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 #define SIZEOF_PTREGS 17*4
  49
  50 /*
  51  * Worst-case size of the kernel mapping we need to make:
  52  * a relocatable kernel can live anywhere in lowmem, so we need to be able
  53  * to map all of lowmem.
  54  */
  55 KERNEL_PAGES = LOWMEM_PAGES
  56
  57 INIT_MAP_SIZE = PAGE_TABLE_SIZE(KERNEL_PAGES) * PAGE_SIZE
  58 RESERVE_BRK(pagetables, INIT_MAP_SIZE)
  59
  60 /*
  61  * 32-bit kernel entrypoint; only used by the boot CPU.  On entry,
  62  * %esi points to the real-mode code as a 32-bit pointer.
  63  * CS and DS must be 4 GB flat segments, but we don't depend on
  64  * any particular GDT layout, because we load our own as soon as we
  65  * can.
  66  */
  67 __HEAD
  68 SYM_CODE_START(startup_32)
  69         movl pa(initial_stack),%ecx
  70
  71 /*
  72  * Set segments to known values.
  73  */
  74         lgdt pa(boot_gdt_descr)
  75         movl $(__BOOT_DS),%eax
  76         movl %eax,%ds
  77         movl %eax,%es
  78         movl %eax,%fs
  79         movl %eax,%gs
  80         movl %eax,%ss
  81         leal -__PAGE_OFFSET(%ecx),%esp
  82
  83 /*
  84  * Clear BSS first so that there are no surprises...
  85  */
  86         cld
  87         xorl %eax,%eax
  88         movl $pa(__bss_start),%edi
  89         movl $pa(__bss_stop),%ecx
  90         subl %edi,%ecx
  91         shrl $2,%ecx
  92         rep ; stosl
  93 /*
  94  * Copy bootup parameters out of the way.
  95  * Note: %esi still has the pointer to the real-mode data.
  96  * With the kexec as boot loader, parameter segment might be loaded beyond
  97  * kernel image and might not even be addressable by early boot page tables.
  98  * (kexec on panic case). Hence copy out the parameters before initializing
  99  * page tables.
 100  */
 101         movl $pa(boot_params),%edi
 102         movl $(PARAM_SIZE/4),%ecx
 103         cld
 104         rep
 105         movsl
 106         movl pa(boot_params) + NEW_CL_POINTER,%esi
 107         andl %esi,%esi
 108         jz 1f                   # No command line
 109         movl $pa(boot_command_line),%edi
 110         movl $(COMMAND_LINE_SIZE/4),%ecx
 111         rep
 112         movsl
 113 1:
 114
 115 #ifdef CONFIG_OLPC
 116         /* save OFW's pgdir table for later use when calling into OFW */
 117         movl %cr3, %eax
 118         movl %eax, pa(olpc_ofw_pgd)
 119 #endif
 120
 121         /* Create early pagetables. */
 122         call  mk_early_pgtbl_32
 123
 124         /* Do early initialization of the fixmap area */
 125         movl $pa(initial_pg_fixmap)+PDE_IDENT_ATTR,%eax
 126 #ifdef  CONFIG_X86_PAE
 127 #define KPMDS (((-__PAGE_OFFSET) >> 30) & 3) /* Number of kernel PMDs */
 128         movl %eax,pa(initial_pg_pmd+0x1000*KPMDS-8)
 129 #else
 130         movl %eax,pa(initial_page_table+0xffc)
 131 #endif
 132
 133         jmp .Ldefault_entry
 134 SYM_CODE_END(startup_32)
 135
 136 /*
 137  * Non-boot CPU entry point; entered from trampoline.S
 138  * We can't lgdt here, because lgdt itself uses a data segment, but
 139  * we know the trampoline has already loaded the boot_gdt for us.
