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 #include <linux/kmemleak.h>
  34
  35 #include <asm/boot.h>
  36 #include <asm/fixmap.h>
  37 #include <asm/kasan.h>
  38 #include <asm/kernel-pgtable.h>
  39 #include <asm/kvm_host.h>
  40 #include <asm/memory.h>
  41 #include <asm/numa.h>
  42 #include <asm/sections.h>
  43 #include <asm/setup.h>
  44 #include <linux/sizes.h>
  45 #include <asm/tlb.h>
  46 #include <asm/alternative.h>
  47 #include <asm/xen/swiotlb-xen.h>
  48
  49 /*
  50  * We need to be able to catch inadvertent references to memstart_addr
  51  * that occur (potentially in generic code) before arm64_memblock_init()
  52  * executes, which assigns it its actual value. So use a default value
  53  * that cannot be mistaken for a real physical address.
  54  */
  55 s64 memstart_addr __ro_after_init = -1;
  56 EXPORT_SYMBOL(memstart_addr);
  57
  58 /*
  59  * If the corresponding config options are enabled, we create both ZONE_DMA
  60  * and ZONE_DMA32. By default ZONE_DMA covers the 32-bit addressable memory
  61  * unless restricted on specific platforms (e.g. 30-bit on Raspberry Pi 4).
  62  * In such case, ZONE_DMA32 covers the rest of the 32-bit addressable memory,
  63  * otherwise it is empty.
  64  */
  65 phys_addr_t __ro_after_init arm64_dma_phys_limit;
  66
  67 /* Current arm64 boot protocol requires 2MB alignment */
  68 #define CRASH_ALIGN                     SZ_2M
  69
  70 #define CRASH_ADDR_LOW_MAX              arm64_dma_phys_limit
  71 #define CRASH_ADDR_HIGH_MAX             (PHYS_MASK + 1)
  72 #define CRASH_HIGH_SEARCH_BASE          SZ_4G
  73
  74 #define DEFAULT_CRASH_KERNEL_LOW_SIZE   (128UL << 20)
  75
  76 /*
  77  * To make optimal use of block mappings when laying out the linear
  78  * mapping, round down the base of physical memory to a size that can
  79  * be mapped efficiently, i.e., either PUD_SIZE (4k granule) or PMD_SIZE
  80  * (64k granule), or a multiple that can be mapped using contiguous bits
  81  * in the page tables: 32 * PMD_SIZE (16k granule)
  82  */
  83 #if defined(CONFIG_ARM64_4K_PAGES)
  84 #define ARM64_MEMSTART_SHIFT            PUD_SHIFT
  85 #elif defined(CONFIG_ARM64_16K_PAGES)
  86 #define ARM64_MEMSTART_SHIFT            CONT_PMD_SHIFT
  87 #else
  88 #define ARM64_MEMSTART_SHIFT            PMD_SHIFT
  89 #endif
  90
  91 /*
  92  * sparsemem vmemmap imposes an additional requirement on the alignment of
  93  * memstart_addr, due to the fact that the base of the vmemmap region
  94  * has a direct correspondence, and needs to appear sufficiently aligned
  95  * in the virtual address space.
  96  */
  97 #if ARM64_MEMSTART_SHIFT < SECTION_SIZE_BITS
  98 #define ARM64_MEMSTART_ALIGN    (1UL << SECTION_SIZE_BITS)
  99 #else
 100 #define ARM64_MEMSTART_ALIGN    (1UL << ARM64_MEMSTART_SHIFT)
 101 #endif
 102
 103 static int __init reserve_crashkernel_low(unsigned long long low_size)
 104 {
 105         unsigned long long low_base;
 106
 107         low_base = memblock_phys_alloc_range(low_size, CRASH_ALIGN, 0, CRASH_ADDR_LOW_MAX);
 108         if (!low_base) {
 109                 pr_err("cannot allocate crashkernel low memory (size:0x%llx).\n", low_size);
 110                 return -ENOMEM;
 111         }
 112
 113         pr_info("crashkernel low memory reserved: 0x%08llx - 0x%08llx (%lld MB)\n",
 114                 low_base, low_base + low_size, low_size >> 20);
 115
 116         crashk_low_res.start = low_base;
 117         crashk_low_res.end   = low_base + low_size - 1;
 118         insert_resource(&iomem_resource, &crashk_low_res);
 119
 120         return 0;
 121 }
 122
 123 /*
 124  * reserve_crashkernel() - reserves memory for crash kernel
 125  *
 126  * This function reserves memory area given in "crashkernel=" kernel command
 127  * line parameter. The memory reserved is used by dump capture kernel when
 128  * primary kernel is crashing.
