[POWERPC] Use 4kB iommu pages even on 64kB-page systems
authorLinas Vepstas <linas@austin.ibm.com>
Mon, 30 Oct 2006 05:15:59 +0000 (16:15 +1100)
committerPaul Mackerras <paulus@samba.org>
Wed, 1 Nov 2006 03:52:48 +0000 (14:52 +1100)
The 10Gigabit ethernet device drivers appear to be able to chew
up all 256MB of TCE mappings on pSeries systems, as evidenced by
numerous error messages:

 iommu_alloc failed, tbl c0000000010d5c48 vaddr c0000000d875eff0 npages 1

Some experimentation indicates that this is essentially because
one 1500 byte ethernet MTU gets mapped as a 64K DMA region when
the large 64K pages are enabled. Thus, it doesn't take much to
exhaust all of the available DMA mappings for a high-speed card.

This patch changes the iommu allocator to work with its own
unique, distinct page size. Although the patch is long, its
actually quite simple: it just #defines a distinct IOMMU_PAGE_SIZE
and then uses this in all the places that matter.

As a side effect, it also dramatically improves network performance
on platforms with H-calls on iommu translation inserts/removes (since
we no longer call it 16 times for a 1500 bytes packet when the iommu HW
is still 4k).

In the future, we might want to make the IOMMU_PAGE_SIZE a variable
in the iommu_table instance, thus allowing support for different HW
page sizes in the iommu itself.

Signed-off-by: Linas Vepstas <linas@austin.ibm.com>
Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
Acked-by: Olof Johansson <olof@lixom.net>
Acked-by: Stephen Rothwell <sfr@canb.auug.org.au>
Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@samba.org>
arch/powerpc/kernel/iommu.c
arch/powerpc/kernel/vio.c
arch/powerpc/platforms/iseries/iommu.c
arch/powerpc/platforms/pseries/iommu.c
arch/powerpc/sysdev/dart.h
arch/powerpc/sysdev/dart_iommu.c
include/asm-powerpc/iommu.h
include/asm-powerpc/tce.h

index f88a2a675d90f0d63f202e54c8ddafb4e476ebe1..ba6b7256084b31bb64ecd602782bc48ef3bdf545 100644 (file)
@@ -47,6 +47,17 @@ static int novmerge = 0;
 static int novmerge = 1;
 #endif
 
+static inline unsigned long iommu_num_pages(unsigned long vaddr,
+                                           unsigned long slen)
+{
+       unsigned long npages;
+
+       npages = IOMMU_PAGE_ALIGN(vaddr + slen) - (vaddr & IOMMU_PAGE_MASK);
+       npages >>= IOMMU_PAGE_SHIFT;
+
+       return npages;
+}
+
 static int __init setup_iommu(char *str)
 {
        if (!strcmp(str, "novmerge"))
@@ -178,10 +189,10 @@ static dma_addr_t iommu_alloc(struct iommu_table *tbl, void *page,
        }
 
        entry += tbl->it_offset;        /* Offset into real TCE table */
-       ret = entry << PAGE_SHIFT;      /* Set the return dma address */
+       ret = entry << IOMMU_PAGE_SHIFT;        /* Set the return dma address */
 
        /* Put the TCEs in the HW table */
-       ppc_md.tce_build(tbl, entry, npages, (unsigned long)page & PAGE_MASK,
+       ppc_md.tce_build(tbl, entry, npages, (unsigned long)page & IOMMU_PAGE_MASK,
                         direction);
 
 
@@ -203,7 +214,7 @@ static void __iommu_free(struct iommu_table *tbl, dma_addr_t dma_addr,
        unsigned long entry, free_entry;
        unsigned long i;
 
-       entry = dma_addr >> PAGE_SHIFT;
+       entry = dma_addr >> IOMMU_PAGE_SHIFT;
        free_entry = entry - tbl->it_offset;
 
        if (((free_entry + npages) > tbl->it_size) ||
@@ -270,7 +281,7 @@ int iommu_map_sg(struct device *dev, struct iommu_table *tbl,
        /* Init first segment length for backout at failure */
        outs->dma_length = 0;
 
-       DBG("mapping %d elements:\n", nelems);
+       DBG("sg mapping %d elements:\n", nelems);
 
        spin_lock_irqsave(&(tbl->it_lock), flags);
 
