Quelle  pcie-iproc-msi.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * Copyright (C) 2015 Broadcom Corporation
 */

#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irqchip/chained_irq.h>
#include <linux/irqchip/irq-msi-lib.h>
#include <linux/irqdomain.h>
#include <linux/msi.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/of_pci.h>
#include <linux/pci.h>

#include "pcie-iproc.h"

#define IPROC_MSI_INTR_EN_SHIFT        11
#define IPROC_MSI_INTR_EN              BIT(IPROC_MSI_INTR_EN_SHIFT)
#define IPROC_MSI_INT_N_EVENT_SHIFT    1
#define IPROC_MSI_INT_N_EVENT          BIT(IPROC_MSI_INT_N_EVENT_SHIFT)
#define IPROC_MSI_EQ_EN_SHIFT          0
#define IPROC_MSI_EQ_EN                BIT(IPROC_MSI_EQ_EN_SHIFT)

#define IPROC_MSI_EQ_MASK              0x3f

/* Max number of GIC interrupts */
#define NR_HW_IRQS                     6

/* Number of entries in each event queue */
#define EQ_LEN                         64

/* Size of each event queue memory region */
#define EQ_MEM_REGION_SIZE             SZ_4K

/* Size of each MSI address region */
#define MSI_MEM_REGION_SIZE            SZ_4K

enum iproc_msi_reg {
 IPROC_MSI_EQ_PAGE = 0,
 IPROC_MSI_EQ_PAGE_UPPER,
 IPROC_MSI_PAGE,
 IPROC_MSI_PAGE_UPPER,
 IPROC_MSI_CTRL,
 IPROC_MSI_EQ_HEAD,
 IPROC_MSI_EQ_TAIL,
 IPROC_MSI_INTS_EN,
 IPROC_MSI_REG_SIZE,
};

struct iproc_msi;

/**
 * struct iproc_msi_grp - iProc MSI group
 *
 * One MSI group is allocated per GIC interrupt, serviced by one iProc MSI
 * event queue.
 *
 * @msi: pointer to iProc MSI data
 * @gic_irq: GIC interrupt
 * @eq: Event queue number
 */
struct iproc_msi_grp {
 struct iproc_msi *msi;
 int gic_irq;
 unsigned int eq;
};

/**
 * struct iproc_msi - iProc event queue based MSI
 *
 * Only meant to be used on platforms without MSI support integrated into the
 * GIC.
 *
 * @pcie: pointer to iProc PCIe data
 * @reg_offsets: MSI register offsets
 * @grps: MSI groups
 * @nr_irqs: number of total interrupts connected to GIC
 * @nr_cpus: number of toal CPUs
 * @has_inten_reg: indicates the MSI interrupt enable register needs to be
 * set explicitly (required for some legacy platforms)
 * @bitmap: MSI vector bitmap
 * @bitmap_lock: lock to protect access to the MSI bitmap
 * @nr_msi_vecs: total number of MSI vectors
 * @inner_domain: inner IRQ domain
 * @nr_eq_region: required number of 4K aligned memory region for MSI event
 * queues
 * @nr_msi_region: required number of 4K aligned address region for MSI posted
 * writes
 * @eq_cpu: pointer to allocated memory region for MSI event queues
 * @eq_dma: DMA address of MSI event queues
 * @msi_addr: MSI address
 */
struct iproc_msi {
 struct iproc_pcie *pcie;
 const u16 (*reg_offsets)[IPROC_MSI_REG_SIZE];
 struct iproc_msi_grp *grps;
 int nr_irqs;
 int nr_cpus;
 bool has_inten_reg;
 unsigned long *bitmap;
 struct mutex bitmap_lock;
 unsigned int nr_msi_vecs;
 struct irq_domain *inner_domain;
 unsigned int nr_eq_region;
 unsigned int nr_msi_region;
 void *eq_cpu;
 dma_addr_t eq_dma;
 phys_addr_t msi_addr;
};

