mm: use free_area_init() instead of free_area_init_nodes()
[linux-2.6-microblaze.git] / arch / powerpc / mm / mem.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  *  PowerPC version
4  *    Copyright (C) 1995-1996 Gary Thomas (gdt@linuxppc.org)
5  *
6  *  Modifications by Paul Mackerras (PowerMac) (paulus@cs.anu.edu.au)
7  *  and Cort Dougan (PReP) (cort@cs.nmt.edu)
8  *    Copyright (C) 1996 Paul Mackerras
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
15 #include <linux/export.h>
16 #include <linux/sched.h>
17 #include <linux/kernel.h>
18 #include <linux/errno.h>
19 #include <linux/string.h>
20 #include <linux/gfp.h>
21 #include <linux/types.h>
22 #include <linux/mm.h>
23 #include <linux/stddef.h>
24 #include <linux/init.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/highmem.h>
27 #include <linux/initrd.h>
28 #include <linux/pagemap.h>
29 #include <linux/suspend.h>
30 #include <linux/hugetlb.h>
31 #include <linux/slab.h>
32 #include <linux/vmalloc.h>
33 #include <linux/memremap.h>
34 #include <linux/dma-direct.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/sections.h>
47 #include <asm/sparsemem.h>
48 #include <asm/vdso.h>
49 #include <asm/fixmap.h>
50 #include <asm/swiotlb.h>
51 #include <asm/rtas.h>
52 #include <asm/kasan.h>
53
54 #include <mm/mmu_decl.h>
55
56 #ifndef CPU_FTR_COHERENT_ICACHE
57 #define CPU_FTR_COHERENT_ICACHE 0       /* XXX for now */
58 #define CPU_FTR_NOEXECUTE       0
59 #endif
60
61 unsigned long long memory_limit;
62 bool init_mem_is_free;
63
64 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
65 pte_t *kmap_pte;
66 EXPORT_SYMBOL(kmap_pte);
67 pgprot_t kmap_prot;
68 EXPORT_SYMBOL(kmap_prot);
69 #endif
70
71 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
72                               unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
73 {
74         if (ppc_md.phys_mem_access_prot)
75                 return ppc_md.phys_mem_access_prot(file, pfn, size, vma_prot);
76
77         if (!page_is_ram(pfn))
78                 vma_prot = pgprot_noncached(vma_prot);
79
80         return vma_prot;
81 }
82 EXPORT_SYMBOL(phys_mem_access_prot);
83
84 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
85
86 #ifdef CONFIG_NUMA
87 int memory_add_physaddr_to_nid(u64 start)
88 {
89         return hot_add_scn_to_nid(start);
90 }
91 #endif
92
93 int __weak create_section_mapping(unsigned long start, unsigned long end,
94                                   int nid, pgprot_t prot)
95 {
96         return -ENODEV;
97 }
98
99 int __weak remove_section_mapping(unsigned long start, unsigned long end)
100 {
101         return -ENODEV;
102 }
103
104 #define FLUSH_CHUNK_SIZE SZ_1G
105 /**
106  * flush_dcache_range_chunked(): Write any modified data cache blocks out to
107  * memory and invalidate them, in chunks of up to FLUSH_CHUNK_SIZE
108  * Does not invalidate the corresponding instruction cache blocks.
