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 EXPORT_SYMBOL(kmap_pte);
  70 pgprot_t kmap_prot;
  71 EXPORT_SYMBOL(kmap_prot);
  72
  73 static inline pte_t *virt_to_kpte(unsigned long vaddr)
  74 {
  75         return pte_offset_kernel(pmd_offset(pud_offset(pgd_offset_k(vaddr),
  76                         vaddr), vaddr), vaddr);
  77 }
  78 #endif
  79
  80 int page_is_ram(unsigned long pfn)
  81 {
  82 #ifndef CONFIG_PPC64    /* XXX for now */
  83         return pfn < max_pfn;
  84 #else
  85         unsigned long paddr = (pfn << PAGE_SHIFT);
  86         struct memblock_region *reg;
  87
  88         for_each_memblock(memory, reg)
  89                 if (paddr >= reg->base && paddr < (reg->base + reg->size))
  90                         return 1;
  91         return 0;
  92 #endif
  93 }
  94
  95 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
  96                               unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
  97 {
  98         if (ppc_md.phys_mem_access_prot)
  99                 return ppc_md.phys_mem_access_prot(file, pfn, size, vma_prot);
 100
 101         if (!page_is_ram(pfn))
 102                 vma_prot = pgprot_noncached(vma_prot);
 103
 104         return vma_prot;
 105 }
 106 EXPORT_SYMBOL(phys_mem_access_prot);
 107
 108 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
 109
 110 #ifdef CONFIG_NUMA
 111 int memory_add_physaddr_to_nid(u64 start)
 112 {
 113         return hot_add_scn_to_nid(start);
 114 }
 115 #endif
 116
 117 int arch_add_memory(int nid, u64 start, u64 size)
 118 {
 119         struct pglist_data *pgdata;
 120         struct zone *zone;
 121         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
 122         unsigned long nr_pages = size >> PAGE_SHIFT;
 123
 124         pgdata = NODE_DATA(nid);
 125
 126         start = (unsigned long)__va(start);
 127         if (create_section_mapping(start, start + size))
 128                 return -EINVAL;
 129
 130         /* this should work for most non-highmem platforms */
 131         zone = pgdata->node_zones;
 132
 133         return __add_pages(nid, zone, start_pfn, nr_pages);
 134 }
 135
 136 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
 137 int arch_remove_memory(u64 start, u64 size)
 138 {
 139         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
 140         unsigned long nr_pages = size >> PAGE_SHIFT;
 141         struct zone *zone;
 142         int ret;
 143
 144         zone = page_zone(pfn_to_page(start_pfn));
 145         ret = __remove_pages(zone, start_pfn, nr_pages);
 146         if (!ret && (ppc_md.remove_memory))
 147                 ret = ppc_md.remove_memory(start, size);
 148
 149         return ret;
 150 }
 151 #endif
 152 #endif /* CONFIG_MEMORY_HOTPLUG */
 153
 154 /*
 155  * walk_memory_resource() needs to make sure there is no holes in a given
 156  * memory range.  PPC64 does not maintain the memory layout in /proc/iomem.
 157  * Instead it maintains it in memblock.memory structures.  Walk through the
 158  * memory regions, find holes and callback for contiguous regions.
 159  */
 160 int
 161 walk_system_ram_range(unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages,
 162                 void *arg, int (*func)(unsigned long, unsigned long, void *))
 163 {
 164         struct memblock_region *reg;
 165         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
 166         unsigned long tstart, tend;
 167         int ret = -1;
 168
 169         for_each_memblock(memory, reg) {
 170                 tstart = max(start_pfn, memblock_region_memory_base_pfn(reg));
 171                 tend = min(end_pfn, memblock_region_memory_end_pfn(reg));
 172                 if (tstart >= tend)
 173                         continue;
 174                 ret = (*func)(tstart, tend - tstart, arg);
 175                 if (ret)
 176                         break;
 177         }
 178         return ret;
 179 }
 180 EXPORT_SYMBOL_GPL(walk_system_ram_range);
 181
 182 /*
 183  * Initialize the bootmem system and give it all the memory we
 184  * have available.  If we are using highmem, we only put the
 185  * lowmem into the bootmem system.
