dma/direct: turn ARCH_ZONE_DMA_BITS into a variable
[linux-2.6-microblaze.git] / 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-mapping.h>
25 #include <linux/dma-contiguous.h>
26 #include <linux/efi.h>
27 #include <linux/swiotlb.h>
28 #include <linux/vmalloc.h>
29 #include <linux/mm.h>
30 #include <linux/kexec.h>
31 #include <linux/crash_dump.h>
32
33 #include <asm/boot.h>
34 #include <asm/fixmap.h>
35 #include <asm/kasan.h>
36 #include <asm/kernel-pgtable.h>
37 #include <asm/memory.h>
38 #include <asm/numa.h>
39 #include <asm/sections.h>
40 #include <asm/setup.h>
41 #include <linux/sizes.h>
42 #include <asm/tlb.h>
43 #include <asm/alternative.h>
44
45 #define ARM64_ZONE_DMA_BITS     30
46
47 /*
48  * We need to be able to catch inadvertent references to memstart_addr
49  * that occur (potentially in generic code) before arm64_memblock_init()
50  * executes, which assigns it its actual value. So use a default value
51  * that cannot be mistaken for a real physical address.
52  */
53 s64 memstart_addr __ro_after_init = -1;
54 EXPORT_SYMBOL(memstart_addr);
55
56 s64 physvirt_offset __ro_after_init;
57 EXPORT_SYMBOL(physvirt_offset);
58
59 struct page *vmemmap __ro_after_init;
60 EXPORT_SYMBOL(vmemmap);
61
62 /*
63  * We create both ZONE_DMA and ZONE_DMA32. ZONE_DMA covers the first 1G of
64  * memory as some devices, namely the Raspberry Pi 4, have peripherals with
65  * this limited view of the memory. ZONE_DMA32 will cover the rest of the 32
66  * bit addressable memory area.
67  */
68 phys_addr_t arm64_dma_phys_limit __ro_after_init;
69 static phys_addr_t arm64_dma32_phys_limit __ro_after_init;
70
71 #ifdef CONFIG_KEXEC_CORE
72 /*
73  * reserve_crashkernel() - reserves memory for crash kernel
74  *
75  * This function reserves memory area given in "crashkernel=" kernel command
76  * line parameter. The memory reserved is used by dump capture kernel when
77  * primary kernel is crashing.
78  */
79 static void __init reserve_crashkernel(void)
80 {
81         unsigned long long crash_base, crash_size;
82         int ret;
83
84         ret = parse_crashkernel(boot_command_line, memblock_phys_mem_size(),
85                                 &crash_size, &crash_base);
86         /* no crashkernel= or invalid value specified */
87         if (ret || !crash_size)
88                 return;
89
90         crash_size = PAGE_ALIGN(crash_size);
91
92         if (crash_base == 0) {
93                 /* Current arm64 boot protocol requires 2MB alignment */
94                 crash_base = memblock_find_in_range(0, ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT,
95                                 crash_size, SZ_2M);
96                 if (crash_base == 0) {
97                         pr_warn("cannot allocate crashkernel (size:0x%llx)\n",
98                                 crash_size);
99                         return;
100                 }
101         } else {
102                 /* User specifies base address explicitly. */
103                 if (!memblock_is_region_memory(crash_base, crash_size)) {
104                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: region is not memory\n");
105                         return;
106                 }
107
108                 if (memblock_is_region_reserved(crash_base, crash_size)) {
109                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: region overlaps reserved memory\n");
110                         return;
111                 }
112
113                 if (!IS_ALIGNED(crash_base, SZ_2M)) {
114                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: base address is not 2MB aligned\n");
115                         return;
116                 }
117         }
118         memblock_reserve(crash_base, crash_size);
119
120         pr_info("crashkernel reserved: 0x%016llx - 0x%016llx (%lld MB)\n",
121                 crash_base, crash_base + crash_size, crash_size >> 20);
122
123         crashk_res.start = crash_base;
124         crashk_res.end = crash_base + crash_size - 1;
125 }
126 #else
127 static void __init reserve_crashkernel(void)
128 {
129 }
130 #endif /* CONFIG_KEXEC_CORE */
131
132 #ifdef CONFIG_CRASH_DUMP
133 static int __init early_init_dt_scan_elfcorehdr(unsigned long node,
134                 const char *uname, int depth, void *data)
135 {
136         const __be32 *reg;
137         int len;
138
139         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
140                 return 0;
141
142         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,elfcorehdr", &len);
143         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
144                 return 1;
145
146         elfcorehdr_addr = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
147         elfcorehdr_size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
148
149         return 1;
150 }
151
152 /*
153  * reserve_elfcorehdr() - reserves memory for elf core header
154  *
155  * This function reserves the memory occupied by an elf core header
156  * described in the device tree. This region contains all the
157  * information about primary kernel's core image and is used by a dump
158  * capture kernel to access the system memory on primary kernel.
