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