kernel/arch/x86/mm/ioremap.c

   1 /*
   2  * Re-map IO memory to kernel address space so that we can access it.
   3  * This is needed for high PCI addresses that aren't mapped in the
   4  * 640k-1MB IO memory area on PC's
   5  *
   6  * (C) Copyright 1995 1996 Linus Torvalds
   7  */
   8
   9 #include <linux/bootmem.h>
  10 #include <linux/init.h>
  11 #include <linux/io.h>
  12 #include <linux/module.h>
  13 #include <linux/slab.h>
  14 #include <linux/vmalloc.h>
  15 #include <linux/mmiotrace.h>
  16
  17 #include <asm/cacheflush.h>
  18 #include <asm/e820.h>
  19 #include <asm/fixmap.h>
  20 #include <asm/pgtable.h>
  21 #include <asm/tlbflush.h>
  22 #include <asm/pgalloc.h>
  23 #include <asm/pat.h>
  24
  25 #include "physaddr.h"
  26
  27 /*
  28  * Fix up the linear direct mapping of the kernel to avoid cache attribute
  29  * conflicts.
  30  */
  31 int ioremap_change_attr(unsigned long vaddr, unsigned long size,
  32                         enum page_cache_mode pcm)
  33 {
  34         unsigned long nrpages = size >> PAGE_SHIFT;
  35         int err;
  36
  37         switch (pcm) {
  38         case _PAGE_CACHE_MODE_UC:
  39         default:
  40                 err = _set_memory_uc(vaddr, nrpages);
  41                 break;
  42         case _PAGE_CACHE_MODE_WC:
  43                 err = _set_memory_wc(vaddr, nrpages);
  44                 break;
  45         case _PAGE_CACHE_MODE_WT:
  46                 err = _set_memory_wt(vaddr, nrpages);
  47                 break;
  48         case _PAGE_CACHE_MODE_WB:
  49                 err = _set_memory_wb(vaddr, nrpages);
  50                 break;
  51         }
  52
  53         return err;
  54 }
  55
  56 static int __ioremap_check_ram(unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages,
  57                                void *arg)
  58 {
  59         unsigned long i;
  60
  61         for (i = 0; i < nr_pages; ++i)
  62                 if (pfn_valid(start_pfn + i) &&
  63                     !PageReserved(pfn_to_page(start_pfn + i)))
  64                         return 1;
  65
  66         return 0;
  67 }
  68
  69 /*
  70  * Remap an arbitrary physical address space into the kernel virtual
  71  * address space. It transparently creates kernel huge I/O mapping when
  72  * the physical address is aligned by a huge page size (1GB or 2MB) and
  73  * the requested size is at least the huge page size.
  74  *
  75  * NOTE: MTRRs can override PAT memory types with a 4KB granularity.
  76  * Therefore, the mapping code falls back to use a smaller page toward 4KB
  77  * when a mapping range is covered by non-WB type of MTRRs.
  78  *
  79  * NOTE! We need to allow non-page-aligned mappings too: we will obviously
  80  * have to convert them into an offset in a page-aligned mapping, but the
  81  * caller shouldn't need to know that small detail.
  82  */
  83 static void __iomem *__ioremap_caller(resource_size_t phys_addr,
  84                 unsigned long size, enum page_cache_mode pcm, void *caller)
  85 {
  86         unsigned long offset, vaddr;
  87         resource_size_t pfn, last_pfn, last_addr;
  88         const resource_size_t unaligned_phys_addr = phys_addr;
  89         const unsigned long unaligned_size = size;
  90         struct vm_struct *area;
  91         enum page_cache_mode new_pcm;
  92         pgprot_t prot;
  93         int retval;
  94         void __iomem *ret_addr;
  95
  96         /* Don't allow wraparound or zero size */
  97         last_addr = phys_addr + size - 1;
  98         if (!size || last_addr < phys_addr)
  99                 return NULL;
 100
 101         if (!phys_addr_valid(phys_addr)) {
 102                 printk(KERN_WARNING "ioremap: invalid physical address %llx\n",
 103                        (unsigned long long)phys_addr);
 104                 WARN_ON_ONCE(1);
 105                 return NULL;
 106         }
 107
 108         /*
 109          * Don't remap the low PCI/ISA area, it's always mapped..
