arch/x86_64/kernel/e820.c

   1 /*
   2  * Handle the memory map.
   3  * The functions here do the job until bootmem takes over.
   4  *
   5  *  Getting sanitize_e820_map() in sync with i386 version by applying change:
   6  *  -  Provisions for empty E820 memory regions (reported by certain BIOSes).
   7  *     Alex Achenbach <xela@slit.de>, December 2002.
   8  *  Venkatesh Pallipadi <venkatesh.pallipadi@intel.com>
   9  *
  10  */
  11 #include <linux/kernel.h>
  12 #include <linux/types.h>
  13 #include <linux/init.h>
  14 #include <linux/bootmem.h>
  15 #include <linux/ioport.h>
  16 #include <linux/string.h>
  17 #include <linux/kexec.h>
  18 #include <linux/module.h>
  19
  20 #include <asm/pgtable.h>
  21 #include <asm/page.h>
  22 #include <asm/e820.h>
  23 #include <asm/proto.h>
  24 #include <asm/bootsetup.h>
  25 #include <asm/sections.h>
  26
  27 struct e820map e820 __initdata;
  28
  29 /*
  30  * PFN of last memory page.
  31  */
  32 unsigned long end_pfn;
  33 EXPORT_SYMBOL(end_pfn);
  34
  35 /*
  36  * end_pfn only includes RAM, while end_pfn_map includes all e820 entries.
  37  * The direct mapping extends to end_pfn_map, so that we can directly access
  38  * apertures, ACPI and other tables without having to play with fixmaps.
  39  */
  40 unsigned long end_pfn_map;
  41
  42 /*
  43  * Last pfn which the user wants to use.
  44  */
  45 static unsigned long __initdata end_user_pfn = MAXMEM>>PAGE_SHIFT;
  46
  47 extern struct resource code_resource, data_resource;
  48
  49 /* Check for some hardcoded bad areas that early boot is not allowed to touch */
  50 static inline int bad_addr(unsigned long *addrp, unsigned long size)
  51 {
  52         unsigned long addr = *addrp, last = addr + size;
  53
  54         /* various gunk below that needed for SMP startup */
  55         if (addr < 0x8000) {
  56                 *addrp = 0x8000;
  57                 return 1;
  58         }
  59
  60         /* direct mapping tables of the kernel */
  61         if (last >= table_start<<PAGE_SHIFT && addr < table_end<<PAGE_SHIFT) {
  62                 *addrp = table_end << PAGE_SHIFT;
  63                 return 1;
  64         }
  65
  66         /* initrd */
  67 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
  68         if (LOADER_TYPE && INITRD_START && last >= INITRD_START &&
  69             addr < INITRD_START+INITRD_SIZE) {
  70                 *addrp = INITRD_START + INITRD_SIZE;
  71                 return 1;
  72         }
  73 #endif
  74         /* kernel code */
  75         if (last >= __pa_symbol(&_text) && last < __pa_symbol(&_end)) {
  76                 *addrp = __pa_symbol(&_end);
  77                 return 1;
  78         }
  79
  80         if (last >= ebda_addr && addr < ebda_addr + ebda_size) {
  81                 *addrp = ebda_addr + ebda_size;
  82                 return 1;
  83         }
  84
  85         /* XXX ramdisk image here? */
  86         return 0;
  87 }
  88
  89 /*
  90  * This function checks if any part of the range <start,end> is mapped
  91  * with type.
  92  */
  93 int __meminit
  94 e820_any_mapped(unsigned long start, unsigned long end, unsigned type)
  95 {
  96         int i;
  97         for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {
  98                 struct e820entry *ei = &e820.map[i];
  99                 if (type && ei->type != type)
 100                         continue;
 101                 if (ei->addr >= end || ei->addr + ei->size <= start)
 102                         continue;
 103                 return 1;
 104         }
 105         return 0;
 106 }
 107
 108 /*
 109  * This function checks if the entire range <start,end> is mapped with type.
