com32/lib/syslinux/load_linux.c

   1 /* ----------------------------------------------------------------------- *
   2  *
   3  *   Copyright 2007-2009 H. Peter Anvin - All Rights Reserved
   4  *   Copyright 2009-2011 Intel Corporation; author: H. Peter Anvin
   5  *
   6  *   Permission is hereby granted, free of charge, to any person
   7  *   obtaining a copy of this software and associated documentation
   8  *   files (the "Software"), to deal in the Software without
   9  *   restriction, including without limitation the rights to use,
  10  *   copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or
  11  *   sell copies of the Software, and to permit persons to whom
  12  *   the Software is furnished to do so, subject to the following
  13  *   conditions:
  14  *
  15  *   The above copyright notice and this permission notice shall
  16  *   be included in all copies or substantial portions of the Software.
  17  *
  18  *   THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND,
  19  *   EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES
  20  *   OF MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND
  21  *   NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR COPYRIGHT
  22  *   HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY,
  23  *   WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING
  24  *   FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR
  25  *   OTHER DEALINGS IN THE SOFTWARE.
  26  *
  27  * ----------------------------------------------------------------------- */
  28
  29 /*
  30  * load_linux.c
  31  *
  32  * Load a Linux kernel (Image/zImage/bzImage).
  33  */
  34
  35 #include <ctype.h>
  36 #include <stdbool.h>
  37 #include <stdlib.h>
  38 #include <inttypes.h>
  39 #include <string.h>
  40 #include <minmax.h>
  41 #include <suffix_number.h>
  42 #include <syslinux/align.h>
  43 #include <syslinux/linux.h>
  44 #include <syslinux/bootrm.h>
  45 #include <syslinux/movebits.h>
  46 #include <dprintf.h>
  47
  48 struct linux_header {
  49     uint8_t boot_sector_1[0x0020];
  50     uint16_t old_cmd_line_magic;
  51     uint16_t old_cmd_line_offset;
  52     uint8_t boot_sector_2[0x01f1 - 0x0024];
  53     uint8_t setup_sects;
  54     uint16_t root_flags;
  55     uint32_t syssize;
  56     uint16_t ram_size;
  57     uint16_t vid_mode;
  58     uint16_t root_dev;
  59     uint16_t boot_flag;
  60     uint16_t jump;
  61     uint32_t header;
  62     uint16_t version;
  63     uint32_t realmode_swtch;
  64     uint16_t start_sys;
  65     uint16_t kernel_version;
  66     uint8_t type_of_loader;
  67     uint8_t loadflags;
  68     uint16_t setup_move_size;
  69     uint32_t code32_start;
  70     uint32_t ramdisk_image;
  71     uint32_t ramdisk_size;
  72     uint32_t bootsect_kludge;
  73     uint16_t heap_end_ptr;
  74     uint16_t pad1;
  75     uint32_t cmd_line_ptr;
  76     uint32_t initrd_addr_max;
  77     uint32_t kernel_alignment;
  78     uint8_t relocatable_kernel;
  79     uint8_t pad2[3];
  80     uint32_t cmdline_max_len;
  81     uint32_t hardware_subarch;
  82     uint64_t hardware_subarch_data;
  83     uint32_t payload_offset;
  84     uint32_t payload_length;
  85     uint64_t setup_data;
  86     uint64_t pref_address;
  87     uint32_t init_size;
  88 } __packed;
  89
  90 #define BOOT_MAGIC 0xAA55
  91 #define LINUX_MAGIC ('H' + ('d' << 8) + ('r' << 16) + ('S' << 24))
  92 #define OLD_CMDLINE_MAGIC 0xA33F
  93
  94 /* loadflags */
  95 #define LOAD_HIGH       0x01
  96 #define CAN_USE_HEAP    0x80
  97
  98 /*
  99  * Find the last instance of a particular command line argument
 100  * (which should include the final =; do not use for boolean arguments)
 101  * Note: the resulting string is typically not null-terminated.
