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 #include <linux/kmemleak.h>
  34
  35 #include <asm/boot.h>
  36 #include <asm/fixmap.h>
  37 #include <asm/kasan.h>
  38 #include <asm/kernel-pgtable.h>
  39 #include <asm/kvm_host.h>
  40 #include <asm/memory.h>
  41 #include <asm/numa.h>
  42 #include <asm/sections.h>
  43 #include <asm/setup.h>
  44 #include <linux/sizes.h>
  45 #include <asm/tlb.h>
  46 #include <asm/alternative.h>
  47 #include <asm/xen/swiotlb-xen.h>
  48
  49 /*
  50  * We need to be able to catch inadvertent references to memstart_addr
  51  * that occur (potentially in generic code) before arm64_memblock_init()
  52  * executes, which assigns it its actual value. So use a default value
  53  * that cannot be mistaken for a real physical address.
  54  */
  55 s64 memstart_addr __ro_after_init = -1;
  56 EXPORT_SYMBOL(memstart_addr);
  57
  58 /*
  59  * If the corresponding config options are enabled, we create both ZONE_DMA
  60  * and ZONE_DMA32. By default ZONE_DMA covers the 32-bit addressable memory
  61  * unless restricted on specific platforms (e.g. 30-bit on Raspberry Pi 4).
  62  * In such case, ZONE_DMA32 covers the rest of the 32-bit addressable memory,
  63  * otherwise it is empty.
  64  */
  65 phys_addr_t arm64_dma_phys_limit __ro_after_init;
  66
  67 #ifdef CONFIG_KEXEC_CORE
  68 /*
  69  * reserve_crashkernel() - reserves memory for crash kernel
  70  *
  71  * This function reserves memory area given in "crashkernel=" kernel command
  72  * line parameter. The memory reserved is used by dump capture kernel when
  73  * primary kernel is crashing.
  74  */
  75 static void __init reserve_crashkernel(void)
  76 {
  77         unsigned long long crash_base, crash_size;
  78         unsigned long long crash_max = arm64_dma_phys_limit;
  79         int ret;
  80
  81         ret = parse_crashkernel(boot_command_line, memblock_phys_mem_size(),
  82                                 &crash_size, &crash_base);
  83         /* no crashkernel= or invalid value specified */
  84         if (ret || !crash_size)
  85                 return;
  86
  87         crash_size = PAGE_ALIGN(crash_size);
  88
  89         /* User specifies base address explicitly. */
  90         if (crash_base)
  91                 crash_max = crash_base + crash_size;
  92
  93         /* Current arm64 boot protocol requires 2MB alignment */
  94         crash_base = memblock_phys_alloc_range(crash_size, SZ_2M,
  95                                                crash_base, crash_max);
  96         if (!crash_base) {
  97                 pr_warn("cannot allocate crashkernel (size:0x%llx)\n",
  98                         crash_size);
  99                 return;
 100         }
 101
 102         pr_info("crashkernel reserved: 0x%016llx - 0x%016llx (%lld MB)\n",
 103                 crash_base, crash_base + crash_size, crash_size >> 20);
 104
 105         /*
 106          * The crashkernel memory will be removed from the kernel linear
 107          * map. Inform kmemleak so that it won't try to access it.
 108          */
 109         kmemleak_ignore_phys(crash_base);
 110         crashk_res.start = crash_base;
 111         crashk_res.end = crash_base + crash_size - 1;
 112 }
 113 #else
 114 static void __init reserve_crashkernel(void)
 115 {
 116 }
 117 #endif /* CONFIG_KEXEC_CORE */
 118
 119 /*
 120  * Return the maximum physical address for a zone accessible by the given bits
 121  * limit. If DRAM starts above 32-bit, expand the zone to the maximum
 122  * available memory, otherwise cap it at 32-bit.
 123  */
 124 static phys_addr_t __init max_zone_phys(unsigned int zone_bits)
 125 {
 126         phys_addr_t zone_mask = DMA_BIT_MASK(zone_bits);
 127         phys_addr_t phys_start = memblock_start_of_DRAM();
 128
 129         if (phys_start > U32_MAX)
 130                 zone_mask = PHYS_ADDR_MAX;
 131         else if (phys_start > zone_mask)
 132                 zone_mask = U32_MAX;
 133
 134         return min(zone_mask, memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 135 }
 136
 137 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
 138 {
 139         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
 140         unsigned int __maybe_unused acpi_zone_dma_bits;
 141         unsigned int __maybe_unused dt_zone_dma_bits;
 142         phys_addr_t __maybe_unused dma32_phys_limit = max_zone_phys(32);
 143
 144 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 145         acpi_zone_dma_bits = fls64(acpi_iort_dma_get_max_cpu_address());
 146         dt_zone_dma_bits = fls64(of_dma_get_max_cpu_address(NULL));
 147         zone_dma_bits = min3(32U, dt_zone_dma_bits, acpi_zone_dma_bits);
 148         arm64_dma_phys_limit = max_zone_phys(zone_dma_bits);
 149         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
 150 #endif
 151 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 152         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(dma32_phys_limit);
 153         if (!arm64_dma_phys_limit)
 154                 arm64_dma_phys_limit = dma32_phys_limit;
 155 #endif
 156         if (!arm64_dma_phys_limit)
 157                 arm64_dma_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
 158         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max;
 159
 160         free_area_init(max_zone_pfns);
 161 }
 162
 163 int pfn_valid(unsigned long pfn)
 164 {
 165         phys_addr_t addr = PFN_PHYS(pfn);
 166         struct mem_section *ms;
 167
 168         /*
 169          * Ensure the upper PAGE_SHIFT bits are clear in the
 170          * pfn. Else it might lead to false positives when
 171          * some of the upper bits are set, but the lower bits
 172          * match a valid pfn.
