Linux-libre 4.9.123-gnu
[librecmc/linux-libre.git] / 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 <will.deacon@arm.com>
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 #include <linux/dma-mapping.h>
29
30 #include <asm/barrier.h>
31
32 #include "io-pgtable.h"
33
34 #define ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS          48
35 #define ARM_LPAE_S2_MAX_CONCAT_PAGES    16
36 #define ARM_LPAE_MAX_LEVELS             4
37
38 /* Struct accessors */
39 #define io_pgtable_to_data(x)                                           \
40         container_of((x), struct arm_lpae_io_pgtable, iop)
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_GRANULE(d)             (1UL << (d)->pg_shift)
60
61 #define ARM_LPAE_PAGES_PER_PGD(d)                                       \
62         DIV_ROUND_UP((d)->pgd_size, ARM_LPAE_GRANULE(d))
63
64 /*
65  * Calculate the index at level l used to map virtual address a using the
66  * pagetable in d.
67  */
68 #define ARM_LPAE_PGD_IDX(l,d)                                           \
69         ((l) == ARM_LPAE_START_LVL(d) ? ilog2(ARM_LPAE_PAGES_PER_PGD(d)) : 0)
70
71 #define ARM_LPAE_LVL_IDX(a,l,d)                                         \
72         (((u64)(a) >> ARM_LPAE_LVL_SHIFT(l,d)) &                        \
73          ((1 << ((d)->bits_per_level + ARM_LPAE_PGD_IDX(l,d))) - 1))
74
75 /* Calculate the block/page mapping size at level l for pagetable in d. */
76 #define ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(l,d)                                        \
77         (1 << (ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte)) +                          \
78                 ((ARM_LPAE_MAX_LEVELS - (l)) * (d)->bits_per_level)))
79
80 /* Page table bits */
81 #define ARM_LPAE_PTE_TYPE_SHIFT         0
82 #define ARM_LPAE_PTE_TYPE_MASK          0x3
83
84 #define ARM_LPAE_PTE_TYPE_BLOCK         1
85 #define ARM_LPAE_PTE_TYPE_TABLE         3
86 #define ARM_LPAE_PTE_TYPE_PAGE          3
87
88 #define ARM_LPAE_PTE_NSTABLE            (((arm_lpae_iopte)1) << 63)
89 #define ARM_LPAE_PTE_XN                 (((arm_lpae_iopte)3) << 53)
90 #define ARM_LPAE_PTE_AF                 (((arm_lpae_iopte)1) << 10)
91 #define ARM_LPAE_PTE_SH_NS              (((arm_lpae_iopte)0) << 8)
92 #define ARM_LPAE_PTE_SH_OS              (((arm_lpae_iopte)2) << 8)
93 #define ARM_LPAE_PTE_SH_IS              (((arm_lpae_iopte)3) << 8)
94 #define ARM_LPAE_PTE_NS                 (((arm_lpae_iopte)1) << 5)
95 #define ARM_LPAE_PTE_VALID              (((arm_lpae_iopte)1) << 0)
96
97 #define ARM_LPAE_PTE_ATTR_LO_MASK       (((arm_lpae_iopte)0x3ff) << 2)
98 /* Ignore the contiguous bit for block splitting */
99 #define ARM_LPAE_PTE_ATTR_HI_MASK       (((arm_lpae_iopte)6) << 52)
100 #define ARM_LPAE_PTE_ATTR_MASK          (ARM_LPAE_PTE_ATTR_LO_MASK |    \
101                                          ARM_LPAE_PTE_ATTR_HI_MASK)
102
103 /* Stage-1 PTE */
104 #define ARM_LPAE_PTE_AP_UNPRIV          (((arm_lpae_iopte)1) << 6)
105 #define ARM_LPAE_PTE_AP_RDONLY          (((arm_lpae_iopte)2) << 6)
106 #define ARM_LPAE_PTE_ATTRINDX_SHIFT     2
107 #define ARM_LPAE_PTE_nG                 (((arm_lpae_iopte)1) << 11)
108
109 /* Stage-2 PTE */
110 #define ARM_LPAE_PTE_HAP_FAULT          (((arm_lpae_iopte)0) << 6)
111 #define ARM_LPAE_PTE_HAP_READ           (((arm_lpae_iopte)1) << 6)
112 #define ARM_LPAE_PTE_HAP_WRITE          (((arm_lpae_iopte)2) << 6)
113 #define ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_OIWB       (((arm_lpae_iopte)0xf) << 2)
114 #define ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_NC         (((arm_lpae_iopte)0x5) << 2)
115 #define ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_DEV        (((arm_lpae_iopte)0x1) << 2)
116
117 /* Register bits */
118 #define ARM_32_LPAE_TCR_EAE             (1 << 31)
119 #define ARM_64_LPAE_S2_TCR_RES1         (1 << 31)
120
121 #define ARM_LPAE_TCR_EPD1               (1 << 23)
122
123 #define ARM_LPAE_TCR_TG0_4K             (0 << 14)
124 #define ARM_LPAE_TCR_TG0_64K            (1 << 14)
125 #define ARM_LPAE_TCR_TG0_16K            (2 << 14)
126
127 #define ARM_LPAE_TCR_SH0_SHIFT          12
128 #define ARM_LPAE_TCR_SH0_MASK           0x3
129 #define ARM_LPAE_TCR_SH_NS              0
