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
  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 /*
  57  * We create both ZONE_DMA and ZONE_DMA32. ZONE_DMA covers the first 1G of
  58  * memory as some devices, namely the Raspberry Pi 4, have peripherals with
  59  * this limited view of the memory. ZONE_DMA32 will cover the rest of the 32
  60  * bit addressable memory area.
  61  */
  62 phys_addr_t arm64_dma_phys_limit __ro_after_init;
  63 static phys_addr_t arm64_dma32_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_dma32_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 with a given address size
 179  * limit. It currently assumes that for memory starting above 4G, 32-bit
 180  * devices will use a DMA offset.
 181  */
 182 static phys_addr_t __init max_zone_phys(unsigned int zone_bits)
 183 {
 184         phys_addr_t offset = memblock_start_of_DRAM() & GENMASK_ULL(63, zone_bits);
 185         return min(offset + (1ULL << zone_bits), memblock_end_of_DRAM());
 186 }
 187
 188 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
 189 {
 190         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
 191
 192 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 193         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
 194 #endif
 195 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 196         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(arm64_dma32_phys_limit);
 197 #endif
 198         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max;
 199
 200         free_area_init(max_zone_pfns);
 201 }
 202
 203 int pfn_valid(unsigned long pfn)
 204 {
 205         phys_addr_t addr = pfn << PAGE_SHIFT;
 206
 207         if ((addr >> PAGE_SHIFT) != pfn)
 208                 return 0;
 209
 210 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 211         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
 212                 return 0;
 213
 214         if (!valid_section(__pfn_to_section(pfn)))
 215                 return 0;
 216 #endif
 217         return memblock_is_map_memory(addr);
 218 }
 219 EXPORT_SYMBOL(pfn_valid);
 220
 221 static phys_addr_t memory_limit = PHYS_ADDR_MAX;
 222
 223 /*
 224  * Limit the memory size that was specified via FDT.
 225  */
 226 static int __init early_mem(char *p)
 227 {
 228         if (!p)
 229                 return 1;
 230
 231         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
 232         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
 233
 234         return 0;
 235 }
 236 early_param("mem", early_mem);
 237
 238 static int __init early_init_dt_scan_usablemem(unsigned long node,
 239                 const char *uname, int depth, void *data)
 240 {
 241         struct memblock_region *usablemem = data;
 242         const __be32 *reg;
 243         int len;
 244
 245         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
 246                 return 0;
 247
 248         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,usable-memory-range", &len);
 249         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
 250                 return 1;
 251
 252         usablemem->base = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
 253         usablemem->size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
 254
 255         return 1;
 256 }
 257
 258 static void __init fdt_enforce_memory_region(void)
 259 {
 260         struct memblock_region reg = {
 261                 .size = 0,
 262         };
 263
 264         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_usablemem, &reg);
 265
 266         if (reg.size)
 267                 memblock_cap_memory_range(reg.base, reg.size);
 268 }
 269
 270 void __init arm64_memblock_init(void)
 271 {
 272         const s64 linear_region_size = PAGE_END - _PAGE_OFFSET(vabits_actual);
 273
 274         /* Handle linux,usable-memory-range property */
 275         fdt_enforce_memory_region();
 276
 277         /* Remove memory above our supported physical address size */
 278         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
 279
 280         /*
 281          * Select a suitable value for the base of physical memory.
 282          */
 283         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
 284                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 285
 286         /*
 287          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
 288          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
 289          * high in memory.
 290          */
 291         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
 292                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
 293         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
 294                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
 295                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
 296                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 297                 memblock_remove(0, memstart_addr);
 298         }
 299
 300         /*
 301          * If we are running with a 52-bit kernel VA config on a system that
 302          * does not support it, we have to place the available physical
 303          * memory in the 48-bit addressable part of the linear region, i.e.,
 304          * we have to move it upward. Since memstart_addr represents the
 305          * physical address of PAGE_OFFSET, we have to *subtract* from it.
 306          */
 307         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_VA_BITS_52) && (vabits_actual != 52))
 308                 memstart_addr -= _PAGE_OFFSET(48) - _PAGE_OFFSET(52);
 309
 310         /*
 311          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
 312          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
 313          * via the linear mapping.
 314          */
 315         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 316                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
 317                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
 318         }
 319
 320         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 321                 /*
 322                  * Add back the memory we just removed if it results in the
 323                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
 324                  * Otherwise, this is a no-op
 325                  */
 326                 u64 base = phys_initrd_start & PAGE_MASK;
 327                 u64 size = PAGE_ALIGN(phys_initrd_start + phys_initrd_size) - base;
 328
 329                 /*
 330                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
 331                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
 332                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
 333                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
 334                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
 335                  * always access both.
 336                  */
 337                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
 338                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
 339                                        linear_region_size,
 340                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
 341                         phys_initrd_size = 0;
 342                 } else {
 343                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
 344                         memblock_add(base, size);
 345                         memblock_reserve(base, size);
 346                 }
 347         }
 348
 349         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
 350                 extern u16 memstart_offset_seed;
 351                 u64 range = linear_region_size -
 352                             (memblock_end_of_DRAM() - memblock_start_of_DRAM());
 353
 354                 /*
 355                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
 356                  * margin, the size of the region that the available physical
 357                  * memory spans, randomize the linear region as well.
 358                  */
 359                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
 360                         range /= ARM64_MEMSTART_ALIGN;
 361                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
 362                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
 363                 }
 364         }
 365
 366         /*
 367          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
 368          * pagetables with memblock.
