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/math.h>
  20 #include <linux/memblock.h>
  21 #include <linux/sort.h>
  22 #include <linux/of.h>
  23 #include <linux/of_fdt.h>
  24 #include <linux/dma-direct.h>
  25 #include <linux/dma-map-ops.h>
  26 #include <linux/efi.h>
  27 #include <linux/swiotlb.h>
  28 #include <linux/vmalloc.h>
  29 #include <linux/mm.h>
  30 #include <linux/kexec.h>
  31 #include <linux/crash_dump.h>
  32 #include <linux/hugetlb.h>
  33 #include <linux/acpi_iort.h>
  34 #include <linux/kmemleak.h>
  35
  36 #include <asm/boot.h>
  37 #include <asm/fixmap.h>
  38 #include <asm/kasan.h>
  39 #include <asm/kernel-pgtable.h>
  40 #include <asm/kvm_host.h>
  41 #include <asm/memory.h>
  42 #include <asm/numa.h>
  43 #include <asm/sections.h>
  44 #include <asm/setup.h>
  45 #include <linux/sizes.h>
  46 #include <asm/tlb.h>
  47 #include <asm/alternative.h>
  48 #include <asm/xen/swiotlb-xen.h>
  49
  50 /*
  51  * We need to be able to catch inadvertent references to memstart_addr
  52  * that occur (potentially in generic code) before arm64_memblock_init()
  53  * executes, which assigns it its actual value. So use a default value
  54  * that cannot be mistaken for a real physical address.
  55  */
  56 s64 memstart_addr __ro_after_init = -1;
  57 EXPORT_SYMBOL(memstart_addr);
  58
  59 /*
  60  * If the corresponding config options are enabled, we create both ZONE_DMA
  61  * and ZONE_DMA32. By default ZONE_DMA covers the 32-bit addressable memory
  62  * unless restricted on specific platforms (e.g. 30-bit on Raspberry Pi 4).
  63  * In such case, ZONE_DMA32 covers the rest of the 32-bit addressable memory,
  64  * otherwise it is empty.
  65  */
  66 phys_addr_t __ro_after_init arm64_dma_phys_limit;
  67
  68 /*
  69  * To make optimal use of block mappings when laying out the linear
  70  * mapping, round down the base of physical memory to a size that can
  71  * be mapped efficiently, i.e., either PUD_SIZE (4k granule) or PMD_SIZE
  72  * (64k granule), or a multiple that can be mapped using contiguous bits
  73  * in the page tables: 32 * PMD_SIZE (16k granule)
  74  */
  75 #if defined(CONFIG_ARM64_4K_PAGES)
  76 #define ARM64_MEMSTART_SHIFT            PUD_SHIFT
  77 #elif defined(CONFIG_ARM64_16K_PAGES)
  78 #define ARM64_MEMSTART_SHIFT            CONT_PMD_SHIFT
  79 #else
  80 #define ARM64_MEMSTART_SHIFT            PMD_SHIFT
  81 #endif
  82
  83 /*
  84  * sparsemem vmemmap imposes an additional requirement on the alignment of
  85  * memstart_addr, due to the fact that the base of the vmemmap region
  86  * has a direct correspondence, and needs to appear sufficiently aligned
  87  * in the virtual address space.
  88  */
  89 #if ARM64_MEMSTART_SHIFT < SECTION_SIZE_BITS
  90 #define ARM64_MEMSTART_ALIGN    (1UL << SECTION_SIZE_BITS)
  91 #else
  92 #define ARM64_MEMSTART_ALIGN    (1UL << ARM64_MEMSTART_SHIFT)
  93 #endif
  94
  95 static void __init arch_reserve_crashkernel(void)
  96 {
  97         unsigned long long low_size = 0;
  98         unsigned long long crash_base, crash_size;
  99         char *cmdline = boot_command_line;
 100         bool high = false;
 101         int ret;
 102
 103         if (!IS_ENABLED(CONFIG_KEXEC_CORE))
 104                 return;
 105
 106         ret = parse_crashkernel(cmdline, memblock_phys_mem_size(),
 107                                 &crash_size, &crash_base,
 108                                 &low_size, &high);
 109         if (ret)
 110                 return;
 111
 112         reserve_crashkernel_generic(cmdline, crash_size, crash_base,
 113                                     low_size, high);
 114 }
 115
 116 /*
 117  * Return the maximum physical address for a zone accessible by the given bits
 118  * limit. If DRAM starts above 32-bit, expand the zone to the maximum
 119  * available memory, otherwise cap it at 32-bit.
