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  * Memory reservation for crash kernel either done early or deferred
  66  * depending on DMA memory zones configs (ZONE_DMA) --
  67  *
  68  * In absence of ZONE_DMA configs arm64_dma_phys_limit initialized
  69  * here instead of max_zone_phys().  This lets early reservation of
  70  * crash kernel memory which has a dependency on arm64_dma_phys_limit.
  71  * Reserving memory early for crash kernel allows linear creation of block
  72  * mappings (greater than page-granularity) for all the memory bank rangs.
  73  * In this scheme a comparatively quicker boot is observed.
  74  *
  75  * If ZONE_DMA configs are defined, crash kernel memory reservation
  76  * is delayed until DMA zone memory range size initilazation performed in
  77  * zone_sizes_init().  The defer is necessary to steer clear of DMA zone
  78  * memory range to avoid overlap allocation.  So crash kernel memory boundaries
  79  * are not known when mapping all bank memory ranges, which otherwise means
  80  * not possible to exclude crash kernel range from creating block mappings
  81  * so page-granularity mappings are created for the entire memory range.
  82  * Hence a slightly slower boot is observed.
  83  *
  84  * Note: Page-granularity mapppings are necessary for crash kernel memory
  85  * range for shrinking its size via /sys/kernel/kexec_crash_size interface.
  86  */
  87 #if IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA) || IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32)
  88 phys_addr_t __ro_after_init arm64_dma_phys_limit;
  89 #else
  90 phys_addr_t __ro_after_init arm64_dma_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
  91 #endif
  92
  93 #ifdef CONFIG_KEXEC_CORE
  94 /*
  95  * reserve_crashkernel() - reserves memory for crash kernel
  96  *
  97  * This function reserves memory area given in "crashkernel=" kernel command
  98  * line parameter. The memory reserved is used by dump capture kernel when
  99  * primary kernel is crashing.
 100  */
 101 static void __init reserve_crashkernel(void)
 102 {
 103         unsigned long long crash_base, crash_size;
 104         unsigned long long crash_max = arm64_dma_phys_limit;
 105         int ret;
 106
 107         ret = parse_crashkernel(boot_command_line, memblock_phys_mem_size(),
 108                                 &crash_size, &crash_base);
 109         /* no crashkernel= or invalid value specified */
 110         if (ret || !crash_size)
 111                 return;
 112
 113         crash_size = PAGE_ALIGN(crash_size);
 114
 115         /* User specifies base address explicitly. */
 116         if (crash_base)
 117                 crash_max = crash_base + crash_size;
 118
 119         /* Current arm64 boot protocol requires 2MB alignment */
 120         crash_base = memblock_phys_alloc_range(crash_size, SZ_2M,
 121                                                crash_base, crash_max);
 122         if (!crash_base) {
 123                 pr_warn("cannot allocate crashkernel (size:0x%llx)\n",
 124                         crash_size);
 125                 return;
 126         }
 127
 128         pr_info("crashkernel reserved: 0x%016llx - 0x%016llx (%lld MB)\n",
 129                 crash_base, crash_base + crash_size, crash_size >> 20);
 130
 131         /*
 132          * The crashkernel memory will be removed from the kernel linear
 133          * map. Inform kmemleak so that it won't try to access it.
 134          */
 135         kmemleak_ignore_phys(crash_base);
 136         crashk_res.start = crash_base;
 137         crashk_res.end = crash_base + crash_size - 1;
 138 }
 139 #else
 140 static void __init reserve_crashkernel(void)
 141 {
 142 }
 143 #endif /* CONFIG_KEXEC_CORE */
 144
 145 /*
 146  * Return the maximum physical address for a zone accessible by the given bits
 147  * limit. If DRAM starts above 32-bit, expand the zone to the maximum
 148  * available memory, otherwise cap it at 32-bit.
