Merge branch 'akpm' (more incoming from Andrew)
[platform/kernel/linux-arm64.git] / arch / powerpc / mm / mem.c
1 /*
2  *  PowerPC version
3  *    Copyright (C) 1995-1996 Gary Thomas (gdt@linuxppc.org)
4  *
5  *  Modifications by Paul Mackerras (PowerMac) (paulus@cs.anu.edu.au)
6  *  and Cort Dougan (PReP) (cort@cs.nmt.edu)
7  *    Copyright (C) 1996 Paul Mackerras
8  *  PPC44x/36-bit changes by Matt Porter (mporter@mvista.com)
9  *
10  *  Derived from "arch/i386/mm/init.c"
11  *    Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
12  *
13  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
14  *  modify it under the terms of the GNU General Public License
15  *  as published by the Free Software Foundation; either version
16  *  2 of the License, or (at your option) any later version.
17  *
18  */
19
20 #include <linux/export.h>
21 #include <linux/sched.h>
22 #include <linux/kernel.h>
23 #include <linux/errno.h>
24 #include <linux/string.h>
25 #include <linux/gfp.h>
26 #include <linux/types.h>
27 #include <linux/mm.h>
28 #include <linux/stddef.h>
29 #include <linux/init.h>
30 #include <linux/bootmem.h>
31 #include <linux/highmem.h>
32 #include <linux/initrd.h>
33 #include <linux/pagemap.h>
34 #include <linux/suspend.h>
35 #include <linux/memblock.h>
36 #include <linux/hugetlb.h>
37 #include <linux/slab.h>
38
39 #include <asm/pgalloc.h>
40 #include <asm/prom.h>
41 #include <asm/io.h>
42 #include <asm/mmu_context.h>
43 #include <asm/pgtable.h>
44 #include <asm/mmu.h>
45 #include <asm/smp.h>
46 #include <asm/machdep.h>
47 #include <asm/btext.h>
48 #include <asm/tlb.h>
49 #include <asm/sections.h>
50 #include <asm/sparsemem.h>
51 #include <asm/vdso.h>
52 #include <asm/fixmap.h>
53 #include <asm/swiotlb.h>
54 #include <asm/rtas.h>
55
56 #include "mmu_decl.h"
57
58 #ifndef CPU_FTR_COHERENT_ICACHE
59 #define CPU_FTR_COHERENT_ICACHE 0       /* XXX for now */
60 #define CPU_FTR_NOEXECUTE       0
61 #endif
62
63 int init_bootmem_done;
64 int mem_init_done;
65 unsigned long long memory_limit;
66
67 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
68 pte_t *kmap_pte;
69 pgprot_t kmap_prot;
70
71 EXPORT_SYMBOL(kmap_prot);
72 EXPORT_SYMBOL(kmap_pte);
73
74 static inline pte_t *virt_to_kpte(unsigned long vaddr)
75 {
76         return pte_offset_kernel(pmd_offset(pud_offset(pgd_offset_k(vaddr),
77                         vaddr), vaddr), vaddr);
78 }
79 #endif
80
81 int page_is_ram(unsigned long pfn)
82 {
83 #ifndef CONFIG_PPC64    /* XXX for now */
84         return pfn < max_pfn;
85 #else
86         unsigned long paddr = (pfn << PAGE_SHIFT);
87         struct memblock_region *reg;
88
89         for_each_memblock(memory, reg)
90                 if (paddr >= reg->base && paddr < (reg->base + reg->size))
91                         return 1;
92         return 0;
93 #endif
94 }
95
96 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
97                               unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
98 {
99         if (ppc_md.phys_mem_access_prot)
100                 return ppc_md.phys_mem_access_prot(file, pfn, size, vma_prot);
101
102         if (!page_is_ram(pfn))
103                 vma_prot = pgprot_noncached(vma_prot);
104
105         return vma_prot;
106 }
107 EXPORT_SYMBOL(phys_mem_access_prot);
108
109 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
110
111 #ifdef CONFIG_NUMA
112 int memory_add_physaddr_to_nid(u64 start)
113 {
114         return hot_add_scn_to_nid(start);
115 }
116 #endif
117
118 int arch_add_memory(int nid, u64 start, u64 size)
119 {
120         struct pglist_data *pgdata;
121         struct zone *zone;
122         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
123         unsigned long nr_pages = size >> PAGE_SHIFT;
124
125         pgdata = NODE_DATA(nid);
126
127         start = (unsigned long)__va(start);
128         if (create_section_mapping(start, start + size))
129                 return -EINVAL;
130
131         /* this should work for most non-highmem platforms */
132         zone = pgdata->node_zones;
133
134         return __add_pages(nid, zone, start_pfn, nr_pages);
135 }
136
137 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
138 int arch_remove_memory(u64 start, u64 size)
139 {
140         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
141         unsigned long nr_pages = size >> PAGE_SHIFT;
142         struct zone *zone;
143
144         zone = page_zone(pfn_to_page(start_pfn));
145         return __remove_pages(zone, start_pfn, nr_pages);
146 }
147 #endif
148 #endif /* CONFIG_MEMORY_HOTPLUG */
149
150 /*
151  * walk_memory_resource() needs to make sure there is no holes in a given
152  * memory range.  PPC64 does not maintain the memory layout in /proc/iomem.