 129  */
 130 static void __init reserve_crashkernel(void)
 131 {
 132         unsigned long long crash_low_size = 0, search_base = 0;
 133         unsigned long long crash_max = CRASH_ADDR_LOW_MAX;
 134         unsigned long long crash_base, crash_size;
 135         char *cmdline = boot_command_line;
 136         bool fixed_base = false;
 137         bool high = false;
 138         int ret;
 139
 140         if (!IS_ENABLED(CONFIG_KEXEC_CORE))
 141                 return;
 142
 143         /* crashkernel=X[@offset] */
 144         ret = parse_crashkernel(cmdline, memblock_phys_mem_size(),
 145                                 &crash_size, &crash_base);
 146         if (ret == -ENOENT) {
 147                 ret = parse_crashkernel_high(cmdline, 0, &crash_size, &crash_base);
 148                 if (ret || !crash_size)
 149                         return;
 150
 151                 /*
 152                  * crashkernel=Y,low can be specified or not, but invalid value
 153                  * is not allowed.
 154                  */
 155                 ret = parse_crashkernel_low(cmdline, 0, &crash_low_size, &crash_base);
 156                 if (ret == -ENOENT)
 157                         crash_low_size = DEFAULT_CRASH_KERNEL_LOW_SIZE;
 158                 else if (ret)
 159                         return;
 160
 161                 search_base = CRASH_HIGH_SEARCH_BASE;
 162                 crash_max = CRASH_ADDR_HIGH_MAX;
 163                 high = true;
 164         } else if (ret || !crash_size) {
 165                 /* The specified value is invalid */
 166                 return;
 167         }
 168
 169         crash_size = PAGE_ALIGN(crash_size);
 170
 171         /* User specifies base address explicitly. */
 172         if (crash_base) {
 173                 fixed_base = true;
 174                 search_base = crash_base;
 175                 crash_max = crash_base + crash_size;
 176         }
 177
 178 retry:
 179         crash_base = memblock_phys_alloc_range(crash_size, CRASH_ALIGN,
 180                                                search_base, crash_max);
 181         if (!crash_base) {
 182                 /*
 183                  * For crashkernel=size[KMG]@offset[KMG], print out failure
 184                  * message if can't reserve the specified region.
 185                  */
 186                 if (fixed_base) {
 187                         pr_warn("crashkernel reservation failed - memory is in use.\n");
 188                         return;
 189                 }
 190
 191                 /*
 192                  * For crashkernel=size[KMG], if the first attempt was for
 193                  * low memory, fall back to high memory, the minimum required
 194                  * low memory will be reserved later.
 195                  */
 196                 if (!high && crash_max == CRASH_ADDR_LOW_MAX) {
 197                         crash_max = CRASH_ADDR_HIGH_MAX;
 198                         search_base = CRASH_ADDR_LOW_MAX;
 199                         crash_low_size = DEFAULT_CRASH_KERNEL_LOW_SIZE;
 200                         goto retry;
 201                 }
 202
 203                 /*
 204                  * For crashkernel=size[KMG],high, if the first attempt was
 205                  * for high memory, fall back to low memory.
 206                  */
 207                 if (high && crash_max == CRASH_ADDR_HIGH_MAX) {
 208                         crash_max = CRASH_ADDR_LOW_MAX;
 209                         search_base = 0;
 210                         goto retry;
 211                 }
 212                 pr_warn("cannot allocate crashkernel (size:0x%llx)\n",
 213                         crash_size);
 214                 return;
 215         }
 216
 217         if ((crash_base >= CRASH_ADDR_LOW_MAX) && crash_low_size &&
 218              reserve_crashkernel_low(crash_low_size)) {
 219                 memblock_phys_free(crash_base, crash_size);
 220                 return;
 221         }
 222
 223         pr_info("crashkernel reserved: 0x%016llx - 0x%016llx (%lld MB)\n",
 224                 crash_base, crash_base + crash_size, crash_size >> 20);
 225
 226         /*
 227          * The crashkernel memory will be removed from the kernel linear
 228          * map. Inform kmemleak so that it won't try to access it.
 229          */
 230         kmemleak_ignore_phys(crash_base);
 231         if (crashk_low_res.end)
 232                 kmemleak_ignore_phys(crashk_low_res.start);
 233
 234         crashk_res.start = crash_base;
 235         crashk_res.end = crash_base + crash_size - 1;
 236         insert_resource(&iomem_resource, &crashk_res);
 237 }
 238
 239 /*
 240  * Return the maximum physical address for a zone accessible by the given bits
 241  * limit. If DRAM starts above 32-bit, expand the zone to the maximum
 242  * available memory, otherwise cap it at 32-bit.
