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 /*
 114  * Return the maximum physical address for a zone accessible by the given bits
 115  * limit. If DRAM starts above 32-bit, expand the zone to the maximum
 116  * available memory, otherwise cap it at 32-bit.
 117  */
 118 static phys_addr_t __init max_zone_phys(unsigned int zone_bits)
 119 {
 120         phys_addr_t zone_mask = DMA_BIT_MASK(zone_bits);
 121         phys_addr_t phys_start = memblock_start_of_DRAM();
 122
 123         if (phys_start > U32_MAX)
 124                 zone_mask = PHYS_ADDR_MAX;
 125         else if (phys_start > zone_mask)
 126                 zone_mask = U32_MAX;
 127
 128         return min(zone_mask, memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 129 }
 130
 131 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
 132 {
 133         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
 134         unsigned int __maybe_unused acpi_zone_dma_bits;
 135         unsigned int __maybe_unused dt_zone_dma_bits;
 136         phys_addr_t __maybe_unused dma32_phys_limit = max_zone_phys(32);
 137
 138 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 139         acpi_zone_dma_bits = fls64(acpi_iort_dma_get_max_cpu_address());
 140         dt_zone_dma_bits = fls64(of_dma_get_max_cpu_address(NULL));
 141         zone_dma_bits = min3(32U, dt_zone_dma_bits, acpi_zone_dma_bits);
 142         arm64_dma_phys_limit = max_zone_phys(zone_dma_bits);
 143         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
 144 #endif
 145 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 146         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(dma32_phys_limit);
 147         if (!arm64_dma_phys_limit)
 148                 arm64_dma_phys_limit = dma32_phys_limit;
 149 #endif
 150         if (!arm64_dma_phys_limit)
 151                 arm64_dma_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
 152         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max;
 153
 154         free_area_init(max_zone_pfns);
 155 }
 156
 157 int pfn_valid(unsigned long pfn)
 158 {
 159         phys_addr_t addr = PFN_PHYS(pfn);
 160         struct mem_section *ms;
 161
 162         /*
 163          * Ensure the upper PAGE_SHIFT bits are clear in the
 164          * pfn. Else it might lead to false positives when
 165          * some of the upper bits are set, but the lower bits
 166          * match a valid pfn.
 167          */
 168         if (PHYS_PFN(addr) != pfn)
 169                 return 0;
 170
 171         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
 172                 return 0;
 173
 174         ms = __pfn_to_section(pfn);
 175         if (!valid_section(ms))
 176                 return 0;
 177
 178         /*
 179          * ZONE_DEVICE memory does not have the memblock entries.
 180          * memblock_is_map_memory() check for ZONE_DEVICE based
 181          * addresses will always fail. Even the normal hotplugged
 182          * memory will never have MEMBLOCK_NOMAP flag set in their
 183          * memblock entries. Skip memblock search for all non early
 184          * memory sections covering all of hotplug memory including
 185          * both normal and ZONE_DEVICE based.
 186          */
 187         if (!early_section(ms))
 188                 return pfn_section_valid(ms, pfn);
 189
 190         return memblock_is_memory(addr);
 191 }
 192 EXPORT_SYMBOL(pfn_valid);
 193
 194 int pfn_is_map_memory(unsigned long pfn)
 195 {
 196         phys_addr_t addr = PFN_PHYS(pfn);
 197
 198         /* avoid false positives for bogus PFNs, see comment in pfn_valid() */
 199         if (PHYS_PFN(addr) != pfn)
 200                 return 0;
 201
 202         return memblock_is_map_memory(addr);
 203 }
 204 EXPORT_SYMBOL(pfn_is_map_memory);
 205
 206 static phys_addr_t memory_limit = PHYS_ADDR_MAX;
 207
 208 /*
 209  * Limit the memory size that was specified via FDT.
 210  */
 211 static int __init early_mem(char *p)
 212 {
 213         if (!p)
 214                 return 1;
 215
 216         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
 217         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
 218
 219         return 0;
 220 }
 221 early_param("mem", early_mem);
 222
 223 void __init arm64_memblock_init(void)
 224 {
 225         const s64 linear_region_size = PAGE_END - _PAGE_OFFSET(vabits_actual);
 226
 227         /* Remove memory above our supported physical address size */
 228         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
 229
 230         /*
 231          * Select a suitable value for the base of physical memory.
 232          */
 233         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
 234                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 235
 236         if ((memblock_end_of_DRAM() - memstart_addr) > linear_region_size)
 237                 pr_warn("Memory doesn't fit in the linear mapping, VA_BITS too small\n");
 238
 239         /*
 240          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
 241          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
 242          * high in memory.
 243          */
 244         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
 245                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
 246         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
 247                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
 248                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
 249                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 250                 memblock_remove(0, memstart_addr);
 251         }
 252
 253         /*
 254          * If we are running with a 52-bit kernel VA config on a system that
 255          * does not support it, we have to place the available physical
 256          * memory in the 48-bit addressable part of the linear region, i.e.,
 257          * we have to move it upward. Since memstart_addr represents the
 258          * physical address of PAGE_OFFSET, we have to *subtract* from it.