153  * Instead it maintains it in memblock.memory structures.  Walk through the
154  * memory regions, find holes and callback for contiguous regions.
155  */
156 int
157 walk_system_ram_range(unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages,
158                 void *arg, int (*func)(unsigned long, unsigned long, void *))
159 {
160         struct memblock_region *reg;
161         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
162         unsigned long tstart, tend;
163         int ret = -1;
164
165         for_each_memblock(memory, reg) {
166                 tstart = max(start_pfn, memblock_region_memory_base_pfn(reg));
167                 tend = min(end_pfn, memblock_region_memory_end_pfn(reg));
168                 if (tstart >= tend)
169                         continue;
170                 ret = (*func)(tstart, tend - tstart, arg);
171                 if (ret)
172                         break;
173         }
174         return ret;
175 }
176 EXPORT_SYMBOL_GPL(walk_system_ram_range);
177
178 /*
179  * Initialize the bootmem system and give it all the memory we
180  * have available.  If we are using highmem, we only put the
181  * lowmem into the bootmem system.
182  */
183 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
184 void __init do_init_bootmem(void)
185 {
186         unsigned long start, bootmap_pages;
187         unsigned long total_pages;
188         struct memblock_region *reg;
189         int boot_mapsize;
190
191         max_low_pfn = max_pfn = memblock_end_of_DRAM() >> PAGE_SHIFT;
192         total_pages = (memblock_end_of_DRAM() - memstart_addr) >> PAGE_SHIFT;
193 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
194         total_pages = total_lowmem >> PAGE_SHIFT;
195         max_low_pfn = lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT;
196 #endif
197
198         /*
199          * Find an area to use for the bootmem bitmap.  Calculate the size of
200          * bitmap required as (Total Memory) / PAGE_SIZE / BITS_PER_BYTE.
201          * Add 1 additional page in case the address isn't page-aligned.
202          */
203         bootmap_pages = bootmem_bootmap_pages(total_pages);
204
205         start = memblock_alloc(bootmap_pages << PAGE_SHIFT, PAGE_SIZE);
206
207         min_low_pfn = MEMORY_START >> PAGE_SHIFT;
208         boot_mapsize = init_bootmem_node(NODE_DATA(0), start >> PAGE_SHIFT, min_low_pfn, max_low_pfn);
209
210         /* Place all memblock_regions in the same node and merge contiguous
211          * memblock_regions
212          */
213         memblock_set_node(0, (phys_addr_t)ULLONG_MAX, 0);
214
215         /* Add all physical memory to the bootmem map, mark each area
216          * present.
217          */
218 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
219         free_bootmem_with_active_regions(0, lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT);
220
221         /* reserve the sections we're already using */
222         for_each_memblock(reserved, reg) {
223                 unsigned long top = reg->base + reg->size - 1;
224                 if (top < lowmem_end_addr)
225                         reserve_bootmem(reg->base, reg->size, BOOTMEM_DEFAULT);
226                 else if (reg->base < lowmem_end_addr) {
227                         unsigned long trunc_size = lowmem_end_addr - reg->base;
228                         reserve_bootmem(reg->base, trunc_size, BOOTMEM_DEFAULT);
229                 }
230         }
231 #else
232         free_bootmem_with_active_regions(0, max_pfn);
233
234         /* reserve the sections we're already using */
235         for_each_memblock(reserved, reg)
236                 reserve_bootmem(reg->base, reg->size, BOOTMEM_DEFAULT);
237 #endif
238         /* XXX need to clip this if using highmem? */
239         sparse_memory_present_with_active_regions(0);
240
241         init_bootmem_done = 1;
242 }
243
244 /* mark pages that don't exist as nosave */
245 static int __init mark_nonram_nosave(void)
246 {
247         struct memblock_region *reg, *prev = NULL;
248
249         for_each_memblock(memory, reg) {
250                 if (prev &&
251                     memblock_region_memory_end_pfn(prev) < memblock_region_memory_base_pfn(reg))
252                         register_nosave_region(memblock_region_memory_end_pfn(prev),
253                                                memblock_region_memory_base_pfn(reg));
254                 prev = reg;
255         }
256         return 0;
257 }
258
259 /*
260  * paging_init() sets up the page tables - in fact we've already done this.
