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-map-ops.h>
  25 #include <linux/efi.h>
  26 #include <linux/swiotlb.h>
  27 #include <linux/vmalloc.h>
  28 #include <linux/mm.h>
  29 #include <linux/kexec.h>
  30 #include <linux/crash_dump.h>
  31 #include <linux/hugetlb.h>
  32 #include <linux/acpi_iort.h>
  33
  34 #include <asm/boot.h>
  35 #include <asm/fixmap.h>
  36 #include <asm/kasan.h>
  37 #include <asm/kernel-pgtable.h>
  38 #include <asm/memory.h>
  39 #include <asm/numa.h>
  40 #include <asm/sections.h>
  41 #include <asm/setup.h>
  42 #include <linux/sizes.h>
  43 #include <asm/tlb.h>
  44 #include <asm/alternative.h>
  45
  46 /*
  47  * We need to be able to catch inadvertent references to memstart_addr
  48  * that occur (potentially in generic code) before arm64_memblock_init()
  49  * executes, which assigns it its actual value. So use a default value
  50  * that cannot be mistaken for a real physical address.
  51  */
  52 s64 memstart_addr __ro_after_init = -1;
  53 EXPORT_SYMBOL(memstart_addr);
  54
  55 /*
  56  * If the corresponding config options are enabled, we create both ZONE_DMA
  57  * and ZONE_DMA32. By default ZONE_DMA covers the 32-bit addressable memory
  58  * unless restricted on specific platforms (e.g. 30-bit on Raspberry Pi 4).
  59  * In such case, ZONE_DMA32 covers the rest of the 32-bit addressable memory,
  60  * otherwise it is empty.
  61  */
  62 phys_addr_t arm64_dma_phys_limit __ro_after_init;
  63
  64 #ifdef CONFIG_KEXEC_CORE
  65 /*
  66  * reserve_crashkernel() - reserves memory for crash kernel
  67  *
  68  * This function reserves memory area given in "crashkernel=" kernel command
  69  * line parameter. The memory reserved is used by dump capture kernel when
  70  * primary kernel is crashing.
  71  */
  72 static void __init reserve_crashkernel(void)
  73 {
  74         unsigned long long crash_base, crash_size;
  75         int ret;
  76
  77         ret = parse_crashkernel(boot_command_line, memblock_phys_mem_size(),
  78                                 &crash_size, &crash_base);
  79         /* no crashkernel= or invalid value specified */
  80         if (ret || !crash_size)
  81                 return;
  82
  83         crash_size = PAGE_ALIGN(crash_size);
  84
  85         if (crash_base == 0) {
  86                 /* Current arm64 boot protocol requires 2MB alignment */
  87                 crash_base = memblock_find_in_range(0, arm64_dma_phys_limit,
  88                                 crash_size, SZ_2M);
  89                 if (crash_base == 0) {
  90                         pr_warn("cannot allocate crashkernel (size:0x%llx)\n",
  91                                 crash_size);
  92                         return;
  93                 }
  94         } else {
  95                 /* User specifies base address explicitly. */
  96                 if (!memblock_is_region_memory(crash_base, crash_size)) {
  97                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: region is not memory\n");
  98                         return;
  99                 }
 100
 101                 if (memblock_is_region_reserved(crash_base, crash_size)) {
 102                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: region overlaps reserved memory\n");
 103                         return;
 104                 }
 105
 106                 if (!IS_ALIGNED(crash_base, SZ_2M)) {
 107                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: base address is not 2MB aligned\n");
 108                         return;
 109                 }
 110         }
 111         memblock_reserve(crash_base, crash_size);
 112
 113         pr_info("crashkernel reserved: 0x%016llx - 0x%016llx (%lld MB)\n",
 114                 crash_base, crash_base + crash_size, crash_size >> 20);
 115
 116         crashk_res.start = crash_base;
 117         crashk_res.end = crash_base + crash_size - 1;
 118 }
 119 #else
 120 static void __init reserve_crashkernel(void)
 121 {
 122 }
 123 #endif /* CONFIG_KEXEC_CORE */
 124
 125 #ifdef CONFIG_CRASH_DUMP
 126 static int __init early_init_dt_scan_elfcorehdr(unsigned long node,
 127                 const char *uname, int depth, void *data)
 128 {
 129         const __be32 *reg;
 130         int len;
 131
 132         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
 133                 return 0;
 134
 135         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,elfcorehdr", &len);
 136         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
 137                 return 1;
 138
 139         elfcorehdr_addr = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
 140         elfcorehdr_size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
 141
 142         return 1;
 143 }
 144
 145 /*
 146  * reserve_elfcorehdr() - reserves memory for elf core header
 147  *
 148  * This function reserves the memory occupied by an elf core header
 149  * described in the device tree. This region contains all the
 150  * information about primary kernel's core image and is used by a dump
 151  * capture kernel to access the system memory on primary kernel.
