Branch data Line data Source code
1 : : // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 : : /*
3 : : * Copyright (C) 2018 Christoph Hellwig.
4 : : *
5 : : * DMA operations that map physical memory directly without using an IOMMU.
6 : : */
7 : : #include <linux/memblock.h> /* for max_pfn */
8 : : #include <linux/export.h>
9 : : #include <linux/mm.h>
10 : : #include <linux/dma-direct.h>
11 : : #include <linux/scatterlist.h>
12 : : #include <linux/dma-contiguous.h>
13 : : #include <linux/dma-noncoherent.h>
14 : : #include <linux/pfn.h>
15 : : #include <linux/set_memory.h>
16 : : #include <linux/swiotlb.h>
17 : :
18 : : /*
19 : : * Most architectures use ZONE_DMA for the first 16 Megabytes, but some use it
20 : : * it for entirely different regions. In that case the arch code needs to
21 : : * override the variable below for dma-direct to work properly.
22 : : */
23 : : unsigned int zone_dma_bits __ro_after_init = 24;
24 : :
25 : 0 : static void report_addr(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr, size_t size)
26 : : {
27 : 0 : if (!dev->dma_mask) {
28 : 0 : dev_err_once(dev, "DMA map on device without dma_mask\n");
29 : 0 : } else if (*dev->dma_mask >= DMA_BIT_MASK(32) || dev->bus_dma_limit) {
30 : 0 : dev_err_once(dev,
31 : : "overflow %pad+%zu of DMA mask %llx bus limit %llx\n",
32 : : &dma_addr, size, *dev->dma_mask, dev->bus_dma_limit);
33 : : }
34 : 0 : WARN_ON_ONCE(1);
35 : 0 : }
36 : :
37 : : static inline dma_addr_t phys_to_dma_direct(struct device *dev,
38 : : phys_addr_t phys)
39 : : {
40 : : if (force_dma_unencrypted(dev))
41 : : return __phys_to_dma(dev, phys);
42 : : return phys_to_dma(dev, phys);
43 : : }
44 : :
45 : 0 : u64 dma_direct_get_required_mask(struct device *dev)
46 : : {
47 : 0 : phys_addr_t phys = (phys_addr_t)(max_pfn - 1) << PAGE_SHIFT;
48 : : u64 max_dma = phys_to_dma_direct(dev, phys);
49 : :
50 : 0 : return (1ULL << (fls64(max_dma) - 1)) * 2 - 1;
51 : : }
52 : :
53 : 0 : static gfp_t __dma_direct_optimal_gfp_mask(struct device *dev, u64 dma_mask,
54 : : u64 *phys_limit)
55 : : {
56 : 0 : u64 dma_limit = min_not_zero(dma_mask, dev->bus_dma_limit);
57 : :
58 : : if (force_dma_unencrypted(dev))
59 : : *phys_limit = __dma_to_phys(dev, dma_limit);
60 : : else
61 : 0 : *phys_limit = dma_to_phys(dev, dma_limit);
62 : :
63 : : /*
64 : : * Optimistically try the zone that the physical address mask falls
65 : : * into first. If that returns memory that isn't actually addressable
66 : : * we will fallback to the next lower zone and try again.
67 : : *
68 : : * Note that GFP_DMA32 and GFP_DMA are no ops without the corresponding
69 : : * zones.
