arch/arm64/mm/init.c

   1 /*
   2  * Based on arch/arm/mm/init.c
   3  *
   4  * Copyright (C) 1995-2005 Russell King
   5  * Copyright (C) 2012 ARM Ltd.
   6  *
   7  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   8  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
   9  * published by the Free Software Foundation.
  10  *
  11  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14  * GNU General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  17  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  18  */
  19
  20 #include <linux/kernel.h>
  21 #include <linux/export.h>
  22 #include <linux/errno.h>
  23 #include <linux/swap.h>
  24 #include <linux/init.h>
  25 #include <linux/cache.h>
  26 #include <linux/mman.h>
  27 #include <linux/nodemask.h>
  28 #include <linux/initrd.h>
  29 #include <linux/gfp.h>
  30 #include <linux/memblock.h>
  31 #include <linux/sort.h>
  32 #include <linux/of.h>
  33 #include <linux/of_fdt.h>
  34 #include <linux/dma-mapping.h>
  35 #include <linux/dma-contiguous.h>
  36 #include <linux/efi.h>
  37 #include <linux/swiotlb.h>
  38 #include <linux/vmalloc.h>
  39 #include <linux/mm.h>
  40 #include <linux/kexec.h>
  41 #include <linux/crash_dump.h>
  42
  43 #include <asm/boot.h>
  44 #include <asm/fixmap.h>
  45 #include <asm/kasan.h>
  46 #include <asm/kernel-pgtable.h>
  47 #include <asm/memory.h>
  48 #include <asm/numa.h>
  49 #include <asm/sections.h>
  50 #include <asm/setup.h>
  51 #include <asm/sizes.h>
  52 #include <asm/tlb.h>
  53 #include <asm/alternative.h>
  54
  55 /*
  56  * We need to be able to catch inadvertent references to memstart_addr
  57  * that occur (potentially in generic code) before arm64_memblock_init()
  58  * executes, which assigns it its actual value. So use a default value
  59  * that cannot be mistaken for a real physical address.
  60  */
  61 s64 memstart_addr __ro_after_init = -1;
  62 EXPORT_SYMBOL(memstart_addr);
  63
  64 phys_addr_t arm64_dma_phys_limit __ro_after_init;
  65
  66 #ifdef CONFIG_KEXEC_CORE
  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         int ret;
  78
  79         ret = parse_crashkernel(boot_command_line, memblock_phys_mem_size(),
  80                                 &crash_size, &crash_base);
  81         /* no crashkernel= or invalid value specified */
  82         if (ret || !crash_size)
  83                 return;
  84
  85         crash_size = PAGE_ALIGN(crash_size);
  86
  87         if (crash_base == 0) {
  88                 /* Current arm64 boot protocol requires 2MB alignment */
  89                 crash_base = memblock_find_in_range(0, ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT,
  90                                 crash_size, SZ_2M);
  91                 if (crash_base == 0) {
  92                         pr_warn("cannot allocate crashkernel (size:0x%llx)\n",
  93                                 crash_size);
  94                         return;
  95                 }
  96         } else {
  97                 /* User specifies base address explicitly. */
  98                 if (!memblock_is_region_memory(crash_base, crash_size)) {
  99                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: region is not memory\n");
 100                         return;
 101                 }
 102
 103                 if (memblock_is_region_reserved(crash_base, crash_size)) {
 104                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: region overlaps reserved memory\n");
 105                         return;
 106                 }
 107
 108                 if (!IS_ALIGNED(crash_base, SZ_2M)) {
 109                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: base address is not 2MB aligned\n");
 110                         return;
 111                 }
 112         }
 113         memblock_reserve(crash_base, crash_size);
 114
 115         pr_info("crashkernel reserved: 0x%016llx - 0x%016llx (%lld MB)\n",
 116                 crash_base, crash_base + crash_size, crash_size >> 20);
 117
 118         crashk_res.start = crash_base;
 119         crashk_res.end = crash_base + crash_size - 1;
 120 }
 121 #else
 122 static void __init reserve_crashkernel(void)
 123 {
 124 }
 125 #endif /* CONFIG_KEXEC_CORE */
 126
 127 #ifdef CONFIG_CRASH_DUMP
 128 static int __init early_init_dt_scan_elfcorehdr(unsigned long node,
 129                 const char *uname, int depth, void *data)
 130 {
 131         const __be32 *reg;
 132         int len;
 133
 134         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
 135                 return 0;
 136
 137         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,elfcorehdr", &len);
 138         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
 139                 return 1;
 140
 141         elfcorehdr_addr = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
 142         elfcorehdr_size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
 143
 144         return 1;
 145 }
 146
 147 /*
 148  * reserve_elfcorehdr() - reserves memory for elf core header
 149  *
 150  * This function reserves the memory occupied by an elf core header
 151  * described in the device tree. This region contains all the
 152  * information about primary kernel's core image and is used by a dump
 153  * capture kernel to access the system memory on primary kernel.
