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