drivers/iommu/dma-iommu.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * A fairly generic DMA-API to IOMMU-API glue layer.
   4  *
   5  * Copyright (C) 2014-2015 ARM Ltd.
   6  *
   7  * based in part on arch/arm/mm/dma-mapping.c:
   8  * Copyright (C) 2000-2004 Russell King
   9  */
  10
  11 #include <linux/acpi_iort.h>
  12 #include <linux/device.h>
  13 #include <linux/dma-map-ops.h>
  14 #include <linux/dma-iommu.h>
  15 #include <linux/gfp.h>
  16 #include <linux/huge_mm.h>
  17 #include <linux/iommu.h>
  18 #include <linux/iova.h>
  19 #include <linux/irq.h>
  20 #include <linux/mm.h>
  21 #include <linux/mutex.h>
  22 #include <linux/pci.h>
  23 #include <linux/swiotlb.h>
  24 #include <linux/scatterlist.h>
  25 #include <linux/vmalloc.h>
  26 #include <linux/crash_dump.h>
  27 #include <linux/dma-direct.h>
  28
  29 struct iommu_dma_msi_page {
  30         struct list_head        list;
  31         dma_addr_t              iova;
  32         phys_addr_t             phys;
  33 };
  34
  35 enum iommu_dma_cookie_type {
  36         IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE,
  37         IOMMU_DMA_MSI_COOKIE,
  38 };
  39
  40 struct iommu_dma_cookie {
  41         enum iommu_dma_cookie_type      type;
  42         union {
  43                 /* Full allocator for IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE */
  44                 struct iova_domain      iovad;
  45                 /* Trivial linear page allocator for IOMMU_DMA_MSI_COOKIE */
  46                 dma_addr_t              msi_iova;
  47         };
  48         struct list_head                msi_page_list;
  49
  50         /* Domain for flush queue callback; NULL if flush queue not in use */
  51         struct iommu_domain             *fq_domain;
  52 };
  53
  54 void iommu_dma_free_cpu_cached_iovas(unsigned int cpu,
  55                 struct iommu_domain *domain)
  56 {
  57         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
  58         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
  59
  60         free_cpu_cached_iovas(cpu, iovad);
  61 }
  62
  63 static void iommu_dma_entry_dtor(unsigned long data)
  64 {
  65         struct page *freelist = (struct page *)data;
  66
  67         while (freelist) {
  68                 unsigned long p = (unsigned long)page_address(freelist);
  69
  70                 freelist = freelist->freelist;
  71                 free_page(p);
  72         }
  73 }
  74
  75 static inline size_t cookie_msi_granule(struct iommu_dma_cookie *cookie)
  76 {
  77         if (cookie->type == IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE)
  78                 return cookie->iovad.granule;
  79         return PAGE_SIZE;
  80 }
  81
  82 static struct iommu_dma_cookie *cookie_alloc(enum iommu_dma_cookie_type type)
  83 {
  84         struct iommu_dma_cookie *cookie;
  85
  86         cookie = kzalloc(sizeof(*cookie), GFP_KERNEL);
  87         if (cookie) {
  88                 INIT_LIST_HEAD(&cookie->msi_page_list);
  89                 cookie->type = type;
  90         }
  91         return cookie;
  92 }
  93
  94 /**
  95  * iommu_get_dma_cookie - Acquire DMA-API resources for a domain
  96  * @domain: IOMMU domain to prepare for DMA-API usage
  97  *
  98  * IOMMU drivers should normally call this from their domain_alloc
  99  * callback when domain->type == IOMMU_DOMAIN_DMA.
 100  */
 101 int iommu_get_dma_cookie(struct iommu_domain *domain)
 102 {
 103         if (domain->iova_cookie)
 104                 return -EEXIST;
 105
 106         domain->iova_cookie = cookie_alloc(IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE);
 107         if (!domain->iova_cookie)
 108                 return -ENOMEM;
 109
 110         return 0;
 111 }
 112 EXPORT_SYMBOL(iommu_get_dma_cookie);
 113
 114 /**
 115  * iommu_get_msi_cookie - Acquire just MSI remapping resources
 116  * @domain: IOMMU domain to prepare
 117  * @base: Start address of IOVA region for MSI mappings
 118  *
 119  * Users who manage their own IOVA allocation and do not want DMA API support,
 120  * but would still like to take advantage of automatic MSI remapping, can use
 121  * this to initialise their own domain appropriately. Users should reserve a
 122  * contiguous IOVA region, starting at @base, large enough to accommodate the
 123  * number of PAGE_SIZE mappings necessary to cover every MSI doorbell address
 124  * used by the devices attached to @domain.
 125  */
 126 int iommu_get_msi_cookie(struct iommu_domain *domain, dma_addr_t base)
 127 {
 128         struct iommu_dma_cookie *cookie;
 129
 130         if (domain->type != IOMMU_DOMAIN_UNMANAGED)
 131                 return -EINVAL;
 132
 133         if (domain->iova_cookie)
 134                 return -EEXIST;
 135
 136         cookie = cookie_alloc(IOMMU_DMA_MSI_COOKIE);
 137         if (!cookie)
 138                 return -ENOMEM;
 139
 140         cookie->msi_iova = base;
 141         domain->iova_cookie = cookie;
 142         return 0;
 143 }
 144 EXPORT_SYMBOL(iommu_get_msi_cookie);
 145
 146 /**
 147  * iommu_put_dma_cookie - Release a domain's DMA mapping resources
 148  * @domain: IOMMU domain previously prepared by iommu_get_dma_cookie() or
 149  *          iommu_get_msi_cookie()
 150  *
 151  * IOMMU drivers should normally call this from their domain_free callback.
 152  */
 153 void iommu_put_dma_cookie(struct iommu_domain *domain)
 154 {
 155         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 156         struct iommu_dma_msi_page *msi, *tmp;
 157
 158         if (!cookie)
 159                 return;
 160
 161         if (cookie->type == IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE && cookie->iovad.granule)
 162                 put_iova_domain(&cookie->iovad);
 163
 164         list_for_each_entry_safe(msi, tmp, &cookie->msi_page_list, list) {
 165                 list_del(&msi->list);
 166                 kfree(msi);
 167         }
 168         kfree(cookie);
 169         domain->iova_cookie = NULL;
 170 }
 171 EXPORT_SYMBOL(iommu_put_dma_cookie);
 172
 173 /**
 174  * iommu_dma_get_resv_regions - Reserved region driver helper
 175  * @dev: Device from iommu_get_resv_regions()
 176  * @list: Reserved region list from iommu_get_resv_regions()
 177  *
 178  * IOMMU drivers can use this to implement their .get_resv_regions callback
 179  * for general non-IOMMU-specific reservations. Currently, this covers GICv3
 180  * ITS region reservation on ACPI based ARM platforms that may require HW MSI
 181  * reservation.
