drivers/iommu/io-pgtable-arm.c

   1 /*
   2  * CPU-agnostic ARM page table allocator.
   3  *
   4  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   5  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
   6  * published by the Free Software Foundation.
   7  *
   8  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
   9  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  10  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  11  * GNU General Public License for more details.
  12  *
  13  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  14  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  15  *
  16  * Copyright (C) 2014 ARM Limited
  17  *
  18  * Author: Will Deacon <[email protected]>
  19  */
  20
  21 #define pr_fmt(fmt)     "arm-lpae io-pgtable: " fmt
  22
  23 #include <linux/iommu.h>
  24 #include <linux/kernel.h>
  25 #include <linux/sizes.h>
  26 #include <linux/slab.h>
  27 #include <linux/types.h>
  28
  29 #include <asm/barrier.h>
  30
  31 #include "io-pgtable.h"
  32
  33 #define ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS          48
  34 #define ARM_LPAE_S2_MAX_CONCAT_PAGES    16
  35 #define ARM_LPAE_MAX_LEVELS             4
  36
  37 /* Struct accessors */
  38 #define io_pgtable_to_data(x)                                           \
  39         container_of((x), struct arm_lpae_io_pgtable, iop)
  40
  41 #define io_pgtable_ops_to_data(x)                                       \
  42         io_pgtable_to_data(io_pgtable_ops_to_pgtable(x))
  43
  44 /*
  45  * For consistency with the architecture, we always consider
  46  * ARM_LPAE_MAX_LEVELS levels, with the walk starting at level n >=0
  47  */
  48 #define ARM_LPAE_START_LVL(d)           (ARM_LPAE_MAX_LEVELS - (d)->levels)
  49
  50 /*
  51  * Calculate the right shift amount to get to the portion describing level l
  52  * in a virtual address mapped by the pagetable in d.
  53  */
  54 #define ARM_LPAE_LVL_SHIFT(l,d)                                         \
  55         ((((d)->levels - ((l) - ARM_LPAE_START_LVL(d) + 1))             \
  56           * (d)->bits_per_level) + (d)->pg_shift)
  57
  58 #define ARM_LPAE_GRANULE(d)             (1UL << (d)->pg_shift)
  59
  60 #define ARM_LPAE_PAGES_PER_PGD(d)                                       \
  61         DIV_ROUND_UP((d)->pgd_size, ARM_LPAE_GRANULE(d))
  62
  63 /*
  64  * Calculate the index at level l used to map virtual address a using the
  65  * pagetable in d.
  66  */
  67 #define ARM_LPAE_PGD_IDX(l,d)                                           \
  68         ((l) == ARM_LPAE_START_LVL(d) ? ilog2(ARM_LPAE_PAGES_PER_PGD(d)) : 0)
  69
  70 #define ARM_LPAE_LVL_IDX(a,l,d)                                         \
  71         (((u64)(a) >> ARM_LPAE_LVL_SHIFT(l,d)) &                        \
  72          ((1 << ((d)->bits_per_level + ARM_LPAE_PGD_IDX(l,d))) - 1))
  73
  74 /* Calculate the block/page mapping size at level l for pagetable in d. */
  75 #define ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(l,d)                                        \
  76         (1 << (ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte)) +                          \
  77                 ((ARM_LPAE_MAX_LEVELS - (l)) * (d)->bits_per_level)))
  78
  79 /* Page table bits */
  80 #define ARM_LPAE_PTE_TYPE_SHIFT         0
  81 #define ARM_LPAE_PTE_TYPE_MASK          0x3
  82
  83 #define ARM_LPAE_PTE_TYPE_BLOCK         1
  84 #define ARM_LPAE_PTE_TYPE_TABLE         3
  85 #define ARM_LPAE_PTE_TYPE_PAGE          3
  86
  87 #define ARM_LPAE_PTE_NSTABLE            (((arm_lpae_iopte)1) << 63)
  88 #define ARM_LPAE_PTE_XN                 (((arm_lpae_iopte)3) << 53)
  89 #define ARM_LPAE_PTE_AF                 (((arm_lpae_iopte)1) << 10)
  90 #define ARM_LPAE_PTE_SH_NS              (((arm_lpae_iopte)0) << 8)
  91 #define ARM_LPAE_PTE_SH_OS              (((arm_lpae_iopte)2) << 8)
  92 #define ARM_LPAE_PTE_SH_IS              (((arm_lpae_iopte)3) << 8)
  93 #define ARM_LPAE_PTE_NS                 (((arm_lpae_iopte)1) << 5)
  94 #define ARM_LPAE_PTE_VALID              (((arm_lpae_iopte)1) << 0)
  95
  96 #define ARM_LPAE_PTE_ATTR_LO_MASK       (((arm_lpae_iopte)0x3ff) << 2)
  97 /* Ignore the contiguous bit for block splitting */
  98 #define ARM_LPAE_PTE_ATTR_HI_MASK       (((arm_lpae_iopte)6) << 52)
  99 #define ARM_LPAE_PTE_ATTR_MASK          (ARM_LPAE_PTE_ATTR_LO_MASK |    \
 100                                          ARM_LPAE_PTE_ATTR_HI_MASK)
 101
 102 /* Stage-1 PTE */
 103 #define ARM_LPAE_PTE_AP_UNPRIV          (((arm_lpae_iopte)1) << 6)
 104 #define ARM_LPAE_PTE_AP_RDONLY          (((arm_lpae_iopte)2) << 6)
 105 #define ARM_LPAE_PTE_ATTRINDX_SHIFT     2
 106 #define ARM_LPAE_PTE_nG                 (((arm_lpae_iopte)1) << 11)
 107
 108 /* Stage-2 PTE */
 109 #define ARM_LPAE_PTE_HAP_FAULT          (((arm_lpae_iopte)0) << 6)
 110 #define ARM_LPAE_PTE_HAP_READ           (((arm_lpae_iopte)1) << 6)
 111 #define ARM_LPAE_PTE_HAP_WRITE          (((arm_lpae_iopte)2) << 6)
 112 #define ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_OIWB       (((arm_lpae_iopte)0xf) << 2)
