arm64: Fix memblock current_limit with 64K pages and 48-bit VA
[sfrench/cifs-2.6.git] / arch / arm64 / mm / mmu.c
1 /*
2  * Based on arch/arm/mm/mmu.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/export.h>
21 #include <linux/kernel.h>
22 #include <linux/errno.h>
23 #include <linux/init.h>
24 #include <linux/mman.h>
25 #include <linux/nodemask.h>
26 #include <linux/memblock.h>
27 #include <linux/fs.h>
28 #include <linux/io.h>
29
30 #include <asm/cputype.h>
31 #include <asm/sections.h>
32 #include <asm/setup.h>
33 #include <asm/sizes.h>
34 #include <asm/tlb.h>
35 #include <asm/memblock.h>
36 #include <asm/mmu_context.h>
37
38 #include "mm.h"
39
40 /*
41  * Empty_zero_page is a special page that is used for zero-initialized data
42  * and COW.
43  */
44 struct page *empty_zero_page;
45 EXPORT_SYMBOL(empty_zero_page);
46
47 struct cachepolicy {
48         const char      policy[16];
49         u64             mair;
50         u64             tcr;
51 };
52
53 static struct cachepolicy cache_policies[] __initdata = {
54         {
55                 .policy         = "uncached",
56                 .mair           = 0x44,                 /* inner, outer non-cacheable */
57                 .tcr            = TCR_IRGN_NC | TCR_ORGN_NC,
58         }, {
59                 .policy         = "writethrough",
60                 .mair           = 0xaa,                 /* inner, outer write-through, read-allocate */
61                 .tcr            = TCR_IRGN_WT | TCR_ORGN_WT,
62         }, {
63                 .policy         = "writeback",
64                 .mair           = 0xee,                 /* inner, outer write-back, read-allocate */
65                 .tcr            = TCR_IRGN_WBnWA | TCR_ORGN_WBnWA,
66         }
67 };
68
69 /*
70  * These are useful for identifying cache coherency problems by allowing the
71  * cache or the cache and writebuffer to be turned off. It changes the Normal
72  * memory caching attributes in the MAIR_EL1 register.
73  */
74 static int __init early_cachepolicy(char *p)
75 {
76         int i;
77         u64 tmp;
78
79         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(cache_policies); i++) {
80                 int len = strlen(cache_policies[i].policy);
81
82                 if (memcmp(p, cache_policies[i].policy, len) == 0)
83                         break;
84         }
85         if (i == ARRAY_SIZE(cache_policies)) {
86                 pr_err("ERROR: unknown or unsupported cache policy: %s\n", p);
87                 return 0;
88         }
89
90         flush_cache_all();
91
92         /*
93          * Modify MT_NORMAL attributes in MAIR_EL1.
94          */
95         asm volatile(
96         "       mrs     %0, mair_el1\n"
97         "       bfi     %0, %1, %2, #8\n"
98         "       msr     mair_el1, %0\n"
99         "       isb\n"
100         : "=&r" (tmp)
101         : "r" (cache_policies[i].mair), "i" (MT_NORMAL * 8));
102
103         /*
104          * Modify TCR PTW cacheability attributes.