 182  */
 183 void iommu_dma_get_resv_regions(struct device *dev, struct list_head *list)
 184 {
 185
 186         if (!is_of_node(dev_iommu_fwspec_get(dev)->iommu_fwnode))
 187                 iort_iommu_msi_get_resv_regions(dev, list);
 188
 189 }
 190 EXPORT_SYMBOL(iommu_dma_get_resv_regions);
 191
 192 static int cookie_init_hw_msi_region(struct iommu_dma_cookie *cookie,
 193                 phys_addr_t start, phys_addr_t end)
 194 {
 195         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 196         struct iommu_dma_msi_page *msi_page;
 197         int i, num_pages;
 198
 199         start -= iova_offset(iovad, start);
 200         num_pages = iova_align(iovad, end - start) >> iova_shift(iovad);
 201
 202         for (i = 0; i < num_pages; i++) {
 203                 msi_page = kmalloc(sizeof(*msi_page), GFP_KERNEL);
 204                 if (!msi_page)
 205                         return -ENOMEM;
 206
 207                 msi_page->phys = start;
 208                 msi_page->iova = start;
 209                 INIT_LIST_HEAD(&msi_page->list);
 210                 list_add(&msi_page->list, &cookie->msi_page_list);
 211                 start += iovad->granule;
 212         }
 213
 214         return 0;
 215 }
 216
 217 static int iova_reserve_pci_windows(struct pci_dev *dev,
 218                 struct iova_domain *iovad)
 219 {
 220         struct pci_host_bridge *bridge = pci_find_host_bridge(dev->bus);
 221         struct resource_entry *window;
 222         unsigned long lo, hi;
 223         phys_addr_t start = 0, end;
 224
 225         resource_list_for_each_entry(window, &bridge->windows) {
 226                 if (resource_type(window->res) != IORESOURCE_MEM)
 227                         continue;
 228
 229                 lo = iova_pfn(iovad, window->res->start - window->offset);
 230                 hi = iova_pfn(iovad, window->res->end - window->offset);
 231                 reserve_iova(iovad, lo, hi);
 232         }
 233
 234         /* Get reserved DMA windows from host bridge */
 235         resource_list_for_each_entry(window, &bridge->dma_ranges) {
 236                 end = window->res->start - window->offset;
 237 resv_iova:
 238                 if (end > start) {
 239                         lo = iova_pfn(iovad, start);
 240                         hi = iova_pfn(iovad, end);
 241                         reserve_iova(iovad, lo, hi);
 242                 } else {
 243                         /* dma_ranges list should be sorted */
 244                         dev_err(&dev->dev, "Failed to reserve IOVA\n");
 245                         return -EINVAL;
 246                 }
 247
 248                 start = window->res->end - window->offset + 1;
 249                 /* If window is last entry */
 250                 if (window->node.next == &bridge->dma_ranges &&
 251                     end != ~(phys_addr_t)0) {
 252                         end = ~(phys_addr_t)0;
 253                         goto resv_iova;
 254                 }
 255         }
 256
 257         return 0;
 258 }
 259
 260 static int iova_reserve_iommu_regions(struct device *dev,
 261                 struct iommu_domain *domain)
 262 {
 263         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 264         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 265         struct iommu_resv_region *region;
 266         LIST_HEAD(resv_regions);
 267         int ret = 0;
 268
 269         if (dev_is_pci(dev)) {
 270                 ret = iova_reserve_pci_windows(to_pci_dev(dev), iovad);
 271                 if (ret)
 272                         return ret;
 273         }
 274
 275         iommu_get_resv_regions(dev, &resv_regions);
 276         list_for_each_entry(region, &resv_regions, list) {
 277                 unsigned long lo, hi;
 278
 279                 /* We ARE the software that manages these! */
 280                 if (region->type == IOMMU_RESV_SW_MSI)
 281                         continue;
 282
 283                 lo = iova_pfn(iovad, region->start);
 284                 hi = iova_pfn(iovad, region->start + region->length - 1);
 285                 reserve_iova(iovad, lo, hi);
 286
 287                 if (region->type == IOMMU_RESV_MSI)
 288                         ret = cookie_init_hw_msi_region(cookie, region->start,
 289                                         region->start + region->length);
 290                 if (ret)
 291                         break;
 292         }
 293         iommu_put_resv_regions(dev, &resv_regions);
 294
 295         return ret;
 296 }
 297
 298 static void iommu_dma_flush_iotlb_all(struct iova_domain *iovad)
 299 {
 300         struct iommu_dma_cookie *cookie;
 301         struct iommu_domain *domain;
 302
 303         cookie = container_of(iovad, struct iommu_dma_cookie, iovad);
 304         domain = cookie->fq_domain;
 305         /*
 306          * The IOMMU driver supporting DOMAIN_ATTR_DMA_USE_FLUSH_QUEUE
 307          * implies that ops->flush_iotlb_all must be non-NULL.
 308          */
 309         domain->ops->flush_iotlb_all(domain);
 310 }
 311
 312 /**
 313  * iommu_dma_init_domain - Initialise a DMA mapping domain
 314  * @domain: IOMMU domain previously prepared by iommu_get_dma_cookie()
 315  * @base: IOVA at which the mappable address space starts
 316  * @size: Size of IOVA space
 317  * @dev: Device the domain is being initialised for
 318  *
 319  * @base and @size should be exact multiples of IOMMU page granularity to
 320  * avoid rounding surprises. If necessary, we reserve the page at address 0
 321  * to ensure it is an invalid IOVA. It is safe to reinitialise a domain, but
 322  * any change which could make prior IOVAs invalid will fail.
 323  */
 324 static int iommu_dma_init_domain(struct iommu_domain *domain, dma_addr_t base,
 325                 u64 size, struct device *dev)
 326 {
 327         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 328         unsigned long order, base_pfn;
 329         struct iova_domain *iovad;
 330         int attr;
 331
 332         if (!cookie || cookie->type != IOMMU_DMA_IOVA_COOKIE)
 333                 return -EINVAL;
 334
 335         iovad = &cookie->iovad;
 336
 337         /* Use the smallest supported page size for IOVA granularity */
 338         order = __ffs(domain->pgsize_bitmap);
 339         base_pfn = max_t(unsigned long, 1, base >> order);
 340
 341         /* Check the domain allows at least some access to the device... */
 342         if (domain->geometry.force_aperture) {
 343                 if (base > domain->geometry.aperture_end ||
 344                     base + size <= domain->geometry.aperture_start) {
 345                         pr_warn("specified DMA range outside IOMMU capability\n");
 346                         return -EFAULT;
 347                 }
 348                 /* ...then finally give it a kicking to make sure it fits */
 349                 base_pfn = max_t(unsigned long, base_pfn,
 350                                 domain->geometry.aperture_start >> order);
 351         }
 352
 353         /* start_pfn is always nonzero for an already-initialised domain */
 354         if (iovad->start_pfn) {
 355                 if (1UL << order != iovad->granule ||
 356                     base_pfn != iovad->start_pfn) {
 357                         pr_warn("Incompatible range for DMA domain\n");
 358                         return -EFAULT;
 359                 }
 360
 361                 return 0;
 362         }
 363
 364         init_iova_domain(iovad, 1UL << order, base_pfn);
 365
 366         if (!cookie->fq_domain && !iommu_domain_get_attr(domain,
 367                         DOMAIN_ATTR_DMA_USE_FLUSH_QUEUE, &attr) && attr) {
 368                 if (init_iova_flush_queue(iovad, iommu_dma_flush_iotlb_all,
 369                                           iommu_dma_entry_dtor))
 370                         pr_warn("iova flush queue initialization failed\n");
 371                 else
 372                         cookie->fq_domain = domain;
 373         }
 374
 375         if (!dev)
 376                 return 0;
 377
 378         return iova_reserve_iommu_regions(dev, domain);
 379 }
 380
 381 static int iommu_dma_deferred_attach(struct device *dev,
 382                 struct iommu_domain *domain)
 383 {
 384         const struct iommu_ops *ops = domain->ops;
 385
 386         if (!is_kdump_kernel())
 387                 return 0;
 388
 389         if (unlikely(ops->is_attach_deferred &&
 390                         ops->is_attach_deferred(domain, dev)))
 391                 return iommu_attach_device(domain, dev);
 392
 393         return 0;
 394 }
 395
 396 /**
 397  * dma_info_to_prot - Translate DMA API directions and attributes to IOMMU API
 398  *                    page flags.