 110          */
 111         if (is_ISA_range(phys_addr, last_addr))
 112                 return (__force void __iomem *)phys_to_virt(phys_addr);
 113
 114         /*
 115          * Don't allow anybody to remap normal RAM that we're using..
 116          */
 117         pfn      = phys_addr >> PAGE_SHIFT;
 118         last_pfn = last_addr >> PAGE_SHIFT;
 119         if (walk_system_ram_range(pfn, last_pfn - pfn + 1, NULL,
 120                                           __ioremap_check_ram) == 1) {
 121                 WARN_ONCE(1, "ioremap on RAM at %pa - %pa\n",
 122                           &phys_addr, &last_addr);
 123                 return NULL;
 124         }
 125
 126         /*
 127          * Mappings have to be page-aligned
 128          */
 129         offset = phys_addr & ~PAGE_MASK;
 130         phys_addr &= PHYSICAL_PAGE_MASK;
 131         size = PAGE_ALIGN(last_addr+1) - phys_addr;
 132
 133         retval = reserve_memtype(phys_addr, (u64)phys_addr + size,
 134                                                 pcm, &new_pcm);
 135         if (retval) {
 136                 printk(KERN_ERR "ioremap reserve_memtype failed %d\n", retval);
 137                 return NULL;
 138         }
 139
 140         if (pcm != new_pcm) {
 141                 if (!is_new_memtype_allowed(phys_addr, size, pcm, new_pcm)) {
 142                         printk(KERN_ERR
 143                 "ioremap error for 0x%llx-0x%llx, requested 0x%x, got 0x%x\n",
 144                                 (unsigned long long)phys_addr,
 145                                 (unsigned long long)(phys_addr + size),
 146                                 pcm, new_pcm);
 147                         goto err_free_memtype;
 148                 }
 149                 pcm = new_pcm;
 150         }
 151
 152         prot = PAGE_KERNEL_IO;
 153         switch (pcm) {
 154         case _PAGE_CACHE_MODE_UC:
 155         default:
 156                 prot = __pgprot(pgprot_val(prot) |
 157                                 cachemode2protval(_PAGE_CACHE_MODE_UC));
 158                 break;
 159         case _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS:
 160                 prot = __pgprot(pgprot_val(prot) |
 161                                 cachemode2protval(_PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS));
 162                 break;
 163         case _PAGE_CACHE_MODE_WC:
 164                 prot = __pgprot(pgprot_val(prot) |
 165                                 cachemode2protval(_PAGE_CACHE_MODE_WC));
 166                 break;
 167         case _PAGE_CACHE_MODE_WT:
 168                 prot = __pgprot(pgprot_val(prot) |
 169                                 cachemode2protval(_PAGE_CACHE_MODE_WT));
 170                 break;
 171         case _PAGE_CACHE_MODE_WB:
 172                 break;
 173         }
 174
 175         /*
 176          * Ok, go for it..
 177          */
 178         area = get_vm_area_caller(size, VM_IOREMAP, caller);
 179         if (!area)
 180                 goto err_free_memtype;
 181         area->phys_addr = phys_addr;
 182         vaddr = (unsigned long) area->addr;
 183
 184         if (kernel_map_sync_memtype(phys_addr, size, pcm))
 185                 goto err_free_area;
 186
 187         if (ioremap_page_range(vaddr, vaddr + size, phys_addr, prot))
 188                 goto err_free_area;
 189
 190         ret_addr = (void __iomem *) (vaddr + offset);
 191         mmiotrace_ioremap(unaligned_phys_addr, unaligned_size, ret_addr);
 192
 193         /*
 194          * Check if the request spans more than any BAR in the iomem resource
 195          * tree.
