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/init.h>
  13 #include <linux/linkage.h>
  14 #include <asm/segment.h>
  15 #include <asm/page.h>
  16 #include <asm/pgtable.h>
  17 #include <asm/desc.h>
  18 #include <asm/cache.h>
  19 #include <asm/thread_info.h>
  20 #include <asm/asm-offsets.h>
  21 #include <asm/setup.h>
  22
  23 /*
  24  * References to members of the new_cpu_data structure.
  25  */
  26
  27 #define X86             new_cpu_data+CPUINFO_x86
  28 #define X86_VENDOR      new_cpu_data+CPUINFO_x86_vendor
  29 #define X86_MODEL       new_cpu_data+CPUINFO_x86_model
  30 #define X86_MASK        new_cpu_data+CPUINFO_x86_mask
  31 #define X86_HARD_MATH   new_cpu_data+CPUINFO_hard_math
  32 #define X86_CPUID       new_cpu_data+CPUINFO_cpuid_level
  33 #define X86_CAPABILITY  new_cpu_data+CPUINFO_x86_capability
  34 #define X86_VENDOR_ID   new_cpu_data+CPUINFO_x86_vendor_id
  35
  36 /*
  37  * This is how much memory *in addition to the memory covered up to
  38  * and including _end* we need mapped initially.
  39  * We need:
  40  *  - one bit for each possible page, but only in low memory, which means
  41  *     2^32/4096/8 = 128K worst case (4G/4G split.)
  42  *  - enough space to map all low memory, which means
  43  *     (2^32/4096) / 1024 pages (worst case, non PAE)
  44  *     (2^32/4096) / 512 + 4 pages (worst case for PAE)
  45  *  - a few pages for allocator use before the kernel pagetable has
  46  *     been set up
  47  *
  48  * Modulo rounding, each megabyte assigned here requires a kilobyte of
  49  * memory, which is currently unreclaimed.
  50  *
  51  * This should be a multiple of a page.
  52  */
  53 LOW_PAGES = 1<<(32-PAGE_SHIFT_asm)
  54
  55 /*
  56  * To preserve the DMA pool in PAGEALLOC kernels, we'll allocate
  57  * pagetables from above the 16MB DMA limit, so we'll have to set
  58  * up pagetables 16MB more (worst-case):
  59  */
  60 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
  61 LOW_PAGES = LOW_PAGES + 0x1000000
  62 #endif
  63
  64 #if PTRS_PER_PMD > 1
  65 PAGE_TABLE_SIZE = (LOW_PAGES / PTRS_PER_PMD) + PTRS_PER_PGD
  66 #else
  67 PAGE_TABLE_SIZE = (LOW_PAGES / PTRS_PER_PGD)
  68 #endif
  69 BOOTBITMAP_SIZE = LOW_PAGES / 8
  70 ALLOCATOR_SLOP = 4
  71
  72 INIT_MAP_BEYOND_END = BOOTBITMAP_SIZE + (PAGE_TABLE_SIZE + ALLOCATOR_SLOP)*PAGE_SIZE_asm
  73
  74 /*
  75  * 32-bit kernel entrypoint; only used by the boot CPU.  On entry,
  76  * %esi points to the real-mode code as a 32-bit pointer.
  77  * CS and DS must be 4 GB flat segments, but we don't depend on
  78  * any particular GDT layout, because we load our own as soon as we
  79  * can.
  80  */
  81 .section .text.head,"ax",@progbits
  82 ENTRY(startup_32)
  83         /* check to see if KEEP_SEGMENTS flag is meaningful */
  84         cmpw $0x207, BP_version(%esi)
  85         jb 1f
  86
  87         /* test KEEP_SEGMENTS flag to see if the bootloader is asking
  88                 us to not reload segments */
  89         testb $(1<<6), BP_loadflags(%esi)
  90         jnz 2f
  91
  92 /*
  93  * Set segments to known values.