 113 #define ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_NC         (((arm_lpae_iopte)0x5) << 2)
 114 #define ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_DEV        (((arm_lpae_iopte)0x1) << 2)
 115
 116 /* Register bits */
 117 #define ARM_32_LPAE_TCR_EAE             (1 << 31)
 118 #define ARM_64_LPAE_S2_TCR_RES1         (1 << 31)
 119
 120 #define ARM_LPAE_TCR_EPD1               (1 << 23)
 121
 122 #define ARM_LPAE_TCR_TG0_4K             (0 << 14)
 123 #define ARM_LPAE_TCR_TG0_64K            (1 << 14)
 124 #define ARM_LPAE_TCR_TG0_16K            (2 << 14)
 125
 126 #define ARM_LPAE_TCR_SH0_SHIFT          12
 127 #define ARM_LPAE_TCR_SH0_MASK           0x3
 128 #define ARM_LPAE_TCR_SH_NS              0
 129 #define ARM_LPAE_TCR_SH_OS              2
 130 #define ARM_LPAE_TCR_SH_IS              3
 131
 132 #define ARM_LPAE_TCR_ORGN0_SHIFT        10
 133 #define ARM_LPAE_TCR_IRGN0_SHIFT        8
 134 #define ARM_LPAE_TCR_RGN_MASK           0x3
 135 #define ARM_LPAE_TCR_RGN_NC             0
 136 #define ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA           1
 137 #define ARM_LPAE_TCR_RGN_WT             2
 138 #define ARM_LPAE_TCR_RGN_WB             3
 139
 140 #define ARM_LPAE_TCR_SL0_SHIFT          6
 141 #define ARM_LPAE_TCR_SL0_MASK           0x3
 142
 143 #define ARM_LPAE_TCR_T0SZ_SHIFT         0
 144 #define ARM_LPAE_TCR_SZ_MASK            0xf
 145
 146 #define ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT           16
 147 #define ARM_LPAE_TCR_PS_MASK            0x7
 148
 149 #define ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT          32
 150 #define ARM_LPAE_TCR_IPS_MASK           0x7
 151
 152 #define ARM_LPAE_TCR_PS_32_BIT          0x0ULL
 153 #define ARM_LPAE_TCR_PS_36_BIT          0x1ULL
 154 #define ARM_LPAE_TCR_PS_40_BIT          0x2ULL
 155 #define ARM_LPAE_TCR_PS_42_BIT          0x3ULL
 156 #define ARM_LPAE_TCR_PS_44_BIT          0x4ULL
 157 #define ARM_LPAE_TCR_PS_48_BIT          0x5ULL
 158
 159 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(n)     ((n) << 3)
 160 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_MASK         0xff
 161 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_DEVICE       0x04
 162 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_NC           0x44
 163 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_WBRWA        0xff
 164 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_NC       0
 165 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_CACHE    1
 166 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_DEV      2
 167
 168 /* IOPTE accessors */
 169 #define iopte_deref(pte,d)                                      \
 170         (__va((pte) & ((1ULL << ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS) - 1)    \
 171         & ~(ARM_LPAE_GRANULE(d) - 1ULL)))
 172
 173 #define iopte_type(pte,l)                                       \
 174         (((pte) >> ARM_LPAE_PTE_TYPE_SHIFT) & ARM_LPAE_PTE_TYPE_MASK)
 175
 176 #define iopte_prot(pte) ((pte) & ARM_LPAE_PTE_ATTR_MASK)
 177
 178 #define iopte_leaf(pte,l)                                       \
 179         (l == (ARM_LPAE_MAX_LEVELS - 1) ?                       \
 180                 (iopte_type(pte,l) == ARM_LPAE_PTE_TYPE_PAGE) : \
 181                 (iopte_type(pte,l) == ARM_LPAE_PTE_TYPE_BLOCK))
 182
 183 #define iopte_to_pfn(pte,d)                                     \
 184         (((pte) & ((1ULL << ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS) - 1)) >> (d)->pg_shift)
 185
 186 #define pfn_to_iopte(pfn,d)                                     \
 187         (((pfn) << (d)->pg_shift) & ((1ULL << ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS) - 1))
 188
 189 struct arm_lpae_io_pgtable {
 190         struct io_pgtable       iop;
 191
 192         int                     levels;
 193         size_t                  pgd_size;
 194         unsigned long           pg_shift;
 195         unsigned long           bits_per_level;
 196
 197         void                    *pgd;
 198 };
 199
 200 typedef u64 arm_lpae_iopte;
 201
 202 static bool selftest_running = false;
 203
 204 static dma_addr_t __arm_lpae_dma_addr(void *pages)
 205 {
 206         return (dma_addr_t)virt_to_phys(pages);
 207 }
 208
 209 static void *__arm_lpae_alloc_pages(size_t size, gfp_t gfp,
 210                                     struct io_pgtable_cfg *cfg)
 211 {
 212         struct device *dev = cfg->iommu_dev;
 213         dma_addr_t dma;
 214         void *pages = alloc_pages_exact(size, gfp | __GFP_ZERO);
 215
 216         if (!pages)
 217                 return NULL;
 218
 219         if (!selftest_running) {
 220                 dma = dma_map_single(dev, pages, size, DMA_TO_DEVICE);
 221                 if (dma_mapping_error(dev, dma))
 222                         goto out_free;
 223                 /*
 224                  * We depend on the IOMMU being able to work with any physical
 225                  * address directly, so if the DMA layer suggests otherwise by
 226                  * translating or truncating them, that bodes very badly...
