Merge tag 'powerpc-5.12-1' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/powerpc...
[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 #include <asm/svm.h>
53 #include <asm/mmzone.h>
54
55 #include <mm/mmu_decl.h>
56
57 static DEFINE_MUTEX(linear_mapping_mutex);
58 unsigned long long memory_limit;
59 bool init_mem_is_free;
60
61 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
62                               unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
63 {
64         if (ppc_md.phys_mem_access_prot)
65                 return ppc_md.phys_mem_access_prot(file, pfn, size, vma_prot);
66
67         if (!page_is_ram(pfn))
68                 vma_prot = pgprot_noncached(vma_prot);
69
70         return vma_prot;
71 }
72 EXPORT_SYMBOL(phys_mem_access_prot);
73
74 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
75
76 #ifdef CONFIG_NUMA
77 int memory_add_physaddr_to_nid(u64 start)
78 {
79         return hot_add_scn_to_nid(start);
80 }
81 #endif
82
83 int __weak create_section_mapping(unsigned long start, unsigned long end,
84                                   int nid, pgprot_t prot)
85 {
86         return -ENODEV;
87 }
88
89 int __weak remove_section_mapping(unsigned long start, unsigned long end)
90 {
91         return -ENODEV;
92 }
93
94 int __ref arch_create_linear_mapping(int nid, u64 start, u64 size,
95                                      struct mhp_params *params)
96 {
97         int rc;
98
99         start = (unsigned long)__va(start);
100         mutex_lock(&linear_mapping_mutex);
101         rc = create_section_mapping(start, start + size, nid,
102                                     params->pgprot);
103         mutex_unlock(&linear_mapping_mutex);
104         if (rc) {
105                 pr_warn("Unable to create linear mapping for 0x%llx..0x%llx: %d\n",
106                         start, start + size, rc);
107                 return -EFAULT;
108         }
109         return 0;
110 }
111
112 void __ref arch_remove_linear_mapping(u64 start, u64 size)
113 {
114         int ret;
115
116         /* Remove htab bolted mappings for this section of memory */
117         start = (unsigned long)__va(start);
118
119         mutex_lock(&linear_mapping_mutex);
120         ret = remove_section_mapping(start, start + size);
121         mutex_unlock(&linear_mapping_mutex);
122         if (ret)
123                 pr_warn("Unable to remove linear mapping for 0x%llx..0x%llx: %d\n",
124                         start, start + size, ret);
125
126         /* Ensure all vmalloc mappings are flushed in case they also
127          * hit that section of memory
128          */
129         vm_unmap_aliases();
130 }
131
132 int __ref arch_add_memory(int nid, u64 start, u64 size,
133                           struct mhp_params *params)
134 {
135         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
136         unsigned long nr_pages = size >> PAGE_SHIFT;
137         int rc;
138
139         rc = arch_create_linear_mapping(nid, start, size, params);
140         if (rc)
141                 return rc;
142         rc = __add_pages(nid, start_pfn, nr_pages, params);
143         if (rc)
144                 arch_remove_linear_mapping(start, size);
145         return rc;
146 }
147
148 void __ref arch_remove_memory(int nid, u64 start, u64 size,
149                               struct vmem_altmap *altmap)
150 {
151         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
152         unsigned long nr_pages = size >> PAGE_SHIFT;
153
154         __remove_pages(start_pfn, nr_pages, altmap);
155         arch_remove_linear_mapping(start, size);
156 }
157 #endif
158
159 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
160 void __init mem_topology_setup(void)
161 {
162         max_low_pfn = max_pfn = memblock_end_of_DRAM() >> PAGE_SHIFT;
163         min_low_pfn = MEMORY_START >> PAGE_SHIFT;
164 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
165         max_low_pfn = lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT;
166 #endif
167
168         /* Place all memblock_regions in the same node and merge contiguous
169          * memblock_regions
170          */
171         memblock_set_node(0, PHYS_ADDR_MAX, &memblock.memory, 0);
172 }
173
174 void __init initmem_init(void)
175 {
176         sparse_init();
177 }
178
179 /* mark pages that don't exist as nosave */
180 static int __init mark_nonram_nosave(void)
181 {
182         unsigned long spfn, epfn, prev = 0;
183         int i;
184
185         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &spfn, &epfn, NULL) {
186                 if (prev && prev < spfn)
187                         register_nosave_region(prev, spfn);
188
189                 prev = epfn;
190         }
191
192         return 0;
193 }
194 #else /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
195 static int __init mark_nonram_nosave(void)
196 {
197         return 0;
198 }
199 #endif
200
201 /*
202  * Zones usage:
203  *
204  * We setup ZONE_DMA to be 31-bits on all platforms and ZONE_NORMAL to be
205  * everything else. GFP_DMA32 page allocations automatically fall back to
206  * ZONE_DMA.
