drivers/gpu/drm/i915/i915_gem_context.c

   1 /*
   2  * Copyright © 2011-2012 Intel Corporation
   3  *
   4  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a
   5  * copy of this software and associated documentation files (the "Software"),
   6  * to deal in the Software without restriction, including without limitation
   7  * the rights to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense,
   8  * and/or sell copies of the Software, and to permit persons to whom the
   9  * Software is furnished to do so, subject to the following conditions:
  10  *
  11  * The above copyright notice and this permission notice (including the next
  12  * paragraph) shall be included in all copies or substantial portions of the
  13  * Software.
  14  *
  15  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
  16  * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
  17  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT.  IN NO EVENT SHALL
  18  * THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
  19  * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING
  20  * FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS
  21  * IN THE SOFTWARE.
  22  *
  23  * Authors:
  24  *    Ben Widawsky <ben@bwidawsk.net>
  25  *
  26  */
  27
  28 /*
  29  * This file implements HW context support. On gen5+ a HW context consists of an
  30  * opaque GPU object which is referenced at times of context saves and restores.
  31  * With RC6 enabled, the context is also referenced as the GPU enters and exists
  32  * from RC6 (GPU has it's own internal power context, except on gen5). Though
  33  * something like a context does exist for the media ring, the code only
  34  * supports contexts for the render ring.
  35  *
  36  * In software, there is a distinction between contexts created by the user,
  37  * and the default HW context. The default HW context is used by GPU clients
  38  * that do not request setup of their own hardware context. The default
  39  * context's state is never restored to help prevent programming errors. This
  40  * would happen if a client ran and piggy-backed off another clients GPU state.
  41  * The default context only exists to give the GPU some offset to load as the
  42  * current to invoke a save of the context we actually care about. In fact, the
  43  * code could likely be constructed, albeit in a more complicated fashion, to
  44  * never use the default context, though that limits the driver's ability to
  45  * swap out, and/or destroy other contexts.
  46  *
  47  * All other contexts are created as a request by the GPU client. These contexts
  48  * store GPU state, and thus allow GPU clients to not re-emit state (and
  49  * potentially query certain state) at any time. The kernel driver makes
  50  * certain that the appropriate commands are inserted.
  51  *
  52  * The context life cycle is semi-complicated in that context BOs may live
  53  * longer than the context itself because of the way the hardware, and object
  54  * tracking works. Below is a very crude representation of the state machine
  55  * describing the context life.
  56  *                                         refcount     pincount     active
  57  * S0: initial state                          0            0           0
  58  * S1: context created                        1            0           0
  59  * S2: context is currently running           2            1           X
  60  * S3: GPU referenced, but not current        2            0           1
  61  * S4: context is current, but destroyed      1            1           0
  62  * S5: like S3, but destroyed                 1            0           1
  63  *
  64  * The most common (but not all) transitions:
  65  * S0->S1: client creates a context
  66  * S1->S2: client submits execbuf with context
  67  * S2->S3: other clients submits execbuf with context
  68  * S3->S1: context object was retired
  69  * S3->S2: clients submits another execbuf
  70  * S2->S4: context destroy called with current context
  71  * S3->S5->S0: destroy path
  72  * S4->S5->S0: destroy path on current context
  73  *
  74  * There are two confusing terms used above:
  75  *  The "current context" means the context which is currently running on the
  76  *  GPU. The GPU has loaded it's state already and has stored away the gtt
  77  *  offset of the BO. The GPU is not actively referencing the data at this
  78  *  offset, but it will on the next context switch. The only way to avoid this
  79  *  is to do a GPU reset.
  80  *
  81  *  An "active context' is one which was previously the "current context" and is
  82  *  on the active list waiting for the next context switch to occur. Until this
  83  *  happens, the object must remain at the same gtt offset. It is therefore
  84  *  possible to destroy a context, but it is still active.
  85  *
  86  */
  87
  88 #include <drm/drmP.h>
  89 #include <drm/i915_drm.h>
  90 #include "i915_drv.h"
  91
  92 /* This is a HW constraint. The value below is the largest known requirement
  93  * I've seen in a spec to date, and that was a workaround for a non-shipping
  94  * part. It should be safe to decrease this, but it's more future proof as is.