 227                  */
 228                 if (dma != virt_to_phys(pages))
 229                         goto out_unmap;
 230         }
 231
 232         return pages;
 233
 234 out_unmap:
 235         dev_err(dev, "Cannot accommodate DMA translation for IOMMU page tables\n");
 236         dma_unmap_single(dev, dma, size, DMA_TO_DEVICE);
 237 out_free:
 238         free_pages_exact(pages, size);
 239         return NULL;
 240 }
 241
 242 static void __arm_lpae_free_pages(void *pages, size_t size,
 243                                   struct io_pgtable_cfg *cfg)
 244 {
 245         if (!selftest_running)
 246                 dma_unmap_single(cfg->iommu_dev, __arm_lpae_dma_addr(pages),
 247                                  size, DMA_TO_DEVICE);
 248         free_pages_exact(pages, size);
 249 }
 250
 251 static void __arm_lpae_set_pte(arm_lpae_iopte *ptep, arm_lpae_iopte pte,
 252                                struct io_pgtable_cfg *cfg)
 253 {
 254         *ptep = pte;
 255
 256         if (!selftest_running)
 257                 dma_sync_single_for_device(cfg->iommu_dev,
 258                                            __arm_lpae_dma_addr(ptep),
 259                                            sizeof(pte), DMA_TO_DEVICE);
 260 }
 261
 262 static int __arm_lpae_unmap(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
 263                             unsigned long iova, size_t size, int lvl,
 264                             arm_lpae_iopte *ptep);
 265
 266 static int arm_lpae_init_pte(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
 267                              unsigned long iova, phys_addr_t paddr,
 268                              arm_lpae_iopte prot, int lvl,
 269                              arm_lpae_iopte *ptep)
 270 {
 271         arm_lpae_iopte pte = prot;
 272         struct io_pgtable_cfg *cfg = &data->iop.cfg;
 273
 274         if (iopte_leaf(*ptep, lvl)) {
 275                 /* We require an unmap first */
 276                 WARN_ON(!selftest_running);
 277                 return -EEXIST;
 278         } else if (iopte_type(*ptep, lvl) == ARM_LPAE_PTE_TYPE_TABLE) {
 279                 /*
 280                  * We need to unmap and free the old table before
 281                  * overwriting it with a block entry.
 282                  */
 283                 arm_lpae_iopte *tblp;
 284                 size_t sz = ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(lvl, data);
 285
 286                 tblp = ptep - ARM_LPAE_LVL_IDX(iova, lvl, data);
 287                 if (WARN_ON(__arm_lpae_unmap(data, iova, sz, lvl, tblp) != sz))
 288                         return -EINVAL;
 289         }
 290
 291         if (cfg->quirks & IO_PGTABLE_QUIRK_ARM_NS)
 292                 pte |= ARM_LPAE_PTE_NS;
 293
 294         if (lvl == ARM_LPAE_MAX_LEVELS - 1)
 295                 pte |= ARM_LPAE_PTE_TYPE_PAGE;
 296         else
 297                 pte |= ARM_LPAE_PTE_TYPE_BLOCK;
 298
 299         pte |= ARM_LPAE_PTE_AF | ARM_LPAE_PTE_SH_IS;
 300         pte |= pfn_to_iopte(paddr >> data->pg_shift, data);
 301
 302         __arm_lpae_set_pte(ptep, pte, cfg);
 303         return 0;
 304 }
 305
 306 static int __arm_lpae_map(struct arm_lpae_io_pgtable *data, unsigned long iova,
 307                           phys_addr_t paddr, size_t size, arm_lpae_iopte prot,
 308                           int lvl, arm_lpae_iopte *ptep)
 309 {
 310         arm_lpae_iopte *cptep, pte;
 311         size_t block_size = ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(lvl, data);
 312         struct io_pgtable_cfg *cfg = &data->iop.cfg;
 313
 314         /* Find our entry at the current level */
 315         ptep += ARM_LPAE_LVL_IDX(iova, lvl, data);
 316
 317         /* If we can install a leaf entry at this level, then do so */
 318         if (size == block_size && (size & cfg->pgsize_bitmap))
 319                 return arm_lpae_init_pte(data, iova, paddr, prot, lvl, ptep);
 320
 321         /* We can't allocate tables at the final level */
 322         if (WARN_ON(lvl >= ARM_LPAE_MAX_LEVELS - 1))
 323                 return -EINVAL;
 324
 325         /* Grab a pointer to the next level */
 326         pte = *ptep;
 327         if (!pte) {
 328                 cptep = __arm_lpae_alloc_pages(ARM_LPAE_GRANULE(data),
 329                                                GFP_ATOMIC, cfg);
 330                 if (!cptep)
 331                         return -ENOMEM;
 332
 333                 pte = __pa(cptep) | ARM_LPAE_PTE_TYPE_TABLE;
 334                 if (cfg->quirks & IO_PGTABLE_QUIRK_ARM_NS)
 335                         pte |= ARM_LPAE_PTE_NSTABLE;
 336                 __arm_lpae_set_pte(ptep, pte, cfg);
 337         } else {
 338                 cptep = iopte_deref(pte, data);
 339         }
 340
 341         /* Rinse, repeat */
 342         return __arm_lpae_map(data, iova, paddr, size, prot, lvl + 1, cptep);
 343 }
 344
 345 static arm_lpae_iopte arm_lpae_prot_to_pte(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