130 #define ARM_LPAE_TCR_SH_OS              2
131 #define ARM_LPAE_TCR_SH_IS              3
132
133 #define ARM_LPAE_TCR_ORGN0_SHIFT        10
134 #define ARM_LPAE_TCR_IRGN0_SHIFT        8
135 #define ARM_LPAE_TCR_RGN_MASK           0x3
136 #define ARM_LPAE_TCR_RGN_NC             0
137 #define ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA           1
138 #define ARM_LPAE_TCR_RGN_WT             2
139 #define ARM_LPAE_TCR_RGN_WB             3
140
141 #define ARM_LPAE_TCR_SL0_SHIFT          6
142 #define ARM_LPAE_TCR_SL0_MASK           0x3
143
144 #define ARM_LPAE_TCR_T0SZ_SHIFT         0
145 #define ARM_LPAE_TCR_SZ_MASK            0xf
146
147 #define ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT           16
148 #define ARM_LPAE_TCR_PS_MASK            0x7
149
150 #define ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT          32
151 #define ARM_LPAE_TCR_IPS_MASK           0x7
152
153 #define ARM_LPAE_TCR_PS_32_BIT          0x0ULL
154 #define ARM_LPAE_TCR_PS_36_BIT          0x1ULL
155 #define ARM_LPAE_TCR_PS_40_BIT          0x2ULL
156 #define ARM_LPAE_TCR_PS_42_BIT          0x3ULL
157 #define ARM_LPAE_TCR_PS_44_BIT          0x4ULL
158 #define ARM_LPAE_TCR_PS_48_BIT          0x5ULL
159
160 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(n)     ((n) << 3)
161 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_MASK         0xff
162 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_DEVICE       0x04
163 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_NC           0x44
164 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_WBRWA        0xff
165 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_NC       0
166 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_CACHE    1
167 #define ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_DEV      2
168
169 /* IOPTE accessors */
170 #define iopte_deref(pte,d)                                      \
171         (__va((pte) & ((1ULL << ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS) - 1)    \
172         & ~(ARM_LPAE_GRANULE(d) - 1ULL)))
173
174 #define iopte_type(pte,l)                                       \
175         (((pte) >> ARM_LPAE_PTE_TYPE_SHIFT) & ARM_LPAE_PTE_TYPE_MASK)
176
177 #define iopte_prot(pte) ((pte) & ARM_LPAE_PTE_ATTR_MASK)
178
179 #define iopte_leaf(pte,l)                                       \
180         (l == (ARM_LPAE_MAX_LEVELS - 1) ?                       \
181                 (iopte_type(pte,l) == ARM_LPAE_PTE_TYPE_PAGE) : \
182                 (iopte_type(pte,l) == ARM_LPAE_PTE_TYPE_BLOCK))
183
184 #define iopte_to_pfn(pte,d)                                     \
185         (((pte) & ((1ULL << ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS) - 1)) >> (d)->pg_shift)
186
187 #define pfn_to_iopte(pfn,d)                                     \
188         (((pfn) << (d)->pg_shift) & ((1ULL << ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS) - 1))
189
190 struct arm_lpae_io_pgtable {
191         struct io_pgtable       iop;
192
193         int                     levels;
194         size_t                  pgd_size;
195         unsigned long           pg_shift;
196         unsigned long           bits_per_level;
197
198         void                    *pgd;
199 };
200
201 typedef u64 arm_lpae_iopte;
202
203 static bool selftest_running = false;
204
205 static dma_addr_t __arm_lpae_dma_addr(void *pages)
206 {
207         return (dma_addr_t)virt_to_phys(pages);
208 }
209
210 static void *__arm_lpae_alloc_pages(size_t size, gfp_t gfp,
211                                     struct io_pgtable_cfg *cfg)
212 {
213         struct device *dev = cfg->iommu_dev;
214         dma_addr_t dma;
215         void *pages = alloc_pages_exact(size, gfp | __GFP_ZERO);
216
217         if (!pages)
218                 return NULL;
219
220         if (!selftest_running) {
221                 dma = dma_map_single(dev, pages, size, DMA_TO_DEVICE);
222                 if (dma_mapping_error(dev, dma))
223                         goto out_free;
224                 /*
225                  * We depend on the IOMMU being able to work with any physical
226                  * address directly, so if the DMA layer suggests otherwise by
227                  * translating or truncating them, that bodes very badly...
