Quelle  swiotlb-xen.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
/*
 *  Copyright 2010
 *  by Konrad Rzeszutek Wilk <konrad.wilk@oracle.com>
 *
 * This code provides a IOMMU for Xen PV guests with PCI passthrough.
 *
 * PV guests under Xen are running in an non-contiguous memory architecture.
 *
 * When PCI pass-through is utilized, this necessitates an IOMMU for
 * translating bus (DMA) to virtual and vice-versa and also providing a
 * mechanism to have contiguous pages for device drivers operations (say DMA
 * operations).
 *
 * Specifically, under Xen the Linux idea of pages is an illusion. It
 * assumes that pages start at zero and go up to the available memory. To
 * help with that, the Linux Xen MMU provides a lookup mechanism to
 * translate the page frame numbers (PFN) to machine frame numbers (MFN)
 * and vice-versa. The MFN are the "real" frame numbers. Furthermore
 * memory is not contiguous. Xen hypervisor stitches memory for guests
 * from different pools, which means there is no guarantee that PFN==MFN
 * and PFN+1==MFN+1. Lastly with Xen 4.0, pages (in debug mode) are
 * allocated in descending order (high to low), meaning the guest might
 * never get any MFN's under the 4GB mark.
 */

#define pr_fmt(fmt) "xen:" KBUILD_MODNAME ": " fmt

#include <linux/memblock.h>
#include <linux/dma-direct.h>
#include <linux/dma-map-ops.h>
#include <linux/export.h>
#include <xen/swiotlb-xen.h>
#include <xen/page.h>
#include <xen/xen-ops.h>
#include <xen/hvc-console.h>

#include <asm/dma-mapping.h>

#include <trace/events/swiotlb.h>
#define MAX_DMA_BITS 32

/*
 * Quick lookup value of the bus address of the IOTLB.
 */

static inline phys_addr_t xen_phys_to_bus(struct device *dev, phys_addr_t paddr)
{
 unsigned long bfn = pfn_to_bfn(XEN_PFN_DOWN(paddr));
 phys_addr_t baddr = (phys_addr_t)bfn << XEN_PAGE_SHIFT;

 baddr |= paddr & ~XEN_PAGE_MASK;
 return baddr;
}

static inline dma_addr_t xen_phys_to_dma(struct device *dev, phys_addr_t paddr)
{
 return phys_to_dma(dev, xen_phys_to_bus(dev, paddr));
}

static inline phys_addr_t xen_bus_to_phys(struct device *dev,
       phys_addr_t baddr)
{
 unsigned long xen_pfn = bfn_to_pfn(XEN_PFN_DOWN(baddr));
 phys_addr_t paddr = (xen_pfn << XEN_PAGE_SHIFT) |
       (baddr & ~XEN_PAGE_MASK);

 return paddr;
}

static inline phys_addr_t xen_dma_to_phys(struct device *dev,
       dma_addr_t dma_addr)
{
 return xen_bus_to_phys(dev, dma_to_phys(dev, dma_addr));
}

static inline bool range_requires_alignment(phys_addr_t p, size_t size)
{
 phys_addr_t algn = 1ULL << (get_order(size) + PAGE_SHIFT);
 phys_addr_t bus_addr = pfn_to_bfn(XEN_PFN_DOWN(p)) << XEN_PAGE_SHIFT;

 return IS_ALIGNED(p, algn) && !IS_ALIGNED(bus_addr, algn);
}

static inline int range_straddles_page_boundary(phys_addr_t p, size_t size)
{
 unsigned long next_bfn, xen_pfn = XEN_PFN_DOWN(p);
 unsigned int i, nr_pages = XEN_PFN_UP(xen_offset_in_page(p) + size);

 next_bfn = pfn_to_bfn(xen_pfn);

 for (i = 1; i < nr_pages; i++)
  if (pfn_to_bfn(++xen_pfn) != ++next_bfn)
   return 1;

 return 0;
}

static struct io_tlb_pool *xen_swiotlb_find_pool(struct device *dev,
       dma_addr_t dma_addr)
{
 unsigned long bfn = XEN_PFN_DOWN(dma_to_phys(dev, dma_addr));
 unsigned long xen_pfn = bfn_to_local_pfn(bfn);
 phys_addr_t paddr = (phys_addr_t)xen_pfn << XEN_PAGE_SHIFT;

