arch/riscv/mm/init.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * Copyright (C) 2012 Regents of the University of California
   4  * Copyright (C) 2019 Western Digital Corporation or its affiliates.
   5  * Copyright (C) 2020 FORTH-ICS/CARV
   6  *  Nick Kossifidis <mick@ics.forth.gr>
   7  */
   8
   9 #include <linux/init.h>
  10 #include <linux/mm.h>
  11 #include <linux/memblock.h>
  12 #include <linux/initrd.h>
  13 #include <linux/swap.h>
  14 #include <linux/swiotlb.h>
  15 #include <linux/sizes.h>
  16 #include <linux/of_fdt.h>
  17 #include <linux/of_reserved_mem.h>
  18 #include <linux/libfdt.h>
  19 #include <linux/set_memory.h>
  20 #include <linux/dma-map-ops.h>
  21 #include <linux/crash_dump.h>
  22 #include <linux/hugetlb.h>
  23 #ifdef CONFIG_RELOCATABLE
  24 #include <linux/elf.h>
  25 #endif
  26 #include <linux/kfence.h>
  27
  28 #include <asm/fixmap.h>
  29 #include <asm/io.h>
  30 #include <asm/numa.h>
  31 #include <asm/pgtable.h>
  32 #include <asm/sections.h>
  33 #include <asm/soc.h>
  34 #include <asm/tlbflush.h>
  35
  36 #include "../kernel/head.h"
  37
  38 struct kernel_mapping kernel_map __ro_after_init;
  39 EXPORT_SYMBOL(kernel_map);
  40 #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
  41 #define kernel_map      (*(struct kernel_mapping *)XIP_FIXUP(&kernel_map))
  42 #endif
  43
  44 #ifdef CONFIG_64BIT
  45 u64 satp_mode __ro_after_init = !IS_ENABLED(CONFIG_XIP_KERNEL) ? SATP_MODE_57 : SATP_MODE_39;
  46 #else
  47 u64 satp_mode __ro_after_init = SATP_MODE_32;
  48 #endif
  49 EXPORT_SYMBOL(satp_mode);
  50
  51 #ifdef CONFIG_64BIT
  52 bool pgtable_l4_enabled = IS_ENABLED(CONFIG_64BIT) && !IS_ENABLED(CONFIG_XIP_KERNEL);
  53 bool pgtable_l5_enabled = IS_ENABLED(CONFIG_64BIT) && !IS_ENABLED(CONFIG_XIP_KERNEL);
  54 EXPORT_SYMBOL(pgtable_l4_enabled);
  55 EXPORT_SYMBOL(pgtable_l5_enabled);
  56 #endif
  57
  58 phys_addr_t phys_ram_base __ro_after_init;
  59 EXPORT_SYMBOL(phys_ram_base);
  60
  61 unsigned long empty_zero_page[PAGE_SIZE / sizeof(unsigned long)]
  62                                                         __page_aligned_bss;
  63 EXPORT_SYMBOL(empty_zero_page);
  64
  65 extern char _start[];
  66 void *_dtb_early_va __initdata;
  67 uintptr_t _dtb_early_pa __initdata;
  68
  69 phys_addr_t dma32_phys_limit __initdata;
  70
  71 static void __init zone_sizes_init(void)
  72 {
  73         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
  74
  75 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
  76         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(dma32_phys_limit);
  77 #endif
  78         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max_low_pfn;
  79
  80         free_area_init(max_zone_pfns);
  81 }
  82
  83 #if defined(CONFIG_MMU) && defined(CONFIG_DEBUG_VM)
  84
  85 #define LOG2_SZ_1K  ilog2(SZ_1K)
  86 #define LOG2_SZ_1M  ilog2(SZ_1M)
  87 #define LOG2_SZ_1G  ilog2(SZ_1G)
  88 #define LOG2_SZ_1T  ilog2(SZ_1T)
  89
  90 static inline void print_mlk(char *name, unsigned long b, unsigned long t)
  91 {
  92         pr_notice("%12s : 0x%08lx - 0x%08lx   (%4ld kB)\n", name, b, t,
  93                   (((t) - (b)) >> LOG2_SZ_1K));
  94 }
  95
  96 static inline void print_mlm(char *name, unsigned long b, unsigned long t)
  97 {
  98         pr_notice("%12s : 0x%08lx - 0x%08lx   (%4ld MB)\n", name, b, t,
  99                   (((t) - (b)) >> LOG2_SZ_1M));
 100 }
 101
 102 static inline void print_mlg(char *name, unsigned long b, unsigned long t)
 103 {
 104         pr_notice("%12s : 0x%08lx - 0x%08lx   (%4ld GB)\n", name, b, t,
 105                    (((t) - (b)) >> LOG2_SZ_1G));
 106 }
 107
 108 #ifdef CONFIG_64BIT
 109 static inline void print_mlt(char *name, unsigned long b, unsigned long t)
 110 {
 111         pr_notice("%12s : 0x%08lx - 0x%08lx   (%4ld TB)\n", name, b, t,
 112                    (((t) - (b)) >> LOG2_SZ_1T));
 113 }
 114 #else
 115 #define print_mlt(n, b, t) do {} while (0)
 116 #endif
 117
 118 static inline void print_ml(char *name, unsigned long b, unsigned long t)
 119 {
 120         unsigned long diff = t - b;
 121
 122         if (IS_ENABLED(CONFIG_64BIT) && (diff >> LOG2_SZ_1T) >= 10)
 123                 print_mlt(name, b, t);
 124         else if ((diff >> LOG2_SZ_1G) >= 10)
 125                 print_mlg(name, b, t);
 126         else if ((diff >> LOG2_SZ_1M) >= 10)
 127                 print_mlm(name, b, t);
 128         else
 129                 print_mlk(name, b, t);
 130 }
 131
 132 static void __init print_vm_layout(void)
 133 {
 134         pr_notice("Virtual kernel memory layout:\n");
 135         print_ml("fixmap", (unsigned long)FIXADDR_START,
 136                 (unsigned long)FIXADDR_TOP);
 137         print_ml("pci io", (unsigned long)PCI_IO_START,
 138                 (unsigned long)PCI_IO_END);
 139         print_ml("vmemmap", (unsigned long)VMEMMAP_START,
 140                 (unsigned long)VMEMMAP_END);
 141         print_ml("vmalloc", (unsigned long)VMALLOC_START,
 142                 (unsigned long)VMALLOC_END);
 143 #ifdef CONFIG_64BIT
 144         print_ml("modules", (unsigned long)MODULES_VADDR,
 145                 (unsigned long)MODULES_END);
 146 #endif
 147         print_ml("lowmem", (unsigned long)PAGE_OFFSET,
 148                 (unsigned long)high_memory);
 149         if (IS_ENABLED(CONFIG_64BIT)) {
 150 #ifdef CONFIG_KASAN
 151                 print_ml("kasan", KASAN_SHADOW_START, KASAN_SHADOW_END);
 152 #endif
 153
 154                 print_ml("kernel", (unsigned long)kernel_map.virt_addr,
 155                          (unsigned long)ADDRESS_SPACE_END);
 156         }
 157 }
 158 #else
 159 static void print_vm_layout(void) { }
 160 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
 161
 162 void __init mem_init(void)
 163 {
 164 #ifdef CONFIG_FLATMEM
 165         BUG_ON(!mem_map);
 166 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
 167
 168         swiotlb_init(max_pfn > PFN_DOWN(dma32_phys_limit), SWIOTLB_VERBOSE);
 169         memblock_free_all();
 170
 171         print_vm_layout();
 172 }
 173
 174 /* Limit the memory size via mem. */
 175 static phys_addr_t memory_limit;
 176 #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
 177 #define memory_limit    (*(phys_addr_t *)XIP_FIXUP(&memory_limit))
 178 #endif /* CONFIG_XIP_KERNEL */
 179
 180 static int __init early_mem(char *p)
 181 {
 182         u64 size;
 183
 184         if (!p)
 185                 return 1;
 186
 187         size = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
 188         memory_limit = min_t(u64, size, memory_limit);
 189
 190         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", (u64)memory_limit >> 20);
 191
 192         return 0;
 193 }
 194 early_param("mem", early_mem);
 195
 196 static void __init setup_bootmem(void)
 197 {
 198         phys_addr_t vmlinux_end = __pa_symbol(&_end);
 199         phys_addr_t max_mapped_addr;
 200         phys_addr_t phys_ram_end, vmlinux_start;
 201
 202         if (IS_ENABLED(CONFIG_XIP_KERNEL))
 203                 vmlinux_start = __pa_symbol(&_sdata);
 204         else
 205                 vmlinux_start = __pa_symbol(&_start);
 206
 207         memblock_enforce_memory_limit(memory_limit);
 208
 209         /*
 210          * Make sure we align the reservation on PMD_SIZE since we will
 211          * map the kernel in the linear mapping as read-only: we do not want
 212          * any allocation to happen between _end and the next pmd aligned page.