@@ -285,9 +296,8 @@ int iommu_map_sg(struct device *dev, struct iommu_table *tbl,
                }
                /* Allocate iommu entries for that segment */
                vaddr = (unsigned long)page_address(s->page) + s->offset;
-               npages = PAGE_ALIGN(vaddr + slen) - (vaddr & PAGE_MASK);
-               npages >>= PAGE_SHIFT;
-               entry = iommu_range_alloc(tbl, npages, &handle, mask >> PAGE_SHIFT, 0);
+               npages = iommu_num_pages(vaddr, slen);
+               entry = iommu_range_alloc(tbl, npages, &handle, mask >> IOMMU_PAGE_SHIFT, 0);
 
                DBG("  - vaddr: %lx, size: %lx\n", vaddr, slen);
 
@@ -301,14 +311,14 @@ int iommu_map_sg(struct device *dev, struct iommu_table *tbl,
 
                /* Convert entry to a dma_addr_t */
                entry += tbl->it_offset;
-               dma_addr = entry << PAGE_SHIFT;
-               dma_addr |= s->offset;
+               dma_addr = entry << IOMMU_PAGE_SHIFT;
+               dma_addr |= (s->offset & ~IOMMU_PAGE_MASK);
 
-               DBG("  - %lx pages, entry: %lx, dma_addr: %lx\n",
+               DBG("  - %lu pages, entry: %lx, dma_addr: %lx\n",
                            npages, entry, dma_addr);
 
                /* Insert into HW table */
-               ppc_md.tce_build(tbl, entry, npages, vaddr & PAGE_MASK, direction);
+               ppc_md.tce_build(tbl, entry, npages, vaddr & IOMMU_PAGE_MASK, direction);
 
                /* If we are in an open segment, try merging */
                if (segstart != s) {
@@ -323,7 +333,7 @@ int iommu_map_sg(struct device *dev, struct iommu_table *tbl,
                                DBG("    can't merge, new segment.\n");
                        } else {
                                outs->dma_length += s->length;
-                               DBG("    merged, new len: %lx\n", outs->dma_length);
+                               DBG("    merged, new len: %ux\n", outs->dma_length);
                        }
                }
 
@@ -367,9 +377,8 @@ int iommu_map_sg(struct device *dev, struct iommu_table *tbl,
                if (s->dma_length != 0) {
                        unsigned long vaddr, npages;
 
-                       vaddr = s->dma_address & PAGE_MASK;
-                       npages = (PAGE_ALIGN(s->dma_address + s->dma_length) - vaddr)
-                               >> PAGE_SHIFT;
+                       vaddr = s->dma_address & IOMMU_PAGE_MASK;
+                       npages = iommu_num_pages(s->dma_address, s->dma_length);
                        __iommu_free(tbl, vaddr, npages);
                        s->dma_address = DMA_ERROR_CODE;
                        s->dma_length = 0;
@@ -398,8 +407,7 @@ void iommu_unmap_sg(struct iommu_table *tbl, struct scatterlist *sglist,
 
                if (sglist->dma_length == 0)
                        break;
-               npages = (PAGE_ALIGN(dma_handle + sglist->dma_length)
-                         - (dma_handle & PAGE_MASK)) >> PAGE_SHIFT;
+               npages = iommu_num_pages(dma_handle,sglist->dma_length);
                __iommu_free(tbl, dma_handle, npages);
                sglist++;
        }
@@ -532,12 +540,11 @@ dma_addr_t iommu_map_single(struct iommu_table *tbl, void *vaddr,
        BUG_ON(direction == DMA_NONE);
 
        uaddr = (unsigned long)vaddr;
-       npages = PAGE_ALIGN(uaddr + size) - (uaddr & PAGE_MASK);
-       npages >>= PAGE_SHIFT;
+       npages = iommu_num_pages(uaddr, size);
 
        if (tbl) {
                dma_handle = iommu_alloc(tbl, vaddr, npages, direction,
-                                        mask >> PAGE_SHIFT, 0);
+                                        mask >> IOMMU_PAGE_SHIFT, 0);
                if (dma_handle == DMA_ERROR_CODE) {
                        if (printk_ratelimit())  {
                                printk(KERN_INFO "iommu_alloc failed, "
@@ -545,7 +552,7 @@ dma_addr_t iommu_map_single(struct iommu_table *tbl, void *vaddr,
                                                tbl, vaddr, npages);
                        }
                } else
-                       dma_handle |= (uaddr & ~PAGE_MASK);
+                       dma_handle |= (uaddr & ~IOMMU_PAGE_MASK);
        }
 
