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
  34 #include <asm/boot.h>
  35 #include <asm/fixmap.h>
  36 #include <asm/kasan.h>
  37 #include <asm/kernel-pgtable.h>
  38 #include <asm/memory.h>
  39 #include <asm/numa.h>
  40 #include <asm/sections.h>
  41 #include <asm/setup.h>
  42 #include <linux/sizes.h>
  43 #include <asm/tlb.h>
  44 #include <asm/alternative.h>
  45
  46 /*
  47  * We need to be able to catch inadvertent references to memstart_addr
  48  * that occur (potentially in generic code) before arm64_memblock_init()
  49  * executes, which assigns it its actual value. So use a default value
  50  * that cannot be mistaken for a real physical address.
  51  */
  52 s64 memstart_addr __ro_after_init = -1;
  53 EXPORT_SYMBOL(memstart_addr);
  54
  55 /*
  56  * We create both ZONE_DMA and ZONE_DMA32. ZONE_DMA covers the first 1G of
  57  * memory as some devices, namely the Raspberry Pi 4, have peripherals with
  58  * this limited view of the memory. ZONE_DMA32 will cover the rest of the 32
  59  * bit addressable memory area.
  60  */
  61 phys_addr_t arm64_dma_phys_limit __ro_after_init;
  62 static phys_addr_t arm64_dma32_phys_limit __ro_after_init;
  63
  64 #ifdef CONFIG_KEXEC_CORE
  65 /*
  66  * reserve_crashkernel() - reserves memory for crash kernel
  67  *
  68  * This function reserves memory area given in "crashkernel=" kernel command
  69  * line parameter. The memory reserved is used by dump capture kernel when
  70  * primary kernel is crashing.
  71  */
  72 static void __init reserve_crashkernel(void)
  73 {
  74         unsigned long long crash_base, crash_size;
  75         int ret;
  76
  77         ret = parse_crashkernel(boot_command_line, memblock_phys_mem_size(),
  78                                 &crash_size, &crash_base);
  79         /* no crashkernel= or invalid value specified */
  80         if (ret || !crash_size)
  81                 return;
  82
  83         crash_size = PAGE_ALIGN(crash_size);
  84
  85         if (crash_base == 0) {
  86                 /* Current arm64 boot protocol requires 2MB alignment */
  87                 crash_base = memblock_find_in_range(0, arm64_dma32_phys_limit,
  88                                 crash_size, SZ_2M);
  89                 if (crash_base == 0) {
  90                         pr_warn("cannot allocate crashkernel (size:0x%llx)\n",
  91                                 crash_size);
  92                         return;
  93                 }
  94         } else {
  95                 /* User specifies base address explicitly. */
  96                 if (!memblock_is_region_memory(crash_base, crash_size)) {
  97                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: region is not memory\n");
  98                         return;
  99                 }
 100
 101                 if (memblock_is_region_reserved(crash_base, crash_size)) {
 102                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: region overlaps reserved memory\n");
 103                         return;
 104                 }
 105
 106                 if (!IS_ALIGNED(crash_base, SZ_2M)) {
 107                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: base address is not 2MB aligned\n");
 108                         return;
 109                 }
 110         }
 111         memblock_reserve(crash_base, crash_size);
 112
 113         pr_info("crashkernel reserved: 0x%016llx - 0x%016llx (%lld MB)\n",
 114                 crash_base, crash_base + crash_size, crash_size >> 20);
 115
 116         crashk_res.start = crash_base;
 117         crashk_res.end = crash_base + crash_size - 1;
 118 }
 119 #else
 120 static void __init reserve_crashkernel(void)
 121 {
 122 }
 123 #endif /* CONFIG_KEXEC_CORE */
 124
 125 #ifdef CONFIG_CRASH_DUMP
 126 static int __init early_init_dt_scan_elfcorehdr(unsigned long node,
 127                 const char *uname, int depth, void *data)
 128 {
 129         const __be32 *reg;
 130         int len;
 131
 132         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
 133                 return 0;
 134
 135         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,elfcorehdr", &len);
 136         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
 137                 return 1;
 138
 139         elfcorehdr_addr = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
 140         elfcorehdr_size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
 141
 142         return 1;
 143 }
 144
 145 /*
 146  * reserve_elfcorehdr() - reserves memory for elf core header
 147  *
 148  * This function reserves the memory occupied by an elf core header
 149  * described in the device tree. This region contains all the
 150  * information about primary kernel's core image and is used by a dump
 151  * capture kernel to access the system memory on primary kernel.