 213          */
 214         if (IS_ENABLED(CONFIG_64BIT) && IS_ENABLED(CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX))
 215                 vmlinux_end = (vmlinux_end + PMD_SIZE - 1) & PMD_MASK;
 216         /*
 217          * Reserve from the start of the kernel to the end of the kernel
 218          */
 219         memblock_reserve(vmlinux_start, vmlinux_end - vmlinux_start);
 220
 221         phys_ram_end = memblock_end_of_DRAM();
 222
 223         /*
 224          * Make sure we align the start of the memory on a PMD boundary so that
 225          * at worst, we map the linear mapping with PMD mappings.
 226          */
 227         if (!IS_ENABLED(CONFIG_XIP_KERNEL))
 228                 phys_ram_base = memblock_start_of_DRAM() & PMD_MASK;
 229
 230         /*
 231          * In 64-bit, any use of __va/__pa before this point is wrong as we
 232          * did not know the start of DRAM before.
 233          */
 234         if (IS_ENABLED(CONFIG_64BIT))
 235                 kernel_map.va_pa_offset = PAGE_OFFSET - phys_ram_base;
 236
 237         /*
 238          * memblock allocator is not aware of the fact that last 4K bytes of
 239          * the addressable memory can not be mapped because of IS_ERR_VALUE
 240          * macro. Make sure that last 4k bytes are not usable by memblock
 241          * if end of dram is equal to maximum addressable memory.  For 64-bit
 242          * kernel, this problem can't happen here as the end of the virtual
 243          * address space is occupied by the kernel mapping then this check must
 244          * be done as soon as the kernel mapping base address is determined.
 245          */
 246         if (!IS_ENABLED(CONFIG_64BIT)) {
 247                 max_mapped_addr = __pa(~(ulong)0);
 248                 if (max_mapped_addr == (phys_ram_end - 1))
 249                         memblock_set_current_limit(max_mapped_addr - 4096);
 250         }
 251
 252         min_low_pfn = PFN_UP(phys_ram_base);
 253         max_low_pfn = max_pfn = PFN_DOWN(phys_ram_end);
 254         high_memory = (void *)(__va(PFN_PHYS(max_low_pfn)));
 255
 256         dma32_phys_limit = min(4UL * SZ_1G, (unsigned long)PFN_PHYS(max_low_pfn));
 257         set_max_mapnr(max_low_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
 258
 259         reserve_initrd_mem();
 260
 261         /*
 262          * No allocation should be done before reserving the memory as defined
 263          * in the device tree, otherwise the allocation could end up in a
 264          * reserved region.
 265          */
 266         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 267
 268         /*
 269          * If DTB is built in, no need to reserve its memblock.
 270          * Otherwise, do reserve it but avoid using
 271          * early_init_fdt_reserve_self() since __pa() does
 272          * not work for DTB pointers that are fixmap addresses
 273          */
 274         if (!IS_ENABLED(CONFIG_BUILTIN_DTB))
 275                 memblock_reserve(dtb_early_pa, fdt_totalsize(dtb_early_va));
 276
 277         dma_contiguous_reserve(dma32_phys_limit);
 278         if (IS_ENABLED(CONFIG_64BIT))
 279                 hugetlb_cma_reserve(PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 280 }
 281
 282 #ifdef CONFIG_MMU
 283 struct pt_alloc_ops pt_ops __initdata;
 284
 285 pgd_t swapper_pg_dir[PTRS_PER_PGD] __page_aligned_bss;
 286 pgd_t trampoline_pg_dir[PTRS_PER_PGD] __page_aligned_bss;
 287 static pte_t fixmap_pte[PTRS_PER_PTE] __page_aligned_bss;
 288
 289 pgd_t early_pg_dir[PTRS_PER_PGD] __initdata __aligned(PAGE_SIZE);
 290
 291 #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
 292 #define pt_ops                  (*(struct pt_alloc_ops *)XIP_FIXUP(&pt_ops))
 293 #define trampoline_pg_dir      ((pgd_t *)XIP_FIXUP(trampoline_pg_dir))
 294 #define fixmap_pte             ((pte_t *)XIP_FIXUP(fixmap_pte))
 295 #define early_pg_dir           ((pgd_t *)XIP_FIXUP(early_pg_dir))
 296 #endif /* CONFIG_XIP_KERNEL */
 297
 298 static const pgprot_t protection_map[16] = {
 299         [VM_NONE]                                       = PAGE_NONE,
 300         [VM_READ]                                       = PAGE_READ,
 301         [VM_WRITE]                                      = PAGE_COPY,
 302         [VM_WRITE | VM_READ]                            = PAGE_COPY,
 303         [VM_EXEC]                                       = PAGE_EXEC,
 304         [VM_EXEC | VM_READ]                             = PAGE_READ_EXEC,
 305         [VM_EXEC | VM_WRITE]                            = PAGE_COPY_EXEC,
 306         [VM_EXEC | VM_WRITE | VM_READ]                  = PAGE_COPY_EXEC,
 307         [VM_SHARED]                                     = PAGE_NONE,
 308         [VM_SHARED | VM_READ]                           = PAGE_READ,
 309         [VM_SHARED | VM_WRITE]                          = PAGE_SHARED,
 310         [VM_SHARED | VM_WRITE | VM_READ]                = PAGE_SHARED,
 311         [VM_SHARED | VM_EXEC]                           = PAGE_EXEC,
 312         [VM_SHARED | VM_EXEC | VM_READ]                 = PAGE_READ_EXEC,
 313         [VM_SHARED | VM_EXEC | VM_WRITE]                = PAGE_SHARED_EXEC,
 314         [VM_SHARED | VM_EXEC | VM_WRITE | VM_READ]      = PAGE_SHARED_EXEC
 315 };
 316 DECLARE_VM_GET_PAGE_PROT
 317
 318 void __set_fixmap(enum fixed_addresses idx, phys_addr_t phys, pgprot_t prot)
 319 {
 320         unsigned long addr = __fix_to_virt(idx);
 321         pte_t *ptep;
 322
 323         BUG_ON(idx <= FIX_HOLE || idx >= __end_of_fixed_addresses);
 324
 325         ptep = &fixmap_pte[pte_index(addr)];
 326
 327         if (pgprot_val(prot))
 328                 set_pte(ptep, pfn_pte(phys >> PAGE_SHIFT, prot));
 329         else
 330                 pte_clear(&init_mm, addr, ptep);
 331         local_flush_tlb_page(addr);
 332 }
 333
 334 static inline pte_t *__init get_pte_virt_early(phys_addr_t pa)
 335 {
 336         return (pte_t *)((uintptr_t)pa);
 337 }
 338
 339 static inline pte_t *__init get_pte_virt_fixmap(phys_addr_t pa)
 340 {
 341         clear_fixmap(FIX_PTE);
 342         return (pte_t *)set_fixmap_offset(FIX_PTE, pa);
 343 }
 344
 345 static inline pte_t *__init get_pte_virt_late(phys_addr_t pa)
 346 {
 347         return (pte_t *) __va(pa);
 348 }
 349
 350 static inline phys_addr_t __init alloc_pte_early(uintptr_t va)
 351 {
 352         /*
 353          * We only create PMD or PGD early mappings so we
 354          * should never reach here with MMU disabled.
