b037b15be7f88b4bd1d20ea5fc54ab3a5234b127
[sfrench/cifs-2.6.git] / arch / x86 / kernel / head_64.S
1 /*
2  *  linux/arch/x86_64/kernel/head.S -- start in 32bit and switch to 64bit
3  *
4  *  Copyright (C) 2000 Andrea Arcangeli <andrea@suse.de> SuSE
5  *  Copyright (C) 2000 Pavel Machek <pavel@suse.cz>
6  *  Copyright (C) 2000 Karsten Keil <kkeil@suse.de>
7  *  Copyright (C) 2001,2002 Andi Kleen <ak@suse.de>
8  *  Copyright (C) 2005 Eric Biederman <ebiederm@xmission.com>
9  */
10
11
12 #include <linux/linkage.h>
13 #include <linux/threads.h>
14 #include <linux/init.h>
15 #include <asm/desc.h>
16 #include <asm/segment.h>
17 #include <asm/pgtable.h>
18 #include <asm/page.h>
19 #include <asm/msr.h>
20 #include <asm/cache.h>
21
22 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
23 #include <asm/asm-offsets.h>
24 #include <asm/paravirt.h>
25 #else
26 #define GET_CR2_INTO_RCX movq %cr2, %rcx
27 #endif
28
29 /* we are not able to switch in one step to the final KERNEL ADRESS SPACE
30  * because we need identity-mapped pages.
31  *
32  */
33
34         .text
35         .section .text.head
36         .code64
37         .globl startup_64
38 startup_64:
39
40         /*
41          * At this point the CPU runs in 64bit mode CS.L = 1 CS.D = 1,
42          * and someone has loaded an identity mapped page table
43          * for us.  These identity mapped page tables map all of the
44          * kernel pages and possibly all of memory.
45          *
46          * %esi holds a physical pointer to real_mode_data.
47          *
48          * We come here either directly from a 64bit bootloader, or from
49          * arch/x86_64/boot/compressed/head.S.
50          *
51          * We only come here initially at boot nothing else comes here.
52          *
53          * Since we may be loaded at an address different from what we were
54          * compiled to run at we first fixup the physical addresses in our page
55          * tables and then reload them.
56          */
57
58         /* Compute the delta between the address I am compiled to run at and the
59          * address I am actually running at.
60          */
61         leaq    _text(%rip), %rbp
62         subq    $_text - __START_KERNEL_map, %rbp
63
64         /* Is the address not 2M aligned? */
65         movq    %rbp, %rax
66         andl    $~PMD_PAGE_MASK, %eax
67         testl   %eax, %eax
68         jnz     bad_address
69
70         /* Is the address too large? */
71         leaq    _text(%rip), %rdx
72         movq    $PGDIR_SIZE, %rax
73         cmpq    %rax, %rdx
74         jae     bad_address
75
76         /* Fixup the physical addresses in the page table
77          */
78         addq    %rbp, init_level4_pgt + 0(%rip)
79         addq    %rbp, init_level4_pgt + (258*8)(%rip)
80         addq    %rbp, init_level4_pgt + (511*8)(%rip)
81
82         addq    %rbp, level3_ident_pgt + 0(%rip)
83
84         addq    %rbp, level3_kernel_pgt + (510*8)(%rip)
85         addq    %rbp, level3_kernel_pgt + (511*8)(%rip)
86
87         addq    %rbp, level2_fixmap_pgt + (506*8)(%rip)
88
89         /* Add an Identity mapping if I am above 1G */
90         leaq    _text(%rip), %rdi
91         andq    $PMD_PAGE_MASK, %rdi
92
93         movq    %rdi, %rax
94         shrq    $PUD_SHIFT, %rax
95         andq    $(PTRS_PER_PUD - 1), %rax
96         jz      ident_complete
97
98         leaq    (level2_spare_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE)(%rbp), %rdx
99         leaq    level3_ident_pgt(%rip), %rbx
100         movq    %rdx, 0(%rbx, %rax, 8)
101
102         movq    %rdi, %rax
103         shrq    $PMD_SHIFT, %rax
104         andq    $(PTRS_PER_PMD - 1), %rax
105         leaq    __PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC(%rdi), %rdx
106         leaq    level2_spare_pgt(%rip), %rbx
107         movq    %rdx, 0(%rbx, %rax, 8)
108 ident_complete:
109
110         /*
111          * Fixup the kernel text+data virtual addresses. Note that
112          * we might write invalid pmds, when the kernel is relocated
113          * cleanup_highmap() fixes this up along with the mappings
114          * beyond _end.