 152  */
 153 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
 154 {
 155         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_elfcorehdr, NULL);
 156
 157         if (!elfcorehdr_size)
 158                 return;
 159
 160         if (memblock_is_region_reserved(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size)) {
 161                 pr_warn("elfcorehdr is overlapped\n");
 162                 return;
 163         }
 164
 165         memblock_reserve(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size);
 166
 167         pr_info("Reserving %lldKB of memory at 0x%llx for elfcorehdr\n",
 168                 elfcorehdr_size >> 10, elfcorehdr_addr);
 169 }
 170 #else
 171 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
 172 {
 173 }
 174 #endif /* CONFIG_CRASH_DUMP */
 175
 176 /*
 177  * Return the maximum physical address for a zone accessible by the given bits
 178  * limit. If DRAM starts above 32-bit, expand the zone to the maximum
 179  * available memory, otherwise cap it at 32-bit.
 180  */
 181 static phys_addr_t __init max_zone_phys(unsigned int zone_bits)
 182 {
 183         phys_addr_t zone_mask = DMA_BIT_MASK(zone_bits);
 184         phys_addr_t phys_start = memblock_start_of_DRAM();
 185
 186         if (phys_start > U32_MAX)
 187                 zone_mask = PHYS_ADDR_MAX;
 188         else if (phys_start > zone_mask)
 189                 zone_mask = U32_MAX;
 190
 191         return min(zone_mask, memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 192 }
 193
 194 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
 195 {
 196         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
 197         unsigned int __maybe_unused acpi_zone_dma_bits;
 198         unsigned int __maybe_unused dt_zone_dma_bits;
 199         phys_addr_t __maybe_unused dma32_phys_limit = max_zone_phys(32);
 200
 201 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 202         acpi_zone_dma_bits = fls64(acpi_iort_dma_get_max_cpu_address());
 203         dt_zone_dma_bits = fls64(of_dma_get_max_cpu_address(NULL));
 204         zone_dma_bits = min3(32U, dt_zone_dma_bits, acpi_zone_dma_bits);
 205         arm64_dma_phys_limit = max_zone_phys(zone_dma_bits);
 206         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
 207 #endif
 208 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 209         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(dma32_phys_limit);
 210         if (!arm64_dma_phys_limit)
 211                 arm64_dma_phys_limit = dma32_phys_limit;
 212 #endif
 213         if (!arm64_dma_phys_limit)
 214                 arm64_dma_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
 215         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max;
 216
 217         free_area_init(max_zone_pfns);
 218 }
 219
 220 int pfn_valid(unsigned long pfn)
 221 {
 222         phys_addr_t addr = PFN_PHYS(pfn);
 223
 224         /*
 225          * Ensure the upper PAGE_SHIFT bits are clear in the
 226          * pfn. Else it might lead to false positives when
 227          * some of the upper bits are set, but the lower bits
 228          * match a valid pfn.
 229          */
 230         if (PHYS_PFN(addr) != pfn)
 231                 return 0;
 232
 233 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 234 {
 235         struct mem_section *ms;
 236
 237         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
 238                 return 0;
 239
 240         ms = __pfn_to_section(pfn);
 241         if (!valid_section(ms))
 242                 return 0;
 243
 244         /*
 245          * ZONE_DEVICE memory does not have the memblock entries.
