arch/arm/mm/init.c

   1 /*
   2  *  linux/arch/arm/mm/init.c
   3  *
   4  *  Copyright (C) 1995-2005 Russell King
   5  *
   6  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   7  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
   8  * published by the Free Software Foundation.
   9  */
  10 #include <linux/kernel.h>
  11 #include <linux/errno.h>
  12 #include <linux/ptrace.h>
  13 #include <linux/swap.h>
  14 #include <linux/init.h>
  15 #include <linux/bootmem.h>
  16 #include <linux/mman.h>
  17 #include <linux/nodemask.h>
  18 #include <linux/initrd.h>
  19
  20 #include <asm/mach-types.h>
  21 #include <asm/setup.h>
  22 #include <asm/sizes.h>
  23 #include <asm/tlb.h>
  24
  25 #include <asm/mach/arch.h>
  26 #include <asm/mach/map.h>
  27
  28 DEFINE_PER_CPU(struct mmu_gather, mmu_gathers);
  29
  30 extern pgd_t swapper_pg_dir[PTRS_PER_PGD];
  31 extern void _stext, _text, _etext, __data_start, _end, __init_begin, __init_end;
  32 extern unsigned long phys_initrd_start;
  33 extern unsigned long phys_initrd_size;
  34
  35 /*
  36  * The sole use of this is to pass memory configuration
  37  * data from paging_init to mem_init.
  38  */
  39 static struct meminfo meminfo __initdata = { 0, };
  40
  41 /*
  42  * empty_zero_page is a special page that is used for
  43  * zero-initialized data and COW.
  44  */
  45 struct page *empty_zero_page;
  46
  47 void show_mem(void)
  48 {
  49         int free = 0, total = 0, reserved = 0;
  50         int shared = 0, cached = 0, slab = 0, node;
  51
  52         printk("Mem-info:\n");
  53         show_free_areas();
  54         printk("Free swap:       %6ldkB\n", nr_swap_pages<<(PAGE_SHIFT-10));
  55
  56         for_each_online_node(node) {
  57                 struct page *page, *end;
  58
  59                 page = NODE_MEM_MAP(node);
  60                 end  = page + NODE_DATA(node)->node_spanned_pages;
  61
  62                 do {
  63                         total++;
  64                         if (PageReserved(page))
  65                                 reserved++;
  66                         else if (PageSwapCache(page))
  67                                 cached++;
  68                         else if (PageSlab(page))
  69                                 slab++;
  70                         else if (!page_count(page))
  71                                 free++;
  72                         else
  73                                 shared += page_count(page) - 1;
  74                         page++;
  75                 } while (page < end);
  76         }
  77
  78         printk("%d pages of RAM\n", total);
  79         printk("%d free pages\n", free);
  80         printk("%d reserved pages\n", reserved);
  81         printk("%d slab pages\n", slab);
  82         printk("%d pages shared\n", shared);
  83         printk("%d pages swap cached\n", cached);
  84 }
  85
  86 static inline pmd_t *pmd_off(pgd_t *pgd, unsigned long virt)
  87 {
  88         return pmd_offset(pgd, virt);
  89 }
  90
  91 static inline pmd_t *pmd_off_k(unsigned long virt)
  92 {
  93         return pmd_off(pgd_offset_k(virt), virt);
  94 }
  95
  96 #define for_each_nodebank(iter,mi,no)                   \
  97         for (iter = 0; iter < mi->nr_banks; iter++)     \
  98                 if (mi->bank[iter].node == no)
  99
 100 /*
 101  * FIXME: We really want to avoid allocating the bootmap bitmap
 102  * over the top of the initrd.  Hopefully, this is located towards
 103  * the start of a bank, so if we allocate the bootmap bitmap at
 104  * the end, we won't clash.