115          */
116
117         leaq    level2_kernel_pgt(%rip), %rdi
118         leaq    4096(%rdi), %r8
119         /* See if it is a valid page table entry */
120 1:      testq   $1, 0(%rdi)
121         jz      2f
122         addq    %rbp, 0(%rdi)
123         /* Go to the next page */
124 2:      addq    $8, %rdi
125         cmp     %r8, %rdi
126         jne     1b
127
128         /* Fixup phys_base */
129         addq    %rbp, phys_base(%rip)
130
131 #ifdef CONFIG_SMP
132         addq    %rbp, trampoline_level4_pgt + 0(%rip)
133         addq    %rbp, trampoline_level4_pgt + (511*8)(%rip)
134 #endif
135 #ifdef CONFIG_ACPI_SLEEP
136         addq    %rbp, wakeup_level4_pgt + 0(%rip)
137         addq    %rbp, wakeup_level4_pgt + (511*8)(%rip)
138 #endif
139
140         /* Due to ENTRY(), sometimes the empty space gets filled with
141          * zeros. Better take a jmp than relying on empty space being
142          * filled with 0x90 (nop)
143          */
144         jmp secondary_startup_64
145 ENTRY(secondary_startup_64)
146         /*
147          * At this point the CPU runs in 64bit mode CS.L = 1 CS.D = 1,
148          * and someone has loaded a mapped page table.
149          *
150          * %esi holds a physical pointer to real_mode_data.
151          *
152          * We come here either from startup_64 (using physical addresses)
153          * or from trampoline.S (using virtual addresses).
154          *
155          * Using virtual addresses from trampoline.S removes the need
156          * to have any identity mapped pages in the kernel page table
157          * after the boot processor executes this code.
158          */
159
160         /* Enable PAE mode and PGE */
161         xorq    %rax, %rax
162         btsq    $5, %rax
163         btsq    $7, %rax
164         movq    %rax, %cr4
165
166         /* Setup early boot stage 4 level pagetables. */
167         movq    $(init_level4_pgt - __START_KERNEL_map), %rax
168         addq    phys_base(%rip), %rax
169         movq    %rax, %cr3
170
171         /* Ensure I am executing from virtual addresses */
172         movq    $1f, %rax
173         jmp     *%rax
174 1:
175
176         /* Check if nx is implemented */
177         movl    $0x80000001, %eax
178         cpuid
179         movl    %edx,%edi
180
181         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
182         movl    $MSR_EFER, %ecx
183         rdmsr
184         btsl    $_EFER_SCE, %eax        /* Enable System Call */
185         btl     $20,%edi                /* No Execute supported? */
186         jnc     1f
187         btsl    $_EFER_NX, %eax
188 1:      wrmsr                           /* Make changes effective */
189
190         /* Setup cr0 */
191 #define CR0_PM                          1               /* protected mode */
192 #define CR0_MP                          (1<<1)
193 #define CR0_ET                          (1<<4)
194 #define CR0_NE                          (1<<5)
195 #define CR0_WP                          (1<<16)
196 #define CR0_AM                          (1<<18)
197 #define CR0_PAGING                      (1<<31)
198         movl $CR0_PM|CR0_MP|CR0_ET|CR0_NE|CR0_WP|CR0_AM|CR0_PAGING,%eax
199         /* Make changes effective */
200         movq    %rax, %cr0
201
202         /* Setup a boot time stack */
203         movq init_rsp(%rip),%rsp
204
205         /* zero EFLAGS after setting rsp */
206         pushq $0
207         popfq
208
209         /*
210          * We must switch to a new descriptor in kernel space for the GDT
211          * because soon the kernel won't have access anymore to the userspace
212          * addresses where we're currently running on. We have to do that here
213          * because in 32bit we couldn't load a 64bit linear address.
214          */
215         lgdt    cpu_gdt_descr(%rip)
216
217         /* set up data segments. actually 0 would do too */
218         movl $__KERNEL_DS,%eax
219         movl %eax,%ds
220         movl %eax,%ss
221         movl %eax,%es
222
223         /*
224          * We don't really need to load %fs or %gs, but load them anyway
225          * to kill any stale realmode selectors.  This allows execution
226          * under VT hardware.