 196          */
 197         WARN_ONCE(iomem_map_sanity_check(unaligned_phys_addr, unaligned_size),
 198                   KERN_INFO "Info: mapping multiple BARs. Your kernel is fine.");
 199
 200         return ret_addr;
 201 err_free_area:
 202         free_vm_area(area);
 203 err_free_memtype:
 204         free_memtype(phys_addr, phys_addr + size);
 205         return NULL;
 206 }
 207
 208 /**
 209  * ioremap_nocache     -   map bus memory into CPU space
 210  * @phys_addr:    bus address of the memory
 211  * @size:      size of the resource to map
 212  *
 213  * ioremap_nocache performs a platform specific sequence of operations to
 214  * make bus memory CPU accessible via the readb/readw/readl/writeb/
 215  * writew/writel functions and the other mmio helpers. The returned
 216  * address is not guaranteed to be usable directly as a virtual
 217  * address.
 218  *
 219  * This version of ioremap ensures that the memory is marked uncachable
 220  * on the CPU as well as honouring existing caching rules from things like
 221  * the PCI bus. Note that there are other caches and buffers on many
 222  * busses. In particular driver authors should read up on PCI writes
 223  *
 224  * It's useful if some control registers are in such an area and
 225  * write combining or read caching is not desirable:
 226  *
 227  * Must be freed with iounmap.
 228  */
 229 void __iomem *ioremap_nocache(resource_size_t phys_addr, unsigned long size)
 230 {
 231         /*
 232          * Ideally, this should be:
 233          *      pat_enabled() ? _PAGE_CACHE_MODE_UC : _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 234          *
 235          * Till we fix all X drivers to use ioremap_wc(), we will use
 236          * UC MINUS. Drivers that are certain they need or can already
 237          * be converted over to strong UC can use ioremap_uc().
 238          */
 239         enum page_cache_mode pcm = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 240
 241         return __ioremap_caller(phys_addr, size, pcm,
 242                                 __builtin_return_address(0));
 243 }
 244 EXPORT_SYMBOL(ioremap_nocache);
 245
 246 /**
 247  * ioremap_uc     -   map bus memory into CPU space as strongly uncachable
 248  * @phys_addr:    bus address of the memory
 249  * @size:      size of the resource to map
 250  *
 251  * ioremap_uc performs a platform specific sequence of operations to
 252  * make bus memory CPU accessible via the readb/readw/readl/writeb/
 253  * writew/writel functions and the other mmio helpers. The returned
 254  * address is not guaranteed to be usable directly as a virtual
 255  * address.
 256  *
 257  * This version of ioremap ensures that the memory is marked with a strong
 258  * preference as completely uncachable on the CPU when possible. For non-PAT
 259  * systems this ends up setting page-attribute flags PCD=1, PWT=1. For PAT
 260  * systems this will set the PAT entry for the pages as strong UC.  This call
 261  * will honor existing caching rules from things like the PCI bus. Note that
 262  * there are other caches and buffers on many busses. In particular driver
 263  * authors should read up on PCI writes.
 264  *
 265  * It's useful if some control registers are in such an area and
 266  * write combining or read caching is not desirable:
 267  *
 268  * Must be freed with iounmap.
 269  */
 270 void __iomem *ioremap_uc(resource_size_t phys_addr, unsigned long size)
 271 {
 272         enum page_cache_mode pcm = _PAGE_CACHE_MODE_UC;
 273
 274         return __ioremap_caller(phys_addr, size, pcm,
 275                                 __builtin_return_address(0));
 276 }
 277 EXPORT_SYMBOL_GPL(ioremap_uc);
 278
 279 /**
 280  * ioremap_wc   -       map memory into CPU space write combined
 281  * @phys_addr:  bus address of the memory
 282  * @size:       size of the resource to map
 283  *
 284  * This version of ioremap ensures that the memory is marked write combining.
 285  * Write combining allows faster writes to some hardware devices.
 286  *
 287  * Must be freed with iounmap.
 288  */
 289 void __iomem *ioremap_wc(resource_size_t phys_addr, unsigned long size)
 290 {
 291         return __ioremap_caller(phys_addr, size, _PAGE_CACHE_MODE_WC,
 292                                         __builtin_return_address(0));
 293 }
 294 EXPORT_SYMBOL(ioremap_wc);
 295
 296 /**
 297  * ioremap_wt   -       map memory into CPU space write through
 298  * @phys_addr:  bus address of the memory
 299  * @size:       size of the resource to map
 300  *
 301  * This version of ioremap ensures that the memory is marked write through.