  95  */
  96 #define CONTEXT_ALIGN (64<<10)
  97
  98 static struct i915_hw_context *
  99 i915_gem_context_get(struct drm_i915_file_private *file_priv, u32 id);
 100 static int do_switch(struct i915_hw_context *to);
 101
 102 static int get_context_size(struct drm_device *dev)
 103 {
 104         struct drm_i915_private *dev_priv = dev->dev_private;
 105         int ret;
 106         u32 reg;
 107
 108         switch (INTEL_INFO(dev)->gen) {
 109         case 6:
 110                 reg = I915_READ(CXT_SIZE);
 111                 ret = GEN6_CXT_TOTAL_SIZE(reg) * 64;
 112                 break;
 113         case 7:
 114                 reg = I915_READ(GEN7_CXT_SIZE);
 115                 if (IS_HASWELL(dev))
 116                         ret = HSW_CXT_TOTAL_SIZE;
 117                 else
 118                         ret = GEN7_CXT_TOTAL_SIZE(reg) * 64;
 119                 break;
 120         default:
 121                 BUG();
 122         }
 123
 124         return ret;
 125 }
 126
 127 static void do_destroy(struct i915_hw_context *ctx)
 128 {
 129         if (ctx->file_priv)
 130                 idr_remove(&ctx->file_priv->context_idr, ctx->id);
 131
 132         drm_gem_object_unreference(&ctx->obj->base);
 133         kfree(ctx);
 134 }
 135
 136 static struct i915_hw_context *
 137 create_hw_context(struct drm_device *dev,
 138                   struct drm_i915_file_private *file_priv)
 139 {
 140         struct drm_i915_private *dev_priv = dev->dev_private;
 141         struct i915_hw_context *ctx;
 142         int ret;
 143
 144         ctx = kzalloc(sizeof(*ctx), GFP_KERNEL);
 145         if (ctx == NULL)
 146                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
 147
 148         ctx->obj = i915_gem_alloc_object(dev, dev_priv->hw_context_size);
 149         if (ctx->obj == NULL) {
 150                 kfree(ctx);
 151                 DRM_DEBUG_DRIVER("Context object allocated failed\n");
 152                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
 153         }
 154
 155         if (INTEL_INFO(dev)->gen >= 7) {
 156                 ret = i915_gem_object_set_cache_level(ctx->obj,
 157                                                       I915_CACHE_LLC_MLC);
 158                 if (ret)
 159                         goto err_out;
 160         }
 161
 162         /* The ring associated with the context object is handled by the normal
 163          * object tracking code. We give an initial ring value simple to pass an
 164          * assertion in the context switch code.
 165          */
 166         ctx->ring = &dev_priv->ring[RCS];
 167
 168         /* Default context will never have a file_priv */
 169         if (file_priv == NULL)
 170                 return ctx;
 171
 172         ctx->file_priv = file_priv;
 173
 174         ret = idr_alloc(&file_priv->context_idr, ctx, DEFAULT_CONTEXT_ID + 1, 0,
 175                         GFP_KERNEL);
 176         if (ret < 0)
 177                 goto err_out;
 178         ctx->id = ret;
 179
 180         return ctx;
 181
 182 err_out:
 183         do_destroy(ctx);
 184         return ERR_PTR(ret);
 185 }
 186
 187 static inline bool is_default_context(struct i915_hw_context *ctx)
 188 {
 189         return (ctx == ctx->ring->default_context);
 190 }
 191
 192 /**
 193  * The default context needs to exist per ring that uses contexts. It stores the
 194  * context state of the GPU for applications that don't utilize HW contexts, as
 195  * well as an idle case.
 196  */
 197 static int create_default_context(struct drm_i915_private *dev_priv)
 198 {
 199         struct i915_hw_context *ctx;
 200         int ret;
 201
 202         BUG_ON(!mutex_is_locked(&dev_priv->dev->struct_mutex));
 203
 204         ctx = create_hw_context(dev_priv->dev, NULL);
 205         if (IS_ERR(ctx))
 206                 return PTR_ERR(ctx);
 207
 208         /* We may need to do things with the shrinker which require us to
 209          * immediately switch back to the default context. This can cause a
 210          * problem as pinning the default context also requires GTT space which
 211          * may not be available. To avoid this we always pin the
 212          * default context.