static const u16 iproc_msi_reg_paxb[NR_HW_IRQS][IPROC_MSI_REG_SIZE] = {
 { 0x200, 0x2c0, 0x204, 0x2c4, 0x210, 0x250, 0x254, 0x208 },
 { 0x200, 0x2c0, 0x204, 0x2c4, 0x214, 0x258, 0x25c, 0x208 },
 { 0x200, 0x2c0, 0x204, 0x2c4, 0x218, 0x260, 0x264, 0x208 },
 { 0x200, 0x2c0, 0x204, 0x2c4, 0x21c, 0x268, 0x26c, 0x208 },
 { 0x200, 0x2c0, 0x204, 0x2c4, 0x220, 0x270, 0x274, 0x208 },
 { 0x200, 0x2c0, 0x204, 0x2c4, 0x224, 0x278, 0x27c, 0x208 },
};

static const u16 iproc_msi_reg_paxc[NR_HW_IRQS][IPROC_MSI_REG_SIZE] = {
 { 0xc00, 0xc04, 0xc08, 0xc0c, 0xc40, 0xc50, 0xc60 },
 { 0xc10, 0xc14, 0xc18, 0xc1c, 0xc44, 0xc54, 0xc64 },
 { 0xc20, 0xc24, 0xc28, 0xc2c, 0xc48, 0xc58, 0xc68 },
 { 0xc30, 0xc34, 0xc38, 0xc3c, 0xc4c, 0xc5c, 0xc6c },
};

static inline u32 iproc_msi_read_reg(struct iproc_msi *msi,
         enum iproc_msi_reg reg,
         unsigned int eq)
{
 struct iproc_pcie *pcie = msi->pcie;

 return readl_relaxed(pcie->base + msi->reg_offsets[eq][reg]);
}

static inline void iproc_msi_write_reg(struct iproc_msi *msi,
           enum iproc_msi_reg reg,
           int eq, u32 val)
{
 struct iproc_pcie *pcie = msi->pcie;

 writel_relaxed(val, pcie->base + msi->reg_offsets[eq][reg]);
}

static inline u32 hwirq_to_group(struct iproc_msi *msi, unsigned long hwirq)
{
 return (hwirq % msi->nr_irqs);
}

static inline unsigned int iproc_msi_addr_offset(struct iproc_msi *msi,
       unsigned long hwirq)
{
 if (msi->nr_msi_region > 1)
  return hwirq_to_group(msi, hwirq) * MSI_MEM_REGION_SIZE;
 else
  return hwirq_to_group(msi, hwirq) * sizeof(u32);
}

static inline unsigned int iproc_msi_eq_offset(struct iproc_msi *msi, u32 eq)
{
 if (msi->nr_eq_region > 1)
  return eq * EQ_MEM_REGION_SIZE;
 else
  return eq * EQ_LEN * sizeof(u32);
}

#define IPROC_MSI_FLAGS_REQUIRED (MSI_FLAG_USE_DEF_DOM_OPS | \
      MSI_FLAG_USE_DEF_CHIP_OPS)
#define IPROC_MSI_FLAGS_SUPPORTED (MSI_GENERIC_FLAGS_MASK | \
       MSI_FLAG_PCI_MSIX)

static struct msi_parent_ops iproc_msi_parent_ops = {
 .required_flags  = IPROC_MSI_FLAGS_REQUIRED,
 .supported_flags = IPROC_MSI_FLAGS_SUPPORTED,
 .bus_select_token = DOMAIN_BUS_PCI_MSI,
 .prefix   = "iProc-",
 .init_dev_msi_info = msi_lib_init_dev_msi_info,
};
/*
 * In iProc PCIe core, each MSI group is serviced by a GIC interrupt and a
 * dedicated event queue.  Each MSI group can support up to 64 MSI vectors.
 *
 * The number of MSI groups varies between different iProc SoCs.  The total
 * number of CPU cores also varies.  To support MSI IRQ affinity, we
 * distribute GIC interrupts across all available CPUs.  MSI vector is moved
 * from one GIC interrupt to another to steer to the target CPU.
 *
 * Assuming:
 * - the number of MSI groups is M
 * - the number of CPU cores is N
 * - M is always a multiple of N
 *
 * Total number of raw MSI vectors = M * 64
 * Total number of supported MSI vectors = (M * 64) / N
 */
static inline int hwirq_to_cpu(struct iproc_msi *msi, unsigned long hwirq)
{
 return (hwirq % msi->nr_cpus);
}