 355          */
 356         BUG();
 357 }
 358
 359 static inline phys_addr_t __init alloc_pte_fixmap(uintptr_t va)
 360 {
 361         return memblock_phys_alloc(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
 362 }
 363
 364 static phys_addr_t __init alloc_pte_late(uintptr_t va)
 365 {
 366         struct ptdesc *ptdesc = pagetable_alloc(GFP_KERNEL & ~__GFP_HIGHMEM, 0);
 367
 368         BUG_ON(!ptdesc || !pagetable_pte_ctor(ptdesc));
 369         return __pa((pte_t *)ptdesc_address(ptdesc));
 370 }
 371
 372 static void __init create_pte_mapping(pte_t *ptep,
 373                                       uintptr_t va, phys_addr_t pa,
 374                                       phys_addr_t sz, pgprot_t prot)
 375 {
 376         uintptr_t pte_idx = pte_index(va);
 377
 378         BUG_ON(sz != PAGE_SIZE);
 379
 380         if (pte_none(ptep[pte_idx]))
 381                 ptep[pte_idx] = pfn_pte(PFN_DOWN(pa), prot);
 382 }
 383
 384 #ifndef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
 385
 386 static pmd_t trampoline_pmd[PTRS_PER_PMD] __page_aligned_bss;
 387 static pmd_t fixmap_pmd[PTRS_PER_PMD] __page_aligned_bss;
 388 static pmd_t early_pmd[PTRS_PER_PMD] __initdata __aligned(PAGE_SIZE);
 389
 390 #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
 391 #define trampoline_pmd ((pmd_t *)XIP_FIXUP(trampoline_pmd))
 392 #define fixmap_pmd     ((pmd_t *)XIP_FIXUP(fixmap_pmd))
 393 #define early_pmd      ((pmd_t *)XIP_FIXUP(early_pmd))
 394 #endif /* CONFIG_XIP_KERNEL */
 395
 396 static p4d_t trampoline_p4d[PTRS_PER_P4D] __page_aligned_bss;
 397 static p4d_t fixmap_p4d[PTRS_PER_P4D] __page_aligned_bss;
 398 static p4d_t early_p4d[PTRS_PER_P4D] __initdata __aligned(PAGE_SIZE);
 399
 400 #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
 401 #define trampoline_p4d ((p4d_t *)XIP_FIXUP(trampoline_p4d))
 402 #define fixmap_p4d     ((p4d_t *)XIP_FIXUP(fixmap_p4d))
 403 #define early_p4d      ((p4d_t *)XIP_FIXUP(early_p4d))
 404 #endif /* CONFIG_XIP_KERNEL */
 405
 406 static pud_t trampoline_pud[PTRS_PER_PUD] __page_aligned_bss;
 407 static pud_t fixmap_pud[PTRS_PER_PUD] __page_aligned_bss;
 408 static pud_t early_pud[PTRS_PER_PUD] __initdata __aligned(PAGE_SIZE);
 409
 410 #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
 411 #define trampoline_pud ((pud_t *)XIP_FIXUP(trampoline_pud))
 412 #define fixmap_pud     ((pud_t *)XIP_FIXUP(fixmap_pud))
 413 #define early_pud      ((pud_t *)XIP_FIXUP(early_pud))
 414 #endif /* CONFIG_XIP_KERNEL */
 415
 416 static pmd_t *__init get_pmd_virt_early(phys_addr_t pa)
 417 {
 418         /* Before MMU is enabled */
 419         return (pmd_t *)((uintptr_t)pa);
 420 }
 421
 422 static pmd_t *__init get_pmd_virt_fixmap(phys_addr_t pa)
 423 {
 424         clear_fixmap(FIX_PMD);
 425         return (pmd_t *)set_fixmap_offset(FIX_PMD, pa);
 426 }
 427
 428 static pmd_t *__init get_pmd_virt_late(phys_addr_t pa)
 429 {
 430         return (pmd_t *) __va(pa);
 431 }
 432
 433 static phys_addr_t __init alloc_pmd_early(uintptr_t va)
 434 {
 435         BUG_ON((va - kernel_map.virt_addr) >> PUD_SHIFT);
 436
 437         return (uintptr_t)early_pmd;
 438 }
 439
 440 static phys_addr_t __init alloc_pmd_fixmap(uintptr_t va)
 441 {
 442         return memblock_phys_alloc(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
 443 }
 444
 445 static phys_addr_t __init alloc_pmd_late(uintptr_t va)
 446 {
 447         struct ptdesc *ptdesc = pagetable_alloc(GFP_KERNEL & ~__GFP_HIGHMEM, 0);
 448
 449         BUG_ON(!ptdesc || !pagetable_pmd_ctor(ptdesc));
 450         return __pa((pmd_t *)ptdesc_address(ptdesc));
 451 }
 452
 453 static void __init create_pmd_mapping(pmd_t *pmdp,
 454                                       uintptr_t va, phys_addr_t pa,
 455                                       phys_addr_t sz, pgprot_t prot)
 456 {
 457         pte_t *ptep;
 458         phys_addr_t pte_phys;
 459         uintptr_t pmd_idx = pmd_index(va);
 460
 461         if (sz == PMD_SIZE) {
 462                 if (pmd_none(pmdp[pmd_idx]))
 463                         pmdp[pmd_idx] = pfn_pmd(PFN_DOWN(pa), prot);
 464                 return;
 465         }
 466
 467         if (pmd_none(pmdp[pmd_idx])) {
 468                 pte_phys = pt_ops.alloc_pte(va);
 469                 pmdp[pmd_idx] = pfn_pmd(PFN_DOWN(pte_phys), PAGE_TABLE);
 470                 ptep = pt_ops.get_pte_virt(pte_phys);
 471                 memset(ptep, 0, PAGE_SIZE);
 472         } else {
 473                 pte_phys = PFN_PHYS(_pmd_pfn(pmdp[pmd_idx]));
 474                 ptep = pt_ops.get_pte_virt(pte_phys);
 475         }
 476
 477         create_pte_mapping(ptep, va, pa, sz, prot);
 478 }
 479
 480 static pud_t *__init get_pud_virt_early(phys_addr_t pa)
 481 {
 482         return (pud_t *)((uintptr_t)pa);
 483 }
 484
 485 static pud_t *__init get_pud_virt_fixmap(phys_addr_t pa)
 486 {
 487         clear_fixmap(FIX_PUD);
 488         return (pud_t *)set_fixmap_offset(FIX_PUD, pa);
 489 }
 490
 491 static pud_t *__init get_pud_virt_late(phys_addr_t pa)
 492 {
 493         return (pud_t *)__va(pa);
 494 }
 495
 496 static phys_addr_t __init alloc_pud_early(uintptr_t va)
 497 {
 498         /* Only one PUD is available for early mapping */
 499         BUG_ON((va - kernel_map.virt_addr) >> PGDIR_SHIFT);
 500
 501         return (uintptr_t)early_pud;
 502 }
 503
 504 static phys_addr_t __init alloc_pud_fixmap(uintptr_t va)
 505 {
 506         return memblock_phys_alloc(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
 507 }
 508
 509 static phys_addr_t alloc_pud_late(uintptr_t va)
 510 {
 511         unsigned long vaddr;
 512
 513         vaddr = __get_free_page(GFP_KERNEL);
 514         BUG_ON(!vaddr);
 515         return __pa(vaddr);
 516 }
 517
 518 static p4d_t *__init get_p4d_virt_early(phys_addr_t pa)
 519 {
 520         return (p4d_t *)((uintptr_t)pa);
 521 }
 522
 523 static p4d_t *__init get_p4d_virt_fixmap(phys_addr_t pa)
 524 {
 525         clear_fixmap(FIX_P4D);
 526         return (p4d_t *)set_fixmap_offset(FIX_P4D, pa);
 527 }
 528
 529 static p4d_t *__init get_p4d_virt_late(phys_addr_t pa)
 530 {
 531         return (p4d_t *)__va(pa);
 532 }
 533
 534 static phys_addr_t __init alloc_p4d_early(uintptr_t va)
 535 {
 536         /* Only one P4D is available for early mapping */
 537         BUG_ON((va - kernel_map.virt_addr) >> PGDIR_SHIFT);
 538
 539         return (uintptr_t)early_p4d;
 540 }
 541
 542 static phys_addr_t __init alloc_p4d_fixmap(uintptr_t va)
 543 {
 544         return memblock_phys_alloc(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
 545 }
 546
 547 static phys_addr_t alloc_p4d_late(uintptr_t va)
 548 {
 549         unsigned long vaddr;
 550
 551         vaddr = __get_free_page(GFP_KERNEL);
 552         BUG_ON(!vaddr);
 553         return __pa(vaddr);
 554 }
 555
 556 static void __init create_pud_mapping(pud_t *pudp,
 557                                       uintptr_t va, phys_addr_t pa,
