GNU Linux-libre 5.4.274-gnu1
[releases.git] / arch / powerpc / mm / mem.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  *  PowerPC version
4  *    Copyright (C) 1995-1996 Gary Thomas (gdt@linuxppc.org)
5  *
6  *  Modifications by Paul Mackerras (PowerMac) (paulus@cs.anu.edu.au)
7  *  and Cort Dougan (PReP) (cort@cs.nmt.edu)
8  *    Copyright (C) 1996 Paul Mackerras
9  *  PPC44x/36-bit changes by Matt Porter (mporter@mvista.com)
10  *
11  *  Derived from "arch/i386/mm/init.c"
12  *    Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
13  */
14
15 #include <linux/export.h>
16 #include <linux/sched.h>
17 #include <linux/kernel.h>
18 #include <linux/errno.h>
19 #include <linux/string.h>
20 #include <linux/gfp.h>
21 #include <linux/types.h>
22 #include <linux/mm.h>
23 #include <linux/stddef.h>
24 #include <linux/init.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/highmem.h>
27 #include <linux/initrd.h>
28 #include <linux/pagemap.h>
29 #include <linux/suspend.h>
30 #include <linux/hugetlb.h>
31 #include <linux/slab.h>
32 #include <linux/vmalloc.h>
33 #include <linux/memremap.h>
34
35 #include <asm/pgalloc.h>
36 #include <asm/prom.h>
37 #include <asm/io.h>
38 #include <asm/mmu_context.h>
39 #include <asm/pgtable.h>
40 #include <asm/mmu.h>
41 #include <asm/smp.h>
42 #include <asm/machdep.h>
43 #include <asm/btext.h>
44 #include <asm/tlb.h>
45 #include <asm/sections.h>
46 #include <asm/sparsemem.h>
47 #include <asm/vdso.h>
48 #include <asm/fixmap.h>
49 #include <asm/swiotlb.h>
50 #include <asm/rtas.h>
51 #include <asm/ftrace.h>
52
53 #include <mm/mmu_decl.h>
54
55 #ifndef CPU_FTR_COHERENT_ICACHE
56 #define CPU_FTR_COHERENT_ICACHE 0       /* XXX for now */
57 #define CPU_FTR_NOEXECUTE       0
58 #endif
59
60 unsigned long long memory_limit;
61 bool init_mem_is_free;
62
63 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
64 pte_t *kmap_pte;
65 EXPORT_SYMBOL(kmap_pte);
66 pgprot_t kmap_prot;
67 EXPORT_SYMBOL(kmap_prot);
68
69 static inline pte_t *virt_to_kpte(unsigned long vaddr)
70 {
71         return pte_offset_kernel(pmd_offset(pud_offset(pgd_offset_k(vaddr),
72                         vaddr), vaddr), vaddr);
73 }
74 #endif
75
76 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
77                               unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
78 {
79         if (ppc_md.phys_mem_access_prot)
80                 return ppc_md.phys_mem_access_prot(file, pfn, size, vma_prot);
81
82         if (!page_is_ram(pfn))
83                 vma_prot = pgprot_noncached(vma_prot);
84
85         return vma_prot;
86 }
87 EXPORT_SYMBOL(phys_mem_access_prot);
88
89 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
90
91 #ifdef CONFIG_NUMA
92 int memory_add_physaddr_to_nid(u64 start)
93 {
94         return hot_add_scn_to_nid(start);
95 }
96 #endif
97
98 int __weak create_section_mapping(unsigned long start, unsigned long end, int nid)
99 {
100         return -ENODEV;
101 }
102
103 int __weak remove_section_mapping(unsigned long start, unsigned long end)
104 {
105         return -ENODEV;
106 }
107
108 #define FLUSH_CHUNK_SIZE SZ_1G
109 /**
110  * flush_dcache_range_chunked(): Write any modified data cache blocks out to
111  * memory and invalidate them, in chunks of up to FLUSH_CHUNK_SIZE
112  * Does not invalidate the corresponding instruction cache blocks.