70 : : */
71 : 0 : if (*phys_limit <= DMA_BIT_MASK(zone_dma_bits))
72 : : return GFP_DMA;
73 : 0 : if (*phys_limit <= DMA_BIT_MASK(32))
74 : : return GFP_DMA32;
75 : 0 : return 0;
76 : : }
77 : :
78 : 0 : static bool dma_coherent_ok(struct device *dev, phys_addr_t phys, size_t size)
79 : : {
80 : 0 : return phys_to_dma_direct(dev, phys) + size - 1 <=
81 : 0 : min_not_zero(dev->coherent_dma_mask, dev->bus_dma_limit);
82 : : }
83 : :
84 : 0 : struct page *__dma_direct_alloc_pages(struct device *dev, size_t size,
85 : : dma_addr_t *dma_handle, gfp_t gfp, unsigned long attrs)
86 : : {
87 : 0 : size_t alloc_size = PAGE_ALIGN(size);
88 : : int node = dev_to_node(dev);
89 : : struct page *page = NULL;
90 : : u64 phys_limit;
91 : :
92 : 0 : if (attrs & DMA_ATTR_NO_WARN)
93 : 0 : gfp |= __GFP_NOWARN;
94 : :
95 : : /* we always manually zero the memory once we are done: */
96 : 0 : gfp &= ~__GFP_ZERO;
97 : 0 : gfp |= __dma_direct_optimal_gfp_mask(dev, dev->coherent_dma_mask,
98 : : &phys_limit);
99 : 0 : page = dma_alloc_contiguous(dev, alloc_size, gfp);
100 : 0 : if (page && !dma_coherent_ok(dev, page_to_phys(page), size)) {
101 : 0 : dma_free_contiguous(dev, page, alloc_size);
102 : : page = NULL;
103 : : }
104 : : again:
105 : 0 : if (!page)
106 : 0 : page = alloc_pages_node(node, gfp, get_order(alloc_size));
107 : 0 : if (page && !dma_coherent_ok(dev, page_to_phys(page), size)) {
108 : 0 : dma_free_contiguous(dev, page, size);
109 : : page = NULL;
110 : :
111 : : if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32) &&
112 : : phys_limit < DMA_BIT_MASK(64) &&
113 : : !(gfp & (GFP_DMA32 | GFP_DMA))) {
114 : : gfp |= GFP_DMA32;
115 : : goto again;
116 : : }
117 : :
118 : : if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA) && !(gfp & GFP_DMA)) {
119 : : gfp = (gfp & ~GFP_DMA32) | GFP_DMA;
120 : : goto again;
121 : : }
122 : : }
123 : :
124 : 0 : return page;
125 : : }
126 : :
127 : 0 : void *dma_direct_alloc_pages(struct device *dev, size_t size,
128 : : dma_addr_t *dma_handle, gfp_t gfp, unsigned long attrs)
129 : : {
130 : : struct page *page;
131 : : void *ret;
132 : :
133 : 0 : page = __dma_direct_alloc_pages(dev, size, dma_handle, gfp, attrs);
134 : 0 : if (!page)
135 : : return NULL;
136 : :
137 : 0 : if ((attrs & DMA_ATTR_NO_KERNEL_MAPPING) &&
138 : : !force_dma_unencrypted(dev)) {
139 : : /* remove any dirty cache lines on the kernel alias */
140 : : if (!PageHighMem(page))
141 : : arch_dma_prep_coherent(page, size);
142 : 0 : *dma_handle = phys_to_dma(dev, page_to_phys(page));
143 : : /* return the page pointer as the opaque cookie */
144 : 0 : return page;
145 : : }
146 : :
147 : : if (PageHighMem(page)) {
148 : : /*
149 : : * Depending on the cma= arguments and per-arch setup
150 : : * dma_alloc_contiguous could return highmem pages.
151 : : * Without remapping there is no way to return them here,
152 : : * so log an error and fail.
