Quelle  gk20a.c   Sprache: C

/*
 * Copyright (c) 2015, NVIDIA CORPORATION. All rights reserved.
 *
 * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a
 * copy of this software and associated documentation files (the "Software"),
 * to deal in the Software without restriction, including without limitation
 * the rights to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense,
 * and/or sell copies of the Software, and to permit persons to whom the
 * Software is furnished to do so, subject to the following conditions:
 *
 * The above copyright notice and this permission notice shall be included in
 * all copies or substantial portions of the Software.
 *
 * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
 * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
 * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT.  IN NO EVENT SHALL
 * THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
 * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING
 * FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER
 * DEALINGS IN THE SOFTWARE.
 */

/*
 * GK20A does not have dedicated video memory, and to accurately represent this
 * fact Nouveau will not create a RAM device for it. Therefore its instmem
 * implementation must be done directly on top of system memory, while
 * preserving coherency for read and write operations.
 *
 * Instmem can be allocated through two means:
 * 1) If an IOMMU unit has been probed, the IOMMU API is used to make memory
 *    pages contiguous to the GPU. This is the preferred way.
 * 2) If no IOMMU unit is probed, the DMA API is used to allocate physically
 *    contiguous memory.
 *
 * In both cases CPU read and writes are performed by creating a write-combined
 * mapping. The GPU L2 cache must thus be flushed/invalidated when required. To
 * be conservative we do this every time we acquire or release an instobj, but
 * ideally L2 management should be handled at a higher level.
 *
 * To improve performance, CPU mappings are not removed upon instobj release.
 * Instead they are placed into a LRU list to be recycled when the mapped space
 * goes beyond a certain threshold. At the moment this limit is 1MB.
 */
#include "priv.h"

#include <core/memory.h>
#include <core/tegra.h>
#include <subdev/ltc.h>
#include <subdev/mmu.h>

struct gk20a_instobj {
 struct nvkm_instobj base;
 struct nvkm_mm_node *mn;
 struct gk20a_instmem *imem;

 /* CPU mapping */
 u32 *vaddr;
};
#define gk20a_instobj(p) container_of((p), struct gk20a_instobj, base.memory)

/*
 * Used for objects allocated using the DMA API
 */
struct gk20a_instobj_dma {
 struct gk20a_instobj base;

 dma_addr_t handle;
 struct nvkm_mm_node r;
};
#define gk20a_instobj_dma(p) \
 container_of(gk20a_instobj(p), struct gk20a_instobj_dma, base)

/*
 * Used for objects flattened using the IOMMU API
 */
struct gk20a_instobj_iommu {
 struct gk20a_instobj base;

 /* to link into gk20a_instmem::vaddr_lru */
 struct list_head vaddr_node;
 /* how many clients are using vaddr? */
 u32 use_cpt;

 /* will point to the higher half of pages */
 dma_addr_t *dma_addrs;
 /* array of base.mem->size pages (+ dma_addr_ts) */
 struct page *pages[];
};
#define gk20a_instobj_iommu(p) \
 container_of(gk20a_instobj(p), struct gk20a_instobj_iommu, base)

struct gk20a_instmem {
 struct nvkm_instmem base;

 /* protects vaddr_* and gk20a_instobj::vaddr* */
 struct mutex lock;

 /* CPU mappings LRU */
 unsigned int vaddr_use;
 unsigned int vaddr_max;
 struct list_head vaddr_lru;

 /* Only used if IOMMU if present */
 struct mutex *mm_mutex;
 struct nvkm_mm *mm;
 struct iommu_domain *domain;
 unsigned long iommu_pgshift;
 u16 iommu_bit;

 /* Only used by DMA API */
 unsigned long attrs;
};
#define gk20a_instmem(p) container_of((p), struct gk20a_instmem, base)

static enum nvkm_memory_target
gk20a_instobj_target(struct nvkm_memory *memory)
{
 return NVKM_MEM_TARGET_NCOH;
}

static u8
gk20a_instobj_page(struct nvkm_memory *memory)
{
 return 12;
}

static u64
gk20a_instobj_addr(struct nvkm_memory *memory)
{
 return (u64)gk20a_instobj(memory)->mn->offset << 12;
}

static u64
gk20a_instobj_size(struct nvkm_memory *memory)
{
 return (u64)gk20a_instobj(memory)->mn->length << 12;
}

