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 #include <linux/vmalloc.h>
  39 #include <linux/memremap.h>
  40
  41 #include <asm/pgalloc.h>
  42 #include <asm/prom.h>
  43 #include <asm/io.h>
  44 #include <asm/mmu_context.h>
  45 #include <asm/pgtable.h>
  46 #include <asm/mmu.h>
  47 #include <asm/smp.h>
  48 #include <asm/machdep.h>
  49 #include <asm/btext.h>
  50 #include <asm/tlb.h>
  51 #include <asm/sections.h>
  52 #include <asm/sparsemem.h>
  53 #include <asm/vdso.h>
  54 #include <asm/fixmap.h>
  55 #include <asm/swiotlb.h>
  56 #include <asm/rtas.h>
  57
  58 #include "mmu_decl.h"
  59
  60 #ifndef CPU_FTR_COHERENT_ICACHE
  61 #define CPU_FTR_COHERENT_ICACHE 0       /* XXX for now */
  62 #define CPU_FTR_NOEXECUTE       0
  63 #endif
  64
  65 unsigned long long memory_limit;
  66 bool init_mem_is_free;
  67
  68 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
  69 pte_t *kmap_pte;
  70 EXPORT_SYMBOL(kmap_pte);
  71 pgprot_t kmap_prot;
  72 EXPORT_SYMBOL(kmap_prot);
  73 #define TOP_ZONE ZONE_HIGHMEM
  74
  75 static inline pte_t *virt_to_kpte(unsigned long vaddr)
  76 {
  77         return pte_offset_kernel(pmd_offset(pud_offset(pgd_offset_k(vaddr),
  78                         vaddr), vaddr), vaddr);
  79 }
  80 #else
  81 #define TOP_ZONE ZONE_NORMAL
  82 #endif
  83
  84 int page_is_ram(unsigned long pfn)
  85 {
  86         return memblock_is_memory(__pfn_to_phys(pfn));
  87 }
  88
  89 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
  90                               unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
  91 {
  92         if (ppc_md.phys_mem_access_prot)
  93                 return ppc_md.phys_mem_access_prot(file, pfn, size, vma_prot);
  94
  95         if (!page_is_ram(pfn))
  96                 vma_prot = pgprot_noncached(vma_prot);
  97
  98         return vma_prot;
  99 }
 100 EXPORT_SYMBOL(phys_mem_access_prot);
 101
 102 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
 103
 104 #ifdef CONFIG_NUMA
 105 int memory_add_physaddr_to_nid(u64 start)
 106 {
 107         return hot_add_scn_to_nid(start);
 108 }
 109 #endif
 110
 111 int __weak create_section_mapping(unsigned long start, unsigned long end, int nid)
 112 {
 113         return -ENODEV;
 114 }
 115
 116 int __weak remove_section_mapping(unsigned long start, unsigned long end)
 117 {
 118         return -ENODEV;
 119 }
 120
 121 int __ref arch_add_memory(int nid, u64 start, u64 size, struct vmem_altmap *altmap,
 122                           bool want_memblock)
 123 {
 124         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
 125         unsigned long nr_pages = size >> PAGE_SHIFT;
 126         int rc;
 127
 128         resize_hpt_for_hotplug(memblock_phys_mem_size());
 129
 130         start = (unsigned long)__va(start);
 131         rc = create_section_mapping(start, start + size, nid);
 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         flush_inval_dcache_range(start, start + size);
 138
 139         return __add_pages(nid, start_pfn, nr_pages, altmap, want_memblock);
 140 }
 141
 142 void __ref arch_remove_memory(int nid, u64 start, u64 size,
 143                              struct vmem_altmap *altmap)
 144 {
 145         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
 146         unsigned long nr_pages = size >> PAGE_SHIFT;
 147         int ret;
 148
 149         __remove_pages(start_pfn, nr_pages, altmap);
 150
 151         /* Remove htab bolted mappings for this section of memory */
 152         start = (unsigned long)__va(start);
 153         flush_inval_dcache_range(start, start + size);
 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         resize_hpt_for_hotplug(memblock_phys_mem_size());
 163 }
 164 #endif
 165
 166 /*
 167  * walk_memory_resource() needs to make sure there is no holes in a given
 168  * memory range.  PPC64 does not maintain the memory layout in /proc/iomem.
