Merge branch 'parisc-4.9-1' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/deller...
[cascardo/linux.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 {
339                 cptep = iopte_deref(pte, data);
340         }
341
342         /* Rinse, repeat */
343         return __arm_lpae_map(data, iova, paddr, size, prot, lvl + 1, cptep);
344 }
345
346 static arm_lpae_iopte arm_lpae_prot_to_pte(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
347                                            int prot)
348 {
349         arm_lpae_iopte pte;
350
351         if (data->iop.fmt == ARM_64_LPAE_S1 ||
352             data->iop.fmt == ARM_32_LPAE_S1) {
353                 pte = ARM_LPAE_PTE_AP_UNPRIV | ARM_LPAE_PTE_nG;
354
355                 if (!(prot & IOMMU_WRITE) && (prot & IOMMU_READ))
356                         pte |= ARM_LPAE_PTE_AP_RDONLY;
357
358                 if (prot & IOMMU_MMIO)
359                         pte |= (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_DEV
360                                 << ARM_LPAE_PTE_ATTRINDX_SHIFT);
361                 else if (prot & IOMMU_CACHE)
362                         pte |= (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_CACHE
363                                 << ARM_LPAE_PTE_ATTRINDX_SHIFT);
364         } else {
365                 pte = ARM_LPAE_PTE_HAP_FAULT;
366                 if (prot & IOMMU_READ)
367                         pte |= ARM_LPAE_PTE_HAP_READ;
368                 if (prot & IOMMU_WRITE)
369                         pte |= ARM_LPAE_PTE_HAP_WRITE;
370                 if (prot & IOMMU_MMIO)
371                         pte |= ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_DEV;
372                 else if (prot & IOMMU_CACHE)
373                         pte |= ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_OIWB;
374                 else
375                         pte |= ARM_LPAE_PTE_MEMATTR_NC;
376         }
377
378         if (prot & IOMMU_NOEXEC)
379                 pte |= ARM_LPAE_PTE_XN;
380
381         return pte;
382 }
383
384 static int arm_lpae_map(struct io_pgtable_ops *ops, unsigned long iova,
385                         phys_addr_t paddr, size_t size, int iommu_prot)
386 {
387         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
388         arm_lpae_iopte *ptep = data->pgd;
389         int ret, lvl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
390         arm_lpae_iopte prot;
391
392         /* If no access, then nothing to do */
393         if (!(iommu_prot & (IOMMU_READ | IOMMU_WRITE)))
394                 return 0;
395
396         prot = arm_lpae_prot_to_pte(data, iommu_prot);
397         ret = __arm_lpae_map(data, iova, paddr, size, prot, lvl, ptep);
398         /*
399          * Synchronise all PTE updates for the new mapping before there's
400          * a chance for anything to kick off a table walk for the new iova.
