arch/arm/mm/init.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  *  linux/arch/arm/mm/init.c
   4  *
   5  *  Copyright (C) 1995-2005 Russell King
   6  */
   7 #include <linux/kernel.h>
   8 #include <linux/errno.h>
   9 #include <linux/swap.h>
  10 #include <linux/init.h>
  11 #include <linux/mman.h>
  12 #include <linux/sched/signal.h>
  13 #include <linux/sched/task.h>
  14 #include <linux/export.h>
  15 #include <linux/nodemask.h>
  16 #include <linux/initrd.h>
  17 #include <linux/of_fdt.h>
  18 #include <linux/highmem.h>
  19 #include <linux/gfp.h>
  20 #include <linux/memblock.h>
  21 #include <linux/dma-contiguous.h>
  22 #include <linux/sizes.h>
  23 #include <linux/stop_machine.h>
  24 #include <linux/swiotlb.h>
  25
  26 #include <asm/cp15.h>
  27 #include <asm/mach-types.h>
  28 #include <asm/memblock.h>
  29 #include <asm/memory.h>
  30 #include <asm/prom.h>
  31 #include <asm/sections.h>
  32 #include <asm/setup.h>
  33 #include <asm/set_memory.h>
  34 #include <asm/system_info.h>
  35 #include <asm/tlb.h>
  36 #include <asm/fixmap.h>
  37 #include <asm/ptdump.h>
  38
  39 #include <asm/mach/arch.h>
  40 #include <asm/mach/map.h>
  41
  42 #include "mm.h"
  43
  44 #ifdef CONFIG_CPU_CP15_MMU
  45 unsigned long __init __clear_cr(unsigned long mask)
  46 {
  47         cr_alignment = cr_alignment & ~mask;
  48         return cr_alignment;
  49 }
  50 #endif
  51
  52 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
  53 static int __init parse_tag_initrd(const struct tag *tag)
  54 {
  55         pr_warn("ATAG_INITRD is deprecated; "
  56                 "please update your bootloader.\n");
  57         phys_initrd_start = __virt_to_phys(tag->u.initrd.start);
  58         phys_initrd_size = tag->u.initrd.size;
  59         return 0;
  60 }
  61
  62 __tagtable(ATAG_INITRD, parse_tag_initrd);
  63
  64 static int __init parse_tag_initrd2(const struct tag *tag)
  65 {
  66         phys_initrd_start = tag->u.initrd.start;
  67         phys_initrd_size = tag->u.initrd.size;
  68         return 0;
  69 }
  70
  71 __tagtable(ATAG_INITRD2, parse_tag_initrd2);
  72 #endif
  73
  74 static void __init find_limits(unsigned long *min, unsigned long *max_low,
  75                                unsigned long *max_high)
  76 {
  77         *max_low = PFN_DOWN(memblock_get_current_limit());
  78         *min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
  79         *max_high = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
  80 }
  81
  82 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
  83
  84 phys_addr_t arm_dma_zone_size __read_mostly;
  85 EXPORT_SYMBOL(arm_dma_zone_size);
  86
  87 /*
  88  * The DMA mask corresponding to the maximum bus address allocatable
  89  * using GFP_DMA.  The default here places no restriction on DMA
  90  * allocations.  This must be the smallest DMA mask in the system,
  91  * so a successful GFP_DMA allocation will always satisfy this.