 140  *
 141  * If cpu hotplug is not supported then this code can go in init section
 142  * which will be freed later
 143  */
 144 SYM_FUNC_START(startup_32_smp)
 145         cld
 146         movl $(__BOOT_DS),%eax
 147         movl %eax,%ds
 148         movl %eax,%es
 149         movl %eax,%fs
 150         movl %eax,%gs
 151         movl pa(initial_stack),%ecx
 152         movl %eax,%ss
 153         leal -__PAGE_OFFSET(%ecx),%esp
 154
 155 .Ldefault_entry:
 156         movl $(CR0_STATE & ~X86_CR0_PG),%eax
 157         movl %eax,%cr0
 158
 159 /*
 160  * We want to start out with EFLAGS unambiguously cleared. Some BIOSes leave
 161  * bits like NT set. This would confuse the debugger if this code is traced. So
 162  * initialize them properly now before switching to protected mode. That means
 163  * DF in particular (even though we have cleared it earlier after copying the
 164  * command line) because GCC expects it.
 165  */
 166         pushl $0
 167         popfl
 168
 169 /*
 170  * New page tables may be in 4Mbyte page mode and may be using the global pages.
 171  *
 172  * NOTE! If we are on a 486 we may have no cr4 at all! Specifically, cr4 exists
 173  * if and only if CPUID exists and has flags other than the FPU flag set.
 174  */
 175         movl $-1,pa(X86_CPUID)          # preset CPUID level
 176         movl $X86_EFLAGS_ID,%ecx
 177         pushl %ecx
 178         popfl                           # set EFLAGS=ID
 179         pushfl
 180         popl %eax                       # get EFLAGS
 181         testl $X86_EFLAGS_ID,%eax       # did EFLAGS.ID remained set?
 182         jz .Lenable_paging              # hw disallowed setting of ID bit
 183                                         # which means no CPUID and no CR4
 184
 185         xorl %eax,%eax
 186         cpuid
 187         movl %eax,pa(X86_CPUID)         # save largest std CPUID function
 188
 189         movl $1,%eax
 190         cpuid
 191         andl $~1,%edx                   # Ignore CPUID.FPU
 192         jz .Lenable_paging              # No flags or only CPUID.FPU = no CR4
 193
 194         movl pa(mmu_cr4_features),%eax
 195         movl %eax,%cr4
 196
 197         testb $X86_CR4_PAE, %al         # check if PAE is enabled
 198         jz .Lenable_paging
 199
 200         /* Check if extended functions are implemented */
 201         movl $0x80000000, %eax
 202         cpuid
 203         /* Value must be in the range 0x80000001 to 0x8000ffff */
 204         subl $0x80000001, %eax
 205         cmpl $(0x8000ffff-0x80000001), %eax
 206         ja .Lenable_paging
 207
 208         /* Clear bogus XD_DISABLE bits */
 209         call verify_cpu
 210
 211         mov $0x80000001, %eax
 212         cpuid
 213         /* Execute Disable bit supported? */
 214         btl $(X86_FEATURE_NX & 31), %edx
 215         jnc .Lenable_paging
 216
 217         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
 218         movl $MSR_EFER, %ecx
 219         rdmsr
 220
 221         btsl $_EFER_NX, %eax
 222         /* Make changes effective */
 223         wrmsr
 224
 225 .Lenable_paging:
 226
 227 /*
 228  * Enable paging
 229  */
 230         movl $pa(initial_page_table), %eax
 231         movl %eax,%cr3          /* set the page table pointer.. */
 232         movl $CR0_STATE,%eax
 233         movl %eax,%cr0          /* ..and set paging (PG) bit */
 234         ljmp $__BOOT_CS,$1f     /* Clear prefetch and normalize %eip */
 235 1:
 236         /* Shift the stack pointer to a virtual address */
 237         addl $__PAGE_OFFSET, %esp
 238
 239 /*
 240  * Check if it is 486
 241  */
 242         movb $4,X86                     # at least 486
 243         cmpl $-1,X86_CPUID
 244         je .Lis486
 245
 246         /* get vendor info */
 247         xorl %eax,%eax                  # call CPUID with 0 -> return vendor ID
 248         cpuid
 249         movl %eax,X86_CPUID             # save CPUID level
 250         movl %ebx,X86_VENDOR_ID         # lo 4 chars
 251         movl %edx,X86_VENDOR_ID+4       # next 4 chars
 252         movl %ecx,X86_VENDOR_ID+8       # last 4 chars
 253
 254         orl %eax,%eax                   # do we have processor info as well?
