kernel/drivers/staging/comedi/comedi_buf.c

   1 /*
   2  * comedi_buf.c
   3  *
   4  * COMEDI - Linux Control and Measurement Device Interface
   5  * Copyright (C) 1997-2000 David A. Schleef <ds@schleef.org>
   6  * Copyright (C) 2002 Frank Mori Hess <fmhess@users.sourceforge.net>
   7  *
   8  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   9  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  10  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  11  * (at your option) any later version.
  12  *
  13  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  16  * GNU General Public License for more details.
  17  */
  18
  19 #include <linux/vmalloc.h>
  20 #include <linux/slab.h>
  21
  22 #include "comedidev.h"
  23 #include "comedi_internal.h"
  24
  25 #ifdef PAGE_KERNEL_NOCACHE
  26 #define COMEDI_PAGE_PROTECTION          PAGE_KERNEL_NOCACHE
  27 #else
  28 #define COMEDI_PAGE_PROTECTION          PAGE_KERNEL
  29 #endif
  30
  31 static void comedi_buf_map_kref_release(struct kref *kref)
  32 {
  33         struct comedi_buf_map *bm =
  34                 container_of(kref, struct comedi_buf_map, refcount);
  35         struct comedi_buf_page *buf;
  36         unsigned int i;
  37
  38         if (bm->page_list) {
  39                 for (i = 0; i < bm->n_pages; i++) {
  40                         buf = &bm->page_list[i];
  41                         clear_bit(PG_reserved,
  42                                   &(virt_to_page(buf->virt_addr)->flags));
  43                         if (bm->dma_dir != DMA_NONE) {
  44 #ifdef CONFIG_HAS_DMA
  45                                 dma_free_coherent(bm->dma_hw_dev,
  46                                                   PAGE_SIZE,
  47                                                   buf->virt_addr,
  48                                                   buf->dma_addr);
  49 #endif
  50                         } else {
  51                                 free_page((unsigned long)buf->virt_addr);
  52                         }
  53                 }
  54                 vfree(bm->page_list);
  55         }
  56         if (bm->dma_dir != DMA_NONE)
  57                 put_device(bm->dma_hw_dev);
  58         kfree(bm);
  59 }
  60
  61 static void __comedi_buf_free(struct comedi_device *dev,
  62                               struct comedi_subdevice *s)
  63 {
  64         struct comedi_async *async = s->async;
  65         struct comedi_buf_map *bm;
  66         unsigned long flags;
  67
  68         if (async->prealloc_buf) {
  69                 vunmap(async->prealloc_buf);
  70                 async->prealloc_buf = NULL;
  71                 async->prealloc_bufsz = 0;
  72         }
  73
  74         spin_lock_irqsave(&s->spin_lock, flags);
  75         bm = async->buf_map;
  76         async->buf_map = NULL;
  77         spin_unlock_irqrestore(&s->spin_lock, flags);
  78         comedi_buf_map_put(bm);
  79 }
  80
  81 static void __comedi_buf_alloc(struct comedi_device *dev,
  82                                struct comedi_subdevice *s,
  83                                unsigned n_pages)
  84 {
  85         struct comedi_async *async = s->async;
  86         struct page **pages = NULL;
  87         struct comedi_buf_map *bm;
  88         struct comedi_buf_page *buf;
  89         unsigned long flags;
  90         unsigned i;
  91
  92         if (!IS_ENABLED(CONFIG_HAS_DMA) && s->async_dma_dir != DMA_NONE) {
  93                 dev_err(dev->class_dev,
  94                         "dma buffer allocation not supported\n");
  95                 return;
  96         }
  97
  98         bm = kzalloc(sizeof(*async->buf_map), GFP_KERNEL);
  99         if (!bm)
 100                 return;
 101
 102         kref_init(&bm->refcount);
 103         spin_lock_irqsave(&s->spin_lock, flags);
 104         async->buf_map = bm;
 105         spin_unlock_irqrestore(&s->spin_lock, flags);
 106         bm->dma_dir = s->async_dma_dir;
 107         if (bm->dma_dir != DMA_NONE)
 108                 /* Need ref to hardware device to free buffer later. */
 109                 bm->dma_hw_dev = get_device(dev->hw_dev);
 110
 111         bm->page_list = vzalloc(sizeof(*buf) * n_pages);
 112         if (bm->page_list)
 113                 pages = vmalloc(sizeof(struct page *) * n_pages);
 114
