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
  67 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
  68 pte_t *kmap_pte;
  69 EXPORT_SYMBOL(kmap_pte);
  70 pgprot_t kmap_prot;
  71 EXPORT_SYMBOL(kmap_prot);
  72 #define TOP_ZONE ZONE_HIGHMEM
  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 #else
  80 #define TOP_ZONE ZONE_NORMAL
  81 #endif
  82
  83 int page_is_ram(unsigned long pfn)
  84 {
  85 #ifndef CONFIG_PPC64    /* XXX for now */
  86         return pfn < max_pfn;
  87 #else
  88         unsigned long paddr = (pfn << PAGE_SHIFT);
  89         struct memblock_region *reg;
  90
  91         for_each_memblock(memory, reg)
  92                 if (paddr >= reg->base && paddr < (reg->base + reg->size))
  93                         return 1;
  94         return 0;
  95 #endif
  96 }
  97
  98 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
  99                               unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
 100 {
 101         if (ppc_md.phys_mem_access_prot)
 102                 return ppc_md.phys_mem_access_prot(file, pfn, size, vma_prot);
 103
 104         if (!page_is_ram(pfn))
 105                 vma_prot = pgprot_noncached(vma_prot);
 106
 107         return vma_prot;
 108 }
 109 EXPORT_SYMBOL(phys_mem_access_prot);
 110
 111 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
 112
 113 #ifdef CONFIG_NUMA
 114 int memory_add_physaddr_to_nid(u64 start)
 115 {
 116         return hot_add_scn_to_nid(start);
 117 }
 118 #endif
 119
 120 int __weak create_section_mapping(unsigned long start, unsigned long end)
 121 {
 122         return -ENODEV;
 123 }
 124
 125 int __weak remove_section_mapping(unsigned long start, unsigned long end)
 126 {
 127         return -ENODEV;
 128 }
 129
 130 int arch_add_memory(int nid, u64 start, u64 size, bool want_memblock)
 131 {
 132         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
 133         unsigned long nr_pages = size >> PAGE_SHIFT;
 134         int rc;
 135
 136         resize_hpt_for_hotplug(memblock_phys_mem_size());
 137
 138         start = (unsigned long)__va(start);
 139         rc = create_section_mapping(start, start + size);
 140         if (rc) {
 141                 pr_warn("Unable to create mapping for hot added memory 0x%llx..0x%llx: %d\n",
 142                         start, start + size, rc);
 143                 return -EFAULT;
 144         }
 145
 146         return __add_pages(nid, start_pfn, nr_pages, want_memblock);
 147 }
 148
 149 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
 150 int arch_remove_memory(u64 start, u64 size)
 151 {
 152         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
 153         unsigned long nr_pages = size >> PAGE_SHIFT;
 154         struct vmem_altmap *altmap;
 155         struct page *page;
 156         int ret;
 157
 158         /*
 159          * If we have an altmap then we need to skip over any reserved PFNs
 160          * when querying the zone.
 161          */
 162         page = pfn_to_page(start_pfn);
 163         altmap = to_vmem_altmap((unsigned long) page);
 164         if (altmap)
 165                 page += vmem_altmap_offset(altmap);
 166
 167         ret = __remove_pages(page_zone(page), start_pfn, nr_pages);
 168         if (ret)
 169                 return ret;
 170
 171         /* Remove htab bolted mappings for this section of memory */
 172         start = (unsigned long)__va(start);
 173         ret = remove_section_mapping(start, start + size);
 174
 175         /* Ensure all vmalloc mappings are flushed in case they also
 176          * hit that section of memory
 177          */
 178         vm_unmap_aliases();
 179
 180         resize_hpt_for_hotplug(memblock_phys_mem_size());
 181
 182         return ret;
 183 }
 184 #endif
 185 #endif /* CONFIG_MEMORY_HOTPLUG */
 186
 187 /*
 188  * walk_memory_resource() needs to make sure there is no holes in a given
 189  * memory range.  PPC64 does not maintain the memory layout in /proc/iomem.
