Merge branch 'linux-2.6'
[linux-2.6] / arch / i386 / kernel / head.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 #if PTRS_PER_PMD > 1
55 PAGE_TABLE_SIZE = (LOW_PAGES / PTRS_PER_PMD) + PTRS_PER_PGD
56 #else
57 PAGE_TABLE_SIZE = (LOW_PAGES / PTRS_PER_PGD)
58 #endif
59 BOOTBITMAP_SIZE = LOW_PAGES / 8
60 ALLOCATOR_SLOP = 4
61
62 INIT_MAP_BEYOND_END = BOOTBITMAP_SIZE + (PAGE_TABLE_SIZE + ALLOCATOR_SLOP)*PAGE_SIZE_asm
63
64 /*
65  * 32-bit kernel entrypoint; only used by the boot CPU.  On entry,
66  * %esi points to the real-mode code as a 32-bit pointer.
67  * CS and DS must be 4 GB flat segments, but we don't depend on
68  * any particular GDT layout, because we load our own as soon as we
69  * can.
70  */
71 .section .text.head,"ax",@progbits
72 ENTRY(startup_32)
73
74 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
75         movl %cs, %eax
76         testl $0x3, %eax
77         jnz startup_paravirt
78 #endif
79
80 /*
81  * Set segments to known values.
82  */
83         cld
84         lgdt boot_gdt_descr - __PAGE_OFFSET
85         movl $(__BOOT_DS),%eax
86         movl %eax,%ds
87         movl %eax,%es
88         movl %eax,%fs
89         movl %eax,%gs
90
91 /*
92  * Clear BSS first so that there are no surprises...
93  * No need to cld as DF is already clear from cld above...
94  */
95         xorl %eax,%eax
96         movl $__bss_start - __PAGE_OFFSET,%edi
97         movl $__bss_stop - __PAGE_OFFSET,%ecx
98         subl %edi,%ecx
99         shrl $2,%ecx
100         rep ; stosl
101 /*
102  * Copy bootup parameters out of the way.
103  * Note: %esi still has the pointer to the real-mode data.
104  * With the kexec as boot loader, parameter segment might be loaded beyond
105  * kernel image and might not even be addressable by early boot page tables.
106  * (kexec on panic case). Hence copy out the parameters before initializing
107  * page tables.
108  */
109         movl $(boot_params - __PAGE_OFFSET),%edi
110         movl $(PARAM_SIZE/4),%ecx
111         cld
112         rep
113         movsl
114         movl boot_params - __PAGE_OFFSET + NEW_CL_POINTER,%esi
115         andl %esi,%esi
116         jnz 2f                  # New command line protocol
117         cmpw $(OLD_CL_MAGIC),OLD_CL_MAGIC_ADDR
118         jne 1f
119         movzwl OLD_CL_OFFSET,%esi
120         addl $(OLD_CL_BASE_ADDR),%esi
121 2:
122         movl $(boot_command_line - __PAGE_OFFSET),%edi
123         movl $(COMMAND_LINE_SIZE/4),%ecx
124         rep
125         movsl
126 1:
127
128 /*
129  * Initialize page tables.  This creates a PDE and a set of page
130  * tables, which are located immediately beyond _end.  The variable
131  * init_pg_tables_end is set up to point to the first "safe" location.
132  * Mappings are created both at virtual address 0 (identity mapping)
133  * and PAGE_OFFSET for up to _end+sizeof(page tables)+INIT_MAP_BEYOND_END.
134  *
135  * Warning: don't use %esi or the stack in this code.  However, %esp
136  * can be used as a GPR if you really need it...