 302  * Write through stores data into memory while keeping the cache up-to-date.
 303  *
 304  * Must be freed with iounmap.
 305  */
 306 void __iomem *ioremap_wt(resource_size_t phys_addr, unsigned long size)
 307 {
 308         return __ioremap_caller(phys_addr, size, _PAGE_CACHE_MODE_WT,
 309                                         __builtin_return_address(0));
 310 }
 311 EXPORT_SYMBOL(ioremap_wt);
 312
 313 void __iomem *ioremap_cache(resource_size_t phys_addr, unsigned long size)
 314 {
 315         return __ioremap_caller(phys_addr, size, _PAGE_CACHE_MODE_WB,
 316                                 __builtin_return_address(0));
 317 }
 318 EXPORT_SYMBOL(ioremap_cache);
 319
 320 void __iomem *ioremap_prot(resource_size_t phys_addr, unsigned long size,
 321                                 unsigned long prot_val)
 322 {
 323         return __ioremap_caller(phys_addr, size,
 324                                 pgprot2cachemode(__pgprot(prot_val)),
 325                                 __builtin_return_address(0));
 326 }
 327 EXPORT_SYMBOL(ioremap_prot);
 328
 329 /**
 330  * iounmap - Free a IO remapping
 331  * @addr: virtual address from ioremap_*
 332  *
 333  * Caller must ensure there is only one unmapping for the same pointer.
 334  */
 335 void iounmap(volatile void __iomem *addr)
 336 {
 337         struct vm_struct *p, *o;
 338
 339         if ((void __force *)addr <= high_memory)
 340                 return;
 341
 342         /*
 343          * __ioremap special-cases the PCI/ISA range by not instantiating a
 344          * vm_area and by simply returning an address into the kernel mapping
 345          * of ISA space.   So handle that here.
 346          */
 347         if ((void __force *)addr >= phys_to_virt(ISA_START_ADDRESS) &&
 348             (void __force *)addr < phys_to_virt(ISA_END_ADDRESS))
 349                 return;
 350
 351         addr = (volatile void __iomem *)
 352                 (PAGE_MASK & (unsigned long __force)addr);
 353
 354         mmiotrace_iounmap(addr);
 355
 356         /* Use the vm area unlocked, assuming the caller
 357            ensures there isn't another iounmap for the same address
 358            in parallel. Reuse of the virtual address is prevented by
 359            leaving it in the global lists until we're done with it.
 360            cpa takes care of the direct mappings. */
 361         p = find_vm_area((void __force *)addr);
 362
 363         if (!p) {
 364                 printk(KERN_ERR "iounmap: bad address %p\n", addr);
 365                 dump_stack();
 366                 return;
 367         }
 368
 369         free_memtype(p->phys_addr, p->phys_addr + get_vm_area_size(p));
 370
 371         /* Finally remove it */
 372         o = remove_vm_area((void __force *)addr);
 373         BUG_ON(p != o || o == NULL);
 374         kfree(p);
 375 }
 376 EXPORT_SYMBOL(iounmap);
 377
 378 int __init arch_ioremap_pud_supported(void)
 379 {
 380 #ifdef CONFIG_X86_64
 381         return cpu_has_gbpages;
 382 #else
 383         return 0;
 384 #endif
 385 }
 386
 387 int __init arch_ioremap_pmd_supported(void)
 388 {
 389         return cpu_has_pse;
 390 }
 391
 392 /*
 393  * Convert a physical pointer to a virtual kernel pointer for /dev/mem
 394  * access
 395  */
 396 void *xlate_dev_mem_ptr(phys_addr_t phys)
 397 {
 398         unsigned long start  = phys &  PAGE_MASK;
 399         unsigned long offset = phys & ~PAGE_MASK;
 400         void *vaddr;
 401
 402         /* If page is RAM, we can use __va. Otherwise ioremap and unmap. */
 403         if (page_is_ram(start >> PAGE_SHIFT))
 404                 return __va(phys);