 190  * Instead it maintains it in memblock.memory structures.  Walk through the
 191  * memory regions, find holes and callback for contiguous regions.
 192  */
 193 int
 194 walk_system_ram_range(unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages,
 195                 void *arg, int (*func)(unsigned long, unsigned long, void *))
 196 {
 197         struct memblock_region *reg;
 198         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
 199         unsigned long tstart, tend;
 200         int ret = -1;
 201
 202         for_each_memblock(memory, reg) {
 203                 tstart = max(start_pfn, memblock_region_memory_base_pfn(reg));
 204                 tend = min(end_pfn, memblock_region_memory_end_pfn(reg));
 205                 if (tstart >= tend)
 206                         continue;
 207                 ret = (*func)(tstart, tend - tstart, arg);
 208                 if (ret)
 209                         break;
 210         }
 211         return ret;
 212 }
 213 EXPORT_SYMBOL_GPL(walk_system_ram_range);
 214
 215 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
 216 void __init initmem_init(void)
 217 {
 218         max_low_pfn = max_pfn = memblock_end_of_DRAM() >> PAGE_SHIFT;
 219         min_low_pfn = MEMORY_START >> PAGE_SHIFT;
 220 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 221         max_low_pfn = lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT;
 222 #endif
 223
 224         /* Place all memblock_regions in the same node and merge contiguous
 225          * memblock_regions
 226          */
 227         memblock_set_node(0, (phys_addr_t)ULLONG_MAX, &memblock.memory, 0);
 228
 229         /* XXX need to clip this if using highmem? */
 230         sparse_memory_present_with_active_regions(0);
 231         sparse_init();
 232 }
 233
 234 /* mark pages that don't exist as nosave */
 235 static int __init mark_nonram_nosave(void)
 236 {
 237         struct memblock_region *reg, *prev = NULL;
 238
 239         for_each_memblock(memory, reg) {
 240                 if (prev &&
 241                     memblock_region_memory_end_pfn(prev) < memblock_region_memory_base_pfn(reg))
 242                         register_nosave_region(memblock_region_memory_end_pfn(prev),
 243                                                memblock_region_memory_base_pfn(reg));
 244                 prev = reg;
 245         }
 246         return 0;
 247 }
 248 #else /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
 249 static int __init mark_nonram_nosave(void)
 250 {
 251         return 0;
 252 }
 253 #endif
 254
 255 static bool zone_limits_final;
 256
 257 /*
 258  * The memory zones past TOP_ZONE are managed by generic mm code.
 259  * These should be set to zero since that's what every other
 260  * architecture does.
 261  */
 262 static unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES] = {
 263         [0            ... TOP_ZONE        ] = ~0UL,
 264         [TOP_ZONE + 1 ... MAX_NR_ZONES - 1] = 0
 265 };
 266
 267 /*
 268  * Restrict the specified zone and all more restrictive zones
 269  * to be below the specified pfn.  May not be called after
 270  * paging_init().
 271  */
 272 void __init limit_zone_pfn(enum zone_type zone, unsigned long pfn_limit)
 273 {
 274         int i;
 275
 276         if (WARN_ON(zone_limits_final))
 277                 return;
 278
 279         for (i = zone; i >= 0; i--) {
 280                 if (max_zone_pfns[i] > pfn_limit)
 281                         max_zone_pfns[i] = pfn_limit;
 282         }
 283 }
 284
 285 /*
 286  * Find the least restrictive zone that is entirely below the
 287  * specified pfn limit.  Returns < 0 if no suitable zone is found.
 288  *
 289  * pfn_limit must be u64 because it can exceed 32 bits even on 32-bit
 290  * systems -- the DMA limit can be higher than any possible real pfn.
