_force);
 726
 727         swiotlb_addr = swiotlb_tbl_map_single(dev, paddr, size, size, 0, dir,
 728                         attrs);
 729         if (swiotlb_addr == (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR)
 730                 return DMA_MAPPING_ERROR;
 731
 732         /* Ensure that the address returned is DMA'ble */
 733         dma_addr = phys_to_dma_unencrypted(dev, swiotlb_addr);
 734         if (unlikely(!dma_capable(dev, dma_addr, size, true))) {
 735                 swiotlb_tbl_unmap_single(dev, swiotlb_addr, size, dir,
 736                         attrs | DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC);
 737                 dev_WARN_ONCE(dev, 1,
 738                         "swiotlb addr %pad+%zu overflow (mask %llx, bus limit %llx).\n",
 739                         &dma_addr, size, *dev->dma_mask, dev->bus_dma_limit);
 740                 return DMA_MAPPING_ERROR;
 741         }
 742
 743         if (!dev_is_dma_coherent(dev) && !(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC))
 744                 arch_sync_dma_for_device(swiotlb_addr, size, dir);
 745         return dma_addr;
 746 }
 747
 748 size_t swiotlb_max_mapping_size(struct device *dev)
 749 {
 750         return ((size_t)IO_TLB_SIZE) * IO_TLB_SEGSIZE;
 751 }
 752
 753 bool is_swiotlb_active(struct device *dev)
 754 {
 755         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
 756
 757         return mem && mem->nslabs;
 758 }
 759 EXPORT_SYMBOL_GPL(is_swiotlb_active);
 760
 761 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
 762 static struct dentry *debugfs_dir;
 763
 764 static void swiotlb_create_debugfs_files(struct io_tlb_mem *mem)
 765 {
 766         debugfs_create_ulong("io_tlb_nslabs", 0400, mem->debugfs, &mem->nslabs);
 767         debugfs_create_ulong("io_tlb_used", 0400, mem->debugfs, &mem->used);
 768 }
 769
 770 static int __init swiotlb_create_default_debugfs(void)
 771 {
 772         struct io_tlb_mem *mem = &io_tlb_default_mem;
 773
 774         debugfs_dir = debugfs_create_dir("swiotlb", NULL);
 775         if (mem->nslabs) {
 776                 mem->debugfs = debugfs_dir;
 777                 swiotlb_create_debugfs_files(mem);
 778         }
 779         return 0;
 780 }
 781
 782 late_initcall(swiotlb_create_default_debugfs);
 783
 784 #endif
 785
 786 #ifdef CONFIG_DMA_RESTRICTED_POOL
 787
 788 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
 789 static void rmem_swiotlb_debugfs_init(struct reserved_mem *rmem)
 790 {
 791         struct io_tlb_mem *mem = rmem->priv;
 792
 793         mem->debugfs = debugfs_create_dir(rmem->name, debugfs_dir);
 794         swiotlb_create_debugfs_files(mem);
 795 }
 796 #else
 797 static void rmem_swiotlb_debugfs_init(struct reserved_mem *rmem)
 798 {
 799 }
 800 #endif
 801
 802 struct page *swiotlb_alloc(struct device *dev, size_t size)
 803 {
 804         struct io_tlb_mem *mem = dev->dma_io_tlb_mem;
 805         phys_addr_t tlb_addr;
 806         int index;
 807
 808         if (!mem)
 809                 return NULL;
 810
 811         index = swiotlb_find_slots(dev, 0, size, 0);
 812         if (index == -1)
 813                 return NULL;
 814
 815         tlb_addr = slot_addr(mem->start, index);
 816
 817         return pfn_to_page(PFN_DOWN(tlb_addr));
 818 }
 819
 820 bool swiotlb_free(struct device *dev, struct page *page, size_t size)
 821 {
 822         phys_addr_t tlb_addr = page_to_phys(page);
 823
 824         if (!is_swiotlb_buffer(dev, tlb_addr))
 825                 return false;
 826
 827         swiotlb_release_slots(dev, tlb_addr);
 828
 829         return true;
 830 }
 831
 832 static int rmem_swiotlb_device_init(struct reserved_mem *rmem,
 833                                     struct device *dev)
 834 {
 835         struct io_tlb_mem *mem = rmem->priv;
 836         unsigned long nslabs = rmem->size >> IO_TLB_SHIFT;
 837
 838         /*
 839          * Since multiple devices can share the same pool, the private data,
 840          * io_tlb_mem struct, will be initialized by the first device attached
 841          * to it.
 842          */
 843         if (!mem) {
 844                 mem = kzalloc(sizeof(*mem), GFP_KERNEL);
 845                 if (!mem)
 846                         return -ENOMEM;
 847
 848                 mem->slots = kzalloc(array_size(sizeof(*mem->slots), nslabs),
 849                                      GFP_KERNEL);
 850                 if (!mem->slots) {
 851                         kfree(mem);
 852                         return -ENOMEM;
 853                 }
 854
 855                 set_memory_decrypted((unsigned long)phys_to_virt(rmem->base),
 856                                      rmem->size >> PAGE_SHIFT);
 857                 swiotlb_init_io_tlb_mem(mem, rmem->base, nslabs, false);
 858                 mem->force_bounce = true;
 859                 mem->for_alloc = true;
 860
 861                 rmem->priv = mem;
 862
 863                 rmem_swiotlb_debugfs_init(rmem);
 864         }
 865
 866         dev->dma_io_tlb_mem = mem;
 867
 868         return 0;
 869 }
 870
 871 static void rmem_swiotlb_device_release(struct reserved_mem *rmem,
 872                                         struct device *dev)
 873 {
 874         dev->dma_io_tlb_mem = &io_tlb_default_mem;
 875 }
 876
 877 static const struct reserved_mem_ops rmem_swiotlb_ops = {
 878         .device_init = rmem_swiotlb_device_init,
 879         .device_release = rmem_swiotlb_device_release,
 880 };
 881
 882 static int __init rmem_swiotlb_setup(struct reserved_mem *rmem)
 883 {
 884         unsigned long node = rmem->fdt_node;
 885
 886         if (of_get_flat_dt_prop(node, "reusable", NULL) ||
 887             of_get_flat_dt_prop(node, "linux,cma-default", NULL) ||
 888             of_get_flat_dt_prop(node, "linux,dma-default", NULL) ||
 889             of_get_flat_dt_prop(node, "no-map", NULL))
 890                 return -EINVAL;
 891
 892         if (PageHighMem(pfn_to_page(PHYS_PFN(rmem->base)))) {
 893                 pr_err("Restricted DMA pool must be accessible within the linear mapping.");
 894                 return -EINVAL;
 895         }
 896
 897         rmem->ops = &rmem_swiotlb_ops;
 898         pr_info("Reserved memory: created restricted DMA pool at %pa, size %ld MiB\n",
 899                 &rmem->base, (unsigned long)rmem->size / SZ_1M);
 900         return 0;
 901 }
 902
 903 RESERVEDMEM_OF_DECLARE(dma, "restricted-dma-pool", rmem_swiotlb_setup);
 904 #endif /* CONFIG_DMA_RESTRICTED_POOL */