 152  */
 153 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
 154 {
 155         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_elfcorehdr, NULL);
 156
 157         if (!elfcorehdr_size)
 158                 return;
 159
 160         if (memblock_is_region_reserved(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size)) {
 161                 pr_warn("elfcorehdr is overlapped\n");
 162                 return;
 163         }
 164
 165         memblock_reserve(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size);
 166
 167         pr_info("Reserving %lldKB of memory at 0x%llx for elfcorehdr\n",
 168                 elfcorehdr_size >> 10, elfcorehdr_addr);
 169 }
 170 #else
 171 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
 172 {
 173 }
 174 #endif /* CONFIG_CRASH_DUMP */
 175
 176 /*
 177  * Return the maximum physical address for a zone accessible by the given bits
 178  * limit. If DRAM starts above 32-bit, expand the zone to the maximum
 179  * available memory, otherwise cap it at 32-bit.
 180  */
 181 static phys_addr_t __init max_zone_phys(unsigned int zone_bits)
 182 {
 183         phys_addr_t zone_mask = DMA_BIT_MASK(zone_bits);
 184         phys_addr_t phys_start = memblock_start_of_DRAM();
 185
 186         if (phys_start > U32_MAX)
 187                 zone_mask = PHYS_ADDR_MAX;
 188         else if (phys_start > zone_mask)
 189                 zone_mask = U32_MAX;
 190
 191         return min(zone_mask, memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 192 }
 193
 194 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
 195 {
 196         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
 197         unsigned int __maybe_unused acpi_zone_dma_bits;
 198         unsigned int __maybe_unused dt_zone_dma_bits;
 199
 200 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 201         acpi_zone_dma_bits = fls64(acpi_iort_dma_get_max_cpu_address());
 202         dt_zone_dma_bits = fls64(of_dma_get_max_cpu_address(NULL));
 203         zone_dma_bits = min3(32U, dt_zone_dma_bits, acpi_zone_dma_bits);
 204         arm64_dma_phys_limit = max_zone_phys(zone_dma_bits);
 205         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
 206 #endif
 207 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 208         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(arm64_dma32_phys_limit);
 209 #endif
 210         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max;
 211
 212         free_area_init(max_zone_pfns);
 213 }
 214
 215 int pfn_valid(unsigned long pfn)
 216 {
 217         phys_addr_t addr = pfn << PAGE_SHIFT;
 218
 219         if ((addr >> PAGE_SHIFT) != pfn)
 220                 return 0;
 221
 222 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 223         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
 224                 return 0;
 225
 226         if (!valid_section(__pfn_to_section(pfn)))
 227                 return 0;
 228 #endif
 229         return memblock_is_map_memory(addr);
 230 }
 231 EXPORT_SYMBOL(pfn_valid);
 232
 233 static phys_addr_t memory_limit = PHYS_ADDR_MAX;
 234
 235 /*
 236  * Limit the memory size that was specified via FDT.
 237  */
 238 static int __init early_mem(char *p)
 239 {
 240         if (!p)
 241                 return 1;
 242
 243         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
 244         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
 245
 246         return 0;
 247 }
 248 early_param("mem", early_mem);
 249
 250 static int __init early_init_dt_scan_usablemem(unsigned long node,
 251                 const char *uname, int depth, void *data)
 252 {
 253         struct memblock_region *usablemem = data;
 254         const __be32 *reg;
 255         int len;
 256
 257         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
 258                 return 0;
 259
 260         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,usable-memory-range", &len);
 261         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
 262                 return 1;
 263
 264         usablemem->base = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
 265         usablemem->size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
 266
 267         return 1;
 268 }
 269
 270 static void __init fdt_enforce_memory_region(void)
 271 {
 272         struct memblock_region reg = {
 273                 .size = 0,
 274         };
 275
 276         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_usablemem, &reg);
 277
 278         if (reg.size)
 279                 memblock_cap_memory_range(reg.base, reg.size);
 280 }
 281
 282 void __init arm64_memblock_init(void)
 283 {
 284         const s64 linear_region_size = PAGE_END - _PAGE_OFFSET(vabits_actual);
 285
 286         /* Handle linux,usable-memory-range property */
 287         fdt_enforce_memory_region();
 288
 289         /* Remove memory above our supported physical address size */
 290         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
 291
 292         /*
 293          * Select a suitable value for the base of physical memory.
 294          */
 295         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
 296                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 297
 298         if ((memblock_end_of_DRAM() - memstart_addr) > linear_region_size)
 299                 pr_warn("Memory doesn't fit in the linear mapping, VA_BITS too small\n");
 300
 301         /*
 302          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
 303          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
 304          * high in memory.
 305          */
 306         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
 307                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
 308         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
 309                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
 310                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
 311                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 312                 memblock_remove(0, memstart_addr);
 313         }
 314
 315         /*
 316          * If we are running with a 52-bit kernel VA config on a system that
 317          * does not support it, we have to place the available physical
 318          * memory in the 48-bit addressable part of the linear region, i.e.,
 319          * we have to move it upward. Since memstart_addr represents the
 320          * physical address of PAGE_OFFSET, we have to *subtract* from it.