 243  */
 244 static phys_addr_t __init max_zone_phys(unsigned int zone_bits)
 245 {
 246         phys_addr_t zone_mask = DMA_BIT_MASK(zone_bits);
 247         phys_addr_t phys_start = memblock_start_of_DRAM();
 248
 249         if (phys_start > U32_MAX)
 250                 zone_mask = PHYS_ADDR_MAX;
 251         else if (phys_start > zone_mask)
 252                 zone_mask = U32_MAX;
 253
 254         return min(zone_mask, memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 255 }
 256
 257 static void __init zone_sizes_init(void)
 258 {
 259         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
 260         unsigned int __maybe_unused acpi_zone_dma_bits;
 261         unsigned int __maybe_unused dt_zone_dma_bits;
 262         phys_addr_t __maybe_unused dma32_phys_limit = max_zone_phys(32);
 263
 264 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 265         acpi_zone_dma_bits = fls64(acpi_iort_dma_get_max_cpu_address());
 266         dt_zone_dma_bits = fls64(of_dma_get_max_cpu_address(NULL));
 267         zone_dma_bits = min3(32U, dt_zone_dma_bits, acpi_zone_dma_bits);
 268         arm64_dma_phys_limit = max_zone_phys(zone_dma_bits);
 269         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
 270 #endif
 271 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 272         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(dma32_phys_limit);
 273         if (!arm64_dma_phys_limit)
 274                 arm64_dma_phys_limit = dma32_phys_limit;
 275 #endif
 276         if (!arm64_dma_phys_limit)
 277                 arm64_dma_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
 278         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max_pfn;
 279
 280         free_area_init(max_zone_pfns);
 281 }
 282
 283 int pfn_is_map_memory(unsigned long pfn)
 284 {
 285         phys_addr_t addr = PFN_PHYS(pfn);
 286
 287         /* avoid false positives for bogus PFNs, see comment in pfn_valid() */
 288         if (PHYS_PFN(addr) != pfn)
 289                 return 0;
 290
 291         return memblock_is_map_memory(addr);
 292 }
 293 EXPORT_SYMBOL(pfn_is_map_memory);
 294
 295 static phys_addr_t memory_limit __ro_after_init = PHYS_ADDR_MAX;
 296
 297 /*
 298  * Limit the memory size that was specified via FDT.
 299  */
 300 static int __init early_mem(char *p)
 301 {
 302         if (!p)
 303                 return 1;
 304
 305         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
 306         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
 307
 308         return 0;
 309 }
 310 early_param("mem", early_mem);
 311
 312 void __init arm64_memblock_init(void)
 313 {
 314         s64 linear_region_size = PAGE_END - _PAGE_OFFSET(vabits_actual);
 315
 316         /*
 317          * Corner case: 52-bit VA capable systems running KVM in nVHE mode may
 318          * be limited in their ability to support a linear map that exceeds 51
 319          * bits of VA space, depending on the placement of the ID map. Given
 320          * that the placement of the ID map may be randomized, let's simply
 321          * limit the kernel's linear map to 51 bits as well if we detect this
 322          * configuration.
 323          */
 324         if (IS_ENABLED(CONFIG_KVM) && vabits_actual == 52 &&
 325             is_hyp_mode_available() && !is_kernel_in_hyp_mode()) {
 326                 pr_info("Capping linear region to 51 bits for KVM in nVHE mode on LVA capable hardware.\n");
 327                 linear_region_size = min_t(u64, linear_region_size, BIT(51));
 328         }
 329
 330         /* Remove memory above our supported physical address size */
 331         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
 332
 333         /*
 334          * Select a suitable value for the base of physical memory.
 335          */
 336         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
 337                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 338
 339         if ((memblock_end_of_DRAM() - memstart_addr) > linear_region_size)
 340                 pr_warn("Memory doesn't fit in the linear mapping, VA_BITS too small\n");
 341
 342         /*
 343          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
 344          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
 345          * high in memory.
 346          */
 347         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
 348                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
 349         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
 350                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
 351                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
 352                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 353                 memblock_remove(0, memstart_addr);
 354         }
 355
 356         /*
 357          * If we are running with a 52-bit kernel VA config on a system that
 358          * does not support it, we have to place the available physical
 359          * memory in the 48-bit addressable part of the linear region, i.e.,
 360          * we have to move it upward. Since memstart_addr represents the
 361          * physical address of PAGE_OFFSET, we have to *subtract* from it.
 362          */
 363         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_VA_BITS_52) && (vabits_actual != 52))
 364                 memstart_addr -= _PAGE_OFFSET(48) - _PAGE_OFFSET(52);
 365
 366         /*
 367          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
 368          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
 369          * via the linear mapping.