228                  */
229                 if (dma != virt_to_phys(pages))
230                         goto out_unmap;
231         }
232
233         return pages;
234
235 out_unmap:
236         dev_err(dev, "Cannot accommodate DMA translation for IOMMU page tables\n");
237         dma_unmap_single(dev, dma, size, DMA_TO_DEVICE);
238 out_free:
239         free_pages_exact(pages, size);
240         return NULL;
241 }
242
243 static void __arm_lpae_free_pages(void *pages, size_t size,
244                                   struct io_pgtable_cfg *cfg)
245 {
246         if (!selftest_running)
247                 dma_unmap_single(cfg->iommu_dev, __arm_lpae_dma_addr(pages),
248                                  size, DMA_TO_DEVICE);
249         free_pages_exact(pages, size);
250 }
251
252 static void __arm_lpae_set_pte(arm_lpae_iopte *ptep, arm_lpae_iopte pte,
253                                struct io_pgtable_cfg *cfg)
254 {
255         *ptep = pte;
256
257         if (!selftest_running)
258                 dma_sync_single_for_device(cfg->iommu_dev,
259                                            __arm_lpae_dma_addr(ptep),
260                                            sizeof(pte), DMA_TO_DEVICE);
261 }
262
263 static int __arm_lpae_unmap(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
264                             unsigned long iova, size_t size, int lvl,
265                             arm_lpae_iopte *ptep);
266
267 static int arm_lpae_init_pte(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
268                              unsigned long iova, phys_addr_t paddr,
269                              arm_lpae_iopte prot, int lvl,
270                              arm_lpae_iopte *ptep)
271 {
272         arm_lpae_iopte pte = prot;
273         struct io_pgtable_cfg *cfg = &data->iop.cfg;
274
275         if (iopte_leaf(*ptep, lvl)) {
276                 /* We require an unmap first */
277                 WARN_ON(!selftest_running);
278                 return -EEXIST;
279         } else if (iopte_type(*ptep, lvl) == ARM_LPAE_PTE_TYPE_TABLE) {
280                 /*
281                  * We need to unmap and free the old table before
282                  * overwriting it with a block entry.
283                  */
284                 arm_lpae_iopte *tblp;
285                 size_t sz = ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(lvl, data);
286
287                 tblp = ptep - ARM_LPAE_LVL_IDX(iova, lvl, data);
288                 if (WARN_ON(__arm_lpae_unmap(data, iova, sz, lvl, tblp) != sz))
289                         return -EINVAL;
290         }
291
292         if (cfg->quirks & IO_PGTABLE_QUIRK_ARM_NS)
293                 pte |= ARM_LPAE_PTE_NS;
294
295         if (lvl == ARM_LPAE_MAX_LEVELS - 1)
296                 pte |= ARM_LPAE_PTE_TYPE_PAGE;
297         else
298                 pte |= ARM_LPAE_PTE_TYPE_BLOCK;
299
300         pte |= ARM_LPAE_PTE_AF | ARM_LPAE_PTE_SH_IS;
301         pte |= pfn_to_iopte(paddr >> data->pg_shift, data);
302
303         __arm_lpae_set_pte(ptep, pte, cfg);
304         return 0;
305 }
306
307 static int __arm_lpae_map(struct arm_lpae_io_pgtable *data, unsigned long iova,
308                           phys_addr_t paddr, size_t size, arm_lpae_iopte prot,
309                           int lvl, arm_lpae_iopte *ptep)
310 {
311         arm_lpae_iopte *cptep, pte;
312         size_t block_size = ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(lvl, data);
313         struct io_pgtable_cfg *cfg = &data->iop.cfg;
314
315         /* Find our entry at the current level */
316         ptep += ARM_LPAE_LVL_IDX(iova, lvl, data);
317
318         /* If we can install a leaf entry at this level, then do so */
319         if (size == block_size && (size & cfg->pgsize_bitmap))
320                 return arm_lpae_init_pte(data, iova, paddr, prot, lvl, ptep);
321
322         /* We can't allocate tables at the final level */
323         if (WARN_ON(lvl >= ARM_LPAE_MAX_LEVELS - 1))
324                 return -EINVAL;
325
326         /* Grab a pointer to the next level */
327         pte = *ptep;
328         if (!pte) {
329                 cptep = __arm_lpae_alloc_pages(ARM_LPAE_GRANULE(data),
330                                                GFP_ATOMIC, cfg);
331                 if (!cptep)
332                         return -ENOMEM;
333
334                 pte = __pa(cptep) | ARM_LPAE_PTE_TYPE_TABLE;
335                 if (cfg->quirks & IO_PGTABLE_QUIRK_ARM_NS)
336                         pte |= ARM_LPAE_PTE_NSTABLE;
337                 __arm_lpae_set_pte(ptep, pte, cfg);
338         } else if (!iopte_leaf(pte, lvl)) {
339                 cptep = iopte_deref(pte, data);
340         } else {
341                 /* We require an unmap first */
342                 WARN_ON(!selftest_running);
343                 return -EEXIST;
344         }
345
346         /* Rinse, repeat */
347         return __arm_lpae_map(data, iova, paddr, size, prot, lvl + 1, cptep);
348 }
349