 346                                            int prot)
 347 {
 348         arm_lpae_iopte pte;
 349
 350         if (data->iop.fmt == ARM_64_LPAE_S1 ||
 351             data->iop.fmt == ARM_32_LPAE_S1) {
 352                 pte = ARM_LPAE_PTE_AP_UNPRIV | ARM_LPAE_PTE_nG;
 353
 354                 if (!(prot & IOMMU_WRITE) && (prot & IOMMU_READ))
 355                         pte |= ARM_LPAE_PTE_AP_RDONLY;
 356
 357                 if (prot & IOMMU_CACHE)
 358                         pte |= (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_CACHE
 359                                 << ARM_LPAE_PTE_ATTRINDX_SHIFT);
 360         } else {
 361                 pte = ARM_LPAE_PTE_HAP_FAULT;
 362                 if (prot & IOMMU_READ)
 363                         pte |= ARM_LPAE_PTE_HAP_READ;
 364                 if (prot & IOMMU_WRITE)
 365                         pte |= ARM_LPAE_PTE_HAP_WRITE;
 366                 if (prot & IOMMU_CACHE)
 367                         pte |= ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_OIWB;
 368                 else
 369                         pte |= ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_NC;
 370         }
 371
 372         if (prot & IOMMU_NOEXEC)
 373                 pte |= ARM_LPAE_PTE_XN;
 374
 375         return pte;
 376 }
 377
 378 static int arm_lpae_map(struct io_pgtable_ops *ops, unsigned long iova,
 379                         phys_addr_t paddr, size_t size, int iommu_prot)
 380 {
 381         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
 382         arm_lpae_iopte *ptep = data->pgd;
 383         int ret, lvl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
 384         arm_lpae_iopte prot;
 385
 386         /* If no access, then nothing to do */
 387         if (!(iommu_prot & (IOMMU_READ | IOMMU_WRITE)))
 388                 return 0;
 389
 390         prot = arm_lpae_prot_to_pte(data, iommu_prot);
 391         ret = __arm_lpae_map(data, iova, paddr, size, prot, lvl, ptep);
 392         /*
 393          * Synchronise all PTE updates for the new mapping before there's
 394          * a chance for anything to kick off a table walk for the new iova.
 395          */
 396         wmb();
 397
 398         return ret;
 399 }
 400
 401 static void __arm_lpae_free_pgtable(struct arm_lpae_io_pgtable *data, int lvl,
 402                                     arm_lpae_iopte *ptep)
 403 {
 404         arm_lpae_iopte *start, *end;
 405         unsigned long table_size;
 406
 407         if (lvl == ARM_LPAE_START_LVL(data))
 408                 table_size = data->pgd_size;
 409         else
 410                 table_size = ARM_LPAE_GRANULE(data);
 411
 412         start = ptep;
 413
 414         /* Only leaf entries at the last level */
 415         if (lvl == ARM_LPAE_MAX_LEVELS - 1)
 416                 end = ptep;
 417         else
 418                 end = (void *)ptep + table_size;
 419
 420         while (ptep != end) {
 421                 arm_lpae_iopte pte = *ptep++;
 422
 423                 if (!pte || iopte_leaf(pte, lvl))
 424                         continue;
 425
 426                 __arm_lpae_free_pgtable(data, lvl + 1, iopte_deref(pte, data));
 427         }
 428
 429         __arm_lpae_free_pages(start, table_size, &data->iop.cfg);
 430 }
 431
 432 static void arm_lpae_free_pgtable(struct io_pgtable *iop)
 433 {
 434         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_to_data(iop);
 435
 436         __arm_lpae_free_pgtable(data, ARM_LPAE_START_LVL(data), data->pgd);
 437         kfree(data);
 438 }
 439
 440 static int arm_lpae_split_blk_unmap(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
 441                                     unsigned long iova, size_t size,
 442                                     arm_lpae_iopte prot, int lvl,
 443                                     arm_lpae_iopte *ptep, size_t blk_size)
 444 {
 445         unsigned long blk_start, blk_end;
 446         phys_addr_t blk_paddr;
 447         arm_lpae_iopte table = 0;
 448         struct io_pgtable_cfg *cfg = &data->iop.cfg;
 449
 450         blk_start = iova & ~(blk_size - 1);
 451         blk_end = blk_start + blk_size;
 452         blk_paddr = iopte_to_pfn(*ptep, data) << data->pg_shift;
 453
 454         for (; blk_start < blk_end; blk_start += size, blk_paddr += size) {
 455                 arm_lpae_iopte *tablep;
 456
 457                 /* Unmap! */
 458                 if (blk_start == iova)
 459                         continue;
 460
 461                 /* __arm_lpae_map expects a pointer to the start of the table */
 462                 tablep = &table - ARM_LPAE_LVL_IDX(blk_start, lvl, data);
 463                 if (__arm_lpae_map(data, blk_start, blk_paddr, size, prot, lvl,
 464                                    tablep) < 0) {
 465                         if (table) {
 466                                 /* Free the table we allocated */
 467                                 tablep = iopte_deref(table, data);
