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 /*
  28  * PFN of last memory page.
  29  */
  30 unsigned long end_pfn;
  31 EXPORT_SYMBOL(end_pfn);
  32
  33 /*
  34  * end_pfn only includes RAM, while end_pfn_map includes all e820 entries.
  35  * The direct mapping extends to end_pfn_map, so that we can directly access
  36  * apertures, ACPI and other tables without having to play with fixmaps.
  37  */
  38 unsigned long end_pfn_map;
  39
  40 /*
  41  * Last pfn which the user wants to use.
  42  */
  43 unsigned long end_user_pfn = MAXMEM>>PAGE_SHIFT;
  44
  45 extern struct resource code_resource, data_resource;
  46
  47 /* Check for some hardcoded bad areas that early boot is not allowed to touch */
  48 static inline int bad_addr(unsigned long *addrp, unsigned long size)
  49 {
  50         unsigned long addr = *addrp, last = addr + size;
  51
  52         /* various gunk below that needed for SMP startup */
  53         if (addr < 0x8000) {
  54                 *addrp = 0x8000;
  55                 return 1;
  56         }
  57
  58         /* direct mapping tables of the kernel */
  59         if (last >= table_start<<PAGE_SHIFT && addr < table_end<<PAGE_SHIFT) {
  60                 *addrp = table_end << PAGE_SHIFT;
  61                 return 1;
  62         }
  63
  64         /* initrd */
  65 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
  66         if (LOADER_TYPE && INITRD_START && last >= INITRD_START &&
  67             addr < INITRD_START+INITRD_SIZE) {
  68                 *addrp = INITRD_START + INITRD_SIZE;
  69                 return 1;
  70         }
  71 #endif
  72         /* kernel code + 640k memory hole (later should not be needed, but
  73            be paranoid for now) */
  74         if (last >= 640*1024 && addr < 1024*1024) {
  75                 *addrp = 1024*1024;
  76                 return 1;
  77         }
  78         if (last >= __pa_symbol(&_text) && last < __pa_symbol(&_end)) {
  79                 *addrp = __pa_symbol(&_end);
  80                 return 1;
  81         }
  82
  83         if (last >= ebda_addr && addr < ebda_addr + ebda_size) {
  84                 *addrp = ebda_addr + ebda_size;
  85                 return 1;
  86         }
  87
  88         /* XXX ramdisk image here? */
  89         return 0;
  90 }
  91
  92 /*
  93  * This function checks if any part of the range <start,end> is mapped
  94  * with type.
  95  */
  96 int __meminit
  97 e820_any_mapped(unsigned long start, unsigned long end, unsigned type)
  98 {
  99         int i;
 100         for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {
 101                 struct e820entry *ei = &e820.map[i];
 102                 if (type && ei->type != type)
 103                         continue;
 104                 if (ei->addr >= end || ei->addr + ei->size <= start)
 105                         continue;
 106                 return 1;
 107         }
 108         return 0;
 109 }
 110
 111 /*
 112  * Find a free area in a specific range.
 113  */
 114 unsigned long __init find_e820_area(unsigned long start, unsigned long end, unsigned size)
 115 {
 116         int i;
 117         for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {
 118                 struct e820entry *ei = &e820.map[i];
 119                 unsigned long addr = ei->addr, last;
 120                 if (ei->type != E820_RAM)
 121                         continue;
 122                 if (addr < start)
 123                         addr = start;
 124                 if (addr > ei->addr + ei->size)
 125                         continue;
 126                 while (bad_addr(&addr, size) && addr+size <= ei->addr+ei->size)
 127                         ;
 128                 last = addr + size;
 129                 if (last > ei->addr + ei->size)
 130                         continue;
 131                 if (last > end)
 132                         continue;
 133                 return addr;
 134         }
 135         return -1UL;
 136 }
 137
 138 /*
 139  * Free bootmem based on the e820 table for a node.
