Merge git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/joern/logfs
[kernel.git] / arch / powerpc / platforms / cell / iommu.c
1 /*
2  * IOMMU implementation for Cell Broadband Processor Architecture
3  *
4  * (C) Copyright IBM Corporation 2006-2008
5  *
6  * Author: Jeremy Kerr <jk@ozlabs.org>
7  *
8  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
9  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
10  * the Free Software Foundation; either version 2, or (at your option)
11  * any later version.
12  *
13  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
16  * GNU General Public License for more details.
17  *
18  * You should have received a copy of the GNU General Public License
19  * along with this program; if not, write to the Free Software
20  * Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
21  */
22
23 #undef DEBUG
24
25 #include <linux/kernel.h>
26 #include <linux/init.h>
27 #include <linux/interrupt.h>
28 #include <linux/notifier.h>
29 #include <linux/of.h>
30 #include <linux/of_platform.h>
31 #include <linux/slab.h>
32 #include <linux/lmb.h>
33
34 #include <asm/prom.h>
35 #include <asm/iommu.h>
36 #include <asm/machdep.h>
37 #include <asm/pci-bridge.h>
38 #include <asm/udbg.h>
39 #include <asm/firmware.h>
40 #include <asm/cell-regs.h>
41
42 #include "interrupt.h"
43
44 /* Define CELL_IOMMU_REAL_UNMAP to actually unmap non-used pages
45  * instead of leaving them mapped to some dummy page. This can be
46  * enabled once the appropriate workarounds for spider bugs have
47  * been enabled
48  */
49 #define CELL_IOMMU_REAL_UNMAP
50
51 /* Define CELL_IOMMU_STRICT_PROTECTION to enforce protection of
52  * IO PTEs based on the transfer direction. That can be enabled
53  * once spider-net has been fixed to pass the correct direction
54  * to the DMA mapping functions
55  */
56 #define CELL_IOMMU_STRICT_PROTECTION
57
58
59 #define NR_IOMMUS                       2
60
61 /* IOC mmap registers */
62 #define IOC_Reg_Size                    0x2000
63
64 #define IOC_IOPT_CacheInvd              0x908
65 #define IOC_IOPT_CacheInvd_NE_Mask      0xffe0000000000000ul
66 #define IOC_IOPT_CacheInvd_IOPTE_Mask   0x000003fffffffff8ul
67 #define IOC_IOPT_CacheInvd_Busy         0x0000000000000001ul
68
69 #define IOC_IOST_Origin                 0x918
70 #define IOC_IOST_Origin_E               0x8000000000000000ul
71 #define IOC_IOST_Origin_HW              0x0000000000000800ul
72 #define IOC_IOST_Origin_HL              0x0000000000000400ul
73
74 #define IOC_IO_ExcpStat                 0x920
75 #define IOC_IO_ExcpStat_V               0x8000000000000000ul
76 #define IOC_IO_ExcpStat_SPF_Mask        0x6000000000000000ul
77 #define IOC_IO_ExcpStat_SPF_S           0x6000000000000000ul
78 #define IOC_IO_ExcpStat_SPF_P           0x2000000000000000ul
79 #define IOC_IO_ExcpStat_ADDR_Mask       0x00000007fffff000ul
80 #define IOC_IO_ExcpStat_RW_Mask         0x0000000000000800ul
81 #define IOC_IO_ExcpStat_IOID_Mask       0x00000000000007fful
82
83 #define IOC_IO_ExcpMask                 0x928
84 #define IOC_IO_ExcpMask_SFE             0x4000000000000000ul
85 #define IOC_IO_ExcpMask_PFE             0x2000000000000000ul
86
87 #define IOC_IOCmd_Offset                0x1000
88
89 #define IOC_IOCmd_Cfg                   0xc00
90 #define IOC_IOCmd_Cfg_TE                0x0000800000000000ul
91
92
93 /* Segment table entries */
94 #define IOSTE_V                 0x8000000000000000ul /* valid */
95 #define IOSTE_H                 0x4000000000000000ul /* cache hint */
96 #define IOSTE_PT_Base_RPN_Mask  0x3ffffffffffff000ul /* base RPN of IOPT */
97 #define IOSTE_NPPT_Mask         0x0000000000000fe0ul /* no. pages in IOPT */
98 #define IOSTE_PS_Mask           0x0000000000000007ul /* page size */
99 #define IOSTE_PS_4K             0x0000000000000001ul /*   - 4kB  */
100 #define IOSTE_PS_64K            0x0000000000000003ul /*   - 64kB */
101 #define IOSTE_PS_1M             0x0000000000000005ul /*   - 1MB  */
102 #define IOSTE_PS_16M            0x0000000000000007ul /*   - 16MB */
103
104
105 /* IOMMU sizing */
106 #define IO_SEGMENT_SHIFT        28
107 #define IO_PAGENO_BITS(shift)   (IO_SEGMENT_SHIFT - (shift))
108
109 /* The high bit needs to be set on every DMA address */
110 #define SPIDER_DMA_OFFSET       0x80000000ul
111
112 struct iommu_window {
113         struct list_head list;
114         struct cbe_iommu *iommu;
115         unsigned long offset;
116         unsigned long size;
117         unsigned int ioid;
118         struct iommu_table table;
119 };
120
121 #define NAMESIZE 8
122 struct cbe_iommu {
123         int nid;
124         char name[NAMESIZE];
125         void __iomem *xlate_regs;
126         void __iomem *cmd_regs;
127         unsigned long *stab;
128         unsigned long *ptab;
129         void *pad_page;
130         struct list_head windows;
131 };
132
133 /* Static array of iommus, one per node
134  *   each contains a list of windows, keyed from dma_window property
135  *   - on bus setup, look for a matching window, or create one
136  *   - on dev setup, assign iommu_table ptr
137  */
138 static struct cbe_iommu iommus[NR_IOMMUS];
139 static int cbe_nr_iommus;
140
141 static void invalidate_tce_cache(struct cbe_iommu *iommu, unsigned long *pte,
142                 long n_ptes)
143 {
144         u64 __iomem *reg;
145         u64 val;
146         long n;
147
148         reg = iommu->xlate_regs + IOC_IOPT_CacheInvd;
149
150         while (n_ptes > 0) {
151                 /* we can invalidate up to 1 << 11 PTEs at once */
152                 n = min(n_ptes, 1l << 11);
153                 val = (((n /*- 1*/) << 53) & IOC_IOPT_CacheInvd_NE_Mask)
154                         | (__pa(pte) & IOC_IOPT_CacheInvd_IOPTE_Mask)
155                         | IOC_IOPT_CacheInvd_Busy;
156
157                 out_be64(reg, val);
158                 while (in_be64(reg) & IOC_IOPT_CacheInvd_Busy)
159                         ;
160
161                 n_ptes -= n;
162                 pte += n;
163         }
164 }
165
166 static int tce_build_cell(struct iommu_table *tbl, long index, long npages,
167                 unsigned long uaddr, enum dma_data_direction direction,
168                 struct dma_attrs *attrs)
169 {
170         int i;
171         unsigned long *io_pte, base_pte;
172         struct iommu_window *window =
173                 container_of(tbl, struct iommu_window, table);
174
175         /* implementing proper protection causes problems with the spidernet
176          * driver - check mapping directions later, but allow read & write by
177          * default for now.*/
178 #ifdef CELL_IOMMU_STRICT_PROTECTION
179         /* to avoid referencing a global, we use a trick here to setup the
180          * protection bit. "prot" is setup to be 3 fields of 4 bits apprended
181          * together for each of the 3 supported direction values. It is then
182          * shifted left so that the fields matching the desired direction
183          * lands on the appropriate bits, and other bits are masked out.