 558                                       phys_addr_t sz, pgprot_t prot)
 559 {
 560         pmd_t *nextp;
 561         phys_addr_t next_phys;
 562         uintptr_t pud_index = pud_index(va);
 563
 564         if (sz == PUD_SIZE) {
 565                 if (pud_val(pudp[pud_index]) == 0)
 566                         pudp[pud_index] = pfn_pud(PFN_DOWN(pa), prot);
 567                 return;
 568         }
 569
 570         if (pud_val(pudp[pud_index]) == 0) {
 571                 next_phys = pt_ops.alloc_pmd(va);
 572                 pudp[pud_index] = pfn_pud(PFN_DOWN(next_phys), PAGE_TABLE);
 573                 nextp = pt_ops.get_pmd_virt(next_phys);
 574                 memset(nextp, 0, PAGE_SIZE);
 575         } else {
 576                 next_phys = PFN_PHYS(_pud_pfn(pudp[pud_index]));
 577                 nextp = pt_ops.get_pmd_virt(next_phys);
 578         }
 579
 580         create_pmd_mapping(nextp, va, pa, sz, prot);
 581 }
 582
 583 static void __init create_p4d_mapping(p4d_t *p4dp,
 584                                       uintptr_t va, phys_addr_t pa,
 585                                       phys_addr_t sz, pgprot_t prot)
 586 {
 587         pud_t *nextp;
 588         phys_addr_t next_phys;
 589         uintptr_t p4d_index = p4d_index(va);
 590
 591         if (sz == P4D_SIZE) {
 592                 if (p4d_val(p4dp[p4d_index]) == 0)
 593                         p4dp[p4d_index] = pfn_p4d(PFN_DOWN(pa), prot);
 594                 return;
 595         }
 596
 597         if (p4d_val(p4dp[p4d_index]) == 0) {
 598                 next_phys = pt_ops.alloc_pud(va);
 599                 p4dp[p4d_index] = pfn_p4d(PFN_DOWN(next_phys), PAGE_TABLE);
 600                 nextp = pt_ops.get_pud_virt(next_phys);
 601                 memset(nextp, 0, PAGE_SIZE);
 602         } else {
 603                 next_phys = PFN_PHYS(_p4d_pfn(p4dp[p4d_index]));
 604                 nextp = pt_ops.get_pud_virt(next_phys);
 605         }
 606
 607         create_pud_mapping(nextp, va, pa, sz, prot);
 608 }
 609
 610 #define pgd_next_t              p4d_t
 611 #define alloc_pgd_next(__va)    (pgtable_l5_enabled ?                   \
 612                 pt_ops.alloc_p4d(__va) : (pgtable_l4_enabled ?          \
 613                 pt_ops.alloc_pud(__va) : pt_ops.alloc_pmd(__va)))
 614 #define get_pgd_next_virt(__pa) (pgtable_l5_enabled ?                   \
 615                 pt_ops.get_p4d_virt(__pa) : (pgd_next_t *)(pgtable_l4_enabled ? \
 616                 pt_ops.get_pud_virt(__pa) : (pud_t *)pt_ops.get_pmd_virt(__pa)))
 617 #define create_pgd_next_mapping(__nextp, __va, __pa, __sz, __prot)      \
 618                                 (pgtable_l5_enabled ?                   \
 619                 create_p4d_mapping(__nextp, __va, __pa, __sz, __prot) : \
 620                                 (pgtable_l4_enabled ?                   \
 621                 create_pud_mapping((pud_t *)__nextp, __va, __pa, __sz, __prot) :        \
 622                 create_pmd_mapping((pmd_t *)__nextp, __va, __pa, __sz, __prot)))
 623 #define fixmap_pgd_next         (pgtable_l5_enabled ?                   \
 624                 (uintptr_t)fixmap_p4d : (pgtable_l4_enabled ?           \
 625                 (uintptr_t)fixmap_pud : (uintptr_t)fixmap_pmd))
 626 #define trampoline_pgd_next     (pgtable_l5_enabled ?                   \
 627                 (uintptr_t)trampoline_p4d : (pgtable_l4_enabled ?       \
 628                 (uintptr_t)trampoline_pud : (uintptr_t)trampoline_pmd))
 629 #else
 630 #define pgd_next_t              pte_t
 631 #define alloc_pgd_next(__va)    pt_ops.alloc_pte(__va)
 632 #define get_pgd_next_virt(__pa) pt_ops.get_pte_virt(__pa)
 633 #define create_pgd_next_mapping(__nextp, __va, __pa, __sz, __prot)      \
 634         create_pte_mapping(__nextp, __va, __pa, __sz, __prot)
 635 #define fixmap_pgd_next         ((uintptr_t)fixmap_pte)
 636 #define create_p4d_mapping(__pmdp, __va, __pa, __sz, __prot) do {} while(0)
 637 #define create_pud_mapping(__pmdp, __va, __pa, __sz, __prot) do {} while(0)
 638 #define create_pmd_mapping(__pmdp, __va, __pa, __sz, __prot) do {} while(0)
 639 #endif /* __PAGETABLE_PMD_FOLDED */
 640
 641 void __init create_pgd_mapping(pgd_t *pgdp,
 642                                       uintptr_t va, phys_addr_t pa,
 643                                       phys_addr_t sz, pgprot_t prot)
 644 {
 645         pgd_next_t *nextp;
 646         phys_addr_t next_phys;
 647         uintptr_t pgd_idx = pgd_index(va);
 648
 649         if (sz == PGDIR_SIZE) {
 650                 if (pgd_val(pgdp[pgd_idx]) == 0)
 651                         pgdp[pgd_idx] = pfn_pgd(PFN_DOWN(pa), prot);
 652                 return;
 653         }
 654
 655         if (pgd_val(pgdp[pgd_idx]) == 0) {
 656                 next_phys = alloc_pgd_next(va);
 657                 pgdp[pgd_idx] = pfn_pgd(PFN_DOWN(next_phys), PAGE_TABLE);
 658                 nextp = get_pgd_next_virt(next_phys);
 659                 memset(nextp, 0, PAGE_SIZE);
 660         } else {
 661                 next_phys = PFN_PHYS(_pgd_pfn(pgdp[pgd_idx]));
 662                 nextp = get_pgd_next_virt(next_phys);
 663         }
 664
 665         create_pgd_next_mapping(nextp, va, pa, sz, prot);
 666 }
 667
 668 static uintptr_t __init best_map_size(phys_addr_t pa, uintptr_t va,
 669                                       phys_addr_t size)
 670 {
 671         if (pgtable_l5_enabled &&
 672             !(pa & (P4D_SIZE - 1)) && !(va & (P4D_SIZE - 1)) && size >= P4D_SIZE)
 673                 return P4D_SIZE;
 674
 675         if (pgtable_l4_enabled &&
 676             !(pa & (PUD_SIZE - 1)) && !(va & (PUD_SIZE - 1)) && size >= PUD_SIZE)
 677                 return PUD_SIZE;
 678
 679         if (IS_ENABLED(CONFIG_64BIT) &&
 680             !(pa & (PMD_SIZE - 1)) && !(va & (PMD_SIZE - 1)) && size >= PMD_SIZE)
 681                 return PMD_SIZE;
 682
 683         return PAGE_SIZE;
 684 }
 685
 686 #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
 687 #define phys_ram_base  (*(phys_addr_t *)XIP_FIXUP(&phys_ram_base))
 688 extern char _xiprom[], _exiprom[], __data_loc;
 689
 690 /* called from head.S with MMU off */
 691 asmlinkage void __init __copy_data(void)
 692 {
 693         void *from = (void *)(&__data_loc);
 694         void *to = (void *)CONFIG_PHYS_RAM_BASE;
 695         size_t sz = (size_t)((uintptr_t)(&_end) - (uintptr_t)(&_sdata));
 696
 697         memcpy(to, from, sz);
 698 }
 699 #endif
 700
 701 #ifdef CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX
 702 static __init pgprot_t pgprot_from_va(uintptr_t va)
 703 {
 704         if (is_va_kernel_text(va))
 705                 return PAGE_KERNEL_READ_EXEC;
 706
 707         /*
 708          * In 64-bit kernel, the kernel mapping is outside the linear mapping so
 709          * we must protect its linear mapping alias from being executed and
 710          * written.
 711          * And rodata section is marked readonly in mark_rodata_ro.
