Palacios Public Git Repository

To checkout Palacios execute

  git clone http://v3vee.org/palacios/palacios.web/palacios.git
This will give you the master branch. You probably want the devel branch or one of the release branches. To switch to the devel branch, simply execute
  cd palacios
  git checkout --track -b devel origin/devel
The other branches are similar.


cca7a44667a07349162cbc00054f4f9de7d6b375
[palacios.git] / palacios / src / devices / mptable.c
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) 2010, Peter Dinda <pdinda@cs.northwestern.edu> 
11  * Copyright (c) 2008, The V3VEE Project <http://www.v3vee.org> 
12  * All rights reserved.
13  *
14  * Author: Peter Dinda <pdinda@cs.northwestern.edu>
15  *
16  * This is free software.  You are permitted to use,
17  * redistribute, and modify it as specified in the file "V3VEE_LICENSE".
18  */
19
20 #include <palacios/vmm.h>
21 #include <palacios/vmm_string.h>
22 #include <palacios/vm_guest_mem.h>
23
24 /* 
25   The guest bios is compiled with blank space for am MP table
26   at a default address.  A cookie value is temporarily placed 
27   there so we can verify it exists.  If it does, we overwrite
28   the MP table based on the configuration we are given in the 
29   guest info.  
30
31   Currently, we set up n identical processors (based on
32   number of cores in guest info), with apics 0..n-1, and
33   ioapic as n.  The ISA interrupt lines map to pins 0..15
34   of the first ioapic.  PCI bus lines map to pins 16..19
35   of the first ioapic.  The system supports virtual wire
36   compability mode and symmetric mode.   PIC mode is not supported. 
37
38   The expectation is that the target will have 
39   8 bytes (for ___HVMMP signature) followed by 896 bytes of space
40   for a total of 904 bytes of space.
41   We write the floating pointer at target (16 bytes), 
42   immediately followed  by the mp config header, followed by
43   the entries. 
44
45 */
46
47 #define BIOS_MP_TABLE_DEFAULT_LOCATION 0xfcc00   // guest physical (linear)
48 #define BIOS_MP_TABLE_COOKIE         "___HVMMP"
49 #define BIOS_MP_TABLE_COOKIE_LEN     8
50
51 #define POINTER_SIGNATURE "_MP_"
52 #define HEADER_SIGNATURE "PCMP"
53
54 #define SPEC_REV ((uint8_t)0x4)
55 #define OEM_ID   "V3VEE   "
56 #define PROD_ID  "PALACIOS 1.3 "
57
58 #define LAPIC_ADDR 0xfee00000
59 #define LAPIC_VERSION  0x11
60
61 #define ENTRY_PROC 0
62 #define ENTRY_BUS 1
63 #define ENTRY_IOAPIC 2
64 #define ENTRY_IOINT 3
65 #define ENTRY_LOINT 4
66
67 #define IOAPIC_ADDR 0xfec00000
68 #define IOAPIC_VERSION 0x11
69
70 // These are bochs defaults - should really come from cpuid of machne
71 #define PROC_FAMILY 0x6
72 #define PROC_STEPPING 0x0
73 #define PROC_MODEL 0x0
74 #define PROC_FEATURE_FLAGS 0x00000201 
75
76
77 #define BUS_ISA "ISA   "
78 #define BUS_PCI "PCI   "
79
80 #define INT_TYPE_INT 0
81 #define INT_TYPE_NMI 1
82 #define INT_TYPE_SMI 2
83 #define INT_TYPE_EXT 3
84
85 #define INT_POLARITY_DEFAULT     0
86 #define INT_POLARITY_ACTIVE_HIGH 1
87 #define INT_POLARITY_RESERVED    2
88 #define INT_POLARITY_ACTIVE_LOW  3
89
90 #define INT_TRIGGER_DEFAULT      0
91 #define INT_TRIGGER_EDGE         1
92 #define INT_TRIGGER_RESERVED     2
93 #define INT_TRIGGER_LEVEL        3
94
95
96
97
98 // This points to the mp table header
99 struct mp_floating_pointer {
100     uint32_t signature;          /* "_MP_" */
101     uint32_t pointer;            /* gpa of MP table (0xfcc00) */
102     uint8_t  length;             /* length in 16 byte chunks (paragraphs) */
103     uint8_t  spec_rev;           /* 0x4 */
104     uint8_t  checksum;
105     uint8_t  mp_featurebyte[5];  /* zero out to indicate mp config table