 369          */
 370         memblock_reserve(__pa_symbol(_text), _end - _text);
 371         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 372                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
 373                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
 374                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
 375         }
 376
 377         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 378
 379         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA)) {
 380                 zone_dma_bits = ARM64_ZONE_DMA_BITS;
 381                 arm64_dma_phys_limit = max_zone_phys(ARM64_ZONE_DMA_BITS);
 382         }
 383
 384         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32))
 385                 arm64_dma32_phys_limit = max_zone_phys(32);
 386         else
 387                 arm64_dma32_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
 388
 389         reserve_crashkernel();
 390
 391         reserve_elfcorehdr();
 392
 393         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 394
 395         dma_contiguous_reserve(arm64_dma32_phys_limit);
 396 }
 397
 398 void __init bootmem_init(void)
 399 {
 400         unsigned long min, max;
 401
 402         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
 403         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
 404
 405         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
 406
 407         max_pfn = max_low_pfn = max;
 408         min_low_pfn = min;
 409
 410         arm64_numa_init();
 411
 412         /*
 413          * must be done after arm64_numa_init() which calls numa_init() to
 414          * initialize node_online_map that gets used in hugetlb_cma_reserve()
 415          * while allocating required CMA size across online nodes.
 416          */
 417 #if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) && defined(CONFIG_CMA)
 418         arm64_hugetlb_cma_reserve();
 419 #endif
 420
 421         dma_pernuma_cma_reserve();
 422
 423         /*
 424          * sparse_init() tries to allocate memory from memblock, so must be
 425          * done after the fixed reservations
 426          */
 427         sparse_init();
 428         zone_sizes_init(min, max);
 429
 430         memblock_dump_all();
 431 }
 432
 433 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 434 static inline void free_memmap(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 435 {
 436         struct page *start_pg, *end_pg;
 437         unsigned long pg, pgend;
 438
 439         /*
 440          * Convert start_pfn/end_pfn to a struct page pointer.
 441          */
 442         start_pg = pfn_to_page(start_pfn - 1) + 1;
 443         end_pg = pfn_to_page(end_pfn - 1) + 1;
 444
 445         /*
 446          * Convert to physical addresses, and round start upwards and end
 447          * downwards.
 448          */
 449         pg = (unsigned long)PAGE_ALIGN(__pa(start_pg));
 450         pgend = (unsigned long)__pa(end_pg) & PAGE_MASK;
 451
 452         /*
 453          * If there are free pages between these, free the section of the
 454          * memmap array.
 455          */
 456         if (pg < pgend)
 457                 memblock_free(pg, pgend - pg);
 458 }
 459
 460 /*
 461  * The mem_map array can get very big. Free the unused area of the memory map.
 462  */
 463 static void __init free_unused_memmap(void)
 464 {
 465         unsigned long start, end, prev_end = 0;
 466         int i;
 467
 468         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, NULL) {
 469 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 470                 /*
 471                  * Take care not to free memmap entries that don't exist due
 472                  * to SPARSEMEM sections which aren't present.
 473                  */
 474                 start = min(start, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
 475 #endif
 476                 /*
 477                  * If we had a previous bank, and there is a space between the
 478                  * current bank and the previous, free it.
 479                  */
 480                 if (prev_end && prev_end < start)
 481                         free_memmap(prev_end, start);
 482
 483                 /*
 484                  * Align up here since the VM subsystem insists that the
 485                  * memmap entries are valid from the bank end aligned to
 486                  * MAX_ORDER_NR_PAGES.
 487                  */
 488                 prev_end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
 489         }
 490
 491 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 492         if (!IS_ALIGNED(prev_end, PAGES_PER_SECTION))
 493                 free_memmap(prev_end, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
 494 #endif
 495 }
 496 #endif  /* !CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */
 497
 498 /*
 499  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
 500  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
 501  * memory after the kernel image.
 502  */
 503 void __init mem_init(void)
 504 {
 505         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
 506             max_pfn > PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit ? : arm64_dma32_phys_limit))
 507                 swiotlb_init(1);
 508         else
 509                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
 510
 511         set_max_mapnr(max_pfn - PHYS_PFN_OFFSET);
 512
 513 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 514         free_unused_memmap();
 515 #endif
 516         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 517         memblock_free_all();
 518
 519         mem_init_print_info(NULL);
 520
 521         /*
 522          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
 523          * detected at build time already.
 524          */
 525 #ifdef CONFIG_COMPAT
 526         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32 > DEFAULT_MAP_WINDOW_64);
 527 #endif
 528
 529         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
 530                 extern int sysctl_overcommit_memory;
 531                 /*
 532                  * On a machine this small we won't get anywhere without
 533                  * overcommit, so turn it on by default.
 534                  */
 535                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
 536         }
 537 }
 538
 539 void free_initmem(void)
 540 {
 541         free_reserved_area(lm_alias(__init_begin),
 542                            lm_alias(__init_end),
 543                            POISON_FREE_INITMEM, "unused kernel");
 544         /*
 545          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
 546          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
 547          * is not supported by kallsyms.
 548          */
 549         unmap_kernel_range((u64)__init_begin, (u64)(__init_end - __init_begin));
 550 }
 551
 552 void dump_mem_limit(void)
 553 {
 554         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 555                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
 556         } else {
 557                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
 558         }
 559 }