 105  */
 106 static unsigned int __init
 107 find_bootmap_pfn(int node, struct meminfo *mi, unsigned int bootmap_pages)
 108 {
 109         unsigned int start_pfn, bank, bootmap_pfn;
 110
 111         start_pfn   = PAGE_ALIGN(__pa(&_end)) >> PAGE_SHIFT;
 112         bootmap_pfn = 0;
 113
 114         for_each_nodebank(bank, mi, node) {
 115                 unsigned int start, end;
 116
 117                 start = mi->bank[bank].start >> PAGE_SHIFT;
 118                 end   = (mi->bank[bank].size +
 119                          mi->bank[bank].start) >> PAGE_SHIFT;
 120
 121                 if (end < start_pfn)
 122                         continue;
 123
 124                 if (start < start_pfn)
 125                         start = start_pfn;
 126
 127                 if (end <= start)
 128                         continue;
 129
 130                 if (end - start >= bootmap_pages) {
 131                         bootmap_pfn = start;
 132                         break;
 133                 }
 134         }
 135
 136         if (bootmap_pfn == 0)
 137                 BUG();
 138
 139         return bootmap_pfn;
 140 }
 141
 142 static int __init check_initrd(struct meminfo *mi)
 143 {
 144         int initrd_node = -2;
 145 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 146         unsigned long end = phys_initrd_start + phys_initrd_size;
 147
 148         /*
 149          * Make sure that the initrd is within a valid area of
 150          * memory.
 151          */
 152         if (phys_initrd_size) {
 153                 unsigned int i;
 154
 155                 initrd_node = -1;
 156
 157                 for (i = 0; i < mi->nr_banks; i++) {
 158                         unsigned long bank_end;
 159
 160                         bank_end = mi->bank[i].start + mi->bank[i].size;
 161
 162                         if (mi->bank[i].start <= phys_initrd_start &&
 163                             end <= bank_end)
 164                                 initrd_node = mi->bank[i].node;
 165                 }
 166         }
 167
 168         if (initrd_node == -1) {
 169                 printk(KERN_ERR "initrd (0x%08lx - 0x%08lx) extends beyond "
 170                        "physical memory - disabling initrd\n",
 171                        phys_initrd_start, end);
 172                 phys_initrd_start = phys_initrd_size = 0;
 173         }
 174 #endif
 175
 176         return initrd_node;
 177 }
 178
 179 /*
 180  * Reserve the various regions of node 0
 181  */
 182 static __init void reserve_node_zero(pg_data_t *pgdat)
 183 {
 184         unsigned long res_size = 0;
 185
 186         /*
 187          * Register the kernel text and data with bootmem.
 188          * Note that this can only be in node 0.
 189          */
 190 #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
 191         reserve_bootmem_node(pgdat, __pa(&__data_start), &_end - &__data_start);
 192 #else
 193         reserve_bootmem_node(pgdat, __pa(&_stext), &_end - &_stext);
 194 #endif
 195
 196         /*
 197          * Reserve the page tables.  These are already in use,
 198          * and can only be in node 0.
 199          */
 200         reserve_bootmem_node(pgdat, __pa(swapper_pg_dir),
 201                              PTRS_PER_PGD * sizeof(pgd_t));
 202
 203         /*
 204          * Hmm... This should go elsewhere, but we really really need to
 205          * stop things allocating the low memory; ideally we need a better
 206          * implementation of GFP_DMA which does not assume that DMA-able
 207          * memory starts at zero.
 208          */
 209         if (machine_is_integrator() || machine_is_cintegrator())
 210                 res_size = __pa(swapper_pg_dir) - PHYS_OFFSET;
 211
 212         /*
 213          * These should likewise go elsewhere.  They pre-reserve the
 214          * screen memory region at the start of main system memory.
 215          */
 216         if (machine_is_edb7211())
 217                 res_size = 0x00020000;
 218         if (machine_is_p720t())
 219                 res_size = 0x00014000;
 220
 221 #ifdef CONFIG_SA1111
 222         /*
 223          * Because of the SA1111 DMA bug, we want to preserve our
 224          * precious DMA-able memory...