159  */
160 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
161 {
162         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_elfcorehdr, NULL);
163
164         if (!elfcorehdr_size)
165                 return;
166
167         if (memblock_is_region_reserved(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size)) {
168                 pr_warn("elfcorehdr is overlapped\n");
169                 return;
170         }
171
172         memblock_reserve(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size);
173
174         pr_info("Reserving %lldKB of memory at 0x%llx for elfcorehdr\n",
175                 elfcorehdr_size >> 10, elfcorehdr_addr);
176 }
177 #else
178 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
179 {
180 }
181 #endif /* CONFIG_CRASH_DUMP */
182
183 /*
184  * Return the maximum physical address for a zone with a given address size
185  * limit. It currently assumes that for memory starting above 4G, 32-bit
186  * devices will use a DMA offset.
187  */
188 static phys_addr_t __init max_zone_phys(unsigned int zone_bits)
189 {
190         phys_addr_t offset = memblock_start_of_DRAM() & GENMASK_ULL(63, zone_bits);
191         return min(offset + (1ULL << zone_bits), memblock_end_of_DRAM());
192 }
193
194 #ifdef CONFIG_NUMA
195
196 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
197 {
198         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
199
200 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
201         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
202 #endif
203 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
204         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(arm64_dma32_phys_limit);
205 #endif
206         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max;
207
208         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
209 }
210
211 #else
212
213 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
214 {
215         struct memblock_region *reg;
216         unsigned long zone_size[MAX_NR_ZONES], zhole_size[MAX_NR_ZONES];
217         unsigned long max_dma32 = min;
218         unsigned long __maybe_unused max_dma = min;
219
220         memset(zone_size, 0, sizeof(zone_size));
221
222 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
223         max_dma = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
224         zone_size[ZONE_DMA] = max_dma - min;
225         max_dma32 = max_dma;
226 #endif
227 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
228         max_dma32 = PFN_DOWN(arm64_dma32_phys_limit);
229         zone_size[ZONE_DMA32] = max_dma32 - max_dma;
230 #endif
231         zone_size[ZONE_NORMAL] = max - max_dma32;
232
233         memcpy(zhole_size, zone_size, sizeof(zhole_size));
234
235         for_each_memblock(memory, reg) {
236                 unsigned long start = memblock_region_memory_base_pfn(reg);
237                 unsigned long end = memblock_region_memory_end_pfn(reg);
238
239                 if (start >= max)
240                         continue;
241 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
242                 if (start < max_dma) {
243                         unsigned long dma_end = min_not_zero(end, max_dma);
244                         zhole_size[ZONE_DMA] -= dma_end - start;
245                 }
246 #endif
247 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
248                 if (start < max_dma32) {
249                         unsigned long dma32_end = min(end, max_dma32);
250                         unsigned long dma32_start = max(start, max_dma);
251                         zhole_size[ZONE_DMA32] -= dma32_end - dma32_start;
252                 }
253 #endif
254                 if (end > max_dma32) {
255                         unsigned long normal_end = min(end, max);
256                         unsigned long normal_start = max(start, max_dma32);
257                         zhole_size[ZONE_NORMAL] -= normal_end - normal_start;
258                 }
259         }
260
261         free_area_init_node(0, zone_size, min, zhole_size);
262 }
263
264 #endif /* CONFIG_NUMA */
265
266 int pfn_valid(unsigned long pfn)
267 {
268         phys_addr_t addr = pfn << PAGE_SHIFT;
269
270         if ((addr >> PAGE_SHIFT) != pfn)
271                 return 0;
272
273 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
274         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
275                 return 0;
276
277         if (!valid_section(__nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn))))
278                 return 0;
279 #endif
280         return memblock_is_map_memory(addr);
281 }
282 EXPORT_SYMBOL(pfn_valid);
283
284 static phys_addr_t memory_limit = PHYS_ADDR_MAX;
285
286 /*
287  * Limit the memory size that was specified via FDT.