 115         if (!pages)
 116                 return;
 117
 118         for (i = 0; i < n_pages; i++) {
 119                 buf = &bm->page_list[i];
 120                 if (bm->dma_dir != DMA_NONE)
 121 #ifdef CONFIG_HAS_DMA
 122                         buf->virt_addr = dma_alloc_coherent(bm->dma_hw_dev,
 123                                                             PAGE_SIZE,
 124                                                             &buf->dma_addr,
 125                                                             GFP_KERNEL |
 126                                                             __GFP_COMP);
 127 #else
 128                         break;
 129 #endif
 130                 else
 131                         buf->virt_addr = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 132                 if (!buf->virt_addr)
 133                         break;
 134
 135                 set_bit(PG_reserved, &(virt_to_page(buf->virt_addr)->flags));
 136
 137                 pages[i] = virt_to_page(buf->virt_addr);
 138         }
 139         spin_lock_irqsave(&s->spin_lock, flags);
 140         bm->n_pages = i;
 141         spin_unlock_irqrestore(&s->spin_lock, flags);
 142
 143         /* vmap the prealloc_buf if all the pages were allocated */
 144         if (i == n_pages)
 145                 async->prealloc_buf = vmap(pages, n_pages, VM_MAP,
 146                                            COMEDI_PAGE_PROTECTION);
 147
 148         vfree(pages);
 149 }
 150
 151 void comedi_buf_map_get(struct comedi_buf_map *bm)
 152 {
 153         if (bm)
 154                 kref_get(&bm->refcount);
 155 }
 156
 157 int comedi_buf_map_put(struct comedi_buf_map *bm)
 158 {
 159         if (bm)
 160                 return kref_put(&bm->refcount, comedi_buf_map_kref_release);
 161         return 1;
 162 }
 163
 164 /* returns s->async->buf_map and increments its kref refcount */
 165 struct comedi_buf_map *
 166 comedi_buf_map_from_subdev_get(struct comedi_subdevice *s)
 167 {
 168         struct comedi_async *async = s->async;
 169         struct comedi_buf_map *bm = NULL;
 170         unsigned long flags;
 171
 172         if (!async)
 173                 return NULL;
 174
 175         spin_lock_irqsave(&s->spin_lock, flags);
 176         bm = async->buf_map;
 177         /* only want it if buffer pages allocated */
 178         if (bm && bm->n_pages)
 179                 comedi_buf_map_get(bm);
 180         else
 181                 bm = NULL;
 182         spin_unlock_irqrestore(&s->spin_lock, flags);
 183
 184         return bm;
 185 }
 186
 187 bool comedi_buf_is_mmapped(struct comedi_subdevice *s)
 188 {
 189         struct comedi_buf_map *bm = s->async->buf_map;
 190
 191         return bm && (atomic_read(&bm->refcount.refcount) > 1);
 192 }
 193
 194 int comedi_buf_alloc(struct comedi_device *dev, struct comedi_subdevice *s,
 195                      unsigned long new_size)
 196 {
 197         struct comedi_async *async = s->async;
 198
 199         /* Round up new_size to multiple of PAGE_SIZE */
 200         new_size = (new_size + PAGE_SIZE - 1) & PAGE_MASK;
 201
 202         /* if no change is required, do nothing */
 203         if (async->prealloc_buf && async->prealloc_bufsz == new_size)
 204                 return 0;
 205
 206         /* deallocate old buffer */
 207         __comedi_buf_free(dev, s);
 208
 209         /* allocate new buffer */
 210         if (new_size) {
 211                 unsigned n_pages = new_size >> PAGE_SHIFT;
 212
 213                 __comedi_buf_alloc(dev, s, n_pages);
 214
 215                 if (!async->prealloc_buf) {
 216                         /* allocation failed */
 217                         __comedi_buf_free(dev, s);
 218                         return -ENOMEM;
 219                 }
 220         }
 221         async->prealloc_bufsz = new_size;
 222
 223         return 0;
 224 }
 225
 226 void comedi_buf_reset(struct comedi_subdevice *s)
 227 {
 228         struct comedi_async *async = s->async;
 229
 230         async->buf_write_alloc_count = 0;
 231         async->buf_write_count = 0;
 232         async->buf_read_alloc_count = 0;
 233         async->buf_read_count = 0;
 234
 235         async->buf_write_ptr = 0;
 236         async->buf_read_ptr = 0;
 237
 238         async->cur_chan = 0;
