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_is_map_memory(unsigned long pfn)
 164 {
 165         phys_addr_t addr = PFN_PHYS(pfn);
 166
 167         /* avoid false positives for bogus PFNs, see comment in pfn_valid() */
 168         if (PHYS_PFN(addr) != pfn)
 169                 return 0;
 170
 171         return memblock_is_map_memory(addr);
 172 }
 173 EXPORT_SYMBOL(pfn_is_map_memory);
 174
 175 static phys_addr_t memory_limit __ro_after_init = PHYS_ADDR_MAX;
 176
 177 /*
 178  * Limit the memory size that was specified via FDT.
 179  */
 180 static int __init early_mem(char *p)
 181 {
 182         if (!p)
 183                 return 1;
 184
 185         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
 186         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
 187
 188         return 0;
 189 }
 190 early_param("mem", early_mem);
 191
 192 void __init arm64_memblock_init(void)
 193 {
 194         s64 linear_region_size = PAGE_END - _PAGE_OFFSET(vabits_actual);
 195
 196         /*
 197          * Corner case: 52-bit VA capable systems running KVM in nVHE mode may
 198          * be limited in their ability to support a linear map that exceeds 51
 199          * bits of VA space, depending on the placement of the ID map. Given
 200          * that the placement of the ID map may be randomized, let's simply
 201          * limit the kernel's linear map to 51 bits as well if we detect this
 202          * configuration.
 203          */
 204         if (IS_ENABLED(CONFIG_KVM) && vabits_actual == 52 &&
 205             is_hyp_mode_available() && !is_kernel_in_hyp_mode()) {
 206                 pr_info("Capping linear region to 51 bits for KVM in nVHE mode on LVA capable hardware.\n");
 207                 linear_region_size = min_t(u64, linear_region_size, BIT(51));
 208         }
 209
 210         /* Remove memory above our supported physical address size */
 211         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
 212
 213         /*
 214          * Select a suitable value for the base of physical memory.
 215          */
 216         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
 217                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 218
 219         if ((memblock_end_of_DRAM() - memstart_addr) > linear_region_size)
 220                 pr_warn("Memory doesn't fit in the linear mapping, VA_BITS too small\n");
 221
 222         /*
 223          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
 224          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
 225          * high in memory.
 226          */
 227         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
 228                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
 229         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
 230                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
 231                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
 232                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 233                 memblock_remove(0, memstart_addr);
 234         }
 235
 236         /*
 237          * If we are running with a 52-bit kernel VA config on a system that
 238          * does not support it, we have to place the available physical
 239          * memory in the 48-bit addressable part of the linear region, i.e.,
 240          * we have to move it upward. Since memstart_addr represents the
 241          * physical address of PAGE_OFFSET, we have to *subtract* from it.
 242          */
 243         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_VA_BITS_52) && (vabits_actual != 52))
 244                 memstart_addr -= _PAGE_OFFSET(48) - _PAGE_OFFSET(52);
 245
 246         /*
 247          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
 248          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
 249          * via the linear mapping.
 250          */
 251         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 252                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
 253                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
 254         }
 255
 256         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 257                 /*
 258                  * Add back the memory we just removed if it results in the
 259                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
 260                  * Otherwise, this is a no-op
 261                  */
 262                 u64 base = phys_initrd_start & PAGE_MASK;
 263                 u64 size = PAGE_ALIGN(phys_initrd_start + phys_initrd_size) - base;
 264
 265                 /*
 266                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
 267                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
 268                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
 269                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
 270                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
 271                  * always access both.
