Merge branch 'linus' into x86/cleanups
[linux-2.6] / 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 #include <asm/processor-flags.h>
22
23 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
24 #include <asm/asm-offsets.h>
25 #include <asm/paravirt.h>
26 #else
27 #define GET_CR2_INTO_RCX movq %cr2, %rcx
28 #endif
29
30 /* we are not able to switch in one step to the final KERNEL ADRESS SPACE
31  * because we need identity-mapped pages.
32  *
33  */
34
35         .text
36         .section .text.head
37         .code64
38         .globl startup_64
39 startup_64:
40
41         /*
42          * At this point the CPU runs in 64bit mode CS.L = 1 CS.D = 1,
43          * and someone has loaded an identity mapped page table
44          * for us.  These identity mapped page tables map all of the
45          * kernel pages and possibly all of memory.
46          *
47          * %esi holds a physical pointer to real_mode_data.
48          *
49          * We come here either directly from a 64bit bootloader, or from
50          * arch/x86_64/boot/compressed/head.S.
51          *
52          * We only come here initially at boot nothing else comes here.
53          *
54          * Since we may be loaded at an address different from what we were
55          * compiled to run at we first fixup the physical addresses in our page
56          * tables and then reload them.
57          */
58
59         /* Compute the delta between the address I am compiled to run at and the
60          * address I am actually running at.
61          */
62         leaq    _text(%rip), %rbp
63         subq    $_text - __START_KERNEL_map, %rbp
64
65         /* Is the address not 2M aligned? */
66         movq    %rbp, %rax
67         andl    $~PMD_PAGE_MASK, %eax
68         testl   %eax, %eax
69         jnz     bad_address
70
71         /* Is the address too large? */
72         leaq    _text(%rip), %rdx
73         movq    $PGDIR_SIZE, %rax
74         cmpq    %rax, %rdx
75         jae     bad_address
76
77         /* Fixup the physical addresses in the page table
78          */
79         addq    %rbp, init_level4_pgt + 0(%rip)
80         addq    %rbp, init_level4_pgt + (258*8)(%rip)
81         addq    %rbp, init_level4_pgt + (511*8)(%rip)
82
83         addq    %rbp, level3_ident_pgt + 0(%rip)
84
85         addq    %rbp, level3_kernel_pgt + (510*8)(%rip)
86         addq    %rbp, level3_kernel_pgt + (511*8)(%rip)
87
88         addq    %rbp, level2_fixmap_pgt + (506*8)(%rip)
89
90         /* Add an Identity mapping if I am above 1G */
91         leaq    _text(%rip), %rdi
92         andq    $PMD_PAGE_MASK, %rdi
93
94         movq    %rdi, %rax
95         shrq    $PUD_SHIFT, %rax
96         andq    $(PTRS_PER_PUD - 1), %rax
97         jz      ident_complete
98
99         leaq    (level2_spare_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE)(%rbp), %rdx
100         leaq    level3_ident_pgt(%rip), %rbx
101         movq    %rdx, 0(%rbx, %rax, 8)
102
103         movq    %rdi, %rax
104         shrq    $PMD_SHIFT, %rax
105         andq    $(PTRS_PER_PMD - 1), %rax
106         leaq    __PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC(%rdi), %rdx
107         leaq    level2_spare_pgt(%rip), %rbx
108         movq    %rdx, 0(%rbx, %rax, 8)
109 ident_complete:
110
111         /*
112          * Fixup the kernel text+data virtual addresses. Note that
113          * we might write invalid pmds, when the kernel is relocated
114          * cleanup_highmap() fixes this up along with the mappings
115          * beyond _end.