 239         async->scans_done = 0;
 240         async->scan_progress = 0;
 241         async->munge_chan = 0;
 242         async->munge_count = 0;
 243         async->munge_ptr = 0;
 244
 245         async->events = 0;
 246 }
 247
 248 static unsigned int comedi_buf_write_n_unalloc(struct comedi_subdevice *s)
 249 {
 250         struct comedi_async *async = s->async;
 251         unsigned int free_end = async->buf_read_count + async->prealloc_bufsz;
 252
 253         return free_end - async->buf_write_alloc_count;
 254 }
 255
 256 unsigned int comedi_buf_write_n_available(struct comedi_subdevice *s)
 257 {
 258         struct comedi_async *async = s->async;
 259         unsigned int free_end = async->buf_read_count + async->prealloc_bufsz;
 260
 261         return free_end - async->buf_write_count;
 262 }
 263
 264 /**
 265  * comedi_buf_write_alloc() - Reserve buffer space for writing
 266  * @s: COMEDI subdevice.
 267  * @nbytes: Maximum space to reserve in bytes.
 268  *
 269  * Reserve up to @nbytes bytes of space to be written in the COMEDI acquisition
 270  * data buffer associated with the subdevice.  The amount reserved is limited
 271  * by the space available.
 272  *
 273  * Return: The amount of space reserved in bytes.
 274  */
 275 unsigned int comedi_buf_write_alloc(struct comedi_subdevice *s,
 276                                     unsigned int nbytes)
 277 {
 278         struct comedi_async *async = s->async;
 279         unsigned int unalloc = comedi_buf_write_n_unalloc(s);
 280
 281         if (nbytes > unalloc)
 282                 nbytes = unalloc;
 283
 284         async->buf_write_alloc_count += nbytes;
 285
 286         /*
 287          * ensure the async buffer 'counts' are read and updated
 288          * before we write data to the write-alloc'ed buffer space
 289          */
 290         smp_mb();
 291
 292         return nbytes;
 293 }
 294 EXPORT_SYMBOL_GPL(comedi_buf_write_alloc);
 295
 296 /*
 297  * munging is applied to data by core as it passes between user
 298  * and kernel space
 299  */
 300 static unsigned int comedi_buf_munge(struct comedi_subdevice *s,
 301                                      unsigned int num_bytes)
 302 {
 303         struct comedi_async *async = s->async;
 304         unsigned int count = 0;
 305         const unsigned num_sample_bytes = comedi_bytes_per_sample(s);
 306
 307         if (!s->munge || (async->cmd.flags & CMDF_RAWDATA)) {
 308                 async->munge_count += num_bytes;
 309                 count = num_bytes;
 310         } else {
 311                 /* don't munge partial samples */
 312                 num_bytes -= num_bytes % num_sample_bytes;
 313                 while (count < num_bytes) {
 314                         int block_size = num_bytes - count;
 315                         unsigned int buf_end;
 316
 317                         buf_end = async->prealloc_bufsz - async->munge_ptr;
 318                         if (block_size > buf_end)
 319                                 block_size = buf_end;
 320
 321                         s->munge(s->device, s,
 322                                  async->prealloc_buf + async->munge_ptr,
 323                                  block_size, async->munge_chan);
 324
 325                         /*
 326                          * ensure data is munged in buffer before the
 327                          * async buffer munge_count is incremented
 328                          */
 329                         smp_wmb();
 330
 331                         async->munge_chan += block_size / num_sample_bytes;
 332                         async->munge_chan %= async->cmd.chanlist_len;
 333                         async->munge_count += block_size;
 334                         async->munge_ptr += block_size;
 335                         async->munge_ptr %= async->prealloc_bufsz;
 336                         count += block_size;
 337                 }
 338         }
 339
 340         return count;
 341 }
 342
 343 unsigned int comedi_buf_write_n_allocated(struct comedi_subdevice *s)
 344 {
 345         struct comedi_async *async = s->async;
 346
 347         return async->buf_write_alloc_count - async->buf_write_count;
 348 }
 349
 350 /**
 351  * comedi_buf_write_free() - Free buffer space after it is written
 352  * @s: COMEDI subdevice.