 140  */
 141 void __init e820_bootmem_free(pg_data_t *pgdat, unsigned long start,unsigned long end)
 142 {
 143         int i;
 144         for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {
 145                 struct e820entry *ei = &e820.map[i];
 146                 unsigned long last, addr;
 147
 148                 if (ei->type != E820_RAM ||
 149                     ei->addr+ei->size <= start ||
 150                     ei->addr >= end)
 151                         continue;
 152
 153                 addr = round_up(ei->addr, PAGE_SIZE);
 154                 if (addr < start)
 155                         addr = start;
 156
 157                 last = round_down(ei->addr + ei->size, PAGE_SIZE);
 158                 if (last >= end)
 159                         last = end;
 160
 161                 if (last > addr && last-addr >= PAGE_SIZE)
 162                         free_bootmem_node(pgdat, addr, last-addr);
 163         }
 164 }
 165
 166 /*
 167  * Find the highest page frame number we have available
 168  */
 169 unsigned long __init e820_end_of_ram(void)
 170 {
 171         int i;
 172         unsigned long end_pfn = 0;
 173
 174         for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {
 175                 struct e820entry *ei = &e820.map[i];
 176                 unsigned long start, end;
 177
 178                 start = round_up(ei->addr, PAGE_SIZE);
 179                 end = round_down(ei->addr + ei->size, PAGE_SIZE);
 180                 if (start >= end)
 181                         continue;
 182                 if (ei->type == E820_RAM) {
 183                 if (end > end_pfn<<PAGE_SHIFT)
 184                         end_pfn = end>>PAGE_SHIFT;
 185                 } else {
 186                         if (end > end_pfn_map<<PAGE_SHIFT)
 187                                 end_pfn_map = end>>PAGE_SHIFT;
 188                 }
 189         }
 190
 191         if (end_pfn > end_pfn_map)
 192                 end_pfn_map = end_pfn;
 193         if (end_pfn_map > MAXMEM>>PAGE_SHIFT)
 194                 end_pfn_map = MAXMEM>>PAGE_SHIFT;
 195         if (end_pfn > end_user_pfn)
 196                 end_pfn = end_user_pfn;
 197         if (end_pfn > end_pfn_map)
 198                 end_pfn = end_pfn_map;
 199
 200         return end_pfn;
 201 }
 202
 203 /*
 204  * Compute how much memory is missing in a range.
 205  * Unlike the other functions in this file the arguments are in page numbers.
 206  */
 207 unsigned long __init
 208 e820_hole_size(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 209 {
 210         unsigned long ram = 0;
 211         unsigned long start = start_pfn << PAGE_SHIFT;
 212         unsigned long end = end_pfn << PAGE_SHIFT;
 213         int i;
 214         for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {
 215                 struct e820entry *ei = &e820.map[i];
 216                 unsigned long last, addr;
 217
 218                 if (ei->type != E820_RAM ||
 219                     ei->addr+ei->size <= start ||
 220                     ei->addr >= end)
 221                         continue;
 222
 223                 addr = round_up(ei->addr, PAGE_SIZE);
 224                 if (addr < start)
 225                         addr = start;
 226
 227                 last = round_down(ei->addr + ei->size, PAGE_SIZE);
 228                 if (last >= end)
 229                         last = end;
 230
 231                 if (last > addr)
 232                         ram += last - addr;
 233         }
 234         return ((end - start) - ram) >> PAGE_SHIFT;
 235 }
 236
 237 /*
 238  * Mark e820 reserved areas as busy for the resource manager.