 /* If the address is outside our domain, it CAN
 * have the same virtual address as another address
 * in our domain. Therefore _only_ check address within our domain.
 */
 if (pfn_valid(PFN_DOWN(paddr)))
  return swiotlb_find_pool(dev, paddr);
 return NULL;
}

#ifdef CONFIG_X86
int __init xen_swiotlb_fixup(void *buf, unsigned long nslabs)
{
 int rc;
 unsigned int order = get_order(IO_TLB_SEGSIZE << IO_TLB_SHIFT);
 unsigned int i, dma_bits = order + PAGE_SHIFT;
 dma_addr_t dma_handle;
 phys_addr_t p = virt_to_phys(buf);

 BUILD_BUG_ON(IO_TLB_SEGSIZE & (IO_TLB_SEGSIZE - 1));
 BUG_ON(nslabs % IO_TLB_SEGSIZE);

 i = 0;
 do {
  do {
   rc = xen_create_contiguous_region(
    p + (i << IO_TLB_SHIFT), order,
    dma_bits, &dma_handle);
  } while (rc && dma_bits++ < MAX_DMA_BITS);
  if (rc)
   return rc;

  i += IO_TLB_SEGSIZE;
 } while (i < nslabs);
 return 0;
}

static void *
xen_swiotlb_alloc_coherent(struct device *dev, size_t size,
  dma_addr_t *dma_handle, gfp_t flags, unsigned long attrs)
{
 u64 dma_mask = dev->coherent_dma_mask;
 int order = get_order(size);
 phys_addr_t phys;
 void *ret;

 /* Align the allocation to the Xen page size */
 size = ALIGN(size, XEN_PAGE_SIZE);

 ret = (void *)__get_free_pages(flags, get_order(size));
 if (!ret)
  return ret;
 phys = virt_to_phys(ret);

 *dma_handle = xen_phys_to_dma(dev, phys);
 if (*dma_handle + size - 1 > dma_mask ||
     range_straddles_page_boundary(phys, size) ||
     range_requires_alignment(phys, size)) {
  if (xen_create_contiguous_region(phys, order, fls64(dma_mask),
    dma_handle) != 0)
   goto out_free_pages;
  SetPageXenRemapped(virt_to_page(ret));
 }

 memset(ret, 0, size);
 return ret;

out_free_pages:
 free_pages((unsigned long)ret, get_order(size));
 return NULL;
}

static void
xen_swiotlb_free_coherent(struct device *dev, size_t size, void *vaddr,
  dma_addr_t dma_handle, unsigned long attrs)
{
 phys_addr_t phys = virt_to_phys(vaddr);
 int order = get_order(size);

 /* Convert the size to actually allocated. */
 size = ALIGN(size, XEN_PAGE_SIZE);

 if (WARN_ON_ONCE(dma_handle + size - 1 > dev->coherent_dma_mask) ||
     WARN_ON_ONCE(range_straddles_page_boundary(phys, size) ||
    range_requires_alignment(phys, size)))
      return;

 if (TestClearPageXenRemapped(virt_to_page(vaddr)))
  xen_destroy_contiguous_region(phys, order);
 free_pages((unsigned long)vaddr, get_order(size));
}
#endif /* CONFIG_X86 */

/*
 * Map a single buffer of the indicated size for DMA in streaming mode.  The
 * physical address to use is returned.
 *
 * Once the device is given the dma address, the device owns this memory until
 * either xen_swiotlb_unmap_page or xen_swiotlb_dma_sync_single is performed.
 */
static dma_addr_t xen_swiotlb_map_page(struct device *dev, struct page *page,
    unsigned long offset, size_t size,
    enum dma_data_direction dir,
    unsigned long attrs)
{
 phys_addr_t map, phys = page_to_phys(page) + offset;
 dma_addr_t dev_addr = xen_phys_to_dma(dev, phys);