109  *
110  * @start: the start address
111  * @stop: the stop address (exclusive)
112  * @chunk: the max size of the chunks
113  */
114 static void flush_dcache_range_chunked(unsigned long start, unsigned long stop,
115                                        unsigned long chunk)
116 {
117         unsigned long i;
118
119         for (i = start; i < stop; i += chunk) {
120                 flush_dcache_range(i, min(stop, i + chunk));
121                 cond_resched();
122         }
123 }
124
125 int __ref arch_add_memory(int nid, u64 start, u64 size,
126                           struct mhp_params *params)
127 {
128         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
129         unsigned long nr_pages = size >> PAGE_SHIFT;
130         int rc;
131
132         resize_hpt_for_hotplug(memblock_phys_mem_size());
133
134         start = (unsigned long)__va(start);
135         rc = create_section_mapping(start, start + size, nid,
136                                     params->pgprot);
137         if (rc) {
138                 pr_warn("Unable to create mapping for hot added memory 0x%llx..0x%llx: %d\n",
139                         start, start + size, rc);
140                 return -EFAULT;
141         }
142
143         return __add_pages(nid, start_pfn, nr_pages, params);
144 }
145
146 void __ref arch_remove_memory(int nid, u64 start, u64 size,
147                              struct vmem_altmap *altmap)
148 {
149         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
150         unsigned long nr_pages = size >> PAGE_SHIFT;
151         int ret;
152
153         __remove_pages(start_pfn, nr_pages, altmap);
154
155         /* Remove htab bolted mappings for this section of memory */
156         start = (unsigned long)__va(start);
157         flush_dcache_range_chunked(start, start + size, FLUSH_CHUNK_SIZE);
158
159         ret = remove_section_mapping(start, start + size);
160         WARN_ON_ONCE(ret);
161
162         /* Ensure all vmalloc mappings are flushed in case they also
163          * hit that section of memory
164          */
165         vm_unmap_aliases();
166
167         if (resize_hpt_for_hotplug(memblock_phys_mem_size()) == -ENOSPC)
168                 pr_warn("Hash collision while resizing HPT\n");
169 }
170 #endif
171
172 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
173 void __init mem_topology_setup(void)
174 {
175         max_low_pfn = max_pfn = memblock_end_of_DRAM() >> PAGE_SHIFT;
176         min_low_pfn = MEMORY_START >> PAGE_SHIFT;
177 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
178         max_low_pfn = lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT;
179 #endif
180
181         /* Place all memblock_regions in the same node and merge contiguous
182          * memblock_regions
183          */
184         memblock_set_node(0, PHYS_ADDR_MAX, &memblock.memory, 0);
185 }
186
187 void __init initmem_init(void)
188 {
189         /* XXX need to clip this if using highmem? */
190         sparse_memory_present_with_active_regions(0);
191         sparse_init();
192 }
193
194 /* mark pages that don't exist as nosave */
195 static int __init mark_nonram_nosave(void)
196 {
197         struct memblock_region *reg, *prev = NULL;
198
199         for_each_memblock(memory, reg) {
200                 if (prev &&
201                     memblock_region_memory_end_pfn(prev) < memblock_region_memory_base_pfn(reg))
202                         register_nosave_region(memblock_region_memory_end_pfn(prev),
203                                                memblock_region_memory_base_pfn(reg));
204                 prev = reg;
205         }
206         return 0;
207 }
208 #else /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
209 static int __init mark_nonram_nosave(void)
210 {
211         return 0;
212 }
213 #endif
214
215 /*
216  * Zones usage:
217  *
218  * We setup ZONE_DMA to be 31-bits on all platforms and ZONE_NORMAL to be
219  * everything else. GFP_DMA32 page allocations automatically fall back to
220  * ZONE_DMA.
221  *
222  * By using 31-bit unconditionally, we can exploit zone_dma_bits to inform the
223  * generic DMA mapping code.  32-bit only devices (if not handled by an IOMMU
224  * anyway) will take a first dip into ZONE_NORMAL and get otherwise served by
225  * ZONE_DMA.
226  */
227 static unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
228
229 /*
230  * paging_init() sets up the page tables - in fact we've already done this.
231  */
232 void __init paging_init(void)
233 {
234         unsigned long long total_ram = memblock_phys_mem_size();
235         phys_addr_t top_of_ram = memblock_end_of_DRAM();
236
237 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
238         unsigned long v = __fix_to_virt(FIX_KMAP_END);
239         unsigned long end = __fix_to_virt(FIX_KMAP_BEGIN);
240
241         for (; v < end; v += PAGE_SIZE)
242                 map_kernel_page(v, 0, __pgprot(0)); /* XXX gross */
243
244         map_kernel_page(PKMAP_BASE, 0, __pgprot(0));    /* XXX gross */
245         pkmap_page_table = virt_to_kpte(PKMAP_BASE);
246
247         kmap_pte = virt_to_kpte(__fix_to_virt(FIX_KMAP_BEGIN));
248         kmap_prot = PAGE_KERNEL;
249 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
250
251         printk(KERN_DEBUG "Top of RAM: 0x%llx, Total RAM: 0x%llx\n",
252                (unsigned long long)top_of_ram, total_ram);
253         printk(KERN_DEBUG "Memory hole size: %ldMB\n",
254                (long int)((top_of_ram - total_ram) >> 20));
255
256         /*
257          * Allow 30-bit DMA for very limited Broadcom wifi chips on many
258          * powerbooks.
