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