  94  */
  95 1:      lgdt boot_gdt_descr - __PAGE_OFFSET
  96         movl $(__BOOT_DS),%eax
  97         movl %eax,%ds
  98         movl %eax,%es
  99         movl %eax,%fs
 100         movl %eax,%gs
 101 2:
 102
 103 /*
 104  * Clear BSS first so that there are no surprises...
 105  */
 106         cld
 107         xorl %eax,%eax
 108         movl $__bss_start - __PAGE_OFFSET,%edi
 109         movl $__bss_stop - __PAGE_OFFSET,%ecx
 110         subl %edi,%ecx
 111         shrl $2,%ecx
 112         rep ; stosl
 113 /*
 114  * Copy bootup parameters out of the way.
 115  * Note: %esi still has the pointer to the real-mode data.
 116  * With the kexec as boot loader, parameter segment might be loaded beyond
 117  * kernel image and might not even be addressable by early boot page tables.
 118  * (kexec on panic case). Hence copy out the parameters before initializing
 119  * page tables.
 120  */
 121         movl $(boot_params - __PAGE_OFFSET),%edi
 122         movl $(PARAM_SIZE/4),%ecx
 123         cld
 124         rep
 125         movsl
 126         movl boot_params - __PAGE_OFFSET + NEW_CL_POINTER,%esi
 127         andl %esi,%esi
 128         jz 1f                   # No comand line
 129         movl $(boot_command_line - __PAGE_OFFSET),%edi
 130         movl $(COMMAND_LINE_SIZE/4),%ecx
 131         rep
 132         movsl
 133 1:
 134
 135 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
 136         cmpw $0x207, (boot_params + BP_version - __PAGE_OFFSET)
 137         jb default_entry
 138
 139         /* Paravirt-compatible boot parameters.  Look to see what architecture
 140                 we're booting under. */
 141         movl (boot_params + BP_hardware_subarch - __PAGE_OFFSET), %eax
 142         cmpl $num_subarch_entries, %eax
 143         jae bad_subarch
 144
 145         movl subarch_entries - __PAGE_OFFSET(,%eax,4), %eax
 146         subl $__PAGE_OFFSET, %eax
 147         jmp *%eax
 148
 149 bad_subarch:
 150 WEAK(lguest_entry)
 151 WEAK(xen_entry)
 152         /* Unknown implementation; there's really
 153            nothing we can do at this point. */
 154         ud2a
 155
 156         __INITDATA
 157
 158 subarch_entries:
 159         .long default_entry             /* normal x86/PC */
 160         .long lguest_entry              /* lguest hypervisor */
 161         .long xen_entry                 /* Xen hypervisor */
 162 num_subarch_entries = (. - subarch_entries) / 4
 163 .previous
 164 #endif /* CONFIG_PARAVIRT */
 165
 166 /*
 167  * Initialize page tables.  This creates a PDE and a set of page
 168  * tables, which are located immediately beyond _end.  The variable
 169  * init_pg_tables_end is set up to point to the first "safe" location.
 170  * Mappings are created both at virtual address 0 (identity mapping)
 171  * and PAGE_OFFSET for up to _end+sizeof(page tables)+INIT_MAP_BEYOND_END.
 172  *
 173  * Warning: don't use %esi or the stack in this code.  However, %esp
 174  * can be used as a GPR if you really need it...