350 static arm_lpae_iopte arm_lpae_prot_to_pte(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
351                                            int prot)
352 {
353         arm_lpae_iopte pte;
354
355         if (data->iop.fmt == ARM_64_LPAE_S1 ||
356             data->iop.fmt == ARM_32_LPAE_S1) {
357                 pte = ARM_LPAE_PTE_AP_UNPRIV | ARM_LPAE_PTE_nG;
358
359                 if (!(prot & IOMMU_WRITE) && (prot & IOMMU_READ))
360                         pte |= ARM_LPAE_PTE_AP_RDONLY;
361
362                 if (prot & IOMMU_MMIO)
363                         pte |= (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_DEV
364                                 << ARM_LPAE_PTE_ATTRINDX_SHIFT);
365                 else if (prot & IOMMU_CACHE)
366                         pte |= (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_CACHE
367                                 << ARM_LPAE_PTE_ATTRINDX_SHIFT);
368         } else {
369                 pte = ARM_LPAE_PTE_HAP_FAULT;
370                 if (prot & IOMMU_READ)
371                         pte |= ARM_LPAE_PTE_HAP_READ;
372                 if (prot & IOMMU_WRITE)
373                         pte |= ARM_LPAE_PTE_HAP_WRITE;
374                 if (prot & IOMMU_MMIO)
375                         pte |= ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_DEV;
376                 else if (prot & IOMMU_CACHE)
377                         pte |= ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_OIWB;
378                 else
379                         pte |= ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_NC;
380         }
381
382         if (prot & IOMMU_NOEXEC)
383                 pte |= ARM_LPAE_PTE_XN;
384
385         return pte;
386 }
387
388 static int arm_lpae_map(struct io_pgtable_ops *ops, unsigned long iova,
389                         phys_addr_t paddr, size_t size, int iommu_prot)
390 {
391         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
392         arm_lpae_iopte *ptep = data->pgd;
393         int ret, lvl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
394         arm_lpae_iopte prot;
395
396         /* If no access, then nothing to do */
397         if (!(iommu_prot & (IOMMU_READ | IOMMU_WRITE)))
398                 return 0;
399
400         prot = arm_lpae_prot_to_pte(data, iommu_prot);
401         ret = __arm_lpae_map(data, iova, paddr, size, prot, lvl, ptep);
402         /*
403          * Synchronise all PTE updates for the new mapping before there's
404          * a chance for anything to kick off a table walk for the new iova.
405          */
406         wmb();
407
408         return ret;
409 }
410
411 static void __arm_lpae_free_pgtable(struct arm_lpae_io_pgtable *data, int lvl,
412                                     arm_lpae_iopte *ptep)
413 {
414         arm_lpae_iopte *start, *end;
415         unsigned long table_size;
416
417         if (lvl == ARM_LPAE_START_LVL(data))
418                 table_size = data->pgd_size;
419         else
420                 table_size = ARM_LPAE_GRANULE(data);
421
422         start = ptep;
423
424         /* Only leaf entries at the last level */
425         if (lvl == ARM_LPAE_MAX_LEVELS - 1)
426                 end = ptep;
427         else
428                 end = (void *)ptep + table_size;
429
430         while (ptep != end) {
431                 arm_lpae_iopte pte = *ptep++;
432
433                 if (!pte || iopte_leaf(pte, lvl))
434                         continue;
435
436                 __arm_lpae_free_pgtable(data, lvl + 1, iopte_deref(pte, data));
437         }
438
439         __arm_lpae_free_pages(start, table_size, &data->iop.cfg);
440 }
441
442 static void arm_lpae_free_pgtable(struct io_pgtable *iop)
443 {
444         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_to_data(iop);
445
446         __arm_lpae_free_pgtable(data, ARM_LPAE_START_LVL(data), data->pgd);
447         kfree(data);
448 }
449
450 static int arm_lpae_split_blk_unmap(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
451                                     unsigned long iova, size_t size,
452                                     arm_lpae_iopte prot, int lvl,
453                                     arm_lpae_iopte *ptep, size_t blk_size)
454 {
455         unsigned long blk_start, blk_end;
456         phys_addr_t blk_paddr;
457         arm_lpae_iopte table = 0;
458
459         blk_start = iova & ~(blk_size - 1);
460         blk_end = blk_start + blk_size;
461         blk_paddr = iopte_to_pfn(*ptep, data) << data->pg_shift;
462
463         for (; blk_start < blk_end; blk_start += size, blk_paddr += size) {
464                 arm_lpae_iopte *tablep;
465
466                 /* Unmap! */
467                 if (blk_start == iova)
468                         continue;
469
470                 /* __arm_lpae_map expects a pointer to the start of the table */
471                 tablep = &table - ARM_LPAE_LVL_IDX(blk_start, lvl, data);
472                 if (__arm_lpae_map(data, blk_start, blk_paddr, size, prot, lvl,
473                                    tablep) < 0) {