 259          */
 260         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_VA_BITS_52) && (vabits_actual != 52))
 261                 memstart_addr -= _PAGE_OFFSET(48) - _PAGE_OFFSET(52);
 262
 263         /*
 264          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
 265          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
 266          * via the linear mapping.
 267          */
 268         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 269                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
 270                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
 271         }
 272
 273         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 274                 /*
 275                  * Add back the memory we just removed if it results in the
 276                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
 277                  * Otherwise, this is a no-op
 278                  */
 279                 u64 base = phys_initrd_start & PAGE_MASK;
 280                 u64 size = PAGE_ALIGN(phys_initrd_start + phys_initrd_size) - base;
 281
 282                 /*
 283                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
 284                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
 285                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
 286                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
 287                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
 288                  * always access both.
 289                  */
 290                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
 291                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
 292                                        linear_region_size,
 293                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
 294                         phys_initrd_size = 0;
 295                 } else {
 296                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
 297                         memblock_add(base, size);
 298                         memblock_reserve(base, size);
 299                 }
 300         }
 301
 302         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
 303                 extern u16 memstart_offset_seed;
 304                 u64 mmfr0 = read_cpuid(ID_AA64MMFR0_EL1);
 305                 int parange = cpuid_feature_extract_unsigned_field(
 306                                         mmfr0, ID_AA64MMFR0_PARANGE_SHIFT);
 307                 s64 range = linear_region_size -
 308                             BIT(id_aa64mmfr0_parange_to_phys_shift(parange));
 309
 310                 /*
 311                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
 312                  * margin, the size of the region that the physical memory can
 313                  * span, randomize the linear region as well.
 314                  */
 315                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= (s64)ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
 316                         range /= ARM64_MEMSTART_ALIGN;
 317                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
 318                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
 319                 }
 320         }
 321
 322         /*
 323          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
 324          * pagetables with memblock.
 325          */
 326         memblock_reserve(__pa_symbol(_stext), _end - _stext);
 327         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 328                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
 329                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
 330                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
 331         }
 332
 333         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 334
 335         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 336 }
 337
 338 void __init bootmem_init(void)
 339 {
 340         unsigned long min, max;
 341
 342         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
 343         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
 344
 345         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
 346
 347         max_pfn = max_low_pfn = max;
 348         min_low_pfn = min;
 349
 350         arch_numa_init();
 351
 352         /*
 353          * must be done after arch_numa_init() which calls numa_init() to
 354          * initialize node_online_map that gets used in hugetlb_cma_reserve()
 355          * while allocating required CMA size across online nodes.
 356          */
 357 #if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) && defined(CONFIG_CMA)
 358         arm64_hugetlb_cma_reserve();
 359 #endif
 360
 361         dma_pernuma_cma_reserve();
 362
 363         kvm_hyp_reserve();
 364
 365         /*
 366          * sparse_init() tries to allocate memory from memblock, so must be
 367          * done after the fixed reservations
 368          */
 369         sparse_init();
 370         zone_sizes_init(min, max);
 371
 372         /*
 373          * Reserve the CMA area after arm64_dma_phys_limit was initialised.
 374          */
 375         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
 376
 377         /*
 378          * request_standard_resources() depends on crashkernel's memory being
 379          * reserved, so do it here.
 380          */
 381         reserve_crashkernel();
 382
 383         memblock_dump_all();
 384 }
 385
 386 /*
 387  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
 388  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
 389  * memory after the kernel image.
 390  */
 391 void __init mem_init(void)
 392 {
 393         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
 394             max_pfn > PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit))
 395                 swiotlb_init(1);
 396         else if (!xen_swiotlb_detect())
 397                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
 398
 399         set_max_mapnr(max_pfn - PHYS_PFN_OFFSET);
 400
 401         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 402         memblock_free_all();
 403
 404         /*
 405          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
 406          * detected at build time already.
 407          */
 408 #ifdef CONFIG_COMPAT
 409         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32 > DEFAULT_MAP_WINDOW_64);
 410 #endif
 411
 412         /*
 413          * Selected page table levels should match when derived from
 414          * scratch using the virtual address range and page size.
 415          */
 416         BUILD_BUG_ON(ARM64_HW_PGTABLE_LEVELS(CONFIG_ARM64_VA_BITS) !=
 417                      CONFIG_PGTABLE_LEVELS);
 418
 419         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
 420                 extern int sysctl_overcommit_memory;
 421                 /*
 422                  * On a machine this small we won't get anywhere without
 423                  * overcommit, so turn it on by default.
 424                  */
 425                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
 426         }
 427 }
 428
 429 void free_initmem(void)
 430 {
 431         free_reserved_area(lm_alias(__init_begin),
 432                            lm_alias(__init_end),
 433                            POISON_FREE_INITMEM, "unused kernel");
 434         /*
 435          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
 436          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
 437          * is not supported by kallsyms.
 438          */
 439         vunmap_range((u64)__init_begin, (u64)__init_end);
 440 }
 441
 442 void dump_mem_limit(void)
 443 {
 444         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 445                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
 446         } else {
 447                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
 448         }
 449 }