184          */
185         const unsigned long prot = 0xc48;
186         base_pte =
187                 ((prot << (52 + 4 * direction)) &
188                  (CBE_IOPTE_PP_W | CBE_IOPTE_PP_R)) |
189                 CBE_IOPTE_M | CBE_IOPTE_SO_RW |
190                 (window->ioid & CBE_IOPTE_IOID_Mask);
191 #else
192         base_pte = CBE_IOPTE_PP_W | CBE_IOPTE_PP_R | CBE_IOPTE_M |
193                 CBE_IOPTE_SO_RW | (window->ioid & CBE_IOPTE_IOID_Mask);
194 #endif
195         if (unlikely(dma_get_attr(DMA_ATTR_WEAK_ORDERING, attrs)))
196                 base_pte &= ~CBE_IOPTE_SO_RW;
197
198         io_pte = (unsigned long *)tbl->it_base + (index - tbl->it_offset);
199
200         for (i = 0; i < npages; i++, uaddr += IOMMU_PAGE_SIZE)
201                 io_pte[i] = base_pte | (__pa(uaddr) & CBE_IOPTE_RPN_Mask);
202
203         mb();
204
205         invalidate_tce_cache(window->iommu, io_pte, npages);
206
207         pr_debug("tce_build_cell(index=%lx,n=%lx,dir=%d,base_pte=%lx)\n",
208                  index, npages, direction, base_pte);
209         return 0;
210 }
211
212 static void tce_free_cell(struct iommu_table *tbl, long index, long npages)
213 {
214
215         int i;
216         unsigned long *io_pte, pte;
217         struct iommu_window *window =
218                 container_of(tbl, struct iommu_window, table);
219
220         pr_debug("tce_free_cell(index=%lx,n=%lx)\n", index, npages);
221
222 #ifdef CELL_IOMMU_REAL_UNMAP
223         pte = 0;
224 #else
225         /* spider bridge does PCI reads after freeing - insert a mapping
226          * to a scratch page instead of an invalid entry */
227         pte = CBE_IOPTE_PP_R | CBE_IOPTE_M | CBE_IOPTE_SO_RW |
228                 __pa(window->iommu->pad_page) |
229                 (window->ioid & CBE_IOPTE_IOID_Mask);
230 #endif
231
232         io_pte = (unsigned long *)tbl->it_base + (index - tbl->it_offset);
233
234         for (i = 0; i < npages; i++)
235                 io_pte[i] = pte;
236
237         mb();
238
239         invalidate_tce_cache(window->iommu, io_pte, npages);
240 }
241
242 static irqreturn_t ioc_interrupt(int irq, void *data)
243 {
244         unsigned long stat, spf;
245         struct cbe_iommu *iommu = data;
246
247         stat = in_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IO_ExcpStat);
248         spf = stat & IOC_IO_ExcpStat_SPF_Mask;
249
250         /* Might want to rate limit it */
251         printk(KERN_ERR "iommu: DMA exception 0x%016lx\n", stat);
252         printk(KERN_ERR "  V=%d, SPF=[%c%c], RW=%s, IOID=0x%04x\n",
253                !!(stat & IOC_IO_ExcpStat_V),
254                (spf == IOC_IO_ExcpStat_SPF_S) ? 'S' : ' ',
255                (spf == IOC_IO_ExcpStat_SPF_P) ? 'P' : ' ',
256                (stat & IOC_IO_ExcpStat_RW_Mask) ? "Read" : "Write",
257                (unsigned int)(stat & IOC_IO_ExcpStat_IOID_Mask));
258         printk(KERN_ERR "  page=0x%016lx\n",
259                stat & IOC_IO_ExcpStat_ADDR_Mask);
260
261         /* clear interrupt */
262         stat &= ~IOC_IO_ExcpStat_V;
263         out_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IO_ExcpStat, stat);
264
265         return IRQ_HANDLED;
266 }
267
268 static int cell_iommu_find_ioc(int nid, unsigned long *base)
269 {
270         struct device_node *np;
271         struct resource r;
272
273         *base = 0;
274
275         /* First look for new style /be nodes */
276         for_each_node_by_name(np, "ioc") {
277                 if (of_node_to_nid(np) != nid)
278                         continue;
279                 if (of_address_to_resource(np, 0, &r)) {
280                         printk(KERN_ERR "iommu: can't get address for %s\n",
281                                np->full_name);
282                         continue;
283                 }
284                 *base = r.start;
285                 of_node_put(np);
286                 return 0;
287         }
288
289         /* Ok, let's try the old way */
290         for_each_node_by_type(np, "cpu") {
291                 const unsigned int *nidp;
292                 const unsigned long *tmp;
293
294                 nidp = of_get_property(np, "node-id", NULL);
295                 if (nidp && *nidp == nid) {
296                         tmp = of_get_property(np, "ioc-translation", NULL);
297                         if (tmp) {
298                                 *base = *tmp;
299                                 of_node_put(np);
300                                 return 0;
301                         }
302                 }
303         }
304
305         return -ENODEV;
306 }
307
308 static void cell_iommu_setup_stab(struct cbe_iommu *iommu,
309                                 unsigned long dbase, unsigned long dsize,
310                                 unsigned long fbase, unsigned long fsize)
311 {
312         struct page *page;
313         unsigned long segments, stab_size;
314
315         segments = max(dbase + dsize, fbase + fsize) >> IO_SEGMENT_SHIFT;
316
317         pr_debug("%s: iommu[%d]: segments: %lu\n",
318                         __func__, iommu->nid, segments);
319
320         /* set up the segment table */
321         stab_size = segments * sizeof(unsigned long);
322         page = alloc_pages_node(iommu->nid, GFP_KERNEL, get_order(stab_size));
323         BUG_ON(!page);
324         iommu->stab = page_address(page);
325         memset(iommu->stab, 0, stab_size);
326 }
327
328 static unsigned long *cell_iommu_alloc_ptab(struct cbe_iommu *iommu,