 110  *
 111  * Note: this function only works correct if the e820 table is sorted and
 112  * not-overlapping, which is the case
 113  */
 114 int __init e820_all_mapped(unsigned long start, unsigned long end, unsigned type)
 115 {
 116         int i;
 117         for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {
 118                 struct e820entry *ei = &e820.map[i];
 119                 if (type && ei->type != type)
 120                         continue;
 121                 /* is the region (part) in overlap with the current region ?*/
 122                 if (ei->addr >= end || ei->addr + ei->size <= start)
 123                         continue;
 124
 125                 /* if the region is at the beginning of <start,end> we move
 126                  * start to the end of the region since it's ok until there
 127                  */
 128                 if (ei->addr <= start)
 129                         start = ei->addr + ei->size;
 130                 /* if start is now at or beyond end, we're done, full coverage */
 131                 if (start >= end)
 132                         return 1; /* we're done */
 133         }
 134         return 0;
 135 }
 136
 137 /*
 138  * Find a free area in a specific range.
 139  */
 140 unsigned long __init find_e820_area(unsigned long start, unsigned long end, unsigned size)
 141 {
 142         int i;
 143         for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {
 144                 struct e820entry *ei = &e820.map[i];
 145                 unsigned long addr = ei->addr, last;
 146                 if (ei->type != E820_RAM)
 147                         continue;
 148                 if (addr < start)
 149                         addr = start;
 150                 if (addr > ei->addr + ei->size)
 151                         continue;
 152                 while (bad_addr(&addr, size) && addr+size <= ei->addr+ei->size)
 153                         ;
 154                 last = addr + size;
 155                 if (last > ei->addr + ei->size)
 156                         continue;
 157                 if (last > end)
 158                         continue;
 159                 return addr;
 160         }
 161         return -1UL;
 162 }
 163
 164 /*
 165  * Free bootmem based on the e820 table for a node.
 166  */
 167 void __init e820_bootmem_free(pg_data_t *pgdat, unsigned long start,unsigned long end)
 168 {
 169         int i;
 170         for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {
 171                 struct e820entry *ei = &e820.map[i];
 172                 unsigned long last, addr;
 173
 174                 if (ei->type != E820_RAM ||
 175                     ei->addr+ei->size <= start ||
 176                     ei->addr >= end)
 177                         continue;
 178
 179                 addr = round_up(ei->addr, PAGE_SIZE);
 180                 if (addr < start)
 181                         addr = start;
 182
 183                 last = round_down(ei->addr + ei->size, PAGE_SIZE);
 184                 if (last >= end)
 185                         last = end;
 186
 187                 if (last > addr && last-addr >= PAGE_SIZE)
 188                         free_bootmem_node(pgdat, addr, last-addr);
 189         }
 190 }
 191
 192 /*
 193  * Find the highest page frame number we have available
 194  */
 195 unsigned long __init e820_end_of_ram(void)
 196 {
 197         int i;
 198         unsigned long end_pfn = 0;
 199
 200         for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {
 201                 struct e820entry *ei = &e820.map[i];
 202                 unsigned long start, end;
 203
 204                 start = round_up(ei->addr, PAGE_SIZE);
 205                 end = round_down(ei->addr + ei->size, PAGE_SIZE);
 206                 if (start >= end)
 207                         continue;
 208                 if (ei->type == E820_RAM) {
 209                 if (end > end_pfn<<PAGE_SHIFT)
 210                         end_pfn = end>>PAGE_SHIFT;
 211                 } else {
 212                         if (end > end_pfn_map<<PAGE_SHIFT)
 213                                 end_pfn_map = end>>PAGE_SHIFT;
 214                 }
 215         }
 216
 217         if (end_pfn > end_pfn_map)
 218                 end_pfn_map = end_pfn;
 219         if (end_pfn_map > MAXMEM>>PAGE_SHIFT)
 220                 end_pfn_map = MAXMEM>>PAGE_SHIFT;
 221         if (end_pfn > end_user_pfn)
 222                 end_pfn = end_user_pfn;
 223         if (end_pfn > end_pfn_map)
 224                 end_pfn = end_pfn_map;
 225
 226         return end_pfn;
 227 }
 228
 229 /*
 230  * Compute how much memory is missing in a range.
 231  * Unlike the other functions in this file the arguments are in page numbers.