        return dma_handle;
@@ -554,11 +561,14 @@ dma_addr_t iommu_map_single(struct iommu_table *tbl, void *vaddr,
 void iommu_unmap_single(struct iommu_table *tbl, dma_addr_t dma_handle,
                size_t size, enum dma_data_direction direction)
 {
+       unsigned int npages;
+
        BUG_ON(direction == DMA_NONE);
 
-       if (tbl)
-               iommu_free(tbl, dma_handle, (PAGE_ALIGN(dma_handle + size) -
-                                       (dma_handle & PAGE_MASK)) >> PAGE_SHIFT);
+       if (tbl) {
+               npages = iommu_num_pages(dma_handle, size);
+               iommu_free(tbl, dma_handle, npages);
+       }
 }
 
 /* Allocates a contiguous real buffer and creates mappings over it.
@@ -570,11 +580,11 @@ void *iommu_alloc_coherent(struct iommu_table *tbl, size_t size,
 {
        void *ret = NULL;
        dma_addr_t mapping;
-       unsigned int npages, order;
+       unsigned int order;
+       unsigned int nio_pages, io_order;
        struct page *page;
 
        size = PAGE_ALIGN(size);
-       npages = size >> PAGE_SHIFT;
        order = get_order(size);
 
        /*
@@ -598,8 +608,10 @@ void *iommu_alloc_coherent(struct iommu_table *tbl, size_t size,
        memset(ret, 0, size);
 
        /* Set up tces to cover the allocated range */
-       mapping = iommu_alloc(tbl, ret, npages, DMA_BIDIRECTIONAL,
-                             mask >> PAGE_SHIFT, order);
+       nio_pages = size >> IOMMU_PAGE_SHIFT;
+       io_order = get_iommu_order(size);
+       mapping = iommu_alloc(tbl, ret, nio_pages, DMA_BIDIRECTIONAL,
+                             mask >> IOMMU_PAGE_SHIFT, io_order);
        if (mapping == DMA_ERROR_CODE) {
                free_pages((unsigned long)ret, order);
                return NULL;
@@ -611,12 +623,13 @@ void *iommu_alloc_coherent(struct iommu_table *tbl, size_t size,
 void iommu_free_coherent(struct iommu_table *tbl, size_t size,
                         void *vaddr, dma_addr_t dma_handle)
 {
-       unsigned int npages;
-
        if (tbl) {
+               unsigned int nio_pages;
+
+               size = PAGE_ALIGN(size);
+               nio_pages = size >> IOMMU_PAGE_SHIFT;
+               iommu_free(tbl, dma_handle, nio_pages);
                size = PAGE_ALIGN(size);
-               npages = size >> PAGE_SHIFT;
-               iommu_free(tbl, dma_handle, npages);
                free_pages((unsigned long)vaddr, get_order(size));
        }
 }
index cb87e71eec665666d762a7a0ec951a9bac137351..ed007878d1bf977f311f941d0c3351c96968da63 100644 (file)
@@ -92,9 +92,9 @@ static struct iommu_table *vio_build_iommu_table(struct vio_dev *dev)
                                &tbl->it_index, &offset, &size);
 
                /* TCE table size - measured in tce entries */
-               tbl->it_size = size >> PAGE_SHIFT;
+               tbl->it_size = size >> IOMMU_PAGE_SHIFT;
                /* offset for VIO should always be 0 */
-               tbl->it_offset = offset >> PAGE_SHIFT;
+               tbl->it_offset = offset >> IOMMU_PAGE_SHIFT;
                tbl->it_busno = 0;
                tbl->it_type = TCE_VB;
 
index f4cbbcf8773a77a17b7c54380034c27fd1096931..218817d13c5cd9943b5bdea6d76ce1f993286117 100644 (file)
@@ -43,9 +43,6 @@ static void tce_build_iSeries(struct iommu_table *tbl, long index, long npages,
        u64 rc;
        u64 tce, rpn;
 