207  *
208  * By using 31-bit unconditionally, we can exploit zone_dma_bits to inform the
209  * generic DMA mapping code.  32-bit only devices (if not handled by an IOMMU
210  * anyway) will take a first dip into ZONE_NORMAL and get otherwise served by
211  * ZONE_DMA.
212  */
213 static unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
214
215 /*
216  * paging_init() sets up the page tables - in fact we've already done this.
217  */
218 void __init paging_init(void)
219 {
220         unsigned long long total_ram = memblock_phys_mem_size();
221         phys_addr_t top_of_ram = memblock_end_of_DRAM();
222
223 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
224         unsigned long v = __fix_to_virt(FIX_KMAP_END);
225         unsigned long end = __fix_to_virt(FIX_KMAP_BEGIN);
226
227         for (; v < end; v += PAGE_SIZE)
228                 map_kernel_page(v, 0, __pgprot(0)); /* XXX gross */
229
230         map_kernel_page(PKMAP_BASE, 0, __pgprot(0));    /* XXX gross */
231         pkmap_page_table = virt_to_kpte(PKMAP_BASE);
232 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
233
234         printk(KERN_DEBUG "Top of RAM: 0x%llx, Total RAM: 0x%llx\n",
235                (unsigned long long)top_of_ram, total_ram);
236         printk(KERN_DEBUG "Memory hole size: %ldMB\n",
237                (long int)((top_of_ram - total_ram) >> 20));
238
239         /*
240          * Allow 30-bit DMA for very limited Broadcom wifi chips on many
241          * powerbooks.
242          */
243         if (IS_ENABLED(CONFIG_PPC32))
244                 zone_dma_bits = 30;
245         else
246                 zone_dma_bits = 31;
247
248 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
249         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = min(max_low_pfn,
250                                       1UL << (zone_dma_bits - PAGE_SHIFT));
251 #endif
252         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max_low_pfn;
253 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
254         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM] = max_pfn;
255 #endif
256
257         free_area_init(max_zone_pfns);
258
259         mark_nonram_nosave();
260 }
261
262 void __init mem_init(void)
263 {
264         /*
265          * book3s is limited to 16 page sizes due to encoding this in
266          * a 4-bit field for slices.
267          */
268         BUILD_BUG_ON(MMU_PAGE_COUNT > 16);
269
270 #ifdef CONFIG_SWIOTLB
271         /*
272          * Some platforms (e.g. 85xx) limit DMA-able memory way below
273          * 4G. We force memblock to bottom-up mode to ensure that the
274          * memory allocated in swiotlb_init() is DMA-able.
275          * As it's the last memblock allocation, no need to reset it
276          * back to to-down.
277          */
278         memblock_set_bottom_up(true);
279         if (is_secure_guest())
280                 svm_swiotlb_init();
281         else
282                 swiotlb_init(0);
283 #endif
284
285         high_memory = (void *) __va(max_low_pfn * PAGE_SIZE);
286         set_max_mapnr(max_pfn);
287
288         kasan_late_init();
289
290         memblock_free_all();
291
292 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
293         {
294                 unsigned long pfn, highmem_mapnr;
295
296                 highmem_mapnr = lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT;
297                 for (pfn = highmem_mapnr; pfn < max_mapnr; ++pfn) {
298                         phys_addr_t paddr = (phys_addr_t)pfn << PAGE_SHIFT;
299                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
300                         if (!memblock_is_reserved(paddr))
301                                 free_highmem_page(page);
302                 }
303         }
304 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
305
306 #if defined(CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E) && !defined(CONFIG_SMP)
307         /*
308          * If smp is enabled, next_tlbcam_idx is initialized in the cpu up
309          * functions.... do it here for the non-smp case.
