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 #include <asm/xen/swiotlb-xen.h>
  47
  48 /*
  49  * We need to be able to catch inadvertent references to memstart_addr
  50  * that occur (potentially in generic code) before arm64_memblock_init()
  51  * executes, which assigns it its actual value. So use a default value
  52  * that cannot be mistaken for a real physical address.
  53  */
  54 s64 memstart_addr __ro_after_init = -1;
  55 EXPORT_SYMBOL(memstart_addr);
  56
  57 /*
  58  * If the corresponding config options are enabled, we create both ZONE_DMA
  59  * and ZONE_DMA32. By default ZONE_DMA covers the 32-bit addressable memory
  60  * unless restricted on specific platforms (e.g. 30-bit on Raspberry Pi 4).
  61  * In such case, ZONE_DMA32 covers the rest of the 32-bit addressable memory,
  62  * otherwise it is empty.
  63  */
  64 phys_addr_t arm64_dma_phys_limit __ro_after_init;
  65
  66 #ifdef CONFIG_KEXEC_CORE
  67 /*
  68  * reserve_crashkernel() - reserves memory for crash kernel
  69  *
  70  * This function reserves memory area given in "crashkernel=" kernel command
  71  * line parameter. The memory reserved is used by dump capture kernel when
  72  * primary kernel is crashing.
  73  */
  74 static void __init reserve_crashkernel(void)
  75 {
  76         unsigned long long crash_base, crash_size;
  77         unsigned long long crash_max = arm64_dma_phys_limit;
  78         int ret;
  79
  80         ret = parse_crashkernel(boot_command_line, memblock_phys_mem_size(),
  81                                 &crash_size, &crash_base);
  82         /* no crashkernel= or invalid value specified */
  83         if (ret || !crash_size)
  84                 return;
  85
  86         crash_size = PAGE_ALIGN(crash_size);
  87
  88         /* User specifies base address explicitly. */
  89         if (crash_base)
  90                 crash_max = crash_base + crash_size;
  91
  92         /* Current arm64 boot protocol requires 2MB alignment */
  93         crash_base = memblock_phys_alloc_range(crash_size, SZ_2M,
  94                                                crash_base, crash_max);
  95         if (!crash_base) {
  96                 pr_warn("cannot allocate crashkernel (size:0x%llx)\n",
  97                         crash_size);
  98                 return;
  99         }
 100
 101         pr_info("crashkernel reserved: 0x%016llx - 0x%016llx (%lld MB)\n",
 102                 crash_base, crash_base + crash_size, crash_size >> 20);
 103
 104         crashk_res.start = crash_base;
 105         crashk_res.end = crash_base + crash_size - 1;
 106 }
 107 #else
 108 static void __init reserve_crashkernel(void)
 109 {
 110 }
 111 #endif /* CONFIG_KEXEC_CORE */
 112
 113 #ifdef CONFIG_CRASH_DUMP
 114 static int __init early_init_dt_scan_elfcorehdr(unsigned long node,
 115                 const char *uname, int depth, void *data)
 116 {
 117         const __be32 *reg;
 118         int len;
 119
 120         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
 121                 return 0;
 122
 123         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,elfcorehdr", &len);
 124         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
 125                 return 1;
 126
 127         elfcorehdr_addr = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
 128         elfcorehdr_size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
 129
 130         return 1;
 131 }
 132
 133 /*
 134  * reserve_elfcorehdr() - reserves memory for elf core header
 135  *
 136  * This function reserves the memory occupied by an elf core header
 137  * described in the device tree. This region contains all the
 138  * information about primary kernel's core image and is used by a dump
 139  * capture kernel to access the system memory on primary kernel.