  92  */
  93 phys_addr_t arm_dma_limit;
  94 unsigned long arm_dma_pfn_limit;
  95 #endif
  96
  97 void __init setup_dma_zone(const struct machine_desc *mdesc)
  98 {
  99 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 100         if (mdesc->dma_zone_size) {
 101                 arm_dma_zone_size = mdesc->dma_zone_size;
 102                 arm_dma_limit = PHYS_OFFSET + arm_dma_zone_size - 1;
 103         } else
 104                 arm_dma_limit = 0xffffffff;
 105         arm_dma_pfn_limit = arm_dma_limit >> PAGE_SHIFT;
 106 #endif
 107 }
 108
 109 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max_low,
 110         unsigned long max_high)
 111 {
 112         unsigned long max_zone_pfn[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
 113
 114 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 115         max_zone_pfn[ZONE_DMA] = min(arm_dma_pfn_limit, max_low);
 116 #endif
 117         max_zone_pfn[ZONE_NORMAL] = max_low;
 118 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 119         max_zone_pfn[ZONE_HIGHMEM] = max_high;
 120 #endif
 121         free_area_init(max_zone_pfn);
 122 }
 123
 124 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_PFN_VALID
 125 int pfn_valid(unsigned long pfn)
 126 {
 127         phys_addr_t addr = __pfn_to_phys(pfn);
 128
 129         if (__phys_to_pfn(addr) != pfn)
 130                 return 0;
 131
 132         return memblock_is_map_memory(addr);
 133 }
 134 EXPORT_SYMBOL(pfn_valid);
 135 #endif
 136
 137 static bool arm_memblock_steal_permitted = true;
 138
 139 phys_addr_t __init arm_memblock_steal(phys_addr_t size, phys_addr_t align)
 140 {
 141         phys_addr_t phys;
 142
 143         BUG_ON(!arm_memblock_steal_permitted);
 144
 145         phys = memblock_phys_alloc(size, align);
 146         if (!phys)
 147                 panic("Failed to steal %pa bytes at %pS\n",
 148                       &size, (void *)_RET_IP_);
 149
 150         memblock_free(phys, size);
 151         memblock_remove(phys, size);
 152
 153         return phys;
 154 }
 155
 156 static void __init arm_initrd_init(void)
 157 {
 158 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 159         phys_addr_t start;
 160         unsigned long size;
 161
 162         initrd_start = initrd_end = 0;
 163
 164         if (!phys_initrd_size)
 165                 return;
 166
 167         /*
 168          * Round the memory region to page boundaries as per free_initrd_mem()
 169          * This allows us to detect whether the pages overlapping the initrd
 170          * are in use, but more importantly, reserves the entire set of pages
 171          * as we don't want these pages allocated for other purposes.
 172          */
 173         start = round_down(phys_initrd_start, PAGE_SIZE);
 174         size = phys_initrd_size + (phys_initrd_start - start);
 175         size = round_up(size, PAGE_SIZE);
 176
 177         if (!memblock_is_region_memory(start, size)) {
 178                 pr_err("INITRD: 0x%08llx+0x%08lx is not a memory region - disabling initrd\n",
 179                        (u64)start, size);
 180                 return;
 181         }
 182
 183         if (memblock_is_region_reserved(start, size)) {
 184                 pr_err("INITRD: 0x%08llx+0x%08lx overlaps in-use memory region - disabling initrd\n",
 185                        (u64)start, size);
 186                 return;
 187         }
 188
 189         memblock_reserve(start, size);
 190
 191         /* Now convert initrd to virtual addresses */
 192         initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
 193         initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
 194 #endif
 195 }
 196
 197 #ifdef CONFIG_CPU_ICACHE_MISMATCH_WORKAROUND
 198 void check_cpu_icache_size(int cpuid)
 199 {
 200         u32 size, ctr;
 201
 202         asm("mrc p15, 0, %0, c0, c0, 1" : "=r" (ctr));
 203
 204         size = 1 << ((ctr & 0xf) + 2);
 205         if (cpuid != 0 && icache_size != size)
 206                 pr_info("CPU%u: detected I-Cache line size mismatch, workaround enabled\n",
 207                         cpuid);
 208         if (icache_size > size)
 209                 icache_size = size;
 210 }
 211 #endif
 212
 213 void __init arm_memblock_init(const struct machine_desc *mdesc)
 214 {
