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-mapping.h>
  24 #include <linux/dma-contiguous.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
  32 #include <asm/boot.h>
  33 #include <asm/fixmap.h>
  34 #include <asm/kasan.h>
  35 #include <asm/kernel-pgtable.h>
  36 #include <asm/memory.h>
  37 #include <asm/numa.h>
  38 #include <asm/sections.h>
  39 #include <asm/setup.h>
  40 #include <linux/sizes.h>
  41 #include <asm/tlb.h>
  42 #include <asm/alternative.h>
  43
  44 /*
  45  * We need to be able to catch inadvertent references to memstart_addr
  46  * that occur (potentially in generic code) before arm64_memblock_init()
  47  * executes, which assigns it its actual value. So use a default value
  48  * that cannot be mistaken for a real physical address.
  49  */
  50 s64 memstart_addr __ro_after_init = -1;
  51 EXPORT_SYMBOL(memstart_addr);
  52
  53 phys_addr_t arm64_dma_phys_limit __ro_after_init;
  54
  55 #ifdef CONFIG_KEXEC_CORE
  56 /*
  57  * reserve_crashkernel() - reserves memory for crash kernel
  58  *
  59  * This function reserves memory area given in "crashkernel=" kernel command
  60  * line parameter. The memory reserved is used by dump capture kernel when
  61  * primary kernel is crashing.
  62  */
  63 static void __init reserve_crashkernel(void)
  64 {
  65         unsigned long long crash_base, crash_size;
  66         int ret;
  67
  68         ret = parse_crashkernel(boot_command_line, memblock_phys_mem_size(),
  69                                 &crash_size, &crash_base);
  70         /* no crashkernel= or invalid value specified */
  71         if (ret || !crash_size)
  72                 return;
  73
  74         crash_size = PAGE_ALIGN(crash_size);
  75
  76         if (crash_base == 0) {
  77                 /* Current arm64 boot protocol requires 2MB alignment */
  78                 crash_base = memblock_find_in_range(0, ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT,
  79                                 crash_size, SZ_2M);
  80                 if (crash_base == 0) {
  81                         pr_warn("cannot allocate crashkernel (size:0x%llx)\n",
  82                                 crash_size);
  83                         return;
  84                 }
  85         } else {
  86                 /* User specifies base address explicitly. */
  87                 if (!memblock_is_region_memory(crash_base, crash_size)) {
  88                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: region is not memory\n");
  89                         return;
  90                 }
  91
  92                 if (memblock_is_region_reserved(crash_base, crash_size)) {
  93                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: region overlaps reserved memory\n");
  94                         return;
  95                 }
  96
  97                 if (!IS_ALIGNED(crash_base, SZ_2M)) {
  98                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: base address is not 2MB aligned\n");
  99                         return;
 100                 }
 101         }
 102         memblock_reserve(crash_base, crash_size);
 103
 104         pr_info("crashkernel reserved: 0x%016llx - 0x%016llx (%lld MB)\n",
 105                 crash_base, crash_base + crash_size, crash_size >> 20);
 106
 107         crashk_res.start = crash_base;
 108         crashk_res.end = crash_base + crash_size - 1;
 109 }
 110 #else
 111 static void __init reserve_crashkernel(void)
 112 {
 113 }
 114 #endif /* CONFIG_KEXEC_CORE */
 115
 116 #ifdef CONFIG_CRASH_DUMP
 117 static int __init early_init_dt_scan_elfcorehdr(unsigned long node,
 118                 const char *uname, int depth, void *data)
 119 {
 120         const __be32 *reg;
 121         int len;
 122
 123         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
 124                 return 0;
 125
 126         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,elfcorehdr", &len);
 127         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
 128                 return 1;
 129
 130         elfcorehdr_addr = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
 131         elfcorehdr_size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
 132
 133         return 1;
 134 }
 135
 136 /*
 137  * reserve_elfcorehdr() - reserves memory for elf core header
 138  *
 139  * This function reserves the memory occupied by an elf core header
 140  * described in the device tree. This region contains all the
 141  * information about primary kernel's core image and is used by a dump
 142  * capture kernel to access the system memory on primary kernel.
