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 #ifdef CONFIG_CRASH_DUMP
 128 static int __init early_init_dt_scan_elfcorehdr(unsigned long node,
 129                 const char *uname, int depth, void *data)
 130 {
 131         const __be32 *reg;
 132         int len;
 133
 134         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
 135                 return 0;
 136
 137         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,elfcorehdr", &len);
 138         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
 139                 return 1;
 140
 141         elfcorehdr_addr = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
 142         elfcorehdr_size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
 143
 144         return 1;
 145 }
 146
 147 /*
 148  * reserve_elfcorehdr() - reserves memory for elf core header
 149  *
 150  * This function reserves the memory occupied by an elf core header
 151  * described in the device tree. This region contains all the
 152  * information about primary kernel's core image and is used by a dump
 153  * capture kernel to access the system memory on primary kernel.
 154  */
 155 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
 156 {
 157         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_elfcorehdr, NULL);
 158
 159         if (!elfcorehdr_size)
 160                 return;
 161
 162         if (memblock_is_region_reserved(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size)) {
 163                 pr_warn("elfcorehdr is overlapped\n");
 164                 return;
 165         }
 166
 167         memblock_reserve(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size);
 168
 169         pr_info("Reserving %lldKB of memory at 0x%llx for elfcorehdr\n",
 170                 elfcorehdr_size >> 10, elfcorehdr_addr);
 171 }
 172 #else
 173 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
 174 {
 175 }
 176 #endif /* CONFIG_CRASH_DUMP */
 177
 178 /*
 179  * Return the maximum physical address for a zone accessible by the given bits
 180  * limit. If DRAM starts above 32-bit, expand the zone to the maximum
 181  * available memory, otherwise cap it at 32-bit.
 182  */
 183 static phys_addr_t __init max_zone_phys(unsigned int zone_bits)
 184 {
 185         phys_addr_t zone_mask = DMA_BIT_MASK(zone_bits);
 186         phys_addr_t phys_start = memblock_start_of_DRAM();
 187
 188         if (phys_start > U32_MAX)
 189                 zone_mask = PHYS_ADDR_MAX;
 190         else if (phys_start > zone_mask)
 191                 zone_mask = U32_MAX;
 192
 193         return min(zone_mask, memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 194 }
 195
 196 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
 197 {
 198         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
 199         unsigned int __maybe_unused acpi_zone_dma_bits;
 200         unsigned int __maybe_unused dt_zone_dma_bits;
 201         phys_addr_t __maybe_unused dma32_phys_limit = max_zone_phys(32);
 202
 203 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 204         acpi_zone_dma_bits = fls64(acpi_iort_dma_get_max_cpu_address());
 205         dt_zone_dma_bits = fls64(of_dma_get_max_cpu_address(NULL));
 206         zone_dma_bits = min3(32U, dt_zone_dma_bits, acpi_zone_dma_bits);
 207         arm64_dma_phys_limit = max_zone_phys(zone_dma_bits);
 208         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
 209 #endif
 210 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 211         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(dma32_phys_limit);
 212         if (!arm64_dma_phys_limit)
 213                 arm64_dma_phys_limit = dma32_phys_limit;
 214 #endif
 215         if (!arm64_dma_phys_limit)
 216                 arm64_dma_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
 217         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max;
 218
 219         free_area_init(max_zone_pfns);
 220 }
 221
 222 int pfn_valid(unsigned long pfn)
 223 {
 224         phys_addr_t addr = PFN_PHYS(pfn);
 225         struct mem_section *ms;
 226
 227         /*
 228          * Ensure the upper PAGE_SHIFT bits are clear in the
 229          * pfn. Else it might lead to false positives when
 230          * some of the upper bits are set, but the lower bits
 231          * match a valid pfn.
 232          */
 233         if (PHYS_PFN(addr) != pfn)
 234                 return 0;
 235
 236         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
 237                 return 0;
 238
 239         ms = __pfn_to_section(pfn);
 240         if (!valid_section(ms))
 241                 return 0;
 242
 243         /*
 244          * ZONE_DEVICE memory does not have the memblock entries.
