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 #include "mm.h"
  29
  30 DEFINE_PER_CPU(struct mmu_gather, mmu_gathers);
  31
  32 extern pgd_t swapper_pg_dir[PTRS_PER_PGD];
  33 extern void _stext, _text, _etext, __data_start, _end, __init_begin, __init_end;
  34 extern unsigned long phys_initrd_start;
  35 extern unsigned long phys_initrd_size;
  36
  37 /*
  38  * The sole use of this is to pass memory configuration
  39  * data from paging_init to mem_init.
  40  */
  41 static struct meminfo meminfo __initdata = { 0, };
  42
  43 /*
  44  * empty_zero_page is a special page that is used for
  45  * zero-initialized data and COW.
  46  */
  47 struct page *empty_zero_page;
  48
  49 /*
  50  * The pmd table for the upper-most set of pages.
  51  */
  52 pmd_t *top_pmd;
  53
  54 void show_mem(void)
  55 {
  56         int free = 0, total = 0, reserved = 0;
  57         int shared = 0, cached = 0, slab = 0, node;
  58
  59         printk("Mem-info:\n");
  60         show_free_areas();
  61         printk("Free swap:       %6ldkB\n", nr_swap_pages<<(PAGE_SHIFT-10));
  62
  63         for_each_online_node(node) {
  64                 struct page *page, *end;
  65
  66                 page = NODE_MEM_MAP(node);
  67                 end  = page + NODE_DATA(node)->node_spanned_pages;
  68
  69                 do {
  70                         total++;
  71                         if (PageReserved(page))
  72                                 reserved++;
  73                         else if (PageSwapCache(page))
  74                                 cached++;
  75                         else if (PageSlab(page))
  76                                 slab++;
  77                         else if (!page_count(page))
  78                                 free++;
  79                         else
  80                                 shared += page_count(page) - 1;
  81                         page++;
  82                 } while (page < end);
  83         }
  84
  85         printk("%d pages of RAM\n", total);
  86         printk("%d free pages\n", free);
  87         printk("%d reserved pages\n", reserved);
  88         printk("%d slab pages\n", slab);
  89         printk("%d pages shared\n", shared);
  90         printk("%d pages swap cached\n", cached);
  91 }
  92
  93 #define for_each_nodebank(iter,mi,no)                   \
  94         for (iter = 0; iter < mi->nr_banks; iter++)     \
  95                 if (mi->bank[iter].node == no)
  96
  97 /*
  98  * FIXME: We really want to avoid allocating the bootmap bitmap
  99  * over the top of the initrd.  Hopefully, this is located towards
 100  * the start of a bank, so if we allocate the bootmap bitmap at
 101  * the end, we won't clash.
 102  */
 103 static unsigned int __init
 104 find_bootmap_pfn(int node, struct meminfo *mi, unsigned int bootmap_pages)
 105 {
 106         unsigned int start_pfn, bank, bootmap_pfn;
 107
 108         start_pfn   = PAGE_ALIGN(__pa(&_end)) >> PAGE_SHIFT;
 109         bootmap_pfn = 0;
 110
 111         for_each_nodebank(bank, mi, node) {
 112                 unsigned int start, end;
 113
 114                 start = mi->bank[bank].start >> PAGE_SHIFT;
 115                 end   = (mi->bank[bank].size +
 116                          mi->bank[bank].start) >> PAGE_SHIFT;
 117
 118                 if (end < start_pfn)
 119                         continue;
 120
 121                 if (start < start_pfn)
 122                         start = start_pfn;
 123
 124                 if (end <= start)
 125                         continue;
 126
 127                 if (end - start >= bootmap_pages) {
 128                         bootmap_pfn = start;
 129                         break;
 130                 }
 131         }
 132
 133         if (bootmap_pfn == 0)
 134                 BUG();
 135
 136         return bootmap_pfn;
 137 }
 138
 139 static int __init check_initrd(struct meminfo *mi)
 140 {
 141         int initrd_node = -2;
 142 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 143         unsigned long end = phys_initrd_start + phys_initrd_size;
 144
 145         /*
 146          * Make sure that the initrd is within a valid area of
 147          * memory.