 255         je .Lis486
 256
 257         movl $1,%eax            # Use the CPUID instruction to get CPU type
 258         cpuid
 259         movb %al,%cl            # save reg for future use
 260         andb $0x0f,%ah          # mask processor family
 261         movb %ah,X86
 262         andb $0xf0,%al          # mask model
 263         shrb $4,%al
 264         movb %al,X86_MODEL
 265         andb $0x0f,%cl          # mask mask revision
 266         movb %cl,X86_STEPPING
 267         movl %edx,X86_CAPABILITY
 268
 269 .Lis486:
 270         movl $0x50022,%ecx      # set AM, WP, NE and MP
 271         movl %cr0,%eax
 272         andl $0x80000011,%eax   # Save PG,PE,ET
 273         orl %ecx,%eax
 274         movl %eax,%cr0
 275
 276         lgdt early_gdt_descr
 277         ljmp $(__KERNEL_CS),$1f
 278 1:      movl $(__KERNEL_DS),%eax        # reload all the segment registers
 279         movl %eax,%ss                   # after changing gdt.
 280
 281         movl $(__USER_DS),%eax          # DS/ES contains default USER segment
 282         movl %eax,%ds
 283         movl %eax,%es
 284
 285         movl $(__KERNEL_PERCPU), %eax
 286         movl %eax,%fs                   # set this cpu's percpu
 287
 288         xorl %eax,%eax
 289         movl %eax,%gs                   # clear possible garbage in %gs
 290
 291         xorl %eax,%eax                  # Clear LDT
 292         lldt %ax
 293
 294         call *(initial_code)
 295 1:      jmp 1b
 296 SYM_FUNC_END(startup_32_smp)
 297
 298 #include "verify_cpu.S"
 299
 300 __INIT
 301 SYM_FUNC_START(early_idt_handler_array)
 302         # 36(%esp) %eflags
 303         # 32(%esp) %cs
 304         # 28(%esp) %eip
 305         # 24(%rsp) error code
 306         i = 0
 307         .rept NUM_EXCEPTION_VECTORS
 308         .if ((EXCEPTION_ERRCODE_MASK >> i) & 1) == 0
 309         pushl $0                # Dummy error code, to make stack frame uniform
 310         .endif
 311         pushl $i                # 20(%esp) Vector number
 312         jmp early_idt_handler_common
 313         i = i + 1
 314         .fill early_idt_handler_array + i*EARLY_IDT_HANDLER_SIZE - ., 1, 0xcc
 315         .endr
 316 SYM_FUNC_END(early_idt_handler_array)
 317
 318 SYM_CODE_START_LOCAL(early_idt_handler_common)
 319         /*
 320          * The stack is the hardware frame, an error code or zero, and the
 321          * vector number.