 149  */
 150 static phys_addr_t __init max_zone_phys(unsigned int zone_bits)
 151 {
 152         phys_addr_t zone_mask = DMA_BIT_MASK(zone_bits);
 153         phys_addr_t phys_start = memblock_start_of_DRAM();
 154
 155         if (phys_start > U32_MAX)
 156                 zone_mask = PHYS_ADDR_MAX;
 157         else if (phys_start > zone_mask)
 158                 zone_mask = U32_MAX;
 159
 160         return min(zone_mask, memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 161 }
 162
 163 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
 164 {
 165         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
 166         unsigned int __maybe_unused acpi_zone_dma_bits;
 167         unsigned int __maybe_unused dt_zone_dma_bits;
 168         phys_addr_t __maybe_unused dma32_phys_limit = max_zone_phys(32);
 169
 170 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 171         acpi_zone_dma_bits = fls64(acpi_iort_dma_get_max_cpu_address());
 172         dt_zone_dma_bits = fls64(of_dma_get_max_cpu_address(NULL));
 173         zone_dma_bits = min3(32U, dt_zone_dma_bits, acpi_zone_dma_bits);
 174         arm64_dma_phys_limit = max_zone_phys(zone_dma_bits);
 175         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
 176 #endif
 177 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 178         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(dma32_phys_limit);
 179         if (!arm64_dma_phys_limit)
 180                 arm64_dma_phys_limit = dma32_phys_limit;
 181 #endif
 182         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max;
 183
 184         free_area_init(max_zone_pfns);
 185 }
 186
 187 int pfn_is_map_memory(unsigned long pfn)
 188 {
 189         phys_addr_t addr = PFN_PHYS(pfn);
 190
 191         /* avoid false positives for bogus PFNs, see comment in pfn_valid() */
 192         if (PHYS_PFN(addr) != pfn)
 193                 return 0;
 194
 195         return memblock_is_map_memory(addr);
 196 }
 197 EXPORT_SYMBOL(pfn_is_map_memory);
 198
 199 static phys_addr_t memory_limit = PHYS_ADDR_MAX;
 200
 201 /*
 202  * Limit the memory size that was specified via FDT.
 203  */
 204 static int __init early_mem(char *p)
 205 {
 206         if (!p)
 207                 return 1;
 208
 209         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
 210         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
 211
 212         return 0;
 213 }
 214 early_param("mem", early_mem);
 215
 216 void __init arm64_memblock_init(void)
 217 {
 218         s64 linear_region_size = PAGE_END - _PAGE_OFFSET(vabits_actual);
 219
 220         /*
 221          * Corner case: 52-bit VA capable systems running KVM in nVHE mode may
 222          * be limited in their ability to support a linear map that exceeds 51
 223          * bits of VA space, depending on the placement of the ID map. Given
 224          * that the placement of the ID map may be randomized, let's simply
 225          * limit the kernel's linear map to 51 bits as well if we detect this
 226          * configuration.
 227          */
 228         if (IS_ENABLED(CONFIG_KVM) && vabits_actual == 52 &&
 229             is_hyp_mode_available() && !is_kernel_in_hyp_mode()) {
 230                 pr_info("Capping linear region to 51 bits for KVM in nVHE mode on LVA capable hardware.\n");
 231                 linear_region_size = min_t(u64, linear_region_size, BIT(51));
 232         }
 233
 234         /* Remove memory above our supported physical address size */
 235         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
 236
 237         /*
 238          * Select a suitable value for the base of physical memory.
 239          */
 240         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
 241                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 242
 243         if ((memblock_end_of_DRAM() - memstart_addr) > linear_region_size)
 244                 pr_warn("Memory doesn't fit in the linear mapping, VA_BITS too small\n");
 245
 246         /*
 247          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
 248          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
 249          * high in memory.
 250          */
 251         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
 252                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
 253         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
 254                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
 255                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
 256                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 257                 memblock_remove(0, memstart_addr);
 258         }
 259
 260         /*
 261          * If we are running with a 52-bit kernel VA config on a system that
 262          * does not support it, we have to place the available physical
 263          * memory in the 48-bit addressable part of the linear region, i.e.,
 264          * we have to move it upward. Since memstart_addr represents the
 265          * physical address of PAGE_OFFSET, we have to *subtract* from it.
 266          */
 267         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_VA_BITS_52) && (vabits_actual != 52))
 268                 memstart_addr -= _PAGE_OFFSET(48) - _PAGE_OFFSET(52);
 269
 270         /*
 271          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
 272          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
 273          * via the linear mapping.
 274          */
 275         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 276                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
 277                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
 278         }
 279
 280         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 281                 /*
 282                  * Add back the memory we just removed if it results in the
 283                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
 284                  * Otherwise, this is a no-op
 285                  */
 286                 u64 base = phys_initrd_start & PAGE_MASK;
 287                 u64 size = PAGE_ALIGN(phys_initrd_start + phys_initrd_size) - base;
 288
 289                 /*
 290                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
 291                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
 292                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
 293                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
 294                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
 295                  * always access both.