static inline unsigned long hwirq_to_canonical_hwirq(struct iproc_msi *msi,
           unsigned long hwirq)
{
 return (hwirq - hwirq_to_cpu(msi, hwirq));
}

static int iproc_msi_irq_set_affinity(struct irq_data *data,
          const struct cpumask *mask, bool force)
{
 struct iproc_msi *msi = irq_data_get_irq_chip_data(data);
 int target_cpu = cpumask_first(mask);
 int curr_cpu;
 int ret;

 curr_cpu = hwirq_to_cpu(msi, data->hwirq);
 if (curr_cpu == target_cpu)
  ret = IRQ_SET_MASK_OK_DONE;
 else {
  /* steer MSI to the target CPU */
  data->hwirq = hwirq_to_canonical_hwirq(msi, data->hwirq) + target_cpu;
  ret = IRQ_SET_MASK_OK;
 }

 irq_data_update_effective_affinity(data, cpumask_of(target_cpu));

 return ret;
}

static void iproc_msi_irq_compose_msi_msg(struct irq_data *data,
       struct msi_msg *msg)
{
 struct iproc_msi *msi = irq_data_get_irq_chip_data(data);
 dma_addr_t addr;

 addr = msi->msi_addr + iproc_msi_addr_offset(msi, data->hwirq);
 msg->address_lo = lower_32_bits(addr);
 msg->address_hi = upper_32_bits(addr);
 msg->data = data->hwirq << 5;
}

static struct irq_chip iproc_msi_bottom_irq_chip = {
 .name = "MSI",
 .irq_set_affinity = iproc_msi_irq_set_affinity,
 .irq_compose_msi_msg = iproc_msi_irq_compose_msi_msg,
};

static int iproc_msi_irq_domain_alloc(struct irq_domain *domain,
          unsigned int virq, unsigned int nr_irqs,
          void *args)
{
 struct iproc_msi *msi = domain->host_data;
 int hwirq, i;

 if (msi->nr_cpus > 1 && nr_irqs > 1)
  return -EINVAL;

 mutex_lock(&msi->bitmap_lock);

 /*
 * Allocate 'nr_irqs' multiplied by 'nr_cpus' number of MSI vectors
 * each time
 */
 hwirq = bitmap_find_free_region(msi->bitmap, msi->nr_msi_vecs,
     order_base_2(msi->nr_cpus * nr_irqs));

 mutex_unlock(&msi->bitmap_lock);

 if (hwirq < 0)
  return -ENOSPC;

 for (i = 0; i < nr_irqs; i++) {
  irq_domain_set_info(domain, virq + i, hwirq + i,
        &iproc_msi_bottom_irq_chip,
        domain->host_data, handle_simple_irq,
        NULL, NULL);
 }

 return 0;
}

static void iproc_msi_irq_domain_free(struct irq_domain *domain,
          unsigned int virq, unsigned int nr_irqs)
{
 struct irq_data *data = irq_domain_get_irq_data(domain, virq);
 struct iproc_msi *msi = irq_data_get_irq_chip_data(data);
 unsigned int hwirq;

 mutex_lock(&msi->bitmap_lock);

 hwirq = hwirq_to_canonical_hwirq(msi, data->hwirq);
 bitmap_release_region(msi->bitmap, hwirq,
         order_base_2(msi->nr_cpus * nr_irqs));

 mutex_unlock(&msi->bitmap_lock);

 irq_domain_free_irqs_parent(domain, virq, nr_irqs);
}

static const struct irq_domain_ops msi_domain_ops = {
 .alloc = iproc_msi_irq_domain_alloc,
 .free = iproc_msi_irq_domain_free,
};

static inline u32 decode_msi_hwirq(struct iproc_msi *msi, u32 eq, u32 head)
{
 u32 __iomem *msg;
 u32 hwirq;
 unsigned int offs;

 offs = iproc_msi_eq_offset(msi, eq) + head * sizeof(u32);
 msg = (u32 __iomem *)(msi->eq_cpu + offs);
 hwirq = readl(msg);
 hwirq = (hwirq >> 5) + (hwirq & 0x1f);