153 : : */
154 : : dev_info(dev, "Rejecting highmem page from CMA.\n");
155 : : __dma_direct_free_pages(dev, size, page);
156 : : return NULL;
157 : : }
158 : :
159 : : ret = page_address(page);
160 : : if (force_dma_unencrypted(dev)) {
161 : : set_memory_decrypted((unsigned long)ret, 1 << get_order(size));
162 : : *dma_handle = __phys_to_dma(dev, page_to_phys(page));
163 : : } else {
164 : 0 : *dma_handle = phys_to_dma(dev, page_to_phys(page));
165 : : }
166 : 0 : memset(ret, 0, size);
167 : :
168 : : if (IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_HAS_UNCACHED_SEGMENT) &&
169 : : dma_alloc_need_uncached(dev, attrs)) {
170 : : arch_dma_prep_coherent(page, size);
171 : : ret = uncached_kernel_address(ret);
172 : : }
173 : :
174 : 0 : return ret;
175 : : }
176 : :
177 : 0 : void __dma_direct_free_pages(struct device *dev, size_t size, struct page *page)
178 : : {
179 : 0 : dma_free_contiguous(dev, page, size);
180 : 0 : }
181 : :
182 : 0 : void dma_direct_free_pages(struct device *dev, size_t size, void *cpu_addr,
183 : : dma_addr_t dma_addr, unsigned long attrs)
184 : : {
185 : : unsigned int page_order = get_order(size);
186 : :
187 : 0 : if ((attrs & DMA_ATTR_NO_KERNEL_MAPPING) &&
188 : : !force_dma_unencrypted(dev)) {
189 : : /* cpu_addr is a struct page cookie, not a kernel address */
190 : : __dma_direct_free_pages(dev, size, cpu_addr);
191 : 0 : return;
192 : : }
193 : :
194 : : if (force_dma_unencrypted(dev))
195 : : set_memory_encrypted((unsigned long)cpu_addr, 1 << page_order);
196 : :
197 : : if (IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_HAS_UNCACHED_SEGMENT) &&
198 : : dma_alloc_need_uncached(dev, attrs))
199 : : cpu_addr = cached_kernel_address(cpu_addr);
200 : 0 : __dma_direct_free_pages(dev, size, virt_to_page(cpu_addr));
201 : : }
202 : :
203 : 0 : void *dma_direct_alloc(struct device *dev, size_t size,
204 : : dma_addr_t *dma_handle, gfp_t gfp, unsigned long attrs)
205 : : {
206 : 0 : if (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_HAS_UNCACHED_SEGMENT) &&
207 : : dma_alloc_need_uncached(dev, attrs))
208 : 0 : return arch_dma_alloc(dev, size, dma_handle, gfp, attrs);
209 : 0 : return dma_direct_alloc_pages(dev, size, dma_handle, gfp, attrs);
210 : : }
211 : :
212 : 0 : void dma_direct_free(struct device *dev, size_t size,
213 : : void *cpu_addr, dma_addr_t dma_addr, unsigned long attrs)
214 : : {
215 : 0 : if (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_HAS_UNCACHED_SEGMENT) &&
216 : : dma_alloc_need_uncached(dev, attrs))
217 : 0 : arch_dma_free(dev, size, cpu_addr, dma_addr, attrs);
218 : : else
219 : 0 : dma_direct_free_pages(dev, size, cpu_addr, dma_addr, attrs);
220 : 0 : }
221 : :
222 : : #if defined(CONFIG_ARCH_HAS_SYNC_DMA_FOR_DEVICE) || \
223 : : defined(CONFIG_SWIOTLB)
224 : : void dma_direct_sync_single_for_device(struct device *dev,
225 : : dma_addr_t addr, size_t size, enum dma_data_direction dir)
226 : : {
227 : : phys_addr_t paddr = dma_to_phys(dev, addr);
228 : :
229 : : if (unlikely(is_swiotlb_buffer(paddr)))
230 : : swiotlb_tbl_sync_single(dev, paddr, size, dir, SYNC_FOR_DEVICE);
231 : :
232 : : if (!dev_is_dma_coherent(dev))
233 : : arch_sync_dma_for_device(dev, paddr, size, dir);
234 : : }
235 : : EXPORT_SYMBOL(dma_direct_sync_single_for_device);
236 : :