 712          */
 713         if (IS_ENABLED(CONFIG_64BIT) && is_va_kernel_lm_alias_text(va))
 714                 return PAGE_KERNEL_READ;
 715
 716         return PAGE_KERNEL;
 717 }
 718
 719 void mark_rodata_ro(void)
 720 {
 721         set_kernel_memory(__start_rodata, _data, set_memory_ro);
 722         if (IS_ENABLED(CONFIG_64BIT))
 723                 set_kernel_memory(lm_alias(__start_rodata), lm_alias(_data),
 724                                   set_memory_ro);
 725 }
 726 #else
 727 static __init pgprot_t pgprot_from_va(uintptr_t va)
 728 {
 729         if (IS_ENABLED(CONFIG_64BIT) && !is_kernel_mapping(va))
 730                 return PAGE_KERNEL;
 731
 732         return PAGE_KERNEL_EXEC;
 733 }
 734 #endif /* CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX */
 735
 736 #if defined(CONFIG_64BIT) && !defined(CONFIG_XIP_KERNEL)
 737 u64 __pi_set_satp_mode_from_cmdline(uintptr_t dtb_pa);
 738
 739 static void __init disable_pgtable_l5(void)
 740 {
 741         pgtable_l5_enabled = false;
 742         kernel_map.page_offset = PAGE_OFFSET_L4;
 743         satp_mode = SATP_MODE_48;
 744 }
 745
 746 static void __init disable_pgtable_l4(void)
 747 {
 748         pgtable_l4_enabled = false;
 749         kernel_map.page_offset = PAGE_OFFSET_L3;
 750         satp_mode = SATP_MODE_39;
 751 }
 752
 753 static int __init print_no4lvl(char *p)
 754 {
 755         pr_info("Disabled 4-level and 5-level paging");
 756         return 0;
 757 }
 758 early_param("no4lvl", print_no4lvl);
 759
 760 static int __init print_no5lvl(char *p)
 761 {
 762         pr_info("Disabled 5-level paging");
 763         return 0;
 764 }
 765 early_param("no5lvl", print_no5lvl);
 766
 767 static void __init set_mmap_rnd_bits_max(void)
 768 {
 769         mmap_rnd_bits_max = MMAP_VA_BITS - PAGE_SHIFT - 3;
 770 }
 771
 772 /*
 773  * There is a simple way to determine if 4-level is supported by the
 774  * underlying hardware: establish 1:1 mapping in 4-level page table mode
 775  * then read SATP to see if the configuration was taken into account
 776  * meaning sv48 is supported.
 777  */
 778 static __init void set_satp_mode(uintptr_t dtb_pa)
 779 {
 780         u64 identity_satp, hw_satp;
 781         uintptr_t set_satp_mode_pmd = ((unsigned long)set_satp_mode) & PMD_MASK;
 782         u64 satp_mode_cmdline = __pi_set_satp_mode_from_cmdline(dtb_pa);
 783
 784         if (satp_mode_cmdline == SATP_MODE_57) {
 785                 disable_pgtable_l5();
 786         } else if (satp_mode_cmdline == SATP_MODE_48) {
 787                 disable_pgtable_l5();
 788                 disable_pgtable_l4();
 789                 return;
 790         }
 791
 792         create_p4d_mapping(early_p4d,
 793                         set_satp_mode_pmd, (uintptr_t)early_pud,
 794                         P4D_SIZE, PAGE_TABLE);
 795         create_pud_mapping(early_pud,
 796                            set_satp_mode_pmd, (uintptr_t)early_pmd,
 797                            PUD_SIZE, PAGE_TABLE);
 798         /* Handle the case where set_satp_mode straddles 2 PMDs */
 799         create_pmd_mapping(early_pmd,
 800                            set_satp_mode_pmd, set_satp_mode_pmd,
 801                            PMD_SIZE, PAGE_KERNEL_EXEC);
 802         create_pmd_mapping(early_pmd,
 803                            set_satp_mode_pmd + PMD_SIZE,
 804                            set_satp_mode_pmd + PMD_SIZE,
 805                            PMD_SIZE, PAGE_KERNEL_EXEC);
 806 retry:
 807         create_pgd_mapping(early_pg_dir,
 808                            set_satp_mode_pmd,
 809                            pgtable_l5_enabled ?
 810                                 (uintptr_t)early_p4d : (uintptr_t)early_pud,
 811                            PGDIR_SIZE, PAGE_TABLE);
 812
 813         identity_satp = PFN_DOWN((uintptr_t)&early_pg_dir) | satp_mode;
 814
 815         local_flush_tlb_all();
 816         csr_write(CSR_SATP, identity_satp);
 817         hw_satp = csr_swap(CSR_SATP, 0ULL);
 818         local_flush_tlb_all();
 819
 820         if (hw_satp != identity_satp) {
 821                 if (pgtable_l5_enabled) {
 822                         disable_pgtable_l5();
 823                         memset(early_pg_dir, 0, PAGE_SIZE);
 824                         goto retry;
 825                 }
 826                 disable_pgtable_l4();
 827         }
 828
 829         memset(early_pg_dir, 0, PAGE_SIZE);
 830         memset(early_p4d, 0, PAGE_SIZE);
 831         memset(early_pud, 0, PAGE_SIZE);
 832         memset(early_pmd, 0, PAGE_SIZE);
 833 }
 834 #endif
 835
 836 /*
 837  * setup_vm() is called from head.S with MMU-off.
 838  *
 839  * Following requirements should be honoured for setup_vm() to work
 840  * correctly:
 841  * 1) It should use PC-relative addressing for accessing kernel symbols.
 842  *    To achieve this we always use GCC cmodel=medany.
 843  * 2) The compiler instrumentation for FTRACE will not work for setup_vm()
 844  *    so disable compiler instrumentation when FTRACE is enabled.
 845  *
 846  * Currently, the above requirements are honoured by using custom CFLAGS
 847  * for init.o in mm/Makefile.
 848  */
 849
 850 #ifndef __riscv_cmodel_medany
 851 #error "setup_vm() is called from head.S before relocate so it should not use absolute addressing."
 852 #endif
 853
 854 #ifdef CONFIG_RELOCATABLE
 855 extern unsigned long __rela_dyn_start, __rela_dyn_end;
 856
 857 static void __init relocate_kernel(void)
 858 {
 859         Elf64_Rela *rela = (Elf64_Rela *)&__rela_dyn_start;
 860         /*
 861          * This holds the offset between the linked virtual address and the
 862          * relocated virtual address.
 863          */
 864         uintptr_t reloc_offset = kernel_map.virt_addr - KERNEL_LINK_ADDR;
 865         /*
 866          * This holds the offset between kernel linked virtual address and
 867          * physical address.
 868          */
 869         uintptr_t va_kernel_link_pa_offset = KERNEL_LINK_ADDR - kernel_map.phys_addr;
 870
 871         for ( ; rela < (Elf64_Rela *)&__rela_dyn_end; rela++) {
 872                 Elf64_Addr addr = (rela->r_offset - va_kernel_link_pa_offset);
 873                 Elf64_Addr relocated_addr = rela->r_addend;
 874
 875                 if (rela->r_info != R_RISCV_RELATIVE)
 876                         continue;
 877
 878                 /*
 879                  * Make sure to not relocate vdso symbols like rt_sigreturn
 880                  * which are linked from the address 0 in vmlinux since
 881                  * vdso symbol addresses are actually used as an offset from
 882                  * mm->context.vdso in VDSO_OFFSET macro.
 883                  */
 884                 if (relocated_addr >= KERNEL_LINK_ADDR)
 885                         relocated_addr += reloc_offset;
 886
 887                 *(Elf64_Addr *)addr = relocated_addr;
 888         }
 889 }
 890 #endif /* CONFIG_RELOCATABLE */
 891
 892 #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
 893 static void __init create_kernel_page_table(pgd_t *pgdir,
 894                                             __always_unused bool early)
 895 {
 896         uintptr_t va, end_va;
 897
 898         /* Map the flash resident part */
 899         end_va = kernel_map.virt_addr + kernel_map.xiprom_sz;
 900         for (va = kernel_map.virt_addr; va < end_va; va += PMD_SIZE)
 901                 create_pgd_mapping(pgdir, va,
 902                                    kernel_map.xiprom + (va - kernel_map.virt_addr),
 903                                    PMD_SIZE, PAGE_KERNEL_EXEC);
 904
 905         /* Map the data in RAM */
 906         end_va = kernel_map.virt_addr + XIP_OFFSET + kernel_map.size;
 907         for (va = kernel_map.virt_addr + XIP_OFFSET; va < end_va; va += PMD_SIZE)
 908                 create_pgd_mapping(pgdir, va,
 909                                    kernel_map.phys_addr + (va - (kernel_map.virt_addr + XIP_OFFSET)),
 910                                    PMD_SIZE, PAGE_KERNEL);
 911 }
 912 #else
 913 static void __init create_kernel_page_table(pgd_t *pgdir, bool early)
 914 {
 915         uintptr_t va, end_va;
 916
 917         end_va = kernel_map.virt_addr + kernel_map.size;
 918         for (va = kernel_map.virt_addr; va < end_va; va += PMD_SIZE)
 919                 create_pgd_mapping(pgdir, va,
 920                                    kernel_map.phys_addr + (va - kernel_map.virt_addr),
 921                                    PMD_SIZE,
 922                                    early ?
