arch/powerpc/mm/mem.c

   1 /*
   2  *  PowerPC version
   3  *    Copyright (C) 1995-1996 Gary Thomas (gdt@linuxppc.org)
   4  *
   5  *  Modifications by Paul Mackerras (PowerMac) (paulus@cs.anu.edu.au)
   6  *  and Cort Dougan (PReP) (cort@cs.nmt.edu)
   7  *    Copyright (C) 1996 Paul Mackerras
   8  *  PPC44x/36-bit changes by Matt Porter (mporter@mvista.com)
   9  *
  10  *  Derived from "arch/i386/mm/init.c"
  11  *    Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
  12  *
  13  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
  14  *  modify it under the terms of the GNU General Public License
  15  *  as published by the Free Software Foundation; either version
  16  *  2 of the License, or (at your option) any later version.
  17  *
  18  */
  19
  20 #include <linux/export.h>
  21 #include <linux/sched.h>
  22 #include <linux/kernel.h>
  23 #include <linux/errno.h>
  24 #include <linux/string.h>
  25 #include <linux/gfp.h>
  26 #include <linux/types.h>
  27 #include <linux/mm.h>
  28 #include <linux/stddef.h>
  29 #include <linux/init.h>
  30 #include <linux/bootmem.h>
  31 #include <linux/highmem.h>
  32 #include <linux/initrd.h>
  33 #include <linux/pagemap.h>
  34 #include <linux/suspend.h>
  35 #include <linux/memblock.h>
  36 #include <linux/hugetlb.h>
  37 #include <linux/slab.h>
  38 #include <linux/vmalloc.h>
  39 #include <linux/memremap.h>
  40
  41 #include <asm/pgalloc.h>
  42 #include <asm/prom.h>
  43 #include <asm/io.h>
  44 #include <asm/mmu_context.h>
  45 #include <asm/pgtable.h>
  46 #include <asm/mmu.h>
  47 #include <asm/smp.h>
  48 #include <asm/machdep.h>
  49 #include <asm/btext.h>
  50 #include <asm/tlb.h>
  51 #include <asm/sections.h>
  52 #include <asm/sparsemem.h>
  53 #include <asm/vdso.h>
  54 #include <asm/fixmap.h>
  55 #include <asm/swiotlb.h>
  56 #include <asm/rtas.h>
  57
  58 #include "mmu_decl.h"
  59
  60 #ifndef CPU_FTR_COHERENT_ICACHE
  61 #define CPU_FTR_COHERENT_ICACHE 0       /* XXX for now */
  62 #define CPU_FTR_NOEXECUTE       0
  63 #endif
  64
  65 unsigned long long memory_limit;
  66
  67 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
  68 pte_t *kmap_pte;
  69 EXPORT_SYMBOL(kmap_pte);
  70 pgprot_t kmap_prot;
  71 EXPORT_SYMBOL(kmap_prot);
  72 #define TOP_ZONE ZONE_HIGHMEM
  73
  74 static inline pte_t *virt_to_kpte(unsigned long vaddr)
  75 {
  76         return pte_offset_kernel(pmd_offset(pud_offset(pgd_offset_k(vaddr),
  77                         vaddr), vaddr), vaddr);
  78 }
  79 #else
  80 #define TOP_ZONE ZONE_NORMAL
  81 #endif
  82
  83 int page_is_ram(unsigned long pfn)
  84 {
  85 #ifndef CONFIG_PPC64    /* XXX for now */
  86         return pfn < max_pfn;
  87 #else
  88         unsigned long paddr = (pfn << PAGE_SHIFT);
  89         struct memblock_region *reg;
  90
  91         for_each_memblock(memory, reg)
  92                 if (paddr >= reg->base && paddr < (reg->base + reg->size))
  93                         return 1;
  94         return 0;
  95 #endif
  96 }
  97
  98 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
  99                               unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
 100 {
 101         if (ppc_md.phys_mem_access_prot)
 102                 return ppc_md.phys_mem_access_prot(file, pfn, size, vma_prot);
 103
 104         if (!page_is_ram(pfn))
 105                 vma_prot = pgprot_noncached(vma_prot);
 106
 107         return vma_prot;
 108 }
 109 EXPORT_SYMBOL(phys_mem_access_prot);
 110
 111 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
 112
 113 #ifdef CONFIG_NUMA
 114 int memory_add_physaddr_to_nid(u64 start)
 115 {
 116         return hot_add_scn_to_nid(start);
 117 }
 118 #endif
 119
 120 int __weak create_section_mapping(unsigned long start, unsigned long end)
 121 {
 122         return -ENODEV;
 123 }
 124
 125 int __weak remove_section_mapping(unsigned long start, unsigned long end)
 126 {
 127         return -ENODEV;
 128 }
 129
 130 int arch_add_memory(int nid, u64 start, u64 size, bool want_memblock)
 131 {
 132         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
 133         unsigned long nr_pages = size >> PAGE_SHIFT;
 134         int rc;
 135
 136         resize_hpt_for_hotplug(memblock_phys_mem_size());
 137
 138         start = (unsigned long)__va(start);
 139         rc = create_section_mapping(start, start + size);
 140         if (rc) {
 141                 pr_warning(