401          */
402         wmb();
403
404         return ret;
405 }
406
407 static void __arm_lpae_free_pgtable(struct arm_lpae_io_pgtable *data, int lvl,
408                                     arm_lpae_iopte *ptep)
409 {
410         arm_lpae_iopte *start, *end;
411         unsigned long table_size;
412
413         if (lvl == ARM_LPAE_START_LVL(data))
414                 table_size = data->pgd_size;
415         else
416                 table_size = ARM_LPAE_GRANULE(data);
417
418         start = ptep;
419
420         /* Only leaf entries at the last level */
421         if (lvl == ARM_LPAE_MAX_LEVELS - 1)
422                 end = ptep;
423         else
424                 end = (void *)ptep + table_size;
425
426         while (ptep != end) {
427                 arm_lpae_iopte pte = *ptep++;
428
429                 if (!pte || iopte_leaf(pte, lvl))
430                         continue;
431
432                 __arm_lpae_free_pgtable(data, lvl + 1, iopte_deref(pte, data));
433         }
434
435         __arm_lpae_free_pages(start, table_size, &data->iop.cfg);
436 }
437
438 static void arm_lpae_free_pgtable(struct io_pgtable *iop)
439 {
440         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_to_data(iop);
441
442         __arm_lpae_free_pgtable(data, ARM_LPAE_START_LVL(data), data->pgd);
443         kfree(data);
444 }
445
446 static int arm_lpae_split_blk_unmap(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
447                                     unsigned long iova, size_t size,
448                                     arm_lpae_iopte prot, int lvl,
449                                     arm_lpae_iopte *ptep, size_t blk_size)
450 {
451         unsigned long blk_start, blk_end;
452         phys_addr_t blk_paddr;
453         arm_lpae_iopte table = 0;
454
455         blk_start = iova & ~(blk_size - 1);
456         blk_end = blk_start + blk_size;
457         blk_paddr = iopte_to_pfn(*ptep, data) << data->pg_shift;
458
459         for (; blk_start < blk_end; blk_start += size, blk_paddr += size) {
460                 arm_lpae_iopte *tablep;
461
462                 /* Unmap! */
463                 if (blk_start == iova)
464                         continue;
465
466                 /* __arm_lpae_map expects a pointer to the start of the table */
467                 tablep = &table - ARM_LPAE_LVL_IDX(blk_start, lvl, data);
468                 if (__arm_lpae_map(data, blk_start, blk_paddr, size, prot, lvl,
469                                    tablep) < 0) {
470                         if (table) {
471                                 /* Free the table we allocated */
472                                 tablep = iopte_deref(table, data);
473                                 __arm_lpae_free_pgtable(data, lvl + 1, tablep);
474                         }
475                         return 0; /* Bytes unmapped */
476                 }
477         }
478
479         __arm_lpae_set_pte(ptep, table, &data->iop.cfg);
480         iova &= ~(blk_size - 1);
481         io_pgtable_tlb_add_flush(&data->iop, iova, blk_size, blk_size, true);
482         return size;
483 }
484
485 static int __arm_lpae_unmap(struct arm_lpae_io_pgtable *data,
486                             unsigned long iova, size_t size, int lvl,
487                             arm_lpae_iopte *ptep)
488 {
489         arm_lpae_iopte pte;
490         struct io_pgtable *iop = &data->iop;
491         size_t blk_size = ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(lvl, data);
492
493         /* Something went horribly wrong and we ran out of page table */
494         if (WARN_ON(lvl == ARM_LPAE_MAX_LEVELS))
495                 return 0;
496
497         ptep += ARM_LPAE_LVL_IDX(iova, lvl, data);
498         pte = *ptep;
499         if (WARN_ON(!pte))
500                 return 0;
501
502         /* If the size matches this level, we're in the right place */
503         if (size == blk_size) {
504                 __arm_lpae_set_pte(ptep, 0, &iop->cfg);
505
506                 if (!iopte_leaf(pte, lvl)) {
507                         /* Also flush any partial walks */
508                         io_pgtable_tlb_add_flush(iop, iova, size,
509                                                 ARM_LPAE_GRANULE(data), false);
510                         io_pgtable_tlb_sync(iop);
511                         ptep = iopte_deref(pte, data);
512                         __arm_lpae_free_pgtable(data, lvl + 1, ptep);
513                 } else {
514                         io_pgtable_tlb_add_flush(iop, iova, size, size, true);
515                 }
516
517                 return size;
518         } else if (iopte_leaf(pte, lvl)) {
519                 /*
520                  * Insert a table at the next level to map the old region,