 225          */
 226         res_size = __pa(swapper_pg_dir) - PHYS_OFFSET;
 227 #endif
 228         if (res_size)
 229                 reserve_bootmem_node(pgdat, PHYS_OFFSET, res_size);
 230 }
 231
 232 void __init build_mem_type_table(void);
 233 void __init create_mapping(struct map_desc *md);
 234
 235 static unsigned long __init
 236 bootmem_init_node(int node, int initrd_node, struct meminfo *mi)
 237 {
 238         unsigned long zone_size[MAX_NR_ZONES], zhole_size[MAX_NR_ZONES];
 239         unsigned long start_pfn, end_pfn, boot_pfn;
 240         unsigned int boot_pages;
 241         pg_data_t *pgdat;
 242         int i;
 243
 244         start_pfn = -1UL;
 245         end_pfn = 0;
 246
 247         /*
 248          * Calculate the pfn range, and map the memory banks for this node.
 249          */
 250         for_each_nodebank(i, mi, node) {
 251                 unsigned long start, end;
 252                 struct map_desc map;
 253
 254                 start = mi->bank[i].start >> PAGE_SHIFT;
 255                 end = (mi->bank[i].start + mi->bank[i].size) >> PAGE_SHIFT;
 256
 257                 if (start_pfn > start)
 258                         start_pfn = start;
 259                 if (end_pfn < end)
 260                         end_pfn = end;
 261
 262                 map.pfn = __phys_to_pfn(mi->bank[i].start);
 263                 map.virtual = __phys_to_virt(mi->bank[i].start);
 264                 map.length = mi->bank[i].size;
 265                 map.type = MT_MEMORY;
 266
 267                 create_mapping(&map);
 268         }
 269
 270         /*
 271          * If there is no memory in this node, ignore it.
 272          */
 273         if (end_pfn == 0)
 274                 return end_pfn;
 275
 276         /*
 277          * Allocate the bootmem bitmap page.
 278          */
 279         boot_pages = bootmem_bootmap_pages(end_pfn - start_pfn);
 280         boot_pfn = find_bootmap_pfn(node, mi, boot_pages);
 281
 282         /*
 283          * Initialise the bootmem allocator for this node, handing the
 284          * memory banks over to bootmem.
 285          */
 286         node_set_online(node);
 287         pgdat = NODE_DATA(node);
 288         init_bootmem_node(pgdat, boot_pfn, start_pfn, end_pfn);
 289
 290         for_each_nodebank(i, mi, node)
 291                 free_bootmem_node(pgdat, mi->bank[i].start, mi->bank[i].size);
 292
 293         /*
 294          * Reserve the bootmem bitmap for this node.
 295          */
 296         reserve_bootmem_node(pgdat, boot_pfn << PAGE_SHIFT,
 297                              boot_pages << PAGE_SHIFT);
 298
 299 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 300         /*
 301          * If the initrd is in this node, reserve its memory.
 302          */
 303         if (node == initrd_node) {
 304                 reserve_bootmem_node(pgdat, phys_initrd_start,
 305                                      phys_initrd_size);
 306                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
 307                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
 308         }
 309 #endif
 310
 311         /*
 312          * Finally, reserve any node zero regions.
 313          */
 314         if (node == 0)
 315                 reserve_node_zero(pgdat);
 316
 317         /*
 318          * initialise the zones within this node.
 319          */
 320         memset(zone_size, 0, sizeof(zone_size));
 321         memset(zhole_size, 0, sizeof(zhole_size));
 322
 323         /*
 324          * The size of this node has already been determined.  If we need
 325          * to do anything fancy with the allocation of this memory to the
 326          * zones, now is the time to do it.
 327          */
 328         zone_size[0] = end_pfn - start_pfn;
 329
 330         /*
 331          * For each bank in this node, calculate the size of the holes.
 332          *  holes = node_size - sum(bank_sizes_in_node)
 333          */
 334         zhole_size[0] = zone_size[0];
 335         for_each_nodebank(i, mi, node)
 336                 zhole_size[0] -= mi->bank[i].size >> PAGE_SHIFT;
 337
 338         /*
 339          * Adjust the sizes according to any special requirements for
 340          * this machine type.