 468                                 __arm_lpae_free_pgtable(data, lvl + 1, tablep);
 469                         }
 470                         return 0; /* Bytes unmapped */
 471                 }
 472         }
 473
 474         __arm_lpae_set_pte(ptep, table, cfg);
 475         iova &= ~(blk_size - 1);
 476         cfg->tlb->tlb_add_flush(iova, blk_size, blk_size, true, data->iop.cookie);
 477         return size;
 478 }
 479
 480 static int __arm_lpae_unmap(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
 481                             unsigned long iova, size_t size, int lvl,
 482                             arm_lpae_iopte *ptep)
 483 {
 484         arm_lpae_iopte pte;
 485         const struct iommu_gather_ops *tlb = data->iop.cfg.tlb;
 486         void *cookie = data->iop.cookie;
 487         size_t blk_size = ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(lvl, data);
 488
 489         /* Something went horribly wrong and we ran out of page table */
 490         if (WARN_ON(lvl == ARM_LPAE_MAX_LEVELS))
 491                 return 0;
 492
 493         ptep += ARM_LPAE_LVL_IDX(iova, lvl, data);
 494         pte = *ptep;
 495         if (WARN_ON(!pte))
 496                 return 0;
 497
 498         /* If the size matches this level, we're in the right place */
 499         if (size == blk_size) {
 500                 __arm_lpae_set_pte(ptep, 0, &data->iop.cfg);
 501
 502                 if (!iopte_leaf(pte, lvl)) {
 503                         /* Also flush any partial walks */
 504                         tlb->tlb_add_flush(iova, size, ARM_LPAE_GRANULE(data),
 505                                            false, cookie);
 506                         tlb->tlb_sync(cookie);
 507                         ptep = iopte_deref(pte, data);
 508                         __arm_lpae_free_pgtable(data, lvl + 1, ptep);
 509                 } else {
 510                         tlb->tlb_add_flush(iova, size, size, true, cookie);
 511                 }
 512
 513                 return size;
 514         } else if (iopte_leaf(pte, lvl)) {
 515                 /*
 516                  * Insert a table at the next level to map the old region,
 517                  * minus the part we want to unmap
 518                  */
 519                 return arm_lpae_split_blk_unmap(data, iova, size,
 520                                                 iopte_prot(pte), lvl, ptep,
 521                                                 blk_size);
 522         }
 523
 524         /* Keep on walkin' */
 525         ptep = iopte_deref(pte, data);
 526         return __arm_lpae_unmap(data, iova, size, lvl + 1, ptep);
 527 }
 528
 529 static int arm_lpae_unmap(struct io_pgtable_ops *ops, unsigned long iova,
 530                           size_t size)
 531 {
 532         size_t unmapped;
 533         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
 534         struct io_pgtable *iop = &data->iop;
 535         arm_lpae_iopte *ptep = data->pgd;
 536         int lvl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
 537
 538         unmapped = __arm_lpae_unmap(data, iova, size, lvl, ptep);
 539         if (unmapped)
 540                 iop->cfg.tlb->tlb_sync(iop->cookie);
 541
 542         return unmapped;
 543 }
 544
 545 static phys_addr_t arm_lpae_iova_to_phys(struct io_pgtable_ops *ops,
 546                                          unsigned long iova)
 547 {
 548         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
 549         arm_lpae_iopte pte, *ptep = data->pgd;
 550         int lvl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
 551
 552         do {
 553                 /* Valid IOPTE pointer? */
 554                 if (!ptep)
 555                         return 0;
 556
 557                 /* Grab the IOPTE we're interested in */
 558                 pte = *(ptep + ARM_LPAE_LVL_IDX(iova, lvl, data));
 559
 560                 /* Valid entry? */
 561                 if (!pte)
 562                         return 0;
 563
 564                 /* Leaf entry? */
 565                 if (iopte_leaf(pte,lvl))
 566                         goto found_translation;
 567
 568                 /* Take it to the next level */
 569                 ptep = iopte_deref(pte, data);
 570         } while (++lvl < ARM_LPAE_MAX_LEVELS);
 571
 572         /* Ran out of page tables to walk */
 573         return 0;
 574
 575 found_translation:
 576         iova &= (ARM_LPAE_GRANULE(data) - 1);
 577         return ((phys_addr_t)iopte_to_pfn(pte,data) << data->pg_shift) | iova;
 578 }
 579
 580 static void arm_lpae_restrict_pgsizes(struct io_pgtable_cfg *cfg)
 581 {
 582         unsigned long granule;
 583
 584         /*
 585          * We need to restrict the supported page sizes to match the
 586          * translation regime for a particular granule. Aim to match
 587          * the CPU page size if possible, otherwise prefer smaller sizes.
 588          * While we're at it, restrict the block sizes to match the
 589          * chosen granule.
