arch/arm64/mm/init.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * Based on arch/arm/mm/init.c
   4  *
   5  * Copyright (C) 1995-2005 Russell King
   6  * Copyright (C) 2012 ARM Ltd.
   7  */
   8
   9 #include <linux/kernel.h>
  10 #include <linux/export.h>
  11 #include <linux/errno.h>
  12 #include <linux/swap.h>
  13 #include <linux/init.h>
  14 #include <linux/cache.h>
  15 #include <linux/mman.h>
  16 #include <linux/nodemask.h>
  17 #include <linux/initrd.h>
  18 #include <linux/gfp.h>
  19 #include <linux/memblock.h>
  20 #include <linux/sort.h>
  21 #include <linux/of.h>
  22 #include <linux/of_fdt.h>
  23 #include <linux/dma-direct.h>
  24 #include <linux/dma-map-ops.h>
  25 #include <linux/efi.h>
  26 #include <linux/swiotlb.h>
  27 #include <linux/vmalloc.h>
  28 #include <linux/mm.h>
  29 #include <linux/kexec.h>
  30 #include <linux/crash_dump.h>
  31 #include <linux/hugetlb.h>
  32 #include <linux/acpi_iort.h>
  33 #include <linux/kmemleak.h>
  34
  35 #include <asm/boot.h>
  36 #include <asm/fixmap.h>
  37 #include <asm/kasan.h>
  38 #include <asm/kernel-pgtable.h>
  39 #include <asm/kvm_host.h>
  40 #include <asm/memory.h>
  41 #include <asm/numa.h>
  42 #include <asm/sections.h>
  43 #include <asm/setup.h>
  44 #include <linux/sizes.h>
  45 #include <asm/tlb.h>
  46 #include <asm/alternative.h>
  47 #include <asm/xen/swiotlb-xen.h>
  48
  49 /*
  50  * We need to be able to catch inadvertent references to memstart_addr
  51  * that occur (potentially in generic code) before arm64_memblock_init()
  52  * executes, which assigns it its actual value. So use a default value
  53  * that cannot be mistaken for a real physical address.
  54  */
  55 s64 memstart_addr __ro_after_init = -1;
  56 EXPORT_SYMBOL(memstart_addr);
  57
  58 /*
  59  * If the corresponding config options are enabled, we create both ZONE_DMA
  60  * and ZONE_DMA32. By default ZONE_DMA covers the 32-bit addressable memory
  61  * unless restricted on specific platforms (e.g. 30-bit on Raspberry Pi 4).
  62  * In such case, ZONE_DMA32 covers the rest of the 32-bit addressable memory,
  63  * otherwise it is empty.
  64  */
  65 phys_addr_t arm64_dma_phys_limit __ro_after_init;
  66
  67 /*
  68  * reserve_crashkernel() - reserves memory for crash kernel
  69  *
  70  * This function reserves memory area given in "crashkernel=" kernel command
  71  * line parameter. The memory reserved is used by dump capture kernel when
  72  * primary kernel is crashing.
  73  */
  74 static void __init reserve_crashkernel(void)
  75 {
  76         unsigned long long crash_base, crash_size;
  77         unsigned long long crash_max = arm64_dma_phys_limit;
  78         int ret;
  79
  80         if (!IS_ENABLED(CONFIG_KEXEC_CORE))
  81                 return;
  82
  83         ret = parse_crashkernel(boot_command_line, memblock_phys_mem_size(),
  84                                 &crash_size, &crash_base);
  85         /* no crashkernel= or invalid value specified */
  86         if (ret || !crash_size)
  87                 return;
  88
  89         crash_size = PAGE_ALIGN(crash_size);
  90
  91         /* User specifies base address explicitly. */
  92         if (crash_base)
  93                 crash_max = crash_base + crash_size;
  94
  95         /* Current arm64 boot protocol requires 2MB alignment */
  96         crash_base = memblock_phys_alloc_range(crash_size, SZ_2M,
  97                                                crash_base, crash_max);
  98         if (!crash_base) {
  99                 pr_warn("cannot allocate crashkernel (size:0x%llx)\n",
 100                         crash_size);
 101                 return;
 102         }
 103
 104         pr_info("crashkernel reserved: 0x%016llx - 0x%016llx (%lld MB)\n",
 105                 crash_base, crash_base + crash_size, crash_size >> 20);
 106
 107         /*
 108          * The crashkernel memory will be removed from the kernel linear
 109          * map. Inform kmemleak so that it won't try to access it.
 110          */
 111         kmemleak_ignore_phys(crash_base);
 112         crashk_res.start = crash_base;
 113         crashk_res.end = crash_base + crash_size - 1;
 114 }
 115
 116 /*
 117  * Return the maximum physical address for a zone accessible by the given bits
 118  * limit. If DRAM starts above 32-bit, expand the zone to the maximum
 119  * available memory, otherwise cap it at 32-bit.