 353  * @nbytes: Maximum space to free in bytes.
 354  *
 355  * Free up to @nbytes bytes of space previously reserved for writing in the
 356  * COMEDI acquisition data buffer associated with the subdevice.  The amount of
 357  * space freed is limited to the amount that was reserved.  The freed space is
 358  * assumed to have been filled with sample data by the writer.
 359  *
 360  * If the samples in the freed space need to be "munged", do so here.  The
 361  * freed space becomes available for allocation by the reader.
 362  *
 363  * Return: The amount of space freed in bytes.
 364  */
 365 unsigned int comedi_buf_write_free(struct comedi_subdevice *s,
 366                                    unsigned int nbytes)
 367 {
 368         struct comedi_async *async = s->async;
 369         unsigned int allocated = comedi_buf_write_n_allocated(s);
 370
 371         if (nbytes > allocated)
 372                 nbytes = allocated;
 373
 374         async->buf_write_count += nbytes;
 375         async->buf_write_ptr += nbytes;
 376         comedi_buf_munge(s, async->buf_write_count - async->munge_count);
 377         if (async->buf_write_ptr >= async->prealloc_bufsz)
 378                 async->buf_write_ptr %= async->prealloc_bufsz;
 379
 380         return nbytes;
 381 }
 382 EXPORT_SYMBOL_GPL(comedi_buf_write_free);
 383
 384 /**
 385  * comedi_buf_read_n_available() - Determine amount of readable buffer space
 386  * @s: COMEDI subdevice.
 387  *
 388  * Determine the amount of readable buffer space in the COMEDI acquisition data
 389  * buffer associated with the subdevice.  The readable buffer space is that
 390  * which has been freed by the writer and "munged" to the sample data format
 391  * expected by COMEDI if necessary.
 392  *
 393  * Return: The amount of readable buffer space.
 394  */
 395 unsigned int comedi_buf_read_n_available(struct comedi_subdevice *s)
 396 {
 397         struct comedi_async *async = s->async;
 398         unsigned num_bytes;
 399
 400         if (!async)
 401                 return 0;
 402
 403         num_bytes = async->munge_count - async->buf_read_count;
 404
 405         /*
 406          * ensure the async buffer 'counts' are read before we
 407          * attempt to read data from the buffer
 408          */
 409         smp_rmb();
 410
 411         return num_bytes;
 412 }
 413 EXPORT_SYMBOL_GPL(comedi_buf_read_n_available);
 414
 415 /**
 416  * comedi_buf_read_alloc() - Reserve buffer space for reading
 417  * @s: COMEDI subdevice.
 418  * @nbytes: Maximum space to reserve in bytes.
 419  *
 420  * Reserve up to @nbytes bytes of previously written and "munged" buffer space
 421  * for reading in the COMEDI acquisition data buffer associated with the
 422  * subdevice.  The amount reserved is limited to the space available.  The
 423  * reader can read from the reserved space and then free it.  A reader is also
 424  * allowed to read from the space before reserving it as long as it determines
 425  * the amount of readable data available, but the space needs to be marked as
 426  * reserved before it can be freed.