 399  * @dir: Direction of DMA transfer
 400  * @coherent: Is the DMA master cache-coherent?
 401  * @attrs: DMA attributes for the mapping
 402  *
 403  * Return: corresponding IOMMU API page protection flags
 404  */
 405 static int dma_info_to_prot(enum dma_data_direction dir, bool coherent,
 406                      unsigned long attrs)
 407 {
 408         int prot = coherent ? IOMMU_CACHE : 0;
 409
 410         if (attrs & DMA_ATTR_PRIVILEGED)
 411                 prot |= IOMMU_PRIV;
 412
 413         switch (dir) {
 414         case DMA_BIDIRECTIONAL:
 415                 return prot | IOMMU_READ | IOMMU_WRITE;
 416         case DMA_TO_DEVICE:
 417                 return prot | IOMMU_READ;
 418         case DMA_FROM_DEVICE:
 419                 return prot | IOMMU_WRITE;
 420         default:
 421                 return 0;
 422         }
 423 }
 424
 425 static dma_addr_t iommu_dma_alloc_iova(struct iommu_domain *domain,
 426                 size_t size, u64 dma_limit, struct device *dev)
 427 {
 428         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 429         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 430         unsigned long shift, iova_len, iova = 0;
 431
 432         if (cookie->type == IOMMU_DMA_MSI_COOKIE) {
 433                 cookie->msi_iova += size;
 434                 return cookie->msi_iova - size;
 435         }
 436
 437         shift = iova_shift(iovad);
 438         iova_len = size >> shift;
 439         /*
 440          * Freeing non-power-of-two-sized allocations back into the IOVA caches
 441          * will come back to bite us badly, so we have to waste a bit of space
 442          * rounding up anything cacheable to make sure that can't happen. The
 443          * order of the unadjusted size will still match upon freeing.
 444          */
 445         if (iova_len < (1 << (IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE - 1)))
 446                 iova_len = roundup_pow_of_two(iova_len);
 447
 448         dma_limit = min_not_zero(dma_limit, dev->bus_dma_limit);
 449
 450         if (domain->geometry.force_aperture)
 451                 dma_limit = min(dma_limit, (u64)domain->geometry.aperture_end);
 452
 453         /* Try to get PCI devices a SAC address */
 454         if (dma_limit > DMA_BIT_MASK(32) && dev_is_pci(dev))
 455                 iova = alloc_iova_fast(iovad, iova_len,
 456                                        DMA_BIT_MASK(32) >> shift, false);
 457
 458         if (!iova)
 459                 iova = alloc_iova_fast(iovad, iova_len, dma_limit >> shift,
 460                                        true);
 461
 462         return (dma_addr_t)iova << shift;
 463 }
 464
 465 static void iommu_dma_free_iova(struct iommu_dma_cookie *cookie,
 466                 dma_addr_t iova, size_t size, struct page *freelist)
 467 {
 468         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 469
 470         /* The MSI case is only ever cleaning up its most recent allocation */
 471         if (cookie->type == IOMMU_DMA_MSI_COOKIE)
 472                 cookie->msi_iova -= size;
 473         else if (cookie->fq_domain)     /* non-strict mode */
 474                 queue_iova(iovad, iova_pfn(iovad, iova),
 475                                 size >> iova_shift(iovad),
 476                                 (unsigned long)freelist);
 477         else
 478                 free_iova_fast(iovad, iova_pfn(iovad, iova),
 479                                 size >> iova_shift(iovad));
 480 }
 481
 482 static void __iommu_dma_unmap(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr,
 483                 size_t size)
 484 {
 485         struct iommu_domain *domain = iommu_get_dma_domain(dev);
 486         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 487         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 488         size_t iova_off = iova_offset(iovad, dma_addr);
 489         struct iommu_iotlb_gather iotlb_gather;
 490         size_t unmapped;
 491
 492         dma_addr -= iova_off;
 493         size = iova_align(iovad, size + iova_off);
 494         iommu_iotlb_gather_init(&iotlb_gather);
 495
 496         unmapped = iommu_unmap_fast(domain, dma_addr, size, &iotlb_gather);
 497         WARN_ON(unmapped != size);
 498
 499         if (!cookie->fq_domain)
 500                 iommu_iotlb_sync(domain, &iotlb_gather);
 501         iommu_dma_free_iova(cookie, dma_addr, size, iotlb_gather.freelist);
 502 }
 503
 504 static void __iommu_dma_unmap_swiotlb(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr,
 505                 size_t size, enum dma_data_direction dir,
 506                 unsigned long attrs)
 507 {
 508         struct iommu_domain *domain = iommu_get_dma_domain(dev);
 509         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 510         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 511         phys_addr_t phys;
 512
 513         phys = iommu_iova_to_phys(domain, dma_addr);
 514         if (WARN_ON(!phys))
 515                 return;
 516
 517         __iommu_dma_unmap(dev, dma_addr, size);
 518
 519         if (unlikely(is_swiotlb_buffer(phys)))
 520                 swiotlb_tbl_unmap_single(dev, phys, size,
 521                                 iova_align(iovad, size), dir, attrs);
 522 }
 523
 524 static bool dev_is_untrusted(struct device *dev)
 525 {
 526         return dev_is_pci(dev) && to_pci_dev(dev)->untrusted;
 527 }
 528
 529 static dma_addr_t __iommu_dma_map(struct device *dev, phys_addr_t phys,
 530                 size_t size, int prot, u64 dma_mask)
 531 {
 532         struct iommu_domain *domain = iommu_get_dma_domain(dev);
 533         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 534         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 535         size_t iova_off = iova_offset(iovad, phys);
 536         dma_addr_t iova;
 537
 538         if (unlikely(iommu_dma_deferred_attach(dev, domain)))
 539                 return DMA_MAPPING_ERROR;
 540
 541         size = iova_align(iovad, size + iova_off);
 542
 543         iova = iommu_dma_alloc_iova(domain, size, dma_mask, dev);
 544         if (!iova)
 545                 return DMA_MAPPING_ERROR;
 546
 547         if (iommu_map_atomic(domain, iova, phys - iova_off, size, prot)) {
 548                 iommu_dma_free_iova(cookie, iova, size, NULL);
 549                 return DMA_MAPPING_ERROR;
 550         }
 551         return iova + iova_off;
 552 }
 553
 554 static dma_addr_t __iommu_dma_map_swiotlb(struct device *dev, phys_addr_t phys,
 555                 size_t org_size, dma_addr_t dma_mask, bool coherent,
 556                 enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 557 {
 558         int prot = dma_info_to_prot(dir, coherent, attrs);
 559         struct iommu_domain *domain = iommu_get_dma_domain(dev);
 560         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 561         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 562         size_t aligned_size = org_size;
 563         void *padding_start;
 564         size_t padding_size;
 565         dma_addr_t iova;
 566
 567         /*
 568          * If both the physical buffer start address and size are
 569          * page aligned, we don't need to use a bounce page.