 142                         "Unable to create mapping for hot added memory 0x%llx..0x%llx: %d\n",
 143                         start, start + size, rc);
 144                 return -EFAULT;
 145         }
 146
 147         return __add_pages(nid, start_pfn, nr_pages, want_memblock);
 148 }
 149
 150 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
 151 int arch_remove_memory(u64 start, u64 size)
 152 {
 153         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
 154         unsigned long nr_pages = size >> PAGE_SHIFT;
 155         struct vmem_altmap *altmap;
 156         struct page *page;
 157         int ret;
 158
 159         /*
 160          * If we have an altmap then we need to skip over any reserved PFNs
 161          * when querying the zone.
 162          */
 163         page = pfn_to_page(start_pfn);
 164         altmap = to_vmem_altmap((unsigned long) page);
 165         if (altmap)
 166                 page += vmem_altmap_offset(altmap);
 167
 168         ret = __remove_pages(page_zone(page), start_pfn, nr_pages);
 169         if (ret)
 170                 return ret;
 171
 172         /* Remove htab bolted mappings for this section of memory */
 173         start = (unsigned long)__va(start);
 174         ret = remove_section_mapping(start, start + size);
 175
 176         /* Ensure all vmalloc mappings are flushed in case they also
 177          * hit that section of memory
 178          */
 179         vm_unmap_aliases();
 180
 181         resize_hpt_for_hotplug(memblock_phys_mem_size());
 182
 183         return ret;
 184 }
 185 #endif
 186 #endif /* CONFIG_MEMORY_HOTPLUG */
 187
 188 /*
 189  * walk_memory_resource() needs to make sure there is no holes in a given
 190  * memory range.  PPC64 does not maintain the memory layout in /proc/iomem.
 191  * Instead it maintains it in memblock.memory structures.  Walk through the
 192  * memory regions, find holes and callback for contiguous regions.
 193  */
 194 int
 195 walk_system_ram_range(unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages,
 196                 void *arg, int (*func)(unsigned long, unsigned long, void *))
 197 {
 198         struct memblock_region *reg;
 199         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
 200         unsigned long tstart, tend;
 201         int ret = -1;
 202
 203         for_each_memblock(memory, reg) {
 204                 tstart = max(start_pfn, memblock_region_memory_base_pfn(reg));
 205                 tend = min(end_pfn, memblock_region_memory_end_pfn(reg));
 206                 if (tstart >= tend)
 207                         continue;
 208                 ret = (*func)(tstart, tend - tstart, arg);
 209                 if (ret)
 210                         break;
 211         }
 212         return ret;
 213 }
 214 EXPORT_SYMBOL_GPL(walk_system_ram_range);
 215
 216 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
 217 void __init initmem_init(void)
 218 {
 219         max_low_pfn = max_pfn = memblock_end_of_DRAM() >> PAGE_SHIFT;
 220         min_low_pfn = MEMORY_START >> PAGE_SHIFT;
 221 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 222         max_low_pfn = lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT;
 223 #endif
 224
 225         /* Place all memblock_regions in the same node and merge contiguous
 226          * memblock_regions
 227          */
 228         memblock_set_node(0, (phys_addr_t)ULLONG_MAX, &memblock.memory, 0);
 229
 230         /* XXX need to clip this if using highmem? */
 231         sparse_memory_present_with_active_regions(0);
 232         sparse_init();
 233 }
 234
 235 /* mark pages that don't exist as nosave */
 236 static int __init mark_nonram_nosave(void)
 237 {
 238         struct memblock_region *reg, *prev = NULL;
 239
 240         for_each_memblock(memory, reg) {
 241                 if (prev &&
 242                     memblock_region_memory_end_pfn(prev) < memblock_region_memory_base_pfn(reg))
 243                         register_nosave_region(memblock_region_memory_end_pfn(prev),
 244                                                memblock_region_memory_base_pfn(reg));
 245                 prev = reg;
 246         }
 247         return 0;
 248 }
 249 #else /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
 250 static int __init mark_nonram_nosave(void)
 251 {
 252         return 0;
 253 }
 254 #endif
 255
 256 static bool zone_limits_final;
 257
 258 /*
 259  * The memory zones past TOP_ZONE are managed by generic mm code.