 120  */
 121 static phys_addr_t __init max_zone_phys(unsigned int zone_bits)
 122 {
 123         phys_addr_t zone_mask = DMA_BIT_MASK(zone_bits);
 124         phys_addr_t phys_start = memblock_start_of_DRAM();
 125
 126         if (phys_start > U32_MAX)
 127                 zone_mask = PHYS_ADDR_MAX;
 128         else if (phys_start > zone_mask)
 129                 zone_mask = U32_MAX;
 130
 131         return min(zone_mask, memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 132 }
 133
 134 static void __init zone_sizes_init(void)
 135 {
 136         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
 137         unsigned int __maybe_unused acpi_zone_dma_bits;
 138         unsigned int __maybe_unused dt_zone_dma_bits;
 139         phys_addr_t __maybe_unused dma32_phys_limit = max_zone_phys(32);
 140
 141 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 142         acpi_zone_dma_bits = fls64(acpi_iort_dma_get_max_cpu_address());
 143         dt_zone_dma_bits = fls64(of_dma_get_max_cpu_address(NULL));
 144         zone_dma_bits = min3(32U, dt_zone_dma_bits, acpi_zone_dma_bits);
 145         arm64_dma_phys_limit = max_zone_phys(zone_dma_bits);
 146         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
 147 #endif
 148 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 149         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(dma32_phys_limit);
 150         if (!arm64_dma_phys_limit)
 151                 arm64_dma_phys_limit = dma32_phys_limit;
 152 #endif
 153         if (!arm64_dma_phys_limit)
 154                 arm64_dma_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
 155         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max_pfn;
 156
 157         free_area_init(max_zone_pfns);
 158 }
 159
 160 int pfn_is_map_memory(unsigned long pfn)
 161 {
 162         phys_addr_t addr = PFN_PHYS(pfn);
 163
 164         /* avoid false positives for bogus PFNs, see comment in pfn_valid() */
 165         if (PHYS_PFN(addr) != pfn)
 166                 return 0;
 167
 168         return memblock_is_map_memory(addr);
 169 }
 170 EXPORT_SYMBOL(pfn_is_map_memory);
 171
 172 static phys_addr_t memory_limit __ro_after_init = PHYS_ADDR_MAX;
 173
 174 /*
 175  * Limit the memory size that was specified via FDT.
 176  */
 177 static int __init early_mem(char *p)
 178 {
 179         if (!p)
 180                 return 1;
 181
 182         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
 183         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
 184
 185         return 0;
 186 }
 187 early_param("mem", early_mem);
 188
 189 void __init arm64_memblock_init(void)
 190 {
 191         s64 linear_region_size = PAGE_END - _PAGE_OFFSET(vabits_actual);
 192
 193         /*
 194          * Corner case: 52-bit VA capable systems running KVM in nVHE mode may
 195          * be limited in their ability to support a linear map that exceeds 51
 196          * bits of VA space, depending on the placement of the ID map. Given
 197          * that the placement of the ID map may be randomized, let's simply
 198          * limit the kernel's linear map to 51 bits as well if we detect this
 199          * configuration.
 200          */
 201         if (IS_ENABLED(CONFIG_KVM) && vabits_actual == 52 &&
 202             is_hyp_mode_available() && !is_kernel_in_hyp_mode()) {
 203                 pr_info("Capping linear region to 51 bits for KVM in nVHE mode on LVA capable hardware.\n");
 204                 linear_region_size = min_t(u64, linear_region_size, BIT(51));
 205         }
 206
 207         /* Remove memory above our supported physical address size */
 208         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
 209
 210         /*
 211          * Select a suitable value for the base of physical memory.
 212          */
 213         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
 214                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 215
 216         if ((memblock_end_of_DRAM() - memstart_addr) > linear_region_size)
 217                 pr_warn("Memory doesn't fit in the linear mapping, VA_BITS too small\n");
 218
 219         /*
 220          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
 221          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
 222          * high in memory.
 223          */
 224         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
 225                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
 226         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
 227                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
 228                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
 229                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 230                 memblock_remove(0, memstart_addr);
 231         }
 232
 233         /*
 234          * If we are running with a 52-bit kernel VA config on a system that
 235          * does not support it, we have to place the available physical
 236          * memory in the 48-bit addressable part of the linear region, i.e.,
 237          * we have to move it upward. Since memstart_addr represents the
 238          * physical address of PAGE_OFFSET, we have to *subtract* from it.
 239          */
 240         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_VA_BITS_52) && (vabits_actual != 52))
 241                 memstart_addr -= _PAGE_OFFSET(48) - _PAGE_OFFSET(52);
 242
 243         /*
 244          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
 245          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
 246          * via the linear mapping.
 247          */
 248         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 249                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
 250                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
 251         }
 252
 253         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 254                 /*
 255                  * Add back the memory we just removed if it results in the
 256                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
 257                  * Otherwise, this is a no-op
 258                  */
 259                 u64 base = phys_initrd_start & PAGE_MASK;
 260                 u64 size = PAGE_ALIGN(phys_initrd_start + phys_initrd_size) - base;
 261
 262                 /*
 263                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
 264                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
 265                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
 266                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
 267                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
 268                  * always access both.