 570          */
 571         if (IS_ENABLED(CONFIG_SWIOTLB) && dev_is_untrusted(dev) &&
 572             iova_offset(iovad, phys | org_size)) {
 573                 aligned_size = iova_align(iovad, org_size);
 574                 phys = swiotlb_tbl_map_single(dev, phys, org_size,
 575                                               aligned_size, dir, attrs);
 576
 577                 if (phys == DMA_MAPPING_ERROR)
 578                         return DMA_MAPPING_ERROR;
 579
 580                 /* Cleanup the padding area. */
 581                 padding_start = phys_to_virt(phys);
 582                 padding_size = aligned_size;
 583
 584                 if (!(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC) &&
 585                     (dir == DMA_TO_DEVICE ||
 586                      dir == DMA_BIDIRECTIONAL)) {
 587                         padding_start += org_size;
 588                         padding_size -= org_size;
 589                 }
 590
 591                 memset(padding_start, 0, padding_size);
 592         }
 593
 594         iova = __iommu_dma_map(dev, phys, aligned_size, prot, dma_mask);
 595         if ((iova == DMA_MAPPING_ERROR) && is_swiotlb_buffer(phys))
 596                 swiotlb_tbl_unmap_single(dev, phys, org_size,
 597                                 aligned_size, dir, attrs);
 598
 599         return iova;
 600 }
 601
 602 static void __iommu_dma_free_pages(struct page **pages, int count)
 603 {
 604         while (count--)
 605                 __free_page(pages[count]);
 606         kvfree(pages);
 607 }
 608
 609 static struct page **__iommu_dma_alloc_pages(struct device *dev,
 610                 unsigned int count, unsigned long order_mask, gfp_t gfp)
 611 {
 612         struct page **pages;
 613         unsigned int i = 0, nid = dev_to_node(dev);
 614
 615         order_mask &= (2U << MAX_ORDER) - 1;
 616         if (!order_mask)
 617                 return NULL;
 618
 619         pages = kvzalloc(count * sizeof(*pages), GFP_KERNEL);
 620         if (!pages)
 621                 return NULL;
 622
 623         /* IOMMU can map any pages, so himem can also be used here */
 624         gfp |= __GFP_NOWARN | __GFP_HIGHMEM;
 625
 626         /* It makes no sense to muck about with huge pages */
 627         gfp &= ~__GFP_COMP;
 628
 629         while (count) {
 630                 struct page *page = NULL;
 631                 unsigned int order_size;
 632
 633                 /*
 634                  * Higher-order allocations are a convenience rather
 635                  * than a necessity, hence using __GFP_NORETRY until
 636                  * falling back to minimum-order allocations.
 637                  */
 638                 for (order_mask &= (2U << __fls(count)) - 1;
 639                      order_mask; order_mask &= ~order_size) {
 640                         unsigned int order = __fls(order_mask);
 641                         gfp_t alloc_flags = gfp;
 642
 643                         order_size = 1U << order;
 644                         if (order_mask > order_size)
 645                                 alloc_flags |= __GFP_NORETRY;
 646                         page = alloc_pages_node(nid, alloc_flags, order);
 647                         if (!page)
 648                                 continue;
 649                         if (order)
 650                                 split_page(page, order);
 651                         break;
 652                 }
 653                 if (!page) {
 654                         __iommu_dma_free_pages(pages, i);
 655                         return NULL;
 656                 }
 657                 count -= order_size;
 658                 while (order_size--)
 659                         pages[i++] = page++;
 660         }
 661         return pages;
 662 }
 663
 664 /**
 665  * iommu_dma_alloc_remap - Allocate and map a buffer contiguous in IOVA space
 666  * @dev: Device to allocate memory for. Must be a real device
 667  *       attached to an iommu_dma_domain
 668  * @size: Size of buffer in bytes
 669  * @dma_handle: Out argument for allocated DMA handle
 670  * @gfp: Allocation flags
 671  * @prot: pgprot_t to use for the remapped mapping
 672  * @attrs: DMA attributes for this allocation
 673  *
 674  * If @size is less than PAGE_SIZE, then a full CPU page will be allocated,
 675  * but an IOMMU which supports smaller pages might not map the whole thing.
 676  *
 677  * Return: Mapped virtual address, or NULL on failure.
 678  */
 679 static void *iommu_dma_alloc_remap(struct device *dev, size_t size,
 680                 dma_addr_t *dma_handle, gfp_t gfp, pgprot_t prot,
 681                 unsigned long attrs)
 682 {
 683         struct iommu_domain *domain = iommu_get_dma_domain(dev);
 684         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 685         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 686         bool coherent = dev_is_dma_coherent(dev);
 687         int ioprot = dma_info_to_prot(DMA_BIDIRECTIONAL, coherent, attrs);
 688         unsigned int count, min_size, alloc_sizes = domain->pgsize_bitmap;
 689         struct page **pages;
 690         struct sg_table sgt;
 691         dma_addr_t iova;
 692         void *vaddr;
 693
 694         *dma_handle = DMA_MAPPING_ERROR;
 695
 696         if (unlikely(iommu_dma_deferred_attach(dev, domain)))
 697                 return NULL;
 698
 699         min_size = alloc_sizes & -alloc_sizes;
 700         if (min_size < PAGE_SIZE) {
 701                 min_size = PAGE_SIZE;
 702                 alloc_sizes |= PAGE_SIZE;
 703         } else {
 704                 size = ALIGN(size, min_size);
 705         }
 706         if (attrs & DMA_ATTR_ALLOC_SINGLE_PAGES)
 707                 alloc_sizes = min_size;
 708
 709         count = PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT;
 710         pages = __iommu_dma_alloc_pages(dev, count, alloc_sizes >> PAGE_SHIFT,
 711                                         gfp);
 712         if (!pages)
 713                 return NULL;
 714
 715         size = iova_align(iovad, size);
 716         iova = iommu_dma_alloc_iova(domain, size, dev->coherent_dma_mask, dev);
 717         if (!iova)
 718                 goto out_free_pages;
 719
 720         if (sg_alloc_table_from_pages(&sgt, pages, count, 0, size, GFP_KERNEL))
 721                 goto out_free_iova;
 722
 723         if (!(ioprot & IOMMU_CACHE)) {
 724                 struct scatterlist *sg;
 725                 int i;
 726
 727                 for_each_sg(sgt.sgl, sg, sgt.orig_nents, i)
 728                         arch_dma_prep_coherent(sg_page(sg), sg->length);
 729         }
 730
 731         if (iommu_map_sg_atomic(domain, iova, sgt.sgl, sgt.orig_nents, ioprot)
 732                         < size)
 733                 goto out_free_sg;
 734
 735         vaddr = dma_common_pages_remap(pages, size, prot,
 736                         __builtin_return_address(0));
 737         if (!vaddr)
 738                 goto out_unmap;
 739