 239  */
 240 void __init e820_reserve_resources(void)
 241 {
 242         int i;
 243         for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {
 244                 struct resource *res;
 245                 res = alloc_bootmem_low(sizeof(struct resource));
 246                 switch (e820.map[i].type) {
 247                 case E820_RAM:  res->name = "System RAM"; break;
 248                 case E820_ACPI: res->name = "ACPI Tables"; break;
 249                 case E820_NVS:  res->name = "ACPI Non-volatile Storage"; break;
 250                 default:        res->name = "reserved";
 251                 }
 252                 res->start = e820.map[i].addr;
 253                 res->end = res->start + e820.map[i].size - 1;
 254                 res->flags = IORESOURCE_MEM | IORESOURCE_BUSY;
 255                 request_resource(&iomem_resource, res);
 256                 if (e820.map[i].type == E820_RAM) {
 257                         /*
 258                          *  We don't know which RAM region contains kernel data,
 259                          *  so we try it repeatedly and let the resource manager
 260                          *  test it.
 261                          */
 262                         request_resource(res, &code_resource);
 263                         request_resource(res, &data_resource);
 264 #ifdef CONFIG_KEXEC
 265                         request_resource(res, &crashk_res);
 266 #endif
 267                 }
 268         }
 269 }
 270
 271 /*
 272  * Add a memory region to the kernel e820 map.
 273  */
 274 void __init add_memory_region(unsigned long start, unsigned long size, int type)
 275 {
 276         int x = e820.nr_map;
 277
 278         if (x == E820MAX) {
 279                 printk(KERN_ERR "Ooops! Too many entries in the memory map!\n");
 280                 return;
 281         }
 282
 283         e820.map[x].addr = start;
 284         e820.map[x].size = size;
 285         e820.map[x].type = type;
 286         e820.nr_map++;
 287 }
 288
 289 void __init e820_print_map(char *who)
 290 {
 291         int i;
 292
 293         for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {
 294                 printk(" %s: %016Lx - %016Lx ", who,
 295                         (unsigned long long) e820.map[i].addr,
 296                         (unsigned long long) (e820.map[i].addr + e820.map[i].size));
 297                 switch (e820.map[i].type) {
 298                 case E820_RAM:  printk("(usable)\n");
 299                                 break;
 300                 case E820_RESERVED:
 301                                 printk("(reserved)\n");
 302                                 break;
 303                 case E820_ACPI:
 304                                 printk("(ACPI data)\n");
 305                                 break;
 306                 case E820_NVS:
 307                                 printk("(ACPI NVS)\n");
 308                                 break;
 309                 default:        printk("type %u\n", e820.map[i].type);
 310                                 break;
 311                 }
 312         }
 313 }
 314
 315 /*
 316  * Sanitize the BIOS e820 map.
 317  *
 318  * Some e820 responses include overlapping entries.  The following
 319  * replaces the original e820 map with a new one, removing overlaps.
 320  *
 321  */
 322 static int __init sanitize_e820_map(struct e820entry * biosmap, char * pnr_map)
 323 {
 324         struct change_member {
 325                 struct e820entry *pbios; /* pointer to original bios entry */
 326                 unsigned long long addr; /* address for this change point */
 327         };
 328         static struct change_member change_point_list[2*E820MAX] __initdata;
 329         static struct change_member *change_point[2*E820MAX] __initdata;
 330         static struct e820entry *overlap_list[E820MAX] __initdata;
 331         static struct e820entry new_bios[E820MAX] __initdata;
 332         struct change_member *change_tmp;
 333         unsigned long current_type, last_type;
 334         unsigned long long last_addr;
 335         int chgidx, still_changing;
 336         int overlap_entries;
 337         int new_bios_entry;
 338         int old_nr, new_nr, chg_nr;
 339         int i;