116          */
117
118         leaq    level2_kernel_pgt(%rip), %rdi
119         leaq    4096(%rdi), %r8
120         /* See if it is a valid page table entry */
121 1:      testq   $1, 0(%rdi)
122         jz      2f
123         addq    %rbp, 0(%rdi)
124         /* Go to the next page */
125 2:      addq    $8, %rdi
126         cmp     %r8, %rdi
127         jne     1b
128
129         /* Fixup phys_base */
130         addq    %rbp, phys_base(%rip)
131
132 #ifdef CONFIG_SMP
133         addq    %rbp, trampoline_level4_pgt + 0(%rip)
134         addq    %rbp, trampoline_level4_pgt + (511*8)(%rip)
135 #endif
136
137         /* Due to ENTRY(), sometimes the empty space gets filled with
138          * zeros. Better take a jmp than relying on empty space being
139          * filled with 0x90 (nop)
140          */
141         jmp secondary_startup_64
142 ENTRY(secondary_startup_64)
143         /*
144          * At this point the CPU runs in 64bit mode CS.L = 1 CS.D = 1,
145          * and someone has loaded a mapped page table.
146          *
147          * %esi holds a physical pointer to real_mode_data.
148          *
149          * We come here either from startup_64 (using physical addresses)
150          * or from trampoline.S (using virtual addresses).
151          *
152          * Using virtual addresses from trampoline.S removes the need
153          * to have any identity mapped pages in the kernel page table
154          * after the boot processor executes this code.
155          */
156
157         /* Enable PAE mode and PGE */
158         movl    $(X86_CR4_PAE | X86_CR4_PGE), %eax
159         movq    %rax, %cr4
160
161         /* Setup early boot stage 4 level pagetables. */
162         movq    $(init_level4_pgt - __START_KERNEL_map), %rax
163         addq    phys_base(%rip), %rax
164         movq    %rax, %cr3
165
166         /* Ensure I am executing from virtual addresses */
167         movq    $1f, %rax
168         jmp     *%rax
169 1:
170
171         /* Check if nx is implemented */
172         movl    $0x80000001, %eax
173         cpuid
174         movl    %edx,%edi
175
176         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
177         movl    $MSR_EFER, %ecx
178         rdmsr
179         btsl    $_EFER_SCE, %eax        /* Enable System Call */
180         btl     $20,%edi                /* No Execute supported? */
181         jnc     1f
182         btsl    $_EFER_NX, %eax
183 1:      wrmsr                           /* Make changes effective */
184
185         /* Setup cr0 */
186 #define CR0_STATE       (X86_CR0_PE | X86_CR0_MP | X86_CR0_ET | \
187                          X86_CR0_NE | X86_CR0_WP | X86_CR0_AM | \
188                          X86_CR0_PG)
189         movl    $CR0_STATE, %eax
190         /* Make changes effective */
191         movq    %rax, %cr0
192
193         /* Setup a boot time stack */
194         movq init_rsp(%rip),%rsp
195
196         /* zero EFLAGS after setting rsp */
197         pushq $0
198         popfq
199
200         /*
201          * We must switch to a new descriptor in kernel space for the GDT
202          * because soon the kernel won't have access anymore to the userspace
203          * addresses where we're currently running on. We have to do that here
204          * because in 32bit we couldn't load a 64bit linear address.
205          */
206         lgdt    cpu_gdt_descr(%rip)
207
208         /* set up data segments. actually 0 would do too */
209         movl $__KERNEL_DS,%eax
210         movl %eax,%ds
211         movl %eax,%ss
212         movl %eax,%es
213
214         /*
215          * We don't really need to load %fs or %gs, but load them anyway
216          * to kill any stale realmode selectors.  This allows execution
217          * under VT hardware.
218          */
219         movl %eax,%fs
220         movl %eax,%gs
221
222         /* 
223          * Setup up a dummy PDA. this is just for some early bootup code
224          * that does in_interrupt() 
225          */ 
226         movl    $MSR_GS_BASE,%ecx
227         movq    $empty_zero_page,%rax
228         movq    %rax,%rdx
229         shrq    $32,%rdx
230         wrmsr   
231
232         /* esi is pointer to real mode structure with interesting info.