 148          */
 149         if (phys_initrd_size) {
 150                 unsigned int i;
 151
 152                 initrd_node = -1;
 153
 154                 for (i = 0; i < mi->nr_banks; i++) {
 155                         unsigned long bank_end;
 156
 157                         bank_end = mi->bank[i].start + mi->bank[i].size;
 158
 159                         if (mi->bank[i].start <= phys_initrd_start &&
 160                             end <= bank_end)
 161                                 initrd_node = mi->bank[i].node;
 162                 }
 163         }
 164
 165         if (initrd_node == -1) {
 166                 printk(KERN_ERR "initrd (0x%08lx - 0x%08lx) extends beyond "
 167                        "physical memory - disabling initrd\n",
 168                        phys_initrd_start, end);
 169                 phys_initrd_start = phys_initrd_size = 0;
 170         }
 171 #endif
 172
 173         return initrd_node;
 174 }
 175
 176 /*
 177  * Reserve the various regions of node 0
 178  */
 179 static __init void reserve_node_zero(pg_data_t *pgdat)
 180 {
 181         unsigned long res_size = 0;
 182
 183         /*
 184          * Register the kernel text and data with bootmem.
 185          * Note that this can only be in node 0.
 186          */
 187 #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
 188         reserve_bootmem_node(pgdat, __pa(&__data_start), &_end - &__data_start);
 189 #else
 190         reserve_bootmem_node(pgdat, __pa(&_stext), &_end - &_stext);
 191 #endif
 192
 193         /*
 194          * Reserve the page tables.  These are already in use,
 195          * and can only be in node 0.
 196          */
 197         reserve_bootmem_node(pgdat, __pa(swapper_pg_dir),
 198                              PTRS_PER_PGD * sizeof(pgd_t));
 199
 200         /*
 201          * Hmm... This should go elsewhere, but we really really need to
 202          * stop things allocating the low memory; ideally we need a better
 203          * implementation of GFP_DMA which does not assume that DMA-able
 204          * memory starts at zero.
 205          */
 206         if (machine_is_integrator() || machine_is_cintegrator())
 207                 res_size = __pa(swapper_pg_dir) - PHYS_OFFSET;
 208
 209         /*
 210          * These should likewise go elsewhere.  They pre-reserve the
 211          * screen memory region at the start of main system memory.
 212          */
 213         if (machine_is_edb7211())
 214                 res_size = 0x00020000;
 215         if (machine_is_p720t())
 216                 res_size = 0x00014000;
 217
 218 #ifdef CONFIG_SA1111
 219         /*
 220          * Because of the SA1111 DMA bug, we want to preserve our
 221          * precious DMA-able memory...
 222          */
 223         res_size = __pa(swapper_pg_dir) - PHYS_OFFSET;
 224 #endif
 225         if (res_size)
 226                 reserve_bootmem_node(pgdat, PHYS_OFFSET, res_size);
 227 }
 228
 229 static inline void prepare_page_table(struct meminfo *mi)
 230 {
 231         unsigned long addr;
 232
 233         /*
 234          * Clear out all the mappings below the kernel image.
 235          */
 236         for (addr = 0; addr < MODULE_START; addr += PGDIR_SIZE)
 237                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 238
 239 #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
 240         /* The XIP kernel is mapped in the module area -- skip over it */
 241         addr = ((unsigned long)&_etext + PGDIR_SIZE - 1) & PGDIR_MASK;
 242 #endif
 243         for ( ; addr < PAGE_OFFSET; addr += PGDIR_SIZE)
 244                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 245
 246         /*
 247          * Clear out all the kernel space mappings, except for the first
 248          * memory bank, up to the end of the vmalloc region.