 923                                         PAGE_KERNEL_EXEC : pgprot_from_va(va));
 924 }
 925 #endif
 926
 927 /*
 928  * Setup a 4MB mapping that encompasses the device tree: for 64-bit kernel,
 929  * this means 2 PMD entries whereas for 32-bit kernel, this is only 1 PGDIR
 930  * entry.
 931  */
 932 static void __init create_fdt_early_page_table(uintptr_t fix_fdt_va,
 933                                                uintptr_t dtb_pa)
 934 {
 935 #ifndef CONFIG_BUILTIN_DTB
 936         uintptr_t pa = dtb_pa & ~(PMD_SIZE - 1);
 937
 938         /* Make sure the fdt fixmap address is always aligned on PMD size */
 939         BUILD_BUG_ON(FIX_FDT % (PMD_SIZE / PAGE_SIZE));
 940
 941         /* In 32-bit only, the fdt lies in its own PGD */
 942         if (!IS_ENABLED(CONFIG_64BIT)) {
 943                 create_pgd_mapping(early_pg_dir, fix_fdt_va,
 944                                    pa, MAX_FDT_SIZE, PAGE_KERNEL);
 945         } else {
 946                 create_pmd_mapping(fixmap_pmd, fix_fdt_va,
 947                                    pa, PMD_SIZE, PAGE_KERNEL);
 948                 create_pmd_mapping(fixmap_pmd, fix_fdt_va + PMD_SIZE,
 949                                    pa + PMD_SIZE, PMD_SIZE, PAGE_KERNEL);
 950         }
 951
 952         dtb_early_va = (void *)fix_fdt_va + (dtb_pa & (PMD_SIZE - 1));
 953 #else
 954         /*
 955          * For 64-bit kernel, __va can't be used since it would return a linear
 956          * mapping address whereas dtb_early_va will be used before
 957          * setup_vm_final installs the linear mapping. For 32-bit kernel, as the
 958          * kernel is mapped in the linear mapping, that makes no difference.
 959          */
 960         dtb_early_va = kernel_mapping_pa_to_va(dtb_pa);
 961 #endif
 962
 963         dtb_early_pa = dtb_pa;
 964 }
 965
 966 /*
 967  * MMU is not enabled, the page tables are allocated directly using
 968  * early_pmd/pud/p4d and the address returned is the physical one.
 969  */
 970 static void __init pt_ops_set_early(void)
 971 {
 972         pt_ops.alloc_pte = alloc_pte_early;
 973         pt_ops.get_pte_virt = get_pte_virt_early;
 974 #ifndef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
 975         pt_ops.alloc_pmd = alloc_pmd_early;
 976         pt_ops.get_pmd_virt = get_pmd_virt_early;
 977         pt_ops.alloc_pud = alloc_pud_early;
 978         pt_ops.get_pud_virt = get_pud_virt_early;
 979         pt_ops.alloc_p4d = alloc_p4d_early;
 980         pt_ops.get_p4d_virt = get_p4d_virt_early;
 981 #endif
 982 }
 983
 984 /*
 985  * MMU is enabled but page table setup is not complete yet.
 986  * fixmap page table alloc functions must be used as a means to temporarily
 987  * map the allocated physical pages since the linear mapping does not exist yet.
 988  *
 989  * Note that this is called with MMU disabled, hence kernel_mapping_pa_to_va,
 990  * but it will be used as described above.
 991  */
 992 static void __init pt_ops_set_fixmap(void)
 993 {
 994         pt_ops.alloc_pte = kernel_mapping_pa_to_va(alloc_pte_fixmap);
 995         pt_ops.get_pte_virt = kernel_mapping_pa_to_va(get_pte_virt_fixmap);
 996 #ifndef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
 997         pt_ops.alloc_pmd = kernel_mapping_pa_to_va(alloc_pmd_fixmap);
 998         pt_ops.get_pmd_virt = kernel_mapping_pa_to_va(get_pmd_virt_fixmap);
 999         pt_ops.alloc_pud = kernel_mapping_pa_to_va(alloc_pud_fixmap);
1000         pt_ops.get_pud_virt = kernel_mapping_pa_to_va(get_pud_virt_fixmap);
1001         pt_ops.alloc_p4d = kernel_mapping_pa_to_va(alloc_p4d_fixmap);
1002         pt_ops.get_p4d_virt = kernel_mapping_pa_to_va(get_p4d_virt_fixmap);
1003 #endif
1004 }
1005
1006 /*
1007  * MMU is enabled and page table setup is complete, so from now, we can use
1008  * generic page allocation functions to setup page table.
1009  */
1010 static void __init pt_ops_set_late(void)
1011 {
1012         pt_ops.alloc_pte = alloc_pte_late;
1013         pt_ops.get_pte_virt = get_pte_virt_late;
1014 #ifndef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
1015         pt_ops.alloc_pmd = alloc_pmd_late;
1016         pt_ops.get_pmd_virt = get_pmd_virt_late;
1017         pt_ops.alloc_pud = alloc_pud_late;
1018         pt_ops.get_pud_virt = get_pud_virt_late;
1019         pt_ops.alloc_p4d = alloc_p4d_late;
1020         pt_ops.get_p4d_virt = get_p4d_virt_late;
1021 #endif
1022 }
1023
1024 #ifdef CONFIG_RANDOMIZE_BASE
1025 extern bool __init __pi_set_nokaslr_from_cmdline(uintptr_t dtb_pa);
1026 extern u64 __init __pi_get_kaslr_seed(uintptr_t dtb_pa);
1027
1028 static int __init print_nokaslr(char *p)
1029 {
1030         pr_info("Disabled KASLR");
1031         return 0;
1032 }
1033 early_param("nokaslr", print_nokaslr);
1034
1035 unsigned long kaslr_offset(void)
1036 {
1037         return kernel_map.virt_offset;
1038 }
1039 #endif
1040
1041 asmlinkage void __init setup_vm(uintptr_t dtb_pa)
1042 {
1043         pmd_t __maybe_unused fix_bmap_spmd, fix_bmap_epmd;
1044
1045 #ifdef CONFIG_RANDOMIZE_BASE
1046         if (!__pi_set_nokaslr_from_cmdline(dtb_pa)) {
1047                 u64 kaslr_seed = __pi_get_kaslr_seed(dtb_pa);
1048                 u32 kernel_size = (uintptr_t)(&_end) - (uintptr_t)(&_start);
1049                 u32 nr_pos;
1050
1051                 /*
1052                  * Compute the number of positions available: we are limited
1053                  * by the early page table that only has one PUD and we must
1054                  * be aligned on PMD_SIZE.
1055                  */
1056                 nr_pos = (PUD_SIZE - kernel_size) / PMD_SIZE;
1057
1058                 kernel_map.virt_offset = (kaslr_seed % nr_pos) * PMD_SIZE;
1059         }
1060 #endif
1061
1062         kernel_map.virt_addr = KERNEL_LINK_ADDR + kernel_map.virt_offset;
1063
1064 #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
1065 #ifdef CONFIG_64BIT
1066         kernel_map.page_offset = PAGE_OFFSET_L3;
1067 #else
1068         kernel_map.page_offset = _AC(CONFIG_PAGE_OFFSET, UL);
1069 #endif
1070         kernel_map.xiprom = (uintptr_t)CONFIG_XIP_PHYS_ADDR;
1071         kernel_map.xiprom_sz = (uintptr_t)(&_exiprom) - (uintptr_t)(&_xiprom);
1072
1073         phys_ram_base = CONFIG_PHYS_RAM_BASE;
1074         kernel_map.phys_addr = (uintptr_t)CONFIG_PHYS_RAM_BASE;
1075         kernel_map.size = (uintptr_t)(&_end) - (uintptr_t)(&_sdata);
1076
1077         kernel_map.va_kernel_xip_pa_offset = kernel_map.virt_addr - kernel_map.xiprom;
1078 #else
1079         kernel_map.page_offset = _AC(CONFIG_PAGE_OFFSET, UL);
1080         kernel_map.phys_addr = (uintptr_t)(&_start);
1081         kernel_map.size = (uintptr_t)(&_end) - kernel_map.phys_addr;
1082 #endif
1083
1084 #if defined(CONFIG_64BIT) && !defined(CONFIG_XIP_KERNEL)
1085         set_satp_mode(dtb_pa);
1086         set_mmap_rnd_bits_max();
1087 #endif
1088
1089         /*
1090          * In 64-bit, we defer the setup of va_pa_offset to setup_bootmem,
1091          * where we have the system memory layout: this allows us to align
1092          * the physical and virtual mappings and then make use of PUD/P4D/PGD
1093          * for the linear mapping. This is only possible because the kernel
1094          * mapping lies outside the linear mapping.
