arch/x86/kernel/head_32.S

   1 /*
   2  *  linux/arch/i386/kernel/head.S -- the 32-bit startup code.
   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/threads.h>
  12 #include <linux/linkage.h>
  13 #include <asm/segment.h>
  14 #include <asm/page.h>
  15 #include <asm/pgtable.h>
  16 #include <asm/desc.h>
  17 #include <asm/cache.h>
  18 #include <asm/thread_info.h>
  19 #include <asm/asm-offsets.h>
  20 #include <asm/setup.h>
  21
  22 /*
  23  * References to members of the new_cpu_data structure.
  24  */
  25
  26 #define X86             new_cpu_data+CPUINFO_x86
  27 #define X86_VENDOR      new_cpu_data+CPUINFO_x86_vendor
  28 #define X86_MODEL       new_cpu_data+CPUINFO_x86_model
  29 #define X86_MASK        new_cpu_data+CPUINFO_x86_mask
  30 #define X86_HARD_MATH   new_cpu_data+CPUINFO_hard_math
  31 #define X86_CPUID       new_cpu_data+CPUINFO_cpuid_level
  32 #define X86_CAPABILITY  new_cpu_data+CPUINFO_x86_capability
  33 #define X86_VENDOR_ID   new_cpu_data+CPUINFO_x86_vendor_id
  34
  35 /*
  36  * This is how much memory *in addition to the memory covered up to
  37  * and including _end* we need mapped initially.
  38  * We need:
  39  *  - one bit for each possible page, but only in low memory, which means
  40  *     2^32/4096/8 = 128K worst case (4G/4G split.)
  41  *  - enough space to map all low memory, which means
  42  *     (2^32/4096) / 1024 pages (worst case, non PAE)
  43  *     (2^32/4096) / 512 + 4 pages (worst case for PAE)
  44  *  - a few pages for allocator use before the kernel pagetable has
  45  *     been set up
  46  *
  47  * Modulo rounding, each megabyte assigned here requires a kilobyte of
  48  * memory, which is currently unreclaimed.
  49  *
  50  * This should be a multiple of a page.
  51  */
  52 LOW_PAGES = 1<<(32-PAGE_SHIFT_asm)
  53
  54 /*
  55  * To preserve the DMA pool in PAGEALLOC kernels, we'll allocate
  56  * pagetables from above the 16MB DMA limit, so we'll have to set
  57  * up pagetables 16MB more (worst-case):
  58  */
  59 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
  60 LOW_PAGES = LOW_PAGES + 0x1000000
  61 #endif
  62
  63 #if PTRS_PER_PMD > 1
  64 PAGE_TABLE_SIZE = (LOW_PAGES / PTRS_PER_PMD) + PTRS_PER_PGD
  65 #else
  66 PAGE_TABLE_SIZE = (LOW_PAGES / PTRS_PER_PGD)
  67 #endif
  68 BOOTBITMAP_SIZE = LOW_PAGES / 8
  69 ALLOCATOR_SLOP = 4
  70
  71 INIT_MAP_BEYOND_END = BOOTBITMAP_SIZE + (PAGE_TABLE_SIZE + ALLOCATOR_SLOP)*PAGE_SIZE_asm
  72
  73 /*
  74  * 32-bit kernel entrypoint; only used by the boot CPU.  On entry,
  75  * %esi points to the real-mode code as a 32-bit pointer.
  76  * CS and DS must be 4 GB flat segments, but we don't depend on
  77  * any particular GDT layout, because we load our own as soon as we
  78  * can.
  79  */
  80 .section .text.head,"ax",@progbits
  81 ENTRY(startup_32)
  82         /* check to see if KEEP_SEGMENTS flag is meaningful */
  83         cmpw $0x207, BP_version(%esi)
  84         jb 1f
  85
  86         /* test KEEP_SEGMENTS flag to see if the bootloader is asking
  87                 us to not reload segments */
  88         testb $(1<<6), BP_loadflags(%esi)
  89         jnz 2f
  90
  91 /*
  92  * Set segments to known values.