 246          * memblock_is_map_memory() check for ZONE_DEVICE based
 247          * addresses will always fail. Even the normal hotplugged
 248          * memory will never have MEMBLOCK_NOMAP flag set in their
 249          * memblock entries. Skip memblock search for all non early
 250          * memory sections covering all of hotplug memory including
 251          * both normal and ZONE_DEVICE based.
 252          */
 253         if (!early_section(ms))
 254                 return pfn_section_valid(ms, pfn);
 255 }
 256 #endif
 257         return memblock_is_map_memory(addr);
 258 }
 259 EXPORT_SYMBOL(pfn_valid);
 260
 261 static phys_addr_t memory_limit = PHYS_ADDR_MAX;
 262
 263 /*
 264  * Limit the memory size that was specified via FDT.
 265  */
 266 static int __init early_mem(char *p)
 267 {
 268         if (!p)
 269                 return 1;
 270
 271         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
 272         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
 273
 274         return 0;
 275 }
 276 early_param("mem", early_mem);
 277
 278 static int __init early_init_dt_scan_usablemem(unsigned long node,
 279                 const char *uname, int depth, void *data)
 280 {
 281         struct memblock_region *usablemem = data;
 282         const __be32 *reg;
 283         int len;
 284
 285         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
 286                 return 0;
 287
 288         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,usable-memory-range", &len);
 289         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
 290                 return 1;
 291
 292         usablemem->base = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
 293         usablemem->size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
 294
 295         return 1;
 296 }
 297
 298 static void __init fdt_enforce_memory_region(void)
 299 {
 300         struct memblock_region reg = {
 301                 .size = 0,
 302         };
 303
 304         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_usablemem, &reg);
 305
 306         if (reg.size)
 307                 memblock_cap_memory_range(reg.base, reg.size);
 308 }
 309
 310 void __init arm64_memblock_init(void)
 311 {
 312         const s64 linear_region_size = PAGE_END - _PAGE_OFFSET(vabits_actual);
 313
 314         /* Handle linux,usable-memory-range property */
 315         fdt_enforce_memory_region();
 316
 317         /* Remove memory above our supported physical address size */
 318         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
 319
 320         /*
 321          * Select a suitable value for the base of physical memory.
 322          */
 323         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
 324                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 325
 326         if ((memblock_end_of_DRAM() - memstart_addr) > linear_region_size)
 327                 pr_warn("Memory doesn't fit in the linear mapping, VA_BITS too small\n");
 328
 329         /*
 330          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
 331          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
 332          * high in memory.
 333          */
 334         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
 335                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
 336         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
 337                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
 338                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
 339                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 340                 memblock_remove(0, memstart_addr);
 341         }
 342
 343         /*
 344          * If we are running with a 52-bit kernel VA config on a system that
 345          * does not support it, we have to place the available physical
 346          * memory in the 48-bit addressable part of the linear region, i.e.,
 347          * we have to move it upward. Since memstart_addr represents the
 348          * physical address of PAGE_OFFSET, we have to *subtract* from it.
 349          */
 350         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_VA_BITS_52) && (vabits_actual != 52))
 351                 memstart_addr -= _PAGE_OFFSET(48) - _PAGE_OFFSET(52);
 352
 353         /*
 354          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
 355          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
 356          * via the linear mapping.
 357          */
 358         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 359                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
 360                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
 361         }
 362
 363         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 364                 /*
 365                  * Add back the memory we just removed if it results in the
 366                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
 367                  * Otherwise, this is a no-op
 368                  */
 369                 u64 base = phys_initrd_start & PAGE_MASK;
 370                 u64 size = PAGE_ALIGN(phys_initrd_start + phys_initrd_size) - base;
 371
 372                 /*
 373                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
 374                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
 375                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
 376                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
 377                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
 378                  * always access both.