 175  */
 176 page_pde_offset = (__PAGE_OFFSET >> 20);
 177
 178 default_entry:
 179         movl $(pg0 - __PAGE_OFFSET), %edi
 180         movl $(swapper_pg_dir - __PAGE_OFFSET), %edx
 181         movl $0x007, %eax                       /* 0x007 = PRESENT+RW+USER */
 182 10:
 183         leal 0x007(%edi),%ecx                   /* Create PDE entry */
 184         movl %ecx,(%edx)                        /* Store identity PDE entry */
 185         movl %ecx,page_pde_offset(%edx)         /* Store kernel PDE entry */
 186         addl $4,%edx
 187         movl $1024, %ecx
 188 11:
 189         stosl
 190         addl $0x1000,%eax
 191         loop 11b
 192         /* End condition: we must map up to and including INIT_MAP_BEYOND_END */
 193         /* bytes beyond the end of our own page tables; the +0x007 is the attribute bits */
 194         leal (INIT_MAP_BEYOND_END+0x007)(%edi),%ebp
 195         cmpl %ebp,%eax
 196         jb 10b
 197         movl %edi,(init_pg_tables_end - __PAGE_OFFSET)
 198
 199         /* Do an early initialization of the fixmap area */
 200         movl $(swapper_pg_dir - __PAGE_OFFSET), %edx
 201         movl $(swapper_pg_pmd - __PAGE_OFFSET), %eax
 202         addl $0x67, %eax                        /* 0x67 == _PAGE_TABLE */
 203         movl %eax, 4092(%edx)
 204
 205         jmp 3f
 206 /*
 207  * Non-boot CPU entry point; entered from trampoline.S
 208  * We can't lgdt here, because lgdt itself uses a data segment, but
 209  * we know the trampoline has already loaded the boot_gdt for us.
 210  *
 211  * If cpu hotplug is not supported then this code can go in init section
 212  * which will be freed later
 213  */
 214
 215 #ifndef CONFIG_HOTPLUG_CPU
 216 .section .init.text,"ax",@progbits
 217 #endif
 218
 219 #ifdef CONFIG_SMP
 220 ENTRY(startup_32_smp)
 221         cld
 222         movl $(__BOOT_DS),%eax
 223         movl %eax,%ds
 224         movl %eax,%es
 225         movl %eax,%fs
 226         movl %eax,%gs
 227 #endif /* CONFIG_SMP */
 228 3:
 229
 230 /*
 231  *      New page tables may be in 4Mbyte page mode and may
 232  *      be using the global pages.
 233  *
 234  *      NOTE! If we are on a 486 we may have no cr4 at all!
 235  *      So we do not try to touch it unless we really have
 236  *      some bits in it to set.  This won't work if the BSP
 237  *      implements cr4 but this AP does not -- very unlikely
 238  *      but be warned!  The same applies to the pse feature
 239  *      if not equally supported. --macro
 240  *
 241  *      NOTE! We have to correct for the fact that we're
 242  *      not yet offset PAGE_OFFSET..
 243  */
 244 #define cr4_bits mmu_cr4_features-__PAGE_OFFSET
 245         movl cr4_bits,%edx
 246         andl %edx,%edx
 247         jz 6f
 248         movl %cr4,%eax          # Turn on paging options (PSE,PAE,..)
 249         orl %edx,%eax
 250         movl %eax,%cr4
 251
 252         btl $5, %eax            # check if PAE is enabled
 253         jnc 6f
 254
 255         /* Check if extended functions are implemented */
 256         movl $0x80000000, %eax
 257         cpuid
 258         cmpl $0x80000000, %eax
 259         jbe 6f
 260         mov $0x80000001, %eax
 261         cpuid
 262         /* Execute Disable bit supported? */
 263         btl $20, %edx
 264         jnc 6f
 265
 266         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
 267         movl $0xc0000080, %ecx
 268         rdmsr
 269
 270         btsl $11, %eax
 271         /* Make changes effective */
 272         wrmsr
 273
 274 6:
 275
 276 /*
 277  * Enable paging
 278  */
 279         movl $swapper_pg_dir-__PAGE_OFFSET,%eax
 280         movl %eax,%cr3          /* set the page table pointer.. */
 281         movl %cr0,%eax
 282         orl $0x80000000,%eax
 283         movl %eax,%cr0          /* ..and set paging (PG) bit */
 284         ljmp $__BOOT_CS,$1f     /* Clear prefetch and normalize %eip */
 285 1:
 286         /* Set up the stack pointer */
 287         lss stack_start,%esp
 288
 289 /*
 290  * Initialize eflags.  Some BIOS's leave bits like NT set.  This would
 291  * confuse the debugger if this code is traced.
 292  * XXX - best to initialize before switching to protected mode.