 /*
 * Since we have multiple hwirq mapped to a single MSI vector,
 * now we need to derive the hwirq at CPU0.  It can then be used to
 * mapped back to virq.
 */
 return hwirq_to_canonical_hwirq(msi, hwirq);
}

static void iproc_msi_handler(struct irq_desc *desc)
{
 struct irq_chip *chip = irq_desc_get_chip(desc);
 struct iproc_msi_grp *grp;
 struct iproc_msi *msi;
 u32 eq, head, tail, nr_events;
 unsigned long hwirq;

 chained_irq_enter(chip, desc);

 grp = irq_desc_get_handler_data(desc);
 msi = grp->msi;
 eq = grp->eq;

 /*
 * iProc MSI event queue is tracked by head and tail pointers.  Head
 * pointer indicates the next entry (MSI data) to be consumed by SW in
 * the queue and needs to be updated by SW.  iProc MSI core uses the
 * tail pointer as the next data insertion point.
 *
 * Entries between head and tail pointers contain valid MSI data.  MSI
 * data is guaranteed to be in the event queue memory before the tail
 * pointer is updated by the iProc MSI core.
 */
 head = iproc_msi_read_reg(msi, IPROC_MSI_EQ_HEAD,
      eq) & IPROC_MSI_EQ_MASK;
 do {
  tail = iproc_msi_read_reg(msi, IPROC_MSI_EQ_TAIL,
       eq) & IPROC_MSI_EQ_MASK;

  /*
 * Figure out total number of events (MSI data) to be
 * processed.
 */
  nr_events = (tail < head) ?
   (EQ_LEN - (head - tail)) : (tail - head);
  if (!nr_events)
   break;

  /* process all outstanding events */
  while (nr_events--) {
   hwirq = decode_msi_hwirq(msi, eq, head);
   generic_handle_domain_irq(msi->inner_domain, hwirq);

   head++;
   head %= EQ_LEN;
  }

  /*
 * Now all outstanding events have been processed.  Update the
 * head pointer.
 */
  iproc_msi_write_reg(msi, IPROC_MSI_EQ_HEAD, eq, head);

  /*
 * Now go read the tail pointer again to see if there are new
 * outstanding events that came in during the above window.
 */
 } while (true);

 chained_irq_exit(chip, desc);
}

static void iproc_msi_enable(struct iproc_msi *msi)
{
 int i, eq;
 u32 val;

 /* Program memory region for each event queue */
 for (i = 0; i < msi->nr_eq_region; i++) {
  dma_addr_t addr = msi->eq_dma + (i * EQ_MEM_REGION_SIZE);

  iproc_msi_write_reg(msi, IPROC_MSI_EQ_PAGE, i,
        lower_32_bits(addr));
  iproc_msi_write_reg(msi, IPROC_MSI_EQ_PAGE_UPPER, i,
        upper_32_bits(addr));
 }

 /* Program address region for MSI posted writes */
 for (i = 0; i < msi->nr_msi_region; i++) {
  phys_addr_t addr = msi->msi_addr + (i * MSI_MEM_REGION_SIZE);

  iproc_msi_write_reg(msi, IPROC_MSI_PAGE, i,
        lower_32_bits(addr));
  iproc_msi_write_reg(msi, IPROC_MSI_PAGE_UPPER, i,
        upper_32_bits(addr));
 }

 for (eq = 0; eq < msi->nr_irqs; eq++) {
  /* Enable MSI event queue */
  val = IPROC_MSI_INTR_EN | IPROC_MSI_INT_N_EVENT |
   IPROC_MSI_EQ_EN;
  iproc_msi_write_reg(msi, IPROC_MSI_CTRL, eq, val);

  /*
 * Some legacy platforms require the MSI interrupt enable
 * register to be set explicitly.
 */
  if (msi->has_inten_reg) {
   val = iproc_msi_read_reg(msi, IPROC_MSI_INTS_EN, eq);
   val |= BIT(eq);
   iproc_msi_write_reg(msi, IPROC_MSI_INTS_EN, eq, val);
  }
 }
}

static void iproc_msi_disable(struct iproc_msi *msi)
{
 u32 eq, val;