 143  */
 144 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
 145 {
 146         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_elfcorehdr, NULL);
 147
 148         if (!elfcorehdr_size)
 149                 return;
 150
 151         if (memblock_is_region_reserved(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size)) {
 152                 pr_warn("elfcorehdr is overlapped\n");
 153                 return;
 154         }
 155
 156         memblock_reserve(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size);
 157
 158         pr_info("Reserving %lldKB of memory at 0x%llx for elfcorehdr\n",
 159                 elfcorehdr_size >> 10, elfcorehdr_addr);
 160 }
 161 #else
 162 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
 163 {
 164 }
 165 #endif /* CONFIG_CRASH_DUMP */
 166 /*
 167  * Return the maximum physical address for ZONE_DMA32 (DMA_BIT_MASK(32)). It
 168  * currently assumes that for memory starting above 4G, 32-bit devices will
 169  * use a DMA offset.
 170  */
 171 static phys_addr_t __init max_zone_dma_phys(void)
 172 {
 173         phys_addr_t offset = memblock_start_of_DRAM() & GENMASK_ULL(63, 32);
 174         return min(offset + (1ULL << 32), memblock_end_of_DRAM());
 175 }
 176
 177 #ifdef CONFIG_NUMA
 178
 179 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
 180 {
 181         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
 182
 183 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 184         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(max_zone_dma_phys());
 185 #endif
 186         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max;
 187
 188         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
 189 }
 190
 191 #else
 192
 193 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
 194 {
 195         struct memblock_region *reg;
 196         unsigned long zone_size[MAX_NR_ZONES], zhole_size[MAX_NR_ZONES];
 197         unsigned long max_dma = min;
 198
 199         memset(zone_size, 0, sizeof(zone_size));
 200
 201         /* 4GB maximum for 32-bit only capable devices */
 202 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 203         max_dma = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
 204         zone_size[ZONE_DMA32] = max_dma - min;
 205 #endif
 206         zone_size[ZONE_NORMAL] = max - max_dma;
 207
 208         memcpy(zhole_size, zone_size, sizeof(zhole_size));
 209
 210         for_each_memblock(memory, reg) {
 211                 unsigned long start = memblock_region_memory_base_pfn(reg);
 212                 unsigned long end = memblock_region_memory_end_pfn(reg);
 213
 214                 if (start >= max)
 215                         continue;
 216
 217 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 218                 if (start < max_dma) {
 219                         unsigned long dma_end = min(end, max_dma);
 220                         zhole_size[ZONE_DMA32] -= dma_end - start;
 221                 }
 222 #endif
 223                 if (end > max_dma) {
 224                         unsigned long normal_end = min(end, max);
 225                         unsigned long normal_start = max(start, max_dma);
 226                         zhole_size[ZONE_NORMAL] -= normal_end - normal_start;
 227                 }
 228         }
 229
 230         free_area_init_node(0, zone_size, min, zhole_size);
 231 }
 232
 233 #endif /* CONFIG_NUMA */
 234
 235 int pfn_valid(unsigned long pfn)
 236 {
 237         phys_addr_t addr = pfn << PAGE_SHIFT;
 238
 239         if ((addr >> PAGE_SHIFT) != pfn)
 240                 return 0;
 241
 242 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 243         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
 244                 return 0;
 245
 246         if (!valid_section(__nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn))))
 247                 return 0;
 248
 249         /*
 250          * ZONE_DEVICE memory does not have the memblock entries.
 251          * memblock_is_map_memory() check for ZONE_DEVICE based
 252          * addresses will always fail. Even the normal hotplugged
 253          * memory will never have MEMBLOCK_NOMAP flag set in their
 254          * memblock entries. Skip memblock search for all non early
 255          * memory sections covering all of hotplug memory including
 256          * both normal and ZONE_DEVICE based.
 257          */
 258         if (!early_section(__pfn_to_section(pfn)))
 259                 return pfn_section_valid(__pfn_to_section(pfn), pfn);
 260 #endif
 261         return memblock_is_map_memory(addr);
 262 }
 263 EXPORT_SYMBOL(pfn_valid);
 264
 265 static phys_addr_t memory_limit = PHYS_ADDR_MAX;
 266
 267 /*
 268  * Limit the memory size that was specified via FDT.