/*
 * Recycle the vaddr of obj. Must be called with gk20a_instmem::lock held.
 */
static void
gk20a_instobj_iommu_recycle_vaddr(struct gk20a_instobj_iommu *obj)
{
 struct gk20a_instmem *imem = obj->base.imem;
 /* there should not be any user left... */
 WARN_ON(obj->use_cpt);
 list_del(&obj->vaddr_node);
 vunmap(obj->base.vaddr);
 obj->base.vaddr = NULL;
 imem->vaddr_use -= nvkm_memory_size(&obj->base.base.memory);
 nvkm_debug(&imem->base.subdev, "vaddr used: %x/%x\n", imem->vaddr_use,
     imem->vaddr_max);
}

/*
 * Must be called while holding gk20a_instmem::lock
 */
static void
gk20a_instmem_vaddr_gc(struct gk20a_instmem *imem, const u64 size)
{
 while (imem->vaddr_use + size > imem->vaddr_max) {
  /* no candidate that can be unmapped, abort... */
  if (list_empty(&imem->vaddr_lru))
   break;

  gk20a_instobj_iommu_recycle_vaddr(
    list_first_entry(&imem->vaddr_lru,
    struct gk20a_instobj_iommu, vaddr_node));
 }
}

static void __iomem *
gk20a_instobj_acquire_dma(struct nvkm_memory *memory)
{
 struct gk20a_instobj *node = gk20a_instobj(memory);
 struct gk20a_instmem *imem = node->imem;
 struct nvkm_ltc *ltc = imem->base.subdev.device->ltc;

 nvkm_ltc_flush(ltc);

 return node->vaddr;
}

static void __iomem *
gk20a_instobj_acquire_iommu(struct nvkm_memory *memory)
{
 struct gk20a_instobj_iommu *node = gk20a_instobj_iommu(memory);
 struct gk20a_instmem *imem = node->base.imem;
 struct nvkm_ltc *ltc = imem->base.subdev.device->ltc;
 const u64 size = nvkm_memory_size(memory);

 nvkm_ltc_flush(ltc);

 mutex_lock(&imem->lock);

 if (node->base.vaddr) {
  if (!node->use_cpt) {
   /* remove from LRU list since mapping in use again */
   list_del(&node->vaddr_node);
  }
  goto out;
 }

 /* try to free some address space if we reached the limit */
 gk20a_instmem_vaddr_gc(imem, size);

 /* map the pages */
 node->base.vaddr = vmap(node->pages, size >> PAGE_SHIFT, VM_MAP,
    pgprot_writecombine(PAGE_KERNEL));
 if (!node->base.vaddr) {
  nvkm_error(&imem->base.subdev, "cannot map instobj - "
      "this is not going to end well...\n");
  goto out;
 }

 imem->vaddr_use += size;
 nvkm_debug(&imem->base.subdev, "vaddr used: %x/%x\n",
     imem->vaddr_use, imem->vaddr_max);

out:
 node->use_cpt++;
 mutex_unlock(&imem->lock);

 return node->base.vaddr;
}

static void
gk20a_instobj_release_dma(struct nvkm_memory *memory)
{
 struct gk20a_instobj *node = gk20a_instobj(memory);
 struct gk20a_instmem *imem = node->imem;
 struct nvkm_ltc *ltc = imem->base.subdev.device->ltc;

 /* in case we got a write-combined mapping */
 wmb();
 nvkm_ltc_invalidate(ltc);
}

static void
gk20a_instobj_release_iommu(struct nvkm_memory *memory)
{
 struct gk20a_instobj_iommu *node = gk20a_instobj_iommu(memory);
 struct gk20a_instmem *imem = node->base.imem;
 struct nvkm_ltc *ltc = imem->base.subdev.device->ltc;

 mutex_lock(&imem->lock);

 /* we should at least have one user to release... */
 if (WARN_ON(node->use_cpt == 0))
  goto out;