329                 unsigned long base, unsigned long size, unsigned long gap_base,
330                 unsigned long gap_size, unsigned long page_shift)
331 {
332         struct page *page;
333         int i;
334         unsigned long reg, segments, pages_per_segment, ptab_size,
335                       n_pte_pages, start_seg, *ptab;
336
337         start_seg = base >> IO_SEGMENT_SHIFT;
338         segments  = size >> IO_SEGMENT_SHIFT;
339         pages_per_segment = 1ull << IO_PAGENO_BITS(page_shift);
340         /* PTEs for each segment must start on a 4K bounday */
341         pages_per_segment = max(pages_per_segment,
342                                 (1 << 12) / sizeof(unsigned long));
343
344         ptab_size = segments * pages_per_segment * sizeof(unsigned long);
345         pr_debug("%s: iommu[%d]: ptab_size: %lu, order: %d\n", __func__,
346                         iommu->nid, ptab_size, get_order(ptab_size));
347         page = alloc_pages_node(iommu->nid, GFP_KERNEL, get_order(ptab_size));
348         BUG_ON(!page);
349
350         ptab = page_address(page);
351         memset(ptab, 0, ptab_size);
352
353         /* number of 4K pages needed for a page table */
354         n_pte_pages = (pages_per_segment * sizeof(unsigned long)) >> 12;
355
356         pr_debug("%s: iommu[%d]: stab at %p, ptab at %p, n_pte_pages: %lu\n",
357                         __func__, iommu->nid, iommu->stab, ptab,
358                         n_pte_pages);
359
360         /* initialise the STEs */
361         reg = IOSTE_V | ((n_pte_pages - 1) << 5);
362
363         switch (page_shift) {
364         case 12: reg |= IOSTE_PS_4K;  break;
365         case 16: reg |= IOSTE_PS_64K; break;
366         case 20: reg |= IOSTE_PS_1M;  break;
367         case 24: reg |= IOSTE_PS_16M; break;
368         default: BUG();
369         }
370
371         gap_base = gap_base >> IO_SEGMENT_SHIFT;
372         gap_size = gap_size >> IO_SEGMENT_SHIFT;
373
374         pr_debug("Setting up IOMMU stab:\n");
375         for (i = start_seg; i < (start_seg + segments); i++) {
376                 if (i >= gap_base && i < (gap_base + gap_size)) {
377                         pr_debug("\toverlap at %d, skipping\n", i);
378                         continue;
379                 }
380                 iommu->stab[i] = reg | (__pa(ptab) + (n_pte_pages << 12) *
381                                         (i - start_seg));
382                 pr_debug("\t[%d] 0x%016lx\n", i, iommu->stab[i]);
383         }
384
385         return ptab;
386 }
387
388 static void cell_iommu_enable_hardware(struct cbe_iommu *iommu)
389 {
390         int ret;
391         unsigned long reg, xlate_base;
392         unsigned int virq;
393
394         if (cell_iommu_find_ioc(iommu->nid, &xlate_base))
395                 panic("%s: missing IOC register mappings for node %d\n",
396                       __func__, iommu->nid);
397
398         iommu->xlate_regs = ioremap(xlate_base, IOC_Reg_Size);
399         iommu->cmd_regs = iommu->xlate_regs + IOC_IOCmd_Offset;
400
401         /* ensure that the STEs have updated */
402         mb();
403
404         /* setup interrupts for the iommu. */
405         reg = in_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IO_ExcpStat);
406         out_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IO_ExcpStat,
407                         reg & ~IOC_IO_ExcpStat_V);
408         out_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IO_ExcpMask,
409                         IOC_IO_ExcpMask_PFE | IOC_IO_ExcpMask_SFE);
410
411         virq = irq_create_mapping(NULL,
412                         IIC_IRQ_IOEX_ATI | (iommu->nid << IIC_IRQ_NODE_SHIFT));
413         BUG_ON(virq == NO_IRQ);
414
415         ret = request_irq(virq, ioc_interrupt, IRQF_DISABLED,
416                         iommu->name, iommu);
417         BUG_ON(ret);
418
419         /* set the IOC segment table origin register (and turn on the iommu) */
420         reg = IOC_IOST_Origin_E | __pa(iommu->stab) | IOC_IOST_Origin_HW;
421         out_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IOST_Origin, reg);
422         in_be64(iommu->xlate_regs + IOC_IOST_Origin);
423
424         /* turn on IO translation */
425         reg = in_be64(iommu->cmd_regs + IOC_IOCmd_Cfg) | IOC_IOCmd_Cfg_TE;
426         out_be64(iommu->cmd_regs + IOC_IOCmd_Cfg, reg);
427 }
428
429 static void cell_iommu_setup_hardware(struct cbe_iommu *iommu,
430         unsigned long base, unsigned long size)
431 {
432         cell_iommu_setup_stab(iommu, base, size, 0, 0);
433         iommu->ptab = cell_iommu_alloc_ptab(iommu, base, size, 0, 0,
434                                             IOMMU_PAGE_SHIFT);
435         cell_iommu_enable_hardware(iommu);
436 }
437
438 #if 0/* Unused for now */
439 static struct iommu_window *find_window(struct cbe_iommu *iommu,
440                 unsigned long offset, unsigned long size)
441 {
442         struct iommu_window *window;
443
444         /* todo: check for overlapping (but not equal) windows) */
445
446         list_for_each_entry(window, &(iommu->windows), list) {
447                 if (window->offset == offset && window->size == size)
448                         return window;
449         }
450
451         return NULL;
452 }
453 #endif
454
455 static inline u32 cell_iommu_get_ioid(struct device_node *np)
456 {
457         const u32 *ioid;
458
459         ioid = of_get_property(np, "ioid", NULL);
460         if (ioid == NULL) {
461                 printk(KERN_WARNING "iommu: missing ioid for %s using 0\n",