 321          */
 322         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_VA_BITS_52) && (vabits_actual != 52))
 323                 memstart_addr -= _PAGE_OFFSET(48) - _PAGE_OFFSET(52);
 324
 325         /*
 326          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
 327          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
 328          * via the linear mapping.
 329          */
 330         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 331                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
 332                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
 333         }
 334
 335         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 336                 /*
 337                  * Add back the memory we just removed if it results in the
 338                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
 339                  * Otherwise, this is a no-op
 340                  */
 341                 u64 base = phys_initrd_start & PAGE_MASK;
 342                 u64 size = PAGE_ALIGN(phys_initrd_start + phys_initrd_size) - base;
 343
 344                 /*
 345                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
 346                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
 347                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
 348                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
 349                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
 350                  * always access both.
 351                  */
 352                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
 353                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
 354                                        linear_region_size,
 355                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
 356                         phys_initrd_size = 0;
 357                 } else {
 358                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
 359                         memblock_add(base, size);
 360                         memblock_reserve(base, size);
 361                 }
 362         }
 363
 364         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
 365                 extern u16 memstart_offset_seed;
 366                 u64 mmfr0 = read_cpuid(ID_AA64MMFR0_EL1);
 367                 int parange = cpuid_feature_extract_unsigned_field(
 368                                         mmfr0, ID_AA64MMFR0_PARANGE_SHIFT);
 369                 s64 range = linear_region_size -
 370                             BIT(id_aa64mmfr0_parange_to_phys_shift(parange));
 371
 372                 /*
 373                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
 374                  * margin, the size of the region that the physical memory can
 375                  * span, randomize the linear region as well.
 376                  */
 377                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= (s64)ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
 378                         range /= ARM64_MEMSTART_ALIGN;
 379                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
 380                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
 381                 }
 382         }
 383
 384         /*
 385          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
 386          * pagetables with memblock.
 387          */
 388         memblock_reserve(__pa_symbol(_stext), _end - _stext);
 389         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 390                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
 391                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
 392                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
 393         }
 394
 395         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 396
 397         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32))
 398                 arm64_dma32_phys_limit = max_zone_phys(32);
 399         else
 400                 arm64_dma32_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
 401
 402         reserve_elfcorehdr();
 403
 404         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 405
 406         dma_contiguous_reserve(arm64_dma32_phys_limit);
 407 }
 408
 409 void __init bootmem_init(void)
 410 {
 411         unsigned long min, max;
 412
 413         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
 414         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
 415
 416         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
 417
 418         max_pfn = max_low_pfn = max;
 419         min_low_pfn = min;
 420
 421         arm64_numa_init();
 422
 423         /*
 424          * must be done after arm64_numa_init() which calls numa_init() to
 425          * initialize node_online_map that gets used in hugetlb_cma_reserve()
 426          * while allocating required CMA size across online nodes.
 427          */
 428 #if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) && defined(CONFIG_CMA)
 429         arm64_hugetlb_cma_reserve();
 430 #endif
 431
 432         dma_pernuma_cma_reserve();
 433
 434         /*
 435          * sparse_init() tries to allocate memory from memblock, so must be
 436          * done after the fixed reservations
 437          */
 438         sparse_init();
 439         zone_sizes_init(min, max);
 440
 441         /*
 442          * request_standard_resources() depends on crashkernel's memory being
 443          * reserved, so do it here.
 444          */
 445         reserve_crashkernel();
 446
 447         memblock_dump_all();
 448 }
 449
 450 /*
 451  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
 452  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
 453  * memory after the kernel image.
 454  */
 455 void __init mem_init(void)
 456 {
 457         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
 458             max_pfn > PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit ? : arm64_dma32_phys_limit))
 459                 swiotlb_init(1);
 460         else
 461                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
 462
 463         set_max_mapnr(max_pfn - PHYS_PFN_OFFSET);
 464
 465         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 466         memblock_free_all();
 467
 468         mem_init_print_info(NULL);
 469
 470         /*
 471          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
 472          * detected at build time already.
 473          */
 474 #ifdef CONFIG_COMPAT
 475         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32 > DEFAULT_MAP_WINDOW_64);
 476 #endif
 477
 478         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
 479                 extern int sysctl_overcommit_memory;
 480                 /*
 481                  * On a machine this small we won't get anywhere without
 482                  * overcommit, so turn it on by default.
 483                  */
 484                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
 485         }
 486 }
 487
 488 void free_initmem(void)
 489 {
 490         free_reserved_area(lm_alias(__init_begin),
 491                            lm_alias(__init_end),
 492                            POISON_FREE_INITMEM, "unused kernel");
 493         /*
 494          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
 495          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
 496          * is not supported by kallsyms.
 497          */
 498         unmap_kernel_range((u64)__init_begin, (u64)(__init_end - __init_begin));
 499 }
 500
 501 void dump_mem_limit(void)
 502 {
 503         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 504                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
 505         } else {
 506                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
 507         }
 508 }