1095          * In 32-bit however, as the kernel resides in the linear mapping,
1096          * setup_vm_final can not change the mapping established here,
1097          * otherwise the same kernel addresses would get mapped to different
1098          * physical addresses (if the start of dram is different from the
1099          * kernel physical address start).
1100          */
1101         kernel_map.va_pa_offset = IS_ENABLED(CONFIG_64BIT) ?
1102                                 0UL : PAGE_OFFSET - kernel_map.phys_addr;
1103         kernel_map.va_kernel_pa_offset = kernel_map.virt_addr - kernel_map.phys_addr;
1104
1105         /*
1106          * The default maximal physical memory size is KERN_VIRT_SIZE for 32-bit
1107          * kernel, whereas for 64-bit kernel, the end of the virtual address
1108          * space is occupied by the modules/BPF/kernel mappings which reduces
1109          * the available size of the linear mapping.
1110          */
1111         memory_limit = KERN_VIRT_SIZE - (IS_ENABLED(CONFIG_64BIT) ? SZ_4G : 0);
1112
1113         /* Sanity check alignment and size */
1114         BUG_ON((PAGE_OFFSET % PGDIR_SIZE) != 0);
1115         BUG_ON((kernel_map.phys_addr % PMD_SIZE) != 0);
1116
1117 #ifdef CONFIG_64BIT
1118         /*
1119          * The last 4K bytes of the addressable memory can not be mapped because
1120          * of IS_ERR_VALUE macro.
1121          */
1122         BUG_ON((kernel_map.virt_addr + kernel_map.size) > ADDRESS_SPACE_END - SZ_4K);
1123 #endif
1124
1125 #ifdef CONFIG_RELOCATABLE
1126         /*
1127          * Early page table uses only one PUD, which makes it possible
1128          * to map PUD_SIZE aligned on PUD_SIZE: if the relocation offset
1129          * makes the kernel cross over a PUD_SIZE boundary, raise a bug
1130          * since a part of the kernel would not get mapped.
1131          */
1132         BUG_ON(PUD_SIZE - (kernel_map.virt_addr & (PUD_SIZE - 1)) < kernel_map.size);
1133         relocate_kernel();
1134 #endif
1135
1136         apply_early_boot_alternatives();
1137         pt_ops_set_early();
1138
1139         /* Setup early PGD for fixmap */
1140         create_pgd_mapping(early_pg_dir, FIXADDR_START,
1141                            fixmap_pgd_next, PGDIR_SIZE, PAGE_TABLE);
1142
1143 #ifndef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
1144         /* Setup fixmap P4D and PUD */
1145         if (pgtable_l5_enabled)
1146                 create_p4d_mapping(fixmap_p4d, FIXADDR_START,
1147                                    (uintptr_t)fixmap_pud, P4D_SIZE, PAGE_TABLE);
1148         /* Setup fixmap PUD and PMD */
1149         if (pgtable_l4_enabled)
1150                 create_pud_mapping(fixmap_pud, FIXADDR_START,
1151                                    (uintptr_t)fixmap_pmd, PUD_SIZE, PAGE_TABLE);
1152         create_pmd_mapping(fixmap_pmd, FIXADDR_START,
1153                            (uintptr_t)fixmap_pte, PMD_SIZE, PAGE_TABLE);
1154         /* Setup trampoline PGD and PMD */
1155         create_pgd_mapping(trampoline_pg_dir, kernel_map.virt_addr,
1156                            trampoline_pgd_next, PGDIR_SIZE, PAGE_TABLE);
1157         if (pgtable_l5_enabled)
1158                 create_p4d_mapping(trampoline_p4d, kernel_map.virt_addr,
1159                                    (uintptr_t)trampoline_pud, P4D_SIZE, PAGE_TABLE);
1160         if (pgtable_l4_enabled)
1161                 create_pud_mapping(trampoline_pud, kernel_map.virt_addr,
1162                                    (uintptr_t)trampoline_pmd, PUD_SIZE, PAGE_TABLE);
1163 #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
1164         create_pmd_mapping(trampoline_pmd, kernel_map.virt_addr,
1165                            kernel_map.xiprom, PMD_SIZE, PAGE_KERNEL_EXEC);
1166 #else
1167         create_pmd_mapping(trampoline_pmd, kernel_map.virt_addr,
1168                            kernel_map.phys_addr, PMD_SIZE, PAGE_KERNEL_EXEC);
1169 #endif
1170 #else
1171         /* Setup trampoline PGD */
1172         create_pgd_mapping(trampoline_pg_dir, kernel_map.virt_addr,
1173                            kernel_map.phys_addr, PGDIR_SIZE, PAGE_KERNEL_EXEC);
1174 #endif
1175
1176         /*
1177          * Setup early PGD covering entire kernel which will allow
1178          * us to reach paging_init(). We map all memory banks later
1179          * in setup_vm_final() below.
1180          */
1181         create_kernel_page_table(early_pg_dir, true);
1182
1183         /* Setup early mapping for FDT early scan */
1184         create_fdt_early_page_table(__fix_to_virt(FIX_FDT), dtb_pa);
1185
1186         /*
1187          * Bootime fixmap only can handle PMD_SIZE mapping. Thus, boot-ioremap
1188          * range can not span multiple pmds.
1189          */
1190         BUG_ON((__fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN) >> PMD_SHIFT)
1191                      != (__fix_to_virt(FIX_BTMAP_END) >> PMD_SHIFT));
1192
1193 #ifndef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
1194         /*
1195          * Early ioremap fixmap is already created as it lies within first 2MB
1196          * of fixmap region. We always map PMD_SIZE. Thus, both FIX_BTMAP_END
1197          * FIX_BTMAP_BEGIN should lie in the same pmd. Verify that and warn
1198          * the user if not.
1199          */
1200         fix_bmap_spmd = fixmap_pmd[pmd_index(__fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN))];
1201         fix_bmap_epmd = fixmap_pmd[pmd_index(__fix_to_virt(FIX_BTMAP_END))];
1202         if (pmd_val(fix_bmap_spmd) != pmd_val(fix_bmap_epmd)) {
1203                 WARN_ON(1);
1204                 pr_warn("fixmap btmap start [%08lx] != end [%08lx]\n",
1205                         pmd_val(fix_bmap_spmd), pmd_val(fix_bmap_epmd));
1206                 pr_warn("fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN): %08lx\n",
1207                         fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN));
1208                 pr_warn("fix_to_virt(FIX_BTMAP_END):   %08lx\n",
1209                         fix_to_virt(FIX_BTMAP_END));
1210
1211                 pr_warn("FIX_BTMAP_END:       %d\n", FIX_BTMAP_END);
1212                 pr_warn("FIX_BTMAP_BEGIN:     %d\n", FIX_BTMAP_BEGIN);
1213         }
1214 #endif
1215
1216         pt_ops_set_fixmap();
1217 }
1218
1219 static void __init create_linear_mapping_range(phys_addr_t start,
1220                                                phys_addr_t end,
1221                                                uintptr_t fixed_map_size)
1222 {
1223         phys_addr_t pa;
1224         uintptr_t va, map_size;
1225
1226         for (pa = start; pa < end; pa += map_size) {
1227                 va = (uintptr_t)__va(pa);
1228                 map_size = fixed_map_size ? fixed_map_size :
1229                                             best_map_size(pa, va, end - pa);
1230
1231                 create_pgd_mapping(swapper_pg_dir, va, pa, map_size,
1232                                    pgprot_from_va(va));
1233         }
1234 }
1235
1236 static void __init create_linear_mapping_page_table(void)
1237 {
1238         phys_addr_t start, end;
1239         phys_addr_t kfence_pool __maybe_unused;
1240         u64 i;
1241
1242 #ifdef CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX
1243         phys_addr_t ktext_start = __pa_symbol(_start);
1244         phys_addr_t ktext_size = __init_data_begin - _start;
1245         phys_addr_t krodata_start = __pa_symbol(__start_rodata);
1246         phys_addr_t krodata_size = _data - __start_rodata;
1247
1248         /* Isolate kernel text and rodata so they don't get mapped with a PUD */
1249         memblock_mark_nomap(ktext_start,  ktext_size);
1250         memblock_mark_nomap(krodata_start, krodata_size);
1251 #endif
1252
1253 #ifdef CONFIG_KFENCE
1254         /*
1255          *  kfence pool must be backed by PAGE_SIZE mappings, so allocate it
1256          *  before we setup the linear mapping so that we avoid using hugepages
1257          *  for this region.
