Linux 4.6-rc6
[linux/fpc-iii.git] / arch / x86 / kernel / head_64.S
blob22fbf9df61bb4eecbb5ffe530562b56c1def90b8
1 /*
2  *  linux/arch/x86/kernel/head_64.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  */
12 #include <linux/linkage.h>
13 #include <linux/threads.h>
14 #include <linux/init.h>
15 #include <asm/segment.h>
16 #include <asm/pgtable.h>
17 #include <asm/page.h>
18 #include <asm/msr.h>
19 #include <asm/cache.h>
20 #include <asm/processor-flags.h>
21 #include <asm/percpu.h>
22 #include <asm/nops.h>
24 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
25 #include <asm/asm-offsets.h>
26 #include <asm/paravirt.h>
27 #define GET_CR2_INTO(reg) GET_CR2_INTO_RAX ; movq %rax, reg
28 #else
29 #define GET_CR2_INTO(reg) movq %cr2, reg
30 #define INTERRUPT_RETURN iretq
31 #endif
33 /* we are not able to switch in one step to the final KERNEL ADDRESS SPACE
34  * because we need identity-mapped pages.
35  *
36  */
38 #define pud_index(x)    (((x) >> PUD_SHIFT) & (PTRS_PER_PUD-1))
40 L4_PAGE_OFFSET = pgd_index(__PAGE_OFFSET)
41 L4_START_KERNEL = pgd_index(__START_KERNEL_map)
42 L3_START_KERNEL = pud_index(__START_KERNEL_map)
44         .text
45         __HEAD
46         .code64
47         .globl startup_64
48 startup_64:
49         /*
50          * At this point the CPU runs in 64bit mode CS.L = 1 CS.D = 0,
51          * and someone has loaded an identity mapped page table
52          * for us.  These identity mapped page tables map all of the
53          * kernel pages and possibly all of memory.
54          *
55          * %rsi holds a physical pointer to real_mode_data.
56          *
57          * We come here either directly from a 64bit bootloader, or from
58          * arch/x86/boot/compressed/head_64.S.
59          *
60          * We only come here initially at boot nothing else comes here.
61          *
62          * Since we may be loaded at an address different from what we were
63          * compiled to run at we first fixup the physical addresses in our page
64          * tables and then reload them.
65          */
67         /* Sanitize CPU configuration */
68         call verify_cpu
70         /*
71          * Compute the delta between the address I am compiled to run at and the
72          * address I am actually running at.
73          */
74         leaq    _text(%rip), %rbp
75         subq    $_text - __START_KERNEL_map, %rbp
77         /* Is the address not 2M aligned? */
78         testl   $~PMD_PAGE_MASK, %ebp
79         jnz     bad_address
81         /*
82          * Is the address too large?
83          */
84         leaq    _text(%rip), %rax
85         shrq    $MAX_PHYSMEM_BITS, %rax
86         jnz     bad_address
88         /*
89          * Fixup the physical addresses in the page table
90          */
91         addq    %rbp, early_level4_pgt + (L4_START_KERNEL*8)(%rip)
93         addq    %rbp, level3_kernel_pgt + (510*8)(%rip)
94         addq    %rbp, level3_kernel_pgt + (511*8)(%rip)
96         addq    %rbp, level2_fixmap_pgt + (506*8)(%rip)
98         /*
99          * Set up the identity mapping for the switchover.  These
100          * entries should *NOT* have the global bit set!  This also
101          * creates a bunch of nonsense entries but that is fine --
102          * it avoids problems around wraparound.
103          */
104         leaq    _text(%rip), %rdi
105         leaq    early_level4_pgt(%rip), %rbx
107         movq    %rdi, %rax
108         shrq    $PGDIR_SHIFT, %rax
110         leaq    (4096 + _KERNPG_TABLE)(%rbx), %rdx
111         movq    %rdx, 0(%rbx,%rax,8)
112         movq    %rdx, 8(%rbx,%rax,8)
114         addq    $4096, %rdx
115         movq    %rdi, %rax
116         shrq    $PUD_SHIFT, %rax
117         andl    $(PTRS_PER_PUD-1), %eax
118         movq    %rdx, 4096(%rbx,%rax,8)
119         incl    %eax
120         andl    $(PTRS_PER_PUD-1), %eax
121         movq    %rdx, 4096(%rbx,%rax,8)
123         addq    $8192, %rbx
124         movq    %rdi, %rax
125         shrq    $PMD_SHIFT, %rdi
126         addq    $(__PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC & ~_PAGE_GLOBAL), %rax
127         leaq    (_end - 1)(%rip), %rcx
128         shrq    $PMD_SHIFT, %rcx
129         subq    %rdi, %rcx
130         incl    %ecx
133         andq    $(PTRS_PER_PMD - 1), %rdi
134         movq    %rax, (%rbx,%rdi,8)
135         incq    %rdi
136         addq    $PMD_SIZE, %rax
137         decl    %ecx
138         jnz     1b
140         /*
141          * Fixup the kernel text+data virtual addresses. Note that
142          * we might write invalid pmds, when the kernel is relocated
143          * cleanup_highmap() fixes this up along with the mappings
144          * beyond _end.