-       index <<= TCE_PAGE_FACTOR;
-       npages <<= TCE_PAGE_FACTOR;
-
        while (npages--) {
                rpn = virt_to_abs(uaddr) >> TCE_SHIFT;
                tce = (rpn & TCE_RPN_MASK) << TCE_RPN_SHIFT;
@@ -75,9 +72,6 @@ static void tce_free_iSeries(struct iommu_table *tbl, long index, long npages)
 {
        u64 rc;
 
-       npages <<= TCE_PAGE_FACTOR;
-       index <<= TCE_PAGE_FACTOR;
-
        while (npages--) {
                rc = HvCallXm_setTce((u64)tbl->it_index, (u64)index, 0);
                if (rc)
@@ -136,10 +130,9 @@ void iommu_table_getparms_iSeries(unsigned long busno,
                panic("PCI_DMA: parms->size is zero, parms is 0x%p", parms);
 
        /* itc_size is in pages worth of table, it_size is in # of entries */
-       tbl->it_size = ((parms->itc_size * TCE_PAGE_SIZE) /
-                       TCE_ENTRY_SIZE) >> TCE_PAGE_FACTOR;
+       tbl->it_size = (parms->itc_size * TCE_PAGE_SIZE) / TCE_ENTRY_SIZE;
        tbl->it_busno = parms->itc_busno;
-       tbl->it_offset = parms->itc_offset >> TCE_PAGE_FACTOR;
+       tbl->it_offset = parms->itc_offset;
        tbl->it_index = parms->itc_index;
        tbl->it_blocksize = 1;
        tbl->it_type = virtbus ? TCE_VB : TCE_PCI;
index d24ba547e53f162a9a95e47a474ddbfb17be4530..556c279a789d4046d7c72647b271e2bffad7327a 100644 (file)
@@ -57,9 +57,6 @@ static void tce_build_pSeries(struct iommu_table *tbl, long index,
        u64 *tcep;
        u64 rpn;
 
-       index <<= TCE_PAGE_FACTOR;
-       npages <<= TCE_PAGE_FACTOR;
-
        proto_tce = TCE_PCI_READ; // Read allowed
 
        if (direction != DMA_TO_DEVICE)
@@ -82,9 +79,6 @@ static void tce_free_pSeries(struct iommu_table *tbl, long index, long npages)
 {
        u64 *tcep;
 
-       npages <<= TCE_PAGE_FACTOR;
-       index <<= TCE_PAGE_FACTOR;
-
        tcep = ((u64 *)tbl->it_base) + index;
 
        while (npages--)
@@ -95,7 +89,6 @@ static unsigned long tce_get_pseries(struct iommu_table *tbl, long index)
 {
        u64 *tcep;
 
-       index <<= TCE_PAGE_FACTOR;
        tcep = ((u64 *)tbl->it_base) + index;
 
        return *tcep;
@@ -109,9 +102,6 @@ static void tce_build_pSeriesLP(struct iommu_table *tbl, long tcenum,
        u64 proto_tce, tce;
        u64 rpn;
 
-       tcenum <<= TCE_PAGE_FACTOR;
-       npages <<= TCE_PAGE_FACTOR;
-
        rpn = (virt_to_abs(uaddr)) >> TCE_SHIFT;
        proto_tce = TCE_PCI_READ;
        if (direction != DMA_TO_DEVICE)
@@ -146,7 +136,7 @@ static void tce_buildmulti_pSeriesLP(struct iommu_table *tbl, long tcenum,
        u64 rpn;
        long l, limit;
 
-       if (TCE_PAGE_FACTOR == 0 && npages == 1)
+       if (npages == 1)
                return tce_build_pSeriesLP(tbl, tcenum, npages, uaddr,
                                           direction);
 
@@ -164,9 +154,6 @@ static void tce_buildmulti_pSeriesLP(struct iommu_table *tbl, long tcenum,
                __get_cpu_var(tce_page) = tcep;
        }
 
-       tcenum <<= TCE_PAGE_FACTOR;
-       npages <<= TCE_PAGE_FACTOR;
-
        rpn = (virt_to_abs(uaddr)) >> TCE_SHIFT;
        proto_tce = TCE_PCI_READ;
        if (direction != DMA_TO_DEVICE)
@@ -207,9 +194,6 @@ static void tce_free_pSeriesLP(struct iommu_table *tbl, long tcenum, long npages
 {
        u64 rc;
 