 140  */
 141 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
 142 {
 143         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_elfcorehdr, NULL);
 144
 145         if (!elfcorehdr_size)
 146                 return;
 147
 148         if (memblock_is_region_reserved(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size)) {
 149                 pr_warn("elfcorehdr is overlapped\n");
 150                 return;
 151         }
 152
 153         memblock_reserve(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size);
 154
 155         pr_info("Reserving %lldKB of memory at 0x%llx for elfcorehdr\n",
 156                 elfcorehdr_size >> 10, elfcorehdr_addr);
 157 }
 158 #else
 159 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
 160 {
 161 }
 162 #endif /* CONFIG_CRASH_DUMP */
 163
 164 /*
 165  * Return the maximum physical address for a zone accessible by the given bits
 166  * limit. If DRAM starts above 32-bit, expand the zone to the maximum
 167  * available memory, otherwise cap it at 32-bit.
 168  */
 169 static phys_addr_t __init max_zone_phys(unsigned int zone_bits)
 170 {
 171         phys_addr_t zone_mask = DMA_BIT_MASK(zone_bits);
 172         phys_addr_t phys_start = memblock_start_of_DRAM();
 173
 174         if (phys_start > U32_MAX)
 175                 zone_mask = PHYS_ADDR_MAX;
 176         else if (phys_start > zone_mask)
 177                 zone_mask = U32_MAX;
 178
 179         return min(zone_mask, memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 180 }
 181
 182 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
 183 {
 184         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
 185         unsigned int __maybe_unused acpi_zone_dma_bits;
 186         unsigned int __maybe_unused dt_zone_dma_bits;
 187         phys_addr_t __maybe_unused dma32_phys_limit = max_zone_phys(32);
 188
 189 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 190         acpi_zone_dma_bits = fls64(acpi_iort_dma_get_max_cpu_address());
 191         dt_zone_dma_bits = fls64(of_dma_get_max_cpu_address(NULL));
 192         zone_dma_bits = min3(32U, dt_zone_dma_bits, acpi_zone_dma_bits);
 193         arm64_dma_phys_limit = max_zone_phys(zone_dma_bits);
 194         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
 195 #endif
 196 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 197         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(dma32_phys_limit);
 198         if (!arm64_dma_phys_limit)
 199                 arm64_dma_phys_limit = dma32_phys_limit;
 200 #endif
 201         if (!arm64_dma_phys_limit)
 202                 arm64_dma_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
 203         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max;
 204
 205         free_area_init(max_zone_pfns);
 206 }
 207
 208 int pfn_valid(unsigned long pfn)
 209 {
 210         phys_addr_t addr = PFN_PHYS(pfn);
 211         struct mem_section *ms;
 212
 213         /*
 214          * Ensure the upper PAGE_SHIFT bits are clear in the
 215          * pfn. Else it might lead to false positives when
 216          * some of the upper bits are set, but the lower bits
 217          * match a valid pfn.
 218          */
 219         if (PHYS_PFN(addr) != pfn)
 220                 return 0;
 221
 222         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
 223                 return 0;
 224
 225         ms = __pfn_to_section(pfn);
 226         if (!valid_section(ms))
 227                 return 0;
 228
 229         /*
 230          * ZONE_DEVICE memory does not have the memblock entries.
 231          * memblock_is_map_memory() check for ZONE_DEVICE based
 232          * addresses will always fail. Even the normal hotplugged
 233          * memory will never have MEMBLOCK_NOMAP flag set in their
 234          * memblock entries. Skip memblock search for all non early
 235          * memory sections covering all of hotplug memory including
 236          * both normal and ZONE_DEVICE based.
 237          */
 238         if (!early_section(ms))
 239                 return pfn_section_valid(ms, pfn);
 240
 241         return memblock_is_memory(addr);
 242 }
 243 EXPORT_SYMBOL(pfn_valid);
 244
 245 int pfn_is_map_memory(unsigned long pfn)
 246 {
 247         phys_addr_t addr = PFN_PHYS(pfn);
 248
 249         /* avoid false positives for bogus PFNs, see comment in pfn_valid() */
 250         if (PHYS_PFN(addr) != pfn)
 251                 return 0;
 252
 253         return memblock_is_map_memory(addr);
 254 }
 255 EXPORT_SYMBOL(pfn_is_map_memory);
 256
 257 static phys_addr_t memory_limit = PHYS_ADDR_MAX;
 258
 259 /*
 260  * Limit the memory size that was specified via FDT.