 269  */
 270 static int __init early_mem(char *p)
 271 {
 272         if (!p)
 273                 return 1;
 274
 275         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
 276         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
 277
 278         return 0;
 279 }
 280 early_param("mem", early_mem);
 281
 282 static int __init early_init_dt_scan_usablemem(unsigned long node,
 283                 const char *uname, int depth, void *data)
 284 {
 285         struct memblock_region *usablemem = data;
 286         const __be32 *reg;
 287         int len;
 288
 289         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
 290                 return 0;
 291
 292         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,usable-memory-range", &len);
 293         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
 294                 return 1;
 295
 296         usablemem->base = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
 297         usablemem->size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
 298
 299         return 1;
 300 }
 301
 302 static void __init fdt_enforce_memory_region(void)
 303 {
 304         struct memblock_region reg = {
 305                 .size = 0,
 306         };
 307
 308         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_usablemem, &reg);
 309
 310         if (reg.size)
 311                 memblock_cap_memory_range(reg.base, reg.size);
 312 }
 313
 314 void __init arm64_memblock_init(void)
 315 {
 316         const s64 linear_region_size = BIT(vabits_actual - 1);
 317
 318         /* Handle linux,usable-memory-range property */
 319         fdt_enforce_memory_region();
 320
 321         /* Remove memory above our supported physical address size */
 322         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
 323
 324         /*
 325          * Select a suitable value for the base of physical memory.
 326          */
 327         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
 328                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 329
 330         /*
 331          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
 332          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
 333          * high in memory.
 334          */
 335         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
 336                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
 337         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
 338                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
 339                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
 340                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 341                 memblock_remove(0, memstart_addr);
 342         }
 343
 344         /*
 345          * If we are running with a 52-bit kernel VA config on a system that
 346          * does not support it, we have to place the available physical
 347          * memory in the 48-bit addressable part of the linear region, i.e.,
 348          * we have to move it upward. Since memstart_addr represents the
 349          * physical address of PAGE_OFFSET, we have to *subtract* from it.
 350          */
 351         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_VA_BITS_52) && (vabits_actual != 52))
 352                 memstart_addr -= _PAGE_OFFSET(48) - _PAGE_OFFSET(52);
 353
 354         /*
 355          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
 356          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
 357          * via the linear mapping.
 358          */
 359         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 360                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
 361                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
 362         }
 363
 364         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 365                 /*
 366                  * Add back the memory we just removed if it results in the
 367                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
 368                  * Otherwise, this is a no-op
 369                  */
 370                 u64 base = phys_initrd_start & PAGE_MASK;
 371                 u64 size = PAGE_ALIGN(phys_initrd_start + phys_initrd_size) - base;
 372
 373                 /*
 374                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
 375                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
 376                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
 377                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
 378                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
 379                  * always access both.
 380                  */
 381                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
 382                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
 383                                        linear_region_size,
 384                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
 385                         phys_initrd_size = 0;
 386                 } else {
 387                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
 388                         memblock_add(base, size);
 389                         memblock_reserve(base, size);
 390                 }
 391         }
 392
 393         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
 394                 extern u16 memstart_offset_seed;
 395                 u64 range = linear_region_size -
 396                             (memblock_end_of_DRAM() - memblock_start_of_DRAM());
 397
 398                 /*
 399                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
 400                  * margin, the size of the region that the available physical
 401                  * memory spans, randomize the linear region as well.
 402                  */
 403                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
 404                         range /= ARM64_MEMSTART_ALIGN;
 405                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
 406                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
 407                 }
 408         }
 409
 410         /*
 411          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
 412          * pagetables with memblock.
 413          */
 414         memblock_reserve(__pa_symbol(_text), _end - _text);
 415         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 416                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
 417                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
 418                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
 419         }
 420
 421         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 422
 423         /* 4GB maximum for 32-bit only capable devices */
 424         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32))
 425                 arm64_dma_phys_limit = max_zone_dma_phys();
 426         else
 427                 arm64_dma_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
 428
 429         reserve_crashkernel();
 430
 431         reserve_elfcorehdr();
 432
 433         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 434
 435         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
 436 }
 437
 438 void __init bootmem_init(void)
 439 {
 440         unsigned long min, max;
 441
 442         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
 443         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
 444
 445         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
 446
 447         max_pfn = max_low_pfn = max;
 448         min_low_pfn = min;
 449
 450         arm64_numa_init();
 451         /*
 452          * Sparsemem tries to allocate bootmem in memory_present(), so must be
 453          * done after the fixed reservations.
 454          */
 455         memblocks_present();
 456
 457         sparse_init();
 458         zone_sizes_init(min, max);
 459
 460         memblock_dump_all();
 461 }
 462
 463 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 464 static inline void free_memmap(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 465 {
 466         struct page *start_pg, *end_pg;
 467         unsigned long pg, pgend;
 468
 469         /*
 470          * Convert start_pfn/end_pfn to a struct page pointer.