 341          */
 342         arch_adjust_zones(node, zone_size, zhole_size);
 343
 344         free_area_init_node(node, pgdat, zone_size, start_pfn, zhole_size);
 345
 346         return end_pfn;
 347 }
 348
 349 static void __init bootmem_init(struct meminfo *mi)
 350 {
 351         unsigned long addr, memend_pfn = 0;
 352         int node, initrd_node, i;
 353
 354         /*
 355          * Invalidate the node number for empty or invalid memory banks
 356          */
 357         for (i = 0; i < mi->nr_banks; i++)
 358                 if (mi->bank[i].size == 0 || mi->bank[i].node >= MAX_NUMNODES)
 359                         mi->bank[i].node = -1;
 360
 361         memcpy(&meminfo, mi, sizeof(meminfo));
 362
 363         /*
 364          * Clear out all the mappings below the kernel image.
 365          */
 366         for (addr = 0; addr < MODULE_START; addr += PGDIR_SIZE)
 367                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 368 #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
 369         /* The XIP kernel is mapped in the module area -- skip over it */
 370         addr = ((unsigned long)&_etext + PGDIR_SIZE - 1) & PGDIR_MASK;
 371 #endif
 372         for ( ; addr < PAGE_OFFSET; addr += PGDIR_SIZE)
 373                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 374
 375         /*
 376          * Clear out all the kernel space mappings, except for the first
 377          * memory bank, up to the end of the vmalloc region.
 378          */
 379         for (addr = __phys_to_virt(mi->bank[0].start + mi->bank[0].size);
 380              addr < VMALLOC_END; addr += PGDIR_SIZE)
 381                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 382
 383         /*
 384          * Locate which node contains the ramdisk image, if any.
 385          */
 386         initrd_node = check_initrd(mi);
 387
 388         /*
 389          * Run through each node initialising the bootmem allocator.
 390          */
 391         for_each_node(node) {
 392                 unsigned long end_pfn;
 393
 394                 end_pfn = bootmem_init_node(node, initrd_node, mi);
 395
 396                 /*
 397                  * Remember the highest memory PFN.
 398                  */
 399                 if (end_pfn > memend_pfn)
 400                         memend_pfn = end_pfn;
 401         }
 402
 403         high_memory = __va(memend_pfn << PAGE_SHIFT);
 404
 405         /*
 406          * This doesn't seem to be used by the Linux memory manager any
 407          * more, but is used by ll_rw_block.  If we can get rid of it, we
 408          * also get rid of some of the stuff above as well.
 409          *
 410          * Note: max_low_pfn and max_pfn reflect the number of _pages_ in
 411          * the system, not the maximum PFN.
 412          */
 413         max_pfn = max_low_pfn = memend_pfn - PHYS_PFN_OFFSET;
 414 }
 415
 416 /*
 417  * Set up device the mappings.  Since we clear out the page tables for all
 418  * mappings above VMALLOC_END, we will remove any debug device mappings.
 419  * This means you have to be careful how you debug this function, or any
 420  * called function.  This means you can't use any function or debugging
 421  * method which may touch any device, otherwise the kernel _will_ crash.
 422  */
 423 static void __init devicemaps_init(struct machine_desc *mdesc)
 424 {
 425         struct map_desc map;
 426         unsigned long addr;
 427         void *vectors;
 428
 429         /*
 430          * Allocate the vector page early.
 431          */
 432         vectors = alloc_bootmem_low_pages(PAGE_SIZE);
 433         BUG_ON(!vectors);
 434
 435         for (addr = VMALLOC_END; addr; addr += PGDIR_SIZE)
 436                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 437
 438         /*
 439          * Map the kernel if it is XIP.
 440          * It is always first in the modulearea.
 441          */
 442 #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
 443         map.pfn = __phys_to_pfn(CONFIG_XIP_PHYS_ADDR & PGDIR_MASK);
 444         map.virtual = MODULE_START;
 445         map.length = ((unsigned long)&_etext - map.virtual + ~PGDIR_MASK) & PGDIR_MASK;
 446         map.type = MT_ROM;
 447         create_mapping(&map);
 448 #endif
 449
 450         /*
 451          * Map the cache flushing regions.