 154  */
 155 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
 156 {
 157         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_elfcorehdr, NULL);
 158
 159         if (!elfcorehdr_size)
 160                 return;
 161
 162         if (memblock_is_region_reserved(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size)) {
 163                 pr_warn("elfcorehdr is overlapped\n");
 164                 return;
 165         }
 166
 167         memblock_reserve(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size);
 168
 169         pr_info("Reserving %lldKB of memory at 0x%llx for elfcorehdr\n",
 170                 elfcorehdr_size >> 10, elfcorehdr_addr);
 171 }
 172 #else
 173 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
 174 {
 175 }
 176 #endif /* CONFIG_CRASH_DUMP */
 177 /*
 178  * Return the maximum physical address for ZONE_DMA32 (DMA_BIT_MASK(32)). It
 179  * currently assumes that for memory starting above 4G, 32-bit devices will
 180  * use a DMA offset.
 181  */
 182 static phys_addr_t __init max_zone_dma_phys(void)
 183 {
 184         phys_addr_t offset = memblock_start_of_DRAM() & GENMASK_ULL(63, 32);
 185         return min(offset + (1ULL << 32), memblock_end_of_DRAM());
 186 }
 187
 188 #ifdef CONFIG_NUMA
 189
 190 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
 191 {
 192         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
 193
 194         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32))
 195                 max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(max_zone_dma_phys());
 196         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max;
 197
 198         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
 199 }
 200
 201 #else
 202
 203 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
 204 {
 205         struct memblock_region *reg;
 206         unsigned long zone_size[MAX_NR_ZONES], zhole_size[MAX_NR_ZONES];
 207         unsigned long max_dma = min;
 208
 209         memset(zone_size, 0, sizeof(zone_size));
 210
 211         /* 4GB maximum for 32-bit only capable devices */
 212 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 213         max_dma = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
 214         zone_size[ZONE_DMA32] = max_dma - min;
 215 #endif
 216         zone_size[ZONE_NORMAL] = max - max_dma;
 217
 218         memcpy(zhole_size, zone_size, sizeof(zhole_size));
 219
 220         for_each_memblock(memory, reg) {
 221                 unsigned long start = memblock_region_memory_base_pfn(reg);
 222                 unsigned long end = memblock_region_memory_end_pfn(reg);
 223
 224                 if (start >= max)
 225                         continue;
 226
 227 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 228                 if (start < max_dma) {
 229                         unsigned long dma_end = min(end, max_dma);
 230                         zhole_size[ZONE_DMA32] -= dma_end - start;
 231                 }
 232 #endif
 233                 if (end > max_dma) {
 234                         unsigned long normal_end = min(end, max);
 235                         unsigned long normal_start = max(start, max_dma);
 236                         zhole_size[ZONE_NORMAL] -= normal_end - normal_start;
 237                 }
 238         }
 239
 240         free_area_init_node(0, zone_size, min, zhole_size);
 241 }
 242
 243 #endif /* CONFIG_NUMA */
 244
 245 int pfn_valid(unsigned long pfn)
 246 {
 247         phys_addr_t addr = pfn << PAGE_SHIFT;
 248
 249         if ((addr >> PAGE_SHIFT) != pfn)
 250                 return 0;
 251
 252 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 253         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
 254                 return 0;
 255
 256         if (!valid_section(__nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn))))
 257                 return 0;
 258 #endif
 259         return memblock_is_map_memory(addr);
 260 }
 261 EXPORT_SYMBOL(pfn_valid);
 262
 263 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
 264 static void __init arm64_memory_present(void)
 265 {
 266 }
 267 #else
 268 static void __init arm64_memory_present(void)
 269 {
 270         struct memblock_region *reg;
 271
 272         for_each_memblock(memory, reg) {
 273                 int nid = memblock_get_region_node(reg);
 274
 275                 memory_present(nid, memblock_region_memory_base_pfn(reg),
 276                                 memblock_region_memory_end_pfn(reg));
 277         }
 278 }
 279 #endif
 280
 281 static phys_addr_t memory_limit = PHYS_ADDR_MAX;
 282
 283 /*
 284  * Limit the memory size that was specified via FDT.