 102  */
 103 static const char *find_argument(const char *cmdline, const char *argument)
 104 {
 105     const char *found = NULL;
 106     const char *p = cmdline;
 107     bool was_space = true;
 108     size_t la = strlen(argument);
 109
 110     while (*p) {
 111         if (isspace(*p)) {
 112             was_space = true;
 113         } else if (was_space) {
 114             if (!memcmp(p, argument, la))
 115                 found = p + la;
 116             was_space = false;
 117         }
 118         p++;
 119     }
 120
 121     return found;
 122 }
 123
 124 /* Truncate to 32 bits, with saturate */
 125 static inline uint32_t saturate32(unsigned long long v)
 126 {
 127     return (v > 0xffffffff) ? 0xffffffff : (uint32_t) v;
 128 }
 129
 130 /* Get the combined size of the initramfs */
 131 static addr_t initramfs_size(struct initramfs *initramfs)
 132 {
 133     struct initramfs *ip;
 134     addr_t size = 0;
 135
 136     if (!initramfs)
 137         return 0;
 138
 139     for (ip = initramfs->next; ip->len; ip = ip->next) {
 140         size = (size + ip->align - 1) & ~(ip->align - 1);       /* Alignment */
 141         size += ip->len;
 142     }
 143
 144     return size;
 145 }
 146
 147 /* Create the appropriate mappings for the initramfs */
 148 static int map_initramfs(struct syslinux_movelist **fraglist,
 149                          struct syslinux_memmap **mmap,
 150                          struct initramfs *initramfs, addr_t addr)
 151 {
 152     struct initramfs *ip;
 153     addr_t next_addr, len, pad;
 154
 155     for (ip = initramfs->next; ip->len; ip = ip->next) {
 156         len = ip->len;
 157         next_addr = addr + len;
 158
 159         /* If this isn't the last entry, extend the zero-pad region
 160            to enforce the alignment of the next chunk. */
 161         if (ip->next->len) {
 162             pad = -next_addr & (ip->next->align - 1);
 163             len += pad;
 164             next_addr += pad;
 165         }
 166
 167         if (ip->data_len) {
 168             if (syslinux_add_movelist(fraglist, addr, (addr_t) ip->data, len))
 169                 return -1;
 170         }
 171         if (len > ip->data_len) {
 172             if (syslinux_add_memmap(mmap, addr + ip->data_len,
 173                                     len - ip->data_len, SMT_ZERO))
 174                 return -1;
 175         }
 176         addr = next_addr;
 177     }
 178
 179     return 0;
 180 }
 181
 182 int syslinux_boot_linux(void *kernel_buf, size_t kernel_size,
 183                         struct initramfs *initramfs,
 184                         struct setup_data *setup_data,
 185                         char *cmdline)
 186 {
 187     struct linux_header hdr, *whdr;
 188     size_t real_mode_size, prot_mode_size;
 189     addr_t real_mode_base, prot_mode_base;
 190     addr_t irf_size;
 191     size_t cmdline_size, cmdline_offset;
 192     struct setup_data *sdp;
 193     struct syslinux_rm_regs regs;
 194     struct syslinux_movelist *fraglist = NULL;
 195     struct syslinux_memmap *mmap = NULL;
 196     struct syslinux_memmap *amap = NULL;
 197     bool ok;
 198     uint32_t memlimit = 0;
 199     uint16_t video_mode = 0;
 200     const char *arg;
 201
 202     cmdline_size = strlen(cmdline) + 1;
 203
 204     if (kernel_size < 2 * 512)
 205         goto bail;
 206
 207     /* Look for specific command-line arguments we care about */
 208     if ((arg = find_argument(cmdline, "mem=")))
 209         memlimit = saturate32(suffix_number(arg));
 210
 211     if ((arg = find_argument(cmdline, "vga="))) {
 212         switch (arg[0] | 0x20) {
 213         case 'a':               /* "ask" */
 214             video_mode = 0xfffd;
 215             break;
 216         case 'e':               /* "ext" */
 217             video_mode = 0xfffe;
 218             break;
