arch/ppc/mm/init.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  *  Amiga/APUS changes by Jesper Skov (jskov@cygnus.co.uk).
   9  *  PPC44x/36-bit changes by Matt Porter (mporter@mvista.com)
  10  *
  11  *  Derived from "arch/i386/mm/init.c"
  12  *    Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
  13  *
  14  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
  15  *  modify it under the terms of the GNU General Public License
  16  *  as published by the Free Software Foundation; either version
  17  *  2 of the License, or (at your option) any later version.
  18  *
  19  */
  20
  21 #include <linux/config.h>
  22 #include <linux/module.h>
  23 #include <linux/sched.h>
  24 #include <linux/kernel.h>
  25 #include <linux/errno.h>
  26 #include <linux/string.h>
  27 #include <linux/types.h>
  28 #include <linux/mm.h>
  29 #include <linux/stddef.h>
  30 #include <linux/init.h>
  31 #include <linux/bootmem.h>
  32 #include <linux/highmem.h>
  33 #include <linux/initrd.h>
  34 #include <linux/pagemap.h>
  35
  36 #include <asm/pgalloc.h>
  37 #include <asm/prom.h>
  38 #include <asm/io.h>
  39 #include <asm/mmu_context.h>
  40 #include <asm/pgtable.h>
  41 #include <asm/mmu.h>
  42 #include <asm/smp.h>
  43 #include <asm/machdep.h>
  44 #include <asm/btext.h>
  45 #include <asm/tlb.h>
  46 #include <asm/bootinfo.h>
  47
  48 #include "mem_pieces.h"
  49 #include "mmu_decl.h"
  50
  51 #if defined(CONFIG_KERNEL_START_BOOL) || defined(CONFIG_LOWMEM_SIZE_BOOL)
  52 /* The ammount of lowmem must be within 0xF0000000 - KERNELBASE. */
  53 #if (CONFIG_LOWMEM_SIZE > (0xF0000000 - KERNELBASE))
  54 #error "You must adjust CONFIG_LOWMEM_SIZE or CONFIG_START_KERNEL"
  55 #endif
  56 #endif
  57 #define MAX_LOW_MEM     CONFIG_LOWMEM_SIZE
  58
  59 DEFINE_PER_CPU(struct mmu_gather, mmu_gathers);
  60
  61 unsigned long total_memory;
  62 unsigned long total_lowmem;
  63
  64 unsigned long ppc_memstart;
  65 unsigned long ppc_memoffset = PAGE_OFFSET;
  66
  67 int mem_init_done;
  68 int init_bootmem_done;
  69 int boot_mapsize;
  70
  71 extern char _end[];
  72 extern char etext[], _stext[];
  73 extern char __init_begin, __init_end;
  74
  75 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
  76 pte_t *kmap_pte;
  77 pgprot_t kmap_prot;
  78
  79 EXPORT_SYMBOL(kmap_prot);
  80 EXPORT_SYMBOL(kmap_pte);
  81 #endif
  82
  83 void MMU_init(void);
  84 void set_phys_avail(unsigned long total_ram);
  85
  86 /* XXX should be in current.h  -- paulus */
  87 extern struct task_struct *current_set[NR_CPUS];
  88
  89 char *klimit = _end;
  90 struct mem_pieces phys_avail;
  91
  92 /*
  93  * this tells the system to map all of ram with the segregs
  94  * (i.e. page tables) instead of the bats.