 340
 341         /*
 342                 Visually we're performing the following (1,2,3,4 = memory types)...
 343
 344                 Sample memory map (w/overlaps):
 345                    ____22__________________
 346                    ______________________4_
 347                    ____1111________________
 348                    _44_____________________
 349                    11111111________________
 350                    ____________________33__
 351                    ___________44___________
 352                    __________33333_________
 353                    ______________22________
 354                    ___________________2222_
 355                    _________111111111______
 356                    _____________________11_
 357                    _________________4______
 358
 359                 Sanitized equivalent (no overlap):
 360                    1_______________________
 361                    _44_____________________
 362                    ___1____________________
 363                    ____22__________________
 364                    ______11________________
 365                    _________1______________
 366                    __________3_____________
 367                    ___________44___________
 368                    _____________33_________
 369                    _______________2________
 370                    ________________1_______
 371                    _________________4______
 372                    ___________________2____
 373                    ____________________33__
 374                    ______________________4_
 375         */
 376
 377         /* if there's only one memory region, don't bother */
 378         if (*pnr_map < 2)
 379                 return -1;
 380
 381         old_nr = *pnr_map;
 382
 383         /* bail out if we find any unreasonable addresses in bios map */
 384         for (i=0; i<old_nr; i++)
 385                 if (biosmap[i].addr + biosmap[i].size < biosmap[i].addr)
 386                         return -1;
 387
 388         /* create pointers for initial change-point information (for sorting) */
 389         for (i=0; i < 2*old_nr; i++)
 390                 change_point[i] = &change_point_list[i];
 391
 392         /* record all known change-points (starting and ending addresses),
 393            omitting those that are for empty memory regions */
 394         chgidx = 0;
 395         for (i=0; i < old_nr; i++)      {
 396                 if (biosmap[i].size != 0) {
 397                         change_point[chgidx]->addr = biosmap[i].addr;
 398                         change_point[chgidx++]->pbios = &biosmap[i];
 399                         change_point[chgidx]->addr = biosmap[i].addr + biosmap[i].size;
 400                         change_point[chgidx++]->pbios = &biosmap[i];
 401                 }
 402         }
 403         chg_nr = chgidx;
 404
 405         /* sort change-point list by memory addresses (low -> high) */
 406         still_changing = 1;
 407         while (still_changing)  {
 408                 still_changing = 0;
 409                 for (i=1; i < chg_nr; i++)  {
 410                         /* if <current_addr> > <last_addr>, swap */
 411                         /* or, if current=<start_addr> & last=<end_addr>, swap */
 412                         if ((change_point[i]->addr < change_point[i-1]->addr) ||
 413                                 ((change_point[i]->addr == change_point[i-1]->addr) &&
 414                                  (change_point[i]->addr == change_point[i]->pbios->addr) &&
 415                                  (change_point[i-1]->addr != change_point[i-1]->pbios->addr))
 416                            )
 417                         {
 418                                 change_tmp = change_point[i];
 419                                 change_point[i] = change_point[i-1];
 420                                 change_point[i-1] = change_tmp;
 421                                 still_changing=1;
 422                         }
 423                 }
 424         }
 425
 426         /* create a new bios memory map, removing overlaps */
 427         overlap_entries=0;       /* number of entries in the overlap table */
 428         new_bios_entry=0;        /* index for creating new bios map entries */
 429         last_type = 0;           /* start with undefined memory type */
 430         last_addr = 0;           /* start with 0 as last starting address */
 431         /* loop through change-points, determining affect on the new bios map */
 432         for (chgidx=0; chgidx < chg_nr; chgidx++)
 433         {
 434                 /* keep track of all overlapping bios entries */
 435                 if (change_point[chgidx]->addr == change_point[chgidx]->pbios->addr)
 436                 {
 437                         /* add map entry to overlap list (> 1 entry implies an overlap) */
 438                         overlap_list[overlap_entries++]=change_point[chgidx]->pbios;
 439                 }