 260  * These should be set to zero since that's what every other
 261  * architecture does.
 262  */
 263 static unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES] = {
 264         [0            ... TOP_ZONE        ] = ~0UL,
 265         [TOP_ZONE + 1 ... MAX_NR_ZONES - 1] = 0
 266 };
 267
 268 /*
 269  * Restrict the specified zone and all more restrictive zones
 270  * to be below the specified pfn.  May not be called after
 271  * paging_init().
 272  */
 273 void __init limit_zone_pfn(enum zone_type zone, unsigned long pfn_limit)
 274 {
 275         int i;
 276
 277         if (WARN_ON(zone_limits_final))
 278                 return;
 279
 280         for (i = zone; i >= 0; i--) {
 281                 if (max_zone_pfns[i] > pfn_limit)
 282                         max_zone_pfns[i] = pfn_limit;
 283         }
 284 }
 285
 286 /*
 287  * Find the least restrictive zone that is entirely below the
 288  * specified pfn limit.  Returns < 0 if no suitable zone is found.
 289  *
 290  * pfn_limit must be u64 because it can exceed 32 bits even on 32-bit
 291  * systems -- the DMA limit can be higher than any possible real pfn.
 292  */
 293 int dma_pfn_limit_to_zone(u64 pfn_limit)
 294 {
 295         int i;
 296
 297         for (i = TOP_ZONE; i >= 0; i--) {
 298                 if (max_zone_pfns[i] <= pfn_limit)
 299                         return i;
 300         }
 301
 302         return -EPERM;
 303 }
 304
 305 /*
 306  * paging_init() sets up the page tables - in fact we've already done this.
 307  */
 308 void __init paging_init(void)
 309 {
 310         unsigned long long total_ram = memblock_phys_mem_size();
 311         phys_addr_t top_of_ram = memblock_end_of_DRAM();
 312
 313 #ifdef CONFIG_PPC32
 314         unsigned long v = __fix_to_virt(__end_of_fixed_addresses - 1);
 315         unsigned long end = __fix_to_virt(FIX_HOLE);
 316
 317         for (; v < end; v += PAGE_SIZE)
 318                 map_kernel_page(v, 0, 0); /* XXX gross */
 319 #endif
 320
 321 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 322         map_kernel_page(PKMAP_BASE, 0, 0);      /* XXX gross */
 323         pkmap_page_table = virt_to_kpte(PKMAP_BASE);
 324
 325         kmap_pte = virt_to_kpte(__fix_to_virt(FIX_KMAP_BEGIN));
 326         kmap_prot = PAGE_KERNEL;
 327 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 328
 329         printk(KERN_DEBUG "Top of RAM: 0x%llx, Total RAM: 0x%llx\n",
 330                (unsigned long long)top_of_ram, total_ram);
 331         printk(KERN_DEBUG "Memory hole size: %ldMB\n",
 332                (long int)((top_of_ram - total_ram) >> 20));
 333
 334 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 335         limit_zone_pfn(ZONE_NORMAL, lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT);
 336 #endif
 337         limit_zone_pfn(TOP_ZONE, top_of_ram >> PAGE_SHIFT);
 338         zone_limits_final = true;
 339         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
 340
 341         mark_nonram_nosave();
 342 }
 343
 344 void __init mem_init(void)
 345 {
 346         /*
 347          * book3s is limited to 16 page sizes due to encoding this in
 348          * a 4-bit field for slices.
 349          */
 350         BUILD_BUG_ON(MMU_PAGE_COUNT > 16);
 351
 352 #ifdef CONFIG_SWIOTLB
 353         swiotlb_init(0);
 354 #endif
 355
 356         high_memory = (void *) __va(max_low_pfn * PAGE_SIZE);
 357         set_max_mapnr(max_pfn);
 358         free_all_bootmem();
 359
 360 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 361         {
 362                 unsigned long pfn, highmem_mapnr;
 363
 364                 highmem_mapnr = lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT;
 365                 for (pfn = highmem_mapnr; pfn < max_mapnr; ++pfn) {
 366                         phys_addr_t paddr = (phys_addr_t)pfn << PAGE_SHIFT;
 367                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
 368                         if (!memblock_is_reserved(paddr))
 369                                 free_highmem_page(page);
 370                 }
 371         }
 372 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 373
 374 #if defined(CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E) && !defined(CONFIG_SMP)
 375         /*
 376          * If smp is enabled, next_tlbcam_idx is initialized in the cpu up
 377          * functions.... do it here for the non-smp case.