 215         /* Register the kernel text, kernel data and initrd with memblock. */
 216         memblock_reserve(__pa(KERNEL_START), KERNEL_END - KERNEL_START);
 217
 218         arm_initrd_init();
 219
 220         arm_mm_memblock_reserve();
 221
 222         /* reserve any platform specific memblock areas */
 223         if (mdesc->reserve)
 224                 mdesc->reserve();
 225
 226         early_init_fdt_reserve_self();
 227         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 228
 229         /* reserve memory for DMA contiguous allocations */
 230         dma_contiguous_reserve(arm_dma_limit);
 231
 232         arm_memblock_steal_permitted = false;
 233         memblock_dump_all();
 234 }
 235
 236 void __init bootmem_init(void)
 237 {
 238         memblock_allow_resize();
 239
 240         find_limits(&min_low_pfn, &max_low_pfn, &max_pfn);
 241
 242         early_memtest((phys_addr_t)min_low_pfn << PAGE_SHIFT,
 243                       (phys_addr_t)max_low_pfn << PAGE_SHIFT);
 244
 245         /*
 246          * Sparsemem tries to allocate bootmem in memory_present(),
 247          * so must be done after the fixed reservations
 248          */
 249         memblocks_present();
 250
 251         /*
 252          * sparse_init() needs the bootmem allocator up and running.
 253          */
 254         sparse_init();
 255
 256         /*
 257          * Now free the memory - free_area_init needs
 258          * the sparse mem_map arrays initialized by sparse_init()
 259          * for memmap_init_zone(), otherwise all PFNs are invalid.
 260          */
 261         zone_sizes_init(min_low_pfn, max_low_pfn, max_pfn);
 262 }
 263
 264 /*
 265  * Poison init memory with an undefined instruction (ARM) or a branch to an
 266  * undefined instruction (Thumb).
 267  */
 268 static inline void poison_init_mem(void *s, size_t count)
 269 {
 270         u32 *p = (u32 *)s;
 271         for (; count != 0; count -= 4)
 272                 *p++ = 0xe7fddef0;
 273 }
 274
 275 static inline void __init
 276 free_memmap(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 277 {
 278         struct page *start_pg, *end_pg;
 279         phys_addr_t pg, pgend;
 280
 281         /*
 282          * Convert start_pfn/end_pfn to a struct page pointer.
 283          */
 284         start_pg = pfn_to_page(start_pfn - 1) + 1;
 285         end_pg = pfn_to_page(end_pfn - 1) + 1;
 286
 287         /*
 288          * Convert to physical addresses, and
 289          * round start upwards and end downwards.
 290          */
 291         pg = PAGE_ALIGN(__pa(start_pg));
 292         pgend = __pa(end_pg) & PAGE_MASK;
 293
 294         /*
 295          * If there are free pages between these,
 296          * free the section of the memmap array.
 297          */
 298         if (pg < pgend)
 299                 memblock_free_early(pg, pgend - pg);
 300 }
 301
 302 /*
 303  * The mem_map array can get very big.  Free the unused area of the memory map.
 304  */
 305 static void __init free_unused_memmap(void)
 306 {
 307         unsigned long start, prev_end = 0;
 308         struct memblock_region *reg;
 309
 310         /*
 311          * This relies on each bank being in address order.
 312          * The banks are sorted previously in bootmem_init().
 313          */
 314         for_each_memblock(memory, reg) {
 315                 start = memblock_region_memory_base_pfn(reg);
 316
 317 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 318                 /*
 319                  * Take care not to free memmap entries that don't exist
 320                  * due to SPARSEMEM sections which aren't present.
 321                  */
 322                 start = min(start,
 323                                  ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
 324 #else
 325                 /*
 326                  * Align down here since the VM subsystem insists that the
 327                  * memmap entries are valid from the bank start aligned to
 328                  * MAX_ORDER_NR_PAGES.
 329                  */
 330                 start = round_down(start, MAX_ORDER_NR_PAGES);
 331 #endif
 332                 /*
 333                  * If we had a previous bank, and there is a space
 334                  * between the current bank and the previous, free it.