  93  */
  94 1:      lgdt boot_gdt_descr - __PAGE_OFFSET
  95         movl $(__BOOT_DS),%eax
  96         movl %eax,%ds
  97         movl %eax,%es
  98         movl %eax,%fs
  99         movl %eax,%gs
 100 2:
 101
 102 /*
 103  * Clear BSS first so that there are no surprises...
 104  */
 105         cld
 106         xorl %eax,%eax
 107         movl $__bss_start - __PAGE_OFFSET,%edi
 108         movl $__bss_stop - __PAGE_OFFSET,%ecx
 109         subl %edi,%ecx
 110         shrl $2,%ecx
 111         rep ; stosl
 112 /*
 113  * Copy bootup parameters out of the way.
 114  * Note: %esi still has the pointer to the real-mode data.
 115  * With the kexec as boot loader, parameter segment might be loaded beyond
 116  * kernel image and might not even be addressable by early boot page tables.
 117  * (kexec on panic case). Hence copy out the parameters before initializing
 118  * page tables.
 119  */
 120         movl $(boot_params - __PAGE_OFFSET),%edi
 121         movl $(PARAM_SIZE/4),%ecx
 122         cld
 123         rep
 124         movsl
 125         movl boot_params - __PAGE_OFFSET + NEW_CL_POINTER,%esi
 126         andl %esi,%esi
 127         jz 1f                   # No comand line
 128         movl $(boot_command_line - __PAGE_OFFSET),%edi
 129         movl $(COMMAND_LINE_SIZE/4),%ecx
 130         rep
 131         movsl
 132 1:
 133
 134 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
 135         cmpw $0x207, (boot_params + BP_version - __PAGE_OFFSET)
 136         jb default_entry
 137
 138         /* Paravirt-compatible boot parameters.  Look to see what architecture
 139                 we're booting under. */
 140         movl (boot_params + BP_hardware_subarch - __PAGE_OFFSET), %eax
 141         cmpl $num_subarch_entries, %eax
 142         jae bad_subarch
 143
 144         movl subarch_entries - __PAGE_OFFSET(,%eax,4), %eax
 145         subl $__PAGE_OFFSET, %eax
 146         jmp *%eax
 147
 148 bad_subarch:
 149 WEAK(lguest_entry)
 150 WEAK(xen_entry)
 151         /* Unknown implementation; there's really
 152            nothing we can do at this point. */
 153         ud2a
 154 .data
 155 subarch_entries:
 156         .long default_entry             /* normal x86/PC */
 157         .long lguest_entry              /* lguest hypervisor */
 158         .long xen_entry                 /* Xen hypervisor */
 159 num_subarch_entries = (. - subarch_entries) / 4
 160 .previous
 161 #endif /* CONFIG_PARAVIRT */
 162
 163 /*
 164  * Initialize page tables.  This creates a PDE and a set of page
 165  * tables, which are located immediately beyond _end.  The variable
 166  * init_pg_tables_end is set up to point to the first "safe" location.
 167  * Mappings are created both at virtual address 0 (identity mapping)
 168  * and PAGE_OFFSET for up to _end+sizeof(page tables)+INIT_MAP_BEYOND_END.
 169  *
 170  * Warning: don't use %esi or the stack in this code.  However, %esp
 171  * can be used as a GPR if you really need it...