 378          */
 379         per_cpu(next_tlbcam_idx, smp_processor_id()) =
 380                 (mfspr(SPRN_TLB1CFG) & TLBnCFG_N_ENTRY) - 1;
 381 #endif
 382
 383         mem_init_print_info(NULL);
 384 #ifdef CONFIG_PPC32
 385         pr_info("Kernel virtual memory layout:\n");
 386         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : fixmap\n", FIXADDR_START, FIXADDR_TOP);
 387 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 388         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : highmem PTEs\n",
 389                 PKMAP_BASE, PKMAP_ADDR(LAST_PKMAP));
 390 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 391 #ifdef CONFIG_NOT_COHERENT_CACHE
 392         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : consistent mem\n",
 393                 IOREMAP_TOP, IOREMAP_TOP + CONFIG_CONSISTENT_SIZE);
 394 #endif /* CONFIG_NOT_COHERENT_CACHE */
 395         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : early ioremap\n",
 396                 ioremap_bot, IOREMAP_TOP);
 397         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : vmalloc & ioremap\n",
 398                 VMALLOC_START, VMALLOC_END);
 399 #endif /* CONFIG_PPC32 */
 400 }
 401
 402 void free_initmem(void)
 403 {
 404         ppc_md.progress = ppc_printk_progress;
 405         mark_initmem_nx();
 406         free_initmem_default(POISON_FREE_INITMEM);
 407 }
 408
 409 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 410 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 411 {
 412         free_reserved_area((void *)start, (void *)end, -1, "initrd");
 413 }
 414 #endif
 415
 416 /*
 417  * This is called when a page has been modified by the kernel.
 418  * It just marks the page as not i-cache clean.  We do the i-cache
 419  * flush later when the page is given to a user process, if necessary.
 420  */
 421 void flush_dcache_page(struct page *page)
 422 {
 423         if (cpu_has_feature(CPU_FTR_COHERENT_ICACHE))
 424                 return;
 425         /* avoid an atomic op if possible */
 426         if (test_bit(PG_arch_1, &page->flags))
 427                 clear_bit(PG_arch_1, &page->flags);
 428 }
 429 EXPORT_SYMBOL(flush_dcache_page);
 430
 431 void flush_dcache_icache_page(struct page *page)
 432 {
 433 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 434         if (PageCompound(page)) {
 435                 flush_dcache_icache_hugepage(page);
 436                 return;
 437         }
 438 #endif
 439 #if defined(CONFIG_8xx) || defined(CONFIG_PPC64)
 440         /* On 8xx there is no need to kmap since highmem is not supported */
 441         __flush_dcache_icache(page_address(page));
 442 #else
 443         if (IS_ENABLED(CONFIG_BOOKE) || sizeof(phys_addr_t) > sizeof(void *)) {
 444                 void *start = kmap_atomic(page);
 445                 __flush_dcache_icache(start);
 446                 kunmap_atomic(start);
 447         } else {
 448                 __flush_dcache_icache_phys(page_to_pfn(page) << PAGE_SHIFT);
 449         }
 450 #endif
 451 }
 452 EXPORT_SYMBOL(flush_dcache_icache_page);
 453
 454 void clear_user_page(void *page, unsigned long vaddr, struct page *pg)
 455 {
 456         clear_page(page);
 457
 458         /*
 459          * We shouldn't have to do this, but some versions of glibc
 460          * require it (ld.so assumes zero filled pages are icache clean)
 461          * - Anton
 462          */
 463         flush_dcache_page(pg);
 464 }
 465 EXPORT_SYMBOL(clear_user_page);
 466
 467 void copy_user_page(void *vto, void *vfrom, unsigned long vaddr,
 468                     struct page *pg)
 469 {
 470         copy_page(vto, vfrom);
 471
 472         /*
 473          * We should be able to use the following optimisation, however
 474          * there are two problems.
 475          * Firstly a bug in some versions of binutils meant PLT sections
 476          * were not marked executable.
