arch/powerpc/mm/dma-noncoherent.c

   1 /*
   2  *  PowerPC version derived from arch/arm/mm/consistent.c
   3  *    Copyright (C) 2001 Dan Malek ([email protected])
   4  *
   5  *  Copyright (C) 2000 Russell King
   6  *
   7  * Consistent memory allocators.  Used for DMA devices that want to
   8  * share uncached memory with the processor core.  The function return
   9  * is the virtual address and 'dma_handle' is the physical address.
  10  * Mostly stolen from the ARM port, with some changes for PowerPC.
  11  *                                              -- Dan
  12  *
  13  * Reorganized to get rid of the arch-specific consistent_* functions
  14  * and provide non-coherent implementations for the DMA API. -Matt
  15  *
  16  * Added in_interrupt() safe dma_alloc_coherent()/dma_free_coherent()
  17  * implementation. This is pulled straight from ARM and barely
  18  * modified. -Matt
  19  *
  20  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  21  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
  22  * published by the Free Software Foundation.
  23  */
  24
  25 #include <linux/sched.h>
  26 #include <linux/slab.h>
  27 #include <linux/kernel.h>
  28 #include <linux/errno.h>
  29 #include <linux/string.h>
  30 #include <linux/types.h>
  31 #include <linux/highmem.h>
  32 #include <linux/dma-direct.h>
  33 #include <linux/dma-noncoherent.h>
  34 #include <linux/export.h>
  35
  36 #include <asm/tlbflush.h>
  37 #include <asm/dma.h>
  38
  39 #include <mm/mmu_decl.h>
  40
  41 /*
  42  * This address range defaults to a value that is safe for all
  43  * platforms which currently set CONFIG_NOT_COHERENT_CACHE. It
  44  * can be further configured for specific applications under
  45  * the "Advanced Setup" menu. -Matt
  46  */
  47 #define CONSISTENT_BASE         (IOREMAP_TOP)
  48 #define CONSISTENT_END          (CONSISTENT_BASE + CONFIG_CONSISTENT_SIZE)
  49 #define CONSISTENT_OFFSET(x)    (((unsigned long)(x) - CONSISTENT_BASE) >> PAGE_SHIFT)
  50
  51 /*
  52  * This is the page table (2MB) covering uncached, DMA consistent allocations
  53  */
  54 static DEFINE_SPINLOCK(consistent_lock);
  55
  56 /*
  57  * VM region handling support.
  58  *
  59  * This should become something generic, handling VM region allocations for
  60  * vmalloc and similar (ioremap, module space, etc).
  61  *
  62  * I envisage vmalloc()'s supporting vm_struct becoming:
  63  *
  64  *  struct vm_struct {
  65  *    struct vm_region  region;
  66  *    unsigned long     flags;
  67  *    struct page       **pages;
  68  *    unsigned int      nr_pages;
  69  *    unsigned long     phys_addr;
  70  *  };
  71  *
  72  * get_vm_area() would then call vm_region_alloc with an appropriate
  73  * struct vm_region head (eg):
  74  *
  75  *  struct vm_region vmalloc_head = {
  76  *      .vm_list        = LIST_HEAD_INIT(vmalloc_head.vm_list),
  77  *      .vm_start       = VMALLOC_START,
  78  *      .vm_end         = VMALLOC_END,
  79  *  };
  80  *
  81  * However, vmalloc_head.vm_start is variable (typically, it is dependent on
  82  * the amount of RAM found at boot time.)  I would imagine that get_vm_area()
  83  * would have to initialise this each time prior to calling vm_region_alloc().