 440                 else
 441                 {
 442                         /* remove entry from list (order independent, so swap with last) */
 443                         for (i=0; i<overlap_entries; i++)
 444                         {
 445                                 if (overlap_list[i] == change_point[chgidx]->pbios)
 446                                         overlap_list[i] = overlap_list[overlap_entries-1];
 447                         }
 448                         overlap_entries--;
 449                 }
 450                 /* if there are overlapping entries, decide which "type" to use */
 451                 /* (larger value takes precedence -- 1=usable, 2,3,4,4+=unusable) */
 452                 current_type = 0;
 453                 for (i=0; i<overlap_entries; i++)
 454                         if (overlap_list[i]->type > current_type)
 455                                 current_type = overlap_list[i]->type;
 456                 /* continue building up new bios map based on this information */
 457                 if (current_type != last_type)  {
 458                         if (last_type != 0)      {
 459                                 new_bios[new_bios_entry].size =
 460                                         change_point[chgidx]->addr - last_addr;
 461                                 /* move forward only if the new size was non-zero */
 462                                 if (new_bios[new_bios_entry].size != 0)
 463                                         if (++new_bios_entry >= E820MAX)
 464                                                 break;  /* no more space left for new bios entries */
 465                         }
 466                         if (current_type != 0)  {
 467                                 new_bios[new_bios_entry].addr = change_point[chgidx]->addr;
 468                                 new_bios[new_bios_entry].type = current_type;
 469                                 last_addr=change_point[chgidx]->addr;
 470                         }
 471                         last_type = current_type;
 472                 }
 473         }
 474         new_nr = new_bios_entry;   /* retain count for new bios entries */
 475
 476         /* copy new bios mapping into original location */
 477         memcpy(biosmap, new_bios, new_nr*sizeof(struct e820entry));
 478         *pnr_map = new_nr;
 479
 480         return 0;
 481 }
 482
 483 /*
 484  * Copy the BIOS e820 map into a safe place.
 485  *
 486  * Sanity-check it while we're at it..
 487  *
 488  * If we're lucky and live on a modern system, the setup code
 489  * will have given us a memory map that we can use to properly
 490  * set up memory.  If we aren't, we'll fake a memory map.
 491  *
 492  * We check to see that the memory map contains at least 2 elements
 493  * before we'll use it, because the detection code in setup.S may
 494  * not be perfect and most every PC known to man has two memory
 495  * regions: one from 0 to 640k, and one from 1mb up.  (The IBM
 496  * thinkpad 560x, for example, does not cooperate with the memory
 497  * detection code.)
 498  */
 499 static int __init copy_e820_map(struct e820entry * biosmap, int nr_map)
 500 {
 501         /* Only one memory region (or negative)? Ignore it */
 502         if (nr_map < 2)
 503                 return -1;
 504
 505         do {
 506                 unsigned long start = biosmap->addr;
 507                 unsigned long size = biosmap->size;
 508                 unsigned long end = start + size;
 509                 unsigned long type = biosmap->type;
 510
 511                 /* Overflow in 64 bits? Ignore the memory map. */
 512                 if (start > end)
 513                         return -1;
 514
 515                 /*
 516                  * Some BIOSes claim RAM in the 640k - 1M region.
 517                  * Not right. Fix it up.
 518                  *
 519                  * This should be removed on Hammer which is supposed to not
 520                  * have non e820 covered ISA mappings there, but I had some strange
 521                  * problems so it stays for now.  -AK
 522                  */
 523                 if (type == E820_RAM) {
 524                         if (start < 0x100000ULL && end > 0xA0000ULL) {
 525                                 if (start < 0xA0000ULL)
 526                                         add_memory_region(start, 0xA0000ULL-start, type);
 527                                 if (end <= 0x100000ULL)
 528                                         continue;
 529                                 start = 0x100000ULL;
 530                                 size = end - start;
 531                         }
 532                 }
 533
 534                 add_memory_region(start, size, type);
 535         } while (biosmap++,--nr_map);
 536         return 0;
 537 }
 538
 539 void __init setup_memory_region(void)
 540 {
 541         char *who = "BIOS-e820";
 542
 543         /*
 544          * Try to copy the BIOS-supplied E820-map.
