lib/efi_loader/efi_memory.c

   1 /*
   2  *  EFI application memory management
   3  *
   4  *  Copyright (c) 2016 Alexander Graf
   5  *
   6  *  SPDX-License-Identifier:     GPL-2.0+
   7  */
   8
   9 #include <common.h>
  10 #include <efi_loader.h>
  11 #include <malloc.h>
  12 #include <asm/global_data.h>
  13 #include <libfdt_env.h>
  14 #include <linux/list_sort.h>
  15 #include <inttypes.h>
  16 #include <watchdog.h>
  17
  18 DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;
  19
  20 struct efi_mem_list {
  21         struct list_head link;
  22         struct efi_mem_desc desc;
  23 };
  24
  25 #define EFI_CARVE_NO_OVERLAP            -1
  26 #define EFI_CARVE_LOOP_AGAIN            -2
  27 #define EFI_CARVE_OVERLAPS_NONRAM       -3
  28
  29 /* This list contains all memory map items */
  30 LIST_HEAD(efi_mem);
  31
  32 #ifdef CONFIG_EFI_LOADER_BOUNCE_BUFFER
  33 void *efi_bounce_buffer;
  34 #endif
  35
  36 /*
  37  * U-Boot services each EFI AllocatePool request as a separate
  38  * (multiple) page allocation.  We have to track the number of pages
  39  * to be able to free the correct amount later.
  40  * EFI requires 8 byte alignment for pool allocations, so we can
  41  * prepend each allocation with an 64 bit header tracking the
  42  * allocation size, and hand out the remainder to the caller.
  43  */
  44 struct efi_pool_allocation {
  45         u64 num_pages;
  46         char data[] __aligned(ARCH_DMA_MINALIGN);
  47 };
  48
  49 /*
  50  * Sorts the memory list from highest address to lowest address
  51  *
  52  * When allocating memory we should always start from the highest
  53  * address chunk, so sort the memory list such that the first list
  54  * iterator gets the highest address and goes lower from there.
  55  */
  56 static int efi_mem_cmp(void *priv, struct list_head *a, struct list_head *b)
  57 {
  58         struct efi_mem_list *mema = list_entry(a, struct efi_mem_list, link);
  59         struct efi_mem_list *memb = list_entry(b, struct efi_mem_list, link);
  60
  61         if (mema->desc.physical_start == memb->desc.physical_start)
  62                 return 0;
  63         else if (mema->desc.physical_start < memb->desc.physical_start)
  64                 return 1;
  65         else
  66                 return -1;
  67 }
  68
  69 static void efi_mem_sort(void)
  70 {
  71         list_sort(NULL, &efi_mem, efi_mem_cmp);
  72 }
  73
  74 /*
  75  * Unmaps all memory occupied by the carve_desc region from the
  76  * list entry pointed to by map.
  77  *
  78  * Returns EFI_CARVE_NO_OVERLAP if the regions don't overlap.
  79  * Returns EFI_CARVE_OVERLAPS_NONRAM if the carve and map overlap,
  80  *    and the map contains anything but free ram.
  81  *    (only when overlap_only_ram is true)
  82  * Returns EFI_CARVE_LOOP_AGAIN if the mapping list should be traversed
  83  *    again, as it has been altered
  84  * Returns the number of overlapping pages. The pages are removed from
  85  *     the mapping list.
  86  *
  87  * In case of EFI_CARVE_OVERLAPS_NONRAM it is the callers responsibility
  88  * to readd the already carved out pages to the mapping.