 186  */
 187 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
 188 void __init do_init_bootmem(void)
 189 {
 190         unsigned long start, bootmap_pages;
 191         unsigned long total_pages;
 192         struct memblock_region *reg;
 193         int boot_mapsize;
 194
 195         max_low_pfn = max_pfn = memblock_end_of_DRAM() >> PAGE_SHIFT;
 196         total_pages = (memblock_end_of_DRAM() - memstart_addr) >> PAGE_SHIFT;
 197 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 198         total_pages = total_lowmem >> PAGE_SHIFT;
 199         max_low_pfn = lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT;
 200 #endif
 201
 202         /*
 203          * Find an area to use for the bootmem bitmap.  Calculate the size of
 204          * bitmap required as (Total Memory) / PAGE_SIZE / BITS_PER_BYTE.
 205          * Add 1 additional page in case the address isn't page-aligned.
 206          */
 207         bootmap_pages = bootmem_bootmap_pages(total_pages);
 208
 209         start = memblock_alloc(bootmap_pages << PAGE_SHIFT, PAGE_SIZE);
 210
 211         min_low_pfn = MEMORY_START >> PAGE_SHIFT;
 212         boot_mapsize = init_bootmem_node(NODE_DATA(0), start >> PAGE_SHIFT, min_low_pfn, max_low_pfn);
 213
 214         /* Place all memblock_regions in the same node and merge contiguous
 215          * memblock_regions
 216          */
 217         memblock_set_node(0, (phys_addr_t)ULLONG_MAX, &memblock.memory, 0);
 218
 219         /* Add all physical memory to the bootmem map, mark each area
 220          * present.
 221          */
 222 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 223         free_bootmem_with_active_regions(0, lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT);
 224
 225         /* reserve the sections we're already using */
 226         for_each_memblock(reserved, reg) {
 227                 unsigned long top = reg->base + reg->size - 1;
 228                 if (top < lowmem_end_addr)
 229                         reserve_bootmem(reg->base, reg->size, BOOTMEM_DEFAULT);
 230                 else if (reg->base < lowmem_end_addr) {
 231                         unsigned long trunc_size = lowmem_end_addr - reg->base;
 232                         reserve_bootmem(reg->base, trunc_size, BOOTMEM_DEFAULT);
 233                 }
 234         }
 235 #else
 236         free_bootmem_with_active_regions(0, max_pfn);
 237
 238         /* reserve the sections we're already using */
 239         for_each_memblock(reserved, reg)
 240                 reserve_bootmem(reg->base, reg->size, BOOTMEM_DEFAULT);
 241 #endif
 242         /* XXX need to clip this if using highmem? */
 243         sparse_memory_present_with_active_regions(0);
 244
 245         init_bootmem_done = 1;
 246 }
 247
 248 /* mark pages that don't exist as nosave */
 249 static int __init mark_nonram_nosave(void)
 250 {
 251         struct memblock_region *reg, *prev = NULL;
 252
 253         for_each_memblock(memory, reg) {
 254                 if (prev &&
 255                     memblock_region_memory_end_pfn(prev) < memblock_region_memory_base_pfn(reg))
 256                         register_nosave_region(memblock_region_memory_end_pfn(prev),
 257                                                memblock_region_memory_base_pfn(reg));
 258                 prev = reg;
 259         }
 260         return 0;
 261 }
 262 #else /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
 263 static int __init mark_nonram_nosave(void)
 264 {
 265         return 0;
 266 }
 267 #endif
 268
 269 static bool zone_limits_final;
 270
 271 static unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES] = {
 272         [0 ... MAX_NR_ZONES - 1] = ~0UL
 273 };
 274
 275 /*
 276  * Restrict the specified zone and all more restrictive zones
 277  * to be below the specified pfn.  May not be called after
 278  * paging_init().
 279  */
 280 void __init limit_zone_pfn(enum zone_type zone, unsigned long pfn_limit)
 281 {
 282         int i;
 283
 284         if (WARN_ON(zone_limits_final))
 285                 return;
 286
 287         for (i = zone; i >= 0; i--) {
 288                 if (max_zone_pfns[i] > pfn_limit)
 289                         max_zone_pfns[i] = pfn_limit;
 290         }
 291 }
 292
 293 /*
 294  * Find the least restrictive zone that is entirely below the
 295  * specified pfn limit.  Returns < 0 if no suitable zone is found.