 335                  */
 336                 if (prev_end && prev_end < start)
 337                         free_memmap(prev_end, start);
 338
 339                 /*
 340                  * Align up here since the VM subsystem insists that the
 341                  * memmap entries are valid from the bank end aligned to
 342                  * MAX_ORDER_NR_PAGES.
 343                  */
 344                 prev_end = ALIGN(memblock_region_memory_end_pfn(reg),
 345                                  MAX_ORDER_NR_PAGES);
 346         }
 347
 348 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 349         if (!IS_ALIGNED(prev_end, PAGES_PER_SECTION))
 350                 free_memmap(prev_end,
 351                             ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
 352 #endif
 353 }
 354
 355 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 356 static inline void free_area_high(unsigned long pfn, unsigned long end)
 357 {
 358         for (; pfn < end; pfn++)
 359                 free_highmem_page(pfn_to_page(pfn));
 360 }
 361 #endif
 362
 363 static void __init free_highpages(void)
 364 {
 365 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 366         unsigned long max_low = max_low_pfn;
 367         struct memblock_region *mem, *res;
 368
 369         /* set highmem page free */
 370         for_each_memblock(memory, mem) {
 371                 unsigned long start = memblock_region_memory_base_pfn(mem);
 372                 unsigned long end = memblock_region_memory_end_pfn(mem);
 373
 374                 /* Ignore complete lowmem entries */
 375                 if (end <= max_low)
 376                         continue;
 377
 378                 if (memblock_is_nomap(mem))
 379                         continue;
 380
 381                 /* Truncate partial highmem entries */
 382                 if (start < max_low)
 383                         start = max_low;
 384
 385                 /* Find and exclude any reserved regions */
 386                 for_each_memblock(reserved, res) {
 387                         unsigned long res_start, res_end;
 388
 389                         res_start = memblock_region_reserved_base_pfn(res);
 390                         res_end = memblock_region_reserved_end_pfn(res);
 391
 392                         if (res_end < start)
 393                                 continue;
 394                         if (res_start < start)
 395                                 res_start = start;
 396                         if (res_start > end)
 397                                 res_start = end;
 398                         if (res_end > end)
 399                                 res_end = end;
 400                         if (res_start != start)
 401                                 free_area_high(start, res_start);
 402                         start = res_end;
 403                         if (start == end)
 404                                 break;
 405                 }
 406
 407                 /* And now free anything which remains */
 408                 if (start < end)
 409                         free_area_high(start, end);
 410         }
 411 #endif
 412 }
 413
 414 /*
 415  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much
 416  * memory is free.  This is done after various parts of the system have
 417  * claimed their memory after the kernel image.
 418  */
 419 void __init mem_init(void)
 420 {
 421 #ifdef CONFIG_ARM_LPAE
 422         swiotlb_init(1);
 423 #endif
 424
 425         set_max_mapnr(pfn_to_page(max_pfn) - mem_map);
 426
 427         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 428         free_unused_memmap();
 429         memblock_free_all();
 430
 431 #ifdef CONFIG_SA1111
 432         /* now that our DMA memory is actually so designated, we can free it */
 433         free_reserved_area(__va(PHYS_OFFSET), swapper_pg_dir, -1, NULL);
 434 #endif
 435
 436         free_highpages();
 437
 438         mem_init_print_info(NULL);
 439
 440         /*
 441          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can
 442          * be detected at build time already.