 590          */
 591         if (cfg->pgsize_bitmap & PAGE_SIZE)
 592                 granule = PAGE_SIZE;
 593         else if (cfg->pgsize_bitmap & ~PAGE_MASK)
 594                 granule = 1UL << __fls(cfg->pgsize_bitmap & ~PAGE_MASK);
 595         else if (cfg->pgsize_bitmap & PAGE_MASK)
 596                 granule = 1UL << __ffs(cfg->pgsize_bitmap & PAGE_MASK);
 597         else
 598                 granule = 0;
 599
 600         switch (granule) {
 601         case SZ_4K:
 602                 cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G);
 603                 break;
 604         case SZ_16K:
 605                 cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_16K | SZ_32M);
 606                 break;
 607         case SZ_64K:
 608                 cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_64K | SZ_512M);
 609                 break;
 610         default:
 611                 cfg->pgsize_bitmap = 0;
 612         }
 613 }
 614
 615 static struct arm_lpae_io_pgtable *
 616 arm_lpae_alloc_pgtable(struct io_pgtable_cfg *cfg)
 617 {
 618         unsigned long va_bits, pgd_bits;
 619         struct arm_lpae_io_pgtable *data;
 620
 621         arm_lpae_restrict_pgsizes(cfg);
 622
 623         if (!(cfg->pgsize_bitmap & (SZ_4K | SZ_16K | SZ_64K)))
 624                 return NULL;
 625
 626         if (cfg->ias > ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS)
 627                 return NULL;
 628
 629         if (cfg->oas > ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS)
 630                 return NULL;
 631
 632         if (!selftest_running && cfg->iommu_dev->dma_pfn_offset) {
 633                 dev_err(cfg->iommu_dev, "Cannot accommodate DMA offset for IOMMU page tables\n");
 634                 return NULL;
 635         }
 636
 637         data = kmalloc(sizeof(*data), GFP_KERNEL);
 638         if (!data)
 639                 return NULL;
 640
 641         data->pg_shift = __ffs(cfg->pgsize_bitmap);
 642         data->bits_per_level = data->pg_shift - ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte));
 643
 644         va_bits = cfg->ias - data->pg_shift;
 645         data->levels = DIV_ROUND_UP(va_bits, data->bits_per_level);
 646
 647         /* Calculate the actual size of our pgd (without concatenation) */
 648         pgd_bits = va_bits - (data->bits_per_level * (data->levels - 1));
 649         data->pgd_size = 1UL << (pgd_bits + ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte)));
 650
 651         data->iop.ops = (struct io_pgtable_ops) {
 652                 .map            = arm_lpae_map,
 653                 .unmap          = arm_lpae_unmap,
 654                 .iova_to_phys   = arm_lpae_iova_to_phys,
 655         };
 656
 657         return data;
 658 }
 659
 660 static struct io_pgtable *
 661 arm_64_lpae_alloc_pgtable_s1(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
 662 {
 663         u64 reg;
 664         struct arm_lpae_io_pgtable *data = arm_lpae_alloc_pgtable(cfg);
 665
 666         if (!data)
 667                 return NULL;
 668
 669         /* TCR */
 670         reg = (ARM_LPAE_TCR_SH_IS << ARM_LPAE_TCR_SH0_SHIFT) |
 671               (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_IRGN0_SHIFT) |
 672               (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_ORGN0_SHIFT);
 673
 674         switch (ARM_LPAE_GRANULE(data)) {
 675         case SZ_4K:
 676                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_4K;
 677                 break;
 678         case SZ_16K:
 679                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_16K;
 680                 break;
 681         case SZ_64K:
 682                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_64K;
 683                 break;
 684         }
 685
 686         switch (cfg->oas) {
 687         case 32:
 688                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_32_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
 689                 break;
 690         case 36:
 691                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_36_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
 692                 break;
 693         case 40:
 694                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_40_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
 695                 break;
 696         case 42:
 697                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_42_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
 698                 break;
 699         case 44:
 700                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_44_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
 701                 break;
 702         case 48:
 703                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_48_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
 704                 break;
 705         default:
 706                 goto out_free_data;
 707         }
 708
 709         reg |= (64ULL - cfg->ias) << ARM_LPAE_TCR_T0SZ_SHIFT;
 710
 711         /* Disable speculative walks through TTBR1 */
 712         reg |= ARM_LPAE_TCR_EPD1;
 713         cfg->arm_lpae_s1_cfg.tcr = reg;
 714
 715         /* MAIRs */
 716         reg = (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_NC
 717                << ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_NC)) |
 718               (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_WBRWA
 719                << ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_CACHE)) |
 720               (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_DEVICE
 721                << ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_DEV));
 722
 723         cfg->arm_lpae_s1_cfg.mair[0] = reg;
 724         cfg->arm_lpae_s1_cfg.mair[1] = 0;
 725
 726         /* Looking good; allocate a pgd */
 727         data->pgd = __arm_lpae_alloc_pages(data->pgd_size, GFP_KERNEL, cfg);
 728         if (!data->pgd)
 729                 goto out_free_data;
 730
 731         /* Ensure the empty pgd is visible before any actual TTBR write */
 732         wmb();
 733
 734         /* TTBRs */
 735         cfg->arm_lpae_s1_cfg.ttbr[0] = virt_to_phys(data->pgd);
 736         cfg->arm_lpae_s1_cfg.ttbr[1] = 0;
 737         return &data->iop;
 738
 739 out_free_data:
 740         kfree(data);
 741         return NULL;
 742 }
 743
 744 static struct io_pgtable *
 745 arm_64_lpae_alloc_pgtable_s2(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
 746 {
 747         u64 reg, sl;
 748         struct arm_lpae_io_pgtable *data = arm_lpae_alloc_pgtable(cfg);
 749
 750         if (!data)
 751                 return NULL;
 752
 753         /*
 754          * Concatenate PGDs at level 1 if possible in order to reduce
 755          * the depth of the stage-2 walk.