  89  */
  90 static int efi_mem_carve_out(struct efi_mem_list *map,
  91                              struct efi_mem_desc *carve_desc,
  92                              bool overlap_only_ram)
  93 {
  94         struct efi_mem_list *newmap;
  95         struct efi_mem_desc *map_desc = &map->desc;
  96         uint64_t map_start = map_desc->physical_start;
  97         uint64_t map_end = map_start + (map_desc->num_pages << EFI_PAGE_SHIFT);
  98         uint64_t carve_start = carve_desc->physical_start;
  99         uint64_t carve_end = carve_start +
 100                              (carve_desc->num_pages << EFI_PAGE_SHIFT);
 101
 102         /* check whether we're overlapping */
 103         if ((carve_end <= map_start) || (carve_start >= map_end))
 104                 return EFI_CARVE_NO_OVERLAP;
 105
 106         /* We're overlapping with non-RAM, warn the caller if desired */
 107         if (overlap_only_ram && (map_desc->type != EFI_CONVENTIONAL_MEMORY))
 108                 return EFI_CARVE_OVERLAPS_NONRAM;
 109
 110         /* Sanitize carve_start and carve_end to lie within our bounds */
 111         carve_start = max(carve_start, map_start);
 112         carve_end = min(carve_end, map_end);
 113
 114         /* Carving at the beginning of our map? Just move it! */
 115         if (carve_start == map_start) {
 116                 if (map_end == carve_end) {
 117                         /* Full overlap, just remove map */
 118                         list_del(&map->link);
 119                         free(map);
 120                 } else {
 121                         map->desc.physical_start = carve_end;
 122                         map->desc.num_pages = (map_end - carve_end)
 123                                               >> EFI_PAGE_SHIFT;
 124                 }
 125
 126                 return (carve_end - carve_start) >> EFI_PAGE_SHIFT;
 127         }
 128
 129         /*
 130          * Overlapping maps, just split the list map at carve_start,
 131          * it will get moved or removed in the next iteration.
 132          *
 133          * [ map_desc |__carve_start__| newmap ]
 134          */
 135
 136         /* Create a new map from [ carve_start ... map_end ] */
 137         newmap = calloc(1, sizeof(*newmap));
 138         newmap->desc = map->desc;
 139         newmap->desc.physical_start = carve_start;
 140         newmap->desc.num_pages = (map_end - carve_start) >> EFI_PAGE_SHIFT;
 141         /* Insert before current entry (descending address order) */
 142         list_add_tail(&newmap->link, &map->link);
 143
 144         /* Shrink the map to [ map_start ... carve_start ] */
 145         map_desc->num_pages = (carve_start - map_start) >> EFI_PAGE_SHIFT;
 146
 147         return EFI_CARVE_LOOP_AGAIN;
 148 }
 149
 150 uint64_t efi_add_memory_map(uint64_t start, uint64_t pages, int memory_type,
 151                             bool overlap_only_ram)
 152 {
 153         struct list_head *lhandle;
 154         struct efi_mem_list *newlist;
 155         bool carve_again;
 156         uint64_t carved_pages = 0;
 157
 158         debug("%s: 0x%" PRIx64 " 0x%" PRIx64 " %d %s\n", __func__,
 159               start, pages, memory_type, overlap_only_ram ? "yes" : "no");
 160
 161         if (!pages)
 162                 return start;
 163
 164         newlist = calloc(1, sizeof(*newlist));
 165         newlist->desc.type = memory_type;
 166         newlist->desc.physical_start = start;
 167         newlist->desc.virtual_start = start;
 168         newlist->desc.num_pages = pages;
 169
 170         switch (memory_type) {
 171         case EFI_RUNTIME_SERVICES_CODE:
 172         case EFI_RUNTIME_SERVICES_DATA:
 173                 newlist->desc.attribute = (1 << EFI_MEMORY_WB_SHIFT) |
 174                                           (1ULL << EFI_MEMORY_RUNTIME_SHIFT);
 175                 break;
 176         case EFI_MMAP_IO:
 177                 newlist->desc.attribute = 1ULL << EFI_MEMORY_RUNTIME_SHIFT;
 178                 break;
 179         default:
 180                 newlist->desc.attribute = 1 << EFI_MEMORY_WB_SHIFT;
 181                 break;
 182         }
 183
 184         /* Add our new map */
 185         do {
 186                 carve_again = false;
 187                 list_for_each(lhandle, &efi_mem) {
 188                         struct efi_mem_list *lmem;
 189                         int r;
 190
 191                         lmem = list_entry(lhandle, struct efi_mem_list, link);
 192                         r = efi_mem_carve_out(lmem, &newlist->desc,
 193                                               overlap_only_ram);
 194                         switch (r) {
 195                         case EFI_CARVE_OVERLAPS_NONRAM:
 196                                 /*
 197                                  * The user requested to only have RAM overlaps,
 198                                  * but we hit a non-RAM region. Error out.
