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