 172  */
 173 page_pde_offset = (__PAGE_OFFSET >> 20);
 174
 175 default_entry:
 176         movl $(pg0 - __PAGE_OFFSET), %edi
 177         movl $(swapper_pg_dir - __PAGE_OFFSET), %edx
 178         movl $0x007, %eax                       /* 0x007 = PRESENT+RW+USER */
 179 10:
 180         leal 0x007(%edi),%ecx                   /* Create PDE entry */
 181         movl %ecx,(%edx)                        /* Store identity PDE entry */
 182         movl %ecx,page_pde_offset(%edx)         /* Store kernel PDE entry */
 183         addl $4,%edx
 184         movl $1024, %ecx
 185 11:
 186         stosl
 187         addl $0x1000,%eax
 188         loop 11b
 189         /* End condition: we must map up to and including INIT_MAP_BEYOND_END */
 190         /* bytes beyond the end of our own page tables; the +0x007 is the attribute bits */
 191         leal (INIT_MAP_BEYOND_END+0x007)(%edi),%ebp
 192         cmpl %ebp,%eax
 193         jb 10b
 194         movl %edi,(init_pg_tables_end - __PAGE_OFFSET)
 195
 196         /* Do an early initialization of the fixmap area */
 197         movl $(swapper_pg_dir - __PAGE_OFFSET), %edx
 198         movl $(swapper_pg_pmd - __PAGE_OFFSET), %eax
 199         addl $0x007, %eax                       /* 0x007 = PRESENT+RW+USER */
 200         movl %eax, 4092(%edx)
 201
 202         xorl %ebx,%ebx                          /* This is the boot CPU (BSP) */
 203         jmp 3f
 204 /*
 205  * Non-boot CPU entry point; entered from trampoline.S
 206  * We can't lgdt here, because lgdt itself uses a data segment, but
 207  * we know the trampoline has already loaded the boot_gdt for us.
 208  *
 209  * If cpu hotplug is not supported then this code can go in init section
 210  * which will be freed later
 211  */
 212
 213 #ifndef CONFIG_HOTPLUG_CPU
 214 .section .init.text,"ax",@progbits
 215 #endif
 216
 217 #ifdef CONFIG_SMP
 218 ENTRY(startup_32_smp)
 219         cld
 220         movl $(__BOOT_DS),%eax
 221         movl %eax,%ds
 222         movl %eax,%es
 223         movl %eax,%fs
 224         movl %eax,%gs
 225
 226 /*
 227  *      New page tables may be in 4Mbyte page mode and may
 228  *      be using the global pages.
 229  *
 230  *      NOTE! If we are on a 486 we may have no cr4 at all!
 231  *      So we do not try to touch it unless we really have
 232  *      some bits in it to set.  This won't work if the BSP
 233  *      implements cr4 but this AP does not -- very unlikely
 234  *      but be warned!  The same applies to the pse feature
 235  *      if not equally supported. --macro
 236  *
 237  *      NOTE! We have to correct for the fact that we're
 238  *      not yet offset PAGE_OFFSET..
 239  */
 240 #define cr4_bits mmu_cr4_features-__PAGE_OFFSET
 241         movl cr4_bits,%edx
 242         andl %edx,%edx
 243         jz 6f
 244         movl %cr4,%eax          # Turn on paging options (PSE,PAE,..)
 245         orl %edx,%eax
 246         movl %eax,%cr4
 247
 248         btl $5, %eax            # check if PAE is enabled
 249         jnc 6f
 250
 251         /* Check if extended functions are implemented */
 252         movl $0x80000000, %eax
 253         cpuid
 254         cmpl $0x80000000, %eax
 255         jbe 6f
 256         mov $0x80000001, %eax
 257         cpuid
 258         /* Execute Disable bit supported? */
 259         btl $20, %edx
 260         jnc 6f
 261
 262         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
 263         movl $0xc0000080, %ecx
 264         rdmsr
 265
 266         btsl $11, %eax
 267         /* Make changes effective */
 268         wrmsr
 269
 270 6:
 271         /* This is a secondary processor (AP) */
 272         xorl %ebx,%ebx
 273         incl %ebx
 274
 275 #endif /* CONFIG_SMP */
 276 3:
 277
 278 /*
 279  * Enable paging
 280  */
 281         movl $swapper_pg_dir-__PAGE_OFFSET,%eax
 282         movl %eax,%cr3          /* set the page table pointer.. */
 283         movl %cr0,%eax
 284         orl $0x80000000,%eax
 285         movl %eax,%cr0          /* ..and set paging (PG) bit */
 286         ljmp $__BOOT_CS,$1f     /* Clear prefetch and normalize %eip */
 287 1:
 288         /* Set up the stack pointer */
 289         lss stack_start,%esp
 290
 291 /*
 292  * Initialize eflags.  Some BIOS's leave bits like NT set.  This would
 293  * confuse the debugger if this code is traced.
