arch/arm/mm/init.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  *  linux/arch/arm/mm/init.c
   4  *
   5  *  Copyright (C) 1995-2005 Russell King
   6  */
   7 #include <linux/kernel.h>
   8 #include <linux/errno.h>
   9 #include <linux/swap.h>
  10 #include <linux/init.h>
  11 #include <linux/mman.h>
  12 #include <linux/sched/signal.h>
  13 #include <linux/sched/task.h>
  14 #include <linux/export.h>
  15 #include <linux/nodemask.h>
  16 #include <linux/initrd.h>
  17 #include <linux/of_fdt.h>
  18 #include <linux/highmem.h>
  19 #include <linux/gfp.h>
  20 #include <linux/memblock.h>
  21 #include <linux/dma-map-ops.h>
  22 #include <linux/sizes.h>
  23 #include <linux/stop_machine.h>
  24 #include <linux/swiotlb.h>
  25
  26 #include <asm/cp15.h>
  27 #include <asm/mach-types.h>
  28 #include <asm/memblock.h>
  29 #include <asm/memory.h>
  30 #include <asm/prom.h>
  31 #include <asm/sections.h>
  32 #include <asm/setup.h>
  33 #include <asm/set_memory.h>
  34 #include <asm/system_info.h>
  35 #include <asm/tlb.h>
  36 #include <asm/fixmap.h>
  37 #include <asm/ptdump.h>
  38
  39 #include <asm/mach/arch.h>
  40 #include <asm/mach/map.h>
  41
  42 #include "mm.h"
  43
  44 #ifdef CONFIG_CPU_CP15_MMU
  45 unsigned long __init __clear_cr(unsigned long mask)
  46 {
  47         cr_alignment = cr_alignment & ~mask;
  48         return cr_alignment;
  49 }
  50 #endif
  51
  52 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
  53 static int __init parse_tag_initrd(const struct tag *tag)
  54 {
  55         pr_warn("ATAG_INITRD is deprecated; "
  56                 "please update your bootloader.\n");
  57         phys_initrd_start = __virt_to_phys(tag->u.initrd.start);
  58         phys_initrd_size = tag->u.initrd.size;
  59         return 0;
  60 }
  61
  62 __tagtable(ATAG_INITRD, parse_tag_initrd);
  63
  64 static int __init parse_tag_initrd2(const struct tag *tag)
  65 {
  66         phys_initrd_start = tag->u.initrd.start;
  67         phys_initrd_size = tag->u.initrd.size;
  68         return 0;
  69 }
  70
  71 __tagtable(ATAG_INITRD2, parse_tag_initrd2);
  72 #endif
  73
  74 static void __init find_limits(unsigned long *min, unsigned long *max_low,
  75                                unsigned long *max_high)
  76 {
  77         *max_low = PFN_DOWN(memblock_get_current_limit());
  78         *min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
  79         *max_high = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
  80 }
  81
  82 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
  83
  84 phys_addr_t arm_dma_zone_size __read_mostly;
  85 EXPORT_SYMBOL(arm_dma_zone_size);
  86
  87 /*
  88  * The DMA mask corresponding to the maximum bus address allocatable
  89  * using GFP_DMA.  The default here places no restriction on DMA
  90  * allocations.  This must be the smallest DMA mask in the system,
  91  * so a successful GFP_DMA allocation will always satisfy this.
  92  */
  93 phys_addr_t arm_dma_limit;
  94 unsigned long arm_dma_pfn_limit;
  95 #endif
  96
  97 void __init setup_dma_zone(const struct machine_desc *mdesc)
  98 {
  99 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 100         if (mdesc->dma_zone_size) {
 101                 arm_dma_zone_size = mdesc->dma_zone_size;
 102                 arm_dma_limit = PHYS_OFFSET + arm_dma_zone_size - 1;
 103         } else
 104                 arm_dma_limit = 0xffffffff;
 105         arm_dma_pfn_limit = arm_dma_limit >> PAGE_SHIFT;
 106 #endif
 107 }
 108
 109 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max_low,
 110         unsigned long max_high)
 111 {
 112         unsigned long max_zone_pfn[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
 113
 114 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 115         max_zone_pfn[ZONE_DMA] = min(arm_dma_pfn_limit, max_low);
 116 #endif
 117         max_zone_pfn[ZONE_NORMAL] = max_low;
 118 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 119         max_zone_pfn[ZONE_HIGHMEM] = max_high;
 120 #endif
 121         free_area_init(max_zone_pfn);
 122 }
 123
 124 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_PFN_VALID
 125 int pfn_valid(unsigned long pfn)
 126 {
 127         phys_addr_t addr = __pfn_to_phys(pfn);
 128         unsigned long pageblock_size = PAGE_SIZE * pageblock_nr_pages;
 129
 130         if (__phys_to_pfn(addr) != pfn)
 131                 return 0;
 132
 133         /*
 134          * If address less than pageblock_size bytes away from a present
 135          * memory chunk there still will be a memory map entry for it
 136          * because we round freed memory map to the pageblock boundaries.