 for (eq = 0; eq < msi->nr_irqs; eq++) {
  if (msi->has_inten_reg) {
   val = iproc_msi_read_reg(msi, IPROC_MSI_INTS_EN, eq);
   val &= ~BIT(eq);
   iproc_msi_write_reg(msi, IPROC_MSI_INTS_EN, eq, val);
  }

  val = iproc_msi_read_reg(msi, IPROC_MSI_CTRL, eq);
  val &= ~(IPROC_MSI_INTR_EN | IPROC_MSI_INT_N_EVENT |
    IPROC_MSI_EQ_EN);
  iproc_msi_write_reg(msi, IPROC_MSI_CTRL, eq, val);
 }
}

static int iproc_msi_alloc_domains(struct device_node *node,
       struct iproc_msi *msi)
{
 struct irq_domain_info info = {
  .fwnode  = of_fwnode_handle(node),
  .ops  = &msi_domain_ops,
  .host_data = msi,
  .size  = msi->nr_msi_vecs,
 };

 msi->inner_domain = msi_create_parent_irq_domain(&info, &iproc_msi_parent_ops);
 if (!msi->inner_domain)
  return -ENOMEM;

 return 0;
}

static void iproc_msi_free_domains(struct iproc_msi *msi)
{
 if (msi->inner_domain)
  irq_domain_remove(msi->inner_domain);
}

static void iproc_msi_irq_free(struct iproc_msi *msi, unsigned int cpu)
{
 int i;

 for (i = cpu; i < msi->nr_irqs; i += msi->nr_cpus) {
  irq_set_chained_handler_and_data(msi->grps[i].gic_irq,
       NULL, NULL);
 }
}

static int iproc_msi_irq_setup(struct iproc_msi *msi, unsigned int cpu)
{
 int i, ret;
 cpumask_var_t mask;
 struct iproc_pcie *pcie = msi->pcie;

 for (i = cpu; i < msi->nr_irqs; i += msi->nr_cpus) {
  irq_set_chained_handler_and_data(msi->grps[i].gic_irq,
       iproc_msi_handler,
       &msi->grps[i]);
  /* Dedicate GIC interrupt to each CPU core */
  if (alloc_cpumask_var(&mask, GFP_KERNEL)) {
   cpumask_clear(mask);
   cpumask_set_cpu(cpu, mask);
   ret = irq_set_affinity(msi->grps[i].gic_irq, mask);
   if (ret)
    dev_err(pcie->dev,
     "failed to set affinity for IRQ%d\n",
     msi->grps[i].gic_irq);
   free_cpumask_var(mask);
  } else {
   dev_err(pcie->dev, "failed to alloc CPU mask\n");
   ret = -EINVAL;
  }

  if (ret) {
   /* Free all configured/unconfigured IRQs */
   iproc_msi_irq_free(msi, cpu);
   return ret;
  }
 }

 return 0;
}

int iproc_msi_init(struct iproc_pcie *pcie, struct device_node *node)
{
 struct iproc_msi *msi;
 int i, ret;
 unsigned int cpu;

 if (!of_device_is_compatible(node, "brcm,iproc-msi"))
  return -ENODEV;

 if (!of_property_read_bool(node, "msi-controller"))
  return -ENODEV;

 if (pcie->msi)
  return -EBUSY;

 msi = devm_kzalloc(pcie->dev, sizeof(*msi), GFP_KERNEL);
 if (!msi)
  return -ENOMEM;

 msi->pcie = pcie;
 pcie->msi = msi;
 msi->msi_addr = pcie->base_addr;
 mutex_init(&msi->bitmap_lock);
 msi->nr_cpus = num_possible_cpus();

 if (msi->nr_cpus == 1)
  iproc_msi_parent_ops.supported_flags |= MSI_FLAG_MULTI_PCI_MSI;

 msi->nr_irqs = of_irq_count(node);
 if (!msi->nr_irqs) {
  dev_err(pcie->dev, "found no MSI GIC interrupt\n");
  return -ENODEV;
 }

 if (msi->nr_irqs > NR_HW_IRQS) {
  dev_warn(pcie->dev, "too many MSI GIC interrupts defined %d\n",
    msi->nr_irqs);
  msi->nr_irqs = NR_HW_IRQS;
 }

 if (msi->nr_irqs < msi->nr_cpus) {
  dev_err(pcie->dev,
   "not enough GIC interrupts for MSI affinity\n");
  return -EINVAL;
 }