145          */
146         leaq    level2_kernel_pgt(%rip), %rdi
147         leaq    4096(%rdi), %r8
148         /* See if it is a valid page table entry */
149 1:      testb   $1, 0(%rdi)
150         jz      2f
151         addq    %rbp, 0(%rdi)
152         /* Go to the next page */
153 2:      addq    $8, %rdi
154         cmp     %r8, %rdi
155         jne     1b
157         /* Fixup phys_base */
158         addq    %rbp, phys_base(%rip)
160         movq    $(early_level4_pgt - __START_KERNEL_map), %rax
161         jmp 1f
162 ENTRY(secondary_startup_64)
163         /*
164          * At this point the CPU runs in 64bit mode CS.L = 1 CS.D = 0,
165          * and someone has loaded a mapped page table.
166          *
167          * %rsi holds a physical pointer to real_mode_data.
168          *
169          * We come here either from startup_64 (using physical addresses)
170          * or from trampoline.S (using virtual addresses).
171          *
172          * Using virtual addresses from trampoline.S removes the need
173          * to have any identity mapped pages in the kernel page table
174          * after the boot processor executes this code.
175          */
177         /* Sanitize CPU configuration */
178         call verify_cpu
180         movq    $(init_level4_pgt - __START_KERNEL_map), %rax
183         /* Enable PAE mode and PGE */
184         movl    $(X86_CR4_PAE | X86_CR4_PGE), %ecx
185         movq    %rcx, %cr4
187         /* Setup early boot stage 4 level pagetables. */
188         addq    phys_base(%rip), %rax
189         movq    %rax, %cr3
191         /* Ensure I am executing from virtual addresses */
192         movq    $1f, %rax
193         jmp     *%rax
196         /* Check if nx is implemented */
197         movl    $0x80000001, %eax
198         cpuid
199         movl    %edx,%edi
201         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
202         movl    $MSR_EFER, %ecx
203         rdmsr
204         btsl    $_EFER_SCE, %eax        /* Enable System Call */
205         btl     $20,%edi                /* No Execute supported? */
206         jnc     1f
207         btsl    $_EFER_NX, %eax
208         btsq    $_PAGE_BIT_NX,early_pmd_flags(%rip)
209 1:      wrmsr                           /* Make changes effective */
211         /* Setup cr0 */
212 #define CR0_STATE       (X86_CR0_PE | X86_CR0_MP | X86_CR0_ET | \
213                          X86_CR0_NE | X86_CR0_WP | X86_CR0_AM | \
214                          X86_CR0_PG)
215         movl    $CR0_STATE, %eax
216         /* Make changes effective */
217         movq    %rax, %cr0
219         /* Setup a boot time stack */
220         movq stack_start(%rip), %rsp
222         /* zero EFLAGS after setting rsp */
223         pushq $0
224         popfq
226         /*
227          * We must switch to a new descriptor in kernel space for the GDT
228          * because soon the kernel won't have access anymore to the userspace
229          * addresses where we're currently running on. We have to do that here
230          * because in 32bit we couldn't load a 64bit linear address.
231          */
232         lgdt    early_gdt_descr(%rip)
234         /* set up data segments */
235         xorl %eax,%eax
236         movl %eax,%ds
237         movl %eax,%ss
238         movl %eax,%es
240         /*
241          * We don't really need to load %fs or %gs, but load them anyway
242          * to kill any stale realmode selectors.  This allows execution
243          * under VT hardware.
244          */
245         movl %eax,%fs
246         movl %eax,%gs
248         /* Set up %gs.
249          *
250          * The base of %gs always points to the bottom of the irqstack
251          * union.  If the stack protector canary is enabled, it is
252          * located at %gs:40.  Note that, on SMP, the boot cpu uses
253          * init data section till per cpu areas are set up.
254          */
255         movl    $MSR_GS_BASE,%ecx
256         movl    initial_gs(%rip),%eax
257         movl    initial_gs+4(%rip),%edx
258         wrmsr   
260         /* rsi is pointer to real mode structure with interesting info.
261            pass it to C */
262         movq    %rsi, %rdi
263         
264         /* Finally jump to run C code and to be on real kernel address
265          * Since we are running on identity-mapped space we have to jump
266          * to the full 64bit address, this is only possible as indirect
267          * jump.  In addition we need to ensure %cs is set so we make this
268          * a far return.