 /* add unused objs to the LRU list to recycle their mapping */
 if (--node->use_cpt == 0)
  list_add_tail(&node->vaddr_node, &imem->vaddr_lru);

out:
 mutex_unlock(&imem->lock);

 wmb();
 nvkm_ltc_invalidate(ltc);
}

static u32
gk20a_instobj_rd32(struct nvkm_memory *memory, u64 offset)
{
 struct gk20a_instobj *node = gk20a_instobj(memory);

 return node->vaddr[offset / 4];
}

static void
gk20a_instobj_wr32(struct nvkm_memory *memory, u64 offset, u32 data)
{
 struct gk20a_instobj *node = gk20a_instobj(memory);

 node->vaddr[offset / 4] = data;
}

static int
gk20a_instobj_map(struct nvkm_memory *memory, u64 offset, struct nvkm_vmm *vmm,
    struct nvkm_vma *vma, void *argv, u32 argc)
{
 struct gk20a_instobj *node = gk20a_instobj(memory);
 struct nvkm_vmm_map map = {
  .memory = &node->base.memory,
  .offset = offset,
  .mem = node->mn,
 };

 return nvkm_vmm_map(vmm, vma, argv, argc, &map);
}

static void *
gk20a_instobj_dtor_dma(struct nvkm_memory *memory)
{
 struct gk20a_instobj_dma *node = gk20a_instobj_dma(memory);
 struct gk20a_instmem *imem = node->base.imem;
 struct device *dev = imem->base.subdev.device->dev;

 if (unlikely(!node->base.vaddr))
  goto out;

 dma_free_attrs(dev, (u64)node->base.mn->length << PAGE_SHIFT,
         node->base.vaddr, node->handle, imem->attrs);

out:
 return node;
}

static void *
gk20a_instobj_dtor_iommu(struct nvkm_memory *memory)
{
 struct gk20a_instobj_iommu *node = gk20a_instobj_iommu(memory);
 struct gk20a_instmem *imem = node->base.imem;
 struct device *dev = imem->base.subdev.device->dev;
 struct nvkm_mm_node *r = node->base.mn;
 int i;

 if (unlikely(!r))
  goto out;

 mutex_lock(&imem->lock);

 /* vaddr has already been recycled */
 if (node->base.vaddr)
  gk20a_instobj_iommu_recycle_vaddr(node);

 mutex_unlock(&imem->lock);

 /* clear IOMMU bit to unmap pages */
 r->offset &= ~BIT(imem->iommu_bit - imem->iommu_pgshift);

 /* Unmap pages from GPU address space and free them */
 for (i = 0; i < node->base.mn->length; i++) {
  iommu_unmap(imem->domain,
       (r->offset + i) << imem->iommu_pgshift, PAGE_SIZE);
  dma_unmap_page(dev, node->dma_addrs[i], PAGE_SIZE,
          DMA_BIDIRECTIONAL);
  __free_page(node->pages[i]);
 }

 /* Release area from GPU address space */
 mutex_lock(imem->mm_mutex);
 nvkm_mm_free(imem->mm, &r);
 mutex_unlock(imem->mm_mutex);

out:
 return node;
}

static const struct nvkm_memory_func
gk20a_instobj_func_dma = {
 .dtor = gk20a_instobj_dtor_dma,
 .target = gk20a_instobj_target,
 .page = gk20a_instobj_page,
 .addr = gk20a_instobj_addr,
 .size = gk20a_instobj_size,
 .acquire = gk20a_instobj_acquire_dma,
 .release = gk20a_instobj_release_dma,
 .map = gk20a_instobj_map,
};

static const struct nvkm_memory_func
gk20a_instobj_func_iommu = {
 .dtor = gk20a_instobj_dtor_iommu,
 .target = gk20a_instobj_target,
 .page = gk20a_instobj_page,
 .addr = gk20a_instobj_addr,
 .size = gk20a_instobj_size,
 .acquire = gk20a_instobj_acquire_iommu,
 .release = gk20a_instobj_release_iommu,
 .map = gk20a_instobj_map,
};

static const struct nvkm_memory_ptrs
gk20a_instobj_ptrs = {
 .rd32 = gk20a_instobj_rd32,
 .wr32 = gk20a_instobj_wr32,
};