 427  *
 428  * Return: The amount of space reserved in bytes.
 429  */
 430 unsigned int comedi_buf_read_alloc(struct comedi_subdevice *s,
 431                                    unsigned int nbytes)
 432 {
 433         struct comedi_async *async = s->async;
 434         unsigned int available;
 435
 436         available = async->munge_count - async->buf_read_alloc_count;
 437         if (nbytes > available)
 438                 nbytes = available;
 439
 440         async->buf_read_alloc_count += nbytes;
 441
 442         /*
 443          * ensure the async buffer 'counts' are read before we
 444          * attempt to read data from the read-alloc'ed buffer space
 445          */
 446         smp_rmb();
 447
 448         return nbytes;
 449 }
 450 EXPORT_SYMBOL_GPL(comedi_buf_read_alloc);
 451
 452 static unsigned int comedi_buf_read_n_allocated(struct comedi_async *async)
 453 {
 454         return async->buf_read_alloc_count - async->buf_read_count;
 455 }
 456
 457 /**
 458  * comedi_buf_read_free() - Free buffer space after it has been read
 459  * @s: COMEDI subdevice.
 460  * @nbytes: Maximum space to free in bytes.
 461  *
 462  * Free up to @nbytes bytes of buffer space previously reserved for reading in
 463  * the COMEDI acquisition data buffer associated with the subdevice.  The
 464  * amount of space freed is limited to the amount that was reserved.
 465  *
 466  * The freed space becomes available for allocation by the writer.
 467  *
 468  * Return: The amount of space freed in bytes.
 469  */
 470 unsigned int comedi_buf_read_free(struct comedi_subdevice *s,
 471                                   unsigned int nbytes)
 472 {
 473         struct comedi_async *async = s->async;
 474         unsigned int allocated;
 475
 476         /*
 477          * ensure data has been read out of buffer before
 478          * the async read count is incremented
 479          */
 480         smp_mb();
 481
 482         allocated = comedi_buf_read_n_allocated(async);
 483         if (nbytes > allocated)
 484                 nbytes = allocated;
 485
 486         async->buf_read_count += nbytes;
 487         async->buf_read_ptr += nbytes;
 488         async->buf_read_ptr %= async->prealloc_bufsz;
 489         return nbytes;
 490 }
 491 EXPORT_SYMBOL_GPL(comedi_buf_read_free);
 492
 493 static void comedi_buf_memcpy_to(struct comedi_subdevice *s,
 494                                  const void *data, unsigned int num_bytes)
 495 {
 496         struct comedi_async *async = s->async;
 497         unsigned int write_ptr = async->buf_write_ptr;
 498
 499         while (num_bytes) {
 500                 unsigned int block_size;
 501
 502                 if (write_ptr + num_bytes > async->prealloc_bufsz)
 503                         block_size = async->prealloc_bufsz - write_ptr;
 504                 else
 505                         block_size = num_bytes;
 506
 507                 memcpy(async->prealloc_buf + write_ptr, data, block_size);
 508
 509                 data += block_size;
 510                 num_bytes -= block_size;
 511
 512                 write_ptr = 0;
 513         }
 514 }
 515
 516 static void comedi_buf_memcpy_from(struct comedi_subdevice *s,
 517                                    void *dest, unsigned int nbytes)
 518 {
 519         void *src;
 520         struct comedi_async *async = s->async;
 521         unsigned int read_ptr = async->buf_read_ptr;
 522
 523         while (nbytes) {
 524                 unsigned int block_size;
 525
 526                 src = async->prealloc_buf + read_ptr;
 527
 528                 if (nbytes >= async->prealloc_bufsz - read_ptr)
 529                         block_size = async->prealloc_bufsz - read_ptr;
 530                 else
 531                         block_size = nbytes;
 532
 533                 memcpy(dest, src, block_size);
 534                 nbytes -= block_size;
 535                 dest += block_size;
 536                 read_ptr = 0;
 537         }
 538 }
 539
 540 /**
 541  * comedi_buf_write_samples() - Write sample data to COMEDI buffer
 542  * @s: COMEDI subdevice.