 if (msi->nr_irqs % msi->nr_cpus != 0) {
  msi->nr_irqs -= msi->nr_irqs % msi->nr_cpus;
  dev_warn(pcie->dev, "Reducing number of interrupts to %d\n",
    msi->nr_irqs);
 }

 switch (pcie->type) {
 case IPROC_PCIE_PAXB_BCMA:
 case IPROC_PCIE_PAXB:
  msi->reg_offsets = iproc_msi_reg_paxb;
  msi->nr_eq_region = 1;
  msi->nr_msi_region = 1;
  break;
 case IPROC_PCIE_PAXC:
  msi->reg_offsets = iproc_msi_reg_paxc;
  msi->nr_eq_region = msi->nr_irqs;
  msi->nr_msi_region = msi->nr_irqs;
  break;
 default:
  dev_err(pcie->dev, "incompatible iProc PCIe interface\n");
  return -EINVAL;
 }

 msi->has_inten_reg = of_property_read_bool(node, "brcm,pcie-msi-inten");

 msi->nr_msi_vecs = msi->nr_irqs * EQ_LEN;
 msi->bitmap = devm_bitmap_zalloc(pcie->dev, msi->nr_msi_vecs,
      GFP_KERNEL);
 if (!msi->bitmap)
  return -ENOMEM;

 msi->grps = devm_kcalloc(pcie->dev, msi->nr_irqs, sizeof(*msi->grps),
     GFP_KERNEL);
 if (!msi->grps)
  return -ENOMEM;

 for (i = 0; i < msi->nr_irqs; i++) {
  unsigned int irq = irq_of_parse_and_map(node, i);

  if (!irq) {
   dev_err(pcie->dev, "unable to parse/map interrupt\n");
   ret = -ENODEV;
   goto free_irqs;
  }
  msi->grps[i].gic_irq = irq;
  msi->grps[i].msi = msi;
  msi->grps[i].eq = i;
 }

 /* Reserve memory for event queue and make sure memories are zeroed */
 msi->eq_cpu = dma_alloc_coherent(pcie->dev,
      msi->nr_eq_region * EQ_MEM_REGION_SIZE,
      &msi->eq_dma, GFP_KERNEL);
 if (!msi->eq_cpu) {
  ret = -ENOMEM;
  goto free_irqs;
 }

 ret = iproc_msi_alloc_domains(node, msi);
 if (ret) {
  dev_err(pcie->dev, "failed to create MSI domains\n");
  goto free_eq_dma;
 }

 for_each_online_cpu(cpu) {
  ret = iproc_msi_irq_setup(msi, cpu);
  if (ret)
   goto free_msi_irq;
 }

 iproc_msi_enable(msi);

 return 0;

free_msi_irq:
 for_each_online_cpu(cpu)
  iproc_msi_irq_free(msi, cpu);
 iproc_msi_free_domains(msi);

free_eq_dma:
 dma_free_coherent(pcie->dev, msi->nr_eq_region * EQ_MEM_REGION_SIZE,
     msi->eq_cpu, msi->eq_dma);

free_irqs:
 for (i = 0; i < msi->nr_irqs; i++) {
  if (msi->grps[i].gic_irq)
   irq_dispose_mapping(msi->grps[i].gic_irq);
 }
 pcie->msi = NULL;
 return ret;
}
EXPORT_SYMBOL(iproc_msi_init);

void iproc_msi_exit(struct iproc_pcie *pcie)
{
 struct iproc_msi *msi = pcie->msi;
 unsigned int i, cpu;

 if (!msi)
  return;

 iproc_msi_disable(msi);

 for_each_online_cpu(cpu)
  iproc_msi_irq_free(msi, cpu);

 iproc_msi_free_domains(msi);

 dma_free_coherent(pcie->dev, msi->nr_eq_region * EQ_MEM_REGION_SIZE,
     msi->eq_cpu, msi->eq_dma);

 for (i = 0; i < msi->nr_irqs; i++) {
  if (msi->grps[i].gic_irq)
   irq_dispose_mapping(msi->grps[i].gic_irq);
 }
}
EXPORT_SYMBOL(iproc_msi_exit);