 272                  */
 273                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
 274                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
 275                                        linear_region_size,
 276                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
 277                         phys_initrd_size = 0;
 278                 } else {
 279                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
 280                         memblock_add(base, size);
 281                         memblock_reserve(base, size);
 282                 }
 283         }
 284
 285         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
 286                 extern u16 memstart_offset_seed;
 287                 u64 mmfr0 = read_cpuid(ID_AA64MMFR0_EL1);
 288                 int parange = cpuid_feature_extract_unsigned_field(
 289                                         mmfr0, ID_AA64MMFR0_PARANGE_SHIFT);
 290                 s64 range = linear_region_size -
 291                             BIT(id_aa64mmfr0_parange_to_phys_shift(parange));
 292
 293                 /*
 294                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
 295                  * margin, the size of the region that the physical memory can
 296                  * span, randomize the linear region as well.
 297                  */
 298                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= (s64)ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
 299                         range /= ARM64_MEMSTART_ALIGN;
 300                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
 301                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
 302                 }
 303         }
 304
 305         /*
 306          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
 307          * pagetables with memblock.
 308          */
 309         memblock_reserve(__pa_symbol(_stext), _end - _stext);
 310         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 311                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
 312                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
 313                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
 314         }
 315
 316         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 317
 318         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 319 }
 320
 321 void __init bootmem_init(void)
 322 {
 323         unsigned long min, max;
 324
 325         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
 326         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
 327
 328         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
 329
 330         max_pfn = max_low_pfn = max;
 331         min_low_pfn = min;
 332
 333         arch_numa_init();
 334
 335         /*
 336          * must be done after arch_numa_init() which calls numa_init() to
 337          * initialize node_online_map that gets used in hugetlb_cma_reserve()
 338          * while allocating required CMA size across online nodes.
 339          */
 340 #if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) && defined(CONFIG_CMA)
 341         arm64_hugetlb_cma_reserve();
 342 #endif
 343
 344         dma_pernuma_cma_reserve();
 345
 346         kvm_hyp_reserve();
 347
 348         /*
 349          * sparse_init() tries to allocate memory from memblock, so must be
 350          * done after the fixed reservations
 351          */
 352         sparse_init();
 353         zone_sizes_init(min, max);
 354
 355         /*
 356          * Reserve the CMA area after arm64_dma_phys_limit was initialised.
 357          */
 358         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
 359
 360         /*
 361          * request_standard_resources() depends on crashkernel's memory being
 362          * reserved, so do it here.
 363          */
 364         reserve_crashkernel();
 365
 366         memblock_dump_all();
 367 }
 368
 369 /*
 370  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
 371  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
 372  * memory after the kernel image.
 373  */
 374 void __init mem_init(void)
 375 {
 376         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
 377             max_pfn > PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit))
 378                 swiotlb_init(1);
 379         else if (!xen_swiotlb_detect())
 380                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
 381
 382         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 383         memblock_free_all();
 384
 385         /*
 386          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
 387          * detected at build time already.
 388          */
 389 #ifdef CONFIG_COMPAT
 390         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32 > DEFAULT_MAP_WINDOW_64);
 391 #endif
 392
 393         /*
 394          * Selected page table levels should match when derived from
 395          * scratch using the virtual address range and page size.
 396          */
 397         BUILD_BUG_ON(ARM64_HW_PGTABLE_LEVELS(CONFIG_ARM64_VA_BITS) !=
 398                      CONFIG_PGTABLE_LEVELS);
 399
 400         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
 401                 extern int sysctl_overcommit_memory;
 402                 /*
 403                  * On a machine this small we won't get anywhere without
 404                  * overcommit, so turn it on by default.
 405                  */
 406                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
 407         }
 408 }
 409
 410 void free_initmem(void)
 411 {
 412         free_reserved_area(lm_alias(__init_begin),
 413                            lm_alias(__init_end),
 414                            POISON_FREE_INITMEM, "unused kernel");
 415         /*
 416          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
 417          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
 418          * is not supported by kallsyms.
 419          */
 420         vunmap_range((u64)__init_begin, (u64)__init_end);
 421 }
 422
 423 void dump_mem_limit(void)
 424 {
 425         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 426                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
 427         } else {
 428                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
 429         }
 430 }