 740         *dma_handle = iova;
 741         sg_free_table(&sgt);
 742         return vaddr;
 743
 744 out_unmap:
 745         __iommu_dma_unmap(dev, iova, size);
 746 out_free_sg:
 747         sg_free_table(&sgt);
 748 out_free_iova:
 749         iommu_dma_free_iova(cookie, iova, size, NULL);
 750 out_free_pages:
 751         __iommu_dma_free_pages(pages, count);
 752         return NULL;
 753 }
 754
 755 static void iommu_dma_sync_single_for_cpu(struct device *dev,
 756                 dma_addr_t dma_handle, size_t size, enum dma_data_direction dir)
 757 {
 758         phys_addr_t phys;
 759
 760         if (dev_is_dma_coherent(dev) && !dev_is_untrusted(dev))
 761                 return;
 762
 763         phys = iommu_iova_to_phys(iommu_get_dma_domain(dev), dma_handle);
 764         if (!dev_is_dma_coherent(dev))
 765                 arch_sync_dma_for_cpu(phys, size, dir);
 766
 767         if (is_swiotlb_buffer(phys))
 768                 swiotlb_tbl_sync_single(dev, phys, size, dir, SYNC_FOR_CPU);
 769 }
 770
 771 static void iommu_dma_sync_single_for_device(struct device *dev,
 772                 dma_addr_t dma_handle, size_t size, enum dma_data_direction dir)
 773 {
 774         phys_addr_t phys;
 775
 776         if (dev_is_dma_coherent(dev) && !dev_is_untrusted(dev))
 777                 return;
 778
 779         phys = iommu_iova_to_phys(iommu_get_dma_domain(dev), dma_handle);
 780         if (is_swiotlb_buffer(phys))
 781                 swiotlb_tbl_sync_single(dev, phys, size, dir, SYNC_FOR_DEVICE);
 782
 783         if (!dev_is_dma_coherent(dev))
 784                 arch_sync_dma_for_device(phys, size, dir);
 785 }
 786
 787 static void iommu_dma_sync_sg_for_cpu(struct device *dev,
 788                 struct scatterlist *sgl, int nelems,
 789                 enum dma_data_direction dir)
 790 {
 791         struct scatterlist *sg;
 792         int i;
 793
 794         if (dev_is_dma_coherent(dev) && !dev_is_untrusted(dev))
 795                 return;
 796
 797         for_each_sg(sgl, sg, nelems, i) {
 798                 if (!dev_is_dma_coherent(dev))
 799                         arch_sync_dma_for_cpu(sg_phys(sg), sg->length, dir);
 800
 801                 if (is_swiotlb_buffer(sg_phys(sg)))
 802                         swiotlb_tbl_sync_single(dev, sg_phys(sg), sg->length,
 803                                                 dir, SYNC_FOR_CPU);
 804         }
 805 }
 806
 807 static void iommu_dma_sync_sg_for_device(struct device *dev,
 808                 struct scatterlist *sgl, int nelems,
 809                 enum dma_data_direction dir)
 810 {
 811         struct scatterlist *sg;
 812         int i;
 813
 814         if (dev_is_dma_coherent(dev) && !dev_is_untrusted(dev))
 815                 return;
 816
 817         for_each_sg(sgl, sg, nelems, i) {
 818                 if (is_swiotlb_buffer(sg_phys(sg)))
 819                         swiotlb_tbl_sync_single(dev, sg_phys(sg), sg->length,
 820                                                 dir, SYNC_FOR_DEVICE);
 821
 822                 if (!dev_is_dma_coherent(dev))
 823                         arch_sync_dma_for_device(sg_phys(sg), sg->length, dir);
 824         }
 825 }
 826
 827 static dma_addr_t iommu_dma_map_page(struct device *dev, struct page *page,
 828                 unsigned long offset, size_t size, enum dma_data_direction dir,
 829                 unsigned long attrs)
 830 {
 831         phys_addr_t phys = page_to_phys(page) + offset;
 832         bool coherent = dev_is_dma_coherent(dev);
 833         dma_addr_t dma_handle;
 834
 835         dma_handle = __iommu_dma_map_swiotlb(dev, phys, size, dma_get_mask(dev),
 836                         coherent, dir, attrs);
 837         if (!coherent && !(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC) &&
 838             dma_handle != DMA_MAPPING_ERROR)
 839                 arch_sync_dma_for_device(phys, size, dir);
 840         return dma_handle;
 841 }
 842
 843 static void iommu_dma_unmap_page(struct device *dev, dma_addr_t dma_handle,
 844                 size_t size, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 845 {
 846         if (!(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC))
 847                 iommu_dma_sync_single_for_cpu(dev, dma_handle, size, dir);
 848         __iommu_dma_unmap_swiotlb(dev, dma_handle, size, dir, attrs);
 849 }
 850
 851 /*
 852  * Prepare a successfully-mapped scatterlist to give back to the caller.
 853  *
 854  * At this point the segments are already laid out by iommu_dma_map_sg() to
 855  * avoid individually crossing any boundaries, so we merely need to check a
 856  * segment's start address to avoid concatenating across one.
 857  */
 858 static int __finalise_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg, int nents,
 859                 dma_addr_t dma_addr)
 860 {
 861         struct scatterlist *s, *cur = sg;
 862         unsigned long seg_mask = dma_get_seg_boundary(dev);
 863         unsigned int cur_len = 0, max_len = dma_get_max_seg_size(dev);
 864         int i, count = 0;
 865
 866         for_each_sg(sg, s, nents, i) {
 867                 /* Restore this segment's original unaligned fields first */
 868                 unsigned int s_iova_off = sg_dma_address(s);
 869                 unsigned int s_length = sg_dma_len(s);
 870                 unsigned int s_iova_len = s->length;
 871
 872                 s->offset += s_iova_off;
 873                 s->length = s_length;
 874                 sg_dma_address(s) = DMA_MAPPING_ERROR;
 875                 sg_dma_len(s) = 0;
 876
 877                 /*
 878                  * Now fill in the real DMA data. If...
 879                  * - there is a valid output segment to append to
 880                  * - and this segment starts on an IOVA page boundary
 881                  * - but doesn't fall at a segment boundary
 882                  * - and wouldn't make the resulting output segment too long
 883                  */
 884                 if (cur_len && !s_iova_off && (dma_addr & seg_mask) &&
 885                     (max_len - cur_len >= s_length)) {
 886                         /* ...then concatenate it with the previous one */
 887                         cur_len += s_length;
 888                 } else {
 889                         /* Otherwise start the next output segment */
 890                         if (i > 0)
 891                                 cur = sg_next(cur);
 892                         cur_len = s_length;
 893                         count++;
 894
 895                         sg_dma_address(cur) = dma_addr + s_iova_off;
 896                 }
 897
 898                 sg_dma_len(cur) = cur_len;
 899                 dma_addr += s_iova_len;
 900
 901                 if (s_length + s_iova_off < s_iova_len)
 902                         cur_len = 0;
 903         }
 904         return count;
 905 }
 906
 907 /*
 908  * If mapping failed, then just restore the original list,
 909  * but making sure the DMA fields are invalidated.