-       tcenum <<= TCE_PAGE_FACTOR;
-       npages <<= TCE_PAGE_FACTOR;
-
        while (npages--) {
                rc = plpar_tce_put((u64)tbl->it_index, (u64)tcenum << 12, 0);
 
@@ -229,9 +213,6 @@ static void tce_freemulti_pSeriesLP(struct iommu_table *tbl, long tcenum, long n
 {
        u64 rc;
 
-       tcenum <<= TCE_PAGE_FACTOR;
-       npages <<= TCE_PAGE_FACTOR;
-
        rc = plpar_tce_stuff((u64)tbl->it_index, (u64)tcenum << 12, 0, npages);
 
        if (rc && printk_ratelimit()) {
@@ -248,7 +229,6 @@ static unsigned long tce_get_pSeriesLP(struct iommu_table *tbl, long tcenum)
        u64 rc;
        unsigned long tce_ret;
 
-       tcenum <<= TCE_PAGE_FACTOR;
        rc = plpar_tce_get((u64)tbl->it_index, (u64)tcenum << 12, &tce_ret);
 
        if (rc && printk_ratelimit()) {
@@ -289,7 +269,7 @@ static void iommu_table_setparms(struct pci_controller *phb,
        tbl->it_busno = phb->bus->number;
 
        /* Units of tce entries */
-       tbl->it_offset = phb->dma_window_base_cur >> PAGE_SHIFT;
+       tbl->it_offset = phb->dma_window_base_cur >> IOMMU_PAGE_SHIFT;
 
        /* Test if we are going over 2GB of DMA space */
        if (phb->dma_window_base_cur + phb->dma_window_size > 0x80000000ul) {
@@ -300,7 +280,7 @@ static void iommu_table_setparms(struct pci_controller *phb,
        phb->dma_window_base_cur += phb->dma_window_size;
 
        /* Set the tce table size - measured in entries */
-       tbl->it_size = phb->dma_window_size >> PAGE_SHIFT;
+       tbl->it_size = phb->dma_window_size >> IOMMU_PAGE_SHIFT;
 
        tbl->it_index = 0;
        tbl->it_blocksize = 16;
@@ -325,8 +305,8 @@ static void iommu_table_setparms_lpar(struct pci_controller *phb,
        tbl->it_base   = 0;
        tbl->it_blocksize  = 16;
        tbl->it_type = TCE_PCI;
-       tbl->it_offset = offset >> PAGE_SHIFT;
-       tbl->it_size = size >> PAGE_SHIFT;
+       tbl->it_offset = offset >> IOMMU_PAGE_SHIFT;
+       tbl->it_size = size >> IOMMU_PAGE_SHIFT;
 }
 
 static void iommu_bus_setup_pSeries(struct pci_bus *bus)
@@ -522,8 +502,6 @@ static void iommu_dev_setup_pSeriesLP(struct pci_dev *dev)
        const void *dma_window = NULL;
        struct pci_dn *pci;
 
-       DBG("iommu_dev_setup_pSeriesLP, dev %p (%s)\n", dev, pci_name(dev));
-
        /* dev setup for LPAR is a little tricky, since the device tree might
         * contain the dma-window properties per-device and not neccesarily
         * for the bus. So we need to search upwards in the tree until we
@@ -532,6 +510,9 @@ static void iommu_dev_setup_pSeriesLP(struct pci_dev *dev)
         */
        dn = pci_device_to_OF_node(dev);
 
+       DBG("iommu_dev_setup_pSeriesLP, dev %p (%s) %s\n",
+            dev, pci_name(dev), dn->full_name);
+
        for (pdn = dn; pdn && PCI_DN(pdn) && !PCI_DN(pdn)->iommu_table;
             pdn = pdn->parent) {
                dma_window = get_property(pdn, "ibm,dma-window", NULL);
index 1c8817c4835ee780dcf5f0e0cc285cd4f790d86f..ff202edb0591d2fb55afabd99004ba3a3e38ec80 100644 (file)
@@ -72,7 +72,6 @@
 