 199                                  */
 200                                 return 0;
 201                         case EFI_CARVE_NO_OVERLAP:
 202                                 /* Just ignore this list entry */
 203                                 break;
 204                         case EFI_CARVE_LOOP_AGAIN:
 205                                 /*
 206                                  * We split an entry, but need to loop through
 207                                  * the list again to actually carve it.
 208                                  */
 209                                 carve_again = true;
 210                                 break;
 211                         default:
 212                                 /* We carved a number of pages */
 213                                 carved_pages += r;
 214                                 carve_again = true;
 215                                 break;
 216                         }
 217
 218                         if (carve_again) {
 219                                 /* The list changed, we need to start over */
 220                                 break;
 221                         }
 222                 }
 223         } while (carve_again);
 224
 225         if (overlap_only_ram && (carved_pages != pages)) {
 226                 /*
 227                  * The payload wanted to have RAM overlaps, but we overlapped
 228                  * with an unallocated region. Error out.
 229                  */
 230                 return 0;
 231         }
 232
 233         /* Add our new map */
 234         list_add_tail(&newlist->link, &efi_mem);
 235
 236         /* And make sure memory is listed in descending order */
 237         efi_mem_sort();
 238
 239         return start;
 240 }
 241
 242 static uint64_t efi_find_free_memory(uint64_t len, uint64_t max_addr)
 243 {
 244         struct list_head *lhandle;
 245
 246         list_for_each(lhandle, &efi_mem) {
 247                 struct efi_mem_list *lmem = list_entry(lhandle,
 248                         struct efi_mem_list, link);
 249                 struct efi_mem_desc *desc = &lmem->desc;
 250                 uint64_t desc_len = desc->num_pages << EFI_PAGE_SHIFT;
 251                 uint64_t desc_end = desc->physical_start + desc_len;
 252                 uint64_t curmax = min(max_addr, desc_end);
 253                 uint64_t ret = curmax - len;
 254
 255                 /* We only take memory from free RAM */
 256                 if (desc->type != EFI_CONVENTIONAL_MEMORY)
 257                         continue;
 258
 259                 /* Out of bounds for max_addr */
 260                 if ((ret + len) > max_addr)
 261                         continue;
 262
 263                 /* Out of bounds for upper map limit */
 264                 if ((ret + len) > desc_end)
 265                         continue;
 266
 267                 /* Out of bounds for lower map limit */
 268                 if (ret < desc->physical_start)
 269                         continue;
 270
 271                 /* Return the highest address in this map within bounds */
 272                 return ret;
 273         }
 274
 275         return 0;
 276 }
 277
 278 /*
 279  * Allocate memory pages.
 280  *
 281  * @type                type of allocation to be performed
 282  * @memory_type         usage type of the allocated memory
 283  * @pages               number of pages to be allocated
 284  * @memory              allocated memory
 285  * @return              status code
 286  */
 287 efi_status_t efi_allocate_pages(int type, int memory_type,
 288                                 efi_uintn_t pages, uint64_t *memory)
 289 {
 290         u64 len = pages << EFI_PAGE_SHIFT;
 291         efi_status_t r = EFI_SUCCESS;
 292         uint64_t addr;
 293
 294         switch (type) {
 295         case 0:
 296                 /* Any page */
 297                 addr = efi_find_free_memory(len, gd->start_addr_sp);
 298                 if (!addr) {
 299                         r = EFI_NOT_FOUND;
 300                         break;
 301                 }
 302                 break;
 303         case 1:
 304                 /* Max address */
 305                 addr = efi_find_free_memory(len, *memory);
 306                 if (!addr) {
 307                         r = EFI_NOT_FOUND;
 308                         break;
 309                 }
 310                 break;
 311         case 2:
 312                 /* Exact address, reserve it. The addr is already in *memory. */
 313                 addr = *memory;
 314                 break;
 315         default:
 316                 /* UEFI doesn't specify other allocation types */
 317                 r = EFI_INVALID_PARAMETER;
 318                 break;
 319         }
 320
 321         if (r == EFI_SUCCESS) {
 322                 uint64_t ret;
 323
 324                 /* Reserve that map in our memory maps */
 325                 ret = efi_add_memory_map(addr, pages, memory_type, true);
 326                 if (ret == addr) {
 327                         *memory = addr;
 328                 } else {
 329                         /* Map would overlap, bail out */
 330                         r = EFI_OUT_OF_RESOURCES;
 331                 }
 332         }
 333
 334         return r;
 335 }
 336
 337 void *efi_alloc(uint64_t len, int memory_type)
 338 {
 339         uint64_t ret = 0;
 340         uint64_t pages = (len + EFI_PAGE_MASK) >> EFI_PAGE_SHIFT;
 341         efi_status_t r;
 342
 343         r = efi_allocate_pages(0, memory_type, pages, &ret);
 344         if (r == EFI_SUCCESS)
 345                 return (void*)(uintptr_t)ret;
 346
 347         return NULL;
 348 }
 349
 350 /*
 351  * Free memory pages.