 245          * memblock_is_map_memory() check for ZONE_DEVICE based
 246          * addresses will always fail. Even the normal hotplugged
 247          * memory will never have MEMBLOCK_NOMAP flag set in their
 248          * memblock entries. Skip memblock search for all non early
 249          * memory sections covering all of hotplug memory including
 250          * both normal and ZONE_DEVICE based.
 251          */
 252         if (!early_section(ms))
 253                 return pfn_section_valid(ms, pfn);
 254
 255         return memblock_is_memory(addr);
 256 }
 257 EXPORT_SYMBOL(pfn_valid);
 258
 259 int pfn_is_map_memory(unsigned long pfn)
 260 {
 261         phys_addr_t addr = PFN_PHYS(pfn);
 262
 263         /* avoid false positives for bogus PFNs, see comment in pfn_valid() */
 264         if (PHYS_PFN(addr) != pfn)
 265                 return 0;
 266
 267         return memblock_is_map_memory(addr);
 268 }
 269 EXPORT_SYMBOL(pfn_is_map_memory);
 270
 271 static phys_addr_t memory_limit = PHYS_ADDR_MAX;
 272
 273 /*
 274  * Limit the memory size that was specified via FDT.
 275  */
 276 static int __init early_mem(char *p)
 277 {
 278         if (!p)
 279                 return 1;
 280
 281         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
 282         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
 283
 284         return 0;
 285 }
 286 early_param("mem", early_mem);
 287
 288 static int __init early_init_dt_scan_usablemem(unsigned long node,
 289                 const char *uname, int depth, void *data)
 290 {
 291         struct memblock_region *usablemem = data;
 292         const __be32 *reg;
 293         int len;
 294
 295         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
 296                 return 0;
 297
 298         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,usable-memory-range", &len);
 299         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
 300                 return 1;
 301
 302         usablemem->base = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
 303         usablemem->size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
 304
 305         return 1;
 306 }
 307
 308 static void __init fdt_enforce_memory_region(void)
 309 {
 310         struct memblock_region reg = {
 311                 .size = 0,
 312         };
 313
 314         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_usablemem, &reg);
 315
 316         if (reg.size)
 317                 memblock_cap_memory_range(reg.base, reg.size);
 318 }
 319
 320 void __init arm64_memblock_init(void)
 321 {
 322         const s64 linear_region_size = PAGE_END - _PAGE_OFFSET(vabits_actual);
 323
 324         /* Handle linux,usable-memory-range property */
 325         fdt_enforce_memory_region();
 326
 327         /* Remove memory above our supported physical address size */
 328         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
 329
 330         /*
 331          * Select a suitable value for the base of physical memory.
 332          */
 333         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
 334                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 335
 336         if ((memblock_end_of_DRAM() - memstart_addr) > linear_region_size)
 337                 pr_warn("Memory doesn't fit in the linear mapping, VA_BITS too small\n");
 338
 339         /*
 340          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
 341          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
 342          * high in memory.
 343          */
 344         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
 345                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
 346         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
 347                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
 348                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
 349                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 350                 memblock_remove(0, memstart_addr);
 351         }
 352
 353         /*
 354          * If we are running with a 52-bit kernel VA config on a system that
 355          * does not support it, we have to place the available physical
 356          * memory in the 48-bit addressable part of the linear region, i.e.,
 357          * we have to move it upward. Since memstart_addr represents the
 358          * physical address of PAGE_OFFSET, we have to *subtract* from it.
 359          */
 360         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_VA_BITS_52) && (vabits_actual != 52))
 361                 memstart_addr -= _PAGE_OFFSET(48) - _PAGE_OFFSET(52);
 362
 363         /*
 364          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
 365          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
 366          * via the linear mapping.
 367          */
 368         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 369                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
 370                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
 371         }
 372
 373         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 374                 /*
 375                  * Add back the memory we just removed if it results in the
 376                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
 377                  * Otherwise, this is a no-op
 378                  */
 379                 u64 base = phys_initrd_start & PAGE_MASK;
 380                 u64 size = PAGE_ALIGN(phys_initrd_start + phys_initrd_size) - base;
 381
 382                 /*
 383                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
 384                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
 385                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
 386                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
 387                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
 388                  * always access both.