 910  */
 911 static void __invalidate_sg(struct scatterlist *sg, int nents)
 912 {
 913         struct scatterlist *s;
 914         int i;
 915
 916         for_each_sg(sg, s, nents, i) {
 917                 if (sg_dma_address(s) != DMA_MAPPING_ERROR)
 918                         s->offset += sg_dma_address(s);
 919                 if (sg_dma_len(s))
 920                         s->length = sg_dma_len(s);
 921                 sg_dma_address(s) = DMA_MAPPING_ERROR;
 922                 sg_dma_len(s) = 0;
 923         }
 924 }
 925
 926 static void iommu_dma_unmap_sg_swiotlb(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
 927                 int nents, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 928 {
 929         struct scatterlist *s;
 930         int i;
 931
 932         for_each_sg(sg, s, nents, i)
 933                 __iommu_dma_unmap_swiotlb(dev, sg_dma_address(s),
 934                                 sg_dma_len(s), dir, attrs);
 935 }
 936
 937 static int iommu_dma_map_sg_swiotlb(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
 938                 int nents, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 939 {
 940         struct scatterlist *s;
 941         int i;
 942
 943         for_each_sg(sg, s, nents, i) {
 944                 sg_dma_address(s) = __iommu_dma_map_swiotlb(dev, sg_phys(s),
 945                                 s->length, dma_get_mask(dev),
 946                                 dev_is_dma_coherent(dev), dir, attrs);
 947                 if (sg_dma_address(s) == DMA_MAPPING_ERROR)
 948                         goto out_unmap;
 949                 sg_dma_len(s) = s->length;
 950         }
 951
 952         return nents;
 953
 954 out_unmap:
 955         iommu_dma_unmap_sg_swiotlb(dev, sg, i, dir, attrs | DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC);
 956         return 0;
 957 }
 958
 959 /*
 960  * The DMA API client is passing in a scatterlist which could describe
 961  * any old buffer layout, but the IOMMU API requires everything to be
 962  * aligned to IOMMU pages. Hence the need for this complicated bit of
 963  * impedance-matching, to be able to hand off a suitably-aligned list,
 964  * but still preserve the original offsets and sizes for the caller.
 965  */
 966 static int iommu_dma_map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
 967                 int nents, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
 968 {
 969         struct iommu_domain *domain = iommu_get_dma_domain(dev);
 970         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
 971         struct iova_domain *iovad = &cookie->iovad;
 972         struct scatterlist *s, *prev = NULL;
 973         int prot = dma_info_to_prot(dir, dev_is_dma_coherent(dev), attrs);
 974         dma_addr_t iova;
 975         size_t iova_len = 0;
 976         unsigned long mask = dma_get_seg_boundary(dev);
 977         int i;
 978
 979         if (unlikely(iommu_dma_deferred_attach(dev, domain)))
 980                 return 0;
 981
 982         if (!(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC))
 983                 iommu_dma_sync_sg_for_device(dev, sg, nents, dir);
 984
 985         if (dev_is_untrusted(dev))
 986                 return iommu_dma_map_sg_swiotlb(dev, sg, nents, dir, attrs);
 987
 988         /*
 989          * Work out how much IOVA space we need, and align the segments to
 990          * IOVA granules for the IOMMU driver to handle. With some clever
 991          * trickery we can modify the list in-place, but reversibly, by
 992          * stashing the unaligned parts in the as-yet-unused DMA fields.
 993          */
 994         for_each_sg(sg, s, nents, i) {
 995                 size_t s_iova_off = iova_offset(iovad, s->offset);
 996                 size_t s_length = s->length;
 997                 size_t pad_len = (mask - iova_len + 1) & mask;
 998
 999                 sg_dma_address(s) = s_iova_off;
1000                 sg_dma_len(s) = s_length;
1001                 s->offset -= s_iova_off;
1002                 s_length = iova_align(iovad, s_length + s_iova_off);
1003                 s->length = s_length;
1004
1005                 /*
1006                  * Due to the alignment of our single IOVA allocation, we can
1007                  * depend on these assumptions about the segment boundary mask:
1008                  * - If mask size >= IOVA size, then the IOVA range cannot
1009                  *   possibly fall across a boundary, so we don't care.
1010                  * - If mask size < IOVA size, then the IOVA range must start
1011                  *   exactly on a boundary, therefore we can lay things out
1012                  *   based purely on segment lengths without needing to know
1013                  *   the actual addresses beforehand.
1014                  * - The mask must be a power of 2, so pad_len == 0 if
1015                  *   iova_len == 0, thus we cannot dereference prev the first
1016                  *   time through here (i.e. before it has a meaningful value).
1017                  */
1018                 if (pad_len && pad_len < s_length - 1) {
1019                         prev->length += pad_len;
1020                         iova_len += pad_len;
1021                 }
1022
1023                 iova_len += s_length;
1024                 prev = s;
1025         }
1026
1027         iova = iommu_dma_alloc_iova(domain, iova_len, dma_get_mask(dev), dev);
1028         if (!iova)
1029                 goto out_restore_sg;
1030
1031         /*
1032          * We'll leave any physical concatenation to the IOMMU driver's
1033          * implementation - it knows better than we do.
1034          */
1035         if (iommu_map_sg_atomic(domain, iova, sg, nents, prot) < iova_len)
1036                 goto out_free_iova;
1037
1038         return __finalise_sg(dev, sg, nents, iova);
1039
1040 out_free_iova:
1041         iommu_dma_free_iova(cookie, iova, iova_len, NULL);
1042 out_restore_sg:
1043         __invalidate_sg(sg, nents);
1044         return 0;
1045 }
1046
1047 static void iommu_dma_unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
1048                 int nents, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
1049 {
1050         dma_addr_t start, end;
1051         struct scatterlist *tmp;
1052         int i;
1053
1054         if (!(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC))
1055                 iommu_dma_sync_sg_for_cpu(dev, sg, nents, dir);
1056
1057         if (dev_is_untrusted(dev)) {
1058                 iommu_dma_unmap_sg_swiotlb(dev, sg, nents, dir, attrs);
1059                 return;
1060         }
1061
1062         /*
1063          * The scatterlist segments are mapped into a single
1064          * contiguous IOVA allocation, so this is incredibly easy.
1065          */
1066         start = sg_dma_address(sg);
1067         for_each_sg(sg_next(sg), tmp, nents - 1, i) {
1068                 if (sg_dma_len(tmp) == 0)
1069                         break;
1070                 sg = tmp;
1071         }
1072         end = sg_dma_address(sg) + sg_dma_len(sg);
1073         __iommu_dma_unmap(dev, start, end - start);
1074 }
1075
1076 static dma_addr_t iommu_dma_map_resource(struct device *dev, phys_addr_t phys,
1077                 size_t size, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
1078 {
1079         return __iommu_dma_map(dev, phys, size,
1080                         dma_info_to_prot(dir, false, attrs) | IOMMU_MMIO,
1081                         dma_get_mask(dev));
1082 }
1083
1084 static void iommu_dma_unmap_resource(struct device *dev, dma_addr_t handle,
1085                 size_t size, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
1086 {
1087         __iommu_dma_unmap(dev, handle, size);
1088 }
1089
1090 static void __iommu_dma_free(struct device *dev, size_t size, void *cpu_addr)
1091 {
1092         size_t alloc_size = PAGE_ALIGN(size);
1093         int count = alloc_size >> PAGE_SHIFT;
1094         struct page *page = NULL, **pages = NULL;
1095
1096         /* Non-coherent atomic allocation? Easy */
1097         if (IS_ENABLED(CONFIG_DMA_DIRECT_REMAP) &&
1098             dma_free_from_pool(dev, cpu_addr, alloc_size))
1099                 return;
1100
1101         if (IS_ENABLED(CONFIG_DMA_REMAP) && is_vmalloc_addr(cpu_addr)) {
1102                 /*
1103                  * If it the address is remapped, then it's either non-coherent
1104                  * or highmem CMA, or an iommu_dma_alloc_remap() construction.