 352  *
 353  * @memory      start of the memory area to be freed
 354  * @pages       number of pages to be freed
 355  * @return      status code
 356  */
 357 efi_status_t efi_free_pages(uint64_t memory, efi_uintn_t pages)
 358 {
 359         uint64_t r = 0;
 360
 361         r = efi_add_memory_map(memory, pages, EFI_CONVENTIONAL_MEMORY, false);
 362         /* Merging of adjacent free regions is missing */
 363
 364         if (r == memory)
 365                 return EFI_SUCCESS;
 366
 367         return EFI_NOT_FOUND;
 368 }
 369
 370 /*
 371  * Allocate memory from pool.
 372  *
 373  * @pool_type   type of the pool from which memory is to be allocated
 374  * @size        number of bytes to be allocated
 375  * @buffer      allocated memory
 376  * @return      status code
 377  */
 378 efi_status_t efi_allocate_pool(int pool_type, efi_uintn_t size, void **buffer)
 379 {
 380         efi_status_t r;
 381         efi_physical_addr_t t;
 382         u64 num_pages = (size + sizeof(struct efi_pool_allocation) +
 383                          EFI_PAGE_MASK) >> EFI_PAGE_SHIFT;
 384
 385         if (size == 0) {
 386                 *buffer = NULL;
 387                 return EFI_SUCCESS;
 388         }
 389
 390         r = efi_allocate_pages(0, pool_type, num_pages, &t);
 391
 392         if (r == EFI_SUCCESS) {
 393                 struct efi_pool_allocation *alloc = (void *)(uintptr_t)t;
 394                 alloc->num_pages = num_pages;
 395                 *buffer = alloc->data;
 396         }
 397
 398         return r;
 399 }
 400
 401 /*
 402  * Free memory from pool.
 403  *
 404  * @buffer      start of memory to be freed
 405  * @return      status code
 406  */
 407 efi_status_t efi_free_pool(void *buffer)
 408 {
 409         efi_status_t r;
 410         struct efi_pool_allocation *alloc;
 411
 412         if (buffer == NULL)
 413                 return EFI_INVALID_PARAMETER;
 414
 415         alloc = container_of(buffer, struct efi_pool_allocation, data);
 416         /* Sanity check, was the supplied address returned by allocate_pool */
 417         assert(((uintptr_t)alloc & EFI_PAGE_MASK) == 0);
 418
 419         r = efi_free_pages((uintptr_t)alloc, alloc->num_pages);
 420
 421         return r;
 422 }
 423
 424 /*
 425  * Get map describing memory usage.