 294  * XXX - best to initialize before switching to protected mode.
 295  */
 296         pushl $0
 297         popfl
 298
 299 #ifdef CONFIG_SMP
 300         andl %ebx,%ebx
 301         jz  1f                          /* Initial CPU cleans BSS */
 302         jmp checkCPUtype
 303 1:
 304 #endif /* CONFIG_SMP */
 305
 306 /*
 307  * start system 32-bit setup. We need to re-do some of the things done
 308  * in 16-bit mode for the "real" operations.
 309  */
 310         call setup_idt
 311
 312 checkCPUtype:
 313
 314         movl $-1,X86_CPUID              #  -1 for no CPUID initially
 315
 316 /* check if it is 486 or 386. */
 317 /*
 318  * XXX - this does a lot of unnecessary setup.  Alignment checks don't
 319  * apply at our cpl of 0 and the stack ought to be aligned already, and
 320  * we don't need to preserve eflags.
 321  */
 322
 323         movb $3,X86             # at least 386
 324         pushfl                  # push EFLAGS
 325         popl %eax               # get EFLAGS
 326         movl %eax,%ecx          # save original EFLAGS
 327         xorl $0x240000,%eax     # flip AC and ID bits in EFLAGS
 328         pushl %eax              # copy to EFLAGS
 329         popfl                   # set EFLAGS
 330         pushfl                  # get new EFLAGS
 331         popl %eax               # put it in eax
 332         xorl %ecx,%eax          # change in flags
 333         pushl %ecx              # restore original EFLAGS
 334         popfl
 335         testl $0x40000,%eax     # check if AC bit changed
 336         je is386
 337
 338         movb $4,X86             # at least 486
 339         testl $0x200000,%eax    # check if ID bit changed
 340         je is486
 341
 342         /* get vendor info */
 343         xorl %eax,%eax                  # call CPUID with 0 -> return vendor ID
 344         cpuid
 345         movl %eax,X86_CPUID             # save CPUID level
 346         movl %ebx,X86_VENDOR_ID         # lo 4 chars
 347         movl %edx,X86_VENDOR_ID+4       # next 4 chars
 348         movl %ecx,X86_VENDOR_ID+8       # last 4 chars
 349
 350         orl %eax,%eax                   # do we have processor info as well?
 351         je is486
 352
 353         movl $1,%eax            # Use the CPUID instruction to get CPU type
 354         cpuid
 355         movb %al,%cl            # save reg for future use
 356         andb $0x0f,%ah          # mask processor family
 357         movb %ah,X86
 358         andb $0xf0,%al          # mask model
 359         shrb $4,%al
 360         movb %al,X86_MODEL
 361         andb $0x0f,%cl          # mask mask revision
 362         movb %cl,X86_MASK
 363         movl %edx,X86_CAPABILITY
 364
 365 is486:  movl $0x50022,%ecx      # set AM, WP, NE and MP
 366         jmp 2f
 367
 368 is386:  movl $2,%ecx            # set MP
 369 2:      movl %cr0,%eax
 370         andl $0x80000011,%eax   # Save PG,PE,ET
 371         orl %ecx,%eax
 372         movl %eax,%cr0
 373
 374         call check_x87
 375         lgdt early_gdt_descr
 376         lidt idt_descr
 377         ljmp $(__KERNEL_CS),$1f
 378 1:      movl $(__KERNEL_DS),%eax        # reload all the segment registers
 379         movl %eax,%ss                   # after changing gdt.
 380         movl %eax,%fs                   # gets reset once there's real percpu
 381
 382         movl $(__USER_DS),%eax          # DS/ES contains default USER segment
 383         movl %eax,%ds
 384         movl %eax,%es
 385
 386         xorl %eax,%eax                  # Clear GS and LDT
 387         movl %eax,%gs
 388         lldt %ax
 389
 390         cld                     # gcc2 wants the direction flag cleared at all times
 391         pushl $0                # fake return address for unwinder
 392 #ifdef CONFIG_SMP
 393         movb ready, %cl
 394         movb $1, ready
 395         cmpb $0,%cl             # the first CPU calls start_kernel
 396         je   1f
 397         movl $(__KERNEL_PERCPU), %eax
 398         movl %eax,%fs           # set this cpu's percpu
 399         jmp initialize_secondary # all other CPUs call initialize_secondary
 400 1:
 401 #endif /* CONFIG_SMP */
 402         jmp start_kernel
 403
 404 /*
 405  * We depend on ET to be correct. This checks for 287/387.