 291  */
 292 int dma_pfn_limit_to_zone(u64 pfn_limit)
 293 {
 294         int i;
 295
 296         for (i = TOP_ZONE; i >= 0; i--) {
 297                 if (max_zone_pfns[i] <= pfn_limit)
 298                         return i;
 299         }
 300
 301         return -EPERM;
 302 }
 303
 304 /*
 305  * paging_init() sets up the page tables - in fact we've already done this.
 306  */
 307 void __init paging_init(void)
 308 {
 309         unsigned long long total_ram = memblock_phys_mem_size();
 310         phys_addr_t top_of_ram = memblock_end_of_DRAM();
 311
 312 #ifdef CONFIG_PPC32
 313         unsigned long v = __fix_to_virt(__end_of_fixed_addresses - 1);
 314         unsigned long end = __fix_to_virt(FIX_HOLE);
 315
 316         for (; v < end; v += PAGE_SIZE)
 317                 map_kernel_page(v, 0, 0); /* XXX gross */
 318 #endif
 319
 320 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 321         map_kernel_page(PKMAP_BASE, 0, 0);      /* XXX gross */
 322         pkmap_page_table = virt_to_kpte(PKMAP_BASE);
 323
 324         kmap_pte = virt_to_kpte(__fix_to_virt(FIX_KMAP_BEGIN));
 325         kmap_prot = PAGE_KERNEL;
 326 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 327
 328         printk(KERN_DEBUG "Top of RAM: 0x%llx, Total RAM: 0x%llx\n",
 329                (unsigned long long)top_of_ram, total_ram);
 330         printk(KERN_DEBUG "Memory hole size: %ldMB\n",
 331                (long int)((top_of_ram - total_ram) >> 20));
 332
 333 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 334         limit_zone_pfn(ZONE_NORMAL, lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT);
 335 #endif
 336         limit_zone_pfn(TOP_ZONE, top_of_ram >> PAGE_SHIFT);
 337         zone_limits_final = true;
 338         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
 339
 340         mark_nonram_nosave();
 341 }
 342
 343 void __init mem_init(void)
 344 {
 345         /*
 346          * book3s is limited to 16 page sizes due to encoding this in
 347          * a 4-bit field for slices.
 348          */
 349         BUILD_BUG_ON(MMU_PAGE_COUNT > 16);
 350
 351 #ifdef CONFIG_SWIOTLB
 352         swiotlb_init(0);
 353 #endif
 354
 355         high_memory = (void *) __va(max_low_pfn * PAGE_SIZE);
 356         set_max_mapnr(max_pfn);
 357         free_all_bootmem();
 358
 359 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 360         {
 361                 unsigned long pfn, highmem_mapnr;
 362
 363                 highmem_mapnr = lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT;
 364                 for (pfn = highmem_mapnr; pfn < max_mapnr; ++pfn) {
 365                         phys_addr_t paddr = (phys_addr_t)pfn << PAGE_SHIFT;
 366                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
 367                         if (!memblock_is_reserved(paddr))
 368                                 free_highmem_page(page);
 369                 }
 370         }
 371 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 372
 373 #if defined(CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E) && !defined(CONFIG_SMP)
 374         /*
 375          * If smp is enabled, next_tlbcam_idx is initialized in the cpu up
 376          * functions.... do it here for the non-smp case.