 452          */
 453 #ifdef FLUSH_BASE
 454         map.pfn = __phys_to_pfn(FLUSH_BASE_PHYS);
 455         map.virtual = FLUSH_BASE;
 456         map.length = SZ_1M;
 457         map.type = MT_CACHECLEAN;
 458         create_mapping(&map);
 459 #endif
 460 #ifdef FLUSH_BASE_MINICACHE
 461         map.pfn = __phys_to_pfn(FLUSH_BASE_PHYS + SZ_1M);
 462         map.virtual = FLUSH_BASE_MINICACHE;
 463         map.length = SZ_1M;
 464         map.type = MT_MINICLEAN;
 465         create_mapping(&map);
 466 #endif
 467
 468         /*
 469          * Create a mapping for the machine vectors at the high-vectors
 470          * location (0xffff0000).  If we aren't using high-vectors, also
 471          * create a mapping at the low-vectors virtual address.
 472          */
 473         map.pfn = __phys_to_pfn(virt_to_phys(vectors));
 474         map.virtual = 0xffff0000;
 475         map.length = PAGE_SIZE;
 476         map.type = MT_HIGH_VECTORS;
 477         create_mapping(&map);
 478
 479         if (!vectors_high()) {
 480                 map.virtual = 0;
 481                 map.type = MT_LOW_VECTORS;
 482                 create_mapping(&map);
 483         }
 484
 485         /*
 486          * Ask the machine support to map in the statically mapped devices.
 487          */
 488         if (mdesc->map_io)
 489                 mdesc->map_io();
 490
 491         /*
 492          * Finally flush the caches and tlb to ensure that we're in a
 493          * consistent state wrt the writebuffer.  This also ensures that
 494          * any write-allocated cache lines in the vector page are written
 495          * back.  After this point, we can start to touch devices again.
 496          */
 497         local_flush_tlb_all();
 498         flush_cache_all();
 499 }
 500
 501 /*
 502  * paging_init() sets up the page tables, initialises the zone memory
 503  * maps, and sets up the zero page, bad page and bad page tables.
 504  */
 505 void __init paging_init(struct meminfo *mi, struct machine_desc *mdesc)
 506 {
 507         void *zero_page;
 508
 509         build_mem_type_table();
 510         bootmem_init(mi);
 511         devicemaps_init(mdesc);
 512
 513         top_pmd = pmd_off_k(0xffff0000);
 514
 515         /*
 516          * allocate the zero page.  Note that we count on this going ok.
 517          */
 518         zero_page = alloc_bootmem_low_pages(PAGE_SIZE);
 519         memzero(zero_page, PAGE_SIZE);
 520         empty_zero_page = virt_to_page(zero_page);
 521         flush_dcache_page(empty_zero_page);
 522 }
 523
 524 static inline void free_area(unsigned long addr, unsigned long end, char *s)
 525 {
 526         unsigned int size = (end - addr) >> 10;
 527
 528         for (; addr < end; addr += PAGE_SIZE) {
 529                 struct page *page = virt_to_page(addr);
 530                 ClearPageReserved(page);
 531                 init_page_count(page);
 532                 free_page(addr);
 533                 totalram_pages++;
 534         }
 535
 536         if (size && s)
 537                 printk(KERN_INFO "Freeing %s memory: %dK\n", s, size);
 538 }
 539
 540 static inline void
 541 free_memmap(int node, unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 542 {
 543         struct page *start_pg, *end_pg;
 544         unsigned long pg, pgend;
 545
 546         /*
 547          * Convert start_pfn/end_pfn to a struct page pointer.
 548          */
 549         start_pg = pfn_to_page(start_pfn);
 550         end_pg = pfn_to_page(end_pfn);
 551
 552         /*
 553          * Convert to physical addresses, and
 554          * round start upwards and end downwards.
 555          */
 556         pg = PAGE_ALIGN(__pa(start_pg));
 557         pgend = __pa(end_pg) & PAGE_MASK;
 558
 559         /*
 560          * If there are free pages between these,
 561          * free the section of the memmap array.
 562          */
 563         if (pg < pgend)
 564                 free_bootmem_node(NODE_DATA(node), pg, pgend - pg);
 565 }
 566
 567 /*
 568  * The mem_map array can get very big.  Free the unused area of the memory map.