462                        np->full_name);
463                 return 0;
464         }
465
466         return *ioid;
467 }
468
469 static struct iommu_window * __init
470 cell_iommu_setup_window(struct cbe_iommu *iommu, struct device_node *np,
471                         unsigned long offset, unsigned long size,
472                         unsigned long pte_offset)
473 {
474         struct iommu_window *window;
475         struct page *page;
476         u32 ioid;
477
478         ioid = cell_iommu_get_ioid(np);
479
480         window = kmalloc_node(sizeof(*window), GFP_KERNEL, iommu->nid);
481         BUG_ON(window == NULL);
482
483         window->offset = offset;
484         window->size = size;
485         window->ioid = ioid;
486         window->iommu = iommu;
487
488         window->table.it_blocksize = 16;
489         window->table.it_base = (unsigned long)iommu->ptab;
490         window->table.it_index = iommu->nid;
491         window->table.it_offset = (offset >> IOMMU_PAGE_SHIFT) + pte_offset;
492         window->table.it_size = size >> IOMMU_PAGE_SHIFT;
493
494         iommu_init_table(&window->table, iommu->nid);
495
496         pr_debug("\tioid      %d\n", window->ioid);
497         pr_debug("\tblocksize %ld\n", window->table.it_blocksize);
498         pr_debug("\tbase      0x%016lx\n", window->table.it_base);
499         pr_debug("\toffset    0x%lx\n", window->table.it_offset);
500         pr_debug("\tsize      %ld\n", window->table.it_size);
501
502         list_add(&window->list, &iommu->windows);
503
504         if (offset != 0)
505                 return window;
506
507         /* We need to map and reserve the first IOMMU page since it's used
508          * by the spider workaround. In theory, we only need to do that when
509          * running on spider but it doesn't really matter.
510          *
511          * This code also assumes that we have a window that starts at 0,
512          * which is the case on all spider based blades.
513          */
514         page = alloc_pages_node(iommu->nid, GFP_KERNEL, 0);
515         BUG_ON(!page);
516         iommu->pad_page = page_address(page);
517         clear_page(iommu->pad_page);
518
519         __set_bit(0, window->table.it_map);
520         tce_build_cell(&window->table, window->table.it_offset, 1,
521                        (unsigned long)iommu->pad_page, DMA_TO_DEVICE, NULL);
522         window->table.it_hint = window->table.it_blocksize;
523
524         return window;
525 }
526
527 static struct cbe_iommu *cell_iommu_for_node(int nid)
528 {
529         int i;
530
531         for (i = 0; i < cbe_nr_iommus; i++)
532                 if (iommus[i].nid == nid)
533                         return &iommus[i];
534         return NULL;
535 }
536
537 static unsigned long cell_dma_direct_offset;
538
539 static unsigned long dma_iommu_fixed_base;
540
541 /* iommu_fixed_is_weak is set if booted with iommu_fixed=weak */
542 static int iommu_fixed_is_weak;
543
544 static struct iommu_table *cell_get_iommu_table(struct device *dev)
545 {
546         struct iommu_window *window;
547         struct cbe_iommu *iommu;
548         struct dev_archdata *archdata = &dev->archdata;
549
550         /* Current implementation uses the first window available in that
551          * node's iommu. We -might- do something smarter later though it may
552          * never be necessary
553          */
554         iommu = cell_iommu_for_node(dev_to_node(dev));
555         if (iommu == NULL || list_empty(&iommu->windows)) {
556                 printk(KERN_ERR "iommu: missing iommu for %s (node %d)\n",
557                        archdata->of_node ? archdata->of_node->full_name : "?",
558                        dev_to_node(dev));
559                 return NULL;
560         }
561         window = list_entry(iommu->windows.next, struct iommu_window, list);
562
563         return &window->table;
564 }
565
566 /* A coherent allocation implies strong ordering */
567
568 static void *dma_fixed_alloc_coherent(struct device *dev, size_t size,
569                                       dma_addr_t *dma_handle, gfp_t flag)
570 {
571         if (iommu_fixed_is_weak)
572                 return iommu_alloc_coherent(dev, cell_get_iommu_table(dev),
573                                             size, dma_handle,
574                                             device_to_mask(dev), flag,
575                                             dev_to_node(dev));
576         else
577                 return dma_direct_ops.alloc_coherent(dev, size, dma_handle,
578                                                      flag);
579 }
580
581 static void dma_fixed_free_coherent(struct device *dev, size_t size,
582                                     void *vaddr, dma_addr_t dma_handle)
583 {
584         if (iommu_fixed_is_weak)
585                 iommu_free_coherent(cell_get_iommu_table(dev), size, vaddr,
586                                     dma_handle);
587         else
588                 dma_direct_ops.free_coherent(dev, size, vaddr, dma_handle);
589 }
590
591 static dma_addr_t dma_fixed_map_page(struct device *dev, struct page *page,
592                                      unsigned long offset, size_t size,
593                                      enum dma_data_direction direction,
594                                      struct dma_attrs *attrs)
595 {
596         if (iommu_fixed_is_weak == dma_get_attr(DMA_ATTR_WEAK_ORDERING, attrs))
597                 return dma_direct_ops.map_page(dev, page, offset, size,