 137          */
 138         if (memblock_overlaps_region(&memblock.memory,
 139                                      ALIGN_DOWN(addr, pageblock_size),
 140                                      pageblock_size))
 141                 return 1;
 142
 143         return 0;
 144 }
 145 EXPORT_SYMBOL(pfn_valid);
 146 #endif
 147
 148 static bool arm_memblock_steal_permitted = true;
 149
 150 phys_addr_t __init arm_memblock_steal(phys_addr_t size, phys_addr_t align)
 151 {
 152         phys_addr_t phys;
 153
 154         BUG_ON(!arm_memblock_steal_permitted);
 155
 156         phys = memblock_phys_alloc(size, align);
 157         if (!phys)
 158                 panic("Failed to steal %pa bytes at %pS\n",
 159                       &size, (void *)_RET_IP_);
 160
 161         memblock_free(phys, size);
 162         memblock_remove(phys, size);
 163
 164         return phys;
 165 }
 166
 167 static void __init arm_initrd_init(void)
 168 {
 169 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 170         phys_addr_t start;
 171         unsigned long size;
 172
 173         initrd_start = initrd_end = 0;
 174
 175         if (!phys_initrd_size)
 176                 return;
 177
 178         /*
 179          * Round the memory region to page boundaries as per free_initrd_mem()
 180          * This allows us to detect whether the pages overlapping the initrd
 181          * are in use, but more importantly, reserves the entire set of pages
 182          * as we don't want these pages allocated for other purposes.
 183          */
 184         start = round_down(phys_initrd_start, PAGE_SIZE);
 185         size = phys_initrd_size + (phys_initrd_start - start);
 186         size = round_up(size, PAGE_SIZE);
 187
 188         if (!memblock_is_region_memory(start, size)) {
 189                 pr_err("INITRD: 0x%08llx+0x%08lx is not a memory region - disabling initrd\n",
 190                        (u64)start, size);
 191                 return;
 192         }
 193
 194         if (memblock_is_region_reserved(start, size)) {
 195                 pr_err("INITRD: 0x%08llx+0x%08lx overlaps in-use memory region - disabling initrd\n",
 196                        (u64)start, size);
 197                 return;
 198         }
 199
 200         memblock_reserve(start, size);
 201
 202         /* Now convert initrd to virtual addresses */
 203         initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
 204         initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
 205 #endif
 206 }
 207
 208 #ifdef CONFIG_CPU_ICACHE_MISMATCH_WORKAROUND
 209 void check_cpu_icache_size(int cpuid)
 210 {
 211         u32 size, ctr;
 212
 213         asm("mrc p15, 0, %0, c0, c0, 1" : "=r" (ctr));
 214
 215         size = 1 << ((ctr & 0xf) + 2);
 216         if (cpuid != 0 && icache_size != size)
 217                 pr_info("CPU%u: detected I-Cache line size mismatch, workaround enabled\n",
 218                         cpuid);
 219         if (icache_size > size)
 220                 icache_size = size;
 221 }
 222 #endif
 223
 224 void __init arm_memblock_init(const struct machine_desc *mdesc)
 225 {
 226         /* Register the kernel text, kernel data and initrd with memblock. */
 227         memblock_reserve(__pa(KERNEL_START), KERNEL_END - KERNEL_START);
 228
 229         arm_initrd_init();
 230
 231         arm_mm_memblock_reserve();
 232
 233         /* reserve any platform specific memblock areas */
 234         if (mdesc->reserve)
 235                 mdesc->reserve();
 236
 237         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 238
 239         /* reserve memory for DMA contiguous allocations */
 240         dma_contiguous_reserve(arm_dma_limit);
 241
 242         arm_memblock_steal_permitted = false;
 243         memblock_dump_all();
 244 }
 245
 246 void __init bootmem_init(void)
 247 {
 248         memblock_allow_resize();
 249
 250         find_limits(&min_low_pfn, &max_low_pfn, &max_pfn);
 251
 252         early_memtest((phys_addr_t)min_low_pfn << PAGE_SHIFT,
 253                       (phys_addr_t)max_low_pfn << PAGE_SHIFT);
 254
 255         /*
 256          * sparse_init() tries to allocate memory from memblock, so must be
 257          * done after the fixed reservations
 258          */
 259         sparse_init();
 260
 261         /*
 262          * Now free the memory - free_area_init needs
 263          * the sparse mem_map arrays initialized by sparse_init()
 264          * for memmap_init_zone(), otherwise all PFNs are invalid.