 406  */
 407 check_x87:
 408         movb $0,X86_HARD_MATH
 409         clts
 410         fninit
 411         fstsw %ax
 412         cmpb $0,%al
 413         je 1f
 414         movl %cr0,%eax          /* no coprocessor: have to set bits */
 415         xorl $4,%eax            /* set EM */
 416         movl %eax,%cr0
 417         ret
 418         ALIGN
 419 1:      movb $1,X86_HARD_MATH
 420         .byte 0xDB,0xE4         /* fsetpm for 287, ignored by 387 */
 421         ret
 422
 423 /*
 424  *  setup_idt
 425  *
 426  *  sets up a idt with 256 entries pointing to
 427  *  ignore_int, interrupt gates. It doesn't actually load
 428  *  idt - that can be done only after paging has been enabled
 429  *  and the kernel moved to PAGE_OFFSET. Interrupts
 430  *  are enabled elsewhere, when we can be relatively
 431  *  sure everything is ok.
 432  *
 433  *  Warning: %esi is live across this function.
 434  */
 435 setup_idt:
 436         lea ignore_int,%edx
 437         movl $(__KERNEL_CS << 16),%eax
 438         movw %dx,%ax            /* selector = 0x0010 = cs */
 439         movw $0x8E00,%dx        /* interrupt gate - dpl=0, present */
 440
 441         lea idt_table,%edi
 442         mov $256,%ecx
 443 rp_sidt:
 444         movl %eax,(%edi)
 445         movl %edx,4(%edi)
 446         addl $8,%edi
 447         dec %ecx
 448         jne rp_sidt
 449
 450 .macro  set_early_handler handler,trapno
 451         lea \handler,%edx
 452         movl $(__KERNEL_CS << 16),%eax
 453         movw %dx,%ax
 454         movw $0x8E00,%dx        /* interrupt gate - dpl=0, present */
 455         lea idt_table,%edi
 456         movl %eax,8*\trapno(%edi)
 457         movl %edx,8*\trapno+4(%edi)
 458 .endm
 459
 460         set_early_handler handler=early_divide_err,trapno=0
 461         set_early_handler handler=early_illegal_opcode,trapno=6
 462         set_early_handler handler=early_protection_fault,trapno=13
 463         set_early_handler handler=early_page_fault,trapno=14
 464
 465         ret
 466
 467 early_divide_err:
 468         xor %edx,%edx
 469         pushl $0        /* fake errcode */
 470         jmp early_fault
 471
 472 early_illegal_opcode:
 473         movl $6,%edx
 474         pushl $0        /* fake errcode */
 475         jmp early_fault
 476
 477 early_protection_fault:
 478         movl $13,%edx
 479         jmp early_fault
 480
 481 early_page_fault:
 482         movl $14,%edx
 483         jmp early_fault
 484
 485 early_fault:
 486         cld
 487 #ifdef CONFIG_PRINTK
 488         pusha
 489         movl $(__KERNEL_DS),%eax
 490         movl %eax,%ds
 491         movl %eax,%es
 492         cmpl $2,early_recursion_flag
 493         je hlt_loop
 494         incl early_recursion_flag
 495         movl %cr2,%eax
 496         pushl %eax
 497         pushl %edx              /* trapno */
 498         pushl $fault_msg
 499 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
 500         call early_printk
 501 #else
 502         call printk
 503 #endif
 504 #endif
 505 hlt_loop:
 506         hlt
 507         jmp hlt_loop
 508
 509 /* This is the default interrupt "handler" :-) */
 510         ALIGN
 511 ignore_int:
 512         cld
 513 #ifdef CONFIG_PRINTK
 514         pushl %eax
 515         pushl %ecx
 516         pushl %edx
 517         pushl %es
 518         pushl %ds
 519         movl $(__KERNEL_DS),%eax
 520         movl %eax,%ds
 521         movl %eax,%es
 522         cmpl $2,early_recursion_flag