233            pass it to C */
234         movl    %esi, %edi
235         
236         /* Finally jump to run C code and to be on real kernel address
237          * Since we are running on identity-mapped space we have to jump
238          * to the full 64bit address, this is only possible as indirect
239          * jump.  In addition we need to ensure %cs is set so we make this
240          * a far return.
241          */
242         movq    initial_code(%rip),%rax
243         pushq   $0              # fake return address to stop unwinder
244         pushq   $__KERNEL_CS    # set correct cs
245         pushq   %rax            # target address in negative space
246         lretq
247
248         /* SMP bootup changes these two */
249         __REFDATA
250         .align  8
251         ENTRY(initial_code)
252         .quad   x86_64_start_kernel
253         __FINITDATA
254
255         ENTRY(init_rsp)
256         .quad  init_thread_union+THREAD_SIZE-8
257
258 bad_address:
259         jmp bad_address
260
261         .section ".init.text","ax"
262 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
263         .globl early_idt_handlers
264 early_idt_handlers:
265         i = 0
266         .rept NUM_EXCEPTION_VECTORS
267         movl $i, %esi
268         jmp early_idt_handler
269         i = i + 1
270         .endr
271 #endif
272
273 ENTRY(early_idt_handler)
274 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
275         cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
276         jz  1f
277         incl early_recursion_flag(%rip)
278         GET_CR2_INTO_RCX
279         movq %rcx,%r9
280         xorl %r8d,%r8d          # zero for error code
281         movl %esi,%ecx          # get vector number
282         # Test %ecx against mask of vectors that push error code.
283         cmpl $31,%ecx
284         ja 0f
285         movl $1,%eax
286         salq %cl,%rax
287         testl $0x27d00,%eax
288         je 0f
289         popq %r8                # get error code
290 0:      movq 0(%rsp),%rcx       # get ip
291         movq 8(%rsp),%rdx       # get cs
292         xorl %eax,%eax
293         leaq early_idt_msg(%rip),%rdi
294         call early_printk
295         cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
296         jz  1f
297         call dump_stack
298 #ifdef CONFIG_KALLSYMS  
299         leaq early_idt_ripmsg(%rip),%rdi
300         movq 8(%rsp),%rsi       # get rip again
301         call __print_symbol
302 #endif
303 #endif /* EARLY_PRINTK */
304 1:      hlt
305         jmp 1b
306
307 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
308 early_recursion_flag:
309         .long 0
310
311 early_idt_msg:
312         .asciz "PANIC: early exception %02lx rip %lx:%lx error %lx cr2 %lx\n"
313 early_idt_ripmsg:
314         .asciz "RIP %s\n"
315 #endif /* CONFIG_EARLY_PRINTK */
316         .previous
317
318 .balign PAGE_SIZE
319
320 #define NEXT_PAGE(name) \
321         .balign PAGE_SIZE; \
322 ENTRY(name)
323
324 /* Automate the creation of 1 to 1 mapping pmd entries */
325 #define PMDS(START, PERM, COUNT)                        \
326         i = 0 ;                                         \
327         .rept (COUNT) ;                                 \
328         .quad   (START) + (i << PMD_SHIFT) + (PERM) ;   \
329         i = i + 1 ;                                     \
330         .endr
331
332         /*
333          * This default setting generates an ident mapping at address 0x100000
334          * and a mapping for the kernel that precisely maps virtual address
335          * 0xffffffff80000000 to physical address 0x000000. (always using
336          * 2Mbyte large pages provided by PAE mode)
337          */
338 NEXT_PAGE(init_level4_pgt)
339         .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
340         .fill   257,8,0
341         .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
342         .fill   252,8,0
343         /* (2^48-(2*1024*1024*1024))/(2^39) = 511 */
344         .quad   level3_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
345
346 NEXT_PAGE(level3_ident_pgt)
347         .quad   level2_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
348         .fill   511,8,0
349
350 NEXT_PAGE(level3_kernel_pgt)
351         .fill   510,8,0
352         /* (2^48-(2*1024*1024*1024)-((2^39)*511))/(2^30) = 510 */
353         .quad   level2_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
354         .quad   level2_fixmap_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
355
356 NEXT_PAGE(level2_fixmap_pgt)
357         .fill   506,8,0
358         .quad   level1_fixmap_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
359         /* 8MB reserved for vsyscalls + a 2MB hole = 4 + 1 entries */
360         .fill   5,8,0
361
362 NEXT_PAGE(level1_fixmap_pgt)
363         .fill   512,8,0
364
365 NEXT_PAGE(level2_ident_pgt)
366         /* Since I easily can, map the first 1G.