269          *
270          * Note: do not change to far jump indirect with 64bit offset.
271          *
272          * AMD does not support far jump indirect with 64bit offset.
273          * AMD64 Architecture Programmer's Manual, Volume 3: states only
274          *      JMP FAR mem16:16 FF /5 Far jump indirect,
275          *              with the target specified by a far pointer in memory.
276          *      JMP FAR mem16:32 FF /5 Far jump indirect,
277          *              with the target specified by a far pointer in memory.
278          *
279          * Intel64 does support 64bit offset.
280          * Software Developer Manual Vol 2: states:
281          *      FF /5 JMP m16:16 Jump far, absolute indirect,
282          *              address given in m16:16
283          *      FF /5 JMP m16:32 Jump far, absolute indirect,
284          *              address given in m16:32.
285          *      REX.W + FF /5 JMP m16:64 Jump far, absolute indirect,
286          *              address given in m16:64.
287          */
288         movq    initial_code(%rip),%rax
289         pushq   $0              # fake return address to stop unwinder
290         pushq   $__KERNEL_CS    # set correct cs
291         pushq   %rax            # target address in negative space
292         lretq
294 #include "verify_cpu.S"
296 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
298  * Boot CPU0 entry point. It's called from play_dead(). Everything has been set
299  * up already except stack. We just set up stack here. Then call
300  * start_secondary().
301  */
302 ENTRY(start_cpu0)
303         movq stack_start(%rip),%rsp
304         movq    initial_code(%rip),%rax
305         pushq   $0              # fake return address to stop unwinder
306         pushq   $__KERNEL_CS    # set correct cs
307         pushq   %rax            # target address in negative space
308         lretq
309 ENDPROC(start_cpu0)
310 #endif
312         /* SMP bootup changes these two */
313         __REFDATA
314         .balign 8
315         GLOBAL(initial_code)
316         .quad   x86_64_start_kernel
317         GLOBAL(initial_gs)
318         .quad   INIT_PER_CPU_VAR(irq_stack_union)
320         GLOBAL(stack_start)
321         .quad  init_thread_union+THREAD_SIZE-8
322         .word  0
323         __FINITDATA
325 bad_address:
326         jmp bad_address
328         __INIT
329 ENTRY(early_idt_handler_array)
330         # 104(%rsp) %rflags
331         #  96(%rsp) %cs
332         #  88(%rsp) %rip
333         #  80(%rsp) error code
334         i = 0
335         .rept NUM_EXCEPTION_VECTORS
336         .ifeq (EXCEPTION_ERRCODE_MASK >> i) & 1
337         pushq $0                # Dummy error code, to make stack frame uniform
338         .endif
339         pushq $i                # 72(%rsp) Vector number
340         jmp early_idt_handler_common
341         i = i + 1
342         .fill early_idt_handler_array + i*EARLY_IDT_HANDLER_SIZE - ., 1, 0xcc
343         .endr
344 ENDPROC(early_idt_handler_array)
346 early_idt_handler_common:
347         /*
348          * The stack is the hardware frame, an error code or zero, and the
349          * vector number.
350          */
351         cld
353         cmpl $2,(%rsp)          # X86_TRAP_NMI
354         je .Lis_nmi             # Ignore NMI
356         cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
357         jz  1f
358         incl early_recursion_flag(%rip)
360         pushq %rax              # 64(%rsp)
361         pushq %rcx              # 56(%rsp)
362         pushq %rdx              # 48(%rsp)
363         pushq %rsi              # 40(%rsp)
364         pushq %rdi              # 32(%rsp)
365         pushq %r8               # 24(%rsp)
366         pushq %r9               # 16(%rsp)
367         pushq %r10              #  8(%rsp)
368         pushq %r11              #  0(%rsp)
370         cmpl $__KERNEL_CS,96(%rsp)
371         jne 11f
373         cmpl $14,72(%rsp)       # Page fault?