 569  */
 570 static void __init free_unused_memmap_node(int node, struct meminfo *mi)
 571 {
 572         unsigned long bank_start, prev_bank_end = 0;
 573         unsigned int i;
 574
 575         /*
 576          * [FIXME] This relies on each bank being in address order.  This
 577          * may not be the case, especially if the user has provided the
 578          * information on the command line.
 579          */
 580         for_each_nodebank(i, mi, node) {
 581                 bank_start = mi->bank[i].start >> PAGE_SHIFT;
 582                 if (bank_start < prev_bank_end) {
 583                         printk(KERN_ERR "MEM: unordered memory banks.  "
 584                                 "Not freeing memmap.\n");
 585                         break;
 586                 }
 587
 588                 /*
 589                  * If we had a previous bank, and there is a space
 590                  * between the current bank and the previous, free it.
 591                  */
 592                 if (prev_bank_end && prev_bank_end != bank_start)
 593                         free_memmap(node, prev_bank_end, bank_start);
 594
 595                 prev_bank_end = (mi->bank[i].start +
 596                                  mi->bank[i].size) >> PAGE_SHIFT;
 597         }
 598 }
 599
 600 /*
 601  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much
 602  * memory is free.  This is done after various parts of the system have
 603  * claimed their memory after the kernel image.
 604  */
 605 void __init mem_init(void)
 606 {
 607         unsigned int codepages, datapages, initpages;
 608         int i, node;
 609
 610         codepages = &_etext - &_text;
 611         datapages = &_end - &__data_start;
 612         initpages = &__init_end - &__init_begin;
 613
 614 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
 615         max_mapnr   = virt_to_page(high_memory) - mem_map;
 616 #endif
 617
 618         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 619         for_each_online_node(node) {
 620                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(node);
 621
 622                 free_unused_memmap_node(node, &meminfo);
 623
 624                 if (pgdat->node_spanned_pages != 0)
 625                         totalram_pages += free_all_bootmem_node(pgdat);
 626         }
 627
 628 #ifdef CONFIG_SA1111
 629         /* now that our DMA memory is actually so designated, we can free it */
 630         free_area(PAGE_OFFSET, (unsigned long)swapper_pg_dir, NULL);
 631 #endif
 632
 633         /*
 634          * Since our memory may not be contiguous, calculate the
 635          * real number of pages we have in this system
 636          */
 637         printk(KERN_INFO "Memory:");
 638
 639         num_physpages = 0;
 640         for (i = 0; i < meminfo.nr_banks; i++) {
 641                 num_physpages += meminfo.bank[i].size >> PAGE_SHIFT;
 642                 printk(" %ldMB", meminfo.bank[i].size >> 20);
 643         }
 644
 645         printk(" = %luMB total\n", num_physpages >> (20 - PAGE_SHIFT));
 646         printk(KERN_NOTICE "Memory: %luKB available (%dK code, "
 647                 "%dK data, %dK init)\n",
 648                 (unsigned long) nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10),
 649                 codepages >> 10, datapages >> 10, initpages >> 10);
 650
 651         if (PAGE_SIZE >= 16384 && num_physpages <= 128) {
 652                 extern int sysctl_overcommit_memory;
 653                 /*
 654                  * On a machine this small we won't get
 655                  * anywhere without overcommit, so turn
 656                  * it on by default.
 657                  */
 658                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
 659         }
 660 }
 661
 662 void free_initmem(void)
 663 {
 664         if (!machine_is_integrator() && !machine_is_cintegrator()) {
 665                 free_area((unsigned long)(&__init_begin),
 666                           (unsigned long)(&__init_end),
 667                           "init");
 668         }
 669 }
 670
 671 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 672
 673 static int keep_initrd;
 674
 675 void free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 676 {
 677         if (!keep_initrd)
 678                 free_area(start, end, "initrd");
 679 }
 680
 681 static int __init keepinitrd_setup(char *__unused)
 682 {
 683         keep_initrd = 1;
 684         return 1;
 685 }
 686
 687 __setup("keepinitrd", keepinitrd_setup);
 688 #endif