105          */
106         asm volatile(
107         "       mrs     %0, tcr_el1\n"
108         "       bic     %0, %0, %2\n"
109         "       orr     %0, %0, %1\n"
110         "       msr     tcr_el1, %0\n"
111         "       isb\n"
112         : "=&r" (tmp)
113         : "r" (cache_policies[i].tcr), "r" (TCR_IRGN_MASK | TCR_ORGN_MASK));
114
115         flush_cache_all();
116
117         return 0;
118 }
119 early_param("cachepolicy", early_cachepolicy);
120
121 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
122                               unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
123 {
124         if (!pfn_valid(pfn))
125                 return pgprot_noncached(vma_prot);
126         else if (file->f_flags & O_SYNC)
127                 return pgprot_writecombine(vma_prot);
128         return vma_prot;
129 }
130 EXPORT_SYMBOL(phys_mem_access_prot);
131
132 static void __init *early_alloc(unsigned long sz)
133 {
134         void *ptr = __va(memblock_alloc(sz, sz));
135         memset(ptr, 0, sz);
136         return ptr;
137 }
138
139 static void __init alloc_init_pte(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
140                                   unsigned long end, unsigned long pfn,
141                                   pgprot_t prot)
142 {
143         pte_t *pte;
144
145         if (pmd_none(*pmd)) {
146                 pte = early_alloc(PTRS_PER_PTE * sizeof(pte_t));
147                 __pmd_populate(pmd, __pa(pte), PMD_TYPE_TABLE);
148         }
149         BUG_ON(pmd_bad(*pmd));
150
151         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
152         do {
153                 set_pte(pte, pfn_pte(pfn, prot));
154                 pfn++;
155         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
156 }
157
158 static void __init alloc_init_pmd(pud_t *pud, unsigned long addr,
159                                   unsigned long end, phys_addr_t phys,
160                                   int map_io)
161 {
162         pmd_t *pmd;
163         unsigned long next;
164         pmdval_t prot_sect;
165         pgprot_t prot_pte;
166
167         if (map_io) {
168                 prot_sect = PROT_SECT_DEVICE_nGnRE;
169                 prot_pte = __pgprot(PROT_DEVICE_nGnRE);
170         } else {
171                 prot_sect = PROT_SECT_NORMAL_EXEC;
172                 prot_pte = PAGE_KERNEL_EXEC;
173         }
174
175         /*
176          * Check for initial section mappings in the pgd/pud and remove them.
177          */
178         if (pud_none(*pud) || pud_bad(*pud)) {
179                 pmd = early_alloc(PTRS_PER_PMD * sizeof(pmd_t));
180                 pud_populate(&init_mm, pud, pmd);
181         }
182
183         pmd = pmd_offset(pud, addr);
184         do {
185                 next = pmd_addr_end(addr, end);
186                 /* try section mapping first */
187                 if (((addr | next | phys) & ~SECTION_MASK) == 0) {
188                         pmd_t old_pmd =*pmd;
189                         set_pmd(pmd, __pmd(phys | prot_sect));
190                         /*
191                          * Check for previous table entries created during
192                          * boot (__create_page_tables) and flush them.
193                          */
194                         if (!pmd_none(old_pmd))
195                                 flush_tlb_all();
196                 } else {
197                         alloc_init_pte(pmd, addr, next, __phys_to_pfn(phys),
198                                        prot_pte);
199                 }
200                 phys += next - addr;
201         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
202 }
203
204 static void __init alloc_init_pud(pgd_t *pgd, unsigned long addr,
205                                   unsigned long end, unsigned long phys,
206                                   int map_io)
207 {
208         pud_t *pud;
209         unsigned long next;
210
211         if (pgd_none(*pgd)) {
212                 pud = early_alloc(PTRS_PER_PUD * sizeof(pud_t));
213                 pgd_populate(&init_mm, pgd, pud);
214         }
215         BUG_ON(pgd_bad(*pgd));
216
217         pud = pud_offset(pgd, addr);
218         do {
219                 next = pud_addr_end(addr, end);
220
221                 /*
222                  * For 4K granule only, attempt to put down a 1GB block
223                  */
224                 if (!map_io && (PAGE_SHIFT == 12) &&
225                     ((addr | next | phys) & ~PUD_MASK) == 0) {
226                         pud_t old_pud = *pud;
227                         set_pud(pud, __pud(phys | PROT_SECT_NORMAL_EXEC));
228
229                         /*
230                          * If we have an old value for a pud, it will
231                          * be pointing to a pmd table that we no longer
232                          * need (from swapper_pg_dir).
233                          *
234                          * Look up the old pmd table and free it.