 213          */
 214         dev_priv->ring[RCS].default_context = ctx;
 215         ret = i915_gem_object_pin(ctx->obj, CONTEXT_ALIGN, false, false);
 216         if (ret)
 217                 goto err_destroy;
 218
 219         ret = do_switch(ctx);
 220         if (ret)
 221                 goto err_unpin;
 222
 223         DRM_DEBUG_DRIVER("Default HW context loaded\n");
 224         return 0;
 225
 226 err_unpin:
 227         i915_gem_object_unpin(ctx->obj);
 228 err_destroy:
 229         do_destroy(ctx);
 230         return ret;
 231 }
 232
 233 void i915_gem_context_init(struct drm_device *dev)
 234 {
 235         struct drm_i915_private *dev_priv = dev->dev_private;
 236
 237         if (!HAS_HW_CONTEXTS(dev)) {
 238                 dev_priv->hw_contexts_disabled = true;
 239                 return;
 240         }
 241
 242         /* If called from reset, or thaw... we've been here already */
 243         if (dev_priv->hw_contexts_disabled ||
 244             dev_priv->ring[RCS].default_context)
 245                 return;
 246
 247         dev_priv->hw_context_size = round_up(get_context_size(dev), 4096);
 248
 249         if (dev_priv->hw_context_size > (1<<20)) {
 250                 dev_priv->hw_contexts_disabled = true;
 251                 return;
 252         }
 253
 254         if (create_default_context(dev_priv)) {
 255                 dev_priv->hw_contexts_disabled = true;
 256                 return;
 257         }
 258
 259         DRM_DEBUG_DRIVER("HW context support initialized\n");
 260 }
 261
 262 void i915_gem_context_fini(struct drm_device *dev)
 263 {
 264         struct drm_i915_private *dev_priv = dev->dev_private;
 265
 266         if (dev_priv->hw_contexts_disabled)
 267                 return;
 268
 269         /* The only known way to stop the gpu from accessing the hw context is
 270          * to reset it. Do this as the very last operation to avoid confusing
 271          * other code, leading to spurious errors. */
 272         intel_gpu_reset(dev);
 273
 274         i915_gem_object_unpin(dev_priv->ring[RCS].default_context->obj);
 275
 276         do_destroy(dev_priv->ring[RCS].default_context);
 277 }
 278
 279 static int context_idr_cleanup(int id, void *p, void *data)
 280 {
 281         struct i915_hw_context *ctx = p;
 282
 283         BUG_ON(id == DEFAULT_CONTEXT_ID);
 284
 285         do_destroy(ctx);
 286
 287         return 0;
 288 }
 289
 290 void i915_gem_context_close(struct drm_device *dev, struct drm_file *file)
 291 {
 292         struct drm_i915_file_private *file_priv = file->driver_priv;
 293
 294         idr_for_each(&file_priv->context_idr, context_idr_cleanup, NULL);
 295         idr_destroy(&file_priv->context_idr);
 296 }
 297
 298 static struct i915_hw_context *
 299 i915_gem_context_get(struct drm_i915_file_private *file_priv, u32 id)
 300 {
 301         return (struct i915_hw_context *)idr_find(&file_priv->context_idr, id);
 302 }
 303
 304 static inline int
 305 mi_set_context(struct intel_ring_buffer *ring,
 306                struct i915_hw_context *new_context,
 307                u32 hw_flags)
 308 {
 309         int ret;
 310
 311         /* w/a: If Flush TLB Invalidation Mode is enabled, driver must do a TLB
 312          * invalidation prior to MI_SET_CONTEXT. On GEN6 we don't set the value
 313          * explicitly, so we rely on the value at ring init, stored in
 314          * itlb_before_ctx_switch.
