palacios/include/palacios/vmm_multiboot.h

   1 /*
   2  * This file is part of the Palacios Virtual Machine Monitor developed
   3  * by the V3VEE Project with funding from the United States National
   4  * Science Foundation and the Department of Energy.
   5  *
   6  * The V3VEE Project is a joint project between Northwestern University
   7  * and the University of New Mexico.  You can find out more at
   8  * http://www.v3vee.org
   9  *
  10  * Copyright (c) 2015, The V3VEE Project <http://www.v3vee.org>
  11  * All rights reserved.
  12  *
  13  * Author: Peter Dinda <pdinda@northwestern.edu>
  14  *
  15  * This is free software.  You are permitted to use,
  16  * redistribute, and modify it as specified in the file "V3VEE_LICENSE".
  17  */
  18
  19
  20 #ifndef __VMM_MULTIBOOT_H
  21 #define __VMM_MULTIBOOT_H
  22
  23
  24 #ifdef __V3VEE__
  25
  26 #include <palacios/vmm_types.h>
  27
  28
  29 /******************************************************************
  30      Data contained in the ELF file we will attempt to boot
  31 ******************************************************************/
  32
  33 #define ELF_MAGIC    0x464c457f
  34 #define MB2_MAGIC    0xe85250d6
  35
  36 typedef struct mb_header {
  37     uint32_t magic;
  38     uint32_t arch;
  39 #define ARCH_X86 0
  40     uint32_t headerlen;
  41     uint32_t checksum;
  42 } __attribute__((packed)) mb_header_t;
  43
  44 typedef struct mb_tag {
  45     uint16_t type;
  46     uint16_t flags;
  47     uint32_t size;
  48 } __attribute__((packed)) mb_tag_t;
  49
  50 #define MB_TAG_INFO    1
  51 typedef struct mb_info_req {
  52     mb_tag_t tag;
  53     uint32_t types[0];
  54 } __attribute__((packed)) mb_info_t;
  55
  56
  57 typedef uint32_t u_virt, u_phys;
  58
  59 #define MB_TAG_ADDRESS 2
  60 typedef struct mb_addr {
  61     mb_tag_t tag;
  62     u_virt   header_addr;
  63     u_virt   load_addr;
  64     u_virt   load_end_addr;
  65     u_virt   bss_end_addr;
  66 } __attribute__((packed)) mb_addr_t;
  67
  68 #define MB_TAG_ENTRY 3
  69 typedef struct mb_entry {
  70     mb_tag_t tag;
  71     u_virt   entry_addr;
  72 } __attribute__((packed)) mb_entry_t;
  73
  74 #define MB_TAG_FLAGS 4
  75 typedef struct mb_flags {
  76     mb_tag_t tag;
  77     uint32_t console_flags;
  78 } __attribute__((packed)) mb_flags_t;
  79
  80 #define MB_TAG_FRAMEBUF 5
  81 typedef struct mb_framebuf {
  82     mb_tag_t tag;
  83     uint32_t width;
  84     uint32_t height;
  85     uint32_t depth;
  86 } __attribute__((packed)) mb_framebuf_t;
  87
  88 #define MB_TAG_MODALIGN 6
  89 typedef struct mb_modalign {
  90     mb_tag_t tag;
  91     uint32_t size;
  92 } __attribute__((packed)) mb_modalign_t;
  93
  94
  95 // For HVM, which can use a pure 64 bit variant
  96 // version of multiboot.  The existence of
  97 // this tag indicates that this special mode is
  98 // requested
  99 #define MB_TAG_MB64_HRT           0xf00d
 100 typedef struct mb_mb64_hrt {
 101     mb_tag_t       tag;
 102     uint64_t       hrt_flags;
 103     // whether this kernel is relocable
 104 #define MB_TAG_MB64_HRT_FLAG_RELOC      0x1
 105     // How to map the memory in the initial PTs
 106     // highest set bit wins
 107 #define MB_TAG_MB64_HRT_FLAG_MAP_4KB    0x100
 108 #define MB_TAG_MB64_HRT_FLAG_MAP_2MB    0x200
 109 #define MB_TAG_MB64_HRT_FLAG_MAP_1GB    0x400
 110 #define MB_TAG_MB64_HRT_FLAG_MAP_512GB  0x800
 111
 112     // How much physical address space to map in the