 293  */
 294         pushl $0
 295         popfl
 296
 297 #ifdef CONFIG_SMP
 298         cmpb $0, ready
 299         jz  1f                          /* Initial CPU cleans BSS */
 300         jmp checkCPUtype
 301 1:
 302 #endif /* CONFIG_SMP */
 303
 304 /*
 305  * start system 32-bit setup. We need to re-do some of the things done
 306  * in 16-bit mode for the "real" operations.
 307  */
 308         call setup_idt
 309
 310 checkCPUtype:
 311
 312         movl $-1,X86_CPUID              #  -1 for no CPUID initially
 313
 314 /* check if it is 486 or 386. */
 315 /*
 316  * XXX - this does a lot of unnecessary setup.  Alignment checks don't
 317  * apply at our cpl of 0 and the stack ought to be aligned already, and
 318  * we don't need to preserve eflags.
 319  */
 320
 321         movb $3,X86             # at least 386
 322         pushfl                  # push EFLAGS
 323         popl %eax               # get EFLAGS
 324         movl %eax,%ecx          # save original EFLAGS
 325         xorl $0x240000,%eax     # flip AC and ID bits in EFLAGS
 326         pushl %eax              # copy to EFLAGS
 327         popfl                   # set EFLAGS
 328         pushfl                  # get new EFLAGS
 329         popl %eax               # put it in eax
 330         xorl %ecx,%eax          # change in flags
 331         pushl %ecx              # restore original EFLAGS
 332         popfl
 333         testl $0x40000,%eax     # check if AC bit changed
 334         je is386
 335
 336         movb $4,X86             # at least 486
 337         testl $0x200000,%eax    # check if ID bit changed
 338         je is486
 339
 340         /* get vendor info */
 341         xorl %eax,%eax                  # call CPUID with 0 -> return vendor ID
 342         cpuid
 343         movl %eax,X86_CPUID             # save CPUID level
 344         movl %ebx,X86_VENDOR_ID         # lo 4 chars
 345         movl %edx,X86_VENDOR_ID+4       # next 4 chars
 346         movl %ecx,X86_VENDOR_ID+8       # last 4 chars
 347
 348         orl %eax,%eax                   # do we have processor info as well?
 349         je is486
 350
 351         movl $1,%eax            # Use the CPUID instruction to get CPU type
 352         cpuid
 353         movb %al,%cl            # save reg for future use
 354         andb $0x0f,%ah          # mask processor family
 355         movb %ah,X86
 356         andb $0xf0,%al          # mask model
 357         shrb $4,%al
 358         movb %al,X86_MODEL
 359         andb $0x0f,%cl          # mask mask revision
 360         movb %cl,X86_MASK
 361         movl %edx,X86_CAPABILITY
 362
 363 is486:  movl $0x50022,%ecx      # set AM, WP, NE and MP
 364         jmp 2f
 365
 366 is386:  movl $2,%ecx            # set MP
 367 2:      movl %cr0,%eax
 368         andl $0x80000011,%eax   # Save PG,PE,ET
 369         orl %ecx,%eax
 370         movl %eax,%cr0
 371
 372         call check_x87
 373         lgdt early_gdt_descr
 374         lidt idt_descr
 375         ljmp $(__KERNEL_CS),$1f
 376 1:      movl $(__KERNEL_DS),%eax        # reload all the segment registers
 377         movl %eax,%ss                   # after changing gdt.
 378         movl %eax,%fs                   # gets reset once there's real percpu
 379
 380         movl $(__USER_DS),%eax          # DS/ES contains default USER segment
 381         movl %eax,%ds
 382         movl %eax,%es
 383
 384         xorl %eax,%eax                  # Clear GS and LDT
 385         movl %eax,%gs
 386         lldt %ax
 387
 388         cld                     # gcc2 wants the direction flag cleared at all times
 389         pushl $0                # fake return address for unwinder
 390 #ifdef CONFIG_SMP
 391         movb ready, %cl
 392         movb $1, ready
 393         cmpb $0,%cl             # the first CPU calls start_kernel
 394         je   1f
 395         movl $(__KERNEL_PERCPU), %eax
 396         movl %eax,%fs           # set this cpu's percpu
 397         jmp initialize_secondary # all other CPUs call initialize_secondary
 398 1:
 399 #endif /* CONFIG_SMP */
 400         jmp start_kernel
 401
 402 /*
 403  * We depend on ET to be correct. This checks for 287/387.