235                          */
236                         if (!pud_none(old_pud)) {
237                                 phys_addr_t table = __pa(pmd_offset(&old_pud, 0));
238                                 memblock_free(table, PAGE_SIZE);
239                                 flush_tlb_all();
240                         }
241                 } else {
242                         alloc_init_pmd(pud, addr, next, phys, map_io);
243                 }
244                 phys += next - addr;
245         } while (pud++, addr = next, addr != end);
246 }
247
248 /*
249  * Create the page directory entries and any necessary page tables for the
250  * mapping specified by 'md'.
251  */
252 static void __init __create_mapping(pgd_t *pgd, phys_addr_t phys,
253                                     unsigned long virt, phys_addr_t size,
254                                     int map_io)
255 {
256         unsigned long addr, length, end, next;
257
258         addr = virt & PAGE_MASK;
259         length = PAGE_ALIGN(size + (virt & ~PAGE_MASK));
260
261         end = addr + length;
262         do {
263                 next = pgd_addr_end(addr, end);
264                 alloc_init_pud(pgd, addr, next, phys, map_io);
265                 phys += next - addr;
266         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
267 }
268
269 static void __init create_mapping(phys_addr_t phys, unsigned long virt,
270                                   phys_addr_t size)
271 {
272         if (virt < VMALLOC_START) {
273                 pr_warn("BUG: not creating mapping for %pa at 0x%016lx - outside kernel range\n",
274                         &phys, virt);
275                 return;
276         }
277         __create_mapping(pgd_offset_k(virt & PAGE_MASK), phys, virt, size, 0);
278 }
279
280 void __init create_id_mapping(phys_addr_t addr, phys_addr_t size, int map_io)
281 {
282         if ((addr >> PGDIR_SHIFT) >= ARRAY_SIZE(idmap_pg_dir)) {
283                 pr_warn("BUG: not creating id mapping for %pa\n", &addr);
284                 return;
285         }
286         __create_mapping(&idmap_pg_dir[pgd_index(addr)],
287                          addr, addr, size, map_io);
288 }
289
290 static void __init map_mem(void)
291 {
292         struct memblock_region *reg;
293         phys_addr_t limit;
294
295         /*
296          * Temporarily limit the memblock range. We need to do this as
297          * create_mapping requires puds, pmds and ptes to be allocated from
298          * memory addressable from the initial direct kernel mapping.
299          *
300          * The initial direct kernel mapping, located at swapper_pg_dir, gives
301          * us PUD_SIZE (4K pages) or PMD_SIZE (64K pages) memory starting from
302          * PHYS_OFFSET (which must be aligned to 2MB as per
303          * Documentation/arm64/booting.txt).
304          */
305         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_64K_PAGES))
306                 limit = PHYS_OFFSET + PMD_SIZE;
307         else
308                 limit = PHYS_OFFSET + PUD_SIZE;
309         memblock_set_current_limit(limit);
310
311         /* map all the memory banks */
312         for_each_memblock(memory, reg) {
313                 phys_addr_t start = reg->base;
314                 phys_addr_t end = start + reg->size;
315
316                 if (start >= end)
317                         break;
318
319 #ifndef CONFIG_ARM64_64K_PAGES
320                 /*
321                  * For the first memory bank align the start address and
322                  * current memblock limit to prevent create_mapping() from
323                  * allocating pte page tables from unmapped memory.
324                  * When 64K pages are enabled, the pte page table for the
325                  * first PGDIR_SIZE is already present in swapper_pg_dir.
326                  */
327                 if (start < limit)
328                         start = ALIGN(start, PMD_SIZE);
329                 if (end < limit) {
330                         limit = end & PMD_MASK;
331                         memblock_set_current_limit(limit);
332                 }
333 #endif
334
335                 create_mapping(start, __phys_to_virt(start), end - start);
336         }
337
338         /* Limit no longer required. */
339         memblock_set_current_limit(MEMBLOCK_ALLOC_ANYWHERE);
340 }
341
342 /*
343  * paging_init() sets up the page tables, initialises the zone memory
344  * maps and sets up the zero page.