 389                  */
 390                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
 391                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
 392                                        linear_region_size,
 393                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
 394                         phys_initrd_size = 0;
 395                 } else {
 396                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
 397                         memblock_add(base, size);
 398                         memblock_reserve(base, size);
 399                 }
 400         }
 401
 402         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
 403                 extern u16 memstart_offset_seed;
 404                 u64 mmfr0 = read_cpuid(ID_AA64MMFR0_EL1);
 405                 int parange = cpuid_feature_extract_unsigned_field(
 406                                         mmfr0, ID_AA64MMFR0_PARANGE_SHIFT);
 407                 s64 range = linear_region_size -
 408                             BIT(id_aa64mmfr0_parange_to_phys_shift(parange));
 409
 410                 /*
 411                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
 412                  * margin, the size of the region that the physical memory can
 413                  * span, randomize the linear region as well.
 414                  */
 415                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= (s64)ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
 416                         range /= ARM64_MEMSTART_ALIGN;
 417                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
 418                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
 419                 }
 420         }
 421
 422         /*
 423          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
 424          * pagetables with memblock.
 425          */
 426         memblock_reserve(__pa_symbol(_stext), _end - _stext);
 427         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 428                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
 429                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
 430                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
 431         }
 432
 433         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 434
 435         reserve_elfcorehdr();
 436
 437         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 438 }
 439
 440 void __init bootmem_init(void)
 441 {
 442         unsigned long min, max;
 443
 444         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
 445         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
 446
 447         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
 448
 449         max_pfn = max_low_pfn = max;
 450         min_low_pfn = min;
 451
 452         arch_numa_init();
 453
 454         /*
 455          * must be done after arch_numa_init() which calls numa_init() to
 456          * initialize node_online_map that gets used in hugetlb_cma_reserve()
 457          * while allocating required CMA size across online nodes.
 458          */
 459 #if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) && defined(CONFIG_CMA)
 460         arm64_hugetlb_cma_reserve();
 461 #endif
 462
 463         dma_pernuma_cma_reserve();
 464
 465         kvm_hyp_reserve();
 466
 467         /*
 468          * sparse_init() tries to allocate memory from memblock, so must be
 469          * done after the fixed reservations
 470          */
 471         sparse_init();
 472         zone_sizes_init(min, max);
 473
 474         /*
 475          * Reserve the CMA area after arm64_dma_phys_limit was initialised.
 476          */
 477         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
 478
 479         /*
 480          * request_standard_resources() depends on crashkernel's memory being
 481          * reserved, so do it here.
 482          */
 483         reserve_crashkernel();
 484
 485         memblock_dump_all();
 486 }
 487
 488 /*
 489  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
 490  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
 491  * memory after the kernel image.
 492  */
 493 void __init mem_init(void)
 494 {
 495         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
 496             max_pfn > PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit))
 497                 swiotlb_init(1);
 498         else if (!xen_swiotlb_detect())
 499                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
 500
 501         set_max_mapnr(max_pfn - PHYS_PFN_OFFSET);
 502
 503         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 504         memblock_free_all();
 505
 506         /*
 507          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
 508          * detected at build time already.
 509          */
 510 #ifdef CONFIG_COMPAT
 511         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32 > DEFAULT_MAP_WINDOW_64);
 512 #endif
 513
 514         /*
 515          * Selected page table levels should match when derived from
 516          * scratch using the virtual address range and page size.
 517          */
 518         BUILD_BUG_ON(ARM64_HW_PGTABLE_LEVELS(CONFIG_ARM64_VA_BITS) !=
 519                      CONFIG_PGTABLE_LEVELS);
 520
 521         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
 522                 extern int sysctl_overcommit_memory;
 523                 /*
 524                  * On a machine this small we won't get anywhere without
 525                  * overcommit, so turn it on by default.
 526                  */
 527                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
 528         }
 529 }
 530
 531 void free_initmem(void)
 532 {
 533         free_reserved_area(lm_alias(__init_begin),
 534                            lm_alias(__init_end),
 535                            POISON_FREE_INITMEM, "unused kernel");
 536         /*
 537          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
 538          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
 539          * is not supported by kallsyms.
 540          */
 541         vunmap_range((u64)__init_begin, (u64)__init_end);
 542 }
 543
 544 void dump_mem_limit(void)
 545 {
 546         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 547                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
 548         } else {
 549                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
 550         }
 551 }