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