227          */
228         movl %eax,%fs
229         movl %eax,%gs
230
231         /* 
232          * Setup up a dummy PDA. this is just for some early bootup code
233          * that does in_interrupt() 
234          */ 
235         movl    $MSR_GS_BASE,%ecx
236         movq    $empty_zero_page,%rax
237         movq    %rax,%rdx
238         shrq    $32,%rdx
239         wrmsr   
240
241         /* esi is pointer to real mode structure with interesting info.
242            pass it to C */
243         movl    %esi, %edi
244         
245         /* Finally jump to run C code and to be on real kernel address
246          * Since we are running on identity-mapped space we have to jump
247          * to the full 64bit address, this is only possible as indirect
248          * jump.  In addition we need to ensure %cs is set so we make this
249          * a far return.
250          */
251         movq    initial_code(%rip),%rax
252         pushq   $0              # fake return address to stop unwinder
253         pushq   $__KERNEL_CS    # set correct cs
254         pushq   %rax            # target address in negative space
255         lretq
256
257         /* SMP bootup changes these two */
258         __REFDATA
259         .align  8
260         ENTRY(initial_code)
261         .quad   x86_64_start_kernel
262         __FINITDATA
263
264         ENTRY(init_rsp)
265         .quad  init_thread_union+THREAD_SIZE-8
266
267 bad_address:
268         jmp bad_address
269
270 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
271 .macro early_idt_tramp first, last
272         .ifgt \last-\first
273         early_idt_tramp \first, \last-1
274         .endif
275         movl $\last,%esi
276         jmp early_idt_handler
277 .endm
278
279         .globl early_idt_handlers
280 early_idt_handlers:
281         early_idt_tramp 0, 63
282         early_idt_tramp 64, 127
283         early_idt_tramp 128, 191
284         early_idt_tramp 192, 255
285 #endif
286
287 ENTRY(early_idt_handler)
288 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
289         cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
290         jz  1f
291         incl early_recursion_flag(%rip)
292         GET_CR2_INTO_RCX
293         movq %rcx,%r9
294         xorl %r8d,%r8d          # zero for error code
295         movl %esi,%ecx          # get vector number
296         # Test %ecx against mask of vectors that push error code.
297         cmpl $31,%ecx
298         ja 0f
299         movl $1,%eax
300         salq %cl,%rax
301         testl $0x27d00,%eax
302         je 0f
303         popq %r8                # get error code
304 0:      movq 0(%rsp),%rcx       # get ip
305         movq 8(%rsp),%rdx       # get cs
306         xorl %eax,%eax
307         leaq early_idt_msg(%rip),%rdi
308         call early_printk
309         cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
310         jz  1f
311         call dump_stack
312 #ifdef CONFIG_KALLSYMS  
313         leaq early_idt_ripmsg(%rip),%rdi
314         movq 8(%rsp),%rsi       # get rip again
315         call __print_symbol
316 #endif
317 #endif /* EARLY_PRINTK */
318 1:      hlt
319         jmp 1b
320
321 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
322 early_recursion_flag:
323         .long 0
324
325 early_idt_msg:
326         .asciz "PANIC: early exception %02lx rip %lx:%lx error %lx cr2 %lx\n"
327 early_idt_ripmsg:
328         .asciz "RIP %s\n"
329 #endif /* CONFIG_EARLY_PRINTK */
330
331 .balign PAGE_SIZE
332
333 #define NEXT_PAGE(name) \
334         .balign PAGE_SIZE; \
335 ENTRY(name)
336
337 /* Automate the creation of 1 to 1 mapping pmd entries */
338 #define PMDS(START, PERM, COUNT)                \
339         i = 0 ;                                 \
340         .rept (COUNT) ;                         \
341         .quad   (START) + (i << 21) + (PERM) ;  \
342         i = i + 1 ;                             \
343         .endr
344
345         /*
346          * This default setting generates an ident mapping at address 0x100000
347          * and a mapping for the kernel that precisely maps virtual address
348          * 0xffffffff80000000 to physical address 0x000000. (always using
349          * 2Mbyte large pages provided by PAE mode)
350          */
351 NEXT_PAGE(init_level4_pgt)
352         .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
353         .fill   257,8,0
354         .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
355         .fill   252,8,0
356         /* (2^48-(2*1024*1024*1024))/(2^39) = 511 */
357         .quad   level3_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
358
359 NEXT_PAGE(level3_ident_pgt)
360         .quad   level2_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
361         .fill   511,8,0
362
363 NEXT_PAGE(level3_kernel_pgt)
364         .fill   510,8,0
365         /* (2^48-(2*1024*1024*1024)-((2^39)*511))/(2^30) = 510 */
366         .quad   level2_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
367         .quad   level2_fixmap_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
368
369 NEXT_PAGE(level2_fixmap_pgt)
370         .fill   506,8,0
371         .quad   level1_fixmap_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
372         /* 8MB reserved for vsyscalls + a 2MB hole = 4 + 1 entries */
373         .fill   5,8,0
374
375 NEXT_PAGE(level1_fixmap_pgt)
376         .fill   512,8,0
377
378 NEXT_PAGE(level2_ident_pgt)
379         /* Since I easily can, map the first 1G.
380          * Don't set NX because code runs from these pages.
381          */
382         PMDS(0, __PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC, PTRS_PER_PMD)
383
384 NEXT_PAGE(level2_kernel_pgt)
385         /*
386          * 128 MB kernel mapping. We spend a full page on this pagetable
387          * anyway.
388          *
389          * The kernel code+data+bss must not be bigger than that.
390          *
391          * (NOTE: at +128MB starts the module area, see MODULES_VADDR.
392          *  If you want to increase this then increase MODULES_VADDR
393          *  too.)
394          */
395         PMDS(0, __PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC|_PAGE_GLOBAL,
396                 KERNEL_TEXT_SIZE/PMD_SIZE)
397
398 NEXT_PAGE(level2_spare_pgt)
399         .fill   512, 8, 0
400
401 #undef PMDS
402 #undef NEXT_PAGE
403
404         .data
405         .align 16
406         .globl cpu_gdt_descr
407 cpu_gdt_descr:
408         .word   gdt_end-cpu_gdt_table-1
409 gdt:
410         .quad   cpu_gdt_table
411 #ifdef CONFIG_SMP
412         .rept   NR_CPUS-1
413         .word   0
414         .quad   0
415         .endr
416 #endif
417
418 ENTRY(phys_base)
419         /* This must match the first entry in level2_kernel_pgt */
420         .quad   0x0000000000000000
421
422 /* We need valid kernel segments for data and code in long mode too
423  * IRET will check the segment types  kkeil 2000/10/28
424  * Also sysret mandates a special GDT layout 
425  */
426                                 
427         .section .data.page_aligned, "aw"
428         .align PAGE_SIZE
429
430 /* The TLS descriptors are currently at a different place compared to i386.
431    Hopefully nobody expects them at a fixed place (Wine?) */
432         
433 ENTRY(cpu_gdt_table)
434         .quad   0x0000000000000000      /* NULL descriptor */
435         .quad   0x00cf9b000000ffff      /* __KERNEL32_CS */
436         .quad   0x00af9b000000ffff      /* __KERNEL_CS */
437         .quad   0x00cf93000000ffff      /* __KERNEL_DS */
438         .quad   0x00cffb000000ffff      /* __USER32_CS */
439         .quad   0x00cff3000000ffff      /* __USER_DS, __USER32_DS  */
440         .quad   0x00affb000000ffff      /* __USER_CS */
441         .quad   0x0                     /* unused */
442         .quad   0,0                     /* TSS */
443         .quad   0,0                     /* LDT */
444         .quad   0,0,0                   /* three TLS descriptors */ 
445         .quad   0x0000f40000000000      /* node/CPU stored in limit */
446 gdt_end:        
447         /* asm/segment.h:GDT_ENTRIES must match this */ 
448         /* This should be a multiple of the cache line size */
449         /* GDTs of other CPUs are now dynamically allocated */
450
451         /* zero the remaining page */
452         .fill PAGE_SIZE / 8 - GDT_ENTRIES,8,0
453
454         .section .bss, "aw", @nobits
455         .align L1_CACHE_BYTES
456 ENTRY(idt_table)
457         .skip 256 * 16
458
459         .section .bss.page_aligned, "aw", @nobits
460         .align PAGE_SIZE
461 ENTRY(empty_zero_page)
462         .skip PAGE_SIZE