 404  */
 405 check_x87:
 406         movb $0,X86_HARD_MATH
 407         clts
 408         fninit
 409         fstsw %ax
 410         cmpb $0,%al
 411         je 1f
 412         movl %cr0,%eax          /* no coprocessor: have to set bits */
 413         xorl $4,%eax            /* set EM */
 414         movl %eax,%cr0
 415         ret
 416         ALIGN
 417 1:      movb $1,X86_HARD_MATH
 418         .byte 0xDB,0xE4         /* fsetpm for 287, ignored by 387 */
 419         ret
 420
 421 /*
 422  *  setup_idt
 423  *
 424  *  sets up a idt with 256 entries pointing to
 425  *  ignore_int, interrupt gates. It doesn't actually load
 426  *  idt - that can be done only after paging has been enabled
 427  *  and the kernel moved to PAGE_OFFSET. Interrupts
 428  *  are enabled elsewhere, when we can be relatively
 429  *  sure everything is ok.
 430  *
 431  *  Warning: %esi is live across this function.
 432  */
 433 setup_idt:
 434         lea ignore_int,%edx
 435         movl $(__KERNEL_CS << 16),%eax
 436         movw %dx,%ax            /* selector = 0x0010 = cs */
 437         movw $0x8E00,%dx        /* interrupt gate - dpl=0, present */
 438
 439         lea idt_table,%edi
 440         mov $256,%ecx
 441 rp_sidt:
 442         movl %eax,(%edi)
 443         movl %edx,4(%edi)
 444         addl $8,%edi
 445         dec %ecx
 446         jne rp_sidt
 447
 448 .macro  set_early_handler handler,trapno
 449         lea \handler,%edx
 450         movl $(__KERNEL_CS << 16),%eax
 451         movw %dx,%ax
 452         movw $0x8E00,%dx        /* interrupt gate - dpl=0, present */
 453         lea idt_table,%edi
 454         movl %eax,8*\trapno(%edi)
 455         movl %edx,8*\trapno+4(%edi)
 456 .endm
 457
 458         set_early_handler handler=early_divide_err,trapno=0
 459         set_early_handler handler=early_illegal_opcode,trapno=6
 460         set_early_handler handler=early_protection_fault,trapno=13
 461         set_early_handler handler=early_page_fault,trapno=14
 462
 463         ret
 464
 465 early_divide_err:
 466         xor %edx,%edx
 467         pushl $0        /* fake errcode */
 468         jmp early_fault
 469
 470 early_illegal_opcode:
 471         movl $6,%edx
 472         pushl $0        /* fake errcode */
 473         jmp early_fault
 474
 475 early_protection_fault:
 476         movl $13,%edx
 477         jmp early_fault
 478
 479 early_page_fault:
 480         movl $14,%edx
 481         jmp early_fault
 482
 483 early_fault:
 484         cld
 485 #ifdef CONFIG_PRINTK
 486         pusha
 487         movl $(__KERNEL_DS),%eax
 488         movl %eax,%ds
 489         movl %eax,%es
 490         cmpl $2,early_recursion_flag
 491         je hlt_loop
 492         incl early_recursion_flag
 493         movl %cr2,%eax
 494         pushl %eax
 495         pushl %edx              /* trapno */
 496         pushl $fault_msg
 497 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
 498         call early_printk
 499 #else
 500         call printk
 501 #endif
 502 #endif
 503         call dump_stack
 504 hlt_loop:
 505         hlt
 506         jmp hlt_loop
 507
 508 /* This is the default interrupt "handler" :-) */
 509         ALIGN
 510 ignore_int:
 511         cld
 512 #ifdef CONFIG_PRINTK
 513         pushl %eax
 514         pushl %ecx
 515         pushl %edx
 516         pushl %es
 517         pushl %ds
 518         movl $(__KERNEL_DS),%eax
 519         movl %eax,%ds
 520         movl %eax,%es