 #define DART_PAGE_SHIFT                12
 #define DART_PAGE_SIZE         (1 << DART_PAGE_SHIFT)
-#define DART_PAGE_FACTOR       (PAGE_SHIFT - DART_PAGE_SHIFT)
 
 
 #endif /* _POWERPC_SYSDEV_DART_H */
index 03b4477dd7f0a88e4e6ac0797a9a3c4d29cda7bf..572b7846cc77226870784995534d98ea794bd979 100644 (file)
@@ -156,9 +156,6 @@ static void dart_build(struct iommu_table *tbl, long index,
 
        DBG("dart: build at: %lx, %lx, addr: %x\n", index, npages, uaddr);
 
-       index <<= DART_PAGE_FACTOR;
-       npages <<= DART_PAGE_FACTOR;
-
        dp = ((unsigned int*)tbl->it_base) + index;
 
        /* On U3, all memory is contigous, so we can move this
@@ -199,9 +196,6 @@ static void dart_free(struct iommu_table *tbl, long index, long npages)
 
        DBG("dart: free at: %lx, %lx\n", index, npages);
 
-       index <<= DART_PAGE_FACTOR;
-       npages <<= DART_PAGE_FACTOR;
-
        dp  = ((unsigned int *)tbl->it_base) + index;
 
        while (npages--)
@@ -281,7 +275,7 @@ static void iommu_table_dart_setup(void)
        iommu_table_dart.it_busno = 0;
        iommu_table_dart.it_offset = 0;
        /* it_size is in number of entries */
-       iommu_table_dart.it_size = (dart_tablesize / sizeof(u32)) >> DART_PAGE_FACTOR;
+       iommu_table_dart.it_size = dart_tablesize / sizeof(u32);
 
        /* Initialize the common IOMMU code */
        iommu_table_dart.it_base = (unsigned long)dart_vbase;
index a5e98641a2ae7a8b3724d328687e7dd46a454119..39fad685ffab6c99f72b060141ba7902d1efd607 100644 (file)
 #define _ASM_IOMMU_H
 #ifdef __KERNEL__
 
-#include <asm/types.h>
+#include <linux/compiler.h>
 #include <linux/spinlock.h>
 #include <linux/device.h>
 #include <linux/dma-mapping.h>
+#include <asm/types.h>
+#include <asm/bitops.h>
+
+#define IOMMU_PAGE_SHIFT      12
+#define IOMMU_PAGE_SIZE       (ASM_CONST(1) << IOMMU_PAGE_SHIFT)
+#define IOMMU_PAGE_MASK       (~((1 << IOMMU_PAGE_SHIFT) - 1))
+#define IOMMU_PAGE_ALIGN(addr) _ALIGN_UP(addr, IOMMU_PAGE_SIZE)
+
+#ifndef __ASSEMBLY__
+
+/* Pure 2^n version of get_order */
+static __inline__ __attribute_const__ int get_iommu_order(unsigned long size)
+{
+       return __ilog2((size - 1) >> IOMMU_PAGE_SHIFT) + 1;
+}
+
+#endif   /* __ASSEMBLY__ */
+
 
 /*
  * IOMAP_MAX_ORDER defines the largest contiguous block
  * of dma space we can get.  IOMAP_MAX_ORDER = 13
  * allows up to 2**12 pages (4096 * 4096) = 16 MB
  */
-#define IOMAP_MAX_ORDER 13
+#define IOMAP_MAX_ORDER                13
 
 struct iommu_table {
        unsigned long  it_busno;     /* Bus number this table belongs to */
index c9483adbf59994edc016a90b4f8dfac29449e72f..f663634cccc9c89b8d87164d98387cc61e97773a 100644 (file)
@@ -22,6 +22,8 @@
 #define _ASM_POWERPC_TCE_H
 #ifdef __KERNEL__
 
+#include <asm/iommu.h>
+
 /*
  * Tces come in two formats, one for the virtual bus and a different
  * format for PCI
@@ -33,7 +35,6 @@
 
 #define TCE_SHIFT      12
 #define TCE_PAGE_SIZE  (1 << TCE_SHIFT)
-#define TCE_PAGE_FACTOR        (PAGE_SHIFT - TCE_SHIFT)
 
 #define TCE_ENTRY_SIZE         8               /* each TCE is 64 bits */