261  */
262 void __init paging_init(void)
263 {
264         unsigned long long total_ram = memblock_phys_mem_size();
265         phys_addr_t top_of_ram = memblock_end_of_DRAM();
266         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
267
268 #ifdef CONFIG_PPC32
269         unsigned long v = __fix_to_virt(__end_of_fixed_addresses - 1);
270         unsigned long end = __fix_to_virt(FIX_HOLE);
271
272         for (; v < end; v += PAGE_SIZE)
273                 map_page(v, 0, 0); /* XXX gross */
274 #endif
275
276 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
277         map_page(PKMAP_BASE, 0, 0);     /* XXX gross */
278         pkmap_page_table = virt_to_kpte(PKMAP_BASE);
279
280         kmap_pte = virt_to_kpte(__fix_to_virt(FIX_KMAP_BEGIN));
281         kmap_prot = PAGE_KERNEL;
282 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
283
284         printk(KERN_DEBUG "Top of RAM: 0x%llx, Total RAM: 0x%llx\n",
285                (unsigned long long)top_of_ram, total_ram);
286         printk(KERN_DEBUG "Memory hole size: %ldMB\n",
287                (long int)((top_of_ram - total_ram) >> 20));
288         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
289 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
290         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT;
291         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM] = top_of_ram >> PAGE_SHIFT;
292 #else
293         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = top_of_ram >> PAGE_SHIFT;
294 #endif
295         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
296
297         mark_nonram_nosave();
298 }
299 #endif /* ! CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
300
301 void __init mem_init(void)
302 {
303 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
304         int nid;
305 #endif
306         pg_data_t *pgdat;
307         unsigned long i;
308         struct page *page;
309         unsigned long reservedpages = 0, codesize, initsize, datasize, bsssize;
310
311 #ifdef CONFIG_SWIOTLB
312         swiotlb_init(0);
313 #endif
314
315         num_physpages = memblock_phys_mem_size() >> PAGE_SHIFT;
316         high_memory = (void *) __va(max_low_pfn * PAGE_SIZE);
317
318 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
319         for_each_online_node(nid) {
320                 if (NODE_DATA(nid)->node_spanned_pages != 0) {
321                         printk("freeing bootmem node %d\n", nid);
322                         totalram_pages +=
323                                 free_all_bootmem_node(NODE_DATA(nid));
324                 }
325         }
326 #else
327         max_mapnr = max_pfn;
328         totalram_pages += free_all_bootmem();
329 #endif
330         for_each_online_pgdat(pgdat) {
331                 for (i = 0; i < pgdat->node_spanned_pages; i++) {
332                         if (!pfn_valid(pgdat->node_start_pfn + i))
333                                 continue;
334                         page = pgdat_page_nr(pgdat, i);
335                         if (PageReserved(page))
336                                 reservedpages++;
337                 }
338         }
339
340         codesize = (unsigned long)&_sdata - (unsigned long)&_stext;
341         datasize = (unsigned long)&_edata - (unsigned long)&_sdata;
342         initsize = (unsigned long)&__init_end - (unsigned long)&__init_begin;
343         bsssize = (unsigned long)&__bss_stop - (unsigned long)&__bss_start;
344
345 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
346         {
347                 unsigned long pfn, highmem_mapnr;
348
349                 highmem_mapnr = lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT;
350                 for (pfn = highmem_mapnr; pfn < max_mapnr; ++pfn) {
351                         phys_addr_t paddr = (phys_addr_t)pfn << PAGE_SHIFT;
352                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
353                         if (memblock_is_reserved(paddr))
354                                 continue;
355                         ClearPageReserved(page);
356                         init_page_count(page);
357                         __free_page(page);
358                         totalhigh_pages++;
359                         reservedpages--;
360                 }
361                 totalram_pages += totalhigh_pages;
362                 printk(KERN_DEBUG "High memory: %luk\n",
363                        totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10));
364         }
365 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
366
367 #if defined(CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E) && !defined(CONFIG_SMP)
368         /*
369          * If smp is enabled, next_tlbcam_idx is initialized in the cpu up
370          * functions.... do it here for the non-smp case.