106                                     first byte nonzero => default configurations (see spec)
107                                     second byte, bit 7 (top bit) = IMCR if set, virtual wire if zero */
108 } __attribute__((packed));
109
110
111 struct mp_table_header {
112     uint32_t signature;                 /* "PCMP"                                             */
113     uint16_t base_table_length;         /* bytes, starting from header                        */
114     uint8_t  spec_rev;                  /* specification rvision (0x4 is the current rev)     */
115     uint8_t  checksum;                  /* sum of all bytes, including checksum, must be zero */
116     uint8_t  oem_id[8];                 /* OEM ID "V3VEE   "                                  */
117     uint8_t  prod_id[12];               /* Product ID "PALACIOS 1.3"                          */
118     uint32_t oem_table_ptr;             /* oem table, if used (zeroed)                        */
119     uint16_t oem_table_size;            /* oem table length, if used                          */
120     uint16_t entry_count;               /* numnber of entries in this table                   */
121     uint32_t lapic_addr;                /* apic address on all processors                     */
122     uint16_t extended_table_length;     /* zero by default                                    */
123     uint8_t  extended_table_checksum;   /* zero by default                                    */
124     uint8_t  reserved;                  /* zero by default                                    */
125     /* this is followed by entries of the various types indicated below */
126 } __attribute__((packed));
127
128 struct mp_table_processor {
129     uint8_t entry_type;          // type 0
130     uint8_t lapic_id;            // 0..
131     uint8_t lapic_version;       // 
132
133     union {
134         uint8_t data;       
135         struct {
136             uint8_t en          : 1;        /* 1 = processor enabled */
137             uint8_t bp          : 1;        /* 1 = bootstrap processor */
138             uint8_t reserved    : 6;
139         } __attribute__((packed));
140     } __attribute__((packed)) cpu_flags;
141
142     union {
143         uint32_t data;
144         struct {
145             uint8_t stepping    : 4;
146             uint8_t model       : 4;
147             uint8_t family      : 4; 
148             uint32_t rest       : 20;
149         } __attribute__((packed));
150     } __attribute__((packed)) cpu_signature;
151
152     uint32_t cpu_feature_flags;      /* result of CPUID */
153     uint32_t reserved[2];
154 } __attribute__((packed));
155
156 struct mp_table_bus {
157     uint8_t entry_type;          /* type 1              */
158     uint8_t bus_id;              /* 0..                 */
159     uint8_t bus_type[6];         /* "PCI" "INTERN", etc */
160 } __attribute__((packed));
161
162
163 struct mp_table_ioapic {
164     uint8_t entry_type;          /* type 2                            */
165     uint8_t ioapic_id;           /* 0..                               */
166     uint8_t ioapic_version;      /* bits 0..7 of the version register */
167
168     union {
169         uint8_t data;       
170         struct {
171             uint8_t en         : 1;        /* 1=ioapic enabled */
172             uint8_t reserved   : 7;
173         } __attribute__((packed));
174     } __attribute__((packed)) ioapic_flags;
175
176     uint32_t ioapic_address;     /* physical address (same for all procs) */
177 } __attribute__((packed));
178
179
180 struct mp_table_io_interrupt_assignment {
181     uint8_t entry_type;          /* type 3 */
182     uint8_t interrupt_type;      /* 0=int, 1=nmi, 2=smi, 3=ExtInt(8259) */