598                                                direction, attrs);
599         else
600                 return iommu_map_page(dev, cell_get_iommu_table(dev), page,
601                                       offset, size, device_to_mask(dev),
602                                       direction, attrs);
603 }
604
605 static void dma_fixed_unmap_page(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr,
606                                  size_t size, enum dma_data_direction direction,
607                                  struct dma_attrs *attrs)
608 {
609         if (iommu_fixed_is_weak == dma_get_attr(DMA_ATTR_WEAK_ORDERING, attrs))
610                 dma_direct_ops.unmap_page(dev, dma_addr, size, direction,
611                                           attrs);
612         else
613                 iommu_unmap_page(cell_get_iommu_table(dev), dma_addr, size,
614                                  direction, attrs);
615 }
616
617 static int dma_fixed_map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
618                            int nents, enum dma_data_direction direction,
619                            struct dma_attrs *attrs)
620 {
621         if (iommu_fixed_is_weak == dma_get_attr(DMA_ATTR_WEAK_ORDERING, attrs))
622                 return dma_direct_ops.map_sg(dev, sg, nents, direction, attrs);
623         else
624                 return iommu_map_sg(dev, cell_get_iommu_table(dev), sg, nents,
625                                     device_to_mask(dev), direction, attrs);
626 }
627
628 static void dma_fixed_unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg,
629                                int nents, enum dma_data_direction direction,
630                                struct dma_attrs *attrs)
631 {
632         if (iommu_fixed_is_weak == dma_get_attr(DMA_ATTR_WEAK_ORDERING, attrs))
633                 dma_direct_ops.unmap_sg(dev, sg, nents, direction, attrs);
634         else
635                 iommu_unmap_sg(cell_get_iommu_table(dev), sg, nents, direction,
636                                attrs);
637 }
638
639 static int dma_fixed_dma_supported(struct device *dev, u64 mask)
640 {
641         return mask == DMA_BIT_MASK(64);
642 }
643
644 static int dma_set_mask_and_switch(struct device *dev, u64 dma_mask);
645
646 struct dma_map_ops dma_iommu_fixed_ops = {
647         .alloc_coherent = dma_fixed_alloc_coherent,
648         .free_coherent  = dma_fixed_free_coherent,
649         .map_sg         = dma_fixed_map_sg,
650         .unmap_sg       = dma_fixed_unmap_sg,
651         .dma_supported  = dma_fixed_dma_supported,
652         .set_dma_mask   = dma_set_mask_and_switch,
653         .map_page       = dma_fixed_map_page,
654         .unmap_page     = dma_fixed_unmap_page,
655 };
656
657 static void cell_dma_dev_setup_fixed(struct device *dev);
658
659 static void cell_dma_dev_setup(struct device *dev)
660 {
661         /* Order is important here, these are not mutually exclusive */
662         if (get_dma_ops(dev) == &dma_iommu_fixed_ops)
663                 cell_dma_dev_setup_fixed(dev);
664         else if (get_pci_dma_ops() == &dma_iommu_ops)
665                 set_iommu_table_base(dev, cell_get_iommu_table(dev));
666         else if (get_pci_dma_ops() == &dma_direct_ops)
667                 set_dma_offset(dev, cell_dma_direct_offset);
668         else
669                 BUG();
670 }
671
672 static void cell_pci_dma_dev_setup(struct pci_dev *dev)
673 {
674         cell_dma_dev_setup(&dev->dev);
675 }
676
677 static int cell_of_bus_notify(struct notifier_block *nb, unsigned long action,
678                               void *data)
679 {
680         struct device *dev = data;
681
682         /* We are only intereted in device addition */
683         if (action != BUS_NOTIFY_ADD_DEVICE)
684                 return 0;
685
686         /* We use the PCI DMA ops */
687         dev->archdata.dma_ops = get_pci_dma_ops();
688
689         cell_dma_dev_setup(dev);
690
691         return 0;
692 }
693
694 static struct notifier_block cell_of_bus_notifier = {
695         .notifier_call = cell_of_bus_notify
696 };
697
698 static int __init cell_iommu_get_window(struct device_node *np,
699                                          unsigned long *base,
700                                          unsigned long *size)
701 {
702         const void *dma_window;
703         unsigned long index;
704
705         /* Use ibm,dma-window if available, else, hard code ! */
706         dma_window = of_get_property(np, "ibm,dma-window", NULL);
707         if (dma_window == NULL) {
708                 *base = 0;
709                 *size = 0x80000000u;
710                 return -ENODEV;
711         }
712
713         of_parse_dma_window(np, dma_window, &index, base, size);
714         return 0;
715 }
716
717 static struct cbe_iommu * __init cell_iommu_alloc(struct device_node *np)
718 {
719         struct cbe_iommu *iommu;
720         int nid, i;
721
722         /* Get node ID */
723         nid = of_node_to_nid(np);
724         if (nid < 0) {
725                 printk(KERN_ERR "iommu: failed to get node for %s\n",
726                        np->full_name);
727                 return NULL;
728         }
729         pr_debug("iommu: setting up iommu for node %d (%s)\n",
730                  nid, np->full_name);
731
732         /* XXX todo: If we can have multiple windows on the same IOMMU, which
733          * isn't the case today, we probably want here to check wether the
734          * iommu for that node is already setup.