  84  */
  85 struct ppc_vm_region {
  86         struct list_head        vm_list;
  87         unsigned long           vm_start;
  88         unsigned long           vm_end;
  89 };
  90
  91 static struct ppc_vm_region consistent_head = {
  92         .vm_list        = LIST_HEAD_INIT(consistent_head.vm_list),
  93         .vm_start       = CONSISTENT_BASE,
  94         .vm_end         = CONSISTENT_END,
  95 };
  96
  97 static struct ppc_vm_region *
  98 ppc_vm_region_alloc(struct ppc_vm_region *head, size_t size, gfp_t gfp)
  99 {
 100         unsigned long addr = head->vm_start, end = head->vm_end - size;
 101         unsigned long flags;
 102         struct ppc_vm_region *c, *new;
 103
 104         new = kmalloc(sizeof(struct ppc_vm_region), gfp);
 105         if (!new)
 106                 goto out;
 107
 108         spin_lock_irqsave(&consistent_lock, flags);
 109
 110         list_for_each_entry(c, &head->vm_list, vm_list) {
 111                 if ((addr + size) < addr)
 112                         goto nospc;
 113                 if ((addr + size) <= c->vm_start)
 114                         goto found;
 115                 addr = c->vm_end;
 116                 if (addr > end)
 117                         goto nospc;
 118         }
 119
 120  found:
 121         /*
 122          * Insert this entry _before_ the one we found.
 123          */
 124         list_add_tail(&new->vm_list, &c->vm_list);
 125         new->vm_start = addr;
 126         new->vm_end = addr + size;
 127
 128         spin_unlock_irqrestore(&consistent_lock, flags);
 129         return new;
 130
 131  nospc:
 132         spin_unlock_irqrestore(&consistent_lock, flags);
 133         kfree(new);
 134  out:
 135         return NULL;
 136 }
 137
 138 static struct ppc_vm_region *ppc_vm_region_find(struct ppc_vm_region *head, unsigned long addr)
 139 {
 140         struct ppc_vm_region *c;
 141
 142         list_for_each_entry(c, &head->vm_list, vm_list) {
 143                 if (c->vm_start == addr)
 144                         goto out;
 145         }
 146         c = NULL;
 147  out:
 148         return c;
 149 }
 150
 151 /*
 152  * Allocate DMA-coherent memory space and return both the kernel remapped
 153  * virtual and bus address for that space.
 154  */
 155 void *arch_dma_alloc(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *dma_handle,
 156                 gfp_t gfp, unsigned long attrs)
 157 {
 158         struct page *page;
 159         struct ppc_vm_region *c;
 160         unsigned long order;
 161         u64 mask = ISA_DMA_THRESHOLD, limit;
 162
 163         if (dev) {
 164                 mask = dev->coherent_dma_mask;
 165
 166                 /*
 167                  * Sanity check the DMA mask - it must be non-zero, and
 168                  * must be able to be satisfied by a DMA allocation.
 169                  */
 170                 if (mask == 0) {
 171                         dev_warn(dev, "coherent DMA mask is unset\n");
 172                         goto no_page;
 173                 }
 174
 175                 if ((~mask) & ISA_DMA_THRESHOLD) {
 176                         dev_warn(dev, "coherent DMA mask %#llx is smaller "
 177                                  "than system GFP_DMA mask %#llx\n",
 178                                  mask, (unsigned long long)ISA_DMA_THRESHOLD);
 179                         goto no_page;
 180                 }
 181         }
 182
 183
 184         size = PAGE_ALIGN(size);
 185         limit = (mask + 1) & ~mask;
 186         if ((limit && size >= limit) ||
 187             size >= (CONSISTENT_END - CONSISTENT_BASE)) {
 188                 printk(KERN_WARNING "coherent allocation too big (requested %#x mask %#Lx)\n",
 189                        size, mask);
 190                 return NULL;
 191         }
 192
 193         order = get_order(size);
 194
 195         /* Might be useful if we ever have a real legacy DMA zone... */
 196         if (mask != 0xffffffff)
 197                 gfp |= GFP_DMA;
 198
 199         page = alloc_pages(gfp, order);
 200         if (!page)
 201                 goto no_page;
 202
 203         /*
 204          * Invalidate any data that might be lurking in the
 205          * kernel direct-mapped region for device DMA.
 206          */
 207         {
 208                 unsigned long kaddr = (unsigned long)page_address(page);
 209                 memset(page_address(page), 0, size);
 210                 flush_dcache_range(kaddr, kaddr + size);
 211         }
 212
 213         /*
 214          * Allocate a virtual address in the consistent mapping region.