474                         if (table) {
475                                 /* Free the table we allocated */
476                                 tablep = iopte_deref(table, data);
477                                 __arm_lpae_free_pgtable(data, lvl + 1, tablep);
478                         }
479                         return 0; /* Bytes unmapped */
480                 }
481         }
482
483         __arm_lpae_set_pte(ptep, table, &data->iop.cfg);
484         iova &= ~(blk_size - 1);
485         io_pgtable_tlb_add_flush(&data->iop, iova, blk_size, blk_size, true);
486         return size;
487 }
488
489 static int __arm_lpae_unmap(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
490                             unsigned long iova, size_t size, int lvl,
491                             arm_lpae_iopte *ptep)
492 {
493         arm_lpae_iopte pte;
494         struct io_pgtable *iop = &data->iop;
495         size_t blk_size = ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(lvl, data);
496
497         /* Something went horribly wrong and we ran out of page table */
498         if (WARN_ON(lvl == ARM_LPAE_MAX_LEVELS))
499                 return 0;
500
501         ptep += ARM_LPAE_LVL_IDX(iova, lvl, data);
502         pte = *ptep;
503         if (WARN_ON(!pte))
504                 return 0;
505
506         /* If the size matches this level, we're in the right place */
507         if (size == blk_size) {
508                 __arm_lpae_set_pte(ptep, 0, &iop->cfg);
509
510                 if (!iopte_leaf(pte, lvl)) {
511                         /* Also flush any partial walks */
512                         io_pgtable_tlb_add_flush(iop, iova, size,
513                                                 ARM_LPAE_GRANULE(data), false);
514                         io_pgtable_tlb_sync(iop);
515                         ptep = iopte_deref(pte, data);
516                         __arm_lpae_free_pgtable(data, lvl + 1, ptep);
517                 } else {
518                         io_pgtable_tlb_add_flush(iop, iova, size, size, true);
519                 }
520
521                 return size;
522         } else if (iopte_leaf(pte, lvl)) {
523                 /*
524                  * Insert a table at the next level to map the old region,
525                  * minus the part we want to unmap
526                  */
527                 return arm_lpae_split_blk_unmap(data, iova, size,
528                                                 iopte_prot(pte), lvl, ptep,
529                                                 blk_size);
530         }
531
532         /* Keep on walkin' */
533         ptep = iopte_deref(pte, data);
534         return __arm_lpae_unmap(data, iova, size, lvl + 1, ptep);
535 }
536
537 static int arm_lpae_unmap(struct io_pgtable_ops *ops, unsigned long iova,
538                           size_t size)
539 {
540         size_t unmapped;
541         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
542         arm_lpae_iopte *ptep = data->pgd;
543         int lvl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
544
545         unmapped = __arm_lpae_unmap(data, iova, size, lvl, ptep);
546         if (unmapped)
547                 io_pgtable_tlb_sync(&data->iop);
548
549         return unmapped;
550 }
551
552 static phys_addr_t arm_lpae_iova_to_phys(struct io_pgtable_ops *ops,
553                                          unsigned long iova)
554 {
555         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
556         arm_lpae_iopte pte, *ptep = data->pgd;
557         int lvl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
558
559         do {
560                 /* Valid IOPTE pointer? */
561                 if (!ptep)
562                         return 0;
563
564                 /* Grab the IOPTE we're interested in */
565                 pte = *(ptep + ARM_LPAE_LVL_IDX(iova, lvl, data));
566
567                 /* Valid entry? */
568                 if (!pte)
569                         return 0;
570
571                 /* Leaf entry? */
572                 if (iopte_leaf(pte,lvl))
573                         goto found_translation;
574
575                 /* Take it to the next level */
576                 ptep = iopte_deref(pte, data);
577         } while (++lvl < ARM_LPAE_MAX_LEVELS);
578
579         /* Ran out of page tables to walk */
580         return 0;
581
582 found_translation:
583         iova &= (ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(lvl, data) - 1);
584         return ((phys_addr_t)iopte_to_pfn(pte,data) << data->pg_shift) | iova;
585 }
586
587 static void arm_lpae_restrict_pgsizes(struct io_pgtable_cfg *cfg)
588 {
589         unsigned long granule;
590
591         /*
592          * We need to restrict the supported page sizes to match the
593          * translation regime for a particular granule. Aim to match
594          * the CPU page size if possible, otherwise prefer smaller sizes.
595          * While we're at it, restrict the block sizes to match the
596          * chosen granule.