 219         case 'n':               /* "normal" */
 220             video_mode = 0xffff;
 221             break;
 222         case 'c':               /* "current" */
 223             video_mode = 0x0f04;
 224             break;
 225         default:
 226             video_mode = strtoul(arg, NULL, 0);
 227             break;
 228         }
 229     }
 230
 231     /* Copy the header into private storage */
 232     /* Use whdr to modify the actual kernel header */
 233     memcpy(&hdr, kernel_buf, sizeof hdr);
 234     whdr = (struct linux_header *)kernel_buf;
 235
 236     if (hdr.boot_flag != BOOT_MAGIC)
 237         goto bail;
 238
 239     if (hdr.header != LINUX_MAGIC) {
 240         hdr.version = 0x0100;   /* Very old kernel */
 241         hdr.loadflags = 0;
 242     }
 243
 244     whdr->vid_mode = video_mode;
 245
 246     if (!hdr.setup_sects)
 247         hdr.setup_sects = 4;
 248
 249     if (hdr.version < 0x0203)
 250         hdr.initrd_addr_max = 0x37ffffff;
 251
 252     if (!memlimit && memlimit - 1 > hdr.initrd_addr_max)
 253         memlimit = hdr.initrd_addr_max + 1;     /* Zero for no limit */
 254
 255     if (hdr.version < 0x0205 || !(hdr.loadflags & LOAD_HIGH))
 256         hdr.relocatable_kernel = 0;
 257
 258     if (hdr.version < 0x0206)
 259         hdr.cmdline_max_len = 256;
 260
 261     if (cmdline_size > hdr.cmdline_max_len) {
 262         cmdline_size = hdr.cmdline_max_len;
 263         cmdline[cmdline_size - 1] = '\0';
 264     }
 265
 266     if (hdr.version < 0x0202 || !(hdr.loadflags & 0x01))
 267         cmdline_offset = (0x9ff0 - cmdline_size) & ~15;
 268     else
 269         cmdline_offset = 0x10000;
 270
 271     real_mode_size = (hdr.setup_sects + 1) << 9;
 272     real_mode_base = (hdr.loadflags & LOAD_HIGH) ? 0x10000 : 0x90000;
 273     prot_mode_base = (hdr.loadflags & LOAD_HIGH) ? 0x100000 : 0x10000;
 274     prot_mode_size = kernel_size - real_mode_size;
 275
 276     if (hdr.version < 0x020a) {
 277         /*
 278          * The 3* here is a total fudge factor... it's supposed to
 279          * account for the fact that the kernel needs to be
 280          * decompressed, and then followed by the BSS and BRK regions.
 281          * This doesn't, however, account for the fact that the kernel
 282          * is decompressed into a whole other place, either.
 283          */
 284         hdr.init_size = 3 * prot_mode_size;
 285     }
 286
 287     if (!(hdr.loadflags & LOAD_HIGH) && prot_mode_size > 512 * 1024)
 288         goto bail;              /* Kernel cannot be loaded low */
 289
 290     if (initramfs && hdr.version < 0x0200)
 291         goto bail;              /* initrd/initramfs not supported */
 292
 293     if (hdr.version >= 0x0200) {
 294         whdr->type_of_loader = 0x30;    /* SYSLINUX unknown module */
 295         if (hdr.version >= 0x0201) {
 296             whdr->heap_end_ptr = cmdline_offset - 0x0200;
 297             whdr->loadflags |= CAN_USE_HEAP;
 298         }
 299         if (hdr.version >= 0x0202) {
 300             whdr->cmd_line_ptr = real_mode_base + cmdline_offset;
 301         } else {
 302             whdr->old_cmd_line_magic = OLD_CMDLINE_MAGIC;
 303             whdr->old_cmd_line_offset = cmdline_offset;
 304             /* Be paranoid and round up to a multiple of 16 */
 305             whdr->setup_move_size = (cmdline_offset + cmdline_size + 15) & ~15;
 306         }
 307     }
 308
 309     /* Get the memory map */
 310     mmap = syslinux_memory_map();       /* Memory map for shuffle_boot */
 311     amap = syslinux_dup_memmap(mmap);   /* Keep track of available memory */
 312     if (!mmap || !amap)
 313         goto bail;
 314
 315     dprintf("Initial memory map:\n");
 316     syslinux_dump_memmap(mmap);
 317
 318     /* If the user has specified a memory limit, mark that as unavailable.