 543  * @data: Pointer to source samples.
 544  * @nsamples: Number of samples to write.
 545  *
 546  * Write up to @nsamples samples to the COMEDI acquisition data buffer
 547  * associated with the subdevice, mark it as written and update the
 548  * acquisition scan progress.  If there is not enough room for the specified
 549  * number of samples, the number of samples written is limited to the number
 550  * that will fit and the %COMEDI_CB_OVERFLOW event flag is set to cause the
 551  * acquisition to terminate with an overrun error.  Set the %COMEDI_CB_BLOCK
 552  * event flag if any samples are written to cause waiting tasks to be woken
 553  * when the event flags are processed.
 554  *
 555  * Return: The amount of data written in bytes.
 556  */
 557 unsigned int comedi_buf_write_samples(struct comedi_subdevice *s,
 558                                       const void *data, unsigned int nsamples)
 559 {
 560         unsigned int max_samples;
 561         unsigned int nbytes;
 562
 563         /*
 564          * Make sure there is enough room in the buffer for all the samples.
 565          * If not, clamp the nsamples to the number that will fit, flag the
 566          * buffer overrun and add the samples that fit.
 567          */
 568         max_samples = comedi_bytes_to_samples(s, comedi_buf_write_n_unalloc(s));
 569         if (nsamples > max_samples) {
 570                 dev_warn(s->device->class_dev, "buffer overrun\n");
 571                 s->async->events |= COMEDI_CB_OVERFLOW;
 572                 nsamples = max_samples;
 573         }
 574
 575         if (nsamples == 0)
 576                 return 0;
 577
 578         nbytes = comedi_buf_write_alloc(s,
 579                                         comedi_samples_to_bytes(s, nsamples));
 580         comedi_buf_memcpy_to(s, data, nbytes);
 581         comedi_buf_write_free(s, nbytes);
 582         comedi_inc_scan_progress(s, nbytes);
 583         s->async->events |= COMEDI_CB_BLOCK;
 584
 585         return nbytes;
 586 }
 587 EXPORT_SYMBOL_GPL(comedi_buf_write_samples);
 588
 589 /**
 590  * comedi_buf_read_samples() - Read sample data from COMEDI buffer
 591  * @s: COMEDI subdevice.
 592  * @data: Pointer to destination.
 593  * @nsamples: Maximum number of samples to read.
 594  *
 595  * Read up to @nsamples samples from the COMEDI acquisition data buffer
 596  * associated with the subdevice, mark it as read and update the acquisition
 597  * scan progress.  Limit the number of samples read to the number available.
 598  * Set the %COMEDI_CB_BLOCK event flag if any samples are read to cause waiting
 599  * tasks to be woken when the event flags are processed.
 600  *
 601  * Return: The amount of data read in bytes.
 602  */
 603 unsigned int comedi_buf_read_samples(struct comedi_subdevice *s,
 604                                      void *data, unsigned int nsamples)
 605 {
 606         unsigned int max_samples;
 607         unsigned int nbytes;
 608
 609         /* clamp nsamples to the number of full samples available */
 610         max_samples = comedi_bytes_to_samples(s,
 611                                               comedi_buf_read_n_available(s));
 612         if (nsamples > max_samples)
 613                 nsamples = max_samples;
 614
 615         if (nsamples == 0)
 616                 return 0;
 617
 618         nbytes = comedi_buf_read_alloc(s,
 619                                        comedi_samples_to_bytes(s, nsamples));
 620         comedi_buf_memcpy_from(s, data, nbytes);
 621         comedi_buf_read_free(s, nbytes);
 622         comedi_inc_scan_progress(s, nbytes);
 623         s->async->events |= COMEDI_CB_BLOCK;
 624
 625         return nbytes;
 626 }
 627 EXPORT_SYMBOL_GPL(comedi_buf_read_samples);