374         jnz 10f
375         GET_CR2_INTO(%rdi)      # can clobber any volatile register if pv
376         call early_make_pgtable
377         andl %eax,%eax
378         jz 20f                  # All good
381         leaq 88(%rsp),%rdi      # Pointer to %rip
382         call early_fixup_exception
383         andl %eax,%eax
384         jnz 20f                 # Found an exception entry
387 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
388         GET_CR2_INTO(%r9)       # can clobber any volatile register if pv
389         movl 80(%rsp),%r8d      # error code
390         movl 72(%rsp),%esi      # vector number
391         movl 96(%rsp),%edx      # %cs
392         movq 88(%rsp),%rcx      # %rip
393         xorl %eax,%eax
394         leaq early_idt_msg(%rip),%rdi
395         call early_printk
396         cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
397         jz  1f
398         call dump_stack
399 #ifdef CONFIG_KALLSYMS  
400         leaq early_idt_ripmsg(%rip),%rdi
401         movq 40(%rsp),%rsi      # %rip again
402         call __print_symbol
403 #endif
404 #endif /* EARLY_PRINTK */
405 1:      hlt
406         jmp 1b
408 20:     # Exception table entry found or page table generated
409         popq %r11
410         popq %r10
411         popq %r9
412         popq %r8
413         popq %rdi
414         popq %rsi
415         popq %rdx
416         popq %rcx
417         popq %rax
418         decl early_recursion_flag(%rip)
419 .Lis_nmi:
420         addq $16,%rsp           # drop vector number and error code
421         INTERRUPT_RETURN
422 ENDPROC(early_idt_handler_common)
424         __INITDATA
426         .balign 4
427 early_recursion_flag:
428         .long 0
430 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
431 early_idt_msg:
432         .asciz "PANIC: early exception %02lx rip %lx:%lx error %lx cr2 %lx\n"
433 early_idt_ripmsg:
434         .asciz "RIP %s\n"
435 #endif /* CONFIG_EARLY_PRINTK */
437 #define NEXT_PAGE(name) \
438         .balign PAGE_SIZE; \
439 GLOBAL(name)
441 /* Automate the creation of 1 to 1 mapping pmd entries */
442 #define PMDS(START, PERM, COUNT)                        \
443         i = 0 ;                                         \
444         .rept (COUNT) ;                                 \
445         .quad   (START) + (i << PMD_SHIFT) + (PERM) ;   \
446         i = i + 1 ;                                     \
447         .endr
449         __INITDATA
450 NEXT_PAGE(early_level4_pgt)
451         .fill   511,8,0
452         .quad   level3_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
454 NEXT_PAGE(early_dynamic_pgts)
455         .fill   512*EARLY_DYNAMIC_PAGE_TABLES,8,0
457         .data
459 #ifndef CONFIG_XEN
460 NEXT_PAGE(init_level4_pgt)
461         .fill   512,8,0
462 #else
463 NEXT_PAGE(init_level4_pgt)
464         .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
465         .org    init_level4_pgt + L4_PAGE_OFFSET*8, 0
466         .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
467         .org    init_level4_pgt + L4_START_KERNEL*8, 0
468         /* (2^48-(2*1024*1024*1024))/(2^39) = 511 */
469         .quad   level3_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
471 NEXT_PAGE(level3_ident_pgt)
472         .quad   level2_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
473         .fill   511, 8, 0
474 NEXT_PAGE(level2_ident_pgt)
475         /* Since I easily can, map the first 1G.
476          * Don't set NX because code runs from these pages.
477          */
478         PMDS(0, __PAGE_KERNEL_IDENT_LARGE_EXEC, PTRS_PER_PMD)
479 #endif
481 NEXT_PAGE(level3_kernel_pgt)
482         .fill   L3_START_KERNEL,8,0
483         /* (2^48-(2*1024*1024*1024)-((2^39)*511))/(2^30) = 510 */
484         .quad   level2_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
485         .quad   level2_fixmap_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
487 NEXT_PAGE(level2_kernel_pgt)
488         /*
489          * 512 MB kernel mapping. We spend a full page on this pagetable
490          * anyway.
491          *
492          * The kernel code+data+bss must not be bigger than that.
493          *
494          * (NOTE: at +512MB starts the module area, see MODULES_VADDR.
495          *  If you want to increase this then increase MODULES_VADDR
496          *  too.)
497          */
498         PMDS(0, __PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC,
499                 KERNEL_IMAGE_SIZE/PMD_SIZE)
501 NEXT_PAGE(level2_fixmap_pgt)
502         .fill   506,8,0
503         .quad   level1_fixmap_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
504         /* 8MB reserved for vsyscalls + a 2MB hole = 4 + 1 entries */
505         .fill   5,8,0
507 NEXT_PAGE(level1_fixmap_pgt)
508         .fill   512,8,0
510 #undef PMDS
512         .data
513         .align 16
514         .globl early_gdt_descr
515 early_gdt_descr:
516         .word   GDT_ENTRIES*8-1
517 early_gdt_descr_base:
518         .quad   INIT_PER_CPU_VAR(gdt_page)
520 ENTRY(phys_base)
521         /* This must match the first entry in level2_kernel_pgt */
522         .quad   0x0000000000000000
524 #include "../../x86/xen/xen-head.S"
525         
526         __PAGE_ALIGNED_BSS
527 NEXT_PAGE(empty_zero_page)
528         .skip PAGE_SIZE