310          */
311         per_cpu(next_tlbcam_idx, smp_processor_id()) =
312                 (mfspr(SPRN_TLB1CFG) & TLBnCFG_N_ENTRY) - 1;
313 #endif
314
315         mem_init_print_info(NULL);
316 #ifdef CONFIG_PPC32
317         pr_info("Kernel virtual memory layout:\n");
318 #ifdef CONFIG_KASAN
319         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : kasan shadow mem\n",
320                 KASAN_SHADOW_START, KASAN_SHADOW_END);
321 #endif
322         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : fixmap\n", FIXADDR_START, FIXADDR_TOP);
323 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
324         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : highmem PTEs\n",
325                 PKMAP_BASE, PKMAP_ADDR(LAST_PKMAP));
326 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
327         if (ioremap_bot != IOREMAP_TOP)
328                 pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : early ioremap\n",
329                         ioremap_bot, IOREMAP_TOP);
330         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : vmalloc & ioremap\n",
331                 VMALLOC_START, VMALLOC_END);
332 #endif /* CONFIG_PPC32 */
333 }
334
335 void free_initmem(void)
336 {
337         ppc_md.progress = ppc_printk_progress;
338         mark_initmem_nx();
339         init_mem_is_free = true;
340         free_initmem_default(POISON_FREE_INITMEM);
341 }
342
343 /**
344  * flush_coherent_icache() - if a CPU has a coherent icache, flush it
345  * @addr: The base address to use (can be any valid address, the whole cache will be flushed)
346  * Return true if the cache was flushed, false otherwise
347  */
348 static inline bool flush_coherent_icache(unsigned long addr)
349 {
350         /*
351          * For a snooping icache, we still need a dummy icbi to purge all the
352          * prefetched instructions from the ifetch buffers. We also need a sync
353          * before the icbi to order the the actual stores to memory that might
354          * have modified instructions with the icbi.
355          */
356         if (cpu_has_feature(CPU_FTR_COHERENT_ICACHE)) {
357                 mb(); /* sync */
358                 allow_read_from_user((const void __user *)addr, L1_CACHE_BYTES);
359                 icbi((void *)addr);
360                 prevent_read_from_user((const void __user *)addr, L1_CACHE_BYTES);
361                 mb(); /* sync */
362                 isync();
363                 return true;
364         }
365
366         return false;
367 }
368
369 /**
370  * invalidate_icache_range() - Flush the icache by issuing icbi across an address range
371  * @start: the start address
372  * @stop: the stop address (exclusive)
373  */
374 static void invalidate_icache_range(unsigned long start, unsigned long stop)
375 {
376         unsigned long shift = l1_icache_shift();
377         unsigned long bytes = l1_icache_bytes();
378         char *addr = (char *)(start & ~(bytes - 1));
379         unsigned long size = stop - (unsigned long)addr + (bytes - 1);
380         unsigned long i;
381
382         for (i = 0; i < size >> shift; i++, addr += bytes)
383                 icbi(addr);
384
385         mb(); /* sync */
386         isync();
387 }
388
389 /**
390  * flush_icache_range: Write any modified data cache blocks out to memory
391  * and invalidate the corresponding blocks in the instruction cache
392  *
393  * Generic code will call this after writing memory, before executing from it.
394  *
395  * @start: the start address
396  * @stop: the stop address (exclusive)
397  */
398 void flush_icache_range(unsigned long start, unsigned long stop)
399 {
400         if (flush_coherent_icache(start))
401                 return;
402
403         clean_dcache_range(start, stop);
404
405         if (IS_ENABLED(CONFIG_44x)) {
406                 /*
407                  * Flash invalidate on 44x because we are passed kmapped
408                  * addresses and this doesn't work for userspace pages due to
409                  * the virtually tagged icache.