 477          * Secondly the first word in the GOT section is blrl, used
 478          * to establish the GOT address. Until recently the GOT was
 479          * not marked executable.
 480          * - Anton
 481          */
 482 #if 0
 483         if (!vma->vm_file && ((vma->vm_flags & VM_EXEC) == 0))
 484                 return;
 485 #endif
 486
 487         flush_dcache_page(pg);
 488 }
 489
 490 void flush_icache_user_range(struct vm_area_struct *vma, struct page *page,
 491                              unsigned long addr, int len)
 492 {
 493         unsigned long maddr;
 494
 495         maddr = (unsigned long) kmap(page) + (addr & ~PAGE_MASK);
 496         flush_icache_range(maddr, maddr + len);
 497         kunmap(page);
 498 }
 499 EXPORT_SYMBOL(flush_icache_user_range);
 500
 501 /*
 502  * This is called at the end of handling a user page fault, when the
 503  * fault has been handled by updating a PTE in the linux page tables.
 504  * We use it to preload an HPTE into the hash table corresponding to
 505  * the updated linux PTE.
 506  *
 507  * This must always be called with the pte lock held.
 508  */
 509 void update_mmu_cache(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
 510                       pte_t *ptep)
 511 {
 512 #ifdef CONFIG_PPC_STD_MMU
 513         /*
 514          * We don't need to worry about _PAGE_PRESENT here because we are
 515          * called with either mm->page_table_lock held or ptl lock held
 516          */
 517         unsigned long access, trap;
 518
 519         if (radix_enabled())
 520                 return;
 521
 522         /* We only want HPTEs for linux PTEs that have _PAGE_ACCESSED set */
 523         if (!pte_young(*ptep) || address >= TASK_SIZE)
 524                 return;
 525
 526         /* We try to figure out if we are coming from an instruction
 527          * access fault and pass that down to __hash_page so we avoid
 528          * double-faulting on execution of fresh text. We have to test
 529          * for regs NULL since init will get here first thing at boot
 530          *
 531          * We also avoid filling the hash if not coming from a fault
 532          */
 533
 534         trap = current->thread.regs ? TRAP(current->thread.regs) : 0UL;
 535         switch (trap) {
 536         case 0x300:
 537                 access = 0UL;
 538                 break;
 539         case 0x400:
 540                 access = _PAGE_EXEC;
 541                 break;
 542         default:
 543                 return;
 544         }
 545
 546         hash_preload(vma->vm_mm, address, access, trap);
 547 #endif /* CONFIG_PPC_STD_MMU */
 548 #if (defined(CONFIG_PPC_BOOK3E_64) || defined(CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E)) \
 549         && defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE)
 550         if (is_vm_hugetlb_page(vma))
 551                 book3e_hugetlb_preload(vma, address, *ptep);
 552 #endif
 553 }
 554
 555 /*
 556  * System memory should not be in /proc/iomem but various tools expect it
 557  * (eg kdump).
 558  */
 559 static int __init add_system_ram_resources(void)
 560 {
 561         struct memblock_region *reg;
 562
 563         for_each_memblock(memory, reg) {
 564                 struct resource *res;
 565                 unsigned long base = reg->base;
 566                 unsigned long size = reg->size;
 567
 568                 res = kzalloc(sizeof(struct resource), GFP_KERNEL);
 569                 WARN_ON(!res);
 570
 571                 if (res) {
 572                         res->name = "System RAM";
 573                         res->start = base;
 574                         res->end = base + size - 1;
 575                         res->flags = IORESOURCE_SYSTEM_RAM | IORESOURCE_BUSY;
 576                         WARN_ON(request_resource(&iomem_resource, res) < 0);
 577                 }
 578         }
 579
 580         return 0;
 581 }
 582 subsys_initcall(add_system_ram_resources);
 583
 584 #ifdef CONFIG_STRICT_DEVMEM
 585 /*
 586  * devmem_is_allowed(): check to see if /dev/mem access to a certain address
 587  * is valid. The argument is a physical page number.
 588  *
 589  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
 590  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
 591  */
 592 int devmem_is_allowed(unsigned long pfn)
 593 {
 594         if (page_is_rtas_user_buf(pfn))
 595                 return 1;
 596         if (iomem_is_exclusive(PFN_PHYS(pfn)))
 597                 return 0;
 598         if (!page_is_ram(pfn))
 599                 return 1;
 600         return 0;
 601 }
 602 #endif /* CONFIG_STRICT_DEVMEM */