345  */
346 void __init paging_init(void)
347 {
348         void *zero_page;
349
350         map_mem();
351
352         /*
353          * Finally flush the caches and tlb to ensure that we're in a
354          * consistent state.
355          */
356         flush_cache_all();
357         flush_tlb_all();
358
359         /* allocate the zero page. */
360         zero_page = early_alloc(PAGE_SIZE);
361
362         bootmem_init();
363
364         empty_zero_page = virt_to_page(zero_page);
365
366         /*
367          * TTBR0 is only used for the identity mapping at this stage. Make it
368          * point to zero page to avoid speculatively fetching new entries.
369          */
370         cpu_set_reserved_ttbr0();
371         flush_tlb_all();
372 }
373
374 /*
375  * Enable the identity mapping to allow the MMU disabling.
376  */
377 void setup_mm_for_reboot(void)
378 {
379         cpu_switch_mm(idmap_pg_dir, &init_mm);
380         flush_tlb_all();
381 }
382
383 /*
384  * Check whether a kernel address is valid (derived from arch/x86/).
385  */
386 int kern_addr_valid(unsigned long addr)
387 {
388         pgd_t *pgd;
389         pud_t *pud;
390         pmd_t *pmd;
391         pte_t *pte;
392
393         if ((((long)addr) >> VA_BITS) != -1UL)
394                 return 0;
395
396         pgd = pgd_offset_k(addr);
397         if (pgd_none(*pgd))
398                 return 0;
399
400         pud = pud_offset(pgd, addr);
401         if (pud_none(*pud))
402                 return 0;
403
404         if (pud_sect(*pud))
405                 return pfn_valid(pud_pfn(*pud));
406
407         pmd = pmd_offset(pud, addr);
408         if (pmd_none(*pmd))
409                 return 0;
410
411         if (pmd_sect(*pmd))
412                 return pfn_valid(pmd_pfn(*pmd));
413
414         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
415         if (pte_none(*pte))
416                 return 0;
417
418         return pfn_valid(pte_pfn(*pte));
419 }
420 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
421 #ifdef CONFIG_ARM64_64K_PAGES
422 int __meminit vmemmap_populate(unsigned long start, unsigned long end, int node)
423 {
424         return vmemmap_populate_basepages(start, end, node);
425 }
426 #else   /* !CONFIG_ARM64_64K_PAGES */
427 int __meminit vmemmap_populate(unsigned long start, unsigned long end, int node)
428 {
429         unsigned long addr = start;
430         unsigned long next;
431         pgd_t *pgd;
432         pud_t *pud;
433         pmd_t *pmd;
434
435         do {
436                 next = pmd_addr_end(addr, end);
437
438                 pgd = vmemmap_pgd_populate(addr, node);
439                 if (!pgd)
440                         return -ENOMEM;
441
442                 pud = vmemmap_pud_populate(pgd, addr, node);
443                 if (!pud)
444                         return -ENOMEM;
445
446                 pmd = pmd_offset(pud, addr);
447                 if (pmd_none(*pmd)) {
448                         void *p = NULL;
449
450                         p = vmemmap_alloc_block_buf(PMD_SIZE, node);
451                         if (!p)
452                                 return -ENOMEM;
453
454                         set_pmd(pmd, __pmd(__pa(p) | PROT_SECT_NORMAL));
455                 } else
456                         vmemmap_verify((pte_t *)pmd, node, addr, next);
457         } while (addr = next, addr != end);
458
459         return 0;
460 }
461 #endif  /* CONFIG_ARM64_64K_PAGES */
462 void vmemmap_free(unsigned long start, unsigned long end)
463 {
464 }
465 #endif  /* CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */