arch/x86/kernel/head_32.S

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
   2 /*
   3  *
   4  *  Copyright (C) 1991, 1992  Linus Torvalds
   5  *
   6  *  Enhanced CPU detection and feature setting code by Mike Jagdis
   7  *  and Martin Mares, November 1997.
   8  */
   9
  10 .text
  11 #include <linux/export.h>
  12 #include <linux/threads.h>
  13 #include <linux/init.h>
  14 #include <linux/linkage.h>
  15 #include <asm/segment.h>
  16 #include <asm/page_types.h>
  17 #include <asm/pgtable_types.h>
  18 #include <asm/cache.h>
  19 #include <asm/thread_info.h>
  20 #include <asm/asm-offsets.h>
  21 #include <asm/setup.h>
  22 #include <asm/processor-flags.h>
  23 #include <asm/msr-index.h>
  24 #include <asm/cpufeatures.h>
  25 #include <asm/percpu.h>
  26 #include <asm/nops.h>
  27 #include <asm/nospec-branch.h>
  28 #include <asm/bootparam.h>
  29 #include <asm/pgtable_32.h>
  30
  31 /* Physical address */
  32 #define pa(X) ((X) - __PAGE_OFFSET)
  33
  34 /*
  35  * References to members of the new_cpu_data structure.
  36  */
  37
  38 #define X86             new_cpu_data+CPUINFO_x86
  39 #define X86_VENDOR      new_cpu_data+CPUINFO_x86_vendor
  40 #define X86_MODEL       new_cpu_data+CPUINFO_x86_model
  41 #define X86_STEPPING    new_cpu_data+CPUINFO_x86_stepping
  42 #define X86_HARD_MATH   new_cpu_data+CPUINFO_hard_math
  43 #define X86_CPUID       new_cpu_data+CPUINFO_cpuid_level
  44 #define X86_CAPABILITY  new_cpu_data+CPUINFO_x86_capability
  45 #define X86_VENDOR_ID   new_cpu_data+CPUINFO_x86_vendor_id
  46
  47 /*
  48  * Worst-case size of the kernel mapping we need to make:
  49  * a relocatable kernel can live anywhere in lowmem, so we need to be able
  50  * to map all of lowmem.
  51  */
  52 KERNEL_PAGES = LOWMEM_PAGES
  53
  54 INIT_MAP_SIZE = PAGE_TABLE_SIZE(KERNEL_PAGES) * PAGE_SIZE
  55 RESERVE_BRK(pagetables, INIT_MAP_SIZE)
  56
  57 /*
  58  * 32-bit kernel entrypoint; only used by the boot CPU.  On entry,
  59  * %esi points to the real-mode code as a 32-bit pointer.
  60  * CS and DS must be 4 GB flat segments, but we don't depend on
  61  * any particular GDT layout, because we load our own as soon as we
  62  * can.
  63  */
  64 __HEAD
  65 SYM_CODE_START(startup_32)
  66         movl pa(initial_stack),%ecx
  67
  68 /*
  69  * Set segments to known values.
  70  */
  71         lgdt pa(boot_gdt_descr)
  72         movl $(__BOOT_DS),%eax
  73         movl %eax,%ds
  74         movl %eax,%es
  75         movl %eax,%fs
  76         movl %eax,%gs
  77         movl %eax,%ss
  78         leal -__PAGE_OFFSET(%ecx),%esp
  79
  80 /*
  81  * Clear BSS first so that there are no surprises...
  82  */
  83         cld
  84         xorl %eax,%eax
  85         movl $pa(__bss_start),%edi
  86         movl $pa(__bss_stop),%ecx
  87         subl %edi,%ecx
  88         shrl $2,%ecx
  89         rep ; stosl
  90 /*
  91  * Copy bootup parameters out of the way.
  92  * Note: %esi still has the pointer to the real-mode data.
  93  * With the kexec as boot loader, parameter segment might be loaded beyond
  94  * kernel image and might not even be addressable by early boot page tables.
  95  * (kexec on panic case). Hence copy out the parameters before initializing
  96  * page tables.
  97  */
  98         movl $pa(boot_params),%edi
  99         movl $(PARAM_SIZE/4),%ecx
 100         cld
 101         rep
 102         movsl
 103         movl pa(boot_params) + NEW_CL_POINTER,%esi
 104         andl %esi,%esi
 105         jz 1f                   # No command line
 106         movl $pa(boot_command_line),%edi
 107         movl $(COMMAND_LINE_SIZE/4),%ecx
 108         rep
 109         movsl
 110 1:
 111
 112 #ifdef CONFIG_OLPC
 113         /* save OFW's pgdir table for later use when calling into OFW */
 114         movl %cr3, %eax
 115         movl %eax, pa(olpc_ofw_pgd)
 116 #endif
 117
 118         /* Create early pagetables. */
 119         call  mk_early_pgtbl_32
 120
 121         /* Do early initialization of the fixmap area */
 122         movl $pa(initial_pg_fixmap)+PDE_IDENT_ATTR,%eax
 123 #ifdef  CONFIG_X86_PAE
 124 #define KPMDS (((-__PAGE_OFFSET) >> 30) & 3) /* Number of kernel PMDs */
 125         movl %eax,pa(initial_pg_pmd+0x1000*KPMDS-8)
 126 #else
 127         movl %eax,pa(initial_page_table+0xffc)
 128 #endif
 129
 130         jmp .Ldefault_entry
 131 SYM_CODE_END(startup_32)
 132
 133 /*
 134  * Non-boot CPU entry point; entered from trampoline.S
 135  * We can't lgdt here, because lgdt itself uses a data segment, but
 136  * we know the trampoline has already loaded the boot_gdt for us.
 137  *
 138  * If cpu hotplug is not supported then this code can go in init section
 139  * which will be freed later
 140  */
 141 SYM_FUNC_START(startup_32_smp)
 142         cld
 143         movl $(__BOOT_DS),%eax
 144         movl %eax,%ds
 145         movl %eax,%es
 146         movl %eax,%fs
 147         movl %eax,%gs
 148         movl pa(initial_stack),%ecx
 149         movl %eax,%ss
 150         leal -__PAGE_OFFSET(%ecx),%esp
 151
 152 .Ldefault_entry:
 153         movl $(CR0_STATE & ~X86_CR0_PG),%eax
 154         movl %eax,%cr0
 155
 156 /*
 157  * We want to start out with EFLAGS unambiguously cleared. Some BIOSes leave
 158  * bits like NT set. This would confuse the debugger if this code is traced. So
 159  * initialize them properly now before switching to protected mode. That means
 160  * DF in particular (even though we have cleared it earlier after copying the
 161  * command line) because GCC expects it.
 162  */
 163         pushl $0
 164         popfl
 165
 166 /*
 167  * New page tables may be in 4Mbyte page mode and may be using the global pages.
 168  *
 169  * NOTE! If we are on a 486 we may have no cr4 at all! Specifically, cr4 exists
 170  * if and only if CPUID exists and has flags other than the FPU flag set.
 171  */
 172         movl $-1,pa(X86_CPUID)          # preset CPUID level
 173         movl $X86_EFLAGS_ID,%ecx
 174         pushl %ecx
 175         popfl                           # set EFLAGS=ID
 176         pushfl
 177         popl %eax                       # get EFLAGS
 178         testl $X86_EFLAGS_ID,%eax       # did EFLAGS.ID remained set?
 179         jz .Lenable_paging              # hw disallowed setting of ID bit
 180                                         # which means no CPUID and no CR4
 181
 182         xorl %eax,%eax
 183         cpuid
 184         movl %eax,pa(X86_CPUID)         # save largest std CPUID function
 185
 186         movl $1,%eax
 187         cpuid
 188         andl $~1,%edx                   # Ignore CPUID.FPU
 189         jz .Lenable_paging              # No flags or only CPUID.FPU = no CR4
 190
 191         movl pa(mmu_cr4_features),%eax
 192         movl %eax,%cr4
 193
 194         testb $X86_CR4_PAE, %al         # check if PAE is enabled
 195         jz .Lenable_paging
 196
 197         /* Check if extended functions are implemented */
 198         movl $0x80000000, %eax
 199         cpuid
 200         /* Value must be in the range 0x80000001 to 0x8000ffff */
 201         subl $0x80000001, %eax
 202         cmpl $(0x8000ffff-0x80000001), %eax
 203         ja .Lenable_paging
 204
 205         /* Clear bogus XD_DISABLE bits */
 206         call verify_cpu
 207
 208         mov $0x80000001, %eax
 209         cpuid
 210         /* Execute Disable bit supported? */
 211         btl $(X86_FEATURE_NX & 31), %edx
 212         jnc .Lenable_paging
 213
 214         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
 215         movl $MSR_EFER, %ecx
 216         rdmsr
 217
 218         btsl $_EFER_NX, %eax
 219         /* Make changes effective */
 220         wrmsr
 221
 222 .Lenable_paging:
 223
 224 /*
 225  * Enable paging
 226  */
 227         movl $pa(initial_page_table), %eax
 228         movl %eax,%cr3          /* set the page table pointer.. */
 229         movl $CR0_STATE,%eax
 230         movl %eax,%cr0          /* ..and set paging (PG) bit */
 231         ljmp $__BOOT_CS,$1f     /* Clear prefetch and normalize %eip */
 232 1:
 233         /* Shift the stack pointer to a virtual address */
 234         addl $__PAGE_OFFSET, %esp
 235
 236 /*
 237  * Check if it is 486
 238  */
 239         movb $4,X86                     # at least 486
 240         cmpl $-1,X86_CPUID
 241         je .Lis486
 242
 243         /* get vendor info */
 244         xorl %eax,%eax                  # call CPUID with 0 -> return vendor ID
 245         cpuid
 246         movl %eax,X86_CPUID             # save CPUID level
 247         movl %ebx,X86_VENDOR_ID         # lo 4 chars
 248         movl %edx,X86_VENDOR_ID+4       # next 4 chars
 249         movl %ecx,X86_VENDOR_ID+8       # last 4 chars
 250
 251         orl %eax,%eax                   # do we have processor info as well?
 252         je .Lis486
 253
 254         movl $1,%eax            # Use the CPUID instruction to get CPU type
 255         cpuid
 256         movb %al,%cl            # save reg for future use
 257         andb $0x0f,%ah          # mask processor family
 258         movb %ah,X86
 259         andb $0xf0,%al          # mask model
 260         shrb $4,%al
 261         movb %al,X86_MODEL
 262         andb $0x0f,%cl          # mask mask revision
 263         movb %cl,X86_STEPPING
 264         movl %edx,X86_CAPABILITY
 265
 266 .Lis486:
 267         movl $0x50022,%ecx      # set AM, WP, NE and MP
 268         movl %cr0,%eax
 269         andl $0x80000011,%eax   # Save PG,PE,ET
 270         orl %ecx,%eax
 271         movl %eax,%cr0
 272
 273         lgdt early_gdt_descr
 274         ljmp $(__KERNEL_CS),$1f
 275 1:      movl $(__KERNEL_DS),%eax        # reload all the segment registers
 276         movl %eax,%ss                   # after changing gdt.
 277
 278         movl $(__USER_DS),%eax          # DS/ES contains default USER segment
 279         movl %eax,%ds
 280         movl %eax,%es
 281
 282         movl $(__KERNEL_PERCPU), %eax
 283         movl %eax,%fs                   # set this cpu's percpu
 284
 285         xorl %eax,%eax
 286         movl %eax,%gs                   # clear possible garbage in %gs
 287
 288         xorl %eax,%eax                  # Clear LDT
 289         lldt %ax
 290
 291         call *(initial_code)
 292 1:      jmp 1b
 293 SYM_FUNC_END(startup_32_smp)
 294
 295 #include "verify_cpu.S"
 296
 297 __INIT
 298 SYM_FUNC_START(early_idt_handler_array)
 299         # 36(%esp) %eflags
 300         # 32(%esp) %cs
 301         # 28(%esp) %eip
 302         # 24(%rsp) error code
 303         i = 0
 304         .rept NUM_EXCEPTION_VECTORS
 305         .if ((EXCEPTION_ERRCODE_MASK >> i) & 1) == 0
 306         pushl $0                # Dummy error code, to make stack frame uniform
 307         .endif
 308         pushl $i                # 20(%esp) Vector number
 309         jmp early_idt_handler_common
 310         i = i + 1
 311         .fill early_idt_handler_array + i*EARLY_IDT_HANDLER_SIZE - ., 1, 0xcc
 312         .endr
 313 SYM_FUNC_END(early_idt_handler_array)
 314
 315 SYM_CODE_START_LOCAL(early_idt_handler_common)
 316         /*
 317          * The stack is the hardware frame, an error code or zero, and the
 318          * vector number.
 319          */
 320         cld
 321
 322         incl %ss:early_recursion_flag
 323
 324         /* The vector number is in pt_regs->gs */
 325
 326         cld
 327         pushl   %fs             /* pt_regs->fs (__fsh varies by model) */
 328         pushl   %es             /* pt_regs->es (__esh varies by model) */
 329         pushl   %ds             /* pt_regs->ds (__dsh varies by model) */
 330         pushl   %eax            /* pt_regs->ax */
 331         pushl   %ebp            /* pt_regs->bp */
 332         pushl   %edi            /* pt_regs->di */
 333         pushl   %esi            /* pt_regs->si */
 334         pushl   %edx            /* pt_regs->dx */
 335         pushl   %ecx            /* pt_regs->cx */
 336         pushl   %ebx            /* pt_regs->bx */
 337
 338         /* Fix up DS and ES */
 339         movl    $(__KERNEL_DS), %ecx
 340         movl    %ecx, %ds
 341         movl    %ecx, %es
 342
 343         /* Load the vector number into EDX */
 344         movl    PT_GS(%esp), %edx
 345
 346         /* Load GS into pt_regs->gs (and maybe clobber __gsh) */
 347         movw    %gs, PT_GS(%esp)
 348
 349         movl    %esp, %eax      /* args are pt_regs (EAX), trapnr (EDX) */
 350         call    early_fixup_exception
 351
 352         popl    %ebx            /* pt_regs->bx */
 353         popl    %ecx            /* pt_regs->cx */
 354         popl    %edx            /* pt_regs->dx */
 355         popl    %esi            /* pt_regs->si */
 356         popl    %edi            /* pt_regs->di */
 357         popl    %ebp            /* pt_regs->bp */
 358         popl    %eax            /* pt_regs->ax */
 359         popl    %ds             /* pt_regs->ds (always ignores __dsh) */
 360         popl    %es             /* pt_regs->es (always ignores __esh) */
 361         popl    %fs             /* pt_regs->fs (always ignores __fsh) */
 362         popl    %gs             /* pt_regs->gs (always ignores __gsh) */
 363         decl    %ss:early_recursion_flag
 364         addl    $4, %esp        /* pop pt_regs->orig_ax */
 365         iret
 366 SYM_CODE_END(early_idt_handler_common)
 367
 368 /* This is the default interrupt "handler" :-) */
 369 SYM_FUNC_START(early_ignore_irq)
 370         cld
 371 #ifdef CONFIG_PRINTK
 372         pushl %eax
 373         pushl %ecx
 374         pushl %edx
 375         pushl %es
 376         pushl %ds
 377         movl $(__KERNEL_DS),%eax
 378         movl %eax,%ds
 379         movl %eax,%es
 380         cmpl $2,early_recursion_flag
 381         je hlt_loop
 382         incl early_recursion_flag
 383         pushl 16(%esp)
 384         pushl 24(%esp)
 385         pushl 32(%esp)
 386         pushl 40(%esp)
 387         pushl $int_msg
 388         call _printk
 389
 390         call dump_stack
 391
 392         addl $(5*4),%esp
 393         popl %ds
 394         popl %es
 395         popl %edx
 396         popl %ecx
 397         popl %eax
 398 #endif
 399         iret
 400
 401 hlt_loop:
 402         hlt
 403         jmp hlt_loop
 404 SYM_FUNC_END(early_ignore_irq)
 405
 406 __INITDATA
 407         .align 4
 408 SYM_DATA(early_recursion_flag, .long 0)
 409
 410 __REFDATA
 411         .align 4
 412 SYM_DATA(initial_code,          .long i386_start_kernel)
 413
 414 #ifdef CONFIG_MITIGATION_PAGE_TABLE_ISOLATION
 415 #define PGD_ALIGN       (2 * PAGE_SIZE)
 416 #define PTI_USER_PGD_FILL       1024
 417 #else
 418 #define PGD_ALIGN       (PAGE_SIZE)
 419 #define PTI_USER_PGD_FILL       0
 420 #endif
 421 /*
 422  * BSS section
 423  */
 424 __PAGE_ALIGNED_BSS
 425         .align PGD_ALIGN
 426 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 427 .globl initial_pg_pmd
 428 initial_pg_pmd:
 429         .fill 1024*KPMDS,4,0
 430 #else
 431 .globl initial_page_table
 432 initial_page_table:
 433         .fill 1024,4,0
 434 #endif
 435         .align PGD_ALIGN
 436 initial_pg_fixmap:
 437         .fill 1024,4,0
 438 .globl swapper_pg_dir
 439         .align PGD_ALIGN
 440 swapper_pg_dir:
 441         .fill 1024,4,0
 442         .fill PTI_USER_PGD_FILL,4,0
 443 .globl empty_zero_page
 444 empty_zero_page:
 445         .fill 4096,1,0
 446 EXPORT_SYMBOL(empty_zero_page)
 447
 448 /*
 449  * This starts the data section.