 426  *
 427  * @memory_map_size     on entry the size, in bytes, of the memory map buffer,
 428  *                      on exit the size of the copied memory map
 429  * @memory_map          buffer to which the memory map is written
 430  * @map_key             key for the memory map
 431  * @descriptor_size     size of an individual memory descriptor
 432  * @descriptor_version  version number of the memory descriptor structure
 433  * @return              status code
 434  */
 435 efi_status_t efi_get_memory_map(efi_uintn_t *memory_map_size,
 436                                 struct efi_mem_desc *memory_map,
 437                                 efi_uintn_t *map_key,
 438                                 efi_uintn_t *descriptor_size,
 439                                 uint32_t *descriptor_version)
 440 {
 441         efi_uintn_t map_size = 0;
 442         int map_entries = 0;
 443         struct list_head *lhandle;
 444         efi_uintn_t provided_map_size = *memory_map_size;
 445
 446         list_for_each(lhandle, &efi_mem)
 447                 map_entries++;
 448
 449         map_size = map_entries * sizeof(struct efi_mem_desc);
 450
 451         *memory_map_size = map_size;
 452
 453         if (provided_map_size < map_size)
 454                 return EFI_BUFFER_TOO_SMALL;
 455
 456         if (descriptor_size)
 457                 *descriptor_size = sizeof(struct efi_mem_desc);
 458
 459         if (descriptor_version)
 460                 *descriptor_version = EFI_MEMORY_DESCRIPTOR_VERSION;
 461
 462         /* Copy list into array */
 463         if (memory_map) {
 464                 /* Return the list in ascending order */
 465                 memory_map = &memory_map[map_entries - 1];
 466                 list_for_each(lhandle, &efi_mem) {
 467                         struct efi_mem_list *lmem;
 468
 469                         lmem = list_entry(lhandle, struct efi_mem_list, link);
 470                         *memory_map = lmem->desc;
 471                         memory_map--;
 472                 }
 473         }
 474
 475         *map_key = 0;
 476
 477         return EFI_SUCCESS;
 478 }
 479
 480 __weak void efi_add_known_memory(void)
 481 {
 482         int i;
 483
 484         /* Add RAM */
 485         for (i = 0; i < CONFIG_NR_DRAM_BANKS; i++) {
 486                 u64 ram_start = gd->bd->bi_dram[i].start;
 487                 u64 ram_size = gd->bd->bi_dram[i].size;
 488                 u64 start = (ram_start + EFI_PAGE_MASK) & ~EFI_PAGE_MASK;
 489                 u64 pages = (ram_size + EFI_PAGE_MASK) >> EFI_PAGE_SHIFT;
 490
 491                 efi_add_memory_map(start, pages, EFI_CONVENTIONAL_MEMORY,
 492                                    false);
 493         }
 494 }
 495
 496 int efi_memory_init(void)
 497 {
 498         unsigned long runtime_start, runtime_end, runtime_pages;
 499         unsigned long uboot_start, uboot_pages;
 500         unsigned long uboot_stack_size = 16 * 1024 * 1024;
 501
 502         efi_add_known_memory();
 503
 504         /* Add U-Boot */
 505         uboot_start = (gd->start_addr_sp - uboot_stack_size) & ~EFI_PAGE_MASK;
 506         uboot_pages = (gd->ram_top - uboot_start) >> EFI_PAGE_SHIFT;
 507         efi_add_memory_map(uboot_start, uboot_pages, EFI_LOADER_DATA, false);
 508
 509         /* Add Runtime Services */
 510         runtime_start = (ulong)&__efi_runtime_start & ~EFI_PAGE_MASK;
 511         runtime_end = (ulong)&__efi_runtime_stop;
 512         runtime_end = (runtime_end + EFI_PAGE_MASK) & ~EFI_PAGE_MASK;
 513         runtime_pages = (runtime_end - runtime_start) >> EFI_PAGE_SHIFT;
 514         efi_add_memory_map(runtime_start, runtime_pages,
 515                            EFI_RUNTIME_SERVICES_CODE, false);
 516
 517 #ifdef CONFIG_EFI_LOADER_BOUNCE_BUFFER
 518         /* Request a 32bit 64MB bounce buffer region */
 519         uint64_t efi_bounce_buffer_addr = 0xffffffff;
 520
 521         if (efi_allocate_pages(1, EFI_LOADER_DATA,
 522                                (64 * 1024 * 1024) >> EFI_PAGE_SHIFT,
 523                                &efi_bounce_buffer_addr) != EFI_SUCCESS)
 524                 return -1;
 525
 526         efi_bounce_buffer = (void*)(uintptr_t)efi_bounce_buffer_addr;
 527 #endif
 528
 529         return 0;
 530 }