137  */
138 page_pde_offset = (__PAGE_OFFSET >> 20);
139
140         movl $(pg0 - __PAGE_OFFSET), %edi
141         movl $(swapper_pg_dir - __PAGE_OFFSET), %edx
142         movl $0x007, %eax                       /* 0x007 = PRESENT+RW+USER */
143 10:
144         leal 0x007(%edi),%ecx                   /* Create PDE entry */
145         movl %ecx,(%edx)                        /* Store identity PDE entry */
146         movl %ecx,page_pde_offset(%edx)         /* Store kernel PDE entry */
147         addl $4,%edx
148         movl $1024, %ecx
149 11:
150         stosl
151         addl $0x1000,%eax
152         loop 11b
153         /* End condition: we must map up to and including INIT_MAP_BEYOND_END */
154         /* bytes beyond the end of our own page tables; the +0x007 is the attribute bits */
155         leal (INIT_MAP_BEYOND_END+0x007)(%edi),%ebp
156         cmpl %ebp,%eax
157         jb 10b
158         movl %edi,(init_pg_tables_end - __PAGE_OFFSET)
159
160         xorl %ebx,%ebx                          /* This is the boot CPU (BSP) */
161         jmp 3f
162 /*
163  * Non-boot CPU entry point; entered from trampoline.S
164  * We can't lgdt here, because lgdt itself uses a data segment, but
165  * we know the trampoline has already loaded the boot_gdt for us.
166  *
167  * If cpu hotplug is not supported then this code can go in init section
168  * which will be freed later
169  */
170
171 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
172 .section .text,"ax",@progbits
173 #else
174 .section .init.text,"ax",@progbits
175 #endif
176
177 #ifdef CONFIG_SMP
178 ENTRY(startup_32_smp)
179         cld
180         movl $(__BOOT_DS),%eax
181         movl %eax,%ds
182         movl %eax,%es
183         movl %eax,%fs
184         movl %eax,%gs
185
186 /*
187  *      New page tables may be in 4Mbyte page mode and may
188  *      be using the global pages. 
189  *
190  *      NOTE! If we are on a 486 we may have no cr4 at all!
191  *      So we do not try to touch it unless we really have
192  *      some bits in it to set.  This won't work if the BSP
193  *      implements cr4 but this AP does not -- very unlikely
194  *      but be warned!  The same applies to the pse feature
195  *      if not equally supported. --macro
196  *
197  *      NOTE! We have to correct for the fact that we're
198  *      not yet offset PAGE_OFFSET..
199  */
200 #define cr4_bits mmu_cr4_features-__PAGE_OFFSET
201         movl cr4_bits,%edx
202         andl %edx,%edx
203         jz 6f
204         movl %cr4,%eax          # Turn on paging options (PSE,PAE,..)
205         orl %edx,%eax
206         movl %eax,%cr4
207
208         btl $5, %eax            # check if PAE is enabled
209         jnc 6f
210
211         /* Check if extended functions are implemented */
212         movl $0x80000000, %eax
213         cpuid
214         cmpl $0x80000000, %eax
215         jbe 6f
216         mov $0x80000001, %eax
217         cpuid
218         /* Execute Disable bit supported? */
219         btl $20, %edx
220         jnc 6f
221
222         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
223         movl $0xc0000080, %ecx
224         rdmsr
225
226         btsl $11, %eax
227         /* Make changes effective */
228         wrmsr
229
230 6:
231         /* This is a secondary processor (AP) */
232         xorl %ebx,%ebx
233         incl %ebx
234
235 #endif /* CONFIG_SMP */
236 3:
237
238 /*
239  * Enable paging
240  */
241         movl $swapper_pg_dir-__PAGE_OFFSET,%eax
242         movl %eax,%cr3          /* set the page table pointer.. */
243         movl %cr0,%eax
244         orl $0x80000000,%eax
245         movl %eax,%cr0          /* ..and set paging (PG) bit */
246         ljmp $__BOOT_CS,$1f     /* Clear prefetch and normalize %eip */
247 1:
248         /* Set up the stack pointer */
249         lss stack_start,%esp
250
251 /*
252  * Initialize eflags.  Some BIOS's leave bits like NT set.  This would
253  * confuse the debugger if this code is traced.