597          */
598         if (cfg->pgsize_bitmap & PAGE_SIZE)
599                 granule = PAGE_SIZE;
600         else if (cfg->pgsize_bitmap & ~PAGE_MASK)
601                 granule = 1UL << __fls(cfg->pgsize_bitmap & ~PAGE_MASK);
602         else if (cfg->pgsize_bitmap & PAGE_MASK)
603                 granule = 1UL << __ffs(cfg->pgsize_bitmap & PAGE_MASK);
604         else
605                 granule = 0;
606
607         switch (granule) {
608         case SZ_4K:
609                 cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G);
610                 break;
611         case SZ_16K:
612                 cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_16K | SZ_32M);
613                 break;
614         case SZ_64K:
615                 cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_64K | SZ_512M);
616                 break;
617         default:
618                 cfg->pgsize_bitmap = 0;
619         }
620 }
621
622 static struct arm_lpae_io_pgtable *
623 arm_lpae_alloc_pgtable(struct io_pgtable_cfg *cfg)
624 {
625         unsigned long va_bits, pgd_bits;
626         struct arm_lpae_io_pgtable *data;
627
628         arm_lpae_restrict_pgsizes(cfg);
629
630         if (!(cfg->pgsize_bitmap & (SZ_4K | SZ_16K | SZ_64K)))
631                 return NULL;
632
633         if (cfg->ias > ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS)
634                 return NULL;
635
636         if (cfg->oas > ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS)
637                 return NULL;
638
639         if (!selftest_running && cfg->iommu_dev->dma_pfn_offset) {
640                 dev_err(cfg->iommu_dev, "Cannot accommodate DMA offset for IOMMU page tables\n");
641                 return NULL;
642         }
643
644         data = kmalloc(sizeof(*data), GFP_KERNEL);
645         if (!data)
646                 return NULL;
647
648         data->pg_shift = __ffs(cfg->pgsize_bitmap);
649         data->bits_per_level = data->pg_shift - ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte));
650
651         va_bits = cfg->ias - data->pg_shift;
652         data->levels = DIV_ROUND_UP(va_bits, data->bits_per_level);
653
654         /* Calculate the actual size of our pgd (without concatenation) */
655         pgd_bits = va_bits - (data->bits_per_level * (data->levels - 1));
656         data->pgd_size = 1UL << (pgd_bits + ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte)));
657
658         data->iop.ops = (struct io_pgtable_ops) {
659                 .map            = arm_lpae_map,
660                 .unmap          = arm_lpae_unmap,
661                 .iova_to_phys   = arm_lpae_iova_to_phys,
662         };
663
664         return data;
665 }
666
667 static struct io_pgtable *
668 arm_64_lpae_alloc_pgtable_s1(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
669 {
670         u64 reg;
671         struct arm_lpae_io_pgtable *data;
672
673         if (cfg->quirks & ~IO_PGTABLE_QUIRK_ARM_NS)
674                 return NULL;
675
676         data = arm_lpae_alloc_pgtable(cfg);
677         if (!data)
678                 return NULL;
679
680         /* TCR */
681         reg = (ARM_LPAE_TCR_SH_IS << ARM_LPAE_TCR_SH0_SHIFT) |
682               (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_IRGN0_SHIFT) |
683               (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_ORGN0_SHIFT);
684
685         switch (ARM_LPAE_GRANULE(data)) {
686         case SZ_4K:
687                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_4K;
688                 break;
689         case SZ_16K:
690                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_16K;
691                 break;
692         case SZ_64K:
693                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_64K;
694                 break;
695         }
696
697         switch (cfg->oas) {
698         case 32:
699                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_32_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
700                 break;
701         case 36:
702                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_36_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
703                 break;
704         case 40:
705                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_40_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
706                 break;
707         case 42:
708                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_42_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
709                 break;
710         case 44:
711                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_44_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
712                 break;
713         case 48:
714                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_48_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
715                 break;
716         default:
717                 goto out_free_data;
718         }
719
720         reg |= (64ULL - cfg->ias) << ARM_LPAE_TCR_T0SZ_SHIFT;
721
722         /* Disable speculative walks through TTBR1 */
723         reg |= ARM_LPAE_TCR_EPD1;
724         cfg->arm_lpae_s1_cfg.tcr = reg;
725
726         /* MAIRs */
727         reg = (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_NC
728                << ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_NC)) |
729               (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_WBRWA
730                << ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_CACHE)) |
731               (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_DEVICE
732                << ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_DEV));
733
734         cfg->arm_lpae_s1_cfg.mair[0] = reg;
735         cfg->arm_lpae_s1_cfg.mair[1] = 0;
736
737         /* Looking good; allocate a pgd */
738         data->pgd = __arm_lpae_alloc_pages(data->pgd_size, GFP_KERNEL, cfg);
739         if (!data->pgd)
740                 goto out_free_data;
741
742         /* Ensure the empty pgd is visible before any actual TTBR write */
743         wmb();
744
745         /* TTBRs */
746         cfg->arm_lpae_s1_cfg.ttbr[0] = virt_to_phys(data->pgd);
747         cfg->arm_lpae_s1_cfg.ttbr[1] = 0;
748         return &data->iop;
749
750 out_free_data:
751         kfree(data);
752         return NULL;
753 }
754
755 static struct io_pgtable *
756 arm_64_lpae_alloc_pgtable_s2(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
757 {
758         u64 reg, sl;
759         struct arm_lpae_io_pgtable *data;
760
761         /* The NS quirk doesn't apply at stage 2 */
762         if (cfg->quirks)
763                 return NULL;
764
765         data = arm_lpae_alloc_pgtable(cfg);
766         if (!data)
767                 return NULL;
768
769         /*
770          * Concatenate PGDs at level 1 if possible in order to reduce
771          * the depth of the stage-2 walk.