183  
184    union {
185         uint16_t value;
186         struct {
187             uint8_t po           : 2;        /* polarity (00 = default for bus, 01 = active high, 10 = reserved, 11 = active low */
188             uint8_t el           : 2;        /* trigger mode (00 = default for bus, 01 = edge, 10 = reserved, 11 = level) */
189             uint16_t reserved    : 12;
190         } __attribute__((packed));
191    } __attribute__((packed)) flags;
192
193     uint8_t source_bus_id;
194     uint8_t source_bus_irq;
195     uint8_t dest_ioapic_id;
196     uint8_t dest_ioapic_intn;
197 } __attribute__((packed));
198
199
200 struct mp_table_local_interrupt_assignment {
201     uint8_t entry_type;          /* type 4 */
202     uint8_t interrupt_type;      /* 0 = int, 1 = nmi, 2 = smi, 3 = ExtInt(8259) */
203
204     union {
205         uint16_t value;
206         struct {
207             uint8_t po           : 2;        /* polarity (00 = default for bus, 01 = active high, 10 = reserved, 11 = active low */
208             uint8_t el           : 2;        /* trigger mode (00 = default for bus, 01 = edge, 10 = reserved, 11 = level) */
209             uint16_t reserved    : 12;
210         } __attribute__((packed));
211     } __attribute__((packed)) flags;
212
213     uint8_t source_bus_id;
214     uint8_t source_bus_irq;
215     uint8_t dest_ioapic_id;
216     uint8_t dest_ioapic_intn;
217 } __attribute__((packed));
218
219
220
221 #define PCI           1
222 #define NUM_PCI_SLOTS 8
223
224
225 static inline int check_for_cookie(void * target) {
226     return (memcmp(target, BIOS_MP_TABLE_COOKIE, BIOS_MP_TABLE_COOKIE_LEN) == 0);
227 }
228
229 static inline int check_table(void * target) {
230     uint32_t i;
231     uint8_t sum;
232     struct mp_table_header * header;
233
234     header = (struct mp_table_header *)target;
235     sum = 0;
236
237     for (i = 0; i < header->base_table_length; i++) {
238         sum += ((uint8_t *)target)[i];
239     }
240
241     if (sum == 0) { 
242         return 1;
243     } else {
244         // failed checksum
245         return 0;
246     }
247 }
248
249
250 static inline int check_pointer(void * target) {
251     uint32_t i;
252     uint8_t sum;
253     struct mp_floating_pointer * p;
254
255     p = (struct mp_floating_pointer *)target;
256     sum = 0;
257
258     for (i = 0; i < p->length * 16; i++) {
259         sum += ((uint8_t *)target)[i];
260     }
261
262     if (sum == 0) { 
263         // passed
264         return 1;
265     } else {
266         // failed
267         return 0;
268     }
269 }
270     
271
272 static int write_pointer(void * target, uint32_t mptable_gpa) {
273     uint32_t i;
274     uint8_t sum;
275     struct mp_floating_pointer * p = (struct mp_floating_pointer *)target;
276
277     memset((void *)p, 0, sizeof(struct mp_floating_pointer));
278     
279     memcpy((void *)&(p->signature), POINTER_SIGNATURE, 4);
280     
281     p->pointer = mptable_gpa;
282     p->length = 1;             // length in 16 byte chunks
283     p->spec_rev = SPEC_REV;
284
285     // The remaining zeros indicate that an MP config table is present
286     // and that virtual wire mode is implemented (not PIC mode)
287     // Either virtual wire or PIC must be implemented in addition to
288     // symmetric I/O mode
289     
290     // checksum calculation
291     p->checksum = 0;
292     sum = 0;
293
294     for (i = 0; i < 16; i++) {
295         sum += ((uint8_t *)target)[i];
296     }
297
298     p->checksum = (255 - sum) + 1;
299
300     return 0;
301 }
302     
303
304     
305
306 static int write_mptable(void * target, uint32_t numcores) {