 232  */
 233 unsigned long __init
 234 e820_hole_size(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 235 {
 236         unsigned long ram = 0;
 237         unsigned long start = start_pfn << PAGE_SHIFT;
 238         unsigned long end = end_pfn << PAGE_SHIFT;
 239         int i;
 240         for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {
 241                 struct e820entry *ei = &e820.map[i];
 242                 unsigned long last, addr;
 243
 244                 if (ei->type != E820_RAM ||
 245                     ei->addr+ei->size <= start ||
 246                     ei->addr >= end)
 247                         continue;
 248
 249                 addr = round_up(ei->addr, PAGE_SIZE);
 250                 if (addr < start)
 251                         addr = start;
 252
 253                 last = round_down(ei->addr + ei->size, PAGE_SIZE);
 254                 if (last >= end)
 255                         last = end;
 256
 257                 if (last > addr)
 258                         ram += last - addr;
 259         }
 260         return ((end - start) - ram) >> PAGE_SHIFT;
 261 }
 262
 263 /*
 264  * Mark e820 reserved areas as busy for the resource manager.
 265  */
 266 void __init e820_reserve_resources(void)
 267 {
 268         int i;
 269         for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {
 270                 struct resource *res;
 271                 res = alloc_bootmem_low(sizeof(struct resource));
 272                 switch (e820.map[i].type) {
 273                 case E820_RAM:  res->name = "System RAM"; break;
 274                 case E820_ACPI: res->name = "ACPI Tables"; break;
 275                 case E820_NVS:  res->name = "ACPI Non-volatile Storage"; break;
 276                 default:        res->name = "reserved";
 277                 }
 278                 res->start = e820.map[i].addr;
 279                 res->end = res->start + e820.map[i].size - 1;
 280                 res->flags = IORESOURCE_MEM | IORESOURCE_BUSY;
 281                 request_resource(&iomem_resource, res);
 282                 if (e820.map[i].type == E820_RAM) {
 283                         /*
 284                          *  We don't know which RAM region contains kernel data,
 285                          *  so we try it repeatedly and let the resource manager
 286                          *  test it.
 287                          */
 288                         request_resource(res, &code_resource);
 289                         request_resource(res, &data_resource);
 290 #ifdef CONFIG_KEXEC
 291                         request_resource(res, &crashk_res);
 292 #endif
 293                 }
 294         }
 295 }
 296
 297 /*
 298  * Add a memory region to the kernel e820 map.
 299  */
 300 void __init add_memory_region(unsigned long start, unsigned long size, int type)
 301 {
 302         int x = e820.nr_map;
 303
 304         if (x == E820MAX) {
 305                 printk(KERN_ERR "Ooops! Too many entries in the memory map!\n");
 306                 return;
 307         }
 308
 309         e820.map[x].addr = start;
 310         e820.map[x].size = size;
 311         e820.map[x].type = type;
 312         e820.nr_map++;
 313 }
 314
 315 void __init e820_print_map(char *who)
 316 {
 317         int i;
 318
 319         for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {
 320                 printk(" %s: %016Lx - %016Lx ", who,
 321                         (unsigned long long) e820.map[i].addr,
 322                         (unsigned long long) (e820.map[i].addr + e820.map[i].size));
 323                 switch (e820.map[i].type) {
 324                 case E820_RAM:  printk("(usable)\n");
 325                                 break;
 326                 case E820_RESERVED:
 327                                 printk("(reserved)\n");
 328                                 break;
 329                 case E820_ACPI:
 330                                 printk("(ACPI data)\n");
 331                                 break;
 332                 case E820_NVS:
 333                                 printk("(ACPI NVS)\n");
 334                                 break;
 335                 default:        printk("type %u\n", e820.map[i].type);
 336                                 break;
 337                 }
 338         }
 339 }
 340
 341 /*
 342  * Sanitize the BIOS e820 map.
 343  *
 344  * Some e820 responses include overlapping entries.  The following
 345  * replaces the original e820 map with a new one, removing overlaps.