772          */
773         if (data->levels == ARM_LPAE_MAX_LEVELS) {
774                 unsigned long pgd_pages;
775
776                 pgd_pages = data->pgd_size >> ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte));
777                 if (pgd_pages <= ARM_LPAE_S2_MAX_CONCAT_PAGES) {
778                         data->pgd_size = pgd_pages << data->pg_shift;
779                         data->levels--;
780                 }
781         }
782
783         /* VTCR */
784         reg = ARM_64_LPAE_S2_TCR_RES1 |
785              (ARM_LPAE_TCR_SH_IS << ARM_LPAE_TCR_SH0_SHIFT) |
786              (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_IRGN0_SHIFT) |
787              (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_ORGN0_SHIFT);
788
789         sl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
790
791         switch (ARM_LPAE_GRANULE(data)) {
792         case SZ_4K:
793                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_4K;
794                 sl++; /* SL0 format is different for 4K granule size */
795                 break;
796         case SZ_16K:
797                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_16K;
798                 break;
799         case SZ_64K:
800                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_64K;
801                 break;
802         }
803
804         switch (cfg->oas) {
805         case 32:
806                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_32_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
807                 break;
808         case 36:
809                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_36_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
810                 break;
811         case 40:
812                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_40_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
813                 break;
814         case 42:
815                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_42_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
816                 break;
817         case 44:
818                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_44_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
819                 break;
820         case 48:
821                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_48_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
822                 break;
823         default:
824                 goto out_free_data;
825         }
826
827         reg |= (64ULL - cfg->ias) << ARM_LPAE_TCR_T0SZ_SHIFT;
828         reg |= (~sl & ARM_LPAE_TCR_SL0_MASK) << ARM_LPAE_TCR_SL0_SHIFT;
829         cfg->arm_lpae_s2_cfg.vtcr = reg;
830
831         /* Allocate pgd pages */
832         data->pgd = __arm_lpae_alloc_pages(data->pgd_size, GFP_KERNEL, cfg);
833         if (!data->pgd)
834                 goto out_free_data;
835
836         /* Ensure the empty pgd is visible before any actual TTBR write */
837         wmb();
838
839         /* VTTBR */
840         cfg->arm_lpae_s2_cfg.vttbr = virt_to_phys(data->pgd);
841         return &data->iop;
842
843 out_free_data:
844         kfree(data);
845         return NULL;
846 }
847
848 static struct io_pgtable *
849 arm_32_lpae_alloc_pgtable_s1(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
850 {
851         struct io_pgtable *iop;
852
853         if (cfg->ias > 32 || cfg->oas > 40)
854                 return NULL;
855
856         cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G);
857         iop = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s1(cfg, cookie);
858         if (iop) {
859                 cfg->arm_lpae_s1_cfg.tcr |= ARM_32_LPAE_TCR_EAE;
860                 cfg->arm_lpae_s1_cfg.tcr &= 0xffffffff;
861         }
862
863         return iop;
864 }
865
866 static struct io_pgtable *
867 arm_32_lpae_alloc_pgtable_s2(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
868 {
869         struct io_pgtable *iop;
870
871         if (cfg->ias > 40 || cfg->oas > 40)
872                 return NULL;
873
874         cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G);
875         iop = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s2(cfg, cookie);
876         if (iop)
877                 cfg->arm_lpae_s2_cfg.vtcr &= 0xffffffff;
878
879         return iop;
880 }
881
882 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_64_lpae_s1_init_fns = {
883         .alloc  = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s1,
884         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
885 };
886
887 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_64_lpae_s2_init_fns = {
888         .alloc  = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s2,
889         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
890 };
891
892 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_32_lpae_s1_init_fns = {
893         .alloc  = arm_32_lpae_alloc_pgtable_s1,
894         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
895 };
896
897 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_32_lpae_s2_init_fns = {
898         .alloc  = arm_32_lpae_alloc_pgtable_s2,
899         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
900 };
901
902 #ifdef CONFIG_IOMMU_IO_PGTABLE_LPAE_SELFTEST
903
904 static struct io_pgtable_cfg *cfg_cookie;
905
906 static void dummy_tlb_flush_all(void *cookie)
907 {
908         WARN_ON(cookie != cfg_cookie);
909 }
910
911 static void dummy_tlb_add_flush(unsigned long iova, size_t size,
912                                 size_t granule, bool leaf, void *cookie)
913 {
914         WARN_ON(cookie != cfg_cookie);
915         WARN_ON(!(size & cfg_cookie->pgsize_bitmap));
916 }
917
918 static void dummy_tlb_sync(void *cookie)
919 {
920         WARN_ON(cookie != cfg_cookie);
921 }
922
923 static struct iommu_gather_ops dummy_tlb_ops __initdata = {
924         .tlb_flush_all  = dummy_tlb_flush_all,
925         .tlb_add_flush  = dummy_tlb_add_flush,
926         .tlb_sync       = dummy_tlb_sync,
927 };
928
929 static void __init arm_lpae_dump_ops(struct io_pgtable_ops *ops)
930 {
931         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
932         struct io_pgtable_cfg *cfg = &data->iop.cfg;
933
934         pr_err("cfg: pgsize_bitmap 0x%lx, ias %u-bit\n",
935                 cfg->pgsize_bitmap, cfg->ias);
936         pr_err("data: %d levels, 0x%zx pgd_size, %lu pg_shift, %lu bits_per_level, pgd @ %p\n",
937                 data->levels, data->pgd_size, data->pg_shift,
938                 data->bits_per_level, data->pgd);
939 }
940
941 #define __FAIL(ops, i)  ({                                              \
942                 WARN(1, "selftest: test failed for fmt idx %d\n", (i)); \
943                 arm_lpae_dump_ops(ops);                                 \
944                 selftest_running = false;                               \
945                 -EFAULT;                                                \
946 })
947
948 static int __init arm_lpae_run_tests(struct io_pgtable_cfg *cfg)
949 {
950         static const enum io_pgtable_fmt fmts[] = {
951                 ARM_64_LPAE_S1,
952                 ARM_64_LPAE_S2,
953         };
954
955         int i, j;
956         unsigned long iova;
957         size_t size;
958         struct io_pgtable_ops *ops;
959
960         selftest_running = true;
961
962         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(fmts); ++i) {
963                 cfg_cookie = cfg;
964                 ops = alloc_io_pgtable_ops(fmts[i], cfg, cfg);
965                 if (!ops) {
966                         pr_err("selftest: failed to allocate io pgtable ops\n");
967                         return -ENOMEM;
968                 }
969
970                 /*
971                  * Initial sanity checks.