521                  * minus the part we want to unmap
522                  */
523                 return arm_lpae_split_blk_unmap(data, iova, size,
524                                                 iopte_prot(pte), lvl, ptep,
525                                                 blk_size);
526         }
527
528         /* Keep on walkin' */
529         ptep = iopte_deref(pte, data);
530         return __arm_lpae_unmap(data, iova, size, lvl + 1, ptep);
531 }
532
533 static int arm_lpae_unmap(struct io_pgtable_ops *ops, unsigned long iova,
534                           size_t size)
535 {
536         size_t unmapped;
537         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
538         arm_lpae_iopte *ptep = data->pgd;
539         int lvl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
540
541         unmapped = __arm_lpae_unmap(data, iova, size, lvl, ptep);
542         if (unmapped)
543                 io_pgtable_tlb_sync(&data->iop);
544
545         return unmapped;
546 }
547
548 static phys_addr_t arm_lpae_iova_to_phys(struct io_pgtable_ops *ops,
549                                          unsigned long iova)
550 {
551         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
552         arm_lpae_iopte pte, *ptep = data->pgd;
553         int lvl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
554
555         do {
556                 /* Valid IOPTE pointer? */
557                 if (!ptep)
558                         return 0;
559
560                 /* Grab the IOPTE we're interested in */
561                 pte = *(ptep + ARM_LPAE_LVL_IDX(iova, lvl, data));
562
563                 /* Valid entry? */
564                 if (!pte)
565                         return 0;
566
567                 /* Leaf entry? */
568                 if (iopte_leaf(pte,lvl))
569                         goto found_translation;
570
571                 /* Take it to the next level */
572                 ptep = iopte_deref(pte, data);
573         } while (++lvl < ARM_LPAE_MAX_LEVELS);
574
575         /* Ran out of page tables to walk */
576         return 0;
577
578 found_translation:
579         iova &= (ARM_LPAE_BLOCK_SIZE(lvl, data) - 1);
580         return ((phys_addr_t)iopte_to_pfn(pte,data) << data->pg_shift) | iova;
581 }
582
583 static void arm_lpae_restrict_pgsizes(struct io_pgtable_cfg *cfg)
584 {
585         unsigned long granule;
586
587         /*
588          * We need to restrict the supported page sizes to match the
589          * translation regime for a particular granule. Aim to match
590          * the CPU page size if possible, otherwise prefer smaller sizes.
591          * While we're at it, restrict the block sizes to match the
592          * chosen granule.
593          */
594         if (cfg->pgsize_bitmap & PAGE_SIZE)
595                 granule = PAGE_SIZE;
596         else if (cfg->pgsize_bitmap & ~PAGE_MASK)
597                 granule = 1UL << __fls(cfg->pgsize_bitmap & ~PAGE_MASK);
598         else if (cfg->pgsize_bitmap & PAGE_MASK)
599                 granule = 1UL << __ffs(cfg->pgsize_bitmap & PAGE_MASK);
600         else
601                 granule = 0;
602
603         switch (granule) {
604         case SZ_4K:
605                 cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G);
606                 break;
607         case SZ_16K:
608                 cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_16K | SZ_32M);
609                 break;
610         case SZ_64K:
611                 cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_64K | SZ_512M);
612                 break;
613         default:
614                 cfg->pgsize_bitmap = 0;
615         }
616 }
617
618 static struct arm_lpae_io_pgtable *
619 arm_lpae_alloc_pgtable(struct io_pgtable_cfg *cfg)
620 {
621         unsigned long va_bits, pgd_bits;
622         struct arm_lpae_io_pgtable *data;
623
624         arm_lpae_restrict_pgsizes(cfg);
625
626         if (!(cfg->pgsize_bitmap & (SZ_4K | SZ_16K | SZ_64K)))
627                 return NULL;
628
629         if (cfg->ias > ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS)
630                 return NULL;
631
632         if (cfg->oas > ARM_LPAE_MAX_ADDR_BITS)
633                 return NULL;
634
635         if (!selftest_running && cfg->iommu_dev->dma_pfn_offset) {
636                 dev_err(cfg->iommu_dev, "Cannot accommodate DMA offset for IOMMU page tables\n");
637                 return NULL;
638         }
639
640         data = kmalloc(sizeof(*data), GFP_KERNEL);
641         if (!data)
642                 return NULL;
643
644         data->pg_shift = __ffs(cfg->pgsize_bitmap);
645         data->bits_per_level = data->pg_shift - ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte));
646
647         va_bits = cfg->ias - data->pg_shift;