 265          */
 266         zone_sizes_init(min_low_pfn, max_low_pfn, max_pfn);
 267 }
 268
 269 /*
 270  * Poison init memory with an undefined instruction (ARM) or a branch to an
 271  * undefined instruction (Thumb).
 272  */
 273 static inline void poison_init_mem(void *s, size_t count)
 274 {
 275         u32 *p = (u32 *)s;
 276         for (; count != 0; count -= 4)
 277                 *p++ = 0xe7fddef0;
 278 }
 279
 280 static inline void __init
 281 free_memmap(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 282 {
 283         struct page *start_pg, *end_pg;
 284         phys_addr_t pg, pgend;
 285
 286         /*
 287          * Convert start_pfn/end_pfn to a struct page pointer.
 288          */
 289         start_pg = pfn_to_page(start_pfn - 1) + 1;
 290         end_pg = pfn_to_page(end_pfn - 1) + 1;
 291
 292         /*
 293          * Convert to physical addresses, and
 294          * round start upwards and end downwards.
 295          */
 296         pg = PAGE_ALIGN(__pa(start_pg));
 297         pgend = __pa(end_pg) & PAGE_MASK;
 298
 299         /*
 300          * If there are free pages between these,
 301          * free the section of the memmap array.
 302          */
 303         if (pg < pgend)
 304                 memblock_free_early(pg, pgend - pg);
 305 }
 306
 307 /*
 308  * The mem_map array can get very big.  Free the unused area of the memory map.
 309  */
 310 static void __init free_unused_memmap(void)
 311 {
 312         unsigned long start, end, prev_end = 0;
 313         int i;
 314
 315         /*
 316          * This relies on each bank being in address order.
 317          * The banks are sorted previously in bootmem_init().
 318          */
 319         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, NULL) {
 320 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 321                 /*
 322                  * Take care not to free memmap entries that don't exist
 323                  * due to SPARSEMEM sections which aren't present.
 324                  */
 325                 start = min(start,
 326                                  ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
 327 #endif
 328                 /*
 329                  * Align down here since many operations in VM subsystem
 330                  * presume that there are no holes in the memory map inside
 331                  * a pageblock
 332                  */
 333                 start = round_down(start, pageblock_nr_pages);
 334
 335                 /*
 336                  * If we had a previous bank, and there is a space
 337                  * between the current bank and the previous, free it.
 338                  */
 339                 if (prev_end && prev_end < start)
 340                         free_memmap(prev_end, start);
 341
 342                 /*
 343                  * Align up here since many operations in VM subsystem
 344                  * presume that there are no holes in the memory map inside
 345                  * a pageblock
 346                  */
 347                 prev_end = ALIGN(end, pageblock_nr_pages);
 348         }
 349
 350 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 351         if (!IS_ALIGNED(prev_end, PAGES_PER_SECTION)) {
 352                 prev_end = ALIGN(end, pageblock_nr_pages);
 353                 free_memmap(prev_end,
 354                             ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
 355         }
 356 #endif
 357 }
 358
 359 static void __init free_highpages(void)
 360 {
 361 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 362         unsigned long max_low = max_low_pfn;
 363         phys_addr_t range_start, range_end;
 364         u64 i;
 365
 366         /* set highmem page free */
 367         for_each_free_mem_range(i, NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE,
 368                                 &range_start, &range_end, NULL) {
 369                 unsigned long start = PFN_UP(range_start);
 370                 unsigned long end = PFN_DOWN(range_end);
 371
 372                 /* Ignore complete lowmem entries */
 373                 if (end <= max_low)
 374                         continue;
 375
 376                 /* Truncate partial highmem entries */
 377                 if (start < max_low)
 378                         start = max_low;
 379
 380                 for (; start < end; start++)
 381                         free_highmem_page(pfn_to_page(start));
 382         }
 383 #endif
 384 }
 385
 386 /*
 387  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much
 388  * memory is free.  This is done after various parts of the system have
 389  * claimed their memory after the kernel image.