static int
gk20a_instobj_ctor_dma(struct gk20a_instmem *imem, u32 npages, u32 align,
         struct gk20a_instobj **_node)
{
 struct gk20a_instobj_dma *node;
 struct nvkm_subdev *subdev = &imem->base.subdev;
 struct device *dev = subdev->device->dev;

 if (!(node = kzalloc(sizeof(*node), GFP_KERNEL)))
  return -ENOMEM;
 *_node = &node->base;

 nvkm_memory_ctor(&gk20a_instobj_func_dma, &node->base.base.memory);
 node->base.base.memory.ptrs = &gk20a_instobj_ptrs;

 node->base.vaddr = dma_alloc_attrs(dev, npages << PAGE_SHIFT,
        &node->handle, GFP_KERNEL,
        imem->attrs);
 if (!node->base.vaddr) {
  nvkm_error(subdev, "cannot allocate DMA memory\n");
  return -ENOMEM;
 }

 /* alignment check */
 if (unlikely(node->handle & (align - 1)))
  nvkm_warn(subdev,
     "memory not aligned as requested: %pad (0x%x)\n",
     &node->handle, align);

 /* present memory for being mapped using small pages */
 node->r.type = 12;
 node->r.offset = node->handle >> 12;
 node->r.length = (npages << PAGE_SHIFT) >> 12;

 node->base.mn = &node->r;
 return 0;
}

static int
gk20a_instobj_ctor_iommu(struct gk20a_instmem *imem, u32 npages, u32 align,
    struct gk20a_instobj **_node)
{
 struct gk20a_instobj_iommu *node;
 struct nvkm_subdev *subdev = &imem->base.subdev;
 struct device *dev = subdev->device->dev;
 struct nvkm_mm_node *r;
 int ret;
 int i;

 /*
 * despite their variable size, instmem allocations are small enough
 * (< 1 page) to be handled by kzalloc
 */
 if (!(node = kzalloc(sizeof(*node) + ((sizeof(node->pages[0]) +
        sizeof(*node->dma_addrs)) * npages), GFP_KERNEL)))
  return -ENOMEM;
 *_node = &node->base;
 node->dma_addrs = (void *)(node->pages + npages);

 nvkm_memory_ctor(&gk20a_instobj_func_iommu, &node->base.base.memory);
 node->base.base.memory.ptrs = &gk20a_instobj_ptrs;

 /* Allocate backing memory */
 for (i = 0; i < npages; i++) {
  struct page *p = alloc_page(GFP_KERNEL);
  dma_addr_t dma_adr;

  if (p == NULL) {
   ret = -ENOMEM;
   goto free_pages;
  }
  node->pages[i] = p;
  dma_adr = dma_map_page(dev, p, 0, PAGE_SIZE, DMA_BIDIRECTIONAL);
  if (dma_mapping_error(dev, dma_adr)) {
   nvkm_error(subdev, "DMA mapping error!\n");
   ret = -ENOMEM;
   goto free_pages;
  }
  node->dma_addrs[i] = dma_adr;
 }

 mutex_lock(imem->mm_mutex);
 /* Reserve area from GPU address space */
 ret = nvkm_mm_head(imem->mm, 0, 1, npages, npages,
      align >> imem->iommu_pgshift, &r);
 mutex_unlock(imem->mm_mutex);
 if (ret) {
  nvkm_error(subdev, "IOMMU space is full!\n");
  goto free_pages;
 }

 /* Map into GPU address space */
 for (i = 0; i < npages; i++) {
  u32 offset = (r->offset + i) << imem->iommu_pgshift;

  ret = iommu_map(imem->domain, offset, node->dma_addrs[i],
    PAGE_SIZE, IOMMU_READ | IOMMU_WRITE,
    GFP_KERNEL);
  if (ret < 0) {
   nvkm_error(subdev, "IOMMU mapping failure: %d\n", ret);

   while (i-- > 0) {
    offset -= PAGE_SIZE;
    iommu_unmap(imem->domain, offset, PAGE_SIZE);
   }
   goto release_area;
  }
 }