 120  */
 121 static phys_addr_t __init max_zone_phys(unsigned int zone_bits)
 122 {
 123         phys_addr_t zone_mask = DMA_BIT_MASK(zone_bits);
 124         phys_addr_t phys_start = memblock_start_of_DRAM();
 125
 126         if (phys_start > U32_MAX)
 127                 zone_mask = PHYS_ADDR_MAX;
 128         else if (phys_start > zone_mask)
 129                 zone_mask = U32_MAX;
 130
 131         return min(zone_mask, memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 132 }
 133
 134 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
 135 {
 136         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
 137         unsigned int __maybe_unused acpi_zone_dma_bits;
 138         unsigned int __maybe_unused dt_zone_dma_bits;
 139         phys_addr_t __maybe_unused dma32_phys_limit = max_zone_phys(32);
 140
 141 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 142         acpi_zone_dma_bits = fls64(acpi_iort_dma_get_max_cpu_address());
 143         dt_zone_dma_bits = fls64(of_dma_get_max_cpu_address(NULL));
 144         zone_dma_bits = min3(32U, dt_zone_dma_bits, acpi_zone_dma_bits);
 145         arm64_dma_phys_limit = max_zone_phys(zone_dma_bits);
 146         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
 147 #endif
 148 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 149         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(dma32_phys_limit);
 150         if (!arm64_dma_phys_limit)
 151                 arm64_dma_phys_limit = dma32_phys_limit;
 152 #endif
 153         if (!arm64_dma_phys_limit)
 154                 arm64_dma_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
 155         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max;
 156
 157         free_area_init(max_zone_pfns);
 158 }
 159
 160 int pfn_is_map_memory(unsigned long pfn)
 161 {
 162         phys_addr_t addr = PFN_PHYS(pfn);
 163
 164         /* avoid false positives for bogus PFNs, see comment in pfn_valid() */
 165         if (PHYS_PFN(addr) != pfn)
 166                 return 0;
 167
 168         return memblock_is_map_memory(addr);
 169 }
 170 EXPORT_SYMBOL(pfn_is_map_memory);
 171
 172 static phys_addr_t memory_limit __ro_after_init = PHYS_ADDR_MAX;
 173
 174 /*
 175  * Limit the memory size that was specified via FDT.
 176  */
 177 static int __init early_mem(char *p)
 178 {
 179         if (!p)
 180                 return 1;
 181
 182         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
 183         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
 184
 185         return 0;
 186 }
 187 early_param("mem", early_mem);
 188
 189 void __init arm64_memblock_init(void)
 190 {
 191         s64 linear_region_size = PAGE_END - _PAGE_OFFSET(vabits_actual);
 192
 193         /*
 194          * Corner case: 52-bit VA capable systems running KVM in nVHE mode may
 195          * be limited in their ability to support a linear map that exceeds 51
 196          * bits of VA space, depending on the placement of the ID map. Given
 197          * that the placement of the ID map may be randomized, let's simply
 198          * limit the kernel's linear map to 51 bits as well if we detect this
 199          * configuration.
 200          */
 201         if (IS_ENABLED(CONFIG_KVM) && vabits_actual == 52 &&
 202             is_hyp_mode_available() && !is_kernel_in_hyp_mode()) {
 203                 pr_info("Capping linear region to 51 bits for KVM in nVHE mode on LVA capable hardware.\n");
 204                 linear_region_size = min_t(u64, linear_region_size, BIT(51));
 205         }
 206
 207         /* Remove memory above our supported physical address size */
 208         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
 209
 210         /*
 211          * Select a suitable value for the base of physical memory.
 212          */
 213         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
 214                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 215
 216         if ((memblock_end_of_DRAM() - memstart_addr) > linear_region_size)
 217                 pr_warn("Memory doesn't fit in the linear mapping, VA_BITS too small\n");
 218
 219         /*
 220          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
 221          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
 222          * high in memory.
 223          */
 224         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
 225                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
 226         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
 227                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
 228                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
 229                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 230                 memblock_remove(0, memstart_addr);
 231         }
 232
 233         /*
 234          * If we are running with a 52-bit kernel VA config on a system that
 235          * does not support it, we have to place the available physical
 236          * memory in the 48-bit addressable part of the linear region, i.e.,
 237          * we have to move it upward. Since memstart_addr represents the
 238          * physical address of PAGE_OFFSET, we have to *subtract* from it.
 239          */
 240         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_VA_BITS_52) && (vabits_actual != 52))
 241                 memstart_addr -= _PAGE_OFFSET(48) - _PAGE_OFFSET(52);
 242
 243         /*
 244          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
 245          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
 246          * via the linear mapping.
