]> Git Repo - linux.git/commitdiff
ARM: XIP kernel: store .data compressed in ROM
authorNicolas Pitre <[email protected]>
Fri, 25 Aug 2017 04:54:18 +0000 (00:54 -0400)
committerNicolas Pitre <[email protected]>
Sun, 10 Sep 2017 23:34:53 +0000 (19:34 -0400)
The .data segment stored in ROM is only copied to RAM once at boot time
and never referenced afterwards. This is arguably a suboptimal usage of
ROM resources.

This patch allows for compressing the .data segment before storing it
into ROM and decompressing it to RAM rather than simply copying it,
saving on precious ROM space.

Because global data is not available yet (obviously) we must allocate
decompressor workspace memory on the stack. The .bss area is used as a
stack area for that purpose before it is cleared. The required stack
frame is 9568 bytes for __inflate_kernel_data() alone, so make sure
the .bss is large enough to cope with that plus extra room for called
functions or fail the build.

Those numbers were picked arbitrarily based on the above 9568 byte
stack frame:

10240 (2.5 * PAGE_SIZE): used to override -Wframe-larger-than whose
default value is 1024.
12288 (3 * PAGE_SIZE): minimum .bss size to contain the stack.

Signed-off-by: Nicolas Pitre <[email protected]>
Reviewed-by: Ard Biesheuvel <[email protected]>
Tested-by: Chris Brandt <[email protected]>
arch/arm/Kconfig
arch/arm/boot/Makefile
arch/arm/boot/deflate_xip_data.sh [new file with mode: 0755]
arch/arm/kernel/Makefile
arch/arm/kernel/head-common.S
arch/arm/kernel/head-inflate-data.c [new file with mode: 0644]
arch/arm/kernel/vmlinux-xip.lds.S

index 61a0cb15067ea653eaa9631fe64276385e3de064..bf79c461bd2ccde7cb49d07f507771ca6c104293 100644 (file)
@@ -2005,6 +2005,17 @@ config XIP_PHYS_ADDR
          be linked for and stored to.  This address is dependent on your
          own flash usage.
 
+config XIP_DEFLATED_DATA
+       bool "Store kernel .data section compressed in ROM"
+       depends on XIP_KERNEL
+       select ZLIB_INFLATE
+       help
+         Before the kernel is actually executed, its .data section has to be
+         copied to RAM from ROM. This option allows for storing that data
+         in compressed form and decompressed to RAM rather than merely being
+         copied, saving some precious ROM space. A possible drawback is a
+         slightly longer boot delay.
+
 config KEXEC
        bool "Kexec system call (EXPERIMENTAL)"
        depends on (!SMP || PM_SLEEP_SMP)
index 50f8d1be7fcbe7cdcecb37f54f2b24f514a65974..a3af4dc08c3e94a67ef0c06d8f9402ca1910f420 100644 (file)
@@ -31,8 +31,19 @@ targets := Image zImage xipImage bootpImage uImage
 
 ifeq ($(CONFIG_XIP_KERNEL),y)
 
+cmd_deflate_xip_data = $(CONFIG_SHELL) -c \
+       '$(srctree)/$(src)/deflate_xip_data.sh $< $@ || { rm -f $@; false; }'
+
+ifeq ($(CONFIG_XIP_DEFLATED_DATA),y)
+quiet_cmd_mkxip = XIPZ    $@
+cmd_mkxip = $(cmd_objcopy) && $(cmd_deflate_xip_data)
+else
+quiet_cmd_mkxip = $(quiet_cmd_objcopy)
+cmd_mkxip = $(cmd_objcopy)
+endif
+
 $(obj)/xipImage: vmlinux FORCE
-       $(call if_changed,objcopy)
+       $(call if_changed,mkxip)
        @$(kecho) '  Physical Address of xipImage: $(CONFIG_XIP_PHYS_ADDR)'
 