 346  *
 347  */
 348 static int __init sanitize_e820_map(struct e820entry * biosmap, char * pnr_map)
 349 {
 350         struct change_member {
 351                 struct e820entry *pbios; /* pointer to original bios entry */
 352                 unsigned long long addr; /* address for this change point */
 353         };
 354         static struct change_member change_point_list[2*E820MAX] __initdata;
 355         static struct change_member *change_point[2*E820MAX] __initdata;
 356         static struct e820entry *overlap_list[E820MAX] __initdata;
 357         static struct e820entry new_bios[E820MAX] __initdata;
 358         struct change_member *change_tmp;
 359         unsigned long current_type, last_type;
 360         unsigned long long last_addr;
 361         int chgidx, still_changing;
 362         int overlap_entries;
 363         int new_bios_entry;
 364         int old_nr, new_nr, chg_nr;
 365         int i;
 366
 367         /*
 368                 Visually we're performing the following (1,2,3,4 = memory types)...
 369
 370                 Sample memory map (w/overlaps):
 371                    ____22__________________
 372                    ______________________4_
 373                    ____1111________________
 374                    _44_____________________
 375                    11111111________________
 376                    ____________________33__
 377                    ___________44___________
 378                    __________33333_________
 379                    ______________22________
 380                    ___________________2222_
 381                    _________111111111______
 382                    _____________________11_
 383                    _________________4______
 384
 385                 Sanitized equivalent (no overlap):
 386                    1_______________________
 387                    _44_____________________
 388                    ___1____________________
 389                    ____22__________________
 390                    ______11________________
 391                    _________1______________
 392                    __________3_____________
 393                    ___________44___________
 394                    _____________33_________
 395                    _______________2________
 396                    ________________1_______
 397                    _________________4______
 398                    ___________________2____
 399                    ____________________33__
 400                    ______________________4_
 401         */
 402
 403         /* if there's only one memory region, don't bother */
 404         if (*pnr_map < 2)
 405                 return -1;
 406
 407         old_nr = *pnr_map;
 408
 409         /* bail out if we find any unreasonable addresses in bios map */
 410         for (i=0; i<old_nr; i++)
 411                 if (biosmap[i].addr + biosmap[i].size < biosmap[i].addr)
 412                         return -1;
 413
 414         /* create pointers for initial change-point information (for sorting) */
 415         for (i=0; i < 2*old_nr; i++)
 416                 change_point[i] = &change_point_list[i];
 417
 418         /* record all known change-points (starting and ending addresses),
 419            omitting those that are for empty memory regions */
 420         chgidx = 0;
 421         for (i=0; i < old_nr; i++)      {
 422                 if (biosmap[i].size != 0) {
 423                         change_point[chgidx]->addr = biosmap[i].addr;
 424                         change_point[chgidx++]->pbios = &biosmap[i];
 425                         change_point[chgidx]->addr = biosmap[i].addr + biosmap[i].size;
 426                         change_point[chgidx++]->pbios = &biosmap[i];
 427                 }
 428         }
 429         chg_nr = chgidx;
 430
 431         /* sort change-point list by memory addresses (low -> high) */
 432         still_changing = 1;
 433         while (still_changing)  {
 434                 still_changing = 0;
 435                 for (i=1; i < chg_nr; i++)  {
 436                         /* if <current_addr> > <last_addr>, swap */
 437                         /* or, if current=<start_addr> & last=<end_addr>, swap */
 438                         if ((change_point[i]->addr < change_point[i-1]->addr) ||
 439                                 ((change_point[i]->addr == change_point[i-1]->addr) &&
 440                                  (change_point[i]->addr == change_point[i]->pbios->addr) &&
 441                                  (change_point[i-1]->addr != change_point[i-1]->pbios->addr))
 442                            )
 443                         {
 444                                 change_tmp = change_point[i];
 445                                 change_point[i] = change_point[i-1];
 446                                 change_point[i-1] = change_tmp;
 447                                 still_changing=1;
 448                         }
 449                 }
 450         }
 451
 452         /* create a new bios memory map, removing overlaps */
 453         overlap_entries=0;       /* number of entries in the overlap table */
 454         new_bios_entry=0;        /* index for creating new bios map entries */
 455         last_type = 0;           /* start with undefined memory type */
 456         last_addr = 0;           /* start with 0 as last starting address */