 315          */
 316         if (IS_GEN6(ring->dev) && ring->itlb_before_ctx_switch) {
 317                 ret = ring->flush(ring, I915_GEM_GPU_DOMAINS, 0);
 318                 if (ret)
 319                         return ret;
 320         }
 321
 322         ret = intel_ring_begin(ring, 6);
 323         if (ret)
 324                 return ret;
 325
 326         if (IS_GEN7(ring->dev))
 327                 intel_ring_emit(ring, MI_ARB_ON_OFF | MI_ARB_DISABLE);
 328         else
 329                 intel_ring_emit(ring, MI_NOOP);
 330
 331         intel_ring_emit(ring, MI_NOOP);
 332         intel_ring_emit(ring, MI_SET_CONTEXT);
 333         intel_ring_emit(ring, new_context->obj->gtt_offset |
 334                         MI_MM_SPACE_GTT |
 335                         MI_SAVE_EXT_STATE_EN |
 336                         MI_RESTORE_EXT_STATE_EN |
 337                         hw_flags);
 338         /* w/a: MI_SET_CONTEXT must always be followed by MI_NOOP */
 339         intel_ring_emit(ring, MI_NOOP);
 340
 341         if (IS_GEN7(ring->dev))
 342                 intel_ring_emit(ring, MI_ARB_ON_OFF | MI_ARB_ENABLE);
 343         else
 344                 intel_ring_emit(ring, MI_NOOP);
 345
 346         intel_ring_advance(ring);
 347
 348         return ret;
 349 }
 350
 351 static int do_switch(struct i915_hw_context *to)
 352 {
 353         struct intel_ring_buffer *ring = to->ring;
 354         struct drm_i915_gem_object *from_obj = ring->last_context_obj;
 355         u32 hw_flags = 0;
 356         int ret;
 357
 358         BUG_ON(from_obj != NULL && from_obj->pin_count == 0);
 359
 360         if (from_obj == to->obj)
 361                 return 0;
 362
 363         ret = i915_gem_object_pin(to->obj, CONTEXT_ALIGN, false, false);
 364         if (ret)
 365                 return ret;
 366
 367         /* Clear this page out of any CPU caches for coherent swap-in/out. Note
 368          * that thanks to write = false in this call and us not setting any gpu
 369          * write domains when putting a context object onto the active list
 370          * (when switching away from it), this won't block.
 371          * XXX: We need a real interface to do this instead of trickery. */
 372         ret = i915_gem_object_set_to_gtt_domain(to->obj, false);
 373         if (ret) {
 374                 i915_gem_object_unpin(to->obj);
 375                 return ret;
 376         }
 377
 378         if (!to->obj->has_global_gtt_mapping)
 379                 i915_gem_gtt_bind_object(to->obj, to->obj->cache_level);
 380
 381         if (!to->is_initialized || is_default_context(to))
 382                 hw_flags |= MI_RESTORE_INHIBIT;
 383         else if (WARN_ON_ONCE(from_obj == to->obj)) /* not yet expected */
 384                 hw_flags |= MI_FORCE_RESTORE;
 385
 386         ret = mi_set_context(ring, to, hw_flags);
 387         if (ret) {
 388                 i915_gem_object_unpin(to->obj);
 389                 return ret;
 390         }
 391
 392         /* The backing object for the context is done after switching to the
 393          * *next* context. Therefore we cannot retire the previous context until
 394          * the next context has already started running. In fact, the below code
 395          * is a bit suboptimal because the retiring can occur simply after the
 396          * MI_SET_CONTEXT instead of when the next seqno has completed.
 397          */
 398         if (from_obj != NULL) {
 399                 from_obj->base.read_domains = I915_GEM_DOMAIN_INSTRUCTION;
 400                 i915_gem_object_move_to_active(from_obj, ring);
 401                 /* As long as MI_SET_CONTEXT is serializing, ie. it flushes the
 402                  * whole damn pipeline, we don't need to explicitly mark the
 403                  * object dirty. The only exception is that the context must be
 404                  * correct in case the object gets swapped out. Ideally we'd be
 405                  * able to defer doing this until we know the object would be
 406                  * swapped, but there is no way to do that yet.