113  *
114  * @start: the start address
115  * @stop: the stop address (exclusive)
116  * @chunk: the max size of the chunks
117  */
118 static void flush_dcache_range_chunked(unsigned long start, unsigned long stop,
119                                        unsigned long chunk)
120 {
121         unsigned long i;
122
123         for (i = start; i < stop; i += chunk) {
124                 flush_dcache_range(i, min(stop, i + chunk));
125                 cond_resched();
126         }
127 }
128
129 int __ref arch_add_memory(int nid, u64 start, u64 size,
130                         struct mhp_restrictions *restrictions)
131 {
132         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
133         unsigned long nr_pages = size >> PAGE_SHIFT;
134         int rc;
135
136         resize_hpt_for_hotplug(memblock_phys_mem_size());
137
138         start = (unsigned long)__va(start);
139         rc = create_section_mapping(start, start + size, nid);
140         if (rc) {
141                 pr_warn("Unable to create mapping for hot added memory 0x%llx..0x%llx: %d\n",
142                         start, start + size, rc);
143                 return -EFAULT;
144         }
145
146         flush_dcache_range_chunked(start, start + size, FLUSH_CHUNK_SIZE);
147
148         return __add_pages(nid, start_pfn, nr_pages, restrictions);
149 }
150
151 void __ref arch_remove_memory(int nid, u64 start, u64 size,
152                              struct vmem_altmap *altmap)
153 {
154         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
155         unsigned long nr_pages = size >> PAGE_SHIFT;
156         int ret;
157
158         __remove_pages(start_pfn, nr_pages, altmap);
159
160         /* Remove htab bolted mappings for this section of memory */
161         start = (unsigned long)__va(start);
162         flush_dcache_range_chunked(start, start + size, FLUSH_CHUNK_SIZE);
163
164         ret = remove_section_mapping(start, start + size);
165         WARN_ON_ONCE(ret);
166
167         /* Ensure all vmalloc mappings are flushed in case they also
168          * hit that section of memory
169          */
170         vm_unmap_aliases();
171
172         if (resize_hpt_for_hotplug(memblock_phys_mem_size()) == -ENOSPC)
173                 pr_warn("Hash collision while resizing HPT\n");
174 }
175 #endif
176
177 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
178 void __init mem_topology_setup(void)
179 {
180         max_low_pfn = max_pfn = memblock_end_of_DRAM() >> PAGE_SHIFT;
181         min_low_pfn = MEMORY_START >> PAGE_SHIFT;
182 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
183         max_low_pfn = lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT;
184 #endif
185
186         /* Place all memblock_regions in the same node and merge contiguous
187          * memblock_regions
188          */
189         memblock_set_node(0, PHYS_ADDR_MAX, &memblock.memory, 0);
190 }
191
192 void __init initmem_init(void)
193 {
194         /* XXX need to clip this if using highmem? */
195         sparse_memory_present_with_active_regions(0);
196         sparse_init();
197 }
198
199 /* mark pages that don't exist as nosave */
200 static int __init mark_nonram_nosave(void)
201 {
202         struct memblock_region *reg, *prev = NULL;
203
204         for_each_memblock(memory, reg) {
205                 if (prev &&
206                     memblock_region_memory_end_pfn(prev) < memblock_region_memory_base_pfn(reg))
207                         register_nosave_region(memblock_region_memory_end_pfn(prev),
208                                                memblock_region_memory_base_pfn(reg));
209                 prev = reg;
210         }
211         return 0;
212 }
213 #else /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
214 static int __init mark_nonram_nosave(void)
215 {
216         return 0;
217 }
218 #endif
219
220 /*
221  * Zones usage:
222  *
223  * We setup ZONE_DMA to be 31-bits on all platforms and ZONE_NORMAL to be
224  * everything else. GFP_DMA32 page allocations automatically fall back to
225  * ZONE_DMA.
226  *
227  * By using 31-bit unconditionally, we can exploit ARCH_ZONE_DMA_BITS to
228  * inform the generic DMA mapping code.  32-bit only devices (if not handled
229  * by an IOMMU anyway) will take a first dip into ZONE_NORMAL and get
230  * otherwise served by ZONE_DMA.
231  */
232 static unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
233
234 /*
235  * paging_init() sets up the page tables - in fact we've already done this.
236  */
237 void __init paging_init(void)
238 {
239         unsigned long long total_ram = memblock_phys_mem_size();
240         phys_addr_t top_of_ram = memblock_end_of_DRAM();
241
242 #ifdef CONFIG_PPC32
243         unsigned long v = __fix_to_virt(__end_of_fixed_addresses - 1);
244         unsigned long end = __fix_to_virt(FIX_HOLE);
245
246         for (; v < end; v += PAGE_SIZE)
247                 map_kernel_page(v, 0, __pgprot(0)); /* XXX gross */
248 #endif
249
250 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
251         map_kernel_page(PKMAP_BASE, 0, __pgprot(0));    /* XXX gross */
252         pkmap_page_table = virt_to_kpte(PKMAP_BASE);
253
254         kmap_pte = virt_to_kpte(__fix_to_virt(FIX_KMAP_BEGIN));
255         kmap_prot = PAGE_KERNEL;
256 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
257
258         printk(KERN_DEBUG "Top of RAM: 0x%llx, Total RAM: 0x%llx\n",
259                (unsigned long long)top_of_ram, total_ram);
260         printk(KERN_DEBUG "Memory hole size: %ldMB\n",
261                (long int)((top_of_ram - total_ram) >> 20));
262
263 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
264         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = min(max_low_pfn,
265                                       1UL << (ARCH_ZONE_DMA_BITS - PAGE_SHIFT));
266 #endif
267         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max_low_pfn;
268 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
269         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM] = max_pfn;
270 #endif
271
272         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
273
274         mark_nonram_nosave();
275 }
276
277 void __init mem_init(void)
278 {
279         /*
280          * book3s is limited to 16 page sizes due to encoding this in
281          * a 4-bit field for slices.
