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