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