 169  * Instead it maintains it in memblock.memory structures.  Walk through the
 170  * memory regions, find holes and callback for contiguous regions.
 171  */
 172 int
 173 walk_system_ram_range(unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages,
 174                 void *arg, int (*func)(unsigned long, unsigned long, void *))
 175 {
 176         struct memblock_region *reg;
 177         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
 178         unsigned long tstart, tend;
 179         int ret = -1;
 180
 181         for_each_memblock(memory, reg) {
 182                 tstart = max(start_pfn, memblock_region_memory_base_pfn(reg));
 183                 tend = min(end_pfn, memblock_region_memory_end_pfn(reg));
 184                 if (tstart >= tend)
 185                         continue;
 186                 ret = (*func)(tstart, tend - tstart, arg);
 187                 if (ret)
 188                         break;
 189         }
 190         return ret;
 191 }
 192 EXPORT_SYMBOL_GPL(walk_system_ram_range);
 193
 194 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
 195 void __init mem_topology_setup(void)
 196 {
 197         max_low_pfn = max_pfn = memblock_end_of_DRAM() >> PAGE_SHIFT;
 198         min_low_pfn = MEMORY_START >> PAGE_SHIFT;
 199 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 200         max_low_pfn = lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT;
 201 #endif
 202
 203         /* Place all memblock_regions in the same node and merge contiguous
 204          * memblock_regions
 205          */
 206         memblock_set_node(0, PHYS_ADDR_MAX, &memblock.memory, 0);
 207 }
 208
 209 void __init initmem_init(void)
 210 {
 211         /* XXX need to clip this if using highmem? */
 212         sparse_memory_present_with_active_regions(0);
 213         sparse_init();
 214 }
 215
 216 /* mark pages that don't exist as nosave */
 217 static int __init mark_nonram_nosave(void)
 218 {
 219         struct memblock_region *reg, *prev = NULL;
 220
 221         for_each_memblock(memory, reg) {
 222                 if (prev &&
 223                     memblock_region_memory_end_pfn(prev) < memblock_region_memory_base_pfn(reg))
 224                         register_nosave_region(memblock_region_memory_end_pfn(prev),
 225                                                memblock_region_memory_base_pfn(reg));
 226                 prev = reg;
 227         }
 228         return 0;
 229 }
 230 #else /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
 231 static int __init mark_nonram_nosave(void)
 232 {
 233         return 0;
 234 }
 235 #endif
 236
 237 static bool zone_limits_final;
 238
 239 /*
 240  * The memory zones past TOP_ZONE are managed by generic mm code.
 241  * These should be set to zero since that's what every other
 242  * architecture does.
 243  */
 244 static unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES] = {
 245         [0            ... TOP_ZONE        ] = ~0UL,
 246         [TOP_ZONE + 1 ... MAX_NR_ZONES - 1] = 0
 247 };
 248
 249 /*
 250  * Restrict the specified zone and all more restrictive zones
 251  * to be below the specified pfn.  May not be called after
 252  * paging_init().
 253  */
 254 void __init limit_zone_pfn(enum zone_type zone, unsigned long pfn_limit)
 255 {
 256         int i;
 257
 258         if (WARN_ON(zone_limits_final))
 259                 return;
 260
 261         for (i = zone; i >= 0; i--) {
 262                 if (max_zone_pfns[i] > pfn_limit)
 263                         max_zone_pfns[i] = pfn_limit;
 264         }
 265 }
 266
 267 /*
 268  * Find the least restrictive zone that is entirely below the
 269  * specified pfn limit.  Returns < 0 if no suitable zone is found.
 270  *
 271  * pfn_limit must be u64 because it can exceed 32 bits even on 32-bit
 272  * systems -- the DMA limit can be higher than any possible real pfn.