648         data->levels = DIV_ROUND_UP(va_bits, data->bits_per_level);
649
650         /* Calculate the actual size of our pgd (without concatenation) */
651         pgd_bits = va_bits - (data->bits_per_level * (data->levels - 1));
652         data->pgd_size = 1UL << (pgd_bits + ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte)));
653
654         data->iop.ops = (struct io_pgtable_ops) {
655                 .map            = arm_lpae_map,
656                 .unmap          = arm_lpae_unmap,
657                 .iova_to_phys   = arm_lpae_iova_to_phys,
658         };
659
660         return data;
661 }
662
663 static struct io_pgtable *
664 arm_64_lpae_alloc_pgtable_s1(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
665 {
666         u64 reg;
667         struct arm_lpae_io_pgtable *data;
668
669         if (cfg->quirks & ~IO_PGTABLE_QUIRK_ARM_NS)
670                 return NULL;
671
672         data = arm_lpae_alloc_pgtable(cfg);
673         if (!data)
674                 return NULL;
675
676         /* TCR */
677         reg = (ARM_LPAE_TCR_SH_IS << ARM_LPAE_TCR_SH0_SHIFT) |
678               (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_IRGN0_SHIFT) |
679               (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_ORGN0_SHIFT);
680
681         switch (ARM_LPAE_GRANULE(data)) {
682         case SZ_4K:
683                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_4K;
684                 break;
685         case SZ_16K:
686                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_16K;
687                 break;
688         case SZ_64K:
689                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_64K;
690                 break;
691         }
692
693         switch (cfg->oas) {
694         case 32:
695                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_32_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
696                 break;
697         case 36:
698                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_36_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
699                 break;
700         case 40:
701                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_40_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
702                 break;
703         case 42:
704                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_42_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
705                 break;
706         case 44:
707                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_44_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
708                 break;
709         case 48:
710                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_48_BIT << ARM_LPAE_TCR_IPS_SHIFT);
711                 break;
712         default:
713                 goto out_free_data;
714         }
715
716         reg |= (64ULL - cfg->ias) << ARM_LPAE_TCR_T0SZ_SHIFT;
717
718         /* Disable speculative walks through TTBR1 */
719         reg |= ARM_LPAE_TCR_EPD1;
720         cfg->arm_lpae_s1_cfg.tcr = reg;
721
722         /* MAIRs */
723         reg = (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_NC
724                << ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_NC)) |
725               (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_WBRWA
726                << ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_CACHE)) |
727               (ARM_LPAE_MAIR_ATTR_DEVICE
728                << ARM_LPAE_MAIR_ATTR_SHIFT(ARM_LPAE_MAIR_ATTR_IDX_DEV));
729
730         cfg->arm_lpae_s1_cfg.mair[0] = reg;
731         cfg->arm_lpae_s1_cfg.mair[1] = 0;
732
733         /* Looking good; allocate a pgd */
734         data->pgd = __arm_lpae_alloc_pages(data->pgd_size, GFP_KERNEL, cfg);
735         if (!data->pgd)
736                 goto out_free_data;
737
738         /* Ensure the empty pgd is visible before any actual TTBR write */
739         wmb();
740
741         /* TTBRs */
742         cfg->arm_lpae_s1_cfg.ttbr[0] = virt_to_phys(data->pgd);
743         cfg->arm_lpae_s1_cfg.ttbr[1] = 0;
744         return &data->iop;
745
746 out_free_data:
747         kfree(data);
748         return NULL;
749 }
750
751 static struct io_pgtable *
752 arm_64_lpae_alloc_pgtable_s2(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
753 {
754         u64 reg, sl;
755         struct arm_lpae_io_pgtable *data;
756
757         /* The NS quirk doesn't apply at stage 2 */
758         if (cfg->quirks)
759                 return NULL;
760
761         data = arm_lpae_alloc_pgtable(cfg);
762         if (!data)
763                 return NULL;
764
765         /*
766          * Concatenate PGDs at level 1 if possible in order to reduce
767          * the depth of the stage-2 walk.