307     uint32_t i = 0;
308     uint8_t sum = 0;
309     uint8_t core = 0;
310     uint8_t irq = 0;    
311     struct mp_table_header * header = NULL;
312     struct mp_table_processor * proc = NULL;
313     struct mp_table_bus * bus = NULL;
314     struct mp_table_ioapic * ioapic = NULL;
315     struct mp_table_io_interrupt_assignment * interrupt = NULL;
316     uint8_t * cur = target;
317
318     header = (struct mp_table_header *)cur;
319     cur = cur + sizeof(struct mp_table_header);
320     
321     memset((void *)header, 0, sizeof(struct mp_table_header));
322     
323     
324     memcpy(&(header->signature), HEADER_SIGNATURE, 4);
325     header->spec_rev = SPEC_REV;
326     memcpy(header->oem_id, OEM_ID, 8);
327     memcpy(header->prod_id, PROD_ID, 12);
328
329 #if PCI
330     // n processors, 1 ioapic, 1 pci bus, 1 isa bus, 16 IRQ, 4*NUM_SLOTS = 19 + 4*numslots+ n
331     header->entry_count = numcores + 19 + 4 * NUM_PCI_SLOTS;
332 #else
333     // n processors, 1 ioapic, 1 isa bus, 16 IRQ INTs = 18+n
334     header->entry_count = numcores + 18;
335 #endif
336
337     header->lapic_addr = LAPIC_ADDR;
338     
339     // now we arrange the processors;
340     
341     for (core = 0; core < numcores; core++) { 
342         proc = (struct mp_table_processor *)cur;
343         memset((void *)proc, 0, sizeof(struct mp_table_processor));
344         proc->entry_type = ENTRY_PROC;
345         proc->lapic_id = core;
346         proc->lapic_version = LAPIC_VERSION;
347         proc->cpu_flags.en = 1;
348
349         if (core == 0) {
350             proc->cpu_flags.bp = 1;
351         } else {
352             proc->cpu_flags.bp = 0;
353         }
354
355         proc->cpu_signature.family = PROC_FAMILY;
356         proc->cpu_signature.model = PROC_MODEL;
357         proc->cpu_signature.stepping = PROC_STEPPING;
358         proc->cpu_feature_flags = PROC_FEATURE_FLAGS;
359
360         cur += sizeof(struct mp_table_processor);
361     }
362
363 #if PCI
364     // PCI bus is always zero
365     bus = (struct mp_table_bus *)cur;
366     cur += sizeof(struct mp_table_bus);
367
368     memset((void *)bus, 0, sizeof(struct mp_table_bus));
369     bus->entry_type = ENTRY_BUS;
370     bus->bus_id = 0;
371     memcpy(bus->bus_type, BUS_PCI, 6);
372 #endif
373
374     // next comes the ISA bus  (bus one)
375     bus = (struct mp_table_bus *)cur;
376     cur += sizeof(struct mp_table_bus);
377
378     memset((void *)bus, 0, sizeof(struct mp_table_bus));
379     bus->entry_type = ENTRY_BUS;
380     bus->bus_id = 1;
381     memcpy(bus->bus_type, BUS_ISA, 6);
382
383
384     // next comes the IOAPIC
385     ioapic = (struct mp_table_ioapic *)cur;
386     cur += sizeof(struct mp_table_ioapic);
387     
388     memset((void *)ioapic, 0, sizeof(struct mp_table_ioapic));
389     ioapic->entry_type = ENTRY_IOAPIC;
390     ioapic->ioapic_id = numcores;
391     ioapic->ioapic_version = IOAPIC_VERSION;
392     ioapic->ioapic_flags.en = 1;
393     ioapic->ioapic_address = IOAPIC_ADDR;
394
395
396
397     // LEGACY ISA IRQ mappings
398     // The MPTABLE IRQ mappings are kind of odd. 
399     // We don't include a bus IRQ 2, and instead remap Bus IRQ 0 to dest irq 2
400     // The idea here is that the timer hooks to 2, while the PIC hooks
401     // to zero in ExtInt mode.  This makes it possible to do virtual wire
402     // mode via the ioapic.
403     //
404     // Note that the timer connects to pin 2 of the IOAPIC.  Sadly,
405     // the timer is unaware of this and just raises irq 0.  The ioapic
406     // transforms this to a pin 2 interrupt.   If we want the PIC
407     // to be able to channel interrupts via pin 0, we need a separate
408     // path. 