 756          */
 757         if (data->levels == ARM_LPAE_MAX_LEVELS) {
 758                 unsigned long pgd_pages;
 759
 760                 pgd_pages = data->pgd_size >> ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte));
 761                 if (pgd_pages <= ARM_LPAE_S2_MAX_CONCAT_PAGES) {
 762                         data->pgd_size = pgd_pages << data->pg_shift;
 763                         data->levels--;
 764                 }
 765         }
 766
 767         /* VTCR */
 768         reg = ARM_64_LPAE_S2_TCR_RES1 |
 769              (ARM_LPAE_TCR_SH_IS << ARM_LPAE_TCR_SH0_SHIFT) |
 770              (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_IRGN0_SHIFT) |
 771              (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_ORGN0_SHIFT);
 772
 773         sl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
 774
 775         switch (ARM_LPAE_GRANULE(data)) {
 776         case SZ_4K:
 777                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_4K;
 778                 sl++; /* SL0 format is different for 4K granule size */
 779                 break;
 780         case SZ_16K:
 781                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_16K;
 782                 break;
 783         case SZ_64K:
 784                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_64K;
 785                 break;
 786         }
 787
 788         switch (cfg->oas) {
 789         case 32:
 790                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_32_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
 791                 break;
 792         case 36:
 793                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_36_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
 794                 break;
 795         case 40:
 796                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_40_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
 797                 break;
 798         case 42:
 799                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_42_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
 800                 break;
 801         case 44:
 802                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_44_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
 803                 break;
 804         case 48:
 805                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_48_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
 806                 break;
 807         default:
 808                 goto out_free_data;
 809         }
 810
 811         reg |= (64ULL - cfg->ias) << ARM_LPAE_TCR_T0SZ_SHIFT;
 812         reg |= (~sl & ARM_LPAE_TCR_SL0_MASK) << ARM_LPAE_TCR_SL0_SHIFT;
 813         cfg->arm_lpae_s2_cfg.vtcr = reg;
 814
 815         /* Allocate pgd pages */
 816         data->pgd = __arm_lpae_alloc_pages(data->pgd_size, GFP_KERNEL, cfg);
 817         if (!data->pgd)
 818                 goto out_free_data;
 819
 820         /* Ensure the empty pgd is visible before any actual TTBR write */
 821         wmb();
 822
 823         /* VTTBR */
 824         cfg->arm_lpae_s2_cfg.vttbr = virt_to_phys(data->pgd);
 825         return &data->iop;
 826
 827 out_free_data:
 828         kfree(data);
 829         return NULL;
 830 }
 831
 832 static struct io_pgtable *
 833 arm_32_lpae_alloc_pgtable_s1(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
 834 {
 835         struct io_pgtable *iop;
 836
 837         if (cfg->ias > 32 || cfg->oas > 40)
 838                 return NULL;
 839
 840         cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G);
 841         iop = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s1(cfg, cookie);
 842         if (iop) {
 843                 cfg->arm_lpae_s1_cfg.tcr |= ARM_32_LPAE_TCR_EAE;
 844                 cfg->arm_lpae_s1_cfg.tcr &= 0xffffffff;
 845         }
 846
 847         return iop;
 848 }
 849
 850 static struct io_pgtable *
 851 arm_32_lpae_alloc_pgtable_s2(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
 852 {
 853         struct io_pgtable *iop;
 854
 855         if (cfg->ias > 40 || cfg->oas > 40)
 856                 return NULL;
 857
 858         cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G);
 859         iop = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s2(cfg, cookie);
 860         if (iop)
 861                 cfg->arm_lpae_s2_cfg.vtcr &= 0xffffffff;
 862
 863         return iop;
 864 }
 865
 866 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_64_lpae_s1_init_fns = {
 867         .alloc  = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s1,
 868         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
 869 };
 870
 871 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_64_lpae_s2_init_fns = {
 872         .alloc  = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s2,
 873         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
 874 };
 875
 876 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_32_lpae_s1_init_fns = {
 877         .alloc  = arm_32_lpae_alloc_pgtable_s1,
 878         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
 879 };
 880
 881 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_32_lpae_s2_init_fns = {
 882         .alloc  = arm_32_lpae_alloc_pgtable_s2,
 883         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
 884 };
 885
 886 #ifdef CONFIG_IOMMU_IO_PGTABLE_LPAE_SELFTEST
 887
 888 static struct io_pgtable_cfg *cfg_cookie;
 889
 890 static void dummy_tlb_flush_all(void *cookie)
 891 {
 892         WARN_ON(cookie != cfg_cookie);
 893 }
 894
 895 static void dummy_tlb_add_flush(unsigned long iova, size_t size,
 896                                 size_t granule, bool leaf, void *cookie)
 897 {
 898         WARN_ON(cookie != cfg_cookie);
 899         WARN_ON(!(size & cfg_cookie->pgsize_bitmap));
 900 }
 901
 902 static void dummy_tlb_sync(void *cookie)
 903 {
 904         WARN_ON(cookie != cfg_cookie);
 905 }
 906
 907 static struct iommu_gather_ops dummy_tlb_ops __initdata = {
 908         .tlb_flush_all  = dummy_tlb_flush_all,
 909         .tlb_add_flush  = dummy_tlb_add_flush,
 910         .tlb_sync       = dummy_tlb_sync,
 911 };
 912
 913 static void __init arm_lpae_dump_ops(struct io_pgtable_ops *ops)
 914 {
 915         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
 916         struct io_pgtable_cfg *cfg = &data->iop.cfg;
 917
 918         pr_err("cfg: pgsize_bitmap 0x%lx, ias %u-bit\n",
 919                 cfg->pgsize_bitmap, cfg->ias);
 920         pr_err("data: %d levels, 0x%zx pgd_size, %lu pg_shift, %lu bits_per_level, pgd @ %p\n",
 921                 data->levels, data->pgd_size, data->pg_shift,
 922                 data->bits_per_level, data->pgd);
 923 }
 924
 925 #define __FAIL(ops, i)  ({                                              \
 926                 WARN(1, "selftest: test failed for fmt idx %d\n", (i)); \
 927                 arm_lpae_dump_ops(ops);                                 \
 928                 selftest_running = false;                               \
 929                 -EFAULT;                                                \
 930 })
 931
 932 static int __init arm_lpae_run_tests(struct io_pgtable_cfg *cfg)
 933 {
 934         static const enum io_pgtable_fmt fmts[] = {
 935                 ARM_64_LPAE_S1,
 936                 ARM_64_LPAE_S2,
 937         };
 938
 939         int i, j;
 940         unsigned long iova;
 941         size_t size;
 942         struct io_pgtable_ops *ops;
 943
 944         selftest_running = true;
 945
 946         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(fmts); ++i) {
 947                 cfg_cookie = cfg;
 948                 ops = alloc_io_pgtable_ops(fmts[i], cfg, cfg);
 949                 if (!ops) {
 950                         pr_err("selftest: failed to allocate io pgtable ops\n");
 951                         return -ENOMEM;
 952                 }
 953
 954                 /*
 955                  * Initial sanity checks.