 443          */
 444 #ifdef CONFIG_MMU
 445         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE                          > MODULES_VADDR);
 446         BUG_ON(TASK_SIZE                                > MODULES_VADDR);
 447 #endif
 448
 449 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 450         BUILD_BUG_ON(PKMAP_BASE + LAST_PKMAP * PAGE_SIZE > PAGE_OFFSET);
 451         BUG_ON(PKMAP_BASE + LAST_PKMAP * PAGE_SIZE      > PAGE_OFFSET);
 452 #endif
 453 }
 454
 455 #ifdef CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX
 456 struct section_perm {
 457         const char *name;
 458         unsigned long start;
 459         unsigned long end;
 460         pmdval_t mask;
 461         pmdval_t prot;
 462         pmdval_t clear;
 463 };
 464
 465 /* First section-aligned location at or after __start_rodata. */
 466 extern char __start_rodata_section_aligned[];
 467
 468 static struct section_perm nx_perms[] = {
 469         /* Make pages tables, etc before _stext RW (set NX). */
 470         {
 471                 .name   = "pre-text NX",
 472                 .start  = PAGE_OFFSET,
 473                 .end    = (unsigned long)_stext,
 474                 .mask   = ~PMD_SECT_XN,
 475                 .prot   = PMD_SECT_XN,
 476         },
 477         /* Make init RW (set NX). */
 478         {
 479                 .name   = "init NX",
 480                 .start  = (unsigned long)__init_begin,
 481                 .end    = (unsigned long)_sdata,
 482                 .mask   = ~PMD_SECT_XN,
 483                 .prot   = PMD_SECT_XN,
 484         },
 485         /* Make rodata NX (set RO in ro_perms below). */
 486         {
 487                 .name   = "rodata NX",
 488                 .start  = (unsigned long)__start_rodata_section_aligned,
 489                 .end    = (unsigned long)__init_begin,
 490                 .mask   = ~PMD_SECT_XN,
 491                 .prot   = PMD_SECT_XN,
 492         },
 493 };
 494
 495 static struct section_perm ro_perms[] = {
 496         /* Make kernel code and rodata RX (set RO). */
 497         {
 498                 .name   = "text/rodata RO",
 499                 .start  = (unsigned long)_stext,
 500                 .end    = (unsigned long)__init_begin,
 501 #ifdef CONFIG_ARM_LPAE
 502                 .mask   = ~(L_PMD_SECT_RDONLY | PMD_SECT_AP2),
 503                 .prot   = L_PMD_SECT_RDONLY | PMD_SECT_AP2,
 504 #else
 505                 .mask   = ~(PMD_SECT_APX | PMD_SECT_AP_WRITE),
 506                 .prot   = PMD_SECT_APX | PMD_SECT_AP_WRITE,
 507                 .clear  = PMD_SECT_AP_WRITE,
 508 #endif
 509         },
 510 };
 511
 512 /*
 513  * Updates section permissions only for the current mm (sections are
 514  * copied into each mm). During startup, this is the init_mm. Is only
 515  * safe to be called with preemption disabled, as under stop_machine().
 516  */
 517 static inline void section_update(unsigned long addr, pmdval_t mask,
 518                                   pmdval_t prot, struct mm_struct *mm)
 519 {
 520         pmd_t *pmd;
 521
 522         pmd = pmd_offset(pud_offset(p4d_offset(pgd_offset(mm, addr), addr), addr), addr);
 523
 524 #ifdef CONFIG_ARM_LPAE
 525         pmd[0] = __pmd((pmd_val(pmd[0]) & mask) | prot);
 526 #else
 527         if (addr & SECTION_SIZE)
 528                 pmd[1] = __pmd((pmd_val(pmd[1]) & mask) | prot);
 529         else
 530                 pmd[0] = __pmd((pmd_val(pmd[0]) & mask) | prot);
 531 #endif
 532         flush_pmd_entry(pmd);
 533         local_flush_tlb_kernel_range(addr, addr + SECTION_SIZE);
 534 }
 535
 536 /* Make sure extended page tables are in use. */
 537 static inline bool arch_has_strict_perms(void)
 538 {
 539         if (cpu_architecture() < CPU_ARCH_ARMv6)
 540                 return false;
 541
 542         return !!(get_cr() & CR_XP);
 543 }
 544
 545 static void set_section_perms(struct section_perm *perms, int n, bool set,
 546                               struct mm_struct *mm)
 547 {
 548         size_t i;
 549         unsigned long addr;
 550
 551         if (!arch_has_strict_perms())
 552                 return;
 553
 554         for (i = 0; i < n; i++) {
 555                 if (!IS_ALIGNED(perms[i].start, SECTION_SIZE) ||
 556                     !IS_ALIGNED(perms[i].end, SECTION_SIZE)) {
 557                         pr_err("BUG: %s section %lx-%lx not aligned to %lx\n",
 558                                 perms[i].name, perms[i].start, perms[i].end,
 559                                 SECTION_SIZE);
 560                         continue;
 561                 }
 562
 563                 for (addr = perms[i].start;
 564                      addr < perms[i].end;
 565                      addr += SECTION_SIZE)
 566                         section_update(addr, perms[i].mask,
 567                                 set ? perms[i].prot : perms[i].clear, mm);
 568         }
 569
 570 }
 571
 572 /**
 573  * update_sections_early intended to be called only through stop_machine
 574  * framework and executed by only one CPU while all other CPUs will spin and
 575  * wait, so no locking is required in this function.