972                  * Empty page tables shouldn't provide any translations.
973                  */
974                 if (ops->iova_to_phys(ops, 42))
975                         return __FAIL(ops, i);
976
977                 if (ops->iova_to_phys(ops, SZ_1G + 42))
978                         return __FAIL(ops, i);
979
980                 if (ops->iova_to_phys(ops, SZ_2G + 42))
981                         return __FAIL(ops, i);
982
983                 /*
984                  * Distinct mappings of different granule sizes.
985                  */
986                 iova = 0;
987                 j = find_first_bit(&cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG);
988                 while (j != BITS_PER_LONG) {
989                         size = 1UL << j;
990
991                         if (ops->map(ops, iova, iova, size, IOMMU_READ |
992                                                             IOMMU_WRITE |
993                                                             IOMMU_NOEXEC |
994                                                             IOMMU_CACHE))
995                                 return __FAIL(ops, i);
996
997                         /* Overlapping mappings */
998                         if (!ops->map(ops, iova, iova + size, size,
999                                       IOMMU_READ | IOMMU_NOEXEC))
1000                                 return __FAIL(ops, i);
1001
1002                         if (ops->iova_to_phys(ops, iova + 42) != (iova + 42))
1003                                 return __FAIL(ops, i);
1004
1005                         iova += SZ_1G;
1006                         j++;
1007                         j = find_next_bit(&cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG, j);
1008                 }
1009
1010                 /* Partial unmap */
1011                 size = 1UL << __ffs(cfg->pgsize_bitmap);
1012                 if (ops->unmap(ops, SZ_1G + size, size) != size)
1013                         return __FAIL(ops, i);
1014
1015                 /* Remap of partial unmap */
1016                 if (ops->map(ops, SZ_1G + size, size, size, IOMMU_READ))
1017                         return __FAIL(ops, i);
1018
1019                 if (ops->iova_to_phys(ops, SZ_1G + size + 42) != (size + 42))
1020                         return __FAIL(ops, i);
1021
1022                 /* Full unmap */
1023                 iova = 0;
1024                 j = find_first_bit(&cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG);
1025                 while (j != BITS_PER_LONG) {
1026                         size = 1UL << j;
1027
1028                         if (ops->unmap(ops, iova, size) != size)
1029                                 return __FAIL(ops, i);
1030
1031                         if (ops->iova_to_phys(ops, iova + 42))
1032                                 return __FAIL(ops, i);
1033
1034                         /* Remap full block */
1035                         if (ops->map(ops, iova, iova, size, IOMMU_WRITE))
1036                                 return __FAIL(ops, i);
1037
1038                         if (ops->iova_to_phys(ops, iova + 42) != (iova + 42))
1039                                 return __FAIL(ops, i);
1040
1041                         iova += SZ_1G;
1042                         j++;
1043                         j = find_next_bit(&cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG, j);
1044                 }
1045
1046                 free_io_pgtable_ops(ops);
1047         }
1048
1049         selftest_running = false;
1050         return 0;
1051 }
1052
1053 static int __init arm_lpae_do_selftests(void)
1054 {
1055         static const unsigned long pgsize[] = {
1056                 SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G,
1057                 SZ_16K | SZ_32M,
1058                 SZ_64K | SZ_512M,
1059         };
1060
1061         static const unsigned int ias[] = {
1062                 32, 36, 40, 42, 44, 48,
1063         };
1064
1065         int i, j, pass = 0, fail = 0;
1066         struct io_pgtable_cfg cfg = {
1067                 .tlb = &dummy_tlb_ops,
1068                 .oas = 48,
1069         };
1070
1071         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(pgsize); ++i) {
1072                 for (j = 0; j < ARRAY_SIZE(ias); ++j) {
1073                         cfg.pgsize_bitmap = pgsize[i];
1074                         cfg.ias = ias[j];
1075                         pr_info("selftest: pgsize_bitmap 0x%08lx, IAS %u\n",
1076                                 pgsize[i], ias[j]);
1077                         if (arm_lpae_run_tests(&cfg))
1078                                 fail++;
1079                         else
1080                                 pass++;
1081                 }
1082         }
1083
1084         pr_info("selftest: completed with %d PASS %d FAIL\n", pass, fail);
1085         return fail ? -EFAULT : 0;
1086 }
1087 subsys_initcall(arm_lpae_do_selftests);
1088 #endif