768          */
769         if (data->levels == ARM_LPAE_MAX_LEVELS) {
770                 unsigned long pgd_pages;
771
772                 pgd_pages = data->pgd_size >> ilog2(sizeof(arm_lpae_iopte));
773                 if (pgd_pages <= ARM_LPAE_S2_MAX_CONCAT_PAGES) {
774                         data->pgd_size = pgd_pages << data->pg_shift;
775                         data->levels--;
776                 }
777         }
778
779         /* VTCR */
780         reg = ARM_64_LPAE_S2_TCR_RES1 |
781              (ARM_LPAE_TCR_SH_IS << ARM_LPAE_TCR_SH0_SHIFT) |
782              (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_IRGN0_SHIFT) |
783              (ARM_LPAE_TCR_RGN_WBWA << ARM_LPAE_TCR_ORGN0_SHIFT);
784
785         sl = ARM_LPAE_START_LVL(data);
786
787         switch (ARM_LPAE_GRANULE(data)) {
788         case SZ_4K:
789                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_4K;
790                 sl++; /* SL0 format is different for 4K granule size */
791                 break;
792         case SZ_16K:
793                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_16K;
794                 break;
795         case SZ_64K:
796                 reg |= ARM_LPAE_TCR_TG0_64K;
797                 break;
798         }
799
800         switch (cfg->oas) {
801         case 32:
802                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_32_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
803                 break;
804         case 36:
805                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_36_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
806                 break;
807         case 40:
808                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_40_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
809                 break;
810         case 42:
811                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_42_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
812                 break;
813         case 44:
814                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_44_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
815                 break;
816         case 48:
817                 reg |= (ARM_LPAE_TCR_PS_48_BIT << ARM_LPAE_TCR_PS_SHIFT);
818                 break;
819         default:
820                 goto out_free_data;
821         }
822
823         reg |= (64ULL - cfg->ias) << ARM_LPAE_TCR_T0SZ_SHIFT;
824         reg |= (~sl & ARM_LPAE_TCR_SL0_MASK) << ARM_LPAE_TCR_SL0_SHIFT;
825         cfg->arm_lpae_s2_cfg.vtcr = reg;
826
827         /* Allocate pgd pages */
828         data->pgd = __arm_lpae_alloc_pages(data->pgd_size, GFP_KERNEL, cfg);
829         if (!data->pgd)
830                 goto out_free_data;
831
832         /* Ensure the empty pgd is visible before any actual TTBR write */
833         wmb();
834
835         /* VTTBR */
836         cfg->arm_lpae_s2_cfg.vttbr = virt_to_phys(data->pgd);
837         return &data->iop;
838
839 out_free_data:
840         kfree(data);
841         return NULL;
842 }
843
844 static struct io_pgtable *
845 arm_32_lpae_alloc_pgtable_s1(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
846 {
847         struct io_pgtable *iop;
848
849         if (cfg->ias > 32 || cfg->oas > 40)
850                 return NULL;
851
852         cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G);
853         iop = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s1(cfg, cookie);
854         if (iop) {
855                 cfg->arm_lpae_s1_cfg.tcr |= ARM_32_LPAE_TCR_EAE;
856                 cfg->arm_lpae_s1_cfg.tcr &= 0xffffffff;
857         }
858
859         return iop;
860 }
861
862 static struct io_pgtable *
863 arm_32_lpae_alloc_pgtable_s2(struct io_pgtable_cfg *cfg, void *cookie)
864 {
865         struct io_pgtable *iop;
866
867         if (cfg->ias > 40 || cfg->oas > 40)
868                 return NULL;
869
870         cfg->pgsize_bitmap &= (SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G);
871         iop = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s2(cfg, cookie);