 261  */
 262 static int __init early_mem(char *p)
 263 {
 264         if (!p)
 265                 return 1;
 266
 267         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
 268         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
 269
 270         return 0;
 271 }
 272 early_param("mem", early_mem);
 273
 274 static int __init early_init_dt_scan_usablemem(unsigned long node,
 275                 const char *uname, int depth, void *data)
 276 {
 277         struct memblock_region *usablemem = data;
 278         const __be32 *reg;
 279         int len;
 280
 281         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
 282                 return 0;
 283
 284         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,usable-memory-range", &len);
 285         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
 286                 return 1;
 287
 288         usablemem->base = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
 289         usablemem->size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
 290
 291         return 1;
 292 }
 293
 294 static void __init fdt_enforce_memory_region(void)
 295 {
 296         struct memblock_region reg = {
 297                 .size = 0,
 298         };
 299
 300         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_usablemem, &reg);
 301
 302         if (reg.size)
 303                 memblock_cap_memory_range(reg.base, reg.size);
 304 }
 305
 306 void __init arm64_memblock_init(void)
 307 {
 308         const s64 linear_region_size = PAGE_END - _PAGE_OFFSET(vabits_actual);
 309
 310         /* Handle linux,usable-memory-range property */
 311         fdt_enforce_memory_region();
 312
 313         /* Remove memory above our supported physical address size */
 314         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
 315
 316         /*
 317          * Select a suitable value for the base of physical memory.
 318          */
 319         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
 320                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 321
 322         if ((memblock_end_of_DRAM() - memstart_addr) > linear_region_size)
 323                 pr_warn("Memory doesn't fit in the linear mapping, VA_BITS too small\n");
 324
 325         /*
 326          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
 327          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
 328          * high in memory.
 329          */
 330         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
 331                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
 332         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
 333                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
 334                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
 335                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 336                 memblock_remove(0, memstart_addr);
 337         }
 338
 339         /*
 340          * If we are running with a 52-bit kernel VA config on a system that
 341          * does not support it, we have to place the available physical
 342          * memory in the 48-bit addressable part of the linear region, i.e.,
 343          * we have to move it upward. Since memstart_addr represents the
 344          * physical address of PAGE_OFFSET, we have to *subtract* from it.
 345          */
 346         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_VA_BITS_52) && (vabits_actual != 52))
 347                 memstart_addr -= _PAGE_OFFSET(48) - _PAGE_OFFSET(52);
 348
 349         /*
 350          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
 351          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
 352          * via the linear mapping.
 353          */
 354         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 355                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
 356                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
 357         }
 358
 359         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 360                 /*
 361                  * Add back the memory we just removed if it results in the
 362                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
 363                  * Otherwise, this is a no-op
 364                  */
 365                 u64 base = phys_initrd_start & PAGE_MASK;
 366                 u64 size = PAGE_ALIGN(phys_initrd_start + phys_initrd_size) - base;
 367
 368                 /*
 369                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
 370                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
 371                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
 372                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
 373                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
 374                  * always access both.
 375                  */
 376                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
 377                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
 378                                        linear_region_size,
 379                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
 380                         phys_initrd_size = 0;
 381                 } else {
 382                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
 383                         memblock_add(base, size);
 384                         memblock_reserve(base, size);
 385                 }
 386         }
 387
 388         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
 389                 extern u16 memstart_offset_seed;
 390                 u64 mmfr0 = read_cpuid(ID_AA64MMFR0_EL1);
 391                 int parange = cpuid_feature_extract_unsigned_field(
 392                                         mmfr0, ID_AA64MMFR0_PARANGE_SHIFT);
 393                 s64 range = linear_region_size -
 394                             BIT(id_aa64mmfr0_parange_to_phys_shift(parange));
 395
 396                 /*
 397                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
 398                  * margin, the size of the region that the physical memory can
 399                  * span, randomize the linear region as well.