 457         /* loop through change-points, determining affect on the new bios map */
 458         for (chgidx=0; chgidx < chg_nr; chgidx++)
 459         {
 460                 /* keep track of all overlapping bios entries */
 461                 if (change_point[chgidx]->addr == change_point[chgidx]->pbios->addr)
 462                 {
 463                         /* add map entry to overlap list (> 1 entry implies an overlap) */
 464                         overlap_list[overlap_entries++]=change_point[chgidx]->pbios;
 465                 }
 466                 else
 467                 {
 468                         /* remove entry from list (order independent, so swap with last) */
 469                         for (i=0; i<overlap_entries; i++)
 470                         {
 471                                 if (overlap_list[i] == change_point[chgidx]->pbios)
 472                                         overlap_list[i] = overlap_list[overlap_entries-1];
 473                         }
 474                         overlap_entries--;
 475                 }
 476                 /* if there are overlapping entries, decide which "type" to use */
 477                 /* (larger value takes precedence -- 1=usable, 2,3,4,4+=unusable) */
 478                 current_type = 0;
 479                 for (i=0; i<overlap_entries; i++)
 480                         if (overlap_list[i]->type > current_type)
 481                                 current_type = overlap_list[i]->type;
 482                 /* continue building up new bios map based on this information */
 483                 if (current_type != last_type)  {
 484                         if (last_type != 0)      {
 485                                 new_bios[new_bios_entry].size =
 486                                         change_point[chgidx]->addr - last_addr;
 487                                 /* move forward only if the new size was non-zero */
 488                                 if (new_bios[new_bios_entry].size != 0)
 489                                         if (++new_bios_entry >= E820MAX)
 490                                                 break;  /* no more space left for new bios entries */
 491                         }
 492                         if (current_type != 0)  {
 493                                 new_bios[new_bios_entry].addr = change_point[chgidx]->addr;
 494                                 new_bios[new_bios_entry].type = current_type;
 495                                 last_addr=change_point[chgidx]->addr;
 496                         }
 497                         last_type = current_type;
 498                 }
 499         }
 500         new_nr = new_bios_entry;   /* retain count for new bios entries */
 501
 502         /* copy new bios mapping into original location */
 503         memcpy(biosmap, new_bios, new_nr*sizeof(struct e820entry));
 504         *pnr_map = new_nr;
 505
 506         return 0;
 507 }
 508
 509 /*
 510  * Copy the BIOS e820 map into a safe place.
 511  *
 512  * Sanity-check it while we're at it..
 513  *
 514  * If we're lucky and live on a modern system, the setup code
 515  * will have given us a memory map that we can use to properly
 516  * set up memory.  If we aren't, we'll fake a memory map.
 517  */
 518 static int __init copy_e820_map(struct e820entry * biosmap, int nr_map)
 519 {
 520         /* Only one memory region (or negative)? Ignore it */
 521         if (nr_map < 2)
 522                 return -1;
 523
 524         do {
 525                 unsigned long start = biosmap->addr;
 526                 unsigned long size = biosmap->size;
 527                 unsigned long end = start + size;
 528                 unsigned long type = biosmap->type;
 529
 530                 /* Overflow in 64 bits? Ignore the memory map. */
 531                 if (start > end)
 532                         return -1;
 533
 534                 add_memory_region(start, size, type);
 535         } while (biosmap++,--nr_map);
 536         return 0;
 537 }
 538
 539 void early_panic(char *msg)
 540 {
 541         early_printk(msg);
 542         panic(msg);
 543 }
 544
 545 void __init setup_memory_region(void)
 546 {
 547         /*
 548          * Try to copy the BIOS-supplied E820-map.
 549          *
 550          * Otherwise fake a memory map; one section from 0k->640k,
 551          * the next section from 1mb->appropriate_mem_k
 552          */
 553         sanitize_e820_map(E820_MAP, &E820_MAP_NR);
 554         if (copy_e820_map(E820_MAP, E820_MAP_NR) < 0)
 555                 early_panic("Cannot find a valid memory map");
 556         printk(KERN_INFO "BIOS-provided physical RAM map:\n");
 557         e820_print_map("BIOS-e820");
 558 }
 559
 560 static int __init parse_memopt(char *p)
 561 {
 562         if (!p)
 563                 return -EINVAL;
 564         end_user_pfn = memparse(p, &p);
 565         end_user_pfn >>= PAGE_SHIFT;
 566         return 0;
 567 }
 568 early_param("mem", parse_memopt);
 569
 570 static int userdef __initdata;
 571
 572 static int __init parse_memmap_opt(char *p)
 573 {
 574         char *oldp;
 575         unsigned long long start_at, mem_size;
 576
 577         if (!strcmp(p, "exactmap")) {
 578 #ifdef CONFIG_CRASH_DUMP
 579                 /* If we are doing a crash dump, we
 580                  * still need to know the real mem
 581                  * size before original memory map is
 582                  * reset.