371          */
372         per_cpu(next_tlbcam_idx, smp_processor_id()) =
373                 (mfspr(SPRN_TLB1CFG) & TLBnCFG_N_ENTRY) - 1;
374 #endif
375
376         printk(KERN_INFO "Memory: %luk/%luk available (%luk kernel code, "
377                "%luk reserved, %luk data, %luk bss, %luk init)\n",
378                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10),
379                 num_physpages << (PAGE_SHIFT-10),
380                 codesize >> 10,
381                 reservedpages << (PAGE_SHIFT-10),
382                 datasize >> 10,
383                 bsssize >> 10,
384                 initsize >> 10);
385
386 #ifdef CONFIG_PPC32
387         pr_info("Kernel virtual memory layout:\n");
388         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : fixmap\n", FIXADDR_START, FIXADDR_TOP);
389 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
390         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : highmem PTEs\n",
391                 PKMAP_BASE, PKMAP_ADDR(LAST_PKMAP));
392 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
393 #ifdef CONFIG_NOT_COHERENT_CACHE
394         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : consistent mem\n",
395                 IOREMAP_TOP, IOREMAP_TOP + CONFIG_CONSISTENT_SIZE);
396 #endif /* CONFIG_NOT_COHERENT_CACHE */
397         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : early ioremap\n",
398                 ioremap_bot, IOREMAP_TOP);
399         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : vmalloc & ioremap\n",
400                 VMALLOC_START, VMALLOC_END);
401 #endif /* CONFIG_PPC32 */
402
403         mem_init_done = 1;
404 }
405
406 void free_initmem(void)
407 {
408         unsigned long addr;
409
410         ppc_md.progress = ppc_printk_progress;
411
412         addr = (unsigned long)__init_begin;
413         for (; addr < (unsigned long)__init_end; addr += PAGE_SIZE) {
414                 memset((void *)addr, POISON_FREE_INITMEM, PAGE_SIZE);
415                 ClearPageReserved(virt_to_page(addr));
416                 init_page_count(virt_to_page(addr));
417                 free_page(addr);
418                 totalram_pages++;
419         }
420         pr_info("Freeing unused kernel memory: %luk freed\n",
421                 ((unsigned long)__init_end -
422                 (unsigned long)__init_begin) >> 10);
423 }
424
425 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
426 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
427 {
428         if (start >= end)
429                 return;
430
431         start = _ALIGN_DOWN(start, PAGE_SIZE);
432         end = _ALIGN_UP(end, PAGE_SIZE);
433         pr_info("Freeing initrd memory: %ldk freed\n", (end - start) >> 10);
434
435         for (; start < end; start += PAGE_SIZE) {
436                 ClearPageReserved(virt_to_page(start));
437                 init_page_count(virt_to_page(start));
438                 free_page(start);
439                 totalram_pages++;
440         }
441 }
442 #endif
443
444 /*
445  * This is called when a page has been modified by the kernel.
446  * It just marks the page as not i-cache clean.  We do the i-cache
447  * flush later when the page is given to a user process, if necessary.
448  */
449 void flush_dcache_page(struct page *page)
450 {
451         if (cpu_has_feature(CPU_FTR_COHERENT_ICACHE))
452                 return;
453         /* avoid an atomic op if possible */
454         if (test_bit(PG_arch_1, &page->flags))
455                 clear_bit(PG_arch_1, &page->flags);
456 }
457 EXPORT_SYMBOL(flush_dcache_page);
458
459 void flush_dcache_icache_page(struct page *page)
460 {
461 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
462         if (PageCompound(page)) {
463                 flush_dcache_icache_hugepage(page);
464                 return;
465         }
466 #endif
467 #ifdef CONFIG_BOOKE
468         {
469                 void *start = kmap_atomic(page);
470                 __flush_dcache_icache(start);
471                 kunmap_atomic(start);
472         }
473 #elif defined(CONFIG_8xx) || defined(CONFIG_PPC64)
474         /* On 8xx there is no need to kmap since highmem is not supported */
475         __flush_dcache_icache(page_address(page)); 
476 #else
477         __flush_dcache_icache_phys(page_to_pfn(page) << PAGE_SHIFT);
478 #endif
479 }
480 EXPORT_SYMBOL(flush_dcache_icache_page);
481
482 void clear_user_page(void *page, unsigned long vaddr, struct page *pg)
483 {
484         clear_page(page);
485
486         /*
487          * We shouldn't have to do this, but some versions of glibc
488          * require it (ld.so assumes zero filled pages are icache clean)
489          * - Anton
490          */
491         flush_dcache_page(pg);
492 }
493 EXPORT_SYMBOL(clear_user_page);
494
495 void copy_user_page(void *vto, void *vfrom, unsigned long vaddr,
496                     struct page *pg)
497 {
498         copy_page(vto, vfrom);
499
500         /*
501          * We should be able to use the following optimisation, however
502          * there are two problems.