259          */
260         if (IS_ENABLED(CONFIG_PPC32))
261                 zone_dma_bits = 30;
262         else
263                 zone_dma_bits = 31;
264
265 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
266         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = min(max_low_pfn,
267                                       1UL << (zone_dma_bits - PAGE_SHIFT));
268 #endif
269         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max_low_pfn;
270 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
271         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM] = max_pfn;
272 #endif
273
274         free_area_init(max_zone_pfns);
275
276         mark_nonram_nosave();
277 }
278
279 void __init mem_init(void)
280 {
281         /*
282          * book3s is limited to 16 page sizes due to encoding this in
283          * a 4-bit field for slices.
284          */
285         BUILD_BUG_ON(MMU_PAGE_COUNT > 16);
286
287 #ifdef CONFIG_SWIOTLB
288         /*
289          * Some platforms (e.g. 85xx) limit DMA-able memory way below
290          * 4G. We force memblock to bottom-up mode to ensure that the
291          * memory allocated in swiotlb_init() is DMA-able.
292          * As it's the last memblock allocation, no need to reset it
293          * back to to-down.
294          */
295         memblock_set_bottom_up(true);
296         swiotlb_init(0);
297 #endif
298
299         high_memory = (void *) __va(max_low_pfn * PAGE_SIZE);
300         set_max_mapnr(max_pfn);
301
302         kasan_late_init();
303
304         memblock_free_all();
305
306 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
307         {
308                 unsigned long pfn, highmem_mapnr;
309
310                 highmem_mapnr = lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT;
311                 for (pfn = highmem_mapnr; pfn < max_mapnr; ++pfn) {
312                         phys_addr_t paddr = (phys_addr_t)pfn << PAGE_SHIFT;
313                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
314                         if (!memblock_is_reserved(paddr))
315                                 free_highmem_page(page);
316                 }
317         }
318 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
319
320 #if defined(CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E) && !defined(CONFIG_SMP)
321         /*
322          * If smp is enabled, next_tlbcam_idx is initialized in the cpu up
323          * functions.... do it here for the non-smp case.
324          */
325         per_cpu(next_tlbcam_idx, smp_processor_id()) =
326                 (mfspr(SPRN_TLB1CFG) & TLBnCFG_N_ENTRY) - 1;
327 #endif
328
329         mem_init_print_info(NULL);
330 #ifdef CONFIG_PPC32
331         pr_info("Kernel virtual memory layout:\n");
332 #ifdef CONFIG_KASAN
333         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : kasan shadow mem\n",
334                 KASAN_SHADOW_START, KASAN_SHADOW_END);
335 #endif
336         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : fixmap\n", FIXADDR_START, FIXADDR_TOP);
337 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
338         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : highmem PTEs\n",
339                 PKMAP_BASE, PKMAP_ADDR(LAST_PKMAP));
340 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
341         if (ioremap_bot != IOREMAP_TOP)
342                 pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : early ioremap\n",
343                         ioremap_bot, IOREMAP_TOP);
344         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : vmalloc & ioremap\n",
345                 VMALLOC_START, VMALLOC_END);
346 #endif /* CONFIG_PPC32 */
347 }
348
349 void free_initmem(void)
350 {
351         ppc_md.progress = ppc_printk_progress;
352         mark_initmem_nx();
353         init_mem_is_free = true;
354         free_initmem_default(POISON_FREE_INITMEM);
355 }
356
357 /**
358  * flush_coherent_icache() - if a CPU has a coherent icache, flush it
359  * @addr: The base address to use (can be any valid address, the whole cache will be flushed)
360  * Return true if the cache was flushed, false otherwise
361  */
362 static inline bool flush_coherent_icache(unsigned long addr)
363 {
364         /*
365          * For a snooping icache, we still need a dummy icbi to purge all the
366          * prefetched instructions from the ifetch buffers. We also need a sync
367          * before the icbi to order the the actual stores to memory that might
368          * have modified instructions with the icbi.
369          */
370         if (cpu_has_feature(CPU_FTR_COHERENT_ICACHE)) {
371                 mb(); /* sync */
372                 allow_read_from_user((const void __user *)addr, L1_CACHE_BYTES);
373                 icbi((void *)addr);
374                 prevent_read_from_user((const void __user *)addr, L1_CACHE_BYTES);
375                 mb(); /* sync */
376                 isync();
377                 return true;
378         }
379
380         return false;
381 }
382
383 /**
384  * invalidate_icache_range() - Flush the icache by issuing icbi across an address range
385  * @start: the start address
386  * @stop: the stop address (exclusive)
387  */
388 static void invalidate_icache_range(unsigned long start, unsigned long stop)
389 {
390         unsigned long shift = l1_icache_shift();
391         unsigned long bytes = l1_icache_bytes();
392         char *addr = (char *)(start & ~(bytes - 1));
393         unsigned long size = stop - (unsigned long)addr + (bytes - 1);
394         unsigned long i;
395
396         for (i = 0; i < size >> shift; i++, addr += bytes)
397                 icbi(addr);
398
399         mb(); /* sync */
400         isync();
401 }
402
403 /**
404  * flush_icache_range: Write any modified data cache blocks out to memory
405  * and invalidate the corresponding blocks in the instruction cache
406  *
407  * Generic code will call this after writing memory, before executing from it.