 249          */
 250         for (addr = __phys_to_virt(mi->bank[0].start + mi->bank[0].size);
 251              addr < VMALLOC_END; addr += PGDIR_SIZE)
 252                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 253 }
 254
 255 static inline void map_memory_bank(struct membank *bank)
 256 {
 257         struct map_desc map;
 258
 259         map.pfn = __phys_to_pfn(bank->start);
 260         map.virtual = __phys_to_virt(bank->start);
 261         map.length = bank->size;
 262         map.type = MT_MEMORY;
 263
 264         create_mapping(&map);
 265 }
 266
 267 static unsigned long __init
 268 bootmem_init_node(int node, int initrd_node, struct meminfo *mi)
 269 {
 270         unsigned long zone_size[MAX_NR_ZONES], zhole_size[MAX_NR_ZONES];
 271         unsigned long start_pfn, end_pfn, boot_pfn;
 272         unsigned int boot_pages;
 273         pg_data_t *pgdat;
 274         int i;
 275
 276         start_pfn = -1UL;
 277         end_pfn = 0;
 278
 279         /*
 280          * Calculate the pfn range, and map the memory banks for this node.
 281          */
 282         for_each_nodebank(i, mi, node) {
 283                 struct membank *bank = &mi->bank[i];
 284                 unsigned long start, end;
 285
 286                 start = bank->start >> PAGE_SHIFT;
 287                 end = (bank->start + bank->size) >> PAGE_SHIFT;
 288
 289                 if (start_pfn > start)
 290                         start_pfn = start;
 291                 if (end_pfn < end)
 292                         end_pfn = end;
 293
 294                 map_memory_bank(bank);
 295         }
 296
 297         /*
 298          * If there is no memory in this node, ignore it.
 299          */
 300         if (end_pfn == 0)
 301                 return end_pfn;
 302
 303         /*
 304          * Allocate the bootmem bitmap page.
 305          */
 306         boot_pages = bootmem_bootmap_pages(end_pfn - start_pfn);
 307         boot_pfn = find_bootmap_pfn(node, mi, boot_pages);
 308
 309         /*
 310          * Initialise the bootmem allocator for this node, handing the
 311          * memory banks over to bootmem.
 312          */
 313         node_set_online(node);
 314         pgdat = NODE_DATA(node);
 315         init_bootmem_node(pgdat, boot_pfn, start_pfn, end_pfn);
 316
 317         for_each_nodebank(i, mi, node)
 318                 free_bootmem_node(pgdat, mi->bank[i].start, mi->bank[i].size);
 319
 320         /*
 321          * Reserve the bootmem bitmap for this node.
 322          */
 323         reserve_bootmem_node(pgdat, boot_pfn << PAGE_SHIFT,
 324                              boot_pages << PAGE_SHIFT);
 325
 326 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 327         /*
 328          * If the initrd is in this node, reserve its memory.
 329          */
 330         if (node == initrd_node) {
 331                 reserve_bootmem_node(pgdat, phys_initrd_start,
 332                                      phys_initrd_size);
 333                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
 334                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
 335         }
 336 #endif
 337
 338         /*
 339          * Finally, reserve any node zero regions.
 340          */
 341         if (node == 0)
 342                 reserve_node_zero(pgdat);
 343
 344         /*
 345          * initialise the zones within this node.
 346          */
 347         memset(zone_size, 0, sizeof(zone_size));
 348         memset(zhole_size, 0, sizeof(zhole_size));
 349
 350         /*
 351          * The size of this node has already been determined.  If we need
 352          * to do anything fancy with the allocation of this memory to the
 353          * zones, now is the time to do it.
 354          */
 355         zone_size[0] = end_pfn - start_pfn;
 356
 357         /*
 358          * For each bank in this node, calculate the size of the holes.
 359          *  holes = node_size - sum(bank_sizes_in_node)
 360          */
 361         zhole_size[0] = zone_size[0];
 362         for_each_nodebank(i, mi, node)
 363                 zhole_size[0] -= mi->bank[i].size >> PAGE_SHIFT;
 364
 365         /*
 366          * Adjust the sizes according to any special requirements for
 367          * this machine type.