 113     // initial page tables (bytes)
 114     //
 115     uint64_t       max_mem_to_map;
 116     // offset of the GVA->GPA mappings (GVA of GPA 0)
 117     uint64_t       gva_offset;
 118     // 64 bit entry address (=0 to use entry tag (which will be offset by gva_offset))
 119     uint64_t       gva_entry;
 120     // desired address of the page the VMM, HRT, and ROS share
 121     // for communication.  "page" here a 4 KB quantity
 122     uint64_t       comm_page_gpa;
 123     // desired interrupt vector that should be used for upcalls
 124     // the default for this is 255
 125     uint8_t        hrt_int_vector;
 126     uint8_t        reserved[7];
 127
 128 } __attribute__((packed)) mb_mb64_hrt_t;
 129
 130 typedef struct mb_data {
 131     mb_header_t   *header;
 132     mb_info_t     *info;
 133     mb_addr_t     *addr;
 134     mb_entry_t    *entry;
 135     mb_flags_t    *flags;
 136     mb_framebuf_t *framebuf;
 137     mb_modalign_t *modalign;
 138     mb_mb64_hrt_t *mb64_hrt;
 139 } mb_data_t;
 140
 141
 142
 143 // We are not doing:
 144 //
 145 // - BIOS Boot Device
 146 // - Modules
 147 // - ELF symbols
 148 // - Boot Loader name
 149 // - APM table
 150 // - VBE info
 151 // - Framebuffer info
 152 //
 153
 154
 155
 156 /******************************************************************
 157      Data we will pass to the kernel via rbx
 158 ******************************************************************/
 159
 160 #define MB2_INFO_MAGIC    0x36d76289
 161
 162
 163 typedef struct mb_info_header {
 164     uint32_t  totalsize;
 165     uint32_t  reserved;
 166 } __attribute__((packed)) mb_info_header_t;
 167
 168 // A tag of type 0, size 8 indicates last value
 169 //
 170 typedef struct mb_info_tag {
 171     uint32_t  type;
 172     uint32_t  size;
 173 } __attribute__((packed)) mb_info_tag_t;
 174
 175
 176 #define MB_INFO_MEM_TAG  4
 177 typedef struct mb_info_mem {
 178     mb_info_tag_t tag;
 179     uint32_t  mem_lower; // 0..640K in KB
 180     uint32_t  mem_upper; // in KB to first hole - 1 MB
 181 } __attribute__((packed)) mb_info_mem_t;
 182
 183 #define MB_INFO_CMDLINE_TAG  1
 184 // note alignment of 8 bytes required for each...
 185 typedef struct mb_info_cmdline {
 186     mb_info_tag_t tag;
 187     uint32_t  size;      // includes zero termination
 188     uint8_t   string[];  // zero terminated
 189 } __attribute__((packed)) mb_info_cmdline_t;
 190
 191
 192 #define MEM_RAM   1
 193 #define MEM_ACPI  3
 194 #define MEM_RESV  4
 195
 196 typedef struct mb_info_memmap_entry {
 197     uint64_t  base_addr;
 198     uint64_t  length;
 199     uint32_t  type;
 200     uint32_t  reserved;
 201 } __attribute__((packed)) mb_info_memmap_entry_t;
 202
 203 #define MB_INFO_MEMMAP_TAG  6
 204 // note alignment of 8 bytes required for each...
 205 typedef struct mb_info_memmap {
 206     mb_info_tag_t tag;
 207     uint32_t  entry_size;     // multiple of 8
 208     uint32_t  entry_version;  // 0
 209     mb_info_memmap_entry_t  entries[];
 210 } __attribute__((packed)) mb_info_memmap_t;
 211
 212 #define MB_INFO_HRT_TAG 0xf00df00d
 213 typedef struct mb_info_hrt {
 214     mb_info_tag_t  tag;
 215     // apic ids are 0..num_apics-1
 216     // ioapics follow
 217     // apic and ioapic addresses are the well known places
 218     uint32_t       total_num_apics;
 219     // first apic the HRT owns (HRT core 0)
 220     uint32_t       first_hrt_apic_id;
 221     // can the HRT use an ioapic?