 370          */
 371         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 372                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
 373                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
 374         }
 375
 376         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 377                 /*
 378                  * Add back the memory we just removed if it results in the
 379                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
 380                  * Otherwise, this is a no-op
 381                  */
 382                 u64 base = phys_initrd_start & PAGE_MASK;
 383                 u64 size = PAGE_ALIGN(phys_initrd_start + phys_initrd_size) - base;
 384
 385                 /*
 386                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
 387                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
 388                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
 389                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
 390                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
 391                  * always access both.
 392                  */
 393                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
 394                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
 395                                        linear_region_size,
 396                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
 397                         phys_initrd_size = 0;
 398                 } else {
 399                         memblock_add(base, size);
 400                         memblock_clear_nomap(base, size);
 401                         memblock_reserve(base, size);
 402                 }
 403         }
 404
 405         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
 406                 extern u16 memstart_offset_seed;
 407                 u64 mmfr0 = read_cpuid(ID_AA64MMFR0_EL1);
 408                 int parange = cpuid_feature_extract_unsigned_field(
 409                                         mmfr0, ID_AA64MMFR0_EL1_PARANGE_SHIFT);
 410                 s64 range = linear_region_size -
 411                             BIT(id_aa64mmfr0_parange_to_phys_shift(parange));
 412
 413                 /*
 414                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
 415                  * margin, the size of the region that the physical memory can
 416                  * span, randomize the linear region as well.
 417                  */
 418                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= (s64)ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
 419                         range /= ARM64_MEMSTART_ALIGN;
 420                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
 421                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
 422                 }
 423         }
 424
 425         /*
 426          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
 427          * pagetables with memblock.
 428          */
 429         memblock_reserve(__pa_symbol(_stext), _end - _stext);
 430         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 431                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
 432                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
 433                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
 434         }
 435
 436         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 437
 438         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 439 }
 440
 441 void __init bootmem_init(void)
 442 {
 443         unsigned long min, max;
 444
 445         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
 446         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
 447
 448         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
 449
 450         max_pfn = max_low_pfn = max;
 451         min_low_pfn = min;
 452
 453         arch_numa_init();
 454
 455         /*
 456          * must be done after arch_numa_init() which calls numa_init() to
 457          * initialize node_online_map that gets used in hugetlb_cma_reserve()
 458          * while allocating required CMA size across online nodes.
 459          */
 460 #if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) && defined(CONFIG_CMA)
 461         arm64_hugetlb_cma_reserve();
 462 #endif
 463
 464         kvm_hyp_reserve();
 465
 466         /*
 467          * sparse_init() tries to allocate memory from memblock, so must be
 468          * done after the fixed reservations
 469          */
 470         sparse_init();
 471         zone_sizes_init();
 472
 473         /*
 474          * Reserve the CMA area after arm64_dma_phys_limit was initialised.
 475          */
 476         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
 477
 478         /*
 479          * request_standard_resources() depends on crashkernel's memory being
 480          * reserved, so do it here.
 481          */
 482         reserve_crashkernel();
 483
 484         memblock_dump_all();
 485 }
 486
 487 /*
 488  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
 489  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
 490  * memory after the kernel image.
 491  */
 492 void __init mem_init(void)
 493 {
 494         bool swiotlb = max_pfn > PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
 495
 496         if (IS_ENABLED(CONFIG_DMA_BOUNCE_UNALIGNED_KMALLOC))
 497                 swiotlb = true;
 498
 499         swiotlb_init(swiotlb, SWIOTLB_VERBOSE);
 500
 501         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 502         memblock_free_all();
 503
 504         /*
 505          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
 506          * detected at build time already.
 507          */
 508 #ifdef CONFIG_COMPAT
 509         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32 > DEFAULT_MAP_WINDOW_64);
 510 #endif
 511
 512         /*
 513          * Selected page table levels should match when derived from
 514          * scratch using the virtual address range and page size.
 515          */
 516         BUILD_BUG_ON(ARM64_HW_PGTABLE_LEVELS(CONFIG_ARM64_VA_BITS) !=
 517                      CONFIG_PGTABLE_LEVELS);
 518
 519         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
 520                 extern int sysctl_overcommit_memory;
 521                 /*
 522                  * On a machine this small we won't get anywhere without
 523                  * overcommit, so turn it on by default.
 524                  */
 525                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
 526         }
 527 }
 528
 529 void free_initmem(void)
 530 {
 531         free_reserved_area(lm_alias(__init_begin),
 532                            lm_alias(__init_end),
 533                            POISON_FREE_INITMEM, "unused kernel");
 534         /*
 535          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
 536          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
 537          * is not supported by kallsyms.
 538          */
 539         vunmap_range((u64)__init_begin, (u64)__init_end);
 540 }
 541
 542 void dump_mem_limit(void)
 543 {
 544         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 545                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
 546         } else {
 547                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
 548         }
 549 }