288  */
289 static int __init early_mem(char *p)
290 {
291         if (!p)
292                 return 1;
293
294         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
295         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
296
297         return 0;
298 }
299 early_param("mem", early_mem);
300
301 static int __init early_init_dt_scan_usablemem(unsigned long node,
302                 const char *uname, int depth, void *data)
303 {
304         struct memblock_region *usablemem = data;
305         const __be32 *reg;
306         int len;
307
308         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
309                 return 0;
310
311         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,usable-memory-range", &len);
312         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
313                 return 1;
314
315         usablemem->base = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
316         usablemem->size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
317
318         return 1;
319 }
320
321 static void __init fdt_enforce_memory_region(void)
322 {
323         struct memblock_region reg = {
324                 .size = 0,
325         };
326
327         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_usablemem, &reg);
328
329         if (reg.size)
330                 memblock_cap_memory_range(reg.base, reg.size);
331 }
332
333 void __init arm64_memblock_init(void)
334 {
335         const s64 linear_region_size = BIT(vabits_actual - 1);
336
337         /* Handle linux,usable-memory-range property */
338         fdt_enforce_memory_region();
339
340         /* Remove memory above our supported physical address size */
341         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
342
343         /*
344          * Select a suitable value for the base of physical memory.
345          */
346         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
347                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
348
349         physvirt_offset = PHYS_OFFSET - PAGE_OFFSET;
350
351         vmemmap = ((struct page *)VMEMMAP_START - (memstart_addr >> PAGE_SHIFT));
352
353         /*
354          * If we are running with a 52-bit kernel VA config on a system that
355          * does not support it, we have to offset our vmemmap and physvirt_offset
356          * s.t. we avoid the 52-bit portion of the direct linear map
357          */
358         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_VA_BITS_52) && (vabits_actual != 52)) {
359                 vmemmap += (_PAGE_OFFSET(48) - _PAGE_OFFSET(52)) >> PAGE_SHIFT;
360                 physvirt_offset = PHYS_OFFSET - _PAGE_OFFSET(48);
361         }
362
363         /*
364          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
365          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
366          * high in memory.
367          */
368         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
369                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
370         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
371                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
372                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
373                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
374                 memblock_remove(0, memstart_addr);
375         }
376
377         /*
378          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
379          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
380          * via the linear mapping.
381          */
382         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
383                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
384                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
385         }
386
387         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
388                 /*
389                  * Add back the memory we just removed if it results in the
390                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
391                  * Otherwise, this is a no-op
392                  */
393                 u64 base = phys_initrd_start & PAGE_MASK;
394                 u64 size = PAGE_ALIGN(phys_initrd_start + phys_initrd_size) - base;
395
396                 /*
397                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
398                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
399                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
400                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
401                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
402                  * always access both.
403                  */
404                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
405                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
406                                        linear_region_size,
407                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
408                         phys_initrd_size = 0;
409                 } else {
410                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
411                         memblock_add(base, size);
412                         memblock_reserve(base, size);
413                 }
414         }
415
416         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
417                 extern u16 memstart_offset_seed;
418                 u64 range = linear_region_size -
419                             (memblock_end_of_DRAM() - memblock_start_of_DRAM());
420
421                 /*
422                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
423                  * margin, the size of the region that the available physical
424                  * memory spans, randomize the linear region as well.
425                  */
426                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
427                         range /= ARM64_MEMSTART_ALIGN;
428                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
429                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
430                 }
431         }
432
433         /*
434          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
435          * pagetables with memblock.
436          */
437         memblock_reserve(__pa_symbol(_text), _end - _text);
438         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
439                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
440                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
441                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
442         }
443
444         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
445
446         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA)) {
447                 zone_dma_bits = ARM64_ZONE_DMA_BITS;
448                 arm64_dma_phys_limit = max_zone_phys(ARM64_ZONE_DMA_BITS);
449         }
450
451         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32))
452                 arm64_dma32_phys_limit = max_zone_phys(32);
453         else
454                 arm64_dma32_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
455
456         reserve_crashkernel();
457
458         reserve_elfcorehdr();
459
460         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
461
462         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit ? : arm64_dma32_phys_limit);
463 }
464
465 void __init bootmem_init(void)
466 {
467         unsigned long min, max;
468
469         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
470         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
471
472         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
473
474         max_pfn = max_low_pfn = max;
475         min_low_pfn = min;
476
477         arm64_numa_init();
478         /*
479          * Sparsemem tries to allocate bootmem in memory_present(), so must be
480          * done after the fixed reservations.