 BUG_ON(dir == DMA_NONE);
 /*
 * If the address happens to be in the device's DMA window,
 * we can safely return the device addr and not worry about bounce
 * buffering it.
 */
 if (dma_capable(dev, dev_addr, size, true) &&
     !dma_kmalloc_needs_bounce(dev, size, dir) &&
     !range_straddles_page_boundary(phys, size) &&
  !xen_arch_need_swiotlb(dev, phys, dev_addr) &&
  !is_swiotlb_force_bounce(dev))
  goto done;

 /*
 * Oh well, have to allocate and map a bounce buffer.
 */
 trace_swiotlb_bounced(dev, dev_addr, size);

 map = swiotlb_tbl_map_single(dev, phys, size, 0, dir, attrs);
 if (map == (phys_addr_t)DMA_MAPPING_ERROR)
  return DMA_MAPPING_ERROR;

 phys = map;
 dev_addr = xen_phys_to_dma(dev, map);

 /*
 * Ensure that the address returned is DMA'ble
 */
 if (unlikely(!dma_capable(dev, dev_addr, size, true))) {
  __swiotlb_tbl_unmap_single(dev, map, size, dir,
    attrs | DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC,
    swiotlb_find_pool(dev, map));
  return DMA_MAPPING_ERROR;
 }

done:
 if (!dev_is_dma_coherent(dev) && !(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC)) {
  if (pfn_valid(PFN_DOWN(dma_to_phys(dev, dev_addr))))
   arch_sync_dma_for_device(phys, size, dir);
  else
   xen_dma_sync_for_device(dev, dev_addr, size, dir);
 }
 return dev_addr;
}

/*
 * Unmap a single streaming mode DMA translation.  The dma_addr and size must
 * match what was provided for in a previous xen_swiotlb_map_page call.  All
 * other usages are undefined.
 *
 * After this call, reads by the cpu to the buffer are guaranteed to see
 * whatever the device wrote there.
 */
static void xen_swiotlb_unmap_page(struct device *hwdev, dma_addr_t dev_addr,
  size_t size, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
{
 phys_addr_t paddr = xen_dma_to_phys(hwdev, dev_addr);
 struct io_tlb_pool *pool;

 BUG_ON(dir == DMA_NONE);

 if (!dev_is_dma_coherent(hwdev) && !(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC)) {
  if (pfn_valid(PFN_DOWN(dma_to_phys(hwdev, dev_addr))))
   arch_sync_dma_for_cpu(paddr, size, dir);
  else
   xen_dma_sync_for_cpu(hwdev, dev_addr, size, dir);
 }

 /* NOTE: We use dev_addr here, not paddr! */
 pool = xen_swiotlb_find_pool(hwdev, dev_addr);
 if (pool)
  __swiotlb_tbl_unmap_single(hwdev, paddr, size, dir,
        attrs, pool);
}

static void
xen_swiotlb_sync_single_for_cpu(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr,
  size_t size, enum dma_data_direction dir)
{
 phys_addr_t paddr = xen_dma_to_phys(dev, dma_addr);
 struct io_tlb_pool *pool;

 if (!dev_is_dma_coherent(dev)) {
  if (pfn_valid(PFN_DOWN(dma_to_phys(dev, dma_addr))))
   arch_sync_dma_for_cpu(paddr, size, dir);
  else
   xen_dma_sync_for_cpu(dev, dma_addr, size, dir);
 }

 pool = xen_swiotlb_find_pool(dev, dma_addr);
 if (pool)
  __swiotlb_sync_single_for_cpu(dev, paddr, size, dir, pool);
}

static void
xen_swiotlb_sync_single_for_device(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr,
  size_t size, enum dma_data_direction dir)
{
 phys_addr_t paddr = xen_dma_to_phys(dev, dma_addr);
 struct io_tlb_pool *pool;

 pool = xen_swiotlb_find_pool(dev, dma_addr);
 if (pool)
  __swiotlb_sync_single_for_device(dev, paddr, size, dir, pool);

 if (!dev_is_dma_coherent(dev)) {
  if (pfn_valid(PFN_DOWN(dma_to_phys(dev, dma_addr))))
   arch_sync_dma_for_device(paddr, size, dir);
  else
   xen_dma_sync_for_device(dev, dma_addr, size, dir);
 }
}