735          * However, there might be issue with getting the size right so let's
736          * ignore that for now. We might want to completely get rid of the
737          * multiple window support since the cell iommu supports per-page ioids
738          */
739
740         if (cbe_nr_iommus >= NR_IOMMUS) {
741                 printk(KERN_ERR "iommu: too many IOMMUs detected ! (%s)\n",
742                        np->full_name);
743                 return NULL;
744         }
745
746         /* Init base fields */
747         i = cbe_nr_iommus++;
748         iommu = &iommus[i];
749         iommu->stab = NULL;
750         iommu->nid = nid;
751         snprintf(iommu->name, sizeof(iommu->name), "iommu%d", i);
752         INIT_LIST_HEAD(&iommu->windows);
753
754         return iommu;
755 }
756
757 static void __init cell_iommu_init_one(struct device_node *np,
758                                        unsigned long offset)
759 {
760         struct cbe_iommu *iommu;
761         unsigned long base, size;
762
763         iommu = cell_iommu_alloc(np);
764         if (!iommu)
765                 return;
766
767         /* Obtain a window for it */
768         cell_iommu_get_window(np, &base, &size);
769
770         pr_debug("\ttranslating window 0x%lx...0x%lx\n",
771                  base, base + size - 1);
772
773         /* Initialize the hardware */
774         cell_iommu_setup_hardware(iommu, base, size);
775
776         /* Setup the iommu_table */
777         cell_iommu_setup_window(iommu, np, base, size,
778                                 offset >> IOMMU_PAGE_SHIFT);
779 }
780
781 static void __init cell_disable_iommus(void)
782 {
783         int node;
784         unsigned long base, val;
785         void __iomem *xregs, *cregs;
786
787         /* Make sure IOC translation is disabled on all nodes */
788         for_each_online_node(node) {
789                 if (cell_iommu_find_ioc(node, &base))
790                         continue;
791                 xregs = ioremap(base, IOC_Reg_Size);
792                 if (xregs == NULL)
793                         continue;
794                 cregs = xregs + IOC_IOCmd_Offset;
795
796                 pr_debug("iommu: cleaning up iommu on node %d\n", node);
797
798                 out_be64(xregs + IOC_IOST_Origin, 0);
799                 (void)in_be64(xregs + IOC_IOST_Origin);
800                 val = in_be64(cregs + IOC_IOCmd_Cfg);
801                 val &= ~IOC_IOCmd_Cfg_TE;
802                 out_be64(cregs + IOC_IOCmd_Cfg, val);
803                 (void)in_be64(cregs + IOC_IOCmd_Cfg);
804
805                 iounmap(xregs);
806         }
807 }
808
809 static int __init cell_iommu_init_disabled(void)
810 {
811         struct device_node *np = NULL;
812         unsigned long base = 0, size;
813
814         /* When no iommu is present, we use direct DMA ops */
815         set_pci_dma_ops(&dma_direct_ops);
816
817         /* First make sure all IOC translation is turned off */
818         cell_disable_iommus();
819
820         /* If we have no Axon, we set up the spider DMA magic offset */
821         if (of_find_node_by_name(NULL, "axon") == NULL)
822                 cell_dma_direct_offset = SPIDER_DMA_OFFSET;
823
824         /* Now we need to check to see where the memory is mapped
825          * in PCI space. We assume that all busses use the same dma
826          * window which is always the case so far on Cell, thus we
827          * pick up the first pci-internal node we can find and check
828          * the DMA window from there.
829          */
830         for_each_node_by_name(np, "axon") {
831                 if (np->parent == NULL || np->parent->parent != NULL)
832                         continue;
833                 if (cell_iommu_get_window(np, &base, &size) == 0)
834                         break;
835         }
836         if (np == NULL) {
837                 for_each_node_by_name(np, "pci-internal") {
838                         if (np->parent == NULL || np->parent->parent != NULL)
839                                 continue;
840                         if (cell_iommu_get_window(np, &base, &size) == 0)
841                                 break;
842                 }
843         }
844         of_node_put(np);
845
846         /* If we found a DMA window, we check if it's big enough to enclose
847          * all of physical memory. If not, we force enable IOMMU
848          */
849         if (np && size < lmb_end_of_DRAM()) {
850                 printk(KERN_WARNING "iommu: force-enabled, dma window"
851                        " (%ldMB) smaller than total memory (%lldMB)\n",
852                        size >> 20, lmb_end_of_DRAM() >> 20);
853                 return -ENODEV;
854         }
855
856         cell_dma_direct_offset += base;
857
858         if (cell_dma_direct_offset != 0)
859                 ppc_md.pci_dma_dev_setup = cell_pci_dma_dev_setup;
860
861         printk("iommu: disabled, direct DMA offset is 0x%lx\n",
862                cell_dma_direct_offset);
863
864         return 0;
865 }
866
867 /*
868  *  Fixed IOMMU mapping support
869  *
870  *  This code adds support for setting up a fixed IOMMU mapping on certain
871  *  cell machines. For 64-bit devices this avoids the performance overhead of
872  *  mapping and unmapping pages at runtime. 32-bit devices are unable to use
873  *  the fixed mapping.
874  *
875  *  The fixed mapping is established at boot, and maps all of physical memory
876  *  1:1 into device space at some offset. On machines with < 30 GB of memory
877  *  we setup the fixed mapping immediately above the normal IOMMU window.
878  *
879  *  For example a machine with 4GB of memory would end up with the normal
880  *  IOMMU window from 0-2GB and the fixed mapping window from 2GB to 6GB. In
881  *  this case a 64-bit device wishing to DMA to 1GB would be told to DMA to
882  *  3GB, plus any offset required by firmware. The firmware offset is encoded
883  *  in the "dma-ranges" property.
884  *
885  *  On machines with 30GB or more of memory, we are unable to place the fixed
886  *  mapping above the normal IOMMU window as we would run out of address space.
887  *  Instead we move the normal IOMMU window to coincide with the hash page
888  *  table, this region does not need to be part of the fixed mapping as no
889  *  device should ever be DMA'ing to it. We then setup the fixed mapping
890  *  from 0 to 32GB.