 $(obj)/Image $(obj)/zImage: FORCE
diff --git a/arch/arm/boot/deflate_xip_data.sh b/arch/arm/boot/deflate_xip_data.sh
new file mode 100755 (executable)
index 0000000..1189598
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,64 @@
+#!/bin/sh
+
+# XIP kernel .data segment compressor
+#
+# Created by:  Nicolas Pitre, August 2017
+# Copyright:   (C) 2017  Linaro Limited
+#
+# This program is free software; you can redistribute it and/or modify
+# it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
+# published by the Free Software Foundation.
+
+# This script locates the start of the .data section in xipImage and
+# substitutes it with a compressed version. The needed offsets are obtained
+# from symbol addresses in vmlinux. It is expected that .data extends to
+# the end of xipImage.
+
+set -e
+
+VMLINUX="$1"
+XIPIMAGE="$2"
+
+DD="dd status=none"
+
+# Use "make V=1" to debug this script.
+case "$KBUILD_VERBOSE" in
+*1*)
+       set -x
+       ;;
+esac
+
+sym_val() {
+       # extract hex value for symbol in $1
+       local val=$($NM "$VMLINUX" | sed -n "/ $1$/{s/ .*$//p;q}")
+       [ "$val" ] || { echo "can't find $1 in $VMLINUX" 1>&2; exit 1; }
+       # convert from hex to decimal
+       echo $((0x$val))
+}
+
+__data_loc=$(sym_val __data_loc)
+_edata_loc=$(sym_val _edata_loc)
+base_offset=$(sym_val _xiprom)
+
+# convert to file based offsets
+data_start=$(($__data_loc - $base_offset))
+data_end=$(($_edata_loc - $base_offset))
+
+# Make sure data occupies the last part of the file.
+file_end=$(stat -c "%s" "$XIPIMAGE")
+if [ "$file_end" != "$data_end" ]; then
+       printf "end of xipImage doesn't match with _edata_loc (%#x vs %#x)\n" \
+              $(($file_end + $base_offset)) $_edata_loc 2>&1
+       exit 1;
+fi
+
+# be ready to clean up
+trap 'rm -f "$XIPIMAGE.tmp"' 0 1 2 3
+
+# substitute the data section by a compressed version
+$DD if="$XIPIMAGE" count=$data_start iflag=count_bytes of="$XIPIMAGE.tmp"
+$DD if="$XIPIMAGE"  skip=$data_start iflag=skip_bytes |
+gzip -9 >> "$XIPIMAGE.tmp"
+
+# replace kernel binary
+mv -f "$XIPIMAGE.tmp" "$XIPIMAGE"
index ad325a8c7e1e5d1dfbad11e8846169696d36e6bc..52f437997cc6abe19f76613d3023e6b625494c74 100644 (file)
@@ -87,6 +87,11 @@ head-y                       := head$(MMUEXT).o
 obj-$(CONFIG_DEBUG_LL) += debug.o
 obj-$(CONFIG_EARLY_PRINTK)     += early_printk.o
 
+# This is executed very early using a temporary stack when no memory allocator
+# nor global data is available. Everything has to be allocated on the stack.
+CFLAGS_head-inflate-data.o := $(call cc-option,-Wframe-larger-than=10240)
+obj-$(CONFIG_XIP_DEFLATED_DATA) += head-inflate-data.o
+
 obj-$(CONFIG_ARM_VIRT_EXT)     += hyp-stub.o
 AFLAGS_hyp-stub.o              :=-Wa,-march=armv7-a
 ifeq ($(CONFIG_ARM_PSCI),y)
index bf9c4e38eced9246cace480a90fb452ae7833577..a25027b87a6024b94f93de979438cfa1395c3981 100644 (file)
@@ -87,7 +87,14 @@ __mmap_switched:
        adr     r4, __mmap_switched_data
        mov     fp, #0
 