 545          *
 546          * Otherwise fake a memory map; one section from 0k->640k,
 547          * the next section from 1mb->appropriate_mem_k
 548          */
 549         sanitize_e820_map(E820_MAP, &E820_MAP_NR);
 550         if (copy_e820_map(E820_MAP, E820_MAP_NR) < 0) {
 551                 unsigned long mem_size;
 552
 553                 /* compare results from other methods and take the greater */
 554                 if (ALT_MEM_K < EXT_MEM_K) {
 555                         mem_size = EXT_MEM_K;
 556                         who = "BIOS-88";
 557                 } else {
 558                         mem_size = ALT_MEM_K;
 559                         who = "BIOS-e801";
 560                 }
 561
 562                 e820.nr_map = 0;
 563                 add_memory_region(0, LOWMEMSIZE(), E820_RAM);
 564                 add_memory_region(HIGH_MEMORY, mem_size << 10, E820_RAM);
 565         }
 566         printk(KERN_INFO "BIOS-provided physical RAM map:\n");
 567         e820_print_map(who);
 568 }
 569
 570 void __init parse_memopt(char *p, char **from)
 571 {
 572         end_user_pfn = memparse(p, from);
 573         end_user_pfn >>= PAGE_SHIFT;
 574 }
 575
 576 void __init parse_memmapopt(char *p, char **from)
 577 {
 578         unsigned long long start_at, mem_size;
 579
 580         mem_size = memparse(p, from);
 581         p = *from;
 582         if (*p == '@') {
 583                 start_at = memparse(p+1, from);
 584                 add_memory_region(start_at, mem_size, E820_RAM);
 585         } else if (*p == '#') {
 586                 start_at = memparse(p+1, from);
 587                 add_memory_region(start_at, mem_size, E820_ACPI);
 588         } else if (*p == '$') {
 589                 start_at = memparse(p+1, from);
 590                 add_memory_region(start_at, mem_size, E820_RESERVED);
 591         } else {
 592                 end_user_pfn = (mem_size >> PAGE_SHIFT);
 593         }
 594         p = *from;
 595 }
 596
 597 unsigned long pci_mem_start = 0xaeedbabe;
 598 EXPORT_SYMBOL(pci_mem_start);
 599
 600 /*
 601  * Search for the biggest gap in the low 32 bits of the e820
 602  * memory space.  We pass this space to PCI to assign MMIO resources
 603  * for hotplug or unconfigured devices in.
 604  * Hopefully the BIOS let enough space left.
 605  */
 606 __init void e820_setup_gap(void)
 607 {
 608         unsigned long gapstart, gapsize, round;
 609         unsigned long last;
 610         int i;
 611         int found = 0;
 612
 613         last = 0x100000000ull;
 614         gapstart = 0x10000000;
 615         gapsize = 0x400000;
 616         i = e820.nr_map;
 617         while (--i >= 0) {
 618                 unsigned long long start = e820.map[i].addr;
 619                 unsigned long long end = start + e820.map[i].size;
 620
 621                 /*
 622                  * Since "last" is at most 4GB, we know we'll
 623                  * fit in 32 bits if this condition is true
 624                  */
 625                 if (last > end) {
 626                         unsigned long gap = last - end;
 627
 628                         if (gap > gapsize) {
 629                                 gapsize = gap;
 630                                 gapstart = end;
 631                                 found = 1;
 632                         }
 633                 }
 634                 if (start < last)
 635                         last = start;
 636         }
 637
 638         if (!found) {
 639                 gapstart = (end_pfn << PAGE_SHIFT) + 1024*1024;
 640                 printk(KERN_ERR "PCI: Warning: Cannot find a gap in the 32bit address range\n"
 641                        KERN_ERR "PCI: Unassigned devices with 32bit resource registers may break!\n");
 642         }
 643
 644         /*
 645          * See how much we want to round up: start off with
 646          * rounding to the next 1MB area.
 647          */
 648         round = 0x100000;
 649         while ((gapsize >> 4) > round)
 650                 round += round;
 651         /* Fun with two's complement */
 652         pci_mem_start = (gapstart + round) & -round;
 653
 654         printk(KERN_INFO "Allocating PCI resources starting at %lx (gap: %lx:%lx)\n",
 655                 pci_mem_start, gapstart, gapsize);
 656 }