 390  */
 391 void __init mem_init(void)
 392 {
 393 #ifdef CONFIG_ARM_LPAE
 394         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
 395             max_pfn > arm_dma_pfn_limit)
 396                 swiotlb_init(1);
 397         else
 398                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
 399 #endif
 400
 401         set_max_mapnr(pfn_to_page(max_pfn) - mem_map);
 402
 403         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 404         free_unused_memmap();
 405         memblock_free_all();
 406
 407 #ifdef CONFIG_SA1111
 408         /* now that our DMA memory is actually so designated, we can free it */
 409         free_reserved_area(__va(PHYS_OFFSET), swapper_pg_dir, -1, NULL);
 410 #endif
 411
 412         free_highpages();
 413
 414         mem_init_print_info(NULL);
 415
 416         /*
 417          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can
 418          * be detected at build time already.
 419          */
 420 #ifdef CONFIG_MMU
 421         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE                          > MODULES_VADDR);
 422         BUG_ON(TASK_SIZE                                > MODULES_VADDR);
 423 #endif
 424
 425 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 426         BUILD_BUG_ON(PKMAP_BASE + LAST_PKMAP * PAGE_SIZE > PAGE_OFFSET);
 427         BUG_ON(PKMAP_BASE + LAST_PKMAP * PAGE_SIZE      > PAGE_OFFSET);
 428 #endif
 429 }
 430
 431 #ifdef CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX
 432 struct section_perm {
 433         const char *name;
 434         unsigned long start;
 435         unsigned long end;
 436         pmdval_t mask;
 437         pmdval_t prot;
 438         pmdval_t clear;
 439 };
 440
 441 /* First section-aligned location at or after __start_rodata. */
 442 extern char __start_rodata_section_aligned[];
 443
 444 static struct section_perm nx_perms[] = {
 445         /* Make pages tables, etc before _stext RW (set NX). */
 446         {
 447                 .name   = "pre-text NX",
 448                 .start  = PAGE_OFFSET,
 449                 .end    = (unsigned long)_stext,
 450                 .mask   = ~PMD_SECT_XN,
 451                 .prot   = PMD_SECT_XN,
 452         },
 453         /* Make init RW (set NX). */
 454         {
 455                 .name   = "init NX",
 456                 .start  = (unsigned long)__init_begin,
 457                 .end    = (unsigned long)_sdata,
 458                 .mask   = ~PMD_SECT_XN,
 459                 .prot   = PMD_SECT_XN,
 460         },
 461         /* Make rodata NX (set RO in ro_perms below). */
 462         {
 463                 .name   = "rodata NX",
 464                 .start  = (unsigned long)__start_rodata_section_aligned,
 465                 .end    = (unsigned long)__init_begin,
 466                 .mask   = ~PMD_SECT_XN,
 467                 .prot   = PMD_SECT_XN,
 468         },
 469 };
 470
 471 static struct section_perm ro_perms[] = {
 472         /* Make kernel code and rodata RX (set RO). */
 473         {
 474                 .name   = "text/rodata RO",
 475                 .start  = (unsigned long)_stext,
 476                 .end    = (unsigned long)__init_begin,
 477 #ifdef CONFIG_ARM_LPAE
 478                 .mask   = ~(L_PMD_SECT_RDONLY | PMD_SECT_AP2),
 479                 .prot   = L_PMD_SECT_RDONLY | PMD_SECT_AP2,
 480 #else
 481                 .mask   = ~(PMD_SECT_APX | PMD_SECT_AP_WRITE),
 482                 .prot   = PMD_SECT_APX | PMD_SECT_AP_WRITE,
 483                 .clear  = PMD_SECT_AP_WRITE,
 484 #endif
 485         },
 486 };
 487
 488 /*
 489  * Updates section permissions only for the current mm (sections are
 490  * copied into each mm). During startup, this is the init_mm. Is only
 491  * safe to be called with preemption disabled, as under stop_machine().