1258          */
1259         kfence_pool = memblock_phys_alloc(KFENCE_POOL_SIZE, PAGE_SIZE);
1260         BUG_ON(!kfence_pool);
1261
1262         memblock_mark_nomap(kfence_pool, KFENCE_POOL_SIZE);
1263         __kfence_pool = __va(kfence_pool);
1264 #endif
1265
1266         /* Map all memory banks in the linear mapping */
1267         for_each_mem_range(i, &start, &end) {
1268                 if (start >= end)
1269                         break;
1270                 if (start <= __pa(PAGE_OFFSET) &&
1271                     __pa(PAGE_OFFSET) < end)
1272                         start = __pa(PAGE_OFFSET);
1273                 if (end >= __pa(PAGE_OFFSET) + memory_limit)
1274                         end = __pa(PAGE_OFFSET) + memory_limit;
1275
1276                 create_linear_mapping_range(start, end, 0);
1277         }
1278
1279 #ifdef CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX
1280         create_linear_mapping_range(ktext_start, ktext_start + ktext_size, 0);
1281         create_linear_mapping_range(krodata_start,
1282                                     krodata_start + krodata_size, 0);
1283
1284         memblock_clear_nomap(ktext_start,  ktext_size);
1285         memblock_clear_nomap(krodata_start, krodata_size);
1286 #endif
1287
1288 #ifdef CONFIG_KFENCE
1289         create_linear_mapping_range(kfence_pool,
1290                                     kfence_pool + KFENCE_POOL_SIZE,
1291                                     PAGE_SIZE);
1292
1293         memblock_clear_nomap(kfence_pool, KFENCE_POOL_SIZE);
1294 #endif
1295 }
1296
1297 static void __init setup_vm_final(void)
1298 {
1299         /* Setup swapper PGD for fixmap */
1300 #if !defined(CONFIG_64BIT)
1301         /*
1302          * In 32-bit, the device tree lies in a pgd entry, so it must be copied
1303          * directly in swapper_pg_dir in addition to the pgd entry that points
1304          * to fixmap_pte.
1305          */
1306         unsigned long idx = pgd_index(__fix_to_virt(FIX_FDT));
1307
1308         set_pgd(&swapper_pg_dir[idx], early_pg_dir[idx]);
1309 #endif
1310         create_pgd_mapping(swapper_pg_dir, FIXADDR_START,
1311                            __pa_symbol(fixmap_pgd_next),
1312                            PGDIR_SIZE, PAGE_TABLE);
1313
1314         /* Map the linear mapping */
1315         create_linear_mapping_page_table();
1316
1317         /* Map the kernel */
1318         if (IS_ENABLED(CONFIG_64BIT))
1319                 create_kernel_page_table(swapper_pg_dir, false);
1320
1321 #ifdef CONFIG_KASAN
1322         kasan_swapper_init();
1323 #endif
1324
1325         /* Clear fixmap PTE and PMD mappings */
1326         clear_fixmap(FIX_PTE);
1327         clear_fixmap(FIX_PMD);
1328         clear_fixmap(FIX_PUD);
1329         clear_fixmap(FIX_P4D);
1330
1331         /* Move to swapper page table */
1332         csr_write(CSR_SATP, PFN_DOWN(__pa_symbol(swapper_pg_dir)) | satp_mode);
1333         local_flush_tlb_all();
1334
1335         pt_ops_set_late();
1336 }
1337 #else
1338 asmlinkage void __init setup_vm(uintptr_t dtb_pa)
1339 {
1340         dtb_early_va = (void *)dtb_pa;
1341         dtb_early_pa = dtb_pa;
1342 }
1343
1344 static inline void setup_vm_final(void)
1345 {
1346 }
1347 #endif /* CONFIG_MMU */
1348
1349 /*
1350  * reserve_crashkernel() - reserves memory for crash kernel
1351  *
1352  * This function reserves memory area given in "crashkernel=" kernel command
1353  * line parameter. The memory reserved is used by dump capture kernel when
1354  * primary kernel is crashing.
1355  */
1356 static void __init arch_reserve_crashkernel(void)
1357 {
1358         unsigned long long low_size = 0;
1359         unsigned long long crash_base, crash_size;
1360         char *cmdline = boot_command_line;
1361         bool high = false;
1362         int ret;
1363
1364         if (!IS_ENABLED(CONFIG_CRASH_RESERVE))
1365                 return;
1366
1367         ret = parse_crashkernel(cmdline, memblock_phys_mem_size(),
1368                                 &crash_size, &crash_base,
1369                                 &low_size, &high);
1370         if (ret)
1371                 return;
1372
1373         reserve_crashkernel_generic(cmdline, crash_size, crash_base,
1374                                     low_size, high);
1375 }
1376
1377 void __init paging_init(void)
1378 {
1379         setup_bootmem();
1380         setup_vm_final();
1381
1382         /* Depend on that Linear Mapping is ready */
1383         memblock_allow_resize();
1384 }
1385
1386 void __init misc_mem_init(void)
1387 {
1388         early_memtest(min_low_pfn << PAGE_SHIFT, max_low_pfn << PAGE_SHIFT);
1389         arch_numa_init();
1390         sparse_init();
1391 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
1392         /* The entire VMEMMAP region has been populated. Flush TLB for this region */
1393         local_flush_tlb_kernel_range(VMEMMAP_START, VMEMMAP_END);
1394 #endif
1395         zone_sizes_init();
1396         arch_reserve_crashkernel();
1397         memblock_dump_all();
1398 }
1399
1400 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
1401 void __meminit vmemmap_set_pmd(pmd_t *pmd, void *p, int node,
1402                                unsigned long addr, unsigned long next)
1403 {
1404         pmd_set_huge(pmd, virt_to_phys(p), PAGE_KERNEL);
1405 }
1406
1407 int __meminit vmemmap_check_pmd(pmd_t *pmdp, int node,
1408                                 unsigned long addr, unsigned long next)
1409 {
1410         vmemmap_verify((pte_t *)pmdp, node, addr, next);
1411         return 1;
1412 }
1413
1414 int __meminit vmemmap_populate(unsigned long start, unsigned long end, int node,
1415                                struct vmem_altmap *altmap)
1416 {
1417         /*
1418          * Note that SPARSEMEM_VMEMMAP is only selected for rv64 and that we
1419          * can't use hugepage mappings for 2-level page table because in case of
1420          * memory hotplug, we are not able to update all the page tables with
1421          * the new PMDs.
1422          */
1423         return vmemmap_populate_hugepages(start, end, node, NULL);
1424 }
1425 #endif
1426
1427 #if defined(CONFIG_MMU) && defined(CONFIG_64BIT)
1428 /*
1429  * Pre-allocates page-table pages for a specific area in the kernel
1430  * page-table. Only the level which needs to be synchronized between
1431  * all page-tables is allocated because the synchronization can be
1432  * expensive.
1433  */
1434 static void __init preallocate_pgd_pages_range(unsigned long start, unsigned long end,
1435                                                const char *area)
1436 {
1437         unsigned long addr;
1438         const char *lvl;
1439
1440         for (addr = start; addr < end && addr >= start; addr = ALIGN(addr + 1, PGDIR_SIZE)) {
1441                 pgd_t *pgd = pgd_offset_k(addr);
1442                 p4d_t *p4d;
1443                 pud_t *pud;
1444                 pmd_t *pmd;
1445
1446                 lvl = "p4d";
1447                 p4d = p4d_alloc(&init_mm, pgd, addr);
1448                 if (!p4d)
1449                         goto failed;
1450
1451                 if (pgtable_l5_enabled)
1452                         continue;
1453
1454                 lvl = "pud";
1455                 pud = pud_alloc(&init_mm, p4d, addr);
1456                 if (!pud)
1457                         goto failed;
1458
1459                 if (pgtable_l4_enabled)
1460                         continue;
1461
1462                 lvl = "pmd";
1463                 pmd = pmd_alloc(&init_mm, pud, addr);
1464                 if (!pmd)
1465                         goto failed;
1466         }
1467         return;
1468
1469 failed:
1470         /*
1471          * The pages have to be there now or they will be missing in
1472          * process page-tables later.
1473          */
1474         panic("Failed to pre-allocate %s pages for %s area\n", lvl, area);
1475 }
1476
1477 void __init pgtable_cache_init(void)
1478 {
1479         preallocate_pgd_pages_range(VMALLOC_START, VMALLOC_END, "vmalloc");
1480         if (IS_ENABLED(CONFIG_MODULES))
1481                 preallocate_pgd_pages_range(MODULES_VADDR, MODULES_END, "bpf/modules");
1482 }
1483 #endif