-#ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
+#if defined(CONFIG_XIP_DEFLATED_DATA)
+   ARM(        ldr     sp, [r4], #4 )
+ THUMB(        ldr     sp, [r4] )
+ THUMB(        add     r4, #4 )
+       bl      __inflate_kernel_data           @ decompress .data to RAM
+       teq     r0, #0
+       bne     __error
+#elif defined(CONFIG_XIP_KERNEL)
    ARM(        ldmia   r4!, {r0, r1, r2, sp} )
  THUMB(        ldmia   r4!, {r0, r1, r2, r3} )
  THUMB(        mov     sp, r3 )
@@ -114,9 +121,11 @@ ENDPROC(__mmap_switched)
        .type   __mmap_switched_data, %object
 __mmap_switched_data:
 #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
+#ifndef CONFIG_XIP_DEFLATED_DATA
        .long   _sdata                          @ r0
        .long   __data_loc                      @ r1
        .long   _edata_loc                      @ r2
+#endif
        .long   __bss_stop                      @ sp (temporary stack in .bss)
 #endif
 
diff --git a/arch/arm/kernel/head-inflate-data.c b/arch/arm/kernel/head-inflate-data.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..6dd0ce5
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,62 @@
+/*
+ * XIP kernel .data segment decompressor
+ *
+ * Created by: Nicolas Pitre, August 2017
+ * Copyright:  (C) 2017  Linaro Limited
+ *
+ * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
+ * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
+ * published by the Free Software Foundation.
+ */
+
+#include <linux/init.h>
+#include <linux/zutil.h>
+
+/* for struct inflate_state */
+#include "../../../lib/zlib_inflate/inftrees.h"
+#include "../../../lib/zlib_inflate/inflate.h"
+#include "../../../lib/zlib_inflate/infutil.h"
+
+extern char __data_loc[];
+extern char _edata_loc[];
+extern char _sdata[];
+
+/*
+ * This code is called very early during the boot process to decompress
+ * the .data segment stored compressed in ROM. Therefore none of the global
+ * variables are valid yet, hence no kernel services such as memory
+ * allocation is available. Everything must be allocated on the stack and
+ * we must avoid any global data access. We use a temporary stack located
+ * in the .bss area. The linker script makes sure the .bss is big enough
+ * to hold our stack frame plus some room for called functions.
+ *
+ * We mimic the code in lib/decompress_inflate.c to use the smallest work
+ * area possible. And because everything is statically allocated on the
+ * stack then there is no need to clean up before returning.
+ */
+
+int __init __inflate_kernel_data(void)
+{
+       struct z_stream_s stream, *strm = &stream;
+       struct inflate_state state;
+       char *in = __data_loc;
+       int rc;
+
+       /* Check and skip gzip header (assume no filename) */
+       if (in[0] != 0x1f || in[1] != 0x8b || in[2] != 0x08 || in[3] & ~3)
+               return -1;
+       in += 10;
+
+       strm->workspace = &state;
+       strm->next_in = in;
+       strm->avail_in = _edata_loc - __data_loc;  /* upper bound */
+       strm->next_out = _sdata;
+       strm->avail_out = _edata_loc - __data_loc;
+       zlib_inflateInit2(strm, -MAX_WBITS);
+       WS(strm)->inflate_state.wsize = 0;
+       WS(strm)->inflate_state.window = NULL;
+       rc = zlib_inflate(strm, Z_FINISH);
+       if (rc == Z_OK || rc == Z_STREAM_END)
+               rc = strm->avail_out;  /* should be 0 */
+       return rc;
+}
index 39b1fb470a0a9dccacea80800017c326247be1e2..7a844310085e53d25d85e4e153794c46787ddd5c 100644 (file)
@@ -306,3 +306,11 @@ ASSERT((__arch_info_end - __arch_info_begin), "no machine record defined")
  */
 ASSERT(__hyp_idmap_text_end - (__hyp_idmap_text_start & PAGE_MASK) <= PAGE_SIZE,
        "HYP init code too big or misaligned")
+
+#ifdef CONFIG_XIP_DEFLATED_DATA
+/*
+ * The .bss is used as a stack area for __inflate_kernel_data() whose stack
+ * frame is 9568 bytes. Make sure it has extra room left.
+ */
+ASSERT((_end - __bss_start) >= 12288, ".bss too small for CONFIG_XIP_DEFLATED_DATA")
+#endif
This page took 0.071792 seconds and 4 git commands to generate.