 173          */
 174         if (PHYS_PFN(addr) != pfn)
 175                 return 0;
 176
 177         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
 178                 return 0;
 179
 180         ms = __pfn_to_section(pfn);
 181         if (!valid_section(ms))
 182                 return 0;
 183
 184         /*
 185          * ZONE_DEVICE memory does not have the memblock entries.
 186          * memblock_is_map_memory() check for ZONE_DEVICE based
 187          * addresses will always fail. Even the normal hotplugged
 188          * memory will never have MEMBLOCK_NOMAP flag set in their
 189          * memblock entries. Skip memblock search for all non early
 190          * memory sections covering all of hotplug memory including
 191          * both normal and ZONE_DEVICE based.
 192          */
 193         if (!early_section(ms))
 194                 return pfn_section_valid(ms, pfn);
 195
 196         return memblock_is_memory(addr);
 197 }
 198 EXPORT_SYMBOL(pfn_valid);
 199
 200 int pfn_is_map_memory(unsigned long pfn)
 201 {
 202         phys_addr_t addr = PFN_PHYS(pfn);
 203
 204         /* avoid false positives for bogus PFNs, see comment in pfn_valid() */
 205         if (PHYS_PFN(addr) != pfn)
 206                 return 0;
 207
 208         return memblock_is_map_memory(addr);
 209 }
 210 EXPORT_SYMBOL(pfn_is_map_memory);
 211
 212 static phys_addr_t memory_limit = PHYS_ADDR_MAX;
 213
 214 /*
 215  * Limit the memory size that was specified via FDT.
 216  */
 217 static int __init early_mem(char *p)
 218 {
 219         if (!p)
 220                 return 1;
 221
 222         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
 223         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
 224
 225         return 0;
 226 }
 227 early_param("mem", early_mem);
 228
 229 void __init arm64_memblock_init(void)
 230 {
 231         s64 linear_region_size = PAGE_END - _PAGE_OFFSET(vabits_actual);
 232
 233         /*
 234          * Corner case: 52-bit VA capable systems running KVM in nVHE mode may
 235          * be limited in their ability to support a linear map that exceeds 51
 236          * bits of VA space, depending on the placement of the ID map. Given
 237          * that the placement of the ID map may be randomized, let's simply
 238          * limit the kernel's linear map to 51 bits as well if we detect this
 239          * configuration.
 240          */
 241         if (IS_ENABLED(CONFIG_KVM) && vabits_actual == 52 &&
 242             is_hyp_mode_available() && !is_kernel_in_hyp_mode()) {
 243                 pr_info("Capping linear region to 51 bits for KVM in nVHE mode on LVA capable hardware.\n");
 244                 linear_region_size = min_t(u64, linear_region_size, BIT(51));
 245         }
 246
 247         /* Remove memory above our supported physical address size */
 248         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
 249
 250         /*
 251          * Select a suitable value for the base of physical memory.
 252          */
 253         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
 254                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 255
 256         if ((memblock_end_of_DRAM() - memstart_addr) > linear_region_size)
 257                 pr_warn("Memory doesn't fit in the linear mapping, VA_BITS too small\n");
 258
 259         /*
 260          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
 261          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
 262          * high in memory.
 263          */
 264         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
 265                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
 266         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
 267                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
 268                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
 269                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 270                 memblock_remove(0, memstart_addr);
 271         }
 272
 273         /*
 274          * If we are running with a 52-bit kernel VA config on a system that
 275          * does not support it, we have to place the available physical
 276          * memory in the 48-bit addressable part of the linear region, i.e.,
 277          * we have to move it upward. Since memstart_addr represents the
 278          * physical address of PAGE_OFFSET, we have to *subtract* from it.
 279          */
 280         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_VA_BITS_52) && (vabits_actual != 52))
 281                 memstart_addr -= _PAGE_OFFSET(48) - _PAGE_OFFSET(52);
 282
 283         /*
 284          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
 285          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
 286          * via the linear mapping.