 215          */
 216         c = ppc_vm_region_alloc(&consistent_head, size,
 217                             gfp & ~(__GFP_DMA | __GFP_HIGHMEM));
 218         if (c) {
 219                 unsigned long vaddr = c->vm_start;
 220                 struct page *end = page + (1 << order);
 221
 222                 split_page(page, order);
 223
 224                 /*
 225                  * Set the "dma handle"
 226                  */
 227                 *dma_handle = phys_to_dma(dev, page_to_phys(page));
 228
 229                 do {
 230                         SetPageReserved(page);
 231                         map_kernel_page(vaddr, page_to_phys(page),
 232                                         pgprot_noncached(PAGE_KERNEL));
 233                         page++;
 234                         vaddr += PAGE_SIZE;
 235                 } while (size -= PAGE_SIZE);
 236
 237                 /*
 238                  * Free the otherwise unused pages.
 239                  */
 240                 while (page < end) {
 241                         __free_page(page);
 242                         page++;
 243                 }
 244
 245                 return (void *)c->vm_start;
 246         }
 247
 248         if (page)
 249                 __free_pages(page, order);
 250  no_page:
 251         return NULL;
 252 }
 253
 254 /*
 255  * free a page as defined by the above mapping.
 256  */
 257 void arch_dma_free(struct device *dev, size_t size, void *vaddr,
 258                 dma_addr_t dma_handle, unsigned long attrs)
 259 {
 260         struct ppc_vm_region *c;
 261         unsigned long flags, addr;
 262
 263         size = PAGE_ALIGN(size);
 264
 265         spin_lock_irqsave(&consistent_lock, flags);
 266
 267         c = ppc_vm_region_find(&consistent_head, (unsigned long)vaddr);
 268         if (!c)
 269                 goto no_area;
 270
 271         if ((c->vm_end - c->vm_start) != size) {
 272                 printk(KERN_ERR "%s: freeing wrong coherent size (%ld != %d)\n",
 273                        __func__, c->vm_end - c->vm_start, size);
 274                 dump_stack();
 275                 size = c->vm_end - c->vm_start;
 276         }
 277
 278         addr = c->vm_start;
 279         do {
 280                 pte_t *ptep;
 281                 unsigned long pfn;
 282
 283                 ptep = pte_offset_kernel(pmd_offset(pud_offset(pgd_offset_k(addr),
 284                                                                addr),
 285                                                     addr),
 286                                          addr);
 287                 if (!pte_none(*ptep) && pte_present(*ptep)) {
 288                         pfn = pte_pfn(*ptep);
 289                         pte_clear(&init_mm, addr, ptep);
 290                         if (pfn_valid(pfn)) {
 291                                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
 292                                 __free_reserved_page(page);
 293                         }
 294                 }
 295                 addr += PAGE_SIZE;
 296         } while (size -= PAGE_SIZE);
 297
 298         flush_tlb_kernel_range(c->vm_start, c->vm_end);
 299
 300         list_del(&c->vm_list);
 301
 302         spin_unlock_irqrestore(&consistent_lock, flags);
 303
 304         kfree(c);
 305         return;
 306
 307  no_area:
 308         spin_unlock_irqrestore(&consistent_lock, flags);
 309         printk(KERN_ERR "%s: trying to free invalid coherent area: %p\n",
 310                __func__, vaddr);
 311         dump_stack();
 312 }
 313
 314 /*
 315  * make an area consistent.
 316  */
 317 static void __dma_sync(void *vaddr, size_t size, int direction)
 318 {
 319         unsigned long start = (unsigned long)vaddr;
 320         unsigned long end   = start + size;
 321
 322         switch (direction) {
 323         case DMA_NONE:
 324                 BUG();
 325         case DMA_FROM_DEVICE:
 326                 /*
 327                  * invalidate only when cache-line aligned otherwise there is
 328                  * the potential for discarding uncommitted data from the cache
 329                  */
 330                 if ((start | end) & (L1_CACHE_BYTES - 1))
 331                         flush_dcache_range(start, end);
 332                 else
 333                         invalidate_dcache_range(start, end);
 334                 break;
 335         case DMA_TO_DEVICE:             /* writeback only */
 336                 clean_dcache_range(start, end);
 337                 break;
 338         case DMA_BIDIRECTIONAL: /* writeback and invalidate */
 339                 flush_dcache_range(start, end);
 340                 break;
 341         }
 342 }
 343
 344 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 345 /*
 346  * __dma_sync_page() implementation for systems using highmem.