 523         je hlt_loop
 524         incl early_recursion_flag
 525         pushl 16(%esp)
 526         pushl 24(%esp)
 527         pushl 32(%esp)
 528         pushl 40(%esp)
 529         pushl $int_msg
 530 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
 531         call early_printk
 532 #else
 533         call printk
 534 #endif
 535         addl $(5*4),%esp
 536         popl %ds
 537         popl %es
 538         popl %edx
 539         popl %ecx
 540         popl %eax
 541 #endif
 542         iret
 543
 544 .section .text
 545 /*
 546  * Real beginning of normal "text" segment
 547  */
 548 ENTRY(stext)
 549 ENTRY(_stext)
 550
 551 /*
 552  * BSS section
 553  */
 554 .section ".bss.page_aligned","wa"
 555         .align PAGE_SIZE_asm
 556 ENTRY(swapper_pg_dir)
 557         .fill 1024,4,0
 558 ENTRY(swapper_pg_pmd)
 559         .fill 1024,4,0
 560 ENTRY(empty_zero_page)
 561         .fill 4096,1,0
 562
 563 /*
 564  * This starts the data section.
 565  */
 566 .data
 567 ENTRY(stack_start)
 568         .long init_thread_union+THREAD_SIZE
 569         .long __BOOT_DS
 570
 571 ready:  .byte 0
 572
 573 early_recursion_flag:
 574         .long 0
 575
 576 int_msg:
 577         .asciz "Unknown interrupt or fault at EIP %p %p %p\n"
 578
 579 fault_msg:
 580         .ascii                                                          \
 581 /* fault info: */       "BUG: Int %d: CR2 %p\n"                         \
 582 /* pusha regs: */       "     EDI %p  ESI %p  EBP %p  ESP %p\n"         \
 583                         "     EBX %p  EDX %p  ECX %p  EAX %p\n"         \
 584 /* fault frame: */      "     err %p  EIP %p   CS %p  flg %p\n"         \
 585                                                                         \
 586                         "Stack: %p %p %p %p %p %p %p %p\n"              \
 587                         "       %p %p %p %p %p %p %p %p\n"              \
 588                         "       %p %p %p %p %p %p %p %p\n"
 589
 590 #include "../../x86/xen/xen-head.S"
 591
 592 /*
 593  * The IDT and GDT 'descriptors' are a strange 48-bit object
 594  * only used by the lidt and lgdt instructions. They are not
 595  * like usual segment descriptors - they consist of a 16-bit
 596  * segment size, and 32-bit linear address value:
 597  */
 598
 599 .globl boot_gdt_descr
 600 .globl idt_descr
 601
 602         ALIGN
 603 # early boot GDT descriptor (must use 1:1 address mapping)
 604         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
 605 boot_gdt_descr:
 606         .word __BOOT_DS+7
 607         .long boot_gdt - __PAGE_OFFSET
 608
 609         .word 0                         # 32-bit align idt_desc.address
 610 idt_descr:
 611         .word IDT_ENTRIES*8-1           # idt contains 256 entries
 612         .long idt_table
 613
 614 # boot GDT descriptor (later on used by CPU#0):
 615         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
 616 ENTRY(early_gdt_descr)
 617         .word GDT_ENTRIES*8-1
 618         .long per_cpu__gdt_page         /* Overwritten for secondary CPUs */
 619
 620 /*
 621  * The boot_gdt must mirror the equivalent in setup.S and is
 622  * used only for booting.
 623  */
 624         .align L1_CACHE_BYTES
 625 ENTRY(boot_gdt)
 626         .fill GDT_ENTRY_BOOT_CS,8,0
 627         .quad 0x00cf9a000000ffff        /* kernel 4GB code at 0x00000000 */
 628         .quad 0x00cf92000000ffff        /* kernel 4GB data at 0x00000000 */