 521         cmpl $2,early_recursion_flag
 522         je hlt_loop
 523         incl early_recursion_flag
 524         pushl 16(%esp)
 525         pushl 24(%esp)
 526         pushl 32(%esp)
 527         pushl 40(%esp)
 528         pushl $int_msg
 529 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
 530         call early_printk
 531 #else
 532         call printk
 533 #endif
 534         addl $(5*4),%esp
 535         popl %ds
 536         popl %es
 537         popl %edx
 538         popl %ecx
 539         popl %eax
 540 #endif
 541         iret
 542
 543 .section .text
 544 /*
 545  * Real beginning of normal "text" segment
 546  */
 547 ENTRY(stext)
 548 ENTRY(_stext)
 549
 550 /*
 551  * BSS section
 552  */
 553 .section ".bss.page_aligned","wa"
 554         .align PAGE_SIZE_asm
 555 ENTRY(swapper_pg_dir)
 556         .fill 1024,4,0
 557 ENTRY(swapper_pg_pmd)
 558         .fill 1024,4,0
 559 ENTRY(empty_zero_page)
 560         .fill 4096,1,0
 561
 562 /*
 563  * This starts the data section.
 564  */
 565 .data
 566 ENTRY(stack_start)
 567         .long init_thread_union+THREAD_SIZE
 568         .long __BOOT_DS
 569
 570 ready:  .byte 0
 571
 572 early_recursion_flag:
 573         .long 0
 574
 575 int_msg:
 576         .asciz "Unknown interrupt or fault at EIP %p %p %p\n"
 577
 578 fault_msg:
 579         .ascii                                                          \
 580 /* fault info: */       "BUG: Int %d: CR2 %p\n"                         \
 581 /* pusha regs: */       "     EDI %p  ESI %p  EBP %p  ESP %p\n"         \
 582                         "     EBX %p  EDX %p  ECX %p  EAX %p\n"         \
 583 /* fault frame: */      "     err %p  EIP %p   CS %p  flg %p\n"         \
 584                                                                         \
 585                         "Stack: %p %p %p %p %p %p %p %p\n"              \
 586                         "       %p %p %p %p %p %p %p %p\n"              \
 587                         "       %p %p %p %p %p %p %p %p\n"
 588
 589 #include "../../x86/xen/xen-head.S"
 590
 591 /*
 592  * The IDT and GDT 'descriptors' are a strange 48-bit object
 593  * only used by the lidt and lgdt instructions. They are not
 594  * like usual segment descriptors - they consist of a 16-bit
 595  * segment size, and 32-bit linear address value:
 596  */
 597
 598 .globl boot_gdt_descr
 599 .globl idt_descr
 600
 601         ALIGN
 602 # early boot GDT descriptor (must use 1:1 address mapping)
 603         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
 604 boot_gdt_descr:
 605         .word __BOOT_DS+7
 606         .long boot_gdt - __PAGE_OFFSET
 607
 608         .word 0                         # 32-bit align idt_desc.address
 609 idt_descr:
 610         .word IDT_ENTRIES*8-1           # idt contains 256 entries
 611         .long idt_table
 612
 613 # boot GDT descriptor (later on used by CPU#0):
 614         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
 615 ENTRY(early_gdt_descr)
 616         .word GDT_ENTRIES*8-1
 617         .long per_cpu__gdt_page         /* Overwritten for secondary CPUs */
 618
 619 /*
 620  * The boot_gdt must mirror the equivalent in setup.S and is
 621  * used only for booting.
 622  */
 623         .align L1_CACHE_BYTES
 624 ENTRY(boot_gdt)
 625         .fill GDT_ENTRY_BOOT_CS,8,0
 626         .quad 0x00cf9a000000ffff        /* kernel 4GB code at 0x00000000 */
 627         .quad 0x00cf92000000ffff        /* kernel 4GB data at 0x00000000 */