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/ Night Owl 9 / Night Owl CD-ROM (NOPV9) (Night Owl Publisher) (1993).ISO / 032a / ast_93.zip / 0748.TB < prev    next >
Text File  |  1992-03-18  |  7KB  |  136 lines
  1. =============================================================================
  2.  
  3. AST RESEARCH, INC.         TECHNICAL BULLETIN #0748                  03-18-92
  4.  
  5. =============================================================================
  6.  
  7.  
  8.                         BIOS SHADOWING IN AST SYSTEMS
  9.  
  10.  
  11. This document presents information on the topic of BIOS shadowing.
  12. Persistent misinformation and rumors abound on BIOS shadowing.  If properly
  13. informed most users should view shadowing as a positive and significant
  14. performance enhancer rather than a feature to be avoided.
  15.  
  16. Performance:
  17.  
  18. System BIOS and video BIOS shadowing is done to improve performance. This is
  19. done by executing the BIOS code out of RAM rather than ROM.  A performance
  20. gain is achieved by executing out of RAM because it has a much faster
  21. response time than the ROM.  The slower response time of the ROM acts as a
  22. barrier to today's higher speed processors.
  23.  
  24. Shadowing Location:
  25.  
  26. During POST the system BIOS copies an image of itself as well as an image of
  27. the video BIOS into RAM.  The location where this image is copied depends on
  28. the vendor's philosophies as well as hardware capabilities.  The AST
  29. philosophy is to follow the strategy of "in-place" shadowing.  What in-place
  30. shadowing means is that the system BIOS will be copied into RAM located at
  31. F000:0 and the video BIOS will be copied into RAM located at C000:0.  For
  32. those familiar with the PC architecture, in-place shadowing locates the
  33. shadowed BIOS at the same location as the ROM version (unshadowed BIOS).
  34.  
  35. Early in AST's systems history, the hardware was not able to support the in-
  36. place shadowing strategy.  The very early systems would shadow the system
  37. BIOS at F000:0 but the video BIOS had to be shadowed at E000:0.  Progress in
  38. AST's hardware development made in-place shadowing possible for systems
  39. starting in the latter part of 1989.  The choice of shadowing in-place or not
  40. is limited by hardware and is not a BIOS design issue.
  41.  
  42. Advantages of In-place:
  43.  
  44. Shadowing in-place has the significant advantage of conserving valuable upper
  45. memory addresses.  A typical unshadowed system will utilize a total of 96K
  46. bytes of valuable address space between the 640K and 1M region.  This is
  47. allocated as 64K bytes at F000:0 for the system BIOS and 32K bytes at C000:0
  48. for the VGA BIOS.  The AST strategy of in-place shadowing utilizes exactly
  49. 96K bytes of this valuable address space when shadowing is activated.  A
  50. different shadowing strategy commonly utilizes 160K bytes of this address
  51. space between 640K and 1M.
  52.  
  53. The chart below illustrates how the in-place shadowing strategy conserves
  54. valuable upper memory addresses.
  55.  
  56. Upper Memory Address Utilization:
  57.  
  58.                No Shadow      In-Place       Other Scheme
  59. C0000-C7FFF    VGA BIOS       VGA BIOS       VGA BIOS (ROM)
  60. E0000-EFFFF    not used       not used       VGA BIOS (Shadowed)
  61. F0000-FFFFF    system BIOS    system BIOS    system BIOS
  62. total space    96K bytes      96K bytes      160K bytes
  63.  
  64. The second significant advantage of in-place shadowing is that it presents
  65. the same characteristics as the typical unshadowed system. For programs which
  66. "sniff" or search the 640K - 1M region, a system which has in-place shadowing
  67. has the video BIOS and system BIOS in exactly the same locations as the
  68. typical unshadowed system.  There is no anomaly as in other shadowing
  69. strategies which have a video BIOS located at C000:0 (the ROM image) as well
  70. as at E000:0 (the shadow image).
  71.  
  72. Reserved Memory:
  73.  
  74. All current AST systems as well as all new AST designs have 128K bytes of
  75. reserved memory set aside to support shadowing.  All memory except this 128K
  76. bytes is available to the user.  The reserved memory is used as the shadow
  77. RAM.  There has been no attempt to design systems where only 96K is reserved
  78. rather than 128K.  Providing this extra 32K to the user would significantly
  79. increase hardware costs.
  80.  
  81. There are a few exceptions to the 128K reserved memory rule.  The Bravo
  82. 286/16 is an example of a system which gives reserved memory back to the
  83. user.  This extra 128K is available if shadowing is turned off in specific
  84. memory configurations.  Because of the costs and complications involved to
  85. provide an extra 128K bytes of memory for the minority of users who wish to
  86. disable shadowing, AST systems will continue with the 128K reserved memory
  87. rule.
  88.  
  89. Write Protection:
  90.  
  91. Write protecting the shadowed BIOS is important as it prevents program bugs
  92. or poorly designed programs from destroying the video or system BIOS images
  93. in RAM.  This issue affects AST as well as all system vendors.  This write
  94. protection attribute coupled with the in-place shadowing yields the perfect
  95. shadowing scheme.
  96.  
  97. Systems with cache can present a wrinkle in write protecting the shadow RAM.
  98. Until very recently, AST systems with cache did not provide the hardware
  99. capability to write protect the video BIOS shadow area.  Write protection of
  100. the video BIOS shadow area was complicated by the fact that the cache was
  101. caching the video BIOS addresses.  (The system BIOS area has been write
  102. protected as the cache does not cover the system BIOS addresses.)  With the
  103. exception of 486 based systems, recent AST designs now fully write protect
  104. the shadowed BIOS areas.
  105.  
  106. The internal cache of the 486 chip presents a challenge to write protection
  107. schemes which AST as well as all other vendors are faced with.  Essentially
  108. there are no hooks in the 486 which allow hardware designers to implement
  109. write protection of shadowed areas which are covered by the 486's cache.
  110. While full write protection could be achieved by preventing the 486 cache
  111. from covering the video BIOS area, this results in a significant performance
  112. degradation in video benchmarks.
  113.  
  114. The AST solution to the write protection dilemma of 486 systems is to write
  115. protect the shadow RAM.  While this does not prevent the cached copy of the
  116. video BIOS from being overwritten, the cache will always be able to fetch a
  117. correct copy from the protected shadow RAM whenever a cache load cycle is
  118. done.  This pseudo write protection of the video BIOS presents a much smaller
  119. window of vulnerability to program bugs.
  120.  
  121. Permanent Shadowing:
  122.  
  123. All new AST systems and recent BIOS updates provide a feature called
  124. permanent shadowing.  This feature no longer provides the user with the
  125. option to disable shadowing.  With in-place shadowing and write protection of
  126. the shadowed BIOS, there is little reason to disable shadowing.  Disabling
  127. shadowing only provides the user with a slower system.  As mentioned earlier
  128. the reserved memory is typically not returned back to the user when shadowing
  129. is disabled.
  130.  
  131. Summary:
  132.  
  133. This paper has attempted to answer many of the persistent questions
  134. surrounding shadowing.  It has also reiterated the long term AST strategy
  135. which, when implemented, results in the perfect shadowing scheme.
  136.