872         if (iop)
873                 cfg->arm_lpae_s2_cfg.vtcr &= 0xffffffff;
874
875         return iop;
876 }
877
878 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_64_lpae_s1_init_fns = {
879         .alloc  = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s1,
880         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
881 };
882
883 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_64_lpae_s2_init_fns = {
884         .alloc  = arm_64_lpae_alloc_pgtable_s2,
885         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
886 };
887
888 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_32_lpae_s1_init_fns = {
889         .alloc  = arm_32_lpae_alloc_pgtable_s1,
890         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
891 };
892
893 struct io_pgtable_init_fns io_pgtable_arm_32_lpae_s2_init_fns = {
894         .alloc  = arm_32_lpae_alloc_pgtable_s2,
895         .free   = arm_lpae_free_pgtable,
896 };
897
898 #ifdef CONFIG_IOMMU_IO_PGTABLE_LPAE_SELFTEST
899
900 static struct io_pgtable_cfg *cfg_cookie;
901
902 static void dummy_tlb_flush_all(void *cookie)
903 {
904         WARN_ON(cookie != cfg_cookie);
905 }
906
907 static void dummy_tlb_add_flush(unsigned long iova, size_t size,
908                                 size_t granule, bool leaf, void *cookie)
909 {
910         WARN_ON(cookie != cfg_cookie);
911         WARN_ON(!(size & cfg_cookie->pgsize_bitmap));
912 }
913
914 static void dummy_tlb_sync(void *cookie)
915 {
916         WARN_ON(cookie != cfg_cookie);
917 }
918
919 static struct iommu_gather_ops dummy_tlb_ops __initdata = {
920         .tlb_flush_all  = dummy_tlb_flush_all,
921         .tlb_add_flush  = dummy_tlb_add_flush,
922         .tlb_sync       = dummy_tlb_sync,
923 };
924
925 static void __init arm_lpae_dump_ops(struct io_pgtable_ops *ops)
926 {
927         struct arm_lpae_io_pgtable *data = io_pgtable_ops_to_data(ops);
928         struct io_pgtable_cfg *cfg = &data->iop.cfg;
929
930         pr_err("cfg: pgsize_bitmap 0x%lx, ias %u-bit\n",
931                 cfg->pgsize_bitmap, cfg->ias);
932         pr_err("data: %d levels, 0x%zx pgd_size, %lu pg_shift, %lu bits_per_level, pgd @ %p\n",
933                 data->levels, data->pgd_size, data->pg_shift,
934                 data->bits_per_level, data->pgd);
935 }
936
937 #define __FAIL(ops, i)  ({                                              \
938                 WARN(1, "selftest: test failed for fmt idx %d\n", (i)); \
939                 arm_lpae_dump_ops(ops);                                 \
940                 selftest_running = false;                               \
941                 -EFAULT;                                                \
942 })
943
944 static int __init arm_lpae_run_tests(struct io_pgtable_cfg *cfg)
945 {
946         static const enum io_pgtable_fmt fmts[] = {
947                 ARM_64_LPAE_S1,
948                 ARM_64_LPAE_S2,
949         };
950
951         int i, j;
952         unsigned long iova;
953         size_t size;
954         struct io_pgtable_ops *ops;
955
956         selftest_running = true;
957
958         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(fmts); ++i) {
959                 cfg_cookie = cfg;
960                 ops = alloc_io_pgtable_ops(fmts[i], cfg, cfg);
961                 if (!ops) {
962                         pr_err("selftest: failed to allocate io pgtable ops\n");
963                         return -ENOMEM;
964                 }
965
966                 /*
967                  * Initial sanity checks.
968                  * Empty page tables shouldn't provide any translations.
969                  */
970                 if (ops->iova_to_phys(ops, 42))
971                         return __FAIL(ops, i);
972
973                 if (ops->iova_to_phys(ops, SZ_1G + 42))
974                         return __FAIL(ops, i);
975
976                 if (ops->iova_to_phys(ops, SZ_2G + 42))
977                         return __FAIL(ops, i);
978
979                 /*
980                  * Distinct mappings of different granule sizes.