 322          */
 323         cld
 324
 325         incl %ss:early_recursion_flag
 326
 327         /* The vector number is in pt_regs->gs */
 328
 329         cld
 330         pushl   %fs             /* pt_regs->fs (__fsh varies by model) */
 331         pushl   %es             /* pt_regs->es (__esh varies by model) */
 332         pushl   %ds             /* pt_regs->ds (__dsh varies by model) */
 333         pushl   %eax            /* pt_regs->ax */
 334         pushl   %ebp            /* pt_regs->bp */
 335         pushl   %edi            /* pt_regs->di */
 336         pushl   %esi            /* pt_regs->si */
 337         pushl   %edx            /* pt_regs->dx */
 338         pushl   %ecx            /* pt_regs->cx */
 339         pushl   %ebx            /* pt_regs->bx */
 340
 341         /* Fix up DS and ES */
 342         movl    $(__KERNEL_DS), %ecx
 343         movl    %ecx, %ds
 344         movl    %ecx, %es
 345
 346         /* Load the vector number into EDX */
 347         movl    PT_GS(%esp), %edx
 348
 349         /* Load GS into pt_regs->gs (and maybe clobber __gsh) */
 350         movw    %gs, PT_GS(%esp)
 351
 352         movl    %esp, %eax      /* args are pt_regs (EAX), trapnr (EDX) */
 353         call    early_fixup_exception
 354
 355         popl    %ebx            /* pt_regs->bx */
 356         popl    %ecx            /* pt_regs->cx */
 357         popl    %edx            /* pt_regs->dx */
 358         popl    %esi            /* pt_regs->si */
 359         popl    %edi            /* pt_regs->di */
 360         popl    %ebp            /* pt_regs->bp */
 361         popl    %eax            /* pt_regs->ax */
 362         popl    %ds             /* pt_regs->ds (always ignores __dsh) */
 363         popl    %es             /* pt_regs->es (always ignores __esh) */
 364         popl    %fs             /* pt_regs->fs (always ignores __fsh) */
 365         popl    %gs             /* pt_regs->gs (always ignores __gsh) */
 366         decl    %ss:early_recursion_flag
 367         addl    $4, %esp        /* pop pt_regs->orig_ax */
 368         iret
 369 SYM_CODE_END(early_idt_handler_common)
 370
 371 /* This is the default interrupt "handler" :-) */
 372 SYM_FUNC_START(early_ignore_irq)
 373         cld
 374 #ifdef CONFIG_PRINTK
 375         pushl %eax
 376         pushl %ecx
 377         pushl %edx
 378         pushl %es
 379         pushl %ds
 380         movl $(__KERNEL_DS),%eax
 381         movl %eax,%ds
 382         movl %eax,%es
 383         cmpl $2,early_recursion_flag
 384         je hlt_loop
 385         incl early_recursion_flag
 386         pushl 16(%esp)
 387         pushl 24(%esp)
 388         pushl 32(%esp)
 389         pushl 40(%esp)
 390         pushl $int_msg
 391         call _printk
 392
 393         call dump_stack
 394
 395         addl $(5*4),%esp
 396         popl %ds
 397         popl %es
 398         popl %edx
 399         popl %ecx
 400         popl %eax
 401 #endif
 402         iret
 403
 404 hlt_loop:
 405         hlt
 406         jmp hlt_loop
 407 SYM_FUNC_END(early_ignore_irq)
 408
 409 __INITDATA
 410         .align 4
 411 SYM_DATA(early_recursion_flag, .long 0)
 412
 413 __REFDATA
 414         .align 4
 415 SYM_DATA(initial_code,          .long i386_start_kernel)
 416
 417 #ifdef CONFIG_MITIGATION_PAGE_TABLE_ISOLATION
 418 #define PGD_ALIGN       (2 * PAGE_SIZE)
 419 #define PTI_USER_PGD_FILL       1024
 420 #else
 421 #define PGD_ALIGN       (PAGE_SIZE)
 422 #define PTI_USER_PGD_FILL       0
 423 #endif
 424 /*
 425  * BSS section
 426  */
 427 __PAGE_ALIGNED_BSS
 428         .align PGD_ALIGN
 429 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 430 .globl initial_pg_pmd
 431 initial_pg_pmd:
 432         .fill 1024*KPMDS,4,0
 433 #else
 434 .globl initial_page_table
 435 initial_page_table:
 436         .fill 1024,4,0
 437 #endif
 438         .align PGD_ALIGN
 439 initial_pg_fixmap:
 440         .fill 1024,4,0
 441 .globl swapper_pg_dir
 442         .align PGD_ALIGN
 443 swapper_pg_dir:
 444         .fill 1024,4,0
 445         .fill PTI_USER_PGD_FILL,4,0
 446 .globl empty_zero_page
 447 empty_zero_page:
 448         .fill 4096,1,0
 449 EXPORT_SYMBOL(empty_zero_page)
 450
 451 /*
 452  * This starts the data section.