 368          */
 369         arch_adjust_zones(node, zone_size, zhole_size);
 370
 371         free_area_init_node(node, pgdat, zone_size, start_pfn, zhole_size);
 372
 373         return end_pfn;
 374 }
 375
 376 static void __init bootmem_init(struct meminfo *mi)
 377 {
 378         unsigned long memend_pfn = 0;
 379         int node, initrd_node, i;
 380
 381         /*
 382          * Invalidate the node number for empty or invalid memory banks
 383          */
 384         for (i = 0; i < mi->nr_banks; i++)
 385                 if (mi->bank[i].size == 0 || mi->bank[i].node >= MAX_NUMNODES)
 386                         mi->bank[i].node = -1;
 387
 388         memcpy(&meminfo, mi, sizeof(meminfo));
 389
 390         prepare_page_table(mi);
 391
 392         /*
 393          * Locate which node contains the ramdisk image, if any.
 394          */
 395         initrd_node = check_initrd(mi);
 396
 397         /*
 398          * Run through each node initialising the bootmem allocator.
 399          */
 400         for_each_node(node) {
 401                 unsigned long end_pfn;
 402
 403                 end_pfn = bootmem_init_node(node, initrd_node, mi);
 404
 405                 /*
 406                  * Remember the highest memory PFN.
 407                  */
 408                 if (end_pfn > memend_pfn)
 409                         memend_pfn = end_pfn;
 410         }
 411
 412         high_memory = __va(memend_pfn << PAGE_SHIFT);
 413
 414         /*
 415          * This doesn't seem to be used by the Linux memory manager any
 416          * more, but is used by ll_rw_block.  If we can get rid of it, we
 417          * also get rid of some of the stuff above as well.
 418          *
 419          * Note: max_low_pfn and max_pfn reflect the number of _pages_ in
 420          * the system, not the maximum PFN.
 421          */
 422         max_pfn = max_low_pfn = memend_pfn - PHYS_PFN_OFFSET;
 423 }
 424
 425 /*
 426  * Set up device the mappings.  Since we clear out the page tables for all
 427  * mappings above VMALLOC_END, we will remove any debug device mappings.
 428  * This means you have to be careful how you debug this function, or any
 429  * called function.  This means you can't use any function or debugging
 430  * method which may touch any device, otherwise the kernel _will_ crash.
 431  */
 432 static void __init devicemaps_init(struct machine_desc *mdesc)
 433 {
 434         struct map_desc map;
 435         unsigned long addr;
 436         void *vectors;
 437
 438         /*
 439          * Allocate the vector page early.
 440          */
 441         vectors = alloc_bootmem_low_pages(PAGE_SIZE);
 442         BUG_ON(!vectors);
 443
 444         for (addr = VMALLOC_END; addr; addr += PGDIR_SIZE)
 445                 pmd_clear(pmd_off_k(addr));
 446
 447         /*
 448          * Map the kernel if it is XIP.
 449          * It is always first in the modulearea.
 450          */
 451 #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
 452         map.pfn = __phys_to_pfn(CONFIG_XIP_PHYS_ADDR & SECTION_MASK);
 453         map.virtual = MODULE_START;
 454         map.length = ((unsigned long)&_etext - map.virtual + ~SECTION_MASK) & SECTION_MASK;
 455         map.type = MT_ROM;
 456         create_mapping(&map);
 457 #endif
 458
 459         /*
 460          * Map the cache flushing regions.