282          */
283         BUILD_BUG_ON(MMU_PAGE_COUNT > 16);
284
285 #ifdef CONFIG_SWIOTLB
286         /*
287          * Some platforms (e.g. 85xx) limit DMA-able memory way below
288          * 4G. We force memblock to bottom-up mode to ensure that the
289          * memory allocated in swiotlb_init() is DMA-able.
290          * As it's the last memblock allocation, no need to reset it
291          * back to to-down.
292          */
293         memblock_set_bottom_up(true);
294         swiotlb_init(0);
295 #endif
296
297         high_memory = (void *) __va(max_low_pfn * PAGE_SIZE);
298         set_max_mapnr(max_pfn);
299         memblock_free_all();
300
301 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
302         {
303                 unsigned long pfn, highmem_mapnr;
304
305                 highmem_mapnr = lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT;
306                 for (pfn = highmem_mapnr; pfn < max_mapnr; ++pfn) {
307                         phys_addr_t paddr = (phys_addr_t)pfn << PAGE_SHIFT;
308                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
309                         if (!memblock_is_reserved(paddr))
310                                 free_highmem_page(page);
311                 }
312         }
313 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
314
315 #if defined(CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E) && !defined(CONFIG_SMP)
316         /*
317          * If smp is enabled, next_tlbcam_idx is initialized in the cpu up
318          * functions.... do it here for the non-smp case.
319          */
320         per_cpu(next_tlbcam_idx, smp_processor_id()) =
321                 (mfspr(SPRN_TLB1CFG) & TLBnCFG_N_ENTRY) - 1;
322 #endif
323
324         mem_init_print_info(NULL);
325 #ifdef CONFIG_PPC32
326         pr_info("Kernel virtual memory layout:\n");
327 #ifdef CONFIG_KASAN
328         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : kasan shadow mem\n",
329                 KASAN_SHADOW_START, KASAN_SHADOW_END);
330 #endif
331         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : fixmap\n", FIXADDR_START, FIXADDR_TOP);
332 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
333         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : highmem PTEs\n",
334                 PKMAP_BASE, PKMAP_ADDR(LAST_PKMAP));
335 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
336         if (ioremap_bot != IOREMAP_TOP)
337                 pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : early ioremap\n",
338                         ioremap_bot, IOREMAP_TOP);
339         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : vmalloc & ioremap\n",
340                 VMALLOC_START, VMALLOC_END);
341 #endif /* CONFIG_PPC32 */
342 }
343
344 void free_initmem(void)
345 {
346         ppc_md.progress = ppc_printk_progress;
347         mark_initmem_nx();
348         init_mem_is_free = true;
349         free_initmem_default(POISON_FREE_INITMEM);
350         ftrace_free_init_tramp();
351 }
352
353 /**
354  * flush_coherent_icache() - if a CPU has a coherent icache, flush it
355  * @addr: The base address to use (can be any valid address, the whole cache will be flushed)
356  * Return true if the cache was flushed, false otherwise
357  */
358 static inline bool flush_coherent_icache(unsigned long addr)
359 {
360         /*
361          * For a snooping icache, we still need a dummy icbi to purge all the
362          * prefetched instructions from the ifetch buffers. We also need a sync
363          * before the icbi to order the the actual stores to memory that might
364          * have modified instructions with the icbi.