 273  */
 274 int dma_pfn_limit_to_zone(u64 pfn_limit)
 275 {
 276         int i;
 277
 278         for (i = TOP_ZONE; i >= 0; i--) {
 279                 if (max_zone_pfns[i] <= pfn_limit)
 280                         return i;
 281         }
 282
 283         return -EPERM;
 284 }
 285
 286 /*
 287  * paging_init() sets up the page tables - in fact we've already done this.
 288  */
 289 void __init paging_init(void)
 290 {
 291         unsigned long long total_ram = memblock_phys_mem_size();
 292         phys_addr_t top_of_ram = memblock_end_of_DRAM();
 293
 294 #ifdef CONFIG_PPC32
 295         unsigned long v = __fix_to_virt(__end_of_fixed_addresses - 1);
 296         unsigned long end = __fix_to_virt(FIX_HOLE);
 297
 298         for (; v < end; v += PAGE_SIZE)
 299                 map_kernel_page(v, 0, 0); /* XXX gross */
 300 #endif
 301
 302 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 303         map_kernel_page(PKMAP_BASE, 0, 0);      /* XXX gross */
 304         pkmap_page_table = virt_to_kpte(PKMAP_BASE);
 305
 306         kmap_pte = virt_to_kpte(__fix_to_virt(FIX_KMAP_BEGIN));
 307         kmap_prot = PAGE_KERNEL;
 308 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 309
 310         printk(KERN_DEBUG "Top of RAM: 0x%llx, Total RAM: 0x%llx\n",
 311                (unsigned long long)top_of_ram, total_ram);
 312         printk(KERN_DEBUG "Memory hole size: %ldMB\n",
 313                (long int)((top_of_ram - total_ram) >> 20));
 314
 315 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 316         limit_zone_pfn(ZONE_NORMAL, lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT);
 317 #endif
 318         limit_zone_pfn(TOP_ZONE, top_of_ram >> PAGE_SHIFT);
 319         zone_limits_final = true;
 320         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
 321
 322         mark_nonram_nosave();
 323 }
 324
 325 void __init mem_init(void)
 326 {
 327         /*
 328          * book3s is limited to 16 page sizes due to encoding this in
 329          * a 4-bit field for slices.
 330          */
 331         BUILD_BUG_ON(MMU_PAGE_COUNT > 16);
 332
 333 #ifdef CONFIG_SWIOTLB
 334         /*
 335          * Some platforms (e.g. 85xx) limit DMA-able memory way below
 336          * 4G. We force memblock to bottom-up mode to ensure that the
 337          * memory allocated in swiotlb_init() is DMA-able.
 338          * As it's the last memblock allocation, no need to reset it
 339          * back to to-down.
 340          */
 341         memblock_set_bottom_up(true);
 342         swiotlb_init(0);
 343 #endif
 344
 345         high_memory = (void *) __va(max_low_pfn * PAGE_SIZE);
 346         set_max_mapnr(max_pfn);
 347         free_all_bootmem();
 348
 349 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 350         {
 351                 unsigned long pfn, highmem_mapnr;
 352
 353                 highmem_mapnr = lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT;
 354                 for (pfn = highmem_mapnr; pfn < max_mapnr; ++pfn) {
 355                         phys_addr_t paddr = (phys_addr_t)pfn << PAGE_SHIFT;
 356                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
 357                         if (!memblock_is_reserved(paddr))
 358                                 free_highmem_page(page);
 359                 }
 360         }
 361 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 362
 363 #if defined(CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E) && !defined(CONFIG_SMP)
 364         /*
 365          * If smp is enabled, next_tlbcam_idx is initialized in the cpu up
 366          * functions.... do it here for the non-smp case.