 296  *
 297  * pfn_limit must be u64 because it can exceed 32 bits even on 32-bit
 298  * systems -- the DMA limit can be higher than any possible real pfn.
 299  */
 300 int dma_pfn_limit_to_zone(u64 pfn_limit)
 301 {
 302         enum zone_type top_zone = ZONE_NORMAL;
 303         int i;
 304
 305 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 306         top_zone = ZONE_HIGHMEM;
 307 #endif
 308
 309         for (i = top_zone; i >= 0; i--) {
 310                 if (max_zone_pfns[i] <= pfn_limit)
 311                         return i;
 312         }
 313
 314         return -EPERM;
 315 }
 316
 317 /*
 318  * paging_init() sets up the page tables - in fact we've already done this.
 319  */
 320 void __init paging_init(void)
 321 {
 322         unsigned long long total_ram = memblock_phys_mem_size();
 323         phys_addr_t top_of_ram = memblock_end_of_DRAM();
 324         enum zone_type top_zone;
 325
 326 #ifdef CONFIG_PPC32
 327         unsigned long v = __fix_to_virt(__end_of_fixed_addresses - 1);
 328         unsigned long end = __fix_to_virt(FIX_HOLE);
 329
 330         for (; v < end; v += PAGE_SIZE)
 331                 map_page(v, 0, 0); /* XXX gross */
 332 #endif
 333
 334 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 335         map_page(PKMAP_BASE, 0, 0);     /* XXX gross */
 336         pkmap_page_table = virt_to_kpte(PKMAP_BASE);
 337
 338         kmap_pte = virt_to_kpte(__fix_to_virt(FIX_KMAP_BEGIN));
 339         kmap_prot = PAGE_KERNEL;
 340 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 341
 342         printk(KERN_DEBUG "Top of RAM: 0x%llx, Total RAM: 0x%llx\n",
 343                (unsigned long long)top_of_ram, total_ram);
 344         printk(KERN_DEBUG "Memory hole size: %ldMB\n",
 345                (long int)((top_of_ram - total_ram) >> 20));
 346
 347 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 348         top_zone = ZONE_HIGHMEM;
 349         limit_zone_pfn(ZONE_NORMAL, lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT);
 350 #else
 351         top_zone = ZONE_NORMAL;
 352 #endif
 353
 354         limit_zone_pfn(top_zone, top_of_ram >> PAGE_SHIFT);
 355         zone_limits_final = true;
 356         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
 357
 358         mark_nonram_nosave();
 359 }
 360
 361 static void __init register_page_bootmem_info(void)
 362 {
 363         int i;
 364
 365         for_each_online_node(i)
 366                 register_page_bootmem_info_node(NODE_DATA(i));
 367 }
 368
 369 void __init mem_init(void)
 370 {
 371         /*
 372          * book3s is limited to 16 page sizes due to encoding this in
 373          * a 4-bit field for slices.
 374          */
 375         BUILD_BUG_ON(MMU_PAGE_COUNT > 16);
 376
 377 #ifdef CONFIG_SWIOTLB
 378         swiotlb_init(0);
 379 #endif
 380
 381         register_page_bootmem_info();
 382         high_memory = (void *) __va(max_low_pfn * PAGE_SIZE);
 383         set_max_mapnr(max_pfn);
 384         free_all_bootmem();
 385
 386 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 387         {
 388                 unsigned long pfn, highmem_mapnr;
 389
 390                 highmem_mapnr = lowmem_end_addr >> PAGE_SHIFT;
 391                 for (pfn = highmem_mapnr; pfn < max_mapnr; ++pfn) {
 392                         phys_addr_t paddr = (phys_addr_t)pfn << PAGE_SHIFT;
 393                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
 394                         if (!memblock_is_reserved(paddr))
 395                                 free_highmem_page(page);
 396                 }
 397         }
 398 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 399
 400 #if defined(CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E) && !defined(CONFIG_SMP)
 401         /*
 402          * If smp is enabled, next_tlbcam_idx is initialized in the cpu up
 403          * functions.... do it here for the non-smp case.