 453  */
 454 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 455 __PAGE_ALIGNED_DATA
 456         /* Page-aligned for the benefit of paravirt? */
 457         .align PGD_ALIGN
 458 SYM_DATA_START(initial_page_table)
 459         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0     /* low identity map */
 460 # if KPMDS == 3
 461         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0
 462         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR+0x1000),0
 463         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR+0x2000),0
 464 # elif KPMDS == 2
 465         .long   0,0
 466         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0
 467         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR+0x1000),0
 468 # elif KPMDS == 1
 469         .long   0,0
 470         .long   0,0
 471         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0
 472 # else
 473 #  error "Kernel PMDs should be 1, 2 or 3"
 474 # endif
 475         .align PAGE_SIZE                /* needs to be page-sized too */
 476
 477 #ifdef CONFIG_MITIGATION_PAGE_TABLE_ISOLATION
 478         /*
 479          * PTI needs another page so sync_initial_pagetable() works correctly
 480          * and does not scribble over the data which is placed behind the
 481          * actual initial_page_table. See clone_pgd_range().
 482          */
 483         .fill 1024, 4, 0
 484 #endif
 485
 486 SYM_DATA_END(initial_page_table)
 487 #endif
 488
 489 .data
 490 .balign 4
 491 /*
 492  * The SIZEOF_PTREGS gap is a convention which helps the in-kernel unwinder
 493  * reliably detect the end of the stack.
 494  */
 495 SYM_DATA(initial_stack,
 496                 .long init_thread_union + THREAD_SIZE -
 497                 SIZEOF_PTREGS - TOP_OF_KERNEL_STACK_PADDING)
 498
 499 __INITRODATA
 500 int_msg:
 501         .asciz "Unknown interrupt or fault at: %p %p %p\n"
 502
 503 #include "../../x86/xen/xen-head.S"
 504
 505 /*
 506  * The IDT and GDT 'descriptors' are a strange 48-bit object
 507  * only used by the lidt and lgdt instructions. They are not
 508  * like usual segment descriptors - they consist of a 16-bit
 509  * segment size, and 32-bit linear address value:
 510  */
 511
 512         .data
 513         ALIGN
 514 # early boot GDT descriptor (must use 1:1 address mapping)
 515         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
 516 SYM_DATA_START_LOCAL(boot_gdt_descr)
 517         .word __BOOT_DS+7
 518         .long boot_gdt - __PAGE_OFFSET
 519 SYM_DATA_END(boot_gdt_descr)
 520
 521 # boot GDT descriptor (later on used by CPU#0):
 522         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
 523 SYM_DATA_START(early_gdt_descr)
 524         .word GDT_ENTRIES*8-1
 525         .long gdt_page                  /* Overwritten for secondary CPUs */
 526 SYM_DATA_END(early_gdt_descr)
 527
 528 /*
 529  * The boot_gdt must mirror the equivalent in setup.S and is
 530  * used only for booting.
 531  */
 532         .align L1_CACHE_BYTES
 533 SYM_DATA_START(boot_gdt)
 534         .fill GDT_ENTRY_BOOT_CS,8,0
 535         .quad 0x00cf9a000000ffff        /* kernel 4GB code at 0x00000000 */
 536         .quad 0x00cf92000000ffff        /* kernel 4GB data at 0x00000000 */
 537 SYM_DATA_END(boot_gdt)