 247          */
 248         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 249                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
 250                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
 251         }
 252
 253         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 254                 /*
 255                  * Add back the memory we just removed if it results in the
 256                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
 257                  * Otherwise, this is a no-op
 258                  */
 259                 u64 base = phys_initrd_start & PAGE_MASK;
 260                 u64 size = PAGE_ALIGN(phys_initrd_start + phys_initrd_size) - base;
 261
 262                 /*
 263                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
 264                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
 265                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
 266                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
 267                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
 268                  * always access both.
 269                  */
 270                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
 271                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
 272                                        linear_region_size,
 273                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
 274                         phys_initrd_size = 0;
 275                 } else {
 276                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
 277                         memblock_add(base, size);
 278                         memblock_reserve(base, size);
 279                 }
 280         }
 281
 282         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
 283                 extern u16 memstart_offset_seed;
 284                 u64 mmfr0 = read_cpuid(ID_AA64MMFR0_EL1);
 285                 int parange = cpuid_feature_extract_unsigned_field(
 286                                         mmfr0, ID_AA64MMFR0_PARANGE_SHIFT);
 287                 s64 range = linear_region_size -
 288                             BIT(id_aa64mmfr0_parange_to_phys_shift(parange));
 289
 290                 /*
 291                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
 292                  * margin, the size of the region that the physical memory can
 293                  * span, randomize the linear region as well.
 294                  */
 295                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= (s64)ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
 296                         range /= ARM64_MEMSTART_ALIGN;
 297                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
 298                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
 299                 }
 300         }
 301
 302         /*
 303          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
 304          * pagetables with memblock.
 305          */
 306         memblock_reserve(__pa_symbol(_stext), _end - _stext);
 307         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 308                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
 309                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
 310                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
 311         }
 312
 313         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 314
 315         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 316 }
 317
 318 void __init bootmem_init(void)
 319 {
 320         unsigned long min, max;
 321
 322         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
 323         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
 324
 325         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
 326
 327         max_pfn = max_low_pfn = max;
 328         min_low_pfn = min;
 329
 330         arch_numa_init();
 331
 332         /*
 333          * must be done after arch_numa_init() which calls numa_init() to
 334          * initialize node_online_map that gets used in hugetlb_cma_reserve()
 335          * while allocating required CMA size across online nodes.
 336          */
 337 #if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) && defined(CONFIG_CMA)
 338         arm64_hugetlb_cma_reserve();
 339 #endif
 340
 341         dma_pernuma_cma_reserve();
 342
 343         kvm_hyp_reserve();
 344
 345         /*
 346          * sparse_init() tries to allocate memory from memblock, so must be
 347          * done after the fixed reservations
 348          */
 349         sparse_init();
 350         zone_sizes_init(min, max);
 351
 352         /*
 353          * Reserve the CMA area after arm64_dma_phys_limit was initialised.
 354          */
 355         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
 356
 357         /*
 358          * request_standard_resources() depends on crashkernel's memory being
 359          * reserved, so do it here.
 360          */
 361         reserve_crashkernel();
 362
 363         memblock_dump_all();
 364 }
 365
 366 /*
 367  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
 368  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
 369  * memory after the kernel image.
 370  */
 371 void __init mem_init(void)
 372 {
 373         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
 374             max_pfn > PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit))
 375                 swiotlb_init(1);
 376         else if (!xen_swiotlb_detect())
 377                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
 378
 379         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 380         memblock_free_all();
 381
 382         /*
 383          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
 384          * detected at build time already.
 385          */
 386 #ifdef CONFIG_COMPAT
 387         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32 > DEFAULT_MAP_WINDOW_64);
 388 #endif
 389
 390         /*
 391          * Selected page table levels should match when derived from
 392          * scratch using the virtual address range and page size.
 393          */
 394         BUILD_BUG_ON(ARM64_HW_PGTABLE_LEVELS(CONFIG_ARM64_VA_BITS) !=
 395                      CONFIG_PGTABLE_LEVELS);
 396
 397         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
 398                 extern int sysctl_overcommit_memory;
 399                 /*
 400                  * On a machine this small we won't get anywhere without
 401                  * overcommit, so turn it on by default.
 402                  */
 403                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
 404         }
 405 }
 406
 407 void free_initmem(void)
 408 {
 409         free_reserved_area(lm_alias(__init_begin),
 410                            lm_alias(__init_end),
 411                            POISON_FREE_INITMEM, "unused kernel");
 412         /*
 413          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
 414          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
 415          * is not supported by kallsyms.
 416          */
 417         vunmap_range((u64)__init_begin, (u64)__init_end);
 418 }
 419
 420 void dump_mem_limit(void)
 421 {
 422         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 423                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
 424         } else {
 425                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
 426         }
 427 }