410                  */
411                 iccci((void *)start);
412                 mb(); /* sync */
413                 isync();
414         } else
415                 invalidate_icache_range(start, stop);
416 }
417 EXPORT_SYMBOL(flush_icache_range);
418
419 #if !defined(CONFIG_PPC_8xx) && !defined(CONFIG_PPC64)
420 /**
421  * flush_dcache_icache_phys() - Flush a page by it's physical address
422  * @physaddr: the physical address of the page
423  */
424 static void flush_dcache_icache_phys(unsigned long physaddr)
425 {
426         unsigned long bytes = l1_dcache_bytes();
427         unsigned long nb = PAGE_SIZE / bytes;
428         unsigned long addr = physaddr & PAGE_MASK;
429         unsigned long msr, msr0;
430         unsigned long loop1 = addr, loop2 = addr;
431
432         msr0 = mfmsr();
433         msr = msr0 & ~MSR_DR;
434         /*
435          * This must remain as ASM to prevent potential memory accesses
436          * while the data MMU is disabled
437          */
438         asm volatile(
439                 "   mtctr %2;\n"
440                 "   mtmsr %3;\n"
441                 "   isync;\n"
442                 "0: dcbst   0, %0;\n"
443                 "   addi    %0, %0, %4;\n"
444                 "   bdnz    0b;\n"
445                 "   sync;\n"
446                 "   mtctr %2;\n"
447                 "1: icbi    0, %1;\n"
448                 "   addi    %1, %1, %4;\n"
449                 "   bdnz    1b;\n"
450                 "   sync;\n"
451                 "   mtmsr %5;\n"
452                 "   isync;\n"
453                 : "+&r" (loop1), "+&r" (loop2)
454                 : "r" (nb), "r" (msr), "i" (bytes), "r" (msr0)
455                 : "ctr", "memory");
456 }
457 NOKPROBE_SYMBOL(flush_dcache_icache_phys)
458 #endif // !defined(CONFIG_PPC_8xx) && !defined(CONFIG_PPC64)
459
460 /*
461  * This is called when a page has been modified by the kernel.
462  * It just marks the page as not i-cache clean.  We do the i-cache
463  * flush later when the page is given to a user process, if necessary.
464  */
465 void flush_dcache_page(struct page *page)
466 {
467         if (cpu_has_feature(CPU_FTR_COHERENT_ICACHE))
468                 return;
469         /* avoid an atomic op if possible */
470         if (test_bit(PG_dcache_clean, &page->flags))
471                 clear_bit(PG_dcache_clean, &page->flags);
472 }
473 EXPORT_SYMBOL(flush_dcache_page);
474
475 static void flush_dcache_icache_hugepage(struct page *page)
476 {
477         int i;
478         void *start;
479
480         BUG_ON(!PageCompound(page));
481
482         for (i = 0; i < compound_nr(page); i++) {
483                 if (!PageHighMem(page)) {
484                         __flush_dcache_icache(page_address(page+i));
485                 } else {
486                         start = kmap_atomic(page+i);
487                         __flush_dcache_icache(start);
488                         kunmap_atomic(start);
489                 }
490         }
491 }
492
493 void flush_dcache_icache_page(struct page *page)
494 {
495
496         if (PageCompound(page))
497                 return flush_dcache_icache_hugepage(page);
498
499 #if defined(CONFIG_PPC_8xx) || defined(CONFIG_PPC64)
500         /* On 8xx there is no need to kmap since highmem is not supported */
501         __flush_dcache_icache(page_address(page));
502 #else
503         if (IS_ENABLED(CONFIG_BOOKE) || sizeof(phys_addr_t) > sizeof(void *)) {
504                 void *start = kmap_atomic(page);
505                 __flush_dcache_icache(start);
506                 kunmap_atomic(start);
507         } else {
508                 unsigned long addr = page_to_pfn(page) << PAGE_SHIFT;
509
510                 if (flush_coherent_icache(addr))
511                         return;
512                 flush_dcache_icache_phys(addr);
513         }
514 #endif
515 }
516 EXPORT_SYMBOL(flush_dcache_icache_page);
517
518 /**
519  * __flush_dcache_icache(): Flush a particular page from the data cache to RAM.
520  * Note: this is necessary because the instruction cache does *not*
521  * snoop from the data cache.