891  */
892
893 static u64 cell_iommu_get_fixed_address(struct device *dev)
894 {
895         u64 cpu_addr, size, best_size, dev_addr = OF_BAD_ADDR;
896         struct device_node *np;
897         const u32 *ranges = NULL;
898         int i, len, best, naddr, nsize, pna, range_size;
899
900         np = of_node_get(dev->archdata.of_node);
901         while (1) {
902                 naddr = of_n_addr_cells(np);
903                 nsize = of_n_size_cells(np);
904                 np = of_get_next_parent(np);
905                 if (!np)
906                         break;
907
908                 ranges = of_get_property(np, "dma-ranges", &len);
909
910                 /* Ignore empty ranges, they imply no translation required */
911                 if (ranges && len > 0)
912                         break;
913         }
914
915         if (!ranges) {
916                 dev_dbg(dev, "iommu: no dma-ranges found\n");
917                 goto out;
918         }
919
920         len /= sizeof(u32);
921
922         pna = of_n_addr_cells(np);
923         range_size = naddr + nsize + pna;
924
925         /* dma-ranges format:
926          * child addr   : naddr cells
927          * parent addr  : pna cells
928          * size         : nsize cells
929          */
930         for (i = 0, best = -1, best_size = 0; i < len; i += range_size) {
931                 cpu_addr = of_translate_dma_address(np, ranges + i + naddr);
932                 size = of_read_number(ranges + i + naddr + pna, nsize);
933
934                 if (cpu_addr == 0 && size > best_size) {
935                         best = i;
936                         best_size = size;
937                 }
938         }
939
940         if (best >= 0) {
941                 dev_addr = of_read_number(ranges + best, naddr);
942         } else
943                 dev_dbg(dev, "iommu: no suitable range found!\n");
944
945 out:
946         of_node_put(np);
947
948         return dev_addr;
949 }
950
951 static int dma_set_mask_and_switch(struct device *dev, u64 dma_mask)
952 {
953         if (!dev->dma_mask || !dma_supported(dev, dma_mask))
954                 return -EIO;
955
956         if (dma_mask == DMA_BIT_MASK(64) &&
957                 cell_iommu_get_fixed_address(dev) != OF_BAD_ADDR)
958         {
959                 dev_dbg(dev, "iommu: 64-bit OK, using fixed ops\n");
960                 set_dma_ops(dev, &dma_iommu_fixed_ops);
961         } else {
962                 dev_dbg(dev, "iommu: not 64-bit, using default ops\n");
963                 set_dma_ops(dev, get_pci_dma_ops());
964         }
965
966         cell_dma_dev_setup(dev);
967
968         *dev->dma_mask = dma_mask;
969
970         return 0;
971 }
972
973 static void cell_dma_dev_setup_fixed(struct device *dev)
974 {
975         u64 addr;
976
977         addr = cell_iommu_get_fixed_address(dev) + dma_iommu_fixed_base;
978         set_dma_offset(dev, addr);
979
980         dev_dbg(dev, "iommu: fixed addr = %llx\n", addr);
981 }
982
983 static void insert_16M_pte(unsigned long addr, unsigned long *ptab,
984                            unsigned long base_pte)
985 {
986         unsigned long segment, offset;
987
988         segment = addr >> IO_SEGMENT_SHIFT;
989         offset = (addr >> 24) - (segment << IO_PAGENO_BITS(24));
990         ptab = ptab + (segment * (1 << 12) / sizeof(unsigned long));
991
992         pr_debug("iommu: addr %lx ptab %p segment %lx offset %lx\n",
993                   addr, ptab, segment, offset);
994
995         ptab[offset] = base_pte | (__pa(addr) & CBE_IOPTE_RPN_Mask);
996 }
997
998 static void cell_iommu_setup_fixed_ptab(struct cbe_iommu *iommu,
999         struct device_node *np, unsigned long dbase, unsigned long dsize,
1000         unsigned long fbase, unsigned long fsize)
1001 {
1002         unsigned long base_pte, uaddr, ioaddr, *ptab;
1003
1004         ptab = cell_iommu_alloc_ptab(iommu, fbase, fsize, dbase, dsize, 24);
1005
1006         dma_iommu_fixed_base = fbase;
1007
1008         pr_debug("iommu: mapping 0x%lx pages from 0x%lx\n", fsize, fbase);
1009
1010         base_pte = CBE_IOPTE_PP_W | CBE_IOPTE_PP_R | CBE_IOPTE_M |
1011                 (cell_iommu_get_ioid(np) & CBE_IOPTE_IOID_Mask);
1012
1013         if (iommu_fixed_is_weak)
1014                 pr_info("IOMMU: Using weak ordering for fixed mapping\n");
1015         else {
1016                 pr_info("IOMMU: Using strong ordering for fixed mapping\n");
1017                 base_pte |= CBE_IOPTE_SO_RW;
1018         }
1019
1020         for (uaddr = 0; uaddr < fsize; uaddr += (1 << 24)) {
1021                 /* Don't touch the dynamic region */
1022                 ioaddr = uaddr + fbase;
1023                 if (ioaddr >= dbase && ioaddr < (dbase + dsize)) {
1024                         pr_debug("iommu: fixed/dynamic overlap, skipping\n");
1025                         continue;
1026                 }
1027
1028                 insert_16M_pte(uaddr, ptab, base_pte);
1029         }
1030
1031         mb();
1032 }
1033
1034 static int __init cell_iommu_fixed_mapping_init(void)
1035 {
1036         unsigned long dbase, dsize, fbase, fsize, hbase, hend;
1037         struct cbe_iommu *iommu;
1038         struct device_node *np;
1039
1040         /* The fixed mapping is only supported on axon machines */
1041         np = of_find_node_by_name(NULL, "axon");
1042         if (!np) {
1043                 pr_debug("iommu: fixed mapping disabled, no axons found\n");
1044                 return -1;
1045         }
1046
1047         /* We must have dma-ranges properties for fixed mapping to work */
1048         np = of_find_node_with_property(NULL, "dma-ranges");
1049         of_node_put(np);
1050
1051         if (!np) {
1052                 pr_debug("iommu: no dma-ranges found, no fixed mapping\n");
1053                 return -1;
1054         }
1055
1056         /* The default setup is to have the fixed mapping sit after the
1057          * dynamic region, so find the top of the largest IOMMU window
1058          * on any axon, then add the size of RAM and that's our max value.
1059          * If that is > 32GB we have to do other shennanigans.