 471          */
 472         start_pg = pfn_to_page(start_pfn - 1) + 1;
 473         end_pg = pfn_to_page(end_pfn - 1) + 1;
 474
 475         /*
 476          * Convert to physical addresses, and round start upwards and end
 477          * downwards.
 478          */
 479         pg = (unsigned long)PAGE_ALIGN(__pa(start_pg));
 480         pgend = (unsigned long)__pa(end_pg) & PAGE_MASK;
 481
 482         /*
 483          * If there are free pages between these, free the section of the
 484          * memmap array.
 485          */
 486         if (pg < pgend)
 487                 memblock_free(pg, pgend - pg);
 488 }
 489
 490 /*
 491  * The mem_map array can get very big. Free the unused area of the memory map.
 492  */
 493 static void __init free_unused_memmap(void)
 494 {
 495         unsigned long start, prev_end = 0;
 496         struct memblock_region *reg;
 497
 498         for_each_memblock(memory, reg) {
 499                 start = __phys_to_pfn(reg->base);
 500
 501 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 502                 /*
 503                  * Take care not to free memmap entries that don't exist due
 504                  * to SPARSEMEM sections which aren't present.
 505                  */
 506                 start = min(start, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
 507 #endif
 508                 /*
 509                  * If we had a previous bank, and there is a space between the
 510                  * current bank and the previous, free it.
 511                  */
 512                 if (prev_end && prev_end < start)
 513                         free_memmap(prev_end, start);
 514
 515                 /*
 516                  * Align up here since the VM subsystem insists that the
 517                  * memmap entries are valid from the bank end aligned to
 518                  * MAX_ORDER_NR_PAGES.
 519                  */
 520                 prev_end = ALIGN(__phys_to_pfn(reg->base + reg->size),
 521                                  MAX_ORDER_NR_PAGES);
 522         }
 523
 524 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 525         if (!IS_ALIGNED(prev_end, PAGES_PER_SECTION))
 526                 free_memmap(prev_end, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
 527 #endif
 528 }
 529 #endif  /* !CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */
 530
 531 /*
 532  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
 533  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
 534  * memory after the kernel image.
 535  */
 536 void __init mem_init(void)
 537 {
 538         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
 539             max_pfn > (arm64_dma_phys_limit >> PAGE_SHIFT))
 540                 swiotlb_init(1);
 541         else
 542                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
 543
 544         set_max_mapnr(max_pfn - PHYS_PFN_OFFSET);
 545
 546 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 547         free_unused_memmap();
 548 #endif
 549         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 550         memblock_free_all();
 551
 552         mem_init_print_info(NULL);
 553
 554         /*
 555          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
 556          * detected at build time already.
 557          */
 558 #ifdef CONFIG_COMPAT
 559         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32 > DEFAULT_MAP_WINDOW_64);
 560 #endif
 561
 562         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
 563                 extern int sysctl_overcommit_memory;
 564                 /*
 565                  * On a machine this small we won't get anywhere without
 566                  * overcommit, so turn it on by default.
 567                  */
 568                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
 569         }
 570 }
 571
 572 void free_initmem(void)
 573 {
 574         free_reserved_area(lm_alias(__init_begin),
 575                            lm_alias(__init_end),
 576                            0, "unused kernel");
 577         /*
 578          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
 579          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
 580          * is not supported by kallsyms.
 581          */
 582         unmap_kernel_range((u64)__init_begin, (u64)(__init_end - __init_begin));
 583 }
 584
 585 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 586 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 587 {
 588         unsigned long aligned_start, aligned_end;
 589
 590         aligned_start = __virt_to_phys(start) & PAGE_MASK;
 591         aligned_end = PAGE_ALIGN(__virt_to_phys(end));
 592         memblock_free(aligned_start, aligned_end - aligned_start);
 593         free_reserved_area((void *)start, (void *)end, 0, "initrd");
 594 }
 595 #endif
 596
 597 /*
 598  * Dump out memory limit information on panic.
 599  */
 600 static int dump_mem_limit(struct notifier_block *self, unsigned long v, void *p)
 601 {
 602         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 603                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
 604         } else {
 605                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
 606         }
 607         return 0;
 608 }
 609
 610 static struct notifier_block mem_limit_notifier = {
 611         .notifier_call = dump_mem_limit,
 612 };
 613
 614 static int __init register_mem_limit_dumper(void)
 615 {
 616         atomic_notifier_chain_register(&panic_notifier_list,
 617                                        &mem_limit_notifier);
 618         return 0;
 619 }
 620 __initcall(register_mem_limit_dumper);