 377          */
 378         per_cpu(next_tlbcam_idx, smp_processor_id()) =
 379                 (mfspr(SPRN_TLB1CFG) & TLBnCFG_N_ENTRY) - 1;
 380 #endif
 381
 382         mem_init_print_info(NULL);
 383 #ifdef CONFIG_PPC32
 384         pr_info("Kernel virtual memory layout:\n");
 385         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : fixmap\n", FIXADDR_START, FIXADDR_TOP);
 386 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 387         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : highmem PTEs\n",
 388                 PKMAP_BASE, PKMAP_ADDR(LAST_PKMAP));
 389 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 390 #ifdef CONFIG_NOT_COHERENT_CACHE
 391         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : consistent mem\n",
 392                 IOREMAP_TOP, IOREMAP_TOP + CONFIG_CONSISTENT_SIZE);
 393 #endif /* CONFIG_NOT_COHERENT_CACHE */
 394         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : early ioremap\n",
 395                 ioremap_bot, IOREMAP_TOP);
 396         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : vmalloc & ioremap\n",
 397                 VMALLOC_START, VMALLOC_END);
 398 #endif /* CONFIG_PPC32 */
 399 }
 400
 401 void free_initmem(void)
 402 {
 403         ppc_md.progress = ppc_printk_progress;
 404         mark_initmem_nx();
 405         free_initmem_default(POISON_FREE_INITMEM);
 406 }
 407
 408 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 409 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 410 {
 411         free_reserved_area((void *)start, (void *)end, -1, "initrd");
 412 }
 413 #endif
 414
 415 /*
 416  * This is called when a page has been modified by the kernel.
 417  * It just marks the page as not i-cache clean.  We do the i-cache
 418  * flush later when the page is given to a user process, if necessary.
 419  */
 420 void flush_dcache_page(struct page *page)
 421 {
 422         if (cpu_has_feature(CPU_FTR_COHERENT_ICACHE))
 423                 return;
 424         /* avoid an atomic op if possible */
 425         if (test_bit(PG_arch_1, &page->flags))
 426                 clear_bit(PG_arch_1, &page->flags);
 427 }
 428 EXPORT_SYMBOL(flush_dcache_page);
 429
 430 void flush_dcache_icache_page(struct page *page)
 431 {
 432 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 433         if (PageCompound(page)) {
 434                 flush_dcache_icache_hugepage(page);
 435                 return;
 436         }
 437 #endif
 438 #if defined(CONFIG_PPC_8xx) || defined(CONFIG_PPC64)
 439         /* On 8xx there is no need to kmap since highmem is not supported */
 440         __flush_dcache_icache(page_address(page));
 441 #else
 442         if (IS_ENABLED(CONFIG_BOOKE) || sizeof(phys_addr_t) > sizeof(void *)) {
 443                 void *start = kmap_atomic(page);
 444                 __flush_dcache_icache(start);
 445                 kunmap_atomic(start);
 446         } else {
 447                 __flush_dcache_icache_phys(page_to_pfn(page) << PAGE_SHIFT);
 448         }
 449 #endif
 450 }
 451 EXPORT_SYMBOL(flush_dcache_icache_page);
 452
 453 void clear_user_page(void *page, unsigned long vaddr, struct page *pg)
 454 {
 455         clear_page(page);
 456
 457         /*
 458          * We shouldn't have to do this, but some versions of glibc
 459          * require it (ld.so assumes zero filled pages are icache clean)
 460          * - Anton
 461          */
 462         flush_dcache_page(pg);
 463 }
 464 EXPORT_SYMBOL(clear_user_page);
 465
 466 void copy_user_page(void *vto, void *vfrom, unsigned long vaddr,
 467                     struct page *pg)
 468 {
 469         copy_page(vto, vfrom);
 470
 471         /*
 472          * We should be able to use the following optimisation, however
 473          * there are two problems.
 474          * Firstly a bug in some versions of binutils meant PLT sections
 475          * were not marked executable.
 476          * Secondly the first word in the GOT section is blrl, used
 477          * to establish the GOT address. Until recently the GOT was
 478          * not marked executable.
 479          * - Anton
 480          */
 481 #if 0
 482         if (!vma->vm_file && ((vma->vm_flags & VM_EXEC) == 0))
 483                 return;
 484 #endif
 485
 486         flush_dcache_page(pg);
 487 }
 488
 489 void flush_icache_user_range(struct vm_area_struct *vma, struct page *page,
 490                              unsigned long addr, int len)
 491 {
 492         unsigned long maddr;
 493
 494         maddr = (unsigned long) kmap(page) + (addr & ~PAGE_MASK);
 495         flush_icache_range(maddr, maddr + len);
 496         kunmap(page);
 497 }
 498 EXPORT_SYMBOL(flush_icache_user_range);
 499
 500 /*
 501  * This is called at the end of handling a user page fault, when the
 502  * fault has been handled by updating a PTE in the linux page tables.