 379                  */
 380                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
 381                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
 382                                        linear_region_size,
 383                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
 384                         phys_initrd_size = 0;
 385                 } else {
 386                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
 387                         memblock_add(base, size);
 388                         memblock_reserve(base, size);
 389                 }
 390         }
 391
 392         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
 393                 extern u16 memstart_offset_seed;
 394                 u64 mmfr0 = read_cpuid(ID_AA64MMFR0_EL1);
 395                 int parange = cpuid_feature_extract_unsigned_field(
 396                                         mmfr0, ID_AA64MMFR0_PARANGE_SHIFT);
 397                 s64 range = linear_region_size -
 398                             BIT(id_aa64mmfr0_parange_to_phys_shift(parange));
 399
 400                 /*
 401                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
 402                  * margin, the size of the region that the physical memory can
 403                  * span, randomize the linear region as well.
 404                  */
 405                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= (s64)ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
 406                         range /= ARM64_MEMSTART_ALIGN;
 407                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
 408                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
 409                 }
 410         }
 411
 412         /*
 413          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
 414          * pagetables with memblock.
 415          */
 416         memblock_reserve(__pa_symbol(_stext), _end - _stext);
 417         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 418                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
 419                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
 420                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
 421         }
 422
 423         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 424
 425         reserve_elfcorehdr();
 426
 427         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 428 }
 429
 430 void __init bootmem_init(void)
 431 {
 432         unsigned long min, max;
 433
 434         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
 435         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
 436
 437         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
 438
 439         max_pfn = max_low_pfn = max;
 440         min_low_pfn = min;
 441
 442         arch_numa_init();
 443
 444         /*
 445          * must be done after arch_numa_init() which calls numa_init() to
 446          * initialize node_online_map that gets used in hugetlb_cma_reserve()
 447          * while allocating required CMA size across online nodes.
 448          */
 449 #if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) && defined(CONFIG_CMA)
 450         arm64_hugetlb_cma_reserve();
 451 #endif
 452
 453         dma_pernuma_cma_reserve();
 454
 455         /*
 456          * sparse_init() tries to allocate memory from memblock, so must be
 457          * done after the fixed reservations
 458          */
 459         sparse_init();
 460         zone_sizes_init(min, max);
 461
 462         /*
 463          * Reserve the CMA area after arm64_dma_phys_limit was initialised.
 464          */
 465         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
 466
 467         /*
 468          * request_standard_resources() depends on crashkernel's memory being
 469          * reserved, so do it here.
 470          */
 471         reserve_crashkernel();
 472
 473         memblock_dump_all();
 474 }
 475
 476 /*
 477  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
 478  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
 479  * memory after the kernel image.
 480  */
 481 void __init mem_init(void)
 482 {
 483         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
 484             max_pfn > PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit))
 485                 swiotlb_init(1);
 486         else
 487                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
 488
 489         set_max_mapnr(max_pfn - PHYS_PFN_OFFSET);
 490
 491         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 492         memblock_free_all();
 493
 494         mem_init_print_info(NULL);
 495
 496         /*
 497          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
 498          * detected at build time already.
 499          */
 500 #ifdef CONFIG_COMPAT
 501         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32 > DEFAULT_MAP_WINDOW_64);
 502 #endif
 503
 504         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
 505                 extern int sysctl_overcommit_memory;
 506                 /*
 507                  * On a machine this small we won't get anywhere without
 508                  * overcommit, so turn it on by default.
 509                  */
 510                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
 511         }
 512 }
 513
 514 void free_initmem(void)
 515 {
 516         free_reserved_area(lm_alias(__init_begin),
 517                            lm_alias(__init_end),
 518                            POISON_FREE_INITMEM, "unused kernel");
 519         /*
 520          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
 521          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
 522          * is not supported by kallsyms.
 523          */
 524         unmap_kernel_range((u64)__init_begin, (u64)(__init_end - __init_begin));
 525 }
 526
 527 void dump_mem_limit(void)
 528 {
 529         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 530                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
 531         } else {
 532                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
 533         }
 534 }