481          */
482         memblocks_present();
483
484         sparse_init();
485         zone_sizes_init(min, max);
486
487         memblock_dump_all();
488 }
489
490 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
491 static inline void free_memmap(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
492 {
493         struct page *start_pg, *end_pg;
494         unsigned long pg, pgend;
495
496         /*
497          * Convert start_pfn/end_pfn to a struct page pointer.
498          */
499         start_pg = pfn_to_page(start_pfn - 1) + 1;
500         end_pg = pfn_to_page(end_pfn - 1) + 1;
501
502         /*
503          * Convert to physical addresses, and round start upwards and end
504          * downwards.
505          */
506         pg = (unsigned long)PAGE_ALIGN(__pa(start_pg));
507         pgend = (unsigned long)__pa(end_pg) & PAGE_MASK;
508
509         /*
510          * If there are free pages between these, free the section of the
511          * memmap array.
512          */
513         if (pg < pgend)
514                 memblock_free(pg, pgend - pg);
515 }
516
517 /*
518  * The mem_map array can get very big. Free the unused area of the memory map.
519  */
520 static void __init free_unused_memmap(void)
521 {
522         unsigned long start, prev_end = 0;
523         struct memblock_region *reg;
524
525         for_each_memblock(memory, reg) {
526                 start = __phys_to_pfn(reg->base);
527
528 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
529                 /*
530                  * Take care not to free memmap entries that don't exist due
531                  * to SPARSEMEM sections which aren't present.
532                  */
533                 start = min(start, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
534 #endif
535                 /*
536                  * If we had a previous bank, and there is a space between the
537                  * current bank and the previous, free it.
538                  */
539                 if (prev_end && prev_end < start)
540                         free_memmap(prev_end, start);
541
542                 /*
543                  * Align up here since the VM subsystem insists that the
544                  * memmap entries are valid from the bank end aligned to
545                  * MAX_ORDER_NR_PAGES.
546                  */
547                 prev_end = ALIGN(__phys_to_pfn(reg->base + reg->size),
548                                  MAX_ORDER_NR_PAGES);
549         }
550
551 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
552         if (!IS_ALIGNED(prev_end, PAGES_PER_SECTION))
553                 free_memmap(prev_end, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
554 #endif
555 }
556 #endif  /* !CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */
557
558 /*
559  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
560  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
561  * memory after the kernel image.
562  */
563 void __init mem_init(void)
564 {
565         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
566             max_pfn > PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit ? : arm64_dma32_phys_limit))
567                 swiotlb_init(1);
568         else
569                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
570
571         set_max_mapnr(max_pfn - PHYS_PFN_OFFSET);
572
573 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
574         free_unused_memmap();
575 #endif
576         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
577         memblock_free_all();
578
579         mem_init_print_info(NULL);
580
581         /*
582          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
583          * detected at build time already.
584          */
585 #ifdef CONFIG_COMPAT
586         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32 > DEFAULT_MAP_WINDOW_64);
587 #endif
588
589         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
590                 extern int sysctl_overcommit_memory;
591                 /*
592                  * On a machine this small we won't get anywhere without
593                  * overcommit, so turn it on by default.
594                  */
595                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
596         }
597 }
598
599 void free_initmem(void)
600 {
601         free_reserved_area(lm_alias(__init_begin),
602                            lm_alias(__init_end),
603                            0, "unused kernel");
604         /*
605          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
606          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
607          * is not supported by kallsyms.
608          */
609         unmap_kernel_range((u64)__init_begin, (u64)(__init_end - __init_begin));
610 }
611
612 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
613 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
614 {
615         unsigned long aligned_start, aligned_end;
616
617         aligned_start = __virt_to_phys(start) & PAGE_MASK;
618         aligned_end = PAGE_ALIGN(__virt_to_phys(end));
619         memblock_free(aligned_start, aligned_end - aligned_start);
620         free_reserved_area((void *)start, (void *)end, 0, "initrd");
621 }
622 #endif
623
624 /*
625  * Dump out memory limit information on panic.
626  */
627 static int dump_mem_limit(struct notifier_block *self, unsigned long v, void *p)
628 {
629         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
630                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
631         } else {
632                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
633         }
634         return 0;
635 }
636
637 static struct notifier_block mem_limit_notifier = {
638         .notifier_call = dump_mem_limit,
639 };
640
641 static int __init register_mem_limit_dumper(void)
642 {
643         atomic_notifier_chain_register(&panic_notifier_list,
644                                        &mem_limit_notifier);
645         return 0;
646 }
647 __initcall(register_mem_limit_dumper);