 285  */
 286 static int __init early_mem(char *p)
 287 {
 288         if (!p)
 289                 return 1;
 290
 291         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
 292         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
 293
 294         return 0;
 295 }
 296 early_param("mem", early_mem);
 297
 298 static int __init early_init_dt_scan_usablemem(unsigned long node,
 299                 const char *uname, int depth, void *data)
 300 {
 301         struct memblock_region *usablemem = data;
 302         const __be32 *reg;
 303         int len;
 304
 305         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
 306                 return 0;
 307
 308         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,usable-memory-range", &len);
 309         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
 310                 return 1;
 311
 312         usablemem->base = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
 313         usablemem->size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
 314
 315         return 1;
 316 }
 317
 318 static void __init fdt_enforce_memory_region(void)
 319 {
 320         struct memblock_region reg = {
 321                 .size = 0,
 322         };
 323
 324         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_usablemem, &reg);
 325
 326         if (reg.size)
 327                 memblock_cap_memory_range(reg.base, reg.size);
 328 }
 329
 330 void __init arm64_memblock_init(void)
 331 {
 332         const s64 linear_region_size = -(s64)PAGE_OFFSET;
 333
 334         /* Handle linux,usable-memory-range property */
 335         fdt_enforce_memory_region();
 336
 337         /* Remove memory above our supported physical address size */
 338         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
 339
 340         /*
 341          * Ensure that the linear region takes up exactly half of the kernel
 342          * virtual address space. This way, we can distinguish a linear address
 343          * from a kernel/module/vmalloc address by testing a single bit.
 344          */
 345         BUILD_BUG_ON(linear_region_size != BIT(VA_BITS - 1));
 346
 347         /*
 348          * Select a suitable value for the base of physical memory.
 349          */
 350         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
 351                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 352
 353         /*
 354          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
 355          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
 356          * high in memory.
 357          */
 358         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
 359                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
 360         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
 361                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
 362                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
 363                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 364                 memblock_remove(0, memstart_addr);
 365         }
 366
 367         /*
 368          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
 369          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
 370          * via the linear mapping.
 371          */
 372         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 373                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
 374                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
 375         }
 376
 377         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 378                 /*
 379                  * Add back the memory we just removed if it results in the
 380                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
 381                  * Otherwise, this is a no-op
 382                  */
 383                 u64 base = phys_initrd_start & PAGE_MASK;
 384                 u64 size = PAGE_ALIGN(phys_initrd_size);
 385
 386                 /*
 387                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
 388                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
 389                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
 390                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
 391                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
 392                  * always access both.
 393                  */
 394                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
 395                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
 396                                        linear_region_size,
 397                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
 398                         initrd_start = 0;
 399                 } else {
 400                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
 401                         memblock_add(base, size);
 402                         memblock_reserve(base, size);
 403                 }
 404         }
 405
 406         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
 407                 extern u16 memstart_offset_seed;
 408                 u64 range = linear_region_size -
 409                             (memblock_end_of_DRAM() - memblock_start_of_DRAM());
 410
 411                 /*
 412                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
 413                  * margin, the size of the region that the available physical
 414                  * memory spans, randomize the linear region as well.
 415                  */
 416                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
 417                         range /= ARM64_MEMSTART_ALIGN;
 418                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
 419                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
 420                 }
 421         }
 422
 423         /*
 424          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
 425          * pagetables with memblock.
 426          */
 427         memblock_reserve(__pa_symbol(_text), _end - _text);
 428         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 429                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
 430                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
 431                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
 432         }
 433
 434         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 435
 436         /* 4GB maximum for 32-bit only capable devices */
 437         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32))
 438                 arm64_dma_phys_limit = max_zone_dma_phys();
 439         else
 440                 arm64_dma_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
 441
 442         reserve_crashkernel();
 443
 444         reserve_elfcorehdr();
 445
 446         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 447
 448         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
 449 }
 450
 451 void __init bootmem_init(void)
 452 {
 453         unsigned long min, max;
 454
 455         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
 456         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
 457
 458         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
 459
 460         max_pfn = max_low_pfn = max;
 461
 462         arm64_numa_init();
 463         /*
 464          * Sparsemem tries to allocate bootmem in memory_present(), so must be
 465          * done after the fixed reservations.
 466          */
 467         arm64_memory_present();
 468
 469         sparse_init();
 470         zone_sizes_init(min, max);
 471
 472         memblock_dump_all();
 473 }
 474
 475 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 476 static inline void free_memmap(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 477 {
 478         struct page *start_pg, *end_pg;
 479         unsigned long pg, pgend;
 480
 481         /*
 482          * Convert start_pfn/end_pfn to a struct page pointer.