503          * Firstly a bug in some versions of binutils meant PLT sections
504          * were not marked executable.
505          * Secondly the first word in the GOT section is blrl, used
506          * to establish the GOT address. Until recently the GOT was
507          * not marked executable.
508          * - Anton
509          */
510 #if 0
511         if (!vma->vm_file && ((vma->vm_flags & VM_EXEC) == 0))
512                 return;
513 #endif
514
515         flush_dcache_page(pg);
516 }
517
518 void flush_icache_user_range(struct vm_area_struct *vma, struct page *page,
519                              unsigned long addr, int len)
520 {
521         unsigned long maddr;
522
523         maddr = (unsigned long) kmap(page) + (addr & ~PAGE_MASK);
524         flush_icache_range(maddr, maddr + len);
525         kunmap(page);
526 }
527 EXPORT_SYMBOL(flush_icache_user_range);
528
529 /*
530  * This is called at the end of handling a user page fault, when the
531  * fault has been handled by updating a PTE in the linux page tables.
532  * We use it to preload an HPTE into the hash table corresponding to
533  * the updated linux PTE.
534  * 
535  * This must always be called with the pte lock held.
536  */
537 void update_mmu_cache(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
538                       pte_t *ptep)
539 {
540 #ifdef CONFIG_PPC_STD_MMU
541         unsigned long access = 0, trap;
542
543         /* We only want HPTEs for linux PTEs that have _PAGE_ACCESSED set */
544         if (!pte_young(*ptep) || address >= TASK_SIZE)
545                 return;
546
547         /* We try to figure out if we are coming from an instruction
548          * access fault and pass that down to __hash_page so we avoid
549          * double-faulting on execution of fresh text. We have to test
550          * for regs NULL since init will get here first thing at boot
551          *
552          * We also avoid filling the hash if not coming from a fault
553          */
554         if (current->thread.regs == NULL)
555                 return;
556         trap = TRAP(current->thread.regs);
557         if (trap == 0x400)
558                 access |= _PAGE_EXEC;
559         else if (trap != 0x300)
560                 return;
561         hash_preload(vma->vm_mm, address, access, trap);
562 #endif /* CONFIG_PPC_STD_MMU */
563 #if (defined(CONFIG_PPC_BOOK3E_64) || defined(CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E)) \
564         && defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE)
565         if (is_vm_hugetlb_page(vma))
566                 book3e_hugetlb_preload(vma, address, *ptep);
567 #endif
568 }
569
570 /*
571  * System memory should not be in /proc/iomem but various tools expect it
572  * (eg kdump).
573  */
574 static int add_system_ram_resources(void)
575 {
576         struct memblock_region *reg;
577
578         for_each_memblock(memory, reg) {
579                 struct resource *res;
580                 unsigned long base = reg->base;
581                 unsigned long size = reg->size;
582
583                 res = kzalloc(sizeof(struct resource), GFP_KERNEL);
584                 WARN_ON(!res);
585
586                 if (res) {
587                         res->name = "System RAM";
588                         res->start = base;
589                         res->end = base + size - 1;
590                         res->flags = IORESOURCE_MEM;
591                         WARN_ON(request_resource(&iomem_resource, res) < 0);
592                 }
593         }
594
595         return 0;
596 }
597 subsys_initcall(add_system_ram_resources);
598
599 #ifdef CONFIG_STRICT_DEVMEM
600 /*
601  * devmem_is_allowed(): check to see if /dev/mem access to a certain address
602  * is valid. The argument is a physical page number.
603  *
604  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
605  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
606  */
607 int devmem_is_allowed(unsigned long pfn)
608 {
609         if (iomem_is_exclusive(pfn << PAGE_SHIFT))
610                 return 0;
611         if (!page_is_ram(pfn))
612                 return 1;
613         if (page_is_rtas_user_buf(pfn))
614                 return 1;
615         return 0;
616 }
617 #endif /* CONFIG_STRICT_DEVMEM */