  95  * -- Cort
  96  */
  97 int __map_without_bats;
  98 int __map_without_ltlbs;
  99
 100 /* max amount of RAM to use */
 101 unsigned long __max_memory;
 102 /* max amount of low RAM to map in */
 103 unsigned long __max_low_memory = MAX_LOW_MEM;
 104
 105 void show_mem(void)
 106 {
 107         int i,free = 0,total = 0,reserved = 0;
 108         int shared = 0, cached = 0;
 109         int highmem = 0;
 110
 111         printk("Mem-info:\n");
 112         show_free_areas();
 113         printk("Free swap:       %6ldkB\n", nr_swap_pages<<(PAGE_SHIFT-10));
 114         i = max_mapnr;
 115         while (i-- > 0) {
 116                 total++;
 117                 if (PageHighMem(mem_map+i))
 118                         highmem++;
 119                 if (PageReserved(mem_map+i))
 120                         reserved++;
 121                 else if (PageSwapCache(mem_map+i))
 122                         cached++;
 123                 else if (!page_count(mem_map+i))
 124                         free++;
 125                 else
 126                         shared += page_count(mem_map+i) - 1;
 127         }
 128         printk("%d pages of RAM\n",total);
 129         printk("%d pages of HIGHMEM\n", highmem);
 130         printk("%d free pages\n",free);
 131         printk("%d reserved pages\n",reserved);
 132         printk("%d pages shared\n",shared);
 133         printk("%d pages swap cached\n",cached);
 134 }
 135
 136 /* Free up now-unused memory */
 137 static void free_sec(unsigned long start, unsigned long end, const char *name)
 138 {
 139         unsigned long cnt = 0;
 140
 141         while (start < end) {
 142                 ClearPageReserved(virt_to_page(start));
 143                 init_page_count(virt_to_page(start));
 144                 free_page(start);
 145                 cnt++;
 146                 start += PAGE_SIZE;
 147         }
 148         if (cnt) {
 149                 printk(" %ldk %s", cnt << (PAGE_SHIFT - 10), name);
 150                 totalram_pages += cnt;
 151         }
 152 }
 153
 154 void free_initmem(void)
 155 {
 156 #define FREESEC(TYPE) \
 157         free_sec((unsigned long)(&__ ## TYPE ## _begin), \
 158                  (unsigned long)(&__ ## TYPE ## _end), \
 159                  #TYPE);
 160
 161         printk ("Freeing unused kernel memory:");
 162         FREESEC(init);
 163         printk("\n");
 164         ppc_md.progress = NULL;
 165 #undef FREESEC
 166 }
 167
 168 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 169 void free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 170 {
 171         printk ("Freeing initrd memory: %ldk freed\n", (end - start) >> 10);
 172
 173         for (; start < end; start += PAGE_SIZE) {
 174                 ClearPageReserved(virt_to_page(start));
 175                 init_page_count(virt_to_page(start));
 176                 free_page(start);
 177                 totalram_pages++;
 178         }
 179 }
 180 #endif
 181
 182 /*
 183  * Check for command-line options that affect what MMU_init will do.
 184  */
 185 void MMU_setup(void)
 186 {
 187         /* Check for nobats option (used in mapin_ram). */
 188         if (strstr(cmd_line, "nobats")) {
 189                 __map_without_bats = 1;
 190         }
 191
 192         if (strstr(cmd_line, "noltlbs")) {
 193                 __map_without_ltlbs = 1;
 194         }
 195
 196         /* Look for mem= option on command line */
 197         if (strstr(cmd_line, "mem=")) {
 198                 char *p, *q;
 199                 unsigned long maxmem = 0;
 200
 201                 for (q = cmd_line; (p = strstr(q, "mem=")) != 0; ) {
 202                         q = p + 4;
 203                         if (p > cmd_line && p[-1] != ' ')
 204                                 continue;
 205                         maxmem = simple_strtoul(q, &q, 0);
 206                         if (*q == 'k' || *q == 'K') {
 207                                 maxmem <<= 10;
 208                                 ++q;
 209                         } else if (*q == 'm' || *q == 'M') {
 210                                 maxmem <<= 20;
 211                                 ++q;
 212                         }
 213                 }
 214                 __max_memory = maxmem;
 215         }
 216 }
 217
 218 /*
 219  * MMU_init sets up the basic memory mappings for the kernel,
 220  * including both RAM and possibly some I/O regions,
 221  * and sets up the page tables and the MMU hardware ready to go.
 222  */
 223 void __init MMU_init(void)
 224 {
 225         if (ppc_md.progress)
 226                 ppc_md.progress("MMU:enter", 0x111);
 227
 228         /* parse args from command line */
 229         MMU_setup();
 230
 231         /*
 232          * Figure out how much memory we have, how much
 233          * is lowmem, and how much is highmem.  If we were
 234          * passed the total memory size from the bootloader,
 235          * just use it.