 483          */
 484         start_pg = pfn_to_page(start_pfn - 1) + 1;
 485         end_pg = pfn_to_page(end_pfn - 1) + 1;
 486
 487         /*
 488          * Convert to physical addresses, and round start upwards and end
 489          * downwards.
 490          */
 491         pg = (unsigned long)PAGE_ALIGN(__pa(start_pg));
 492         pgend = (unsigned long)__pa(end_pg) & PAGE_MASK;
 493
 494         /*
 495          * If there are free pages between these, free the section of the
 496          * memmap array.
 497          */
 498         if (pg < pgend)
 499                 memblock_free(pg, pgend - pg);
 500 }
 501
 502 /*
 503  * The mem_map array can get very big. Free the unused area of the memory map.
 504  */
 505 static void __init free_unused_memmap(void)
 506 {
 507         unsigned long start, prev_end = 0;
 508         struct memblock_region *reg;
 509
 510         for_each_memblock(memory, reg) {
 511                 start = __phys_to_pfn(reg->base);
 512
 513 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 514                 /*
 515                  * Take care not to free memmap entries that don't exist due
 516                  * to SPARSEMEM sections which aren't present.
 517                  */
 518                 start = min(start, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
 519 #endif
 520                 /*
 521                  * If we had a previous bank, and there is a space between the
 522                  * current bank and the previous, free it.
 523                  */
 524                 if (prev_end && prev_end < start)
 525                         free_memmap(prev_end, start);
 526
 527                 /*
 528                  * Align up here since the VM subsystem insists that the
 529                  * memmap entries are valid from the bank end aligned to
 530                  * MAX_ORDER_NR_PAGES.
 531                  */
 532                 prev_end = ALIGN(__phys_to_pfn(reg->base + reg->size),
 533                                  MAX_ORDER_NR_PAGES);
 534         }
 535
 536 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 537         if (!IS_ALIGNED(prev_end, PAGES_PER_SECTION))
 538                 free_memmap(prev_end, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
 539 #endif
 540 }
 541 #endif  /* !CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */
 542
 543 /*
 544  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
 545  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
 546  * memory after the kernel image.
 547  */
 548 void __init mem_init(void)
 549 {
 550         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
 551             max_pfn > (arm64_dma_phys_limit >> PAGE_SHIFT))
 552                 swiotlb_init(1);
 553         else
 554                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
 555
 556         set_max_mapnr(pfn_to_page(max_pfn) - mem_map);
 557
 558 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 559         free_unused_memmap();
 560 #endif
 561         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 562         memblock_free_all();
 563
 564         mem_init_print_info(NULL);
 565
 566         /*
 567          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
 568          * detected at build time already.
 569          */
 570 #ifdef CONFIG_COMPAT
 571         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32 > DEFAULT_MAP_WINDOW_64);
 572 #endif
 573
 574         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
 575                 extern int sysctl_overcommit_memory;
 576                 /*
 577                  * On a machine this small we won't get anywhere without
 578                  * overcommit, so turn it on by default.
 579                  */
 580                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
 581         }
 582 }
 583
 584 void free_initmem(void)
 585 {
 586         free_reserved_area(lm_alias(__init_begin),
 587                            lm_alias(__init_end),
 588                            0, "unused kernel");
 589         /*
 590          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
 591          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
 592          * is not supported by kallsyms.
 593          */
 594         unmap_kernel_range((u64)__init_begin, (u64)(__init_end - __init_begin));
 595 }
 596
 597 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 598
 599 static int keep_initrd __initdata;
 600
 601 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 602 {
 603         if (!keep_initrd) {
 604                 free_reserved_area((void *)start, (void *)end, 0, "initrd");
 605                 memblock_free(__virt_to_phys(start), end - start);
 606         }
 607 }
 608
 609 static int __init keepinitrd_setup(char *__unused)
 610 {
 611         keep_initrd = 1;
 612         return 1;
 613 }
 614
 615 __setup("keepinitrd", keepinitrd_setup);
 616 #endif
 617
 618 /*
 619  * Dump out memory limit information on panic.
 620  */
 621 static int dump_mem_limit(struct notifier_block *self, unsigned long v, void *p)
 622 {
 623         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 624                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
 625         } else {
 626                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
 627         }
 628         return 0;
 629 }
 630
 631 static struct notifier_block mem_limit_notifier = {
 632         .notifier_call = dump_mem_limit,
 633 };
 634
 635 static int __init register_mem_limit_dumper(void)
 636 {
 637         atomic_notifier_chain_register(&panic_notifier_list,
 638                                        &mem_limit_notifier);
 639         return 0;
 640 }
 641 __initcall(register_mem_limit_dumper);