 319        Question: should we mark this off-limit in the mmap as well (meaning
 320        it's unavailable to the boot loader, which probably has already touched
 321        some of it), or just in the amap? */
 322     if (memlimit)
 323         if (syslinux_add_memmap(&amap, memlimit, -memlimit, SMT_RESERVED))
 324             goto bail;
 325
 326     /* Place the kernel in memory */
 327
 328     /* First, find a suitable place for the protected-mode code */
 329     if (syslinux_memmap_type(amap, prot_mode_base, prot_mode_size)
 330         != SMT_FREE) {
 331         const struct syslinux_memmap *mp;
 332         if (!hdr.relocatable_kernel)
 333             goto bail;          /* Can't relocate - no hope */
 334
 335         ok = false;
 336         for (mp = amap; mp; mp = mp->next) {
 337             addr_t start, end;
 338             start = mp->start;
 339             end = mp->next->start;
 340
 341             if (mp->type != SMT_FREE)
 342                 continue;
 343
 344             if (end <= prot_mode_base)
 345                 continue;       /* Only relocate upwards */
 346
 347             if (start <= prot_mode_base)
 348                 start = prot_mode_base;
 349
 350             start = ALIGN_UP(start, hdr.kernel_alignment);
 351             if (start >= end)
 352                 continue;
 353
 354             if (end - start >= hdr.init_size) {
 355                 whdr->code32_start += start - prot_mode_base;
 356                 prot_mode_base = start;
 357                 ok = true;
 358                 break;
 359             }
 360         }
 361
 362         if (!ok)
 363             goto bail;
 364     }
 365
 366     /* Real mode code */
 367     if (syslinux_memmap_type(amap, real_mode_base,
 368                              cmdline_offset + cmdline_size) != SMT_FREE) {
 369         const struct syslinux_memmap *mp;
 370
 371         ok = false;
 372         for (mp = amap; mp; mp = mp->next) {
 373             addr_t start, end;
 374             start = mp->start;
 375             end = mp->next->start;
 376
 377             if (mp->type != SMT_FREE)
 378                 continue;
 379
 380             if (start < real_mode_base)
 381                 start = real_mode_base; /* Lowest address we'll use */
 382             if (end > 640 * 1024)
 383                 end = 640 * 1024;
 384
 385             start = ALIGN_UP(start, 16);
 386             if (start > 0x90000 || start >= end)
 387                 continue;
 388
 389             if (end - start >= cmdline_offset + cmdline_size) {
 390                 real_mode_base = start;
 391                 ok = true;
 392                 break;
 393             }
 394         }
 395     }
 396
 397     if (syslinux_add_movelist(&fraglist, real_mode_base, (addr_t) kernel_buf,
 398                               real_mode_size))
 399         goto bail;
 400     if (syslinux_add_memmap
 401         (&amap, real_mode_base, cmdline_offset + cmdline_size, SMT_ALLOC))
 402         goto bail;
 403
 404     /* Zero region between real mode code and cmdline */
 405     if (syslinux_add_memmap(&mmap, real_mode_base + real_mode_size,
 406                             cmdline_offset - real_mode_size, SMT_ZERO))
 407         goto bail;
 408
 409     /* Command line */
 410     if (syslinux_add_movelist(&fraglist, real_mode_base + cmdline_offset,
 411                               (addr_t) cmdline, cmdline_size))
 412         goto bail;
 413
 414     /* Protected-mode code */
 415     if (syslinux_add_movelist(&fraglist, prot_mode_base,
 416                               (addr_t) kernel_buf + real_mode_size,
 417                               prot_mode_size))
 418         goto bail;
 419     if (syslinux_add_memmap(&amap, prot_mode_base, prot_mode_size, SMT_ALLOC))
 420         goto bail;
 421
 422     /* Figure out the size of the initramfs, and where to put it.