237 : : void dma_direct_sync_sg_for_device(struct device *dev,
238 : : struct scatterlist *sgl, int nents, enum dma_data_direction dir)
239 : : {
240 : : struct scatterlist *sg;
241 : : int i;
242 : :
243 : : for_each_sg(sgl, sg, nents, i) {
244 : : phys_addr_t paddr = dma_to_phys(dev, sg_dma_address(sg));
245 : :
246 : : if (unlikely(is_swiotlb_buffer(paddr)))
247 : : swiotlb_tbl_sync_single(dev, paddr, sg->length,
248 : : dir, SYNC_FOR_DEVICE);
249 : :
250 : : if (!dev_is_dma_coherent(dev))
251 : : arch_sync_dma_for_device(dev, paddr, sg->length,
252 : : dir);
253 : : }
254 : : }
255 : : EXPORT_SYMBOL(dma_direct_sync_sg_for_device);
256 : : #endif
257 : :
258 : : #if defined(CONFIG_ARCH_HAS_SYNC_DMA_FOR_CPU) || \
259 : : defined(CONFIG_ARCH_HAS_SYNC_DMA_FOR_CPU_ALL) || \
260 : : defined(CONFIG_SWIOTLB)
261 : : void dma_direct_sync_single_for_cpu(struct device *dev,
262 : : dma_addr_t addr, size_t size, enum dma_data_direction dir)
263 : : {
264 : : phys_addr_t paddr = dma_to_phys(dev, addr);
265 : :
266 : : if (!dev_is_dma_coherent(dev)) {
267 : : arch_sync_dma_for_cpu(dev, paddr, size, dir);
268 : : arch_sync_dma_for_cpu_all(dev);
269 : : }
270 : :
271 : : if (unlikely(is_swiotlb_buffer(paddr)))
272 : : swiotlb_tbl_sync_single(dev, paddr, size, dir, SYNC_FOR_CPU);
273 : : }
274 : : EXPORT_SYMBOL(dma_direct_sync_single_for_cpu);
275 : :
276 : : void dma_direct_sync_sg_for_cpu(struct device *dev,
277 : : struct scatterlist *sgl, int nents, enum dma_data_direction dir)
278 : : {
279 : : struct scatterlist *sg;
280 : : int i;
281 : :
282 : : for_each_sg(sgl, sg, nents, i) {
283 : : phys_addr_t paddr = dma_to_phys(dev, sg_dma_address(sg));
284 : :
285 : : if (!dev_is_dma_coherent(dev))
286 : : arch_sync_dma_for_cpu(dev, paddr, sg->length, dir);
287 : :
288 : : if (unlikely(is_swiotlb_buffer(paddr)))
289 : : swiotlb_tbl_sync_single(dev, paddr, sg->length, dir,
290 : : SYNC_FOR_CPU);
291 : : }
292 : :
293 : : if (!dev_is_dma_coherent(dev))
294 : : arch_sync_dma_for_cpu_all(dev);
295 : : }
296 : : EXPORT_SYMBOL(dma_direct_sync_sg_for_cpu);
297 : :
298 : : void dma_direct_unmap_page(struct device *dev, dma_addr_t addr,
299 : : size_t size, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
300 : : {
301 : : phys_addr_t phys = dma_to_phys(dev, addr);
302 : :
303 : : if (!(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC))
304 : : dma_direct_sync_single_for_cpu(dev, addr, size, dir);
305 : :
306 : : if (unlikely(is_swiotlb_buffer(phys)))
307 : : swiotlb_tbl_unmap_single(dev, phys, size, size, dir, attrs);
308 : : }
309 : : EXPORT_SYMBOL(dma_direct_unmap_page);
310 : :
311 : : void dma_direct_unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sgl,
312 : : int nents, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
313 : : {
314 : : struct scatterlist *sg;
315 : : int i;
316 : :
317 : : for_each_sg(sgl, sg, nents, i)
318 : : dma_direct_unmap_page(dev, sg->dma_address, sg_dma_len(sg), dir,
319 : : attrs);
320 : : }
321 : : EXPORT_SYMBOL(dma_direct_unmap_sg);
322 : : #endif
323 : :
324 : : static inline bool dma_direct_possible(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr,
325 : : size_t size)
326 : : {
327 : : return swiotlb_force != SWIOTLB_FORCE &&
328 : 0 : dma_capable(dev, dma_addr, size, true);
329 : : }
330 : :
331 : 0 : dma_addr_t dma_direct_map_page(struct device *dev, struct page *page,