1105                  */
1106                 pages = dma_common_find_pages(cpu_addr);
1107                 if (!pages)
1108                         page = vmalloc_to_page(cpu_addr);
1109                 dma_common_free_remap(cpu_addr, alloc_size);
1110         } else {
1111                 /* Lowmem means a coherent atomic or CMA allocation */
1112                 page = virt_to_page(cpu_addr);
1113         }
1114
1115         if (pages)
1116                 __iommu_dma_free_pages(pages, count);
1117         if (page)
1118                 dma_free_contiguous(dev, page, alloc_size);
1119 }
1120
1121 static void iommu_dma_free(struct device *dev, size_t size, void *cpu_addr,
1122                 dma_addr_t handle, unsigned long attrs)
1123 {
1124         __iommu_dma_unmap(dev, handle, size);
1125         __iommu_dma_free(dev, size, cpu_addr);
1126 }
1127
1128 static void *iommu_dma_alloc_pages(struct device *dev, size_t size,
1129                 struct page **pagep, gfp_t gfp, unsigned long attrs)
1130 {
1131         bool coherent = dev_is_dma_coherent(dev);
1132         size_t alloc_size = PAGE_ALIGN(size);
1133         int node = dev_to_node(dev);
1134         struct page *page = NULL;
1135         void *cpu_addr;
1136
1137         page = dma_alloc_contiguous(dev, alloc_size, gfp);
1138         if (!page)
1139                 page = alloc_pages_node(node, gfp, get_order(alloc_size));
1140         if (!page)
1141                 return NULL;
1142
1143         if (IS_ENABLED(CONFIG_DMA_REMAP) && (!coherent || PageHighMem(page))) {
1144                 pgprot_t prot = dma_pgprot(dev, PAGE_KERNEL, attrs);
1145
1146                 cpu_addr = dma_common_contiguous_remap(page, alloc_size,
1147                                 prot, __builtin_return_address(0));
1148                 if (!cpu_addr)
1149                         goto out_free_pages;
1150
1151                 if (!coherent)
1152                         arch_dma_prep_coherent(page, size);
1153         } else {
1154                 cpu_addr = page_address(page);
1155         }
1156
1157         *pagep = page;
1158         memset(cpu_addr, 0, alloc_size);
1159         return cpu_addr;
1160 out_free_pages:
1161         dma_free_contiguous(dev, page, alloc_size);
1162         return NULL;
1163 }
1164
1165 static void *iommu_dma_alloc(struct device *dev, size_t size,
1166                 dma_addr_t *handle, gfp_t gfp, unsigned long attrs)
1167 {
1168         bool coherent = dev_is_dma_coherent(dev);
1169         int ioprot = dma_info_to_prot(DMA_BIDIRECTIONAL, coherent, attrs);
1170         struct page *page = NULL;
1171         void *cpu_addr;
1172
1173         gfp |= __GFP_ZERO;
1174
1175         if (IS_ENABLED(CONFIG_DMA_REMAP) && gfpflags_allow_blocking(gfp) &&
1176             !(attrs & DMA_ATTR_FORCE_CONTIGUOUS)) {
1177                 return iommu_dma_alloc_remap(dev, size, handle, gfp,
1178                                 dma_pgprot(dev, PAGE_KERNEL, attrs), attrs);
1179         }
1180
1181         if (IS_ENABLED(CONFIG_DMA_DIRECT_REMAP) &&
1182             !gfpflags_allow_blocking(gfp) && !coherent)
1183                 page = dma_alloc_from_pool(dev, PAGE_ALIGN(size), &cpu_addr,
1184                                                gfp, NULL);
1185         else
1186                 cpu_addr = iommu_dma_alloc_pages(dev, size, &page, gfp, attrs);
1187         if (!cpu_addr)
1188                 return NULL;
1189
1190         *handle = __iommu_dma_map(dev, page_to_phys(page), size, ioprot,
1191                         dev->coherent_dma_mask);
1192         if (*handle == DMA_MAPPING_ERROR) {
1193                 __iommu_dma_free(dev, size, cpu_addr);
1194                 return NULL;
1195         }
1196
1197         return cpu_addr;
1198 }
1199
1200 #ifdef CONFIG_DMA_REMAP
1201 static void *iommu_dma_alloc_noncoherent(struct device *dev, size_t size,
1202                 dma_addr_t *handle, enum dma_data_direction dir, gfp_t gfp)
1203 {
1204         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp)) {
1205                 struct page *page;
1206
1207                 page = dma_common_alloc_pages(dev, size, handle, dir, gfp);
1208                 if (!page)
1209                         return NULL;
1210                 return page_address(page);
1211         }
1212
1213         return iommu_dma_alloc_remap(dev, size, handle, gfp | __GFP_ZERO,
1214                                      PAGE_KERNEL, 0);
1215 }
1216
1217 static void iommu_dma_free_noncoherent(struct device *dev, size_t size,
1218                 void *cpu_addr, dma_addr_t handle, enum dma_data_direction dir)
1219 {
1220         __iommu_dma_unmap(dev, handle, size);
1221         __iommu_dma_free(dev, size, cpu_addr);
1222 }
1223 #else
1224 #define iommu_dma_alloc_noncoherent             NULL
1225 #define iommu_dma_free_noncoherent              NULL
1226 #endif /* CONFIG_DMA_REMAP */
1227
1228 static int iommu_dma_mmap(struct device *dev, struct vm_area_struct *vma,
1229                 void *cpu_addr, dma_addr_t dma_addr, size_t size,
1230                 unsigned long attrs)
1231 {
1232         unsigned long nr_pages = PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT;
1233         unsigned long pfn, off = vma->vm_pgoff;
1234         int ret;
1235
1236         vma->vm_page_prot = dma_pgprot(dev, vma->vm_page_prot, attrs);
1237
1238         if (dma_mmap_from_dev_coherent(dev, vma, cpu_addr, size, &ret))
1239                 return ret;
1240
1241         if (off >= nr_pages || vma_pages(vma) > nr_pages - off)
1242                 return -ENXIO;
1243
1244         if (IS_ENABLED(CONFIG_DMA_REMAP) && is_vmalloc_addr(cpu_addr)) {
1245                 struct page **pages = dma_common_find_pages(cpu_addr);
1246
1247                 if (pages)
1248                         return vm_map_pages(vma, pages, nr_pages);
1249                 pfn = vmalloc_to_pfn(cpu_addr);
1250         } else {
1251                 pfn = page_to_pfn(virt_to_page(cpu_addr));
1252         }
1253
1254         return remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, pfn + off,
1255                                vma->vm_end - vma->vm_start,
1256                                vma->vm_page_prot);
1257 }
1258
1259 static int iommu_dma_get_sgtable(struct device *dev, struct sg_table *sgt,
1260                 void *cpu_addr, dma_addr_t dma_addr, size_t size,
1261                 unsigned long attrs)
1262 {
1263         struct page *page;
1264         int ret;
1265
1266         if (IS_ENABLED(CONFIG_DMA_REMAP) && is_vmalloc_addr(cpu_addr)) {