 583                  */
 584                 saved_max_pfn = e820_end_of_ram();
 585 #endif
 586                 end_pfn_map = 0;
 587                 e820.nr_map = 0;
 588                 userdef = 1;
 589                 return 0;
 590         }
 591
 592         oldp = p;
 593         mem_size = memparse(p, &p);
 594         if (p == oldp)
 595                 return -EINVAL;
 596         if (*p == '@') {
 597                 start_at = memparse(p+1, &p);
 598                 add_memory_region(start_at, mem_size, E820_RAM);
 599         } else if (*p == '#') {
 600                 start_at = memparse(p+1, &p);
 601                 add_memory_region(start_at, mem_size, E820_ACPI);
 602         } else if (*p == '$') {
 603                 start_at = memparse(p+1, &p);
 604                 add_memory_region(start_at, mem_size, E820_RESERVED);
 605         } else {
 606                 end_user_pfn = (mem_size >> PAGE_SHIFT);
 607         }
 608         return *p == '\0' ? 0 : -EINVAL;
 609 }
 610 early_param("memmap", parse_memmap_opt);
 611
 612 void finish_e820_parsing(void)
 613 {
 614         if (userdef) {
 615                 printk(KERN_INFO "user-defined physical RAM map:\n");
 616                 e820_print_map("user");
 617         }
 618 }
 619
 620 unsigned long pci_mem_start = 0xaeedbabe;
 621 EXPORT_SYMBOL(pci_mem_start);
 622
 623 /*
 624  * Search for the biggest gap in the low 32 bits of the e820
 625  * memory space.  We pass this space to PCI to assign MMIO resources
 626  * for hotplug or unconfigured devices in.
 627  * Hopefully the BIOS let enough space left.
 628  */
 629 __init void e820_setup_gap(void)
 630 {
 631         unsigned long gapstart, gapsize, round;
 632         unsigned long last;
 633         int i;
 634         int found = 0;
 635
 636         last = 0x100000000ull;
 637         gapstart = 0x10000000;
 638         gapsize = 0x400000;
 639         i = e820.nr_map;
 640         while (--i >= 0) {
 641                 unsigned long long start = e820.map[i].addr;
 642                 unsigned long long end = start + e820.map[i].size;
 643
 644                 /*
 645                  * Since "last" is at most 4GB, we know we'll
 646                  * fit in 32 bits if this condition is true
 647                  */
 648                 if (last > end) {
 649                         unsigned long gap = last - end;
 650
 651                         if (gap > gapsize) {
 652                                 gapsize = gap;
 653                                 gapstart = end;
 654                                 found = 1;
 655                         }
 656                 }
 657                 if (start < last)
 658                         last = start;
 659         }
 660
 661         if (!found) {
 662                 gapstart = (end_pfn << PAGE_SHIFT) + 1024*1024;
 663                 printk(KERN_ERR "PCI: Warning: Cannot find a gap in the 32bit address range\n"
 664                        KERN_ERR "PCI: Unassigned devices with 32bit resource registers may break!\n");
 665         }
 666
 667         /*
 668          * See how much we want to round up: start off with
 669          * rounding to the next 1MB area.
 670          */
 671         round = 0x100000;
 672         while ((gapsize >> 4) > round)
 673                 round += round;
 674         /* Fun with two's complement */
 675         pci_mem_start = (gapstart + round) & -round;
 676
 677         printk(KERN_INFO "Allocating PCI resources starting at %lx (gap: %lx:%lx)\n",
 678                 pci_mem_start, gapstart, gapsize);
 679 }