 222     uint32_t       have_hrt_ioapic;
 223     // if so, this is the first entry on the
 224     // ioapic that can be used by the HRT
 225     uint32_t       first_hrt_ioapic_entry;
 226     // CPU speed
 227     uint64_t       cpu_freq_khz;
 228     // copy of the HRT flags from the kernel (indicating
 229     // page table mapping type, position independence, etc.
 230     // these reflect how it has actually been mapped
 231     uint64_t       hrt_flags;
 232     // the amount of physical address space that has been mapped
 233     // initially.
 234     uint64_t       max_mem_mapped;
 235     // The first physical address the HRT should
 236     // (nominally) use.   Physical addresses below this are
 237     // visible to the ROS
 238     uint64_t       first_hrt_gpa;
 239     // Where the intial boot state starts in the physical address
 240     // space.   This includes INT HANDLER,IDT,GDT,TSS, PAGETABLES,
 241     // and MBINFO, but not the scratch stacks
 242     // This is essentially the content of CR3 - 1 page on boot
 243     uint64_t       boot_state_gpa;
 244     // Where GPA 0 is mapped in the virtual address space
 245     uint64_t       gva_offset;
 246
 247     // Typically:
 248     //     first_hrt_vaddr==first_hrt_paddr => no address space coalescing
 249     //     first_hrt_vaddr>first_hrt_paddr => address space coalescing
 250     // For example, first_hrt_vaddr might be set to the start of linux kernel
 251     // This then allows us to coalesce user portion of the address space of
 252     // a linux process and the HRT
 253     // for communication.  "page" here a 4 KB quantity
 254
 255     // address of the page the VMM, HRT, and ROS share
 256     uint64_t       comm_page_gpa;
 257     // interrupt vector used to upcall to HRT (==0 if none)
 258     // downcalls are done with HVM hypercall 0xf00df00d
 259     uint8_t        hrt_int_vector;
 260     uint8_t        reserved[7];
 261 } __attribute__((packed)) mb_info_hrt_t;
 262
 263
 264
 265
 266 struct v3_vm_multiboot {
 267     uint8_t   is_multiboot;
 268     struct v3_cfg_file *mb_file;
 269     mb_data_t mb_data;
 270     // GPA where we put the MB record, GDT, TSS, etc
 271     // The kernel load address and size are as in mb_data
 272     void     *mb_data_gpa;
 273 };
 274
 275 // There is no core structure for
 276 // multiboot capability
 277
 278
 279 struct v3_xml;
 280
 281 int v3_init_multiboot();
 282 int v3_deinit_multiboot();
 283
 284 int v3_init_multiboot_vm(struct v3_vm_info *vm, struct v3_xml *config);
 285 int v3_deinit_multiboot_vm(struct v3_vm_info *vm);
 286
 287 int v3_init_multiboot_core(struct guest_info *core);
 288 int v3_deinit_multiboot_core(struct guest_info *core);
 289
 290 int v3_setup_multiboot_vm_for_boot(struct v3_vm_info *vm);
 291 int v3_setup_multiboot_core_for_boot(struct guest_info *core);
 292
 293 int v3_handle_multiboot_reset(struct guest_info *core);
 294
 295 // The following are utility functions that HVM builds on
 296 int      v3_parse_multiboot_header(struct v3_cfg_file *file, mb_data_t *result);
 297 int      v3_write_multiboot_kernel(struct v3_vm_info *vm, mb_data_t *mb, struct v3_cfg_file *file,
 298                                    void *base, uint64_t limit);
 299 // The multiboot table is prepared from the perspective of the given
 300 // core - this allows it to be generated appropriately for ROS and HRT cores
 301 // when used in an HVM
 302 uint64_t v3_build_multiboot_table(struct guest_info *core, uint8_t *dest, uint64_t size);
 303
 304 #endif /* ! __V3VEE__ */
 305
 306
 307 #endif