365          */
366         if (cpu_has_feature(CPU_FTR_COHERENT_ICACHE)) {
367                 mb(); /* sync */
368                 allow_read_from_user((const void __user *)addr, L1_CACHE_BYTES);
369                 icbi((void *)addr);
370                 prevent_read_from_user((const void __user *)addr, L1_CACHE_BYTES);
371                 mb(); /* sync */
372                 isync();
373                 return true;
374         }
375
376         return false;
377 }
378
379 /**
380  * invalidate_icache_range() - Flush the icache by issuing icbi across an address range
381  * @start: the start address
382  * @stop: the stop address (exclusive)
383  */
384 static void invalidate_icache_range(unsigned long start, unsigned long stop)
385 {
386         unsigned long shift = l1_icache_shift();
387         unsigned long bytes = l1_icache_bytes();
388         char *addr = (char *)(start & ~(bytes - 1));
389         unsigned long size = stop - (unsigned long)addr + (bytes - 1);
390         unsigned long i;
391
392         for (i = 0; i < size >> shift; i++, addr += bytes)
393                 icbi(addr);
394
395         mb(); /* sync */
396         isync();
397 }
398
399 /**
400  * flush_icache_range: Write any modified data cache blocks out to memory
401  * and invalidate the corresponding blocks in the instruction cache
402  *
403  * Generic code will call this after writing memory, before executing from it.
404  *
405  * @start: the start address
406  * @stop: the stop address (exclusive)
407  */
408 void flush_icache_range(unsigned long start, unsigned long stop)
409 {
410         if (flush_coherent_icache(start))
411                 return;
412
413         clean_dcache_range(start, stop);
414
415         if (IS_ENABLED(CONFIG_44x)) {
416                 /*
417                  * Flash invalidate on 44x because we are passed kmapped
418                  * addresses and this doesn't work for userspace pages due to
419                  * the virtually tagged icache.
420                  */
421                 iccci((void *)start);
422                 mb(); /* sync */
423                 isync();
424         } else
425                 invalidate_icache_range(start, stop);
426 }
427 EXPORT_SYMBOL(flush_icache_range);
428
429 #if !defined(CONFIG_PPC_8xx) && !defined(CONFIG_PPC64)
430 /**
431  * flush_dcache_icache_phys() - Flush a page by it's physical address
432  * @physaddr: the physical address of the page
433  */
434 static void flush_dcache_icache_phys(unsigned long physaddr)
435 {
436         unsigned long bytes = l1_dcache_bytes();
437         unsigned long nb = PAGE_SIZE / bytes;
438         unsigned long addr = physaddr & PAGE_MASK;
439         unsigned long msr, msr0;
440         unsigned long loop1 = addr, loop2 = addr;
441
442         msr0 = mfmsr();
443         msr = msr0 & ~MSR_DR;
444         /*
445          * This must remain as ASM to prevent potential memory accesses
446          * while the data MMU is disabled
447          */
448         asm volatile(
449                 "   mtctr %2;\n"
450                 "   mtmsr %3;\n"
451                 "   isync;\n"
452                 "0: dcbst   0, %0;\n"
453                 "   addi    %0, %0, %4;\n"
454                 "   bdnz    0b;\n"
455                 "   sync;\n"
456                 "   mtctr %2;\n"
457                 "1: icbi    0, %1;\n"
458                 "   addi    %1, %1, %4;\n"
459                 "   bdnz    1b;\n"
460                 "   sync;\n"
461                 "   mtmsr %5;\n"
462                 "   isync;\n"
463                 : "+&r" (loop1), "+&r" (loop2)
464                 : "r" (nb), "r" (msr), "i" (bytes), "r" (msr0)
465                 : "ctr", "memory");
466 }
467 #endif // !defined(CONFIG_PPC_8xx) && !defined(CONFIG_PPC64)
468
469 /*
470  * This is called when a page has been modified by the kernel.
471  * It just marks the page as not i-cache clean.  We do the i-cache
472  * flush later when the page is given to a user process, if necessary.
473  */
474 void flush_dcache_page(struct page *page)
475 {
476         if (cpu_has_feature(CPU_FTR_COHERENT_ICACHE))
477                 return;
478         /* avoid an atomic op if possible */
479         if (test_bit(PG_arch_1, &page->flags))
480                 clear_bit(PG_arch_1, &page->flags);
481 }
482 EXPORT_SYMBOL(flush_dcache_page);
483
484 void flush_dcache_icache_page(struct page *page)
485 {
486 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
487         if (PageCompound(page)) {
488                 flush_dcache_icache_hugepage(page);
489                 return;
490         }
491 #endif
492 #if defined(CONFIG_PPC_8xx) || defined(CONFIG_PPC64)
493         /* On 8xx there is no need to kmap since highmem is not supported */
494         __flush_dcache_icache(page_address(page));
495 #else
496         if (IS_ENABLED(CONFIG_BOOKE) || sizeof(phys_addr_t) > sizeof(void *)) {
497                 void *start = kmap_atomic(page);
498                 __flush_dcache_icache(start);
499                 kunmap_atomic(start);
500         } else {
501                 unsigned long addr = page_to_pfn(page) << PAGE_SHIFT;
502
503                 if (flush_coherent_icache(addr))
504                         return;
505                 flush_dcache_icache_phys(addr);
506         }
507 #endif
508 }
509 EXPORT_SYMBOL(flush_dcache_icache_page);
510
511 /**
512  * __flush_dcache_icache(): Flush a particular page from the data cache to RAM.