 236          */
 237         if (boot_mem_size)
 238                 total_memory = boot_mem_size;
 239         else
 240                 total_memory = ppc_md.find_end_of_memory();
 241
 242         if (__max_memory && total_memory > __max_memory)
 243                 total_memory = __max_memory;
 244         total_lowmem = total_memory;
 245 #ifdef CONFIG_FSL_BOOKE
 246         /* Freescale Book-E parts expect lowmem to be mapped by fixed TLB
 247          * entries, so we need to adjust lowmem to match the amount we can map
 248          * in the fixed entries */
 249         adjust_total_lowmem();
 250 #endif /* CONFIG_FSL_BOOKE */
 251         if (total_lowmem > __max_low_memory) {
 252                 total_lowmem = __max_low_memory;
 253 #ifndef CONFIG_HIGHMEM
 254                 total_memory = total_lowmem;
 255 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 256         }
 257         set_phys_avail(total_lowmem);
 258
 259         /* Initialize the MMU hardware */
 260         if (ppc_md.progress)
 261                 ppc_md.progress("MMU:hw init", 0x300);
 262         MMU_init_hw();
 263
 264         /* Map in all of RAM starting at KERNELBASE */
 265         if (ppc_md.progress)
 266                 ppc_md.progress("MMU:mapin", 0x301);
 267         mapin_ram();
 268
 269 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 270         ioremap_base = PKMAP_BASE;
 271 #else
 272         ioremap_base = 0xfe000000UL;    /* for now, could be 0xfffff000 */
 273 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 274         ioremap_bot = ioremap_base;
 275
 276         /* Map in I/O resources */
 277         if (ppc_md.progress)
 278                 ppc_md.progress("MMU:setio", 0x302);
 279         if (ppc_md.setup_io_mappings)
 280                 ppc_md.setup_io_mappings();
 281
 282         /* Initialize the context management stuff */
 283         mmu_context_init();
 284
 285         if (ppc_md.progress)
 286                 ppc_md.progress("MMU:exit", 0x211);
 287
 288 #ifdef CONFIG_BOOTX_TEXT
 289         /* By default, we are no longer mapped */
 290         boot_text_mapped = 0;
 291         /* Must be done last, or ppc_md.progress will die. */
 292         map_boot_text();
 293 #endif
 294 }
 295
 296 /* This is only called until mem_init is done. */
 297 void __init *early_get_page(void)
 298 {
 299         void *p;
 300
 301         if (init_bootmem_done) {
 302                 p = alloc_bootmem_pages(PAGE_SIZE);
 303         } else {
 304                 p = mem_pieces_find(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
 305         }
 306         return p;
 307 }
 308
 309 /*
 310  * Initialize the bootmem system and give it all the memory we
 311  * have available.
 312  */
 313 void __init do_init_bootmem(void)
 314 {
 315         unsigned long start, size;
 316         int i;
 317
 318         /*
 319          * Find an area to use for the bootmem bitmap.
 320          * We look for the first area which is at least
 321          * 128kB in length (128kB is enough for a bitmap
 322          * for 4GB of memory, using 4kB pages), plus 1 page
 323          * (in case the address isn't page-aligned).
 324          */
 325         start = 0;
 326         size = 0;
 327         for (i = 0; i < phys_avail.n_regions; ++i) {
 328                 unsigned long a = phys_avail.regions[i].address;
 329                 unsigned long s = phys_avail.regions[i].size;
 330                 if (s <= size)
 331                         continue;
 332                 start = a;
 333                 size = s;
 334                 if (s >= 33 * PAGE_SIZE)
 335                         break;
 336         }
 337         start = PAGE_ALIGN(start);
 338
 339         min_low_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
 340         max_low_pfn = (PPC_MEMSTART + total_lowmem) >> PAGE_SHIFT;
 341         max_pfn = (PPC_MEMSTART + total_memory) >> PAGE_SHIFT;
 342         boot_mapsize = init_bootmem_node(&contig_page_data, min_low_pfn,
 343                                          PPC_MEMSTART >> PAGE_SHIFT,
 344                                          max_low_pfn);
 345
 346         /* remove the bootmem bitmap from the available memory */
 347         mem_pieces_remove(&phys_avail, start, boot_mapsize, 1);
 348
 349         /* add everything in phys_avail into the bootmem map */
 350         for (i = 0; i < phys_avail.n_regions; ++i)
 351                 free_bootmem(phys_avail.regions[i].address,
 352                              phys_avail.regions[i].size);
 353
 354         init_bootmem_done = 1;
 355 }
 356
 357 /*
 358  * paging_init() sets up the page tables - in fact we've already done this.
 359  */
 360 void __init paging_init(void)
 361 {
 362         unsigned long zones_size[MAX_NR_ZONES], i;
 363
 364 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 365         map_page(PKMAP_BASE, 0, 0);     /* XXX gross */
 366         pkmap_page_table = pte_offset_kernel(pmd_offset(pgd_offset_k
 367                         (PKMAP_BASE), PKMAP_BASE), PKMAP_BASE);
 368         map_page(KMAP_FIX_BEGIN, 0, 0); /* XXX gross */
 369         kmap_pte = pte_offset_kernel(pmd_offset(pgd_offset_k
 370                         (KMAP_FIX_BEGIN), KMAP_FIX_BEGIN), KMAP_FIX_BEGIN);
 371         kmap_prot = PAGE_KERNEL;
 372 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 373
 374         /*
 375          * All pages are DMA-able so we put them all in the DMA zone.