1060          */
1061         fbase = 0;
1062         for_each_node_by_name(np, "axon") {
1063                 cell_iommu_get_window(np, &dbase, &dsize);
1064                 fbase = max(fbase, dbase + dsize);
1065         }
1066
1067         fbase = _ALIGN_UP(fbase, 1 << IO_SEGMENT_SHIFT);
1068         fsize = lmb_phys_mem_size();
1069
1070         if ((fbase + fsize) <= 0x800000000)
1071                 hbase = 0; /* use the device tree window */
1072         else {
1073                 /* If we're over 32 GB we need to cheat. We can't map all of
1074                  * RAM with the fixed mapping, and also fit the dynamic
1075                  * region. So try to place the dynamic region where the hash
1076                  * table sits, drivers never need to DMA to it, we don't
1077                  * need a fixed mapping for that area.
1078                  */
1079                 if (!htab_address) {
1080                         pr_debug("iommu: htab is NULL, on LPAR? Huh?\n");
1081                         return -1;
1082                 }
1083                 hbase = __pa(htab_address);
1084                 hend  = hbase + htab_size_bytes;
1085
1086                 /* The window must start and end on a segment boundary */
1087                 if ((hbase != _ALIGN_UP(hbase, 1 << IO_SEGMENT_SHIFT)) ||
1088                     (hend != _ALIGN_UP(hend, 1 << IO_SEGMENT_SHIFT))) {
1089                         pr_debug("iommu: hash window not segment aligned\n");
1090                         return -1;
1091                 }
1092
1093                 /* Check the hash window fits inside the real DMA window */
1094                 for_each_node_by_name(np, "axon") {
1095                         cell_iommu_get_window(np, &dbase, &dsize);
1096
1097                         if (hbase < dbase || (hend > (dbase + dsize))) {
1098                                 pr_debug("iommu: hash window doesn't fit in"
1099                                          "real DMA window\n");
1100                                 return -1;
1101                         }
1102                 }
1103
1104                 fbase = 0;
1105         }
1106
1107         /* Setup the dynamic regions */
1108         for_each_node_by_name(np, "axon") {
1109                 iommu = cell_iommu_alloc(np);
1110                 BUG_ON(!iommu);
1111
1112                 if (hbase == 0)
1113                         cell_iommu_get_window(np, &dbase, &dsize);
1114                 else {
1115                         dbase = hbase;
1116                         dsize = htab_size_bytes;
1117                 }
1118
1119                 printk(KERN_DEBUG "iommu: node %d, dynamic window 0x%lx-0x%lx "
1120                         "fixed window 0x%lx-0x%lx\n", iommu->nid, dbase,
1121                          dbase + dsize, fbase, fbase + fsize);
1122
1123                 cell_iommu_setup_stab(iommu, dbase, dsize, fbase, fsize);
1124                 iommu->ptab = cell_iommu_alloc_ptab(iommu, dbase, dsize, 0, 0,
1125                                                     IOMMU_PAGE_SHIFT);
1126                 cell_iommu_setup_fixed_ptab(iommu, np, dbase, dsize,
1127                                              fbase, fsize);
1128                 cell_iommu_enable_hardware(iommu);
1129                 cell_iommu_setup_window(iommu, np, dbase, dsize, 0);
1130         }
1131
1132         dma_iommu_ops.set_dma_mask = dma_set_mask_and_switch;
1133         set_pci_dma_ops(&dma_iommu_ops);
1134
1135         return 0;
1136 }
1137
1138 static int iommu_fixed_disabled;
1139
1140 static int __init setup_iommu_fixed(char *str)
1141 {
1142         struct device_node *pciep;
1143
1144         if (strcmp(str, "off") == 0)
1145                 iommu_fixed_disabled = 1;
1146
1147         /* If we can find a pcie-endpoint in the device tree assume that
1148          * we're on a triblade or a CAB so by default the fixed mapping
1149          * should be set to be weakly ordered; but only if the boot
1150          * option WASN'T set for strong ordering
1151          */
1152         pciep = of_find_node_by_type(NULL, "pcie-endpoint");
1153
1154         if (strcmp(str, "weak") == 0 || (pciep && strcmp(str, "strong") != 0))
1155                 iommu_fixed_is_weak = 1;
1156
1157         of_node_put(pciep);
1158
1159         return 1;
1160 }
1161 __setup("iommu_fixed=", setup_iommu_fixed);
1162
1163 static int __init cell_iommu_init(void)
1164 {
1165         struct device_node *np;
1166
1167         /* If IOMMU is disabled or we have little enough RAM to not need
1168          * to enable it, we setup a direct mapping.
1169          *
1170          * Note: should we make sure we have the IOMMU actually disabled ?
1171          */
1172         if (iommu_is_off ||
1173             (!iommu_force_on && lmb_end_of_DRAM() <= 0x80000000ull))
1174                 if (cell_iommu_init_disabled() == 0)
1175                         goto bail;
1176
1177         /* Setup various ppc_md. callbacks */
1178         ppc_md.pci_dma_dev_setup = cell_pci_dma_dev_setup;
1179         ppc_md.tce_build = tce_build_cell;
1180         ppc_md.tce_free = tce_free_cell;
1181
1182         if (!iommu_fixed_disabled && cell_iommu_fixed_mapping_init() == 0)
1183                 goto bail;
1184
1185         /* Create an iommu for each /axon node.  */
1186         for_each_node_by_name(np, "axon") {
1187                 if (np->parent == NULL || np->parent->parent != NULL)
1188                         continue;
1189                 cell_iommu_init_one(np, 0);
1190         }
1191
1192         /* Create an iommu for each toplevel /pci-internal node for
1193          * old hardware/firmware
1194          */
1195         for_each_node_by_name(np, "pci-internal") {
1196                 if (np->parent == NULL || np->parent->parent != NULL)
1197                         continue;
1198                 cell_iommu_init_one(np, SPIDER_DMA_OFFSET);
1199         }
1200
1201         /* Setup default PCI iommu ops */
1202         set_pci_dma_ops(&dma_iommu_ops);
1203
1204  bail:
1205         /* Register callbacks on OF platform device addition/removal
1206          * to handle linking them to the right DMA operations
1207          */
1208         bus_register_notifier(&of_platform_bus_type, &cell_of_bus_notifier);
1209
1210         return 0;
1211 }
1212 machine_arch_initcall(cell, cell_iommu_init);
1213 machine_arch_initcall(celleb_native, cell_iommu_init);
1214