254  * XXX - best to initialize before switching to protected mode.
255  */
256         pushl $0
257         popfl
258
259 #ifdef CONFIG_SMP
260         andl %ebx,%ebx
261         jz  1f                          /* Initial CPU cleans BSS */
262         jmp checkCPUtype
263 1:
264 #endif /* CONFIG_SMP */
265
266 /*
267  * start system 32-bit setup. We need to re-do some of the things done
268  * in 16-bit mode for the "real" operations.
269  */
270         call setup_idt
271
272 checkCPUtype:
273
274         movl $-1,X86_CPUID              #  -1 for no CPUID initially
275
276 /* check if it is 486 or 386. */
277 /*
278  * XXX - this does a lot of unnecessary setup.  Alignment checks don't
279  * apply at our cpl of 0 and the stack ought to be aligned already, and
280  * we don't need to preserve eflags.
281  */
282
283         movb $3,X86             # at least 386
284         pushfl                  # push EFLAGS
285         popl %eax               # get EFLAGS
286         movl %eax,%ecx          # save original EFLAGS
287         xorl $0x240000,%eax     # flip AC and ID bits in EFLAGS
288         pushl %eax              # copy to EFLAGS
289         popfl                   # set EFLAGS
290         pushfl                  # get new EFLAGS
291         popl %eax               # put it in eax
292         xorl %ecx,%eax          # change in flags
293         pushl %ecx              # restore original EFLAGS
294         popfl
295         testl $0x40000,%eax     # check if AC bit changed
296         je is386
297
298         movb $4,X86             # at least 486
299         testl $0x200000,%eax    # check if ID bit changed
300         je is486
301
302         /* get vendor info */
303         xorl %eax,%eax                  # call CPUID with 0 -> return vendor ID
304         cpuid
305         movl %eax,X86_CPUID             # save CPUID level
306         movl %ebx,X86_VENDOR_ID         # lo 4 chars
307         movl %edx,X86_VENDOR_ID+4       # next 4 chars
308         movl %ecx,X86_VENDOR_ID+8       # last 4 chars
309
310         orl %eax,%eax                   # do we have processor info as well?
311         je is486
312
313         movl $1,%eax            # Use the CPUID instruction to get CPU type
314         cpuid
315         movb %al,%cl            # save reg for future use
316         andb $0x0f,%ah          # mask processor family
317         movb %ah,X86
318         andb $0xf0,%al          # mask model
319         shrb $4,%al
320         movb %al,X86_MODEL
321         andb $0x0f,%cl          # mask mask revision
322         movb %cl,X86_MASK
323         movl %edx,X86_CAPABILITY
324
325 is486:  movl $0x50022,%ecx      # set AM, WP, NE and MP
326         jmp 2f
327
328 is386:  movl $2,%ecx            # set MP
329 2:      movl %cr0,%eax
330         andl $0x80000011,%eax   # Save PG,PE,ET
331         orl %ecx,%eax
332         movl %eax,%cr0
333
334         call check_x87
335         lgdt early_gdt_descr
336         lidt idt_descr
337         ljmp $(__KERNEL_CS),$1f
338 1:      movl $(__KERNEL_DS),%eax        # reload all the segment registers
339         movl %eax,%ss                   # after changing gdt.
340         movl %eax,%fs                   # gets reset once there's real percpu
341
342         movl $(__USER_DS),%eax          # DS/ES contains default USER segment
343         movl %eax,%ds
344         movl %eax,%es
345
346         xorl %eax,%eax                  # Clear GS and LDT
347         movl %eax,%gs
348         lldt %ax
349
350         cld                     # gcc2 wants the direction flag cleared at all times
351         pushl $0                # fake return address for unwinder
352 #ifdef CONFIG_SMP
353         movb ready, %cl
354         movb $1, ready
355         cmpb $0,%cl             # the first CPU calls start_kernel
356         je   1f
357         movl $(__KERNEL_PERCPU), %eax
358         movl %eax,%fs           # set this cpu's percpu
359         jmp initialize_secondary # all other CPUs call initialize_secondary
360 1:
361 #endif /* CONFIG_SMP */
362         jmp start_kernel
363
364 /*
365  * We depend on ET to be correct. This checks for 287/387.