 376          */
 377         zones_size[ZONE_DMA] = total_lowmem >> PAGE_SHIFT;
 378         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++)
 379                 zones_size[i] = 0;
 380
 381 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 382         zones_size[ZONE_HIGHMEM] = (total_memory - total_lowmem) >> PAGE_SHIFT;
 383 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 384
 385         free_area_init(zones_size);
 386 }
 387
 388 void __init mem_init(void)
 389 {
 390         unsigned long addr;
 391         int codepages = 0;
 392         int datapages = 0;
 393         int initpages = 0;
 394 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 395         unsigned long highmem_mapnr;
 396
 397         highmem_mapnr = total_lowmem >> PAGE_SHIFT;
 398 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 399         max_mapnr = total_memory >> PAGE_SHIFT;
 400
 401         high_memory = (void *) __va(PPC_MEMSTART + total_lowmem);
 402         num_physpages = max_mapnr;      /* RAM is assumed contiguous */
 403
 404         totalram_pages += free_all_bootmem();
 405
 406 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 407         /* if we are booted from BootX with an initial ramdisk,
 408            make sure the ramdisk pages aren't reserved. */
 409         if (initrd_start) {
 410                 for (addr = initrd_start; addr < initrd_end; addr += PAGE_SIZE)
 411                         ClearPageReserved(virt_to_page(addr));
 412         }
 413 #endif /* CONFIG_BLK_DEV_INITRD */
 414
 415         for (addr = PAGE_OFFSET; addr < (unsigned long)high_memory;
 416              addr += PAGE_SIZE) {
 417                 if (!PageReserved(virt_to_page(addr)))
 418                         continue;
 419                 if (addr < (ulong) etext)
 420                         codepages++;
 421                 else if (addr >= (unsigned long)&__init_begin
 422                          && addr < (unsigned long)&__init_end)
 423                         initpages++;
 424                 else if (addr < (ulong) klimit)
 425                         datapages++;
 426         }
 427
 428 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 429         {
 430                 unsigned long pfn;
 431
 432                 for (pfn = highmem_mapnr; pfn < max_mapnr; ++pfn) {
 433                         struct page *page = mem_map + pfn;
 434
 435                         ClearPageReserved(page);
 436                         init_page_count(page);
 437                         __free_page(page);
 438                         totalhigh_pages++;
 439                 }
 440                 totalram_pages += totalhigh_pages;
 441         }
 442 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 443
 444         printk("Memory: %luk available (%dk kernel code, %dk data, %dk init, %ldk highmem)\n",
 445                (unsigned long)nr_free_pages()<< (PAGE_SHIFT-10),
 446                codepages<< (PAGE_SHIFT-10), datapages<< (PAGE_SHIFT-10),
 447                initpages<< (PAGE_SHIFT-10),
 448                (unsigned long) (totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10)));
 449
 450         mem_init_done = 1;
 451 }
 452
 453 /*
 454  * Set phys_avail to the amount of physical memory,
 455  * less the kernel text/data/bss.
 456  */
 457 void __init
 458 set_phys_avail(unsigned long total_memory)
 459 {
 460         unsigned long kstart, ksize;
 461
 462         /*
 463          * Initially, available physical memory is equivalent to all
 464          * physical memory.
 465          */
 466
 467         phys_avail.regions[0].address = PPC_MEMSTART;
 468         phys_avail.regions[0].size = total_memory;
 469         phys_avail.n_regions = 1;
 470
 471         /*
 472          * Map out the kernel text/data/bss from the available physical
 473          * memory.
 474          */
 475
 476         kstart = __pa(_stext);  /* should be 0 */
 477         ksize = PAGE_ALIGN(klimit - _stext);
 478
 479         mem_pieces_remove(&phys_avail, kstart, ksize, 0);
 480         mem_pieces_remove(&phys_avail, 0, 0x4000, 0);
 481
 482 #if defined(CONFIG_BLK_DEV_INITRD)
 483         /* Remove the init RAM disk from the available memory. */
 484         if (initrd_start) {
 485                 mem_pieces_remove(&phys_avail, __pa(initrd_start),
 486                                   initrd_end - initrd_start, 1);
 487         }
 488 #endif /* CONFIG_BLK_DEV_INITRD */
 489 }
 490
 491 /* Mark some memory as reserved by removing it from phys_avail. */
 492 void __init reserve_phys_mem(unsigned long start, unsigned long size)
 493 {
 494         mem_pieces_remove(&phys_avail, start, size, 1);
 495 }
 496
 497 /*
 498  * This is called when a page has been modified by the kernel.