 404          */
 405         per_cpu(next_tlbcam_idx, smp_processor_id()) =
 406                 (mfspr(SPRN_TLB1CFG) & TLBnCFG_N_ENTRY) - 1;
 407 #endif
 408
 409         mem_init_print_info(NULL);
 410 #ifdef CONFIG_PPC32
 411         pr_info("Kernel virtual memory layout:\n");
 412         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : fixmap\n", FIXADDR_START, FIXADDR_TOP);
 413 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 414         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : highmem PTEs\n",
 415                 PKMAP_BASE, PKMAP_ADDR(LAST_PKMAP));
 416 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 417 #ifdef CONFIG_NOT_COHERENT_CACHE
 418         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : consistent mem\n",
 419                 IOREMAP_TOP, IOREMAP_TOP + CONFIG_CONSISTENT_SIZE);
 420 #endif /* CONFIG_NOT_COHERENT_CACHE */
 421         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : early ioremap\n",
 422                 ioremap_bot, IOREMAP_TOP);
 423         pr_info("  * 0x%08lx..0x%08lx  : vmalloc & ioremap\n",
 424                 VMALLOC_START, VMALLOC_END);
 425 #endif /* CONFIG_PPC32 */
 426
 427         mem_init_done = 1;
 428 }
 429
 430 void free_initmem(void)
 431 {
 432         ppc_md.progress = ppc_printk_progress;
 433         free_initmem_default(POISON_FREE_INITMEM);
 434 }
 435
 436 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 437 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 438 {
 439         free_reserved_area((void *)start, (void *)end, -1, "initrd");
 440 }
 441 #endif
 442
 443 /*
 444  * This is called when a page has been modified by the kernel.
 445  * It just marks the page as not i-cache clean.  We do the i-cache
 446  * flush later when the page is given to a user process, if necessary.
 447  */
 448 void flush_dcache_page(struct page *page)
 449 {
 450         if (cpu_has_feature(CPU_FTR_COHERENT_ICACHE))
 451                 return;
 452         /* avoid an atomic op if possible */
 453         if (test_bit(PG_arch_1, &page->flags))
 454                 clear_bit(PG_arch_1, &page->flags);
 455 }
 456 EXPORT_SYMBOL(flush_dcache_page);
 457
 458 void flush_dcache_icache_page(struct page *page)
 459 {
 460 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 461         if (PageCompound(page)) {
 462                 flush_dcache_icache_hugepage(page);
 463                 return;
 464         }
 465 #endif
 466 #ifdef CONFIG_BOOKE
 467         {
 468                 void *start = kmap_atomic(page);
 469                 __flush_dcache_icache(start);
 470                 kunmap_atomic(start);
 471         }
 472 #elif defined(CONFIG_8xx) || defined(CONFIG_PPC64)
 473         /* On 8xx there is no need to kmap since highmem is not supported */
 474         __flush_dcache_icache(page_address(page));
 475 #else
 476         __flush_dcache_icache_phys(page_to_pfn(page) << PAGE_SHIFT);
 477 #endif
 478 }
 479 EXPORT_SYMBOL(flush_dcache_icache_page);
 480
 481 void clear_user_page(void *page, unsigned long vaddr, struct page *pg)
 482 {
 483         clear_page(page);
 484
 485         /*
 486          * We shouldn't have to do this, but some versions of glibc
 487          * require it (ld.so assumes zero filled pages are icache clean)
 488          * - Anton
 489          */
 490         flush_dcache_page(pg);
 491 }
 492 EXPORT_SYMBOL(clear_user_page);
 493
 494 void copy_user_page(void *vto, void *vfrom, unsigned long vaddr,
 495                     struct page *pg)
 496 {
 497         copy_page(vto, vfrom);
 498
 499         /*
 500          * We should be able to use the following optimisation, however
 501          * there are two problems.
 502          * Firstly a bug in some versions of binutils meant PLT sections
 503          * were not marked executable.
 504          * Secondly the first word in the GOT section is blrl, used
 505          * to establish the GOT address. Until recently the GOT was
 506          * not marked executable.