 461          */
 462 #ifdef FLUSH_BASE
 463         map.pfn = __phys_to_pfn(FLUSH_BASE_PHYS);
 464         map.virtual = FLUSH_BASE;
 465         map.length = SZ_1M;
 466         map.type = MT_CACHECLEAN;
 467         create_mapping(&map);
 468 #endif
 469 #ifdef FLUSH_BASE_MINICACHE
 470         map.pfn = __phys_to_pfn(FLUSH_BASE_PHYS + SZ_1M);
 471         map.virtual = FLUSH_BASE_MINICACHE;
 472         map.length = SZ_1M;
 473         map.type = MT_MINICLEAN;
 474         create_mapping(&map);
 475 #endif
 476
 477         /*
 478          * Create a mapping for the machine vectors at the high-vectors
 479          * location (0xffff0000).  If we aren't using high-vectors, also
 480          * create a mapping at the low-vectors virtual address.
 481          */
 482         map.pfn = __phys_to_pfn(virt_to_phys(vectors));
 483         map.virtual = 0xffff0000;
 484         map.length = PAGE_SIZE;
 485         map.type = MT_HIGH_VECTORS;
 486         create_mapping(&map);
 487
 488         if (!vectors_high()) {
 489                 map.virtual = 0;
 490                 map.type = MT_LOW_VECTORS;
 491                 create_mapping(&map);
 492         }
 493
 494         /*
 495          * Ask the machine support to map in the statically mapped devices.
 496          */
 497         if (mdesc->map_io)
 498                 mdesc->map_io();
 499
 500         /*
 501          * Finally flush the caches and tlb to ensure that we're in a
 502          * consistent state wrt the writebuffer.  This also ensures that
 503          * any write-allocated cache lines in the vector page are written
 504          * back.  After this point, we can start to touch devices again.
 505          */
 506         local_flush_tlb_all();
 507         flush_cache_all();
 508 }
 509
 510 /*
 511  * paging_init() sets up the page tables, initialises the zone memory
 512  * maps, and sets up the zero page, bad page and bad page tables.
 513  */
 514 void __init paging_init(struct meminfo *mi, struct machine_desc *mdesc)
 515 {
 516         void *zero_page;
 517
 518         build_mem_type_table();
 519         bootmem_init(mi);
 520         devicemaps_init(mdesc);
 521
 522         top_pmd = pmd_off_k(0xffff0000);
 523
 524         /*
 525          * allocate the zero page.  Note that we count on this going ok.
 526          */
 527         zero_page = alloc_bootmem_low_pages(PAGE_SIZE);
 528         memzero(zero_page, PAGE_SIZE);
 529         empty_zero_page = virt_to_page(zero_page);
 530         flush_dcache_page(empty_zero_page);
 531 }
 532
 533 static inline void free_area(unsigned long addr, unsigned long end, char *s)
 534 {
 535         unsigned int size = (end - addr) >> 10;
 536
 537         for (; addr < end; addr += PAGE_SIZE) {
 538                 struct page *page = virt_to_page(addr);
 539                 ClearPageReserved(page);
 540                 init_page_count(page);
 541                 free_page(addr);
 542                 totalram_pages++;
 543         }
 544
 545         if (size && s)
 546                 printk(KERN_INFO "Freeing %s memory: %dK\n", s, size);
 547 }
 548
 549 static inline void
 550 free_memmap(int node, unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 551 {
 552         struct page *start_pg, *end_pg;
 553         unsigned long pg, pgend;
 554
 555         /*
 556          * Convert start_pfn/end_pfn to a struct page pointer.
 557          */
 558         start_pg = pfn_to_page(start_pfn);
 559         end_pg = pfn_to_page(end_pfn);
 560
 561         /*
 562          * Convert to physical addresses, and
 563          * round start upwards and end downwards.
 564          */
 565         pg = PAGE_ALIGN(__pa(start_pg));
 566         pgend = __pa(end_pg) & PAGE_MASK;
 567
 568         /*
 569          * If there are free pages between these,
 570          * free the section of the memmap array.
 571          */
 572         if (pg < pgend)
 573                 free_bootmem_node(NODE_DATA(node), pg, pgend - pg);
 574 }
 575
 576 /*
 577  * The mem_map array can get very big.  Free the unused area of the memory map.