981                  */
982                 iova = 0;
983                 j = find_first_bit(&cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG);
984                 while (j != BITS_PER_LONG) {
985                         size = 1UL << j;
986
987                         if (ops->map(ops, iova, iova, size, IOMMU_READ |
988                                                             IOMMU_WRITE |
989                                                             IOMMU_NOEXEC |
990                                                             IOMMU_CACHE))
991                                 return __FAIL(ops, i);
992
993                         /* Overlapping mappings */
994                         if (!ops->map(ops, iova, iova + size, size,
995                                       IOMMU_READ | IOMMU_NOEXEC))
996                                 return __FAIL(ops, i);
997
998                         if (ops->iova_to_phys(ops, iova + 42) != (iova + 42))
999                                 return __FAIL(ops, i);
1000
1001                         iova += SZ_1G;
1002                         j++;
1003                         j = find_next_bit(&cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG, j);
1004                 }
1005
1006                 /* Partial unmap */
1007                 size = 1UL << __ffs(cfg->pgsize_bitmap);
1008                 if (ops->unmap(ops, SZ_1G + size, size) != size)
1009                         return __FAIL(ops, i);
1010
1011                 /* Remap of partial unmap */
1012                 if (ops->map(ops, SZ_1G + size, size, size, IOMMU_READ))
1013                         return __FAIL(ops, i);
1014
1015                 if (ops->iova_to_phys(ops, SZ_1G + size + 42) != (size + 42))
1016                         return __FAIL(ops, i);
1017
1018                 /* Full unmap */
1019                 iova = 0;
1020                 j = find_first_bit(&cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG);
1021                 while (j != BITS_PER_LONG) {
1022                         size = 1UL << j;
1023
1024                         if (ops->unmap(ops, iova, size) != size)
1025                                 return __FAIL(ops, i);
1026
1027                         if (ops->iova_to_phys(ops, iova + 42))
1028                                 return __FAIL(ops, i);
1029
1030                         /* Remap full block */
1031                         if (ops->map(ops, iova, iova, size, IOMMU_WRITE))
1032                                 return __FAIL(ops, i);
1033
1034                         if (ops->iova_to_phys(ops, iova + 42) != (iova + 42))
1035                                 return __FAIL(ops, i);
1036
1037                         iova += SZ_1G;
1038                         j++;
1039                         j = find_next_bit(&cfg->pgsize_bitmap, BITS_PER_LONG, j);
1040                 }
1041
1042                 free_io_pgtable_ops(ops);
1043         }
1044
1045         selftest_running = false;
1046         return 0;
1047 }
1048
1049 static int __init arm_lpae_do_selftests(void)
1050 {
1051         static const unsigned long pgsize[] = {
1052                 SZ_4K | SZ_2M | SZ_1G,
1053                 SZ_16K | SZ_32M,
1054                 SZ_64K | SZ_512M,
1055         };
1056
1057         static const unsigned int ias[] = {
1058                 32, 36, 40, 42, 44, 48,
1059         };
1060
1061         int i, j, pass = 0, fail = 0;
1062         struct io_pgtable_cfg cfg = {
1063                 .tlb = &dummy_tlb_ops,
1064                 .oas = 48,
1065         };
1066
1067         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(pgsize); ++i) {
1068                 for (j = 0; j < ARRAY_SIZE(ias); ++j) {
1069                         cfg.pgsize_bitmap = pgsize[i];
1070                         cfg.ias = ias[j];
1071                         pr_info("selftest: pgsize_bitmap 0x%08lx, IAS %u\n",
1072                                 pgsize[i], ias[j]);
1073                         if (arm_lpae_run_tests(&cfg))
1074                                 fail++;
1075                         else
1076                                 pass++;
1077                 }
1078         }
1079
1080         pr_info("selftest: completed with %d PASS %d FAIL\n", pass, fail);
1081         return fail ? -EFAULT : 0;
1082 }
1083 subsys_initcall(arm_lpae_do_selftests);
1084 #endif