 287          */
 288         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 289                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
 290                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
 291         }
 292
 293         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 294                 /*
 295                  * Add back the memory we just removed if it results in the
 296                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
 297                  * Otherwise, this is a no-op
 298                  */
 299                 u64 base = phys_initrd_start & PAGE_MASK;
 300                 u64 size = PAGE_ALIGN(phys_initrd_start + phys_initrd_size) - base;
 301
 302                 /*
 303                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
 304                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
 305                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
 306                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
 307                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
 308                  * always access both.
 309                  */
 310                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
 311                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
 312                                        linear_region_size,
 313                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
 314                         phys_initrd_size = 0;
 315                 } else {
 316                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
 317                         memblock_add(base, size);
 318                         memblock_reserve(base, size);
 319                 }
 320         }
 321
 322         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
 323                 extern u16 memstart_offset_seed;
 324                 u64 mmfr0 = read_cpuid(ID_AA64MMFR0_EL1);
 325                 int parange = cpuid_feature_extract_unsigned_field(
 326                                         mmfr0, ID_AA64MMFR0_PARANGE_SHIFT);
 327                 s64 range = linear_region_size -
 328                             BIT(id_aa64mmfr0_parange_to_phys_shift(parange));
 329
 330                 /*
 331                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
 332                  * margin, the size of the region that the physical memory can
 333                  * span, randomize the linear region as well.
 334                  */
 335                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= (s64)ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
 336                         range /= ARM64_MEMSTART_ALIGN;
 337                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
 338                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
 339                 }
 340         }
 341
 342         /*
 343          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
 344          * pagetables with memblock.
 345          */
 346         memblock_reserve(__pa_symbol(_stext), _end - _stext);
 347         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 348                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
 349                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
 350                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
 351         }
 352
 353         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 354
 355         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 356 }
 357
 358 void __init bootmem_init(void)
 359 {
 360         unsigned long min, max;
 361
 362         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
 363         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
 364
 365         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
 366
 367         max_pfn = max_low_pfn = max;
 368         min_low_pfn = min;
 369
 370         arch_numa_init();
 371
 372         /*
 373          * must be done after arch_numa_init() which calls numa_init() to
 374          * initialize node_online_map that gets used in hugetlb_cma_reserve()
 375          * while allocating required CMA size across online nodes.
 376          */
 377 #if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) && defined(CONFIG_CMA)
 378         arm64_hugetlb_cma_reserve();
 379 #endif
 380
 381         dma_pernuma_cma_reserve();
 382
 383         kvm_hyp_reserve();
 384
 385         /*
 386          * sparse_init() tries to allocate memory from memblock, so must be
 387          * done after the fixed reservations
 388          */
 389         sparse_init();
 390         zone_sizes_init(min, max);
 391
 392         /*
 393          * Reserve the CMA area after arm64_dma_phys_limit was initialised.
 394          */
 395         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
 396
 397         /*
 398          * request_standard_resources() depends on crashkernel's memory being
 399          * reserved, so do it here.
 400          */
 401         reserve_crashkernel();
 402
 403         memblock_dump_all();
 404 }
 405
 406 /*
 407  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
 408  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
 409  * memory after the kernel image.
 410  */
 411 void __init mem_init(void)
 412 {
 413         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
 414             max_pfn > PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit))
 415                 swiotlb_init(1);
 416         else if (!xen_swiotlb_detect())
 417                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
 418
 419         set_max_mapnr(max_pfn - PHYS_PFN_OFFSET);
 420
 421         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 422         memblock_free_all();
 423
 424         /*
 425          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
 426          * detected at build time already.
 427          */
 428 #ifdef CONFIG_COMPAT
 429         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32 > DEFAULT_MAP_WINDOW_64);
 430 #endif
 431
 432         /*
 433          * Selected page table levels should match when derived from
 434          * scratch using the virtual address range and page size.
 435          */
 436         BUILD_BUG_ON(ARM64_HW_PGTABLE_LEVELS(CONFIG_ARM64_VA_BITS) !=
 437                      CONFIG_PGTABLE_LEVELS);
 438
 439         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
 440                 extern int sysctl_overcommit_memory;
 441                 /*
 442                  * On a machine this small we won't get anywhere without
 443                  * overcommit, so turn it on by default.
 444                  */
 445                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
 446         }
 447 }
 448
 449 void free_initmem(void)
 450 {
 451         free_reserved_area(lm_alias(__init_begin),
 452                            lm_alias(__init_end),
 453                            POISON_FREE_INITMEM, "unused kernel");
 454         /*
 455          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
 456          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
 457          * is not supported by kallsyms.
 458          */
 459         vunmap_range((u64)__init_begin, (u64)__init_end);
 460 }
 461
 462 void dump_mem_limit(void)
 463 {
 464         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 465                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
 466         } else {
 467                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
 468         }
 469 }