513  * Note: this is necessary because the instruction cache does *not*
514  * snoop from the data cache.
515  *
516  * @page: the address of the page to flush
517  */
518 void __flush_dcache_icache(void *p)
519 {
520         unsigned long addr = (unsigned long)p;
521
522         if (flush_coherent_icache(addr))
523                 return;
524
525         clean_dcache_range(addr, addr + PAGE_SIZE);
526
527         /*
528          * We don't flush the icache on 44x. Those have a virtual icache and we
529          * don't have access to the virtual address here (it's not the page
530          * vaddr but where it's mapped in user space). The flushing of the
531          * icache on these is handled elsewhere, when a change in the address
532          * space occurs, before returning to user space.
533          */
534
535         if (mmu_has_feature(MMU_FTR_TYPE_44x))
536                 return;
537
538         invalidate_icache_range(addr, addr + PAGE_SIZE);
539 }
540
541 void clear_user_page(void *page, unsigned long vaddr, struct page *pg)
542 {
543         clear_page(page);
544
545         /*
546          * We shouldn't have to do this, but some versions of glibc
547          * require it (ld.so assumes zero filled pages are icache clean)
548          * - Anton
549          */
550         flush_dcache_page(pg);
551 }
552 EXPORT_SYMBOL(clear_user_page);
553
554 void copy_user_page(void *vto, void *vfrom, unsigned long vaddr,
555                     struct page *pg)
556 {
557         copy_page(vto, vfrom);
558
559         /*
560          * We should be able to use the following optimisation, however
561          * there are two problems.
562          * Firstly a bug in some versions of binutils meant PLT sections
563          * were not marked executable.
564          * Secondly the first word in the GOT section is blrl, used
565          * to establish the GOT address. Until recently the GOT was
566          * not marked executable.
567          * - Anton
568          */
569 #if 0
570         if (!vma->vm_file && ((vma->vm_flags & VM_EXEC) == 0))
571                 return;
572 #endif
573
574         flush_dcache_page(pg);
575 }
576
577 void flush_icache_user_range(struct vm_area_struct *vma, struct page *page,
578                              unsigned long addr, int len)
579 {
580         unsigned long maddr;
581
582         maddr = (unsigned long) kmap(page) + (addr & ~PAGE_MASK);
583         flush_icache_range(maddr, maddr + len);
584         kunmap(page);
585 }
586 EXPORT_SYMBOL(flush_icache_user_range);
587
588 /*
589  * System memory should not be in /proc/iomem but various tools expect it
590  * (eg kdump).
591  */
592 static int __init add_system_ram_resources(void)
593 {
594         struct memblock_region *reg;
595
596         for_each_memblock(memory, reg) {
597                 struct resource *res;
598                 unsigned long base = reg->base;
599                 unsigned long size = reg->size;
600
601                 res = kzalloc(sizeof(struct resource), GFP_KERNEL);
602                 WARN_ON(!res);
603
604                 if (res) {
605                         res->name = "System RAM";
606                         res->start = base;
607                         res->end = base + size - 1;
608                         res->flags = IORESOURCE_SYSTEM_RAM | IORESOURCE_BUSY;
609                         WARN_ON(request_resource(&iomem_resource, res) < 0);
610                 }
611         }
612
613         return 0;
614 }
615 subsys_initcall(add_system_ram_resources);
616
617 #ifdef CONFIG_STRICT_DEVMEM
618 /*
619  * devmem_is_allowed(): check to see if /dev/mem access to a certain address
620  * is valid. The argument is a physical page number.
621  *
622  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
623  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
624  */
625 int devmem_is_allowed(unsigned long pfn)
626 {
627         if (page_is_rtas_user_buf(pfn))
628                 return 1;
629         if (iomem_is_exclusive(PFN_PHYS(pfn)))
630                 return 0;
631         if (!page_is_ram(pfn))
632                 return 1;
633         return 0;
634 }
635 #endif /* CONFIG_STRICT_DEVMEM */
636
637 /*
638  * This is defined in kernel/resource.c but only powerpc needs to export it, for
639  * the EHEA driver. Drop this when drivers/net/ethernet/ibm/ehea is removed.
640  */
641 EXPORT_SYMBOL_GPL(walk_system_ram_range);