 499  * It just marks the page as not i-cache clean.  We do the i-cache
 500  * flush later when the page is given to a user process, if necessary.
 501  */
 502 void flush_dcache_page(struct page *page)
 503 {
 504         clear_bit(PG_arch_1, &page->flags);
 505 }
 506
 507 void flush_dcache_icache_page(struct page *page)
 508 {
 509 #ifdef CONFIG_BOOKE
 510         void *start = kmap_atomic(page, KM_PPC_SYNC_ICACHE);
 511         __flush_dcache_icache(start);
 512         kunmap_atomic(start, KM_PPC_SYNC_ICACHE);
 513 #elif defined(CONFIG_8xx)
 514         /* On 8xx there is no need to kmap since highmem is not supported */
 515         __flush_dcache_icache(page_address(page));
 516 #else
 517         __flush_dcache_icache_phys(page_to_pfn(page) << PAGE_SHIFT);
 518 #endif
 519
 520 }
 521 void clear_user_page(void *page, unsigned long vaddr, struct page *pg)
 522 {
 523         clear_page(page);
 524         clear_bit(PG_arch_1, &pg->flags);
 525 }
 526
 527 void copy_user_page(void *vto, void *vfrom, unsigned long vaddr,
 528                     struct page *pg)
 529 {
 530         copy_page(vto, vfrom);
 531         clear_bit(PG_arch_1, &pg->flags);
 532 }
 533
 534 void flush_icache_user_range(struct vm_area_struct *vma, struct page *page,
 535                              unsigned long addr, int len)
 536 {
 537         unsigned long maddr;
 538
 539         maddr = (unsigned long) kmap(page) + (addr & ~PAGE_MASK);
 540         flush_icache_range(maddr, maddr + len);
 541         kunmap(page);
 542 }
 543
 544 /*
 545  * This is called at the end of handling a user page fault, when the
 546  * fault has been handled by updating a PTE in the linux page tables.
 547  * We use it to preload an HPTE into the hash table corresponding to
 548  * the updated linux PTE.
 549  */
 550 void update_mmu_cache(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
 551                       pte_t pte)
 552 {
 553         /* handle i-cache coherency */
 554         unsigned long pfn = pte_pfn(pte);
 555
 556         if (pfn_valid(pfn)) {
 557                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
 558 #ifdef CONFIG_8xx
 559                 /* On 8xx, the TLB handlers work in 2 stages:
 560                  * First, a zeroed entry is loaded by TLBMiss handler,
 561                  * which causes the TLBError handler to be triggered.
 562                  * That means the zeroed TLB has to be invalidated
 563                  * whenever a page miss occurs.
 564                  */
 565                 _tlbie(address);
 566 #endif
 567                 if (!PageReserved(page)
 568                     && !test_bit(PG_arch_1, &page->flags)) {
 569                         if (vma->vm_mm == current->active_mm)
 570                                 __flush_dcache_icache((void *) address);
 571                         else
 572                                 flush_dcache_icache_page(page);
 573                         set_bit(PG_arch_1, &page->flags);
 574                 }
 575         }
 576
 577 #ifdef CONFIG_PPC_STD_MMU
 578         /* We only want HPTEs for linux PTEs that have _PAGE_ACCESSED set */
 579         if (Hash != 0 && pte_young(pte)) {
 580                 struct mm_struct *mm;
 581                 pmd_t *pmd;
 582
 583                 mm = (address < TASK_SIZE)? vma->vm_mm: &init_mm;
 584                 pmd = pmd_offset(pgd_offset(mm, address), address);
 585                 if (!pmd_none(*pmd))
 586                         add_hash_page(mm->context, address, pmd_val(*pmd));
 587         }
 588 #endif
 589 }
 590
 591 /*
 592  * This is called by /dev/mem to know if a given address has to
 593  * be mapped non-cacheable or not
 594  */
 595 int page_is_ram(unsigned long pfn)
 596 {
 597         return pfn < max_pfn;
 598 }
 599
 600 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
 601                               unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
 602 {
 603         if (ppc_md.phys_mem_access_prot)
 604                 return ppc_md.phys_mem_access_prot(file, pfn, size, vma_prot);
 605
 606         if (!page_is_ram(pfn))
 607                 vma_prot = __pgprot(pgprot_val(vma_prot)
 608                                     | _PAGE_GUARDED | _PAGE_NO_CACHE);
 609         return vma_prot;
 610 }
 611 EXPORT_SYMBOL(phys_mem_access_prot);