332 : : unsigned long offset, size_t size, enum dma_data_direction dir,
333 : : unsigned long attrs)
334 : : {
335 : 0 : phys_addr_t phys = page_to_phys(page) + offset;
336 : : dma_addr_t dma_addr = phys_to_dma(dev, phys);
337 : :
338 : 0 : if (unlikely(!dma_direct_possible(dev, dma_addr, size)) &&
339 : : !swiotlb_map(dev, &phys, &dma_addr, size, dir, attrs)) {
340 : 0 : report_addr(dev, dma_addr, size);
341 : 0 : return DMA_MAPPING_ERROR;
342 : : }
343 : :
344 : : if (!dev_is_dma_coherent(dev) && !(attrs & DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC))
345 : : arch_sync_dma_for_device(dev, phys, size, dir);
346 : : return dma_addr;
347 : : }
348 : : EXPORT_SYMBOL(dma_direct_map_page);
349 : :
350 : 0 : int dma_direct_map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sgl, int nents,
351 : : enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
352 : : {
353 : : int i;
354 : : struct scatterlist *sg;
355 : :
356 : 0 : for_each_sg(sgl, sg, nents, i) {
357 : 0 : sg->dma_address = dma_direct_map_page(dev, sg_page(sg),
358 : 0 : sg->offset, sg->length, dir, attrs);
359 : 0 : if (sg->dma_address == DMA_MAPPING_ERROR)
360 : : goto out_unmap;
361 : : sg_dma_len(sg) = sg->length;
362 : : }
363 : :
364 : : return nents;
365 : :
366 : : out_unmap:
367 : : dma_direct_unmap_sg(dev, sgl, i, dir, attrs | DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC);
368 : : return 0;
369 : : }
370 : : EXPORT_SYMBOL(dma_direct_map_sg);
371 : :
372 : 0 : dma_addr_t dma_direct_map_resource(struct device *dev, phys_addr_t paddr,
373 : : size_t size, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs)
374 : : {
375 : : dma_addr_t dma_addr = paddr;
376 : :
377 : 0 : if (unlikely(!dma_capable(dev, dma_addr, size, false))) {
378 : 0 : report_addr(dev, dma_addr, size);
379 : 0 : return DMA_MAPPING_ERROR;
380 : : }
381 : :
382 : : return dma_addr;
383 : : }
384 : : EXPORT_SYMBOL(dma_direct_map_resource);
385 : :
386 : : /*
387 : : * Because 32-bit DMA masks are so common we expect every architecture to be
388 : : * able to satisfy them - either by not supporting more physical memory, or by
389 : : * providing a ZONE_DMA32. If neither is the case, the architecture needs to
390 : : * use an IOMMU instead of the direct mapping.
391 : : */
392 : 0 : int dma_direct_supported(struct device *dev, u64 mask)
393 : : {
394 : : u64 min_mask;
395 : :
396 : : if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA))
397 : : min_mask = DMA_BIT_MASK(zone_dma_bits);
398 : : else
399 : : min_mask = DMA_BIT_MASK(30);
400 : :
401 : 0 : min_mask = min_t(u64, min_mask, (max_pfn - 1) << PAGE_SHIFT);
402 : :
403 : : /*
404 : : * This check needs to be against the actual bit mask value, so
405 : : * use __phys_to_dma() here so that the SME encryption mask isn't
406 : : * part of the check.
407 : : */
408 : 0 : return mask >= __phys_to_dma(dev, min_mask);
409 : : }
410 : :
411 : 0 : size_t dma_direct_max_mapping_size(struct device *dev)
412 : : {
413 : : /* If SWIOTLB is active, use its maximum mapping size */
414 : : if (is_swiotlb_active() &&
415 : : (dma_addressing_limited(dev) || swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE))
416 : : return swiotlb_max_mapping_size(dev);
417 : : return SIZE_MAX;
418 : : }
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