 269                  */
 270                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
 271                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
 272                                        linear_region_size,
 273                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
 274                         phys_initrd_size = 0;
 275                 } else {
 276                         memblock_add(base, size);
 277                         memblock_clear_nomap(base, size);
 278                         memblock_reserve(base, size);
 279                 }
 280         }
 281
 282         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
 283                 extern u16 memstart_offset_seed;
 284                 u64 mmfr0 = read_cpuid(ID_AA64MMFR0_EL1);
 285                 int parange = cpuid_feature_extract_unsigned_field(
 286                                         mmfr0, ID_AA64MMFR0_EL1_PARANGE_SHIFT);
 287                 s64 range = linear_region_size -
 288                             BIT(id_aa64mmfr0_parange_to_phys_shift(parange));
 289
 290                 /*
 291                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
 292                  * margin, the size of the region that the physical memory can
 293                  * span, randomize the linear region as well.
 294                  */
 295                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= (s64)ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
 296                         range /= ARM64_MEMSTART_ALIGN;
 297                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
 298                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
 299                 }
 300         }
 301
 302         /*
 303          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
 304          * pagetables with memblock.
 305          */
 306         memblock_reserve(__pa_symbol(_stext), _end - _stext);
 307         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 308                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
 309                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
 310                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
 311         }
 312
 313         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 314
 315         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 316 }
 317
 318 void __init bootmem_init(void)
 319 {
 320         unsigned long min, max;
 321
 322         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
 323         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
 324
 325         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
 326
 327         max_pfn = max_low_pfn = max;
 328         min_low_pfn = min;
 329
 330         arch_numa_init();
 331
 332         /*
 333          * must be done after arch_numa_init() which calls numa_init() to
 334          * initialize node_online_map that gets used in hugetlb_cma_reserve()
 335          * while allocating required CMA size across online nodes.
 336          */
 337 #if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) && defined(CONFIG_CMA)
 338         arm64_hugetlb_cma_reserve();
 339 #endif
 340
 341         kvm_hyp_reserve();
 342
 343         /*
 344          * sparse_init() tries to allocate memory from memblock, so must be
 345          * done after the fixed reservations
 346          */
 347         sparse_init();
 348         zone_sizes_init();
 349
 350         /*
 351          * Reserve the CMA area after arm64_dma_phys_limit was initialised.
 352          */
 353         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
 354
 355         /*
 356          * request_standard_resources() depends on crashkernel's memory being
 357          * reserved, so do it here.
 358          */
 359         arch_reserve_crashkernel();
 360
 361         memblock_dump_all();
 362 }
 363
 364 /*
 365  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
 366  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
 367  * memory after the kernel image.
 368  */
 369 void __init mem_init(void)
 370 {
 371         bool swiotlb = max_pfn > PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
 372
 373         if (IS_ENABLED(CONFIG_DMA_BOUNCE_UNALIGNED_KMALLOC) && !swiotlb) {
 374                 /*
 375                  * If no bouncing needed for ZONE_DMA, reduce the swiotlb
 376                  * buffer for kmalloc() bouncing to 1MB per 1GB of RAM.
 377                  */
 378                 unsigned long size =
 379                         DIV_ROUND_UP(memblock_phys_mem_size(), 1024);
 380                 swiotlb_adjust_size(min(swiotlb_size_or_default(), size));
 381                 swiotlb = true;
 382         }
 383
 384         swiotlb_init(swiotlb, SWIOTLB_VERBOSE);
 385
 386         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 387         memblock_free_all();
 388
 389         /*
 390          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
 391          * detected at build time already.
 392          */
 393 #ifdef CONFIG_COMPAT
 394         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32 > DEFAULT_MAP_WINDOW_64);
 395 #endif
 396
 397         /*
 398          * Selected page table levels should match when derived from
 399          * scratch using the virtual address range and page size.
 400          */
 401         BUILD_BUG_ON(ARM64_HW_PGTABLE_LEVELS(CONFIG_ARM64_VA_BITS) !=
 402                      CONFIG_PGTABLE_LEVELS);
 403
 404         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
 405                 extern int sysctl_overcommit_memory;
 406                 /*
 407                  * On a machine this small we won't get anywhere without
 408                  * overcommit, so turn it on by default.
 409                  */
 410                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
 411         }
 412 }
 413
 414 void free_initmem(void)
 415 {
 416         free_reserved_area(lm_alias(__init_begin),
 417                            lm_alias(__init_end),
 418                            POISON_FREE_INITMEM, "unused kernel");
 419         /*
 420          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
 421          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
 422          * is not supported by kallsyms.
 423          */
 424         vunmap_range((u64)__init_begin, (u64)__init_end);
 425 }
 426
 427 void dump_mem_limit(void)
 428 {
 429         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 430                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
 431         } else {
 432                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
 433         }
 434 }