 492  */
 493 static inline void section_update(unsigned long addr, pmdval_t mask,
 494                                   pmdval_t prot, struct mm_struct *mm)
 495 {
 496         pmd_t *pmd;
 497
 498         pmd = pmd_offset(pud_offset(p4d_offset(pgd_offset(mm, addr), addr), addr), addr);
 499
 500 #ifdef CONFIG_ARM_LPAE
 501         pmd[0] = __pmd((pmd_val(pmd[0]) & mask) | prot);
 502 #else
 503         if (addr & SECTION_SIZE)
 504                 pmd[1] = __pmd((pmd_val(pmd[1]) & mask) | prot);
 505         else
 506                 pmd[0] = __pmd((pmd_val(pmd[0]) & mask) | prot);
 507 #endif
 508         flush_pmd_entry(pmd);
 509         local_flush_tlb_kernel_range(addr, addr + SECTION_SIZE);
 510 }
 511
 512 /* Make sure extended page tables are in use. */
 513 static inline bool arch_has_strict_perms(void)
 514 {
 515         if (cpu_architecture() < CPU_ARCH_ARMv6)
 516                 return false;
 517
 518         return !!(get_cr() & CR_XP);
 519 }
 520
 521 static void set_section_perms(struct section_perm *perms, int n, bool set,
 522                               struct mm_struct *mm)
 523 {
 524         size_t i;
 525         unsigned long addr;
 526
 527         if (!arch_has_strict_perms())
 528                 return;
 529
 530         for (i = 0; i < n; i++) {
 531                 if (!IS_ALIGNED(perms[i].start, SECTION_SIZE) ||
 532                     !IS_ALIGNED(perms[i].end, SECTION_SIZE)) {
 533                         pr_err("BUG: %s section %lx-%lx not aligned to %lx\n",
 534                                 perms[i].name, perms[i].start, perms[i].end,
 535                                 SECTION_SIZE);
 536                         continue;
 537                 }
 538
 539                 for (addr = perms[i].start;
 540                      addr < perms[i].end;
 541                      addr += SECTION_SIZE)
 542                         section_update(addr, perms[i].mask,
 543                                 set ? perms[i].prot : perms[i].clear, mm);
 544         }
 545
 546 }
 547
 548 /**
 549  * update_sections_early intended to be called only through stop_machine
 550  * framework and executed by only one CPU while all other CPUs will spin and
 551  * wait, so no locking is required in this function.
 552  */
 553 static void update_sections_early(struct section_perm perms[], int n)
 554 {
 555         struct task_struct *t, *s;
 556
 557         for_each_process(t) {
 558                 if (t->flags & PF_KTHREAD)
 559                         continue;
 560                 for_each_thread(t, s)
 561                         if (s->mm)
 562                                 set_section_perms(perms, n, true, s->mm);
 563         }
 564         set_section_perms(perms, n, true, current->active_mm);
 565         set_section_perms(perms, n, true, &init_mm);
 566 }
 567
 568 static int __fix_kernmem_perms(void *unused)
 569 {
 570         update_sections_early(nx_perms, ARRAY_SIZE(nx_perms));
 571         return 0;
 572 }
 573
 574 static void fix_kernmem_perms(void)
 575 {
 576         stop_machine(__fix_kernmem_perms, NULL, NULL);
 577 }
 578
 579 static int __mark_rodata_ro(void *unused)
 580 {
 581         update_sections_early(ro_perms, ARRAY_SIZE(ro_perms));
 582         return 0;
 583 }
 584
 585 static int kernel_set_to_readonly __read_mostly;
 586
 587 void mark_rodata_ro(void)
 588 {
 589         kernel_set_to_readonly = 1;
 590         stop_machine(__mark_rodata_ro, NULL, NULL);
 591         debug_checkwx();
 592 }
 593
 594 void set_kernel_text_rw(void)
 595 {
 596         if (!kernel_set_to_readonly)
 597                 return;
 598
 599         set_section_perms(ro_perms, ARRAY_SIZE(ro_perms), false,
 600                                 current->active_mm);
 601 }
 602
 603 void set_kernel_text_ro(void)
 604 {
 605         if (!kernel_set_to_readonly)
 606                 return;
 607
 608         set_section_perms(ro_perms, ARRAY_SIZE(ro_perms), true,
 609                                 current->active_mm);
 610 }
 611
 612 #else
 613 static inline void fix_kernmem_perms(void) { }
 614 #endif /* CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX */
 615
 616 void free_initmem(void)
 617 {
 618         fix_kernmem_perms();
 619
 620         poison_init_mem(__init_begin, __init_end - __init_begin);
 621         if (!machine_is_integrator() && !machine_is_cintegrator())
 622                 free_initmem_default(-1);
 623 }
 624
 625 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 626 void free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 627 {
 628         unsigned long aligned_start, aligned_end;
 629
 630         aligned_start = __virt_to_phys(start) & PAGE_MASK;
 631         aligned_end = PAGE_ALIGN(__virt_to_phys(end));
 632         memblock_free(aligned_start, aligned_end - aligned_start);
 633
 634         if (start == initrd_start)
 635                 start = round_down(start, PAGE_SIZE);
 636         if (end == initrd_end)
 637                 end = round_up(end, PAGE_SIZE);
 638
 639         poison_init_mem((void *)start, PAGE_ALIGN(end) - start);
 640         free_reserved_area((void *)start, (void *)end, -1, "initrd");
 641 }
 642 #endif