 450  */
 451 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 452 __PAGE_ALIGNED_DATA
 453         /* Page-aligned for the benefit of paravirt? */
 454         .align PGD_ALIGN
 455 SYM_DATA_START(initial_page_table)
 456         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0     /* low identity map */
 457 # if KPMDS == 3
 458         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0
 459         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR+0x1000),0
 460         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR+0x2000),0
 461 # elif KPMDS == 2
 462         .long   0,0
 463         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0
 464         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR+0x1000),0
 465 # elif KPMDS == 1
 466         .long   0,0
 467         .long   0,0
 468         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0
 469 # else
 470 #  error "Kernel PMDs should be 1, 2 or 3"
 471 # endif
 472         .align PAGE_SIZE                /* needs to be page-sized too */
 473
 474 #ifdef CONFIG_MITIGATION_PAGE_TABLE_ISOLATION
 475         /*
 476          * PTI needs another page so sync_initial_pagetable() works correctly
 477          * and does not scribble over the data which is placed behind the
 478          * actual initial_page_table. See clone_pgd_range().
 479          */
 480         .fill 1024, 4, 0
 481 #endif
 482
 483 SYM_DATA_END(initial_page_table)
 484 #endif
 485
 486 .data
 487 .balign 4
 488 SYM_DATA(initial_stack, .long __top_init_kernel_stack)
 489
 490 __INITRODATA
 491 int_msg:
 492         .asciz "Unknown interrupt or fault at: %p %p %p\n"
 493
 494 #include "../xen/xen-head.S"
 495
 496 /*
 497  * The IDT and GDT 'descriptors' are a strange 48-bit object
 498  * only used by the lidt and lgdt instructions. They are not
 499  * like usual segment descriptors - they consist of a 16-bit
 500  * segment size, and 32-bit linear address value:
 501  */
 502
 503         .data
 504         ALIGN
 505 # early boot GDT descriptor (must use 1:1 address mapping)
 506         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
 507 SYM_DATA_START_LOCAL(boot_gdt_descr)
 508         .word __BOOT_DS+7
 509         .long boot_gdt - __PAGE_OFFSET
 510 SYM_DATA_END(boot_gdt_descr)
 511
 512 # boot GDT descriptor (later on used by CPU#0):
 513         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
 514 SYM_DATA_START(early_gdt_descr)
 515         .word GDT_ENTRIES*8-1
 516         .long gdt_page                  /* Overwritten for secondary CPUs */
 517 SYM_DATA_END(early_gdt_descr)
 518
 519 /*
 520  * The boot_gdt must mirror the equivalent in setup.S and is
 521  * used only for booting.
 522  */
 523         .align L1_CACHE_BYTES
 524 SYM_DATA_START(boot_gdt)
 525         .fill GDT_ENTRY_BOOT_CS,8,0
 526         .quad 0x00cf9a000000ffff        /* kernel 4GB code at 0x00000000 */
 527         .quad 0x00cf92000000ffff        /* kernel 4GB data at 0x00000000 */
 528 SYM_DATA_END(boot_gdt)