 400                  */
 401                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= (s64)ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
 402                         range /= ARM64_MEMSTART_ALIGN;
 403                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
 404                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
 405                 }
 406         }
 407
 408         /*
 409          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
 410          * pagetables with memblock.
 411          */
 412         memblock_reserve(__pa_symbol(_stext), _end - _stext);
 413         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 414                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
 415                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
 416                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
 417         }
 418
 419         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 420
 421         reserve_elfcorehdr();
 422
 423         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 424 }
 425
 426 void __init bootmem_init(void)
 427 {
 428         unsigned long min, max;
 429
 430         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
 431         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
 432
 433         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
 434
 435         max_pfn = max_low_pfn = max;
 436         min_low_pfn = min;
 437
 438         arch_numa_init();
 439
 440         /*
 441          * must be done after arch_numa_init() which calls numa_init() to
 442          * initialize node_online_map that gets used in hugetlb_cma_reserve()
 443          * while allocating required CMA size across online nodes.
 444          */
 445 #if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) && defined(CONFIG_CMA)
 446         arm64_hugetlb_cma_reserve();
 447 #endif
 448
 449         dma_pernuma_cma_reserve();
 450
 451         kvm_hyp_reserve();
 452
 453         /*
 454          * sparse_init() tries to allocate memory from memblock, so must be
 455          * done after the fixed reservations
 456          */
 457         sparse_init();
 458         zone_sizes_init(min, max);
 459
 460         /*
 461          * Reserve the CMA area after arm64_dma_phys_limit was initialised.
 462          */
 463         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
 464
 465         /*
 466          * request_standard_resources() depends on crashkernel's memory being
 467          * reserved, so do it here.
 468          */
 469         reserve_crashkernel();
 470
 471         memblock_dump_all();
 472 }
 473
 474 /*
 475  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
 476  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
 477  * memory after the kernel image.
 478  */
 479 void __init mem_init(void)
 480 {
 481         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
 482             max_pfn > PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit))
 483                 swiotlb_init(1);
 484         else if (!xen_swiotlb_detect())
 485                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
 486
 487         set_max_mapnr(max_pfn - PHYS_PFN_OFFSET);
 488
 489         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 490         memblock_free_all();
 491
 492         /*
 493          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
 494          * detected at build time already.
 495          */
 496 #ifdef CONFIG_COMPAT
 497         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32 > DEFAULT_MAP_WINDOW_64);
 498 #endif
 499
 500         /*
 501          * Selected page table levels should match when derived from
 502          * scratch using the virtual address range and page size.
 503          */
 504         BUILD_BUG_ON(ARM64_HW_PGTABLE_LEVELS(CONFIG_ARM64_VA_BITS) !=
 505                      CONFIG_PGTABLE_LEVELS);
 506
 507         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
 508                 extern int sysctl_overcommit_memory;
 509                 /*
 510                  * On a machine this small we won't get anywhere without
 511                  * overcommit, so turn it on by default.
 512                  */
 513                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
 514         }
 515 }
 516
 517 void free_initmem(void)
 518 {
 519         free_reserved_area(lm_alias(__init_begin),
 520                            lm_alias(__init_end),
 521                            POISON_FREE_INITMEM, "unused kernel");
 522         /*
 523          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
 524          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
 525          * is not supported by kallsyms.
 526          */
 527         vunmap_range((u64)__init_begin, (u64)__init_end);
 528 }
 529
 530 void dump_mem_limit(void)
 531 {
 532         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 533                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
 534         } else {
 535                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
 536         }
 537 }