 423        We should put it at the highest possible address which is
 424        <= hdr.initrd_addr_max, which fits the entire initramfs. */
 425
 426     irf_size = initramfs_size(initramfs);       /* Handles initramfs == NULL */
 427
 428     if (irf_size) {
 429         addr_t best_addr = 0;
 430         struct syslinux_memmap *ml;
 431         const addr_t align_mask = INITRAMFS_MAX_ALIGN - 1;
 432
 433         if (irf_size) {
 434             for (ml = amap; ml->type != SMT_END; ml = ml->next) {
 435                 addr_t adj_start = (ml->start + align_mask) & ~align_mask;
 436                 addr_t adj_end = ml->next->start & ~align_mask;
 437                 if (ml->type == SMT_FREE && adj_end - adj_start >= irf_size)
 438                     best_addr = (adj_end - irf_size) & ~align_mask;
 439             }
 440
 441             if (!best_addr)
 442                 goto bail;      /* Insufficient memory for initramfs */
 443
 444             whdr->ramdisk_image = best_addr;
 445             whdr->ramdisk_size = irf_size;
 446
 447             if (syslinux_add_memmap(&amap, best_addr, irf_size, SMT_ALLOC))
 448                 goto bail;
 449
 450             if (map_initramfs(&fraglist, &mmap, initramfs, best_addr))
 451                 goto bail;
 452         }
 453     }
 454
 455     if (setup_data) {
 456         uint64_t *prev_ptr = &whdr->setup_data;
 457
 458         for (sdp = setup_data->next; sdp != setup_data; sdp = sdp->next) {
 459             struct syslinux_memmap *ml;
 460             const addr_t align_mask = 15; /* Header is 16 bytes */
 461             addr_t best_addr = 0;
 462             size_t size = sdp->hdr.len + sizeof(sdp->hdr);
 463
 464             if (!sdp->data || !sdp->hdr.len)
 465                 continue;
 466
 467             for (ml = amap; ml->type != SMT_END; ml = ml->next) {
 468                 addr_t adj_start = (ml->start + align_mask) & ~align_mask;
 469                 addr_t adj_end = ml->next->start & ~align_mask;
 470
 471                 if (ml->type == SMT_FREE && adj_end - adj_start >= size)
 472                     best_addr = (adj_end - size) & ~align_mask;
 473             }
 474
 475             if (!best_addr)
 476                 goto bail;
 477
 478             *prev_ptr = best_addr;
 479             prev_ptr = &sdp->hdr.next;
 480
 481             if (syslinux_add_memmap(&amap, best_addr, size, SMT_ALLOC))
 482                 goto bail;
 483             if (syslinux_add_movelist(&fraglist, best_addr,
 484                                       (addr_t)&sdp->hdr, sizeof sdp->hdr))
 485                 goto bail;
 486             if (syslinux_add_movelist(&fraglist, best_addr + sizeof sdp->hdr,
 487                                       (addr_t)sdp->data, sdp->hdr.len))
 488                 goto bail;
 489         }
 490     }
 491
 492     /* Set up the registers on entry */
 493     memset(&regs, 0, sizeof regs);
 494     regs.es = regs.ds = regs.ss = regs.fs = regs.gs = real_mode_base >> 4;
 495     regs.cs = (real_mode_base >> 4) + 0x20;
 496     /* regs.ip = 0; */
 497     /* Linux is OK with sp = 0 = 64K, but perhaps other things aren't... */
 498     regs.esp.w[0] = min(cmdline_offset, (size_t) 0xfff0);
 499
 500     dprintf("Final memory map:\n");
 501     syslinux_dump_memmap(mmap);
 502
 503     dprintf("Final available map:\n");
 504     syslinux_dump_memmap(amap);
 505
 506     dprintf("Initial movelist:\n");
 507     syslinux_dump_movelist(fraglist);
 508
 509     syslinux_shuffle_boot_rm(fraglist, mmap, 0, &regs);
 510
 511 bail:
 512     syslinux_free_movelist(fraglist);
 513     syslinux_free_memmap(mmap);
 514     syslinux_free_memmap(amap);
 515     return -1;
 516 }