409     for (irq = 0; irq < 16; irq++) { 
410         uint8_t dst_irq = irq;
411
412         if (irq == 0) {
413             dst_irq = 2;
414         } else if (irq == 2) {
415             continue;
416         }
417
418         interrupt = (struct mp_table_io_interrupt_assignment *)cur;
419         memset((void *)interrupt, 0, sizeof(struct mp_table_io_interrupt_assignment));
420
421         interrupt->entry_type = ENTRY_IOINT;
422         interrupt->interrupt_type = INT_TYPE_INT;
423         interrupt->flags.po = INT_POLARITY_DEFAULT;
424         interrupt->flags.el = INT_TRIGGER_DEFAULT;
425         interrupt->source_bus_id = 1;
426         interrupt->source_bus_irq = irq;
427         interrupt->dest_ioapic_id = numcores;
428         interrupt->dest_ioapic_intn = dst_irq;
429
430         cur += sizeof(struct mp_table_io_interrupt_assignment);
431     }
432
433 #if PCI
434     {
435       // Interrupt redirection entries for PCI bus
436       // 
437       // We need an entry for each slot+pci interrupt
438       // There can be 32 slots, each of which can use 4 interrupts
439       // Thus there are 128 entries
440       //
441       // In this simple setup, we map
442       // slot i, intr j (both zero based)  to  pci_irq[(i+j)%4]
443       
444       int slot, intr;
445       static uint8_t pci_irq[4] = {16,17,18,19};
446
447       for (slot=0;slot<NUM_PCI_SLOTS;slot++) { 
448         for (intr=0;intr<4;intr++) { 
449
450           uint8_t dst_irq = pci_irq[(slot+intr)%4];
451
452           interrupt = (struct mp_table_io_interrupt_assignment *)cur;
453           memset((void *)interrupt, 0, sizeof(struct mp_table_io_interrupt_assignment));
454
455           interrupt->entry_type = ENTRY_IOINT;
456           interrupt->interrupt_type = INT_TYPE_INT;
457           interrupt->flags.po = INT_POLARITY_DEFAULT;
458           interrupt->flags.el = INT_TRIGGER_DEFAULT;
459           interrupt->source_bus_id = 0;
460           // Yes, this is how you encode the slot and pin of a PCI device
461           // As we all know, bits are expensive
462           // We can have as many as 32 slots, but to get that large,
463           // we would need to tweak the bios's landing zone for the mptable
464           interrupt->source_bus_irq = (slot<<2) | intr ;
465           interrupt->dest_ioapic_id = numcores;
466           interrupt->dest_ioapic_intn = dst_irq;
467
468           cur += sizeof(struct mp_table_io_interrupt_assignment);
469
470           //V3_Print("PCI0, slot %d, irq %d maps to irq %d\n",slot,intr,dst_irq);
471         }
472       }
473     }
474 #endif
475         
476     // now we can set the length;
477
478     header->base_table_length = (cur - (uint8_t *)header);
479
480     V3_Print("MPtable size: %u\n",header->base_table_length);
481
482     // checksum calculation
483     header->checksum = 0;
484     sum = 0;
485     for (i = 0; i < header->base_table_length; i++) {
486         sum += ((uint8_t *)target)[i];
487     }
488     header->checksum = (255 - sum) + 1;
489         
490     return 0;
491 }
492
493 static int mptable_init(struct v3_vm_info * vm, v3_cfg_tree_t * cfg) {
494     void * target = NULL;
495
496     if (v3_gpa_to_hva(&(vm->cores[0]), BIOS_MP_TABLE_DEFAULT_LOCATION, (addr_t *)&target) == -1) { 
497         PrintError("Cannot inject mptable due to unmapped bios!\n");
498         return -1;
499     }
500     
501     if (!check_for_cookie(target)) { 
502         PrintError("Cookie mismatch in writing mptable, aborting (probably wrong guest BIOS).\n");
503         return -1;
504     }
505
506     if (vm->num_cores > 32) { 
507         PrintError("No support for >32 cores in writing MP table, aborting.\n");
508         return -1;
509     }
510
511     V3_Print("Constructing mptable for %u cores at %p\n", vm->num_cores, target);
512
513     if (write_pointer(target, BIOS_MP_TABLE_DEFAULT_LOCATION + sizeof(struct mp_floating_pointer)) == -1) { 
514         PrintError("Unable to write mptable floating pointer, aborting.\n");
515         return -1;
516     }
517
518     if (!check_pointer(target)) { 
519         PrintError("Failed to inject mptable floating pointer correctly --- checksum fails\n");
520         return -1;
521     }
522
523     if (write_mptable(target + sizeof(struct mp_floating_pointer), vm->num_cores) == -1) {
524         PrintError("Cannot inject mptable configuration header and entries\n");
525         return -1;
526     }
527
528     if (!check_table(target + sizeof(struct mp_floating_pointer))) { 
529         PrintError("Failed to inject mptable configuration header and entries correctly --- checksum fails\n");
530         return -1;
531     }
532
533
534     return 0;
535 }
536
537
538
539 device_register("MPTABLE", mptable_init)