 407                  */
 408                 from_obj->dirty = 1;
 409                 BUG_ON(from_obj->ring != ring);
 410                 i915_gem_object_unpin(from_obj);
 411
 412                 drm_gem_object_unreference(&from_obj->base);
 413         }
 414
 415         drm_gem_object_reference(&to->obj->base);
 416         ring->last_context_obj = to->obj;
 417         to->is_initialized = true;
 418
 419         return 0;
 420 }
 421
 422 /**
 423  * i915_switch_context() - perform a GPU context switch.
 424  * @ring: ring for which we'll execute the context switch
 425  * @file_priv: file_priv associated with the context, may be NULL
 426  * @id: context id number
 427  * @seqno: sequence number by which the new context will be switched to
 428  * @flags:
 429  *
 430  * The context life cycle is simple. The context refcount is incremented and
 431  * decremented by 1 and create and destroy. If the context is in use by the GPU,
 432  * it will have a refoucnt > 1. This allows us to destroy the context abstract
 433  * object while letting the normal object tracking destroy the backing BO.
 434  */
 435 int i915_switch_context(struct intel_ring_buffer *ring,
 436                         struct drm_file *file,
 437                         int to_id)
 438 {
 439         struct drm_i915_private *dev_priv = ring->dev->dev_private;
 440         struct i915_hw_context *to;
 441
 442         if (dev_priv->hw_contexts_disabled)
 443                 return 0;
 444
 445         if (ring != &dev_priv->ring[RCS])
 446                 return 0;
 447
 448         if (to_id == DEFAULT_CONTEXT_ID) {
 449                 to = ring->default_context;
 450         } else {
 451                 if (file == NULL)
 452                         return -EINVAL;
 453
 454                 to = i915_gem_context_get(file->driver_priv, to_id);
 455                 if (to == NULL)
 456                         return -ENOENT;
 457         }
 458
 459         return do_switch(to);
 460 }
 461
 462 int i915_gem_context_create_ioctl(struct drm_device *dev, void *data,
 463                                   struct drm_file *file)
 464 {
 465         struct drm_i915_private *dev_priv = dev->dev_private;
 466         struct drm_i915_gem_context_create *args = data;
 467         struct drm_i915_file_private *file_priv = file->driver_priv;
 468         struct i915_hw_context *ctx;
 469         int ret;
 470
 471         if (!(dev->driver->driver_features & DRIVER_GEM))
 472                 return -ENODEV;
 473
 474         if (dev_priv->hw_contexts_disabled)
 475                 return -ENODEV;
 476
 477         ret = i915_mutex_lock_interruptible(dev);
 478         if (ret)
 479                 return ret;
 480
 481         ctx = create_hw_context(dev, file_priv);
 482         mutex_unlock(&dev->struct_mutex);
 483         if (IS_ERR(ctx))
 484                 return PTR_ERR(ctx);
 485
 486         args->ctx_id = ctx->id;
 487         DRM_DEBUG_DRIVER("HW context %d created\n", args->ctx_id);
 488
 489         return 0;
 490 }
 491
 492 int i915_gem_context_destroy_ioctl(struct drm_device *dev, void *data,
 493                                    struct drm_file *file)
 494 {
 495         struct drm_i915_gem_context_destroy *args = data;
 496         struct drm_i915_file_private *file_priv = file->driver_priv;
 497         struct i915_hw_context *ctx;
 498         int ret;
 499
 500         if (!(dev->driver->driver_features & DRIVER_GEM))
 501                 return -ENODEV;
 502
 503         ret = i915_mutex_lock_interruptible(dev);
 504         if (ret)
 505                 return ret;
 506
 507         ctx = i915_gem_context_get(file_priv, args->ctx_id);
 508         if (!ctx) {
 509                 mutex_unlock(&dev->struct_mutex);
 510                 return -ENOENT;
 511         }
 512
 513         do_destroy(ctx);
 514
 515         mutex_unlock(&dev->struct_mutex);
 516
 517         DRM_DEBUG_DRIVER("HW context %d destroyed\n", args->ctx_id);
 518         return 0;
 519 }