408  *
409  * @start: the start address
410  * @stop: the stop address (exclusive)
411  */
412 void flush_icache_range(unsigned long start, unsigned long stop)
413 {
414         if (flush_coherent_icache(start))
415                 return;
416
417         clean_dcache_range(start, stop);
418
419         if (IS_ENABLED(CONFIG_44x)) {
420                 /*
421                  * Flash invalidate on 44x because we are passed kmapped
422                  * addresses and this doesn't work for userspace pages due to
423                  * the virtually tagged icache.
424                  */
425                 iccci((void *)start);
426                 mb(); /* sync */
427                 isync();
428         } else
429                 invalidate_icache_range(start, stop);
430 }
431 EXPORT_SYMBOL(flush_icache_range);
432
433 #if !defined(CONFIG_PPC_8xx) && !defined(CONFIG_PPC64)
434 /**
435  * flush_dcache_icache_phys() - Flush a page by it's physical address
436  * @physaddr: the physical address of the page
437  */
438 static void flush_dcache_icache_phys(unsigned long physaddr)
439 {
440         unsigned long bytes = l1_dcache_bytes();
441         unsigned long nb = PAGE_SIZE / bytes;
442         unsigned long addr = physaddr & PAGE_MASK;
443         unsigned long msr, msr0;
444         unsigned long loop1 = addr, loop2 = addr;
445
446         msr0 = mfmsr();
447         msr = msr0 & ~MSR_DR;
448         /*
449          * This must remain as ASM to prevent potential memory accesses
450          * while the data MMU is disabled
451          */
452         asm volatile(
453                 "   mtctr %2;\n"
454                 "   mtmsr %3;\n"
455                 "   isync;\n"
456                 "0: dcbst   0, %0;\n"
457                 "   addi    %0, %0, %4;\n"
458                 "   bdnz    0b;\n"
459                 "   sync;\n"
460                 "   mtctr %2;\n"
461                 "1: icbi    0, %1;\n"
462                 "   addi    %1, %1, %4;\n"
463                 "   bdnz    1b;\n"
464                 "   sync;\n"
465                 "   mtmsr %5;\n"
466                 "   isync;\n"
467                 : "+&r" (loop1), "+&r" (loop2)
468                 : "r" (nb), "r" (msr), "i" (bytes), "r" (msr0)
469                 : "ctr", "memory");
470 }
471 #endif // !defined(CONFIG_PPC_8xx) && !defined(CONFIG_PPC64)
472
473 /*
474  * This is called when a page has been modified by the kernel.
475  * It just marks the page as not i-cache clean.  We do the i-cache
476  * flush later when the page is given to a user process, if necessary.
477  */
478 void flush_dcache_page(struct page *page)
479 {
480         if (cpu_has_feature(CPU_FTR_COHERENT_ICACHE))
481                 return;
482         /* avoid an atomic op if possible */
483         if (test_bit(PG_arch_1, &page->flags))
484                 clear_bit(PG_arch_1, &page->flags);
485 }
486 EXPORT_SYMBOL(flush_dcache_page);
487
488 void flush_dcache_icache_page(struct page *page)
489 {
490 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
491         if (PageCompound(page)) {
492                 flush_dcache_icache_hugepage(page);
493                 return;
494         }
495 #endif
496 #if defined(CONFIG_PPC_8xx) || defined(CONFIG_PPC64)
497         /* On 8xx there is no need to kmap since highmem is not supported */
498         __flush_dcache_icache(page_address(page));
499 #else
500         if (IS_ENABLED(CONFIG_BOOKE) || sizeof(phys_addr_t) > sizeof(void *)) {
501                 void *start = kmap_atomic(page);
502                 __flush_dcache_icache(start);
503                 kunmap_atomic(start);
504         } else {
505                 unsigned long addr = page_to_pfn(page) << PAGE_SHIFT;
506
507                 if (flush_coherent_icache(addr))
508                         return;
509                 flush_dcache_icache_phys(addr);
510         }
511 #endif
512 }
513 EXPORT_SYMBOL(flush_dcache_icache_page);
514
515 /**
516  * __flush_dcache_icache(): Flush a particular page from the data cache to RAM.