 956                  * Empty page tables shouldn't provide any translations.
 957                  */
 958                 if (ops->iova_to_phys(ops, 42))
 959                         return __FAIL(ops, i);
 960
 961                 if (ops->iova_to_phys(ops, SZ_1G + 42))
 962                         return __FAIL(ops, i);
 963
 964                 if (ops->iova_to_phys(ops, SZ_2G + 42))
 965                         return __FAIL(ops, i);
 966
 967                 /*
 968                  * Distinct mappings of different granule sizes.
 969                  */
 970                 iova = 0;
 971                 j = find_first_bit(&cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG);
 972                 while (j != BITS_PER_LONG) {
 973                         size = 1UL << j;
 974
 975                         if (ops->map(ops, iova, iova, size, IOMMU_READ |
 976                                                             IOMMU_WRITE |
 977                                                             IOMMU_NOEXEC |
 978                                                             IOMMU_CACHE))
 979                                 return __FAIL(ops, i);
 980
 981                         /* Overlapping mappings */
 982                         if (!ops->map(ops, iova, iova + size, size,
 983                                       IOMMU_READ | IOMMU_NOEXEC))
 984                                 return __FAIL(ops, i);
 985
 986                         if (ops->iova_to_phys(ops, iova + 42) != (iova + 42))
 987                                 return __FAIL(ops, i);
 988
 989                         iova += SZ_1G;
 990                         j++;
 991                         j = find_next_bit(&cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG, j);
 992                 }
 993
 994                 /* Partial unmap */
 995                 size = 1UL << __ffs(cfg->pgsize_bitmap);
 996                 if (ops->unmap(ops, SZ_1G + size, size) != size)
 997                         return __FAIL(ops, i);
 998
 999                 /* Remap of partial unmap */
1000                 if (ops->map(ops, SZ_1G + size, size, size, IOMMU_READ))
1001                         return __FAIL(ops, i);
1002
1003                 if (ops->iova_to_phys(ops, SZ_1G + size + 42) != (size + 42))
1004                         return __FAIL(ops, i);
1005
1006                 /* Full unmap */
1007                 iova = 0;
1008                 j = find_first_bit(&cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG);
1009                 while (j != BITS_PER_LONG) {
1010                         size = 1UL << j;
1011
1012                         if (ops->unmap(ops, iova, size) != size)
1013                                 return __FAIL(ops, i);
1014
1015                         if (ops->iova_to_phys(ops, iova + 42))
1016                                 return __FAIL(ops, i);
1017
1018                         /* Remap full block */
1019                         if (ops->map(ops, iova, iova, size, IOMMU_WRITE))
1020                                 return __FAIL(ops, i);
1021
1022                         if (ops->iova_to_phys(ops, iova + 42) != (iova + 42))
1023                                 return __FAIL(ops, i);
1024
1025                         iova += SZ_1G;
1026                         j++;
1027                         j = find_next_bit(&cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG, j);
1028                 }
1029
1030                 free_io_pgtable_ops(ops);
1031         }
1032
1033         selftest_running = false;
1034         return 0;
1035 }
1036
1037 static int __init arm_lpae_do_selftests(void)
1038 {
1039         static const unsigned long pgsize[] = {
1040                 SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G,
1041                 SZ_16K | SZ_32M,
1042                 SZ_64K | SZ_512M,
1043         };
1044
1045         static const unsigned int ias[] = {
1046                 32, 36, 40, 42, 44, 48,
1047         };
1048
1049         int i, j, pass = 0, fail = 0;
1050         struct io_pgtable_cfg cfg = {
1051                 .tlb = &dummy_tlb_ops,
1052                 .oas = 48,
1053         };
1054
1055         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(pgsize); ++i) {
1056                 for (j = 0; j < ARRAY_SIZE(ias); ++j) {
1057                         cfg.pgsize_bitmap = pgsize[i];
1058                         cfg.ias = ias[j];
1059                         pr_info("selftest: pgsize_bitmap 0x%08lx, IAS %u\n",
1060                                 pgsize[i], ias[j]);
1061                         if (arm_lpae_run_tests(&cfg))
1062                                 fail++;
1063                         else
1064                                 pass++;
1065                 }
1066         }
1067
1068         pr_info("selftest: completed with %d PASS %d FAIL\n", pass, fail);
1069         return fail ? -EFAULT : 0;
1070 }
1071 subsys_initcall(arm_lpae_do_selftests);
1072 #endif