 503  * We use it to preload an HPTE into the hash table corresponding to
 504  * the updated linux PTE.
 505  *
 506  * This must always be called with the pte lock held.
 507  */
 508 void update_mmu_cache(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
 509                       pte_t *ptep)
 510 {
 511 #ifdef CONFIG_PPC_STD_MMU
 512         /*
 513          * We don't need to worry about _PAGE_PRESENT here because we are
 514          * called with either mm->page_table_lock held or ptl lock held
 515          */
 516         unsigned long access, trap;
 517
 518         if (radix_enabled())
 519                 return;
 520
 521         /* We only want HPTEs for linux PTEs that have _PAGE_ACCESSED set */
 522         if (!pte_young(*ptep) || address >= TASK_SIZE)
 523                 return;
 524
 525         /* We try to figure out if we are coming from an instruction
 526          * access fault and pass that down to __hash_page so we avoid
 527          * double-faulting on execution of fresh text. We have to test
 528          * for regs NULL since init will get here first thing at boot
 529          *
 530          * We also avoid filling the hash if not coming from a fault
 531          */
 532
 533         trap = current->thread.regs ? TRAP(current->thread.regs) : 0UL;
 534         switch (trap) {
 535         case 0x300:
 536                 access = 0UL;
 537                 break;
 538         case 0x400:
 539                 access = _PAGE_EXEC;
 540                 break;
 541         default:
 542                 return;
 543         }
 544
 545         hash_preload(vma->vm_mm, address, access, trap);
 546 #endif /* CONFIG_PPC_STD_MMU */
 547 #if (defined(CONFIG_PPC_BOOK3E_64) || defined(CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E)) \
 548         && defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE)
 549         if (is_vm_hugetlb_page(vma))
 550                 book3e_hugetlb_preload(vma, address, *ptep);
 551 #endif
 552 }
 553
 554 /*
 555  * System memory should not be in /proc/iomem but various tools expect it
 556  * (eg kdump).
 557  */
 558 static int __init add_system_ram_resources(void)
 559 {
 560         struct memblock_region *reg;
 561
 562         for_each_memblock(memory, reg) {
 563                 struct resource *res;
 564                 unsigned long base = reg->base;
 565                 unsigned long size = reg->size;
 566
 567                 res = kzalloc(sizeof(struct resource), GFP_KERNEL);
 568                 WARN_ON(!res);
 569
 570                 if (res) {
 571                         res->name = "System RAM";
 572                         res->start = base;
 573                         res->end = base + size - 1;
 574                         res->flags = IORESOURCE_SYSTEM_RAM | IORESOURCE_BUSY;
 575                         WARN_ON(request_resource(&iomem_resource, res) < 0);
 576                 }
 577         }
 578
 579         return 0;
 580 }
 581 subsys_initcall(add_system_ram_resources);
 582
 583 #ifdef CONFIG_STRICT_DEVMEM
 584 /*
 585  * devmem_is_allowed(): check to see if /dev/mem access to a certain address
 586  * is valid. The argument is a physical page number.
 587  *
 588  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
 589  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
 590  */
 591 int devmem_is_allowed(unsigned long pfn)
 592 {
 593         if (page_is_rtas_user_buf(pfn))
 594                 return 1;
 595         if (iomem_is_exclusive(PFN_PHYS(pfn)))
 596                 return 0;
 597         if (!page_is_ram(pfn))
 598                 return 1;
 599         return 0;
 600 }
 601 #endif /* CONFIG_STRICT_DEVMEM */