 367          */
 368         per_cpu(next_tlbcam_idx, smp_processor_id()) =
 369                 (mfspr(SPRN_TLB1CFG) & TLBnCFG_N_ENTRY) - 1;
 370 #endif
 371
 372         mem_init_print_info(NULL);
 373 #ifdef CONFIG_PPC32
 374         pr_info("Kernel virtual memory layout:\n");
 375         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : fixmap\n", FIXADDR_START, FIXADDR_TOP);
 376 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 377         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : highmem PTEs\n",
 378                 PKMAP_BASE, PKMAP_ADDR(LAST_PKMAP));
 379 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 380 #ifdef CONFIG_NOT_COHERENT_CACHE
 381         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : consistent mem\n",
 382                 IOREMAP_TOP, IOREMAP_TOP + CONFIG_CONSISTENT_SIZE);
 383 #endif /* CONFIG_NOT_COHERENT_CACHE */
 384         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : early ioremap\n",
 385                 ioremap_bot, IOREMAP_TOP);
 386         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : vmalloc & ioremap\n",
 387                 VMALLOC_START, VMALLOC_END);
 388 #endif /* CONFIG_PPC32 */
 389 }
 390
 391 void free_initmem(void)
 392 {
 393         ppc_md.progress = ppc_printk_progress;
 394         mark_initmem_nx();
 395         init_mem_is_free = true;
 396         free_initmem_default(POISON_FREE_INITMEM);
 397 }
 398
 399 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 400 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 401 {
 402         free_reserved_area((void *)start, (void *)end, -1, "initrd");
 403 }
 404 #endif
 405
 406 /*
 407  * This is called when a page has been modified by the kernel.
 408  * It just marks the page as not i-cache clean.  We do the i-cache
 409  * flush later when the page is given to a user process, if necessary.
 410  */
 411 void flush_dcache_page(struct page *page)
 412 {
 413         if (cpu_has_feature(CPU_FTR_COHERENT_ICACHE))
 414                 return;
 415         /* avoid an atomic op if possible */
 416         if (test_bit(PG_arch_1, &page->flags))
 417                 clear_bit(PG_arch_1, &page->flags);
 418 }
 419 EXPORT_SYMBOL(flush_dcache_page);
 420
 421 void flush_dcache_icache_page(struct page *page)
 422 {
 423 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 424         if (PageCompound(page)) {
 425                 flush_dcache_icache_hugepage(page);
 426                 return;
 427         }
 428 #endif
 429 #if defined(CONFIG_PPC_8xx) || defined(CONFIG_PPC64)
 430         /* On 8xx there is no need to kmap since highmem is not supported */
 431         __flush_dcache_icache(page_address(page));
 432 #else
 433         if (IS_ENABLED(CONFIG_BOOKE) || sizeof(phys_addr_t) > sizeof(void *)) {
 434                 void *start = kmap_atomic(page);
 435                 __flush_dcache_icache(start);
 436                 kunmap_atomic(start);
 437         } else {
 438                 __flush_dcache_icache_phys(page_to_pfn(page) << PAGE_SHIFT);
 439         }
 440 #endif
 441 }
 442 EXPORT_SYMBOL(flush_dcache_icache_page);
 443
 444 void clear_user_page(void *page, unsigned long vaddr, struct page *pg)
 445 {
 446         clear_page(page);
 447
 448         /*
 449          * We shouldn't have to do this, but some versions of glibc
 450          * require it (ld.so assumes zero filled pages are icache clean)
 451          * - Anton
 452          */
 453         flush_dcache_page(pg);
 454 }
 455 EXPORT_SYMBOL(clear_user_page);
 456
 457 void copy_user_page(void *vto, void *vfrom, unsigned long vaddr,
 458                     struct page *pg)
 459 {
 460         copy_page(vto, vfrom);
 461
 462         /*
 463          * We should be able to use the following optimisation, however
 464          * there are two problems.
 465          * Firstly a bug in some versions of binutils meant PLT sections
 466          * were not marked executable.
 467          * Secondly the first word in the GOT section is blrl, used
 468          * to establish the GOT address. Until recently the GOT was
 469          * not marked executable.