 507          * - Anton
 508          */
 509 #if 0
 510         if (!vma->vm_file && ((vma->vm_flags & VM_EXEC) == 0))
 511                 return;
 512 #endif
 513
 514         flush_dcache_page(pg);
 515 }
 516
 517 void flush_icache_user_range(struct vm_area_struct *vma, struct page *page,
 518                              unsigned long addr, int len)
 519 {
 520         unsigned long maddr;
 521
 522         maddr = (unsigned long) kmap(page) + (addr & ~PAGE_MASK);
 523         flush_icache_range(maddr, maddr + len);
 524         kunmap(page);
 525 }
 526 EXPORT_SYMBOL(flush_icache_user_range);
 527
 528 /*
 529  * This is called at the end of handling a user page fault, when the
 530  * fault has been handled by updating a PTE in the linux page tables.
 531  * We use it to preload an HPTE into the hash table corresponding to
 532  * the updated linux PTE.
 533  *
 534  * This must always be called with the pte lock held.
 535  */
 536 void update_mmu_cache(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
 537                       pte_t *ptep)
 538 {
 539 #ifdef CONFIG_PPC_STD_MMU
 540         /*
 541          * We don't need to worry about _PAGE_PRESENT here because we are
 542          * called with either mm->page_table_lock held or ptl lock held
 543          */
 544         unsigned long access = 0, trap;
 545
 546         /* We only want HPTEs for linux PTEs that have _PAGE_ACCESSED set */
 547         if (!pte_young(*ptep) || address >= TASK_SIZE)
 548                 return;
 549
 550         /* We try to figure out if we are coming from an instruction
 551          * access fault and pass that down to __hash_page so we avoid
 552          * double-faulting on execution of fresh text. We have to test
 553          * for regs NULL since init will get here first thing at boot
 554          *
 555          * We also avoid filling the hash if not coming from a fault
 556          */
 557         if (current->thread.regs == NULL)
 558                 return;
 559         trap = TRAP(current->thread.regs);
 560         if (trap == 0x400)
 561                 access |= _PAGE_EXEC;
 562         else if (trap != 0x300)
 563                 return;
 564         hash_preload(vma->vm_mm, address, access, trap);
 565 #endif /* CONFIG_PPC_STD_MMU */
 566 #if (defined(CONFIG_PPC_BOOK3E_64) || defined(CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E)) \
 567         && defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE)
 568         if (is_vm_hugetlb_page(vma))
 569                 book3e_hugetlb_preload(vma, address, *ptep);
 570 #endif
 571 }
 572
 573 /*
 574  * System memory should not be in /proc/iomem but various tools expect it
 575  * (eg kdump).
 576  */
 577 static int __init add_system_ram_resources(void)
 578 {
 579         struct memblock_region *reg;
 580
 581         for_each_memblock(memory, reg) {
 582                 struct resource *res;
 583                 unsigned long base = reg->base;
 584                 unsigned long size = reg->size;
 585
 586                 res = kzalloc(sizeof(struct resource), GFP_KERNEL);
 587                 WARN_ON(!res);
 588
 589                 if (res) {
 590                         res->name = "System RAM";
 591                         res->start = base;
 592                         res->end = base + size - 1;
 593                         res->flags = IORESOURCE_MEM | IORESOURCE_BUSY;
 594                         WARN_ON(request_resource(&iomem_resource, res) < 0);
 595                 }
 596         }
 597
 598         return 0;
 599 }
 600 subsys_initcall(add_system_ram_resources);
 601
 602 #ifdef CONFIG_STRICT_DEVMEM
 603 /*
 604  * devmem_is_allowed(): check to see if /dev/mem access to a certain address
 605  * is valid. The argument is a physical page number.
 606  *
 607  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
 608  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
 609  */
 610 int devmem_is_allowed(unsigned long pfn)
 611 {
 612         if (iomem_is_exclusive(pfn << PAGE_SHIFT))
 613                 return 0;
 614         if (!page_is_ram(pfn))
 615                 return 1;
 616         if (page_is_rtas_user_buf(pfn))
 617                 return 1;
 618         return 0;
 619 }
 620 #endif /* CONFIG_STRICT_DEVMEM */