1267                 struct page **pages = dma_common_find_pages(cpu_addr);
1268
1269                 if (pages) {
1270                         return sg_alloc_table_from_pages(sgt, pages,
1271                                         PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT,
1272                                         0, size, GFP_KERNEL);
1273                 }
1274
1275                 page = vmalloc_to_page(cpu_addr);
1276         } else {
1277                 page = virt_to_page(cpu_addr);
1278         }
1279
1280         ret = sg_alloc_table(sgt, 1, GFP_KERNEL);
1281         if (!ret)
1282                 sg_set_page(sgt->sgl, page, PAGE_ALIGN(size), 0);
1283         return ret;
1284 }
1285
1286 static unsigned long iommu_dma_get_merge_boundary(struct device *dev)
1287 {
1288         struct iommu_domain *domain = iommu_get_dma_domain(dev);
1289
1290         return (1UL << __ffs(domain->pgsize_bitmap)) - 1;
1291 }
1292
1293 static const struct dma_map_ops iommu_dma_ops = {
1294         .alloc                  = iommu_dma_alloc,
1295         .free                   = iommu_dma_free,
1296         .alloc_pages            = dma_common_alloc_pages,
1297         .free_pages             = dma_common_free_pages,
1298         .alloc_noncoherent      = iommu_dma_alloc_noncoherent,
1299         .free_noncoherent       = iommu_dma_free_noncoherent,
1300         .mmap                   = iommu_dma_mmap,
1301         .get_sgtable            = iommu_dma_get_sgtable,
1302         .map_page               = iommu_dma_map_page,
1303         .unmap_page             = iommu_dma_unmap_page,
1304         .map_sg                 = iommu_dma_map_sg,
1305         .unmap_sg               = iommu_dma_unmap_sg,
1306         .sync_single_for_cpu    = iommu_dma_sync_single_for_cpu,
1307         .sync_single_for_device = iommu_dma_sync_single_for_device,
1308         .sync_sg_for_cpu        = iommu_dma_sync_sg_for_cpu,
1309         .sync_sg_for_device     = iommu_dma_sync_sg_for_device,
1310         .map_resource           = iommu_dma_map_resource,
1311         .unmap_resource         = iommu_dma_unmap_resource,
1312         .get_merge_boundary     = iommu_dma_get_merge_boundary,
1313 };
1314
1315 /*
1316  * The IOMMU core code allocates the default DMA domain, which the underlying
1317  * IOMMU driver needs to support via the dma-iommu layer.
1318  */
1319 void iommu_setup_dma_ops(struct device *dev, u64 dma_base, u64 size)
1320 {
1321         struct iommu_domain *domain = iommu_get_domain_for_dev(dev);
1322
1323         if (!domain)
1324                 goto out_err;
1325
1326         /*
1327          * The IOMMU core code allocates the default DMA domain, which the
1328          * underlying IOMMU driver needs to support via the dma-iommu layer.
1329          */
1330         if (domain->type == IOMMU_DOMAIN_DMA) {
1331                 if (iommu_dma_init_domain(domain, dma_base, size, dev))
1332                         goto out_err;
1333                 dev->dma_ops = &iommu_dma_ops;
1334         }
1335
1336         return;
1337 out_err:
1338          pr_warn("Failed to set up IOMMU for device %s; retaining platform DMA ops\n",
1339                  dev_name(dev));
1340 }
1341
1342 static struct iommu_dma_msi_page *iommu_dma_get_msi_page(struct device *dev,
1343                 phys_addr_t msi_addr, struct iommu_domain *domain)
1344 {
1345         struct iommu_dma_cookie *cookie = domain->iova_cookie;
1346         struct iommu_dma_msi_page *msi_page;
1347         dma_addr_t iova;
1348         int prot = IOMMU_WRITE | IOMMU_NOEXEC | IOMMU_MMIO;
1349         size_t size = cookie_msi_granule(cookie);
1350
1351         msi_addr &= ~(phys_addr_t)(size - 1);
1352         list_for_each_entry(msi_page, &cookie->msi_page_list, list)
1353                 if (msi_page->phys == msi_addr)
1354                         return msi_page;
1355
1356         msi_page = kzalloc(sizeof(*msi_page), GFP_KERNEL);
1357         if (!msi_page)
1358                 return NULL;
1359
1360         iova = iommu_dma_alloc_iova(domain, size, dma_get_mask(dev), dev);
1361         if (!iova)
1362                 goto out_free_page;
1363
1364         if (iommu_map(domain, iova, msi_addr, size, prot))
1365                 goto out_free_iova;
1366
1367         INIT_LIST_HEAD(&msi_page->list);
1368         msi_page->phys = msi_addr;
1369         msi_page->iova = iova;
1370         list_add(&msi_page->list, &cookie->msi_page_list);
1371         return msi_page;
1372
1373 out_free_iova:
1374         iommu_dma_free_iova(cookie, iova, size, NULL);
1375 out_free_page:
1376         kfree(msi_page);
1377         return NULL;
1378 }
1379
1380 int iommu_dma_prepare_msi(struct msi_desc *desc, phys_addr_t msi_addr)
1381 {
1382         struct device *dev = msi_desc_to_dev(desc);
1383         struct iommu_domain *domain = iommu_get_domain_for_dev(dev);
1384         struct iommu_dma_msi_page *msi_page;
1385         static DEFINE_MUTEX(msi_prepare_lock); /* see below */
1386
1387         if (!domain || !domain->iova_cookie) {
1388                 desc->iommu_cookie = NULL;
1389                 return 0;
1390         }
1391
1392         /*
1393          * In fact the whole prepare operation should already be serialised by
1394          * irq_domain_mutex further up the callchain, but that's pretty subtle
1395          * on its own, so consider this locking as failsafe documentation...
1396          */
1397         mutex_lock(&msi_prepare_lock);
1398         msi_page = iommu_dma_get_msi_page(dev, msi_addr, domain);
1399         mutex_unlock(&msi_prepare_lock);
1400
1401         msi_desc_set_iommu_cookie(desc, msi_page);
1402
1403         if (!msi_page)
1404                 return -ENOMEM;
1405         return 0;
1406 }
1407
1408 void iommu_dma_compose_msi_msg(struct msi_desc *desc,
1409                                struct msi_msg *msg)
1410 {
1411         struct device *dev = msi_desc_to_dev(desc);
1412         const struct iommu_domain *domain = iommu_get_domain_for_dev(dev);
1413         const struct iommu_dma_msi_page *msi_page;
1414
1415         msi_page = msi_desc_get_iommu_cookie(desc);
1416
1417         if (!domain || !domain->iova_cookie || WARN_ON(!msi_page))
1418                 return;
1419
1420         msg->address_hi = upper_32_bits(msi_page->iova);
1421         msg->address_lo &= cookie_msi_granule(domain->iova_cookie) - 1;
1422         msg->address_lo += lower_32_bits(msi_page->iova);
1423 }
1424
1425 static int iommu_dma_init(void)
1426 {
1427         return iova_cache_get();
1428 }
1429 arch_initcall(iommu_dma_init);