 470          * - Anton
 471          */
 472 #if 0
 473         if (!vma->vm_file && ((vma->vm_flags & VM_EXEC) == 0))
 474                 return;
 475 #endif
 476
 477         flush_dcache_page(pg);
 478 }
 479
 480 void flush_icache_user_range(struct vm_area_struct *vma, struct page *page,
 481                              unsigned long addr, int len)
 482 {
 483         unsigned long maddr;
 484
 485         maddr = (unsigned long) kmap(page) + (addr & ~PAGE_MASK);
 486         flush_icache_range(maddr, maddr + len);
 487         kunmap(page);
 488 }
 489 EXPORT_SYMBOL(flush_icache_user_range);
 490
 491 /*
 492  * This is called at the end of handling a user page fault, when the
 493  * fault has been handled by updating a PTE in the linux page tables.
 494  * We use it to preload an HPTE into the hash table corresponding to
 495  * the updated linux PTE.
 496  *
 497  * This must always be called with the pte lock held.
 498  */
 499 void update_mmu_cache(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
 500                       pte_t *ptep)
 501 {
 502 #ifdef CONFIG_PPC_STD_MMU
 503         /*
 504          * We don't need to worry about _PAGE_PRESENT here because we are
 505          * called with either mm->page_table_lock held or ptl lock held
 506          */
 507         unsigned long access, trap;
 508
 509         if (radix_enabled()) {
 510                 prefetch((void *)address);
 511                 return;
 512         }
 513
 514         /* We only want HPTEs for linux PTEs that have _PAGE_ACCESSED set */
 515         if (!pte_young(*ptep) || address >= TASK_SIZE)
 516                 return;
 517
 518         /* We try to figure out if we are coming from an instruction
 519          * access fault and pass that down to __hash_page so we avoid
 520          * double-faulting on execution of fresh text. We have to test
 521          * for regs NULL since init will get here first thing at boot
 522          *
 523          * We also avoid filling the hash if not coming from a fault
 524          */
 525
 526         trap = current->thread.regs ? TRAP(current->thread.regs) : 0UL;
 527         switch (trap) {
 528         case 0x300:
 529                 access = 0UL;
 530                 break;
 531         case 0x400:
 532                 access = _PAGE_EXEC;
 533                 break;
 534         default:
 535                 return;
 536         }
 537
 538         hash_preload(vma->vm_mm, address, access, trap);
 539 #endif /* CONFIG_PPC_STD_MMU */
 540 #if (defined(CONFIG_PPC_BOOK3E_64) || defined(CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E)) \
 541         && defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE)
 542         if (is_vm_hugetlb_page(vma))
 543                 book3e_hugetlb_preload(vma, address, *ptep);
 544 #endif
 545 }
 546
 547 /*
 548  * System memory should not be in /proc/iomem but various tools expect it
 549  * (eg kdump).
 550  */
 551 static int __init add_system_ram_resources(void)
 552 {
 553         struct memblock_region *reg;
 554
 555         for_each_memblock(memory, reg) {
 556                 struct resource *res;
 557                 unsigned long base = reg->base;
 558                 unsigned long size = reg->size;
 559
 560                 res = kzalloc(sizeof(struct resource), GFP_KERNEL);
 561                 WARN_ON(!res);
 562
 563                 if (res) {
 564                         res->name = "System RAM";
 565                         res->start = base;
 566                         res->end = base + size - 1;
 567                         res->flags = IORESOURCE_SYSTEM_RAM | IORESOURCE_BUSY;
 568                         WARN_ON(request_resource(&iomem_resource, res) < 0);
 569                 }
 570         }
 571
 572         return 0;
 573 }
 574 subsys_initcall(add_system_ram_resources);
 575
 576 #ifdef CONFIG_STRICT_DEVMEM
 577 /*
 578  * devmem_is_allowed(): check to see if /dev/mem access to a certain address
 579  * is valid. The argument is a physical page number.
 580  *
 581  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
 582  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
 583  */
 584 int devmem_is_allowed(unsigned long pfn)
 585 {
 586         if (page_is_rtas_user_buf(pfn))
 587                 return 1;
 588         if (iomem_is_exclusive(PFN_PHYS(pfn)))
 589                 return 0;
 590         if (!page_is_ram(pfn))
 591                 return 1;
 592         return 0;
 593 }
 594 #endif /* CONFIG_STRICT_DEVMEM */