 /* IOMMU bit tells that an address is to be resolved through the IOMMU */
 r->offset |= BIT(imem->iommu_bit - imem->iommu_pgshift);

 node->base.mn = r;
 return 0;

release_area:
 mutex_lock(imem->mm_mutex);
 nvkm_mm_free(imem->mm, &r);
 mutex_unlock(imem->mm_mutex);

free_pages:
 for (i = 0; i < npages && node->pages[i] != NULL; i++) {
  dma_addr_t dma_addr = node->dma_addrs[i];
  if (dma_addr)
   dma_unmap_page(dev, dma_addr, PAGE_SIZE,
           DMA_BIDIRECTIONAL);
  __free_page(node->pages[i]);
 }

 return ret;
}

static int
gk20a_instobj_new(struct nvkm_instmem *base, u32 size, u32 align, bool zero,
    struct nvkm_memory **pmemory)
{
 struct gk20a_instmem *imem = gk20a_instmem(base);
 struct nvkm_subdev *subdev = &imem->base.subdev;
 struct gk20a_instobj *node = NULL;
 int ret;

 nvkm_debug(subdev, "%s (%s): size: %x align: %x\n", __func__,
     imem->domain ? "IOMMU" : "DMA", size, align);

 /* Round size and align to page bounds */
 size = max(roundup(size, PAGE_SIZE), PAGE_SIZE);
 align = max(roundup(align, PAGE_SIZE), PAGE_SIZE);

 if (imem->domain)
  ret = gk20a_instobj_ctor_iommu(imem, size >> PAGE_SHIFT,
            align, &node);
 else
  ret = gk20a_instobj_ctor_dma(imem, size >> PAGE_SHIFT,
          align, &node);
 *pmemory = node ? &node->base.memory : NULL;
 if (ret)
  return ret;

 node->imem = imem;

 nvkm_debug(subdev, "alloc size: 0x%x, align: 0x%x, gaddr: 0x%llx\n",
     size, align, (u64)node->mn->offset << 12);

 return 0;
}

static void *
gk20a_instmem_dtor(struct nvkm_instmem *base)
{
 struct gk20a_instmem *imem = gk20a_instmem(base);

 /* perform some sanity checks... */
 if (!list_empty(&imem->vaddr_lru))
  nvkm_warn(&base->subdev, "instobj LRU not empty!\n");

 if (imem->vaddr_use != 0)
  nvkm_warn(&base->subdev, "instobj vmap area not empty! "
     "0x%x bytes still mapped\n", imem->vaddr_use);

 return imem;
}

static const struct nvkm_instmem_func
gk20a_instmem = {
 .dtor = gk20a_instmem_dtor,
 .suspend = nv04_instmem_suspend,
 .resume = nv04_instmem_resume,
 .memory_new = gk20a_instobj_new,
 .zero = false,
};

int
gk20a_instmem_new(struct nvkm_device *device, enum nvkm_subdev_type type, int inst,
    struct nvkm_instmem **pimem)
{
 struct nvkm_device_tegra *tdev = device->func->tegra(device);
 struct gk20a_instmem *imem;

 if (!(imem = kzalloc(sizeof(*imem), GFP_KERNEL)))
  return -ENOMEM;
 nvkm_instmem_ctor(&gk20a_instmem, device, type, inst, &imem->base);
 mutex_init(&imem->lock);
 *pimem = &imem->base;

 /* do not allow more than 1MB of CPU-mapped instmem */
 imem->vaddr_use = 0;
 imem->vaddr_max = 0x100000;
 INIT_LIST_HEAD(&imem->vaddr_lru);

 if (tdev->iommu.domain) {
  imem->mm_mutex = &tdev->iommu.mutex;
  imem->mm = &tdev->iommu.mm;
  imem->domain = tdev->iommu.domain;
  imem->iommu_pgshift = tdev->iommu.pgshift;
  imem->iommu_bit = tdev->func->iommu_bit;

  nvkm_info(&imem->base.subdev, "using IOMMU\n");
 } else {
  imem->attrs = DMA_ATTR_WEAK_ORDERING |
         DMA_ATTR_WRITE_COMBINE;

  nvkm_info(&imem->base.subdev, "using DMA API\n");
 }

 return 0;
}