 347  * In this case, each page of a buffer must be kmapped/kunmapped
 348  * in order to have a virtual address for __dma_sync(). This must
 349  * not sleep so kmap_atomic()/kunmap_atomic() are used.
 350  *
 351  * Note: yes, it is possible and correct to have a buffer extend
 352  * beyond the first page.
 353  */
 354 static inline void __dma_sync_page_highmem(struct page *page,
 355                 unsigned long offset, size_t size, int direction)
 356 {
 357         size_t seg_size = min((size_t)(PAGE_SIZE - offset), size);
 358         size_t cur_size = seg_size;
 359         unsigned long flags, start, seg_offset = offset;
 360         int nr_segs = 1 + ((size - seg_size) + PAGE_SIZE - 1)/PAGE_SIZE;
 361         int seg_nr = 0;
 362
 363         local_irq_save(flags);
 364
 365         do {
 366                 start = (unsigned long)kmap_atomic(page + seg_nr) + seg_offset;
 367
 368                 /* Sync this buffer segment */
 369                 __dma_sync((void *)start, seg_size, direction);
 370                 kunmap_atomic((void *)start);
 371                 seg_nr++;
 372
 373                 /* Calculate next buffer segment size */
 374                 seg_size = min((size_t)PAGE_SIZE, size - cur_size);
 375
 376                 /* Add the segment size to our running total */
 377                 cur_size += seg_size;
 378                 seg_offset = 0;
 379         } while (seg_nr < nr_segs);
 380
 381         local_irq_restore(flags);
 382 }
 383 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 384
 385 /*
 386  * __dma_sync_page makes memory consistent. identical to __dma_sync, but
 387  * takes a struct page instead of a virtual address
 388  */
 389 static void __dma_sync_page(phys_addr_t paddr, size_t size, int dir)
 390 {
 391         struct page *page = pfn_to_page(paddr >> PAGE_SHIFT);
 392         unsigned offset = paddr & ~PAGE_MASK;
 393
 394 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 395         __dma_sync_page_highmem(page, offset, size, dir);
 396 #else
 397         unsigned long start = (unsigned long)page_address(page) + offset;
 398         __dma_sync((void *)start, size, dir);
 399 #endif
 400 }
 401
 402 void arch_sync_dma_for_device(struct device *dev, phys_addr_t paddr,
 403                 size_t size, enum dma_data_direction dir)
 404 {
 405         __dma_sync_page(paddr, size, dir);
 406 }
 407
 408 void arch_sync_dma_for_cpu(struct device *dev, phys_addr_t paddr,
 409                 size_t size, enum dma_data_direction dir)
 410 {
 411         __dma_sync_page(paddr, size, dir);
 412 }
 413
 414 /*
 415  * Return the PFN for a given cpu virtual address returned by arch_dma_alloc.
 416  */
 417 long arch_dma_coherent_to_pfn(struct device *dev, void *vaddr,
 418                 dma_addr_t dma_addr)
 419 {
 420         /* This should always be populated, so we don't test every
 421          * level. If that fails, we'll have a nice crash which
 422          * will be as good as a BUG_ON()
 423          */
 424         unsigned long cpu_addr = (unsigned long)vaddr;
 425         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(cpu_addr);
 426         pud_t *pud = pud_offset(pgd, cpu_addr);
 427         pmd_t *pmd = pmd_offset(pud, cpu_addr);
 428         pte_t *ptep = pte_offset_kernel(pmd, cpu_addr);
 429
 430         if (pte_none(*ptep) || !pte_present(*ptep))
 431                 return 0;
 432         return pte_pfn(*ptep);
 433 }