517  * Note: this is necessary because the instruction cache does *not*
518  * snoop from the data cache.
519  *
520  * @page: the address of the page to flush
521  */
522 void __flush_dcache_icache(void *p)
523 {
524         unsigned long addr = (unsigned long)p;
525
526         if (flush_coherent_icache(addr))
527                 return;
528
529         clean_dcache_range(addr, addr + PAGE_SIZE);
530
531         /*
532          * We don't flush the icache on 44x. Those have a virtual icache and we
533          * don't have access to the virtual address here (it's not the page
534          * vaddr but where it's mapped in user space). The flushing of the
535          * icache on these is handled elsewhere, when a change in the address
536          * space occurs, before returning to user space.
537          */
538
539         if (cpu_has_feature(MMU_FTR_TYPE_44x))
540                 return;
541
542         invalidate_icache_range(addr, addr + PAGE_SIZE);
543 }
544
545 void clear_user_page(void *page, unsigned long vaddr, struct page *pg)
546 {
547         clear_page(page);
548
549         /*
550          * We shouldn't have to do this, but some versions of glibc
551          * require it (ld.so assumes zero filled pages are icache clean)
552          * - Anton
553          */
554         flush_dcache_page(pg);
555 }
556 EXPORT_SYMBOL(clear_user_page);
557
558 void copy_user_page(void *vto, void *vfrom, unsigned long vaddr,
559                     struct page *pg)
560 {
561         copy_page(vto, vfrom);
562
563         /*
564          * We should be able to use the following optimisation, however
565          * there are two problems.
566          * Firstly a bug in some versions of binutils meant PLT sections
567          * were not marked executable.
568          * Secondly the first word in the GOT section is blrl, used
569          * to establish the GOT address. Until recently the GOT was
570          * not marked executable.
571          * - Anton
572          */
573 #if 0
574         if (!vma->vm_file && ((vma->vm_flags & VM_EXEC) == 0))
575                 return;
576 #endif
577
578         flush_dcache_page(pg);
579 }
580
581 void flush_icache_user_range(struct vm_area_struct *vma, struct page *page,
582                              unsigned long addr, int len)
583 {
584         unsigned long maddr;
585
586         maddr = (unsigned long) kmap(page) + (addr & ~PAGE_MASK);
587         flush_icache_range(maddr, maddr + len);
588         kunmap(page);
589 }
590 EXPORT_SYMBOL(flush_icache_user_range);
591
592 /*
593  * System memory should not be in /proc/iomem but various tools expect it
594  * (eg kdump).
595  */
596 static int __init add_system_ram_resources(void)
597 {
598         struct memblock_region *reg;
599
600         for_each_memblock(memory, reg) {
601                 struct resource *res;
602                 unsigned long base = reg->base;
603                 unsigned long size = reg->size;
604
605                 res = kzalloc(sizeof(struct resource), GFP_KERNEL);
606                 WARN_ON(!res);
607
608                 if (res) {
609                         res->name = "System RAM";
610                         res->start = base;
611                         res->end = base + size - 1;
612                         res->flags = IORESOURCE_SYSTEM_RAM | IORESOURCE_BUSY;
613                         WARN_ON(request_resource(&iomem_resource, res) < 0);
614                 }
615         }
616
617         return 0;
618 }
619 subsys_initcall(add_system_ram_resources);
620
621 #ifdef CONFIG_STRICT_DEVMEM
622 /*
623  * devmem_is_allowed(): check to see if /dev/mem access to a certain address
624  * is valid. The argument is a physical page number.
625  *
626  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
627  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
628  */
629 int devmem_is_allowed(unsigned long pfn)
630 {
631         if (page_is_rtas_user_buf(pfn))
632                 return 1;
633         if (iomem_is_exclusive(PFN_PHYS(pfn)))
634                 return 0;
635         if (!page_is_ram(pfn))
636                 return 1;
637         return 0;
638 }
639 #endif /* CONFIG_STRICT_DEVMEM */
640
641 /*
642  * This is defined in kernel/resource.c but only powerpc needs to export it, for
643  * the EHEA driver. Drop this when drivers/net/ethernet/ibm/ehea is removed.
644  */
645 EXPORT_SYMBOL_GPL(walk_system_ram_range);