 576  */
 577 static void update_sections_early(struct section_perm perms[], int n)
 578 {
 579         struct task_struct *t, *s;
 580
 581         for_each_process(t) {
 582                 if (t->flags & PF_KTHREAD)
 583                         continue;
 584                 for_each_thread(t, s)
 585                         if (s->mm)
 586                                 set_section_perms(perms, n, true, s->mm);
 587         }
 588         set_section_perms(perms, n, true, current->active_mm);
 589         set_section_perms(perms, n, true, &init_mm);
 590 }
 591
 592 static int __fix_kernmem_perms(void *unused)
 593 {
 594         update_sections_early(nx_perms, ARRAY_SIZE(nx_perms));
 595         return 0;
 596 }
 597
 598 static void fix_kernmem_perms(void)
 599 {
 600         stop_machine(__fix_kernmem_perms, NULL, NULL);
 601 }
 602
 603 static int __mark_rodata_ro(void *unused)
 604 {
 605         update_sections_early(ro_perms, ARRAY_SIZE(ro_perms));
 606         return 0;
 607 }
 608
 609 static int kernel_set_to_readonly __read_mostly;
 610
 611 void mark_rodata_ro(void)
 612 {
 613         kernel_set_to_readonly = 1;
 614         stop_machine(__mark_rodata_ro, NULL, NULL);
 615         debug_checkwx();
 616 }
 617
 618 void set_kernel_text_rw(void)
 619 {
 620         if (!kernel_set_to_readonly)
 621                 return;
 622
 623         set_section_perms(ro_perms, ARRAY_SIZE(ro_perms), false,
 624                                 current->active_mm);
 625 }
 626
 627 void set_kernel_text_ro(void)
 628 {
 629         if (!kernel_set_to_readonly)
 630                 return;
 631
 632         set_section_perms(ro_perms, ARRAY_SIZE(ro_perms), true,
 633                                 current->active_mm);
 634 }
 635
 636 #else
 637 static inline void fix_kernmem_perms(void) { }
 638 #endif /* CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX */
 639
 640 void free_initmem(void)
 641 {
 642         fix_kernmem_perms();
 643
 644         poison_init_mem(__init_begin, __init_end - __init_begin);
 645         if (!machine_is_integrator() && !machine_is_cintegrator())
 646                 free_initmem_default(-1);
 647 }
 648
 649 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 650 void free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 651 {
 652         if (start == initrd_start)
 653                 start = round_down(start, PAGE_SIZE);
 654         if (end == initrd_end)
 655                 end = round_up(end, PAGE_SIZE);
 656
 657         poison_init_mem((void *)start, PAGE_ALIGN(end) - start);
 658         free_reserved_area((void *)start, (void *)end, -1, "initrd");
 659 }
 660 #endif