/*
 * Unmap a set of streaming mode DMA translations.  Again, cpu read rules
 * concerning calls here are the same as for swiotlb_unmap_page() above.
 */
static void
xen_swiotlb_unmap_sg(struct device *hwdev, struct scatterlist *sgl, int nelems,
  enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
{
 struct scatterlist *sg;
 int i;

 BUG_ON(dir == DMA_NONE);

 for_each_sg(sgl, sg, nelems, i)
  xen_swiotlb_unmap_page(hwdev, sg->dma_address, sg_dma_len(sg),
    dir, attrs);

}

static int
xen_swiotlb_map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sgl, int nelems,
  enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
{
 struct scatterlist *sg;
 int i;

 BUG_ON(dir == DMA_NONE);

 for_each_sg(sgl, sg, nelems, i) {
  sg->dma_address = xen_swiotlb_map_page(dev, sg_page(sg),
    sg->offset, sg->length, dir, attrs);
  if (sg->dma_address == DMA_MAPPING_ERROR)
   goto out_unmap;
  sg_dma_len(sg) = sg->length;
 }

 return nelems;
out_unmap:
 xen_swiotlb_unmap_sg(dev, sgl, i, dir, attrs | DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC);
 sg_dma_len(sgl) = 0;
 return -EIO;
}

static void
xen_swiotlb_sync_sg_for_cpu(struct device *dev, struct scatterlist *sgl,
       int nelems, enum dma_data_direction dir)
{
 struct scatterlist *sg;
 int i;

 for_each_sg(sgl, sg, nelems, i) {
  xen_swiotlb_sync_single_for_cpu(dev, sg->dma_address,
    sg->length, dir);
 }
}

static void
xen_swiotlb_sync_sg_for_device(struct device *dev, struct scatterlist *sgl,
          int nelems, enum dma_data_direction dir)
{
 struct scatterlist *sg;
 int i;

 for_each_sg(sgl, sg, nelems, i) {
  xen_swiotlb_sync_single_for_device(dev, sg->dma_address,
    sg->length, dir);
 }
}

/*
 * Return whether the given device DMA address mask can be supported
 * properly.  For example, if your device can only drive the low 24-bits
 * during bus mastering, then you would pass 0x00ffffff as the mask to
 * this function.
 */
static int
xen_swiotlb_dma_supported(struct device *hwdev, u64 mask)
{
 return xen_phys_to_dma(hwdev, default_swiotlb_limit()) <= mask;
}

const struct dma_map_ops xen_swiotlb_dma_ops = {
#ifdef CONFIG_X86
 .alloc = xen_swiotlb_alloc_coherent,
 .free = xen_swiotlb_free_coherent,
#else
 .alloc = dma_direct_alloc,
 .free = dma_direct_free,
#endif
 .sync_single_for_cpu = xen_swiotlb_sync_single_for_cpu,
 .sync_single_for_device = xen_swiotlb_sync_single_for_device,
 .sync_sg_for_cpu = xen_swiotlb_sync_sg_for_cpu,
 .sync_sg_for_device = xen_swiotlb_sync_sg_for_device,
 .map_sg = xen_swiotlb_map_sg,
 .unmap_sg = xen_swiotlb_unmap_sg,
 .map_page = xen_swiotlb_map_page,
 .unmap_page = xen_swiotlb_unmap_page,
 .dma_supported = xen_swiotlb_dma_supported,
 .mmap = dma_common_mmap,
 .get_sgtable = dma_common_get_sgtable,
 .alloc_pages_op = dma_common_alloc_pages,
 .free_pages = dma_common_free_pages,
 .max_mapping_size = swiotlb_max_mapping_size,
 .map_resource = dma_direct_map_resource,
};