 578  */
 579 static void __init free_unused_memmap_node(int node, struct meminfo *mi)
 580 {
 581         unsigned long bank_start, prev_bank_end = 0;
 582         unsigned int i;
 583
 584         /*
 585          * [FIXME] This relies on each bank being in address order.  This
 586          * may not be the case, especially if the user has provided the
 587          * information on the command line.
 588          */
 589         for_each_nodebank(i, mi, node) {
 590                 bank_start = mi->bank[i].start >> PAGE_SHIFT;
 591                 if (bank_start < prev_bank_end) {
 592                         printk(KERN_ERR "MEM: unordered memory banks.  "
 593                                 "Not freeing memmap.\n");
 594                         break;
 595                 }
 596
 597                 /*
 598                  * If we had a previous bank, and there is a space
 599                  * between the current bank and the previous, free it.
 600                  */
 601                 if (prev_bank_end && prev_bank_end != bank_start)
 602                         free_memmap(node, prev_bank_end, bank_start);
 603
 604                 prev_bank_end = (mi->bank[i].start +
 605                                  mi->bank[i].size) >> PAGE_SHIFT;
 606         }
 607 }
 608
 609 /*
 610  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much
 611  * memory is free.  This is done after various parts of the system have
 612  * claimed their memory after the kernel image.
 613  */
 614 void __init mem_init(void)
 615 {
 616         unsigned int codepages, datapages, initpages;
 617         int i, node;
 618
 619         codepages = &_etext - &_text;
 620         datapages = &_end - &__data_start;
 621         initpages = &__init_end - &__init_begin;
 622
 623 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
 624         max_mapnr   = virt_to_page(high_memory) - mem_map;
 625 #endif
 626
 627         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 628         for_each_online_node(node) {
 629                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(node);
 630
 631                 free_unused_memmap_node(node, &meminfo);
 632
 633                 if (pgdat->node_spanned_pages != 0)
 634                         totalram_pages += free_all_bootmem_node(pgdat);
 635         }
 636
 637 #ifdef CONFIG_SA1111
 638         /* now that our DMA memory is actually so designated, we can free it */
 639         free_area(PAGE_OFFSET, (unsigned long)swapper_pg_dir, NULL);
 640 #endif
 641
 642         /*
 643          * Since our memory may not be contiguous, calculate the
 644          * real number of pages we have in this system
 645          */
 646         printk(KERN_INFO "Memory:");
 647
 648         num_physpages = 0;
 649         for (i = 0; i < meminfo.nr_banks; i++) {
 650                 num_physpages += meminfo.bank[i].size >> PAGE_SHIFT;
 651                 printk(" %ldMB", meminfo.bank[i].size >> 20);
 652         }
 653
 654         printk(" = %luMB total\n", num_physpages >> (20 - PAGE_SHIFT));
 655         printk(KERN_NOTICE "Memory: %luKB available (%dK code, "
 656                 "%dK data, %dK init)\n",
 657                 (unsigned long) nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10),
 658                 codepages >> 10, datapages >> 10, initpages >> 10);
 659
 660         if (PAGE_SIZE >= 16384 && num_physpages <= 128) {
 661                 extern int sysctl_overcommit_memory;
 662                 /*
 663                  * On a machine this small we won't get
 664                  * anywhere without overcommit, so turn
 665                  * it on by default.
 666                  */
 667                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
 668         }
 669 }
 670
 671 void free_initmem(void)
 672 {
 673         if (!machine_is_integrator() && !machine_is_cintegrator()) {
 674                 free_area((unsigned long)(&__init_begin),
 675                           (unsigned long)(&__init_end),
 676                           "init");
 677         }
 678 }
 679
 680 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 681
 682 static int keep_initrd;
 683
 684 void free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 685 {
 686         if (!keep_initrd)
 687                 free_area(start, end, "initrd");
 688 }
 689
 690 static int __init keepinitrd_setup(char *__unused)
 691 {
 692         keep_initrd = 1;
 693         return 1;
 694 }
 695
 696 __setup("keepinitrd", keepinitrd_setup);
 697 #endif