522  *
523  * @page: the address of the page to flush
524  */
525 void __flush_dcache_icache(void *p)
526 {
527         unsigned long addr = (unsigned long)p;
528
529         if (flush_coherent_icache(addr))
530                 return;
531
532         clean_dcache_range(addr, addr + PAGE_SIZE);
533
534         /*
535          * We don't flush the icache on 44x. Those have a virtual icache and we
536          * don't have access to the virtual address here (it's not the page
537          * vaddr but where it's mapped in user space). The flushing of the
538          * icache on these is handled elsewhere, when a change in the address
539          * space occurs, before returning to user space.
540          */
541
542         if (mmu_has_feature(MMU_FTR_TYPE_44x))
543                 return;
544
545         invalidate_icache_range(addr, addr + PAGE_SIZE);
546 }
547
548 void clear_user_page(void *page, unsigned long vaddr, struct page *pg)
549 {
550         clear_page(page);
551
552         /*
553          * We shouldn't have to do this, but some versions of glibc
554          * require it (ld.so assumes zero filled pages are icache clean)
555          * - Anton
556          */
557         flush_dcache_page(pg);
558 }
559 EXPORT_SYMBOL(clear_user_page);
560
561 void copy_user_page(void *vto, void *vfrom, unsigned long vaddr,
562                     struct page *pg)
563 {
564         copy_page(vto, vfrom);
565
566         /*
567          * We should be able to use the following optimisation, however
568          * there are two problems.
569          * Firstly a bug in some versions of binutils meant PLT sections
570          * were not marked executable.
571          * Secondly the first word in the GOT section is blrl, used
572          * to establish the GOT address. Until recently the GOT was
573          * not marked executable.
574          * - Anton
575          */
576 #if 0
577         if (!vma->vm_file && ((vma->vm_flags & VM_EXEC) == 0))
578                 return;
579 #endif
580
581         flush_dcache_page(pg);
582 }
583
584 void flush_icache_user_page(struct vm_area_struct *vma, struct page *page,
585                              unsigned long addr, int len)
586 {
587         unsigned long maddr;
588
589         maddr = (unsigned long) kmap(page) + (addr & ~PAGE_MASK);
590         flush_icache_range(maddr, maddr + len);
591         kunmap(page);
592 }
593
594 /*
595  * System memory should not be in /proc/iomem but various tools expect it
596  * (eg kdump).
597  */
598 static int __init add_system_ram_resources(void)
599 {
600         phys_addr_t start, end;
601         u64 i;
602
603         for_each_mem_range(i, &start, &end) {
604                 struct resource *res;
605
606                 res = kzalloc(sizeof(struct resource), GFP_KERNEL);
607                 WARN_ON(!res);
608
609                 if (res) {
610                         res->name = "System RAM";
611                         res->start = start;
612                         /*
613                          * In memblock, end points to the first byte after
614                          * the range while in resourses, end points to the
615                          * last byte in the range.
616                          */
617                         res->end = end - 1;
618                         res->flags = IORESOURCE_SYSTEM_RAM | IORESOURCE_BUSY;
619                         WARN_ON(request_resource(&iomem_resource, res) < 0);
620                 }
621         }
622
623         return 0;
624 }
625 subsys_initcall(add_system_ram_resources);
626
627 #ifdef CONFIG_STRICT_DEVMEM
628 /*
629  * devmem_is_allowed(): check to see if /dev/mem access to a certain address
630  * is valid. The argument is a physical page number.
631  *
632  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
633  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
634  */
635 int devmem_is_allowed(unsigned long pfn)
636 {
637         if (page_is_rtas_user_buf(pfn))
638                 return 1;
639         if (iomem_is_exclusive(PFN_PHYS(pfn)))
640                 return 0;
641         if (!page_is_ram(pfn))
642                 return 1;
643         return 0;
644 }
645 #endif /* CONFIG_STRICT_DEVMEM */
646
647 /*
648  * This is defined in kernel/resource.c but only powerpc needs to export it, for
649  * the EHEA driver. Drop this when drivers/net/ethernet/ibm/ehea is removed.
650  */
651 EXPORT_SYMBOL_GPL(walk_system_ram_range);