366  */
367 check_x87:
368         movb $0,X86_HARD_MATH
369         clts
370         fninit
371         fstsw %ax
372         cmpb $0,%al
373         je 1f
374         movl %cr0,%eax          /* no coprocessor: have to set bits */
375         xorl $4,%eax            /* set EM */
376         movl %eax,%cr0
377         ret
378         ALIGN
379 1:      movb $1,X86_HARD_MATH
380         .byte 0xDB,0xE4         /* fsetpm for 287, ignored by 387 */
381         ret
382
383 /*
384  *  setup_idt
385  *
386  *  sets up a idt with 256 entries pointing to
387  *  ignore_int, interrupt gates. It doesn't actually load
388  *  idt - that can be done only after paging has been enabled
389  *  and the kernel moved to PAGE_OFFSET. Interrupts
390  *  are enabled elsewhere, when we can be relatively
391  *  sure everything is ok.
392  *
393  *  Warning: %esi is live across this function.
394  */
395 setup_idt:
396         lea ignore_int,%edx
397         movl $(__KERNEL_CS << 16),%eax
398         movw %dx,%ax            /* selector = 0x0010 = cs */
399         movw $0x8E00,%dx        /* interrupt gate - dpl=0, present */
400
401         lea idt_table,%edi
402         mov $256,%ecx
403 rp_sidt:
404         movl %eax,(%edi)
405         movl %edx,4(%edi)
406         addl $8,%edi
407         dec %ecx
408         jne rp_sidt
409
410 .macro  set_early_handler handler,trapno
411         lea \handler,%edx
412         movl $(__KERNEL_CS << 16),%eax
413         movw %dx,%ax
414         movw $0x8E00,%dx        /* interrupt gate - dpl=0, present */
415         lea idt_table,%edi
416         movl %eax,8*\trapno(%edi)
417         movl %edx,8*\trapno+4(%edi)
418 .endm
419
420         set_early_handler handler=early_divide_err,trapno=0
421         set_early_handler handler=early_illegal_opcode,trapno=6
422         set_early_handler handler=early_protection_fault,trapno=13
423         set_early_handler handler=early_page_fault,trapno=14
424
425         ret
426
427 early_divide_err:
428         xor %edx,%edx
429         pushl $0        /* fake errcode */
430         jmp early_fault
431
432 early_illegal_opcode:
433         movl $6,%edx
434         pushl $0        /* fake errcode */
435         jmp early_fault
436
437 early_protection_fault:
438         movl $13,%edx
439         jmp early_fault
440
441 early_page_fault:
442         movl $14,%edx
443         jmp early_fault
444
445 early_fault:
446         cld
447 #ifdef CONFIG_PRINTK
448         movl $(__KERNEL_DS),%eax
449         movl %eax,%ds
450         movl %eax,%es
451         cmpl $2,early_recursion_flag
452         je hlt_loop
453         incl early_recursion_flag
454         movl %cr2,%eax
455         pushl %eax
456         pushl %edx              /* trapno */
457         pushl $fault_msg
458 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
459         call early_printk
460 #else
461         call printk
462 #endif
463 #endif
464 hlt_loop:
465         hlt
466         jmp hlt_loop
467
468 /* This is the default interrupt "handler" :-) */
469         ALIGN
470 ignore_int:
471         cld
472 #ifdef CONFIG_PRINTK
473         pushl %eax
474         pushl %ecx
475         pushl %edx
476         pushl %es
477         pushl %ds
478         movl $(__KERNEL_DS),%eax
479         movl %eax,%ds
480         movl %eax,%es
481         cmpl $2,early_recursion_flag
482         je hlt_loop
483         incl early_recursion_flag
484         pushl 16(%esp)