367          * Don't set NX because code runs from these pages.
368          */
369         PMDS(0, __PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC, PTRS_PER_PMD)
370
371 NEXT_PAGE(level2_kernel_pgt)
372         /*
373          * 512 MB kernel mapping. We spend a full page on this pagetable
374          * anyway.
375          *
376          * The kernel code+data+bss must not be bigger than that.
377          *
378          * (NOTE: at +512MB starts the module area, see MODULES_VADDR.
379          *  If you want to increase this then increase MODULES_VADDR
380          *  too.)
381          */
382         PMDS(0, __PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC|_PAGE_GLOBAL,
383                 KERNEL_IMAGE_SIZE/PMD_SIZE)
384
385 NEXT_PAGE(level2_spare_pgt)
386         .fill   512, 8, 0
387
388 #undef PMDS
389 #undef NEXT_PAGE
390
391         .data
392         .align 16
393         .globl cpu_gdt_descr
394 cpu_gdt_descr:
395         .word   gdt_end-cpu_gdt_table-1
396 gdt:
397         .quad   cpu_gdt_table
398 #ifdef CONFIG_SMP
399         .rept   NR_CPUS-1
400         .word   0
401         .quad   0
402         .endr
403 #endif
404
405 ENTRY(phys_base)
406         /* This must match the first entry in level2_kernel_pgt */
407         .quad   0x0000000000000000
408
409 /* We need valid kernel segments for data and code in long mode too
410  * IRET will check the segment types  kkeil 2000/10/28
411  * Also sysret mandates a special GDT layout 
412  */
413                                 
414         .section .data.page_aligned, "aw"
415         .align PAGE_SIZE
416
417 /* The TLS descriptors are currently at a different place compared to i386.
418    Hopefully nobody expects them at a fixed place (Wine?) */
419         
420 ENTRY(cpu_gdt_table)
421         .quad   0x0000000000000000      /* NULL descriptor */
422         .quad   0x00cf9b000000ffff      /* __KERNEL32_CS */
423         .quad   0x00af9b000000ffff      /* __KERNEL_CS */
424         .quad   0x00cf93000000ffff      /* __KERNEL_DS */
425         .quad   0x00cffb000000ffff      /* __USER32_CS */
426         .quad   0x00cff3000000ffff      /* __USER_DS, __USER32_DS  */
427         .quad   0x00affb000000ffff      /* __USER_CS */
428         .quad   0x0                     /* unused */
429         .quad   0,0                     /* TSS */
430         .quad   0,0                     /* LDT */
431         .quad   0,0,0                   /* three TLS descriptors */ 
432         .quad   0x0000f40000000000      /* node/CPU stored in limit */
433 gdt_end:        
434         /* asm/segment.h:GDT_ENTRIES must match this */ 
435         /* This should be a multiple of the cache line size */
436         /* GDTs of other CPUs are now dynamically allocated */
437
438         /* zero the remaining page */
439         .fill PAGE_SIZE / 8 - GDT_ENTRIES,8,0
440
441         .section .bss, "aw", @nobits
442         .align L1_CACHE_BYTES
443 ENTRY(idt_table)
444         .skip 256 * 16
445
446         .section .bss.page_aligned, "aw", @nobits
447         .align PAGE_SIZE
448 ENTRY(empty_zero_page)
449         .skip PAGE_SIZE