 296                  */
 297                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
 298                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
 299                                        linear_region_size,
 300                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
 301                         phys_initrd_size = 0;
 302                 } else {
 303                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
 304                         memblock_add(base, size);
 305                         memblock_reserve(base, size);
 306                 }
 307         }
 308
 309         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
 310                 extern u16 memstart_offset_seed;
 311                 u64 mmfr0 = read_cpuid(ID_AA64MMFR0_EL1);
 312                 int parange = cpuid_feature_extract_unsigned_field(
 313                                         mmfr0, ID_AA64MMFR0_PARANGE_SHIFT);
 314                 s64 range = linear_region_size -
 315                             BIT(id_aa64mmfr0_parange_to_phys_shift(parange));
 316
 317                 /*
 318                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
 319                  * margin, the size of the region that the physical memory can
 320                  * span, randomize the linear region as well.
 321                  */
 322                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= (s64)ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
 323                         range /= ARM64_MEMSTART_ALIGN;
 324                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
 325                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
 326                 }
 327         }
 328
 329         /*
 330          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
 331          * pagetables with memblock.
 332          */
 333         memblock_reserve(__pa_symbol(_stext), _end - _stext);
 334         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 335                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
 336                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
 337                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
 338         }
 339
 340         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 341
 342         if (!IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA) && !IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32))
 343                 reserve_crashkernel();
 344
 345         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 346 }
 347
 348 void __init bootmem_init(void)
 349 {
 350         unsigned long min, max;
 351
 352         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
 353         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
 354
 355         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
 356
 357         max_pfn = max_low_pfn = max;
 358         min_low_pfn = min;
 359
 360         arch_numa_init();
 361
 362         /*
 363          * must be done after arch_numa_init() which calls numa_init() to
 364          * initialize node_online_map that gets used in hugetlb_cma_reserve()
 365          * while allocating required CMA size across online nodes.
 366          */
 367 #if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) && defined(CONFIG_CMA)
 368         arm64_hugetlb_cma_reserve();
 369 #endif
 370
 371         dma_pernuma_cma_reserve();
 372
 373         kvm_hyp_reserve();
 374
 375         /*
 376          * sparse_init() tries to allocate memory from memblock, so must be
 377          * done after the fixed reservations
 378          */
 379         sparse_init();
 380         zone_sizes_init(min, max);
 381
 382         /*
 383          * Reserve the CMA area after arm64_dma_phys_limit was initialised.
 384          */
 385         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
 386
 387         /*
 388          * request_standard_resources() depends on crashkernel's memory being
 389          * reserved, so do it here.
 390          */
 391         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA) || IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32))
 392                 reserve_crashkernel();
 393
 394         memblock_dump_all();
 395 }
 396
 397 /*
 398  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
 399  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
 400  * memory after the kernel image.
 401  */
 402 void __init mem_init(void)
 403 {
 404         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
 405             max_pfn > PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit))
 406                 swiotlb_init(1);
 407         else if (!xen_swiotlb_detect())
 408                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
 409
 410         set_max_mapnr(max_pfn - PHYS_PFN_OFFSET);
 411
 412         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 413         memblock_free_all();
 414
 415         /*
 416          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
 417          * detected at build time already.
 418          */
 419 #ifdef CONFIG_COMPAT
 420         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32 > DEFAULT_MAP_WINDOW_64);
 421 #endif
 422
 423         /*
 424          * Selected page table levels should match when derived from
 425          * scratch using the virtual address range and page size.
 426          */
 427         BUILD_BUG_ON(ARM64_HW_PGTABLE_LEVELS(CONFIG_ARM64_VA_BITS) !=
 428                      CONFIG_PGTABLE_LEVELS);
 429
 430         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
 431                 extern int sysctl_overcommit_memory;
 432                 /*
 433                  * On a machine this small we won't get anywhere without
 434                  * overcommit, so turn it on by default.
 435                  */
 436                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
 437         }
 438 }
 439
 440 void free_initmem(void)
 441 {
 442         free_reserved_area(lm_alias(__init_begin),
 443                            lm_alias(__init_end),
 444                            POISON_FREE_INITMEM, "unused kernel");
 445         /*
 446          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
 447          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
 448          * is not supported by kallsyms.
 449          */
 450         vunmap_range((u64)__init_begin, (u64)__init_end);
 451 }
 452
 453 void dump_mem_limit(void)
 454 {
 455         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 456                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
 457         } else {
 458                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
 459         }
 460 }