485         pushl 24(%esp)
486         pushl 32(%esp)
487         pushl 40(%esp)
488         pushl $int_msg
489 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
490         call early_printk
491 #else
492         call printk
493 #endif
494         addl $(5*4),%esp
495         popl %ds
496         popl %es
497         popl %edx
498         popl %ecx
499         popl %eax
500 #endif
501         iret
502
503 .section .text
504 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
505 startup_paravirt:
506         cld
507         movl $(init_thread_union+THREAD_SIZE),%esp
508
509         /* We take pains to preserve all the regs. */
510         pushl   %edx
511         pushl   %ecx
512         pushl   %eax
513
514         pushl   $__start_paravirtprobe
515 1:
516         movl    0(%esp), %eax
517         cmpl    $__stop_paravirtprobe, %eax
518         je      unhandled_paravirt
519         pushl   (%eax)
520         movl    8(%esp), %eax
521         call    *(%esp)
522         popl    %eax
523
524         movl    4(%esp), %eax
525         movl    8(%esp), %ecx
526         movl    12(%esp), %edx
527
528         addl    $4, (%esp)
529         jmp     1b
530
531 unhandled_paravirt:
532         /* Nothing wanted us: we're screwed. */
533         ud2
534 #endif
535
536 /*
537  * Real beginning of normal "text" segment
538  */
539 ENTRY(stext)
540 ENTRY(_stext)
541
542 /*
543  * BSS section
544  */
545 .section ".bss.page_aligned","w"
546 ENTRY(swapper_pg_dir)
547         .fill 1024,4,0
548 ENTRY(empty_zero_page)
549         .fill 4096,1,0
550
551 /*
552  * This starts the data section.
553  */
554 .data
555 ENTRY(stack_start)
556         .long init_thread_union+THREAD_SIZE
557         .long __BOOT_DS
558
559 ready:  .byte 0
560
561 early_recursion_flag:
562         .long 0
563
564 int_msg:
565         .asciz "Unknown interrupt or fault at EIP %p %p %p\n"
566
567 fault_msg:
568         .ascii "Int %d: CR2 %p  err %p  EIP %p  CS %p  flags %p\n"
569         .asciz "Stack: %p %p %p %p %p %p %p %p\n"
570
571 /*
572  * The IDT and GDT 'descriptors' are a strange 48-bit object
573  * only used by the lidt and lgdt instructions. They are not
574  * like usual segment descriptors - they consist of a 16-bit
575  * segment size, and 32-bit linear address value:
576  */
577
578 .globl boot_gdt_descr
579 .globl idt_descr
580
581         ALIGN
582 # early boot GDT descriptor (must use 1:1 address mapping)
583         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
584 boot_gdt_descr:
585         .word __BOOT_DS+7
586         .long boot_gdt - __PAGE_OFFSET
587
588         .word 0                         # 32-bit align idt_desc.address
589 idt_descr:
590         .word IDT_ENTRIES*8-1           # idt contains 256 entries
591         .long idt_table
592
593 # boot GDT descriptor (later on used by CPU#0):
594         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
595 ENTRY(early_gdt_descr)
596         .word GDT_ENTRIES*8-1
597         .long per_cpu__gdt_page         /* Overwritten for secondary CPUs */
598
599 /*
600  * The boot_gdt must mirror the equivalent in setup.S and is
601  * used only for booting.
602  */
603         .align L1_CACHE_BYTES
604 ENTRY(boot_gdt)
605         .fill GDT_ENTRY_BOOT_CS,8,0
606         .quad 0x00cf9a000000ffff        /* kernel 4GB code at 0x00000000 */
607         .quad 0x00cf92000000ffff        /* kernel 4GB data at 0x00000000 */