 405
 406         vaddr = ioremap_cache(start, PAGE_SIZE);
 407         /* Only add the offset on success and return NULL if the ioremap() failed: */
 408         if (vaddr)
 409                 vaddr += offset;
 410
 411         return vaddr;
 412 }
 413
 414 void unxlate_dev_mem_ptr(phys_addr_t phys, void *addr)
 415 {
 416         if (page_is_ram(phys >> PAGE_SHIFT))
 417                 return;
 418
 419         iounmap((void __iomem *)((unsigned long)addr & PAGE_MASK));
 420 }
 421
 422 static pte_t bm_pte[PAGE_SIZE/sizeof(pte_t)] __page_aligned_bss;
 423
 424 static inline pmd_t * __init early_ioremap_pmd(unsigned long addr)
 425 {
 426         /* Don't assume we're using swapper_pg_dir at this point */
 427         pgd_t *base = __va(read_cr3());
 428         pgd_t *pgd = &base[pgd_index(addr)];
 429         pud_t *pud = pud_offset(pgd, addr);
 430         pmd_t *pmd = pmd_offset(pud, addr);
 431
 432         return pmd;
 433 }
 434
 435 static inline pte_t * __init early_ioremap_pte(unsigned long addr)
 436 {
 437         return &bm_pte[pte_index(addr)];
 438 }
 439
 440 bool __init is_early_ioremap_ptep(pte_t *ptep)
 441 {
 442         return ptep >= &bm_pte[0] && ptep < &bm_pte[PAGE_SIZE/sizeof(pte_t)];
 443 }
 444
 445 void __init early_ioremap_init(void)
 446 {
 447         pmd_t *pmd;
 448
 449 #ifdef CONFIG_X86_64
 450         BUILD_BUG_ON((fix_to_virt(0) + PAGE_SIZE) & ((1 << PMD_SHIFT) - 1));
 451 #else
 452         WARN_ON((fix_to_virt(0) + PAGE_SIZE) & ((1 << PMD_SHIFT) - 1));
 453 #endif
 454
 455         early_ioremap_setup();
 456
 457         pmd = early_ioremap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN));
 458         memset(bm_pte, 0, sizeof(bm_pte));
 459         pmd_populate_kernel(&init_mm, pmd, bm_pte);
 460
 461         /*
 462          * The boot-ioremap range spans multiple pmds, for which
 463          * we are not prepared:
 464          */
 465 #define __FIXADDR_TOP (-PAGE_SIZE)
 466         BUILD_BUG_ON((__fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN) >> PMD_SHIFT)
 467                      != (__fix_to_virt(FIX_BTMAP_END) >> PMD_SHIFT));
 468 #undef __FIXADDR_TOP
 469         if (pmd != early_ioremap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_END))) {
 470                 WARN_ON(1);
 471                 printk(KERN_WARNING "pmd %p != %p\n",
 472                        pmd, early_ioremap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_END)));
 473                 printk(KERN_WARNING "fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN): %08lx\n",
 474                         fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN));
 475                 printk(KERN_WARNING "fix_to_virt(FIX_BTMAP_END):   %08lx\n",
 476                         fix_to_virt(FIX_BTMAP_END));
 477
 478                 printk(KERN_WARNING "FIX_BTMAP_END:       %d\n", FIX_BTMAP_END);
 479                 printk(KERN_WARNING "FIX_BTMAP_BEGIN:     %d\n",
 480                        FIX_BTMAP_BEGIN);
 481         }
 482 }
 483
 484 void __init __early_set_fixmap(enum fixed_addresses idx,
 485                                phys_addr_t phys, pgprot_t flags)
 486 {
 487         unsigned long addr = __fix_to_virt(idx);
 488         pte_t *pte;
 489
 490         if (idx >= __end_of_fixed_addresses) {
 491                 BUG();
 492                 return;
 493         }
 494         pte = early_ioremap_pte(addr);
 495
 496         if (pgprot_val(flags))
 497                 set_pte(pte, pfn_pte(phys >> PAGE_SHIFT, flags));
 498         else
 499                 pte_clear(&init_mm, addr, pte);
 500         __flush_tlb_one(addr);
 501 }