Merge branch 'for-linus' of git://one.firstfloor.org/home/andi/git/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.  We need one bit for
38  * each possible page, but only in low memory, which means
39  * 2^32/4096/8 = 128K worst case (4G/4G split.)
40  *
41  * Modulo rounding, each megabyte assigned here requires a kilobyte of
42  * memory, which is currently unreclaimed.
43  *
44  * This should be a multiple of a page.
45  */
46 #define INIT_MAP_BEYOND_END     (128*1024)
47
48
49 /*
50  * 32-bit kernel entrypoint; only used by the boot CPU.  On entry,
51  * %esi points to the real-mode code as a 32-bit pointer.
52  * CS and DS must be 4 GB flat segments, but we don't depend on
53  * any particular GDT layout, because we load our own as soon as we
54  * can.
55  */
56 ENTRY(startup_32)
57
58 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
59         movl %cs, %eax
60         testl $0x3, %eax
61         jnz startup_paravirt
62 #endif
63
64 /*
65  * Set segments to known values.
66  */
67         cld
68         lgdt boot_gdt_descr - __PAGE_OFFSET
69         movl $(__BOOT_DS),%eax
70         movl %eax,%ds
71         movl %eax,%es
72         movl %eax,%fs
73         movl %eax,%gs
74
75 /*
76  * Clear BSS first so that there are no surprises...
77  * No need to cld as DF is already clear from cld above...
78  */
79         xorl %eax,%eax
80         movl $__bss_start - __PAGE_OFFSET,%edi
81         movl $__bss_stop - __PAGE_OFFSET,%ecx
82         subl %edi,%ecx
83         shrl $2,%ecx
84         rep ; stosl
85 /*
86  * Copy bootup parameters out of the way.
87  * Note: %esi still has the pointer to the real-mode data.
88  * With the kexec as boot loader, parameter segment might be loaded beyond
89  * kernel image and might not even be addressable by early boot page tables.
90  * (kexec on panic case). Hence copy out the parameters before initializing
91  * page tables.
92  */
93         movl $(boot_params - __PAGE_OFFSET),%edi
94         movl $(PARAM_SIZE/4),%ecx
95         cld
96         rep
97         movsl
98         movl boot_params - __PAGE_OFFSET + NEW_CL_POINTER,%esi
99         andl %esi,%esi
100         jnz 2f                  # New command line protocol
101         cmpw $(OLD_CL_MAGIC),OLD_CL_MAGIC_ADDR
102         jne 1f
103         movzwl OLD_CL_OFFSET,%esi
104         addl $(OLD_CL_BASE_ADDR),%esi
105 2:
106         movl $(saved_command_line - __PAGE_OFFSET),%edi
107         movl $(COMMAND_LINE_SIZE/4),%ecx
108         rep
109         movsl
110 1:
111
112 /*
113  * Initialize page tables.  This creates a PDE and a set of page
114  * tables, which are located immediately beyond _end.  The variable
115  * init_pg_tables_end is set up to point to the first "safe" location.
116  * Mappings are created both at virtual address 0 (identity mapping)
117  * and PAGE_OFFSET for up to _end+sizeof(page tables)+INIT_MAP_BEYOND_END.
118  *
119  * Warning: don't use %esi or the stack in this code.  However, %esp
120  * can be used as a GPR if you really need it...
121  */
122 page_pde_offset = (__PAGE_OFFSET >> 20);
123
124         movl $(pg0 - __PAGE_OFFSET), %edi
125         movl $(swapper_pg_dir - __PAGE_OFFSET), %edx
126         movl $0x007, %eax                       /* 0x007 = PRESENT+RW+USER */
127 10:
128         leal 0x007(%edi),%ecx                   /* Create PDE entry */
129         movl %ecx,(%edx)                        /* Store identity PDE entry */
130         movl %ecx,page_pde_offset(%edx)         /* Store kernel PDE entry */
131         addl $4,%edx
132         movl $1024, %ecx
133 11:
134         stosl
135         addl $0x1000,%eax
136         loop 11b
137         /* End condition: we must map up to and including INIT_MAP_BEYOND_END */
138         /* bytes beyond the end of our own page tables; the +0x007 is the attribute bits */
139         leal (INIT_MAP_BEYOND_END+0x007)(%edi),%ebp
140         cmpl %ebp,%eax
141         jb 10b
142         movl %edi,(init_pg_tables_end - __PAGE_OFFSET)
143
144 #ifdef CONFIG_SMP
145         xorl %ebx,%ebx                          /* This is the boot CPU (BSP) */
146         jmp 3f
147
148 /*
149  * Non-boot CPU entry point; entered from trampoline.S
150  * We can't lgdt here, because lgdt itself uses a data segment, but
151  * we know the trampoline has already loaded the boot_gdt_table GDT
152  * for us.
153  */
154 ENTRY(startup_32_smp)
155         cld
156         movl $(__BOOT_DS),%eax
157         movl %eax,%ds
158         movl %eax,%es
159         movl %eax,%fs
160         movl %eax,%gs
161
162 /*
163  *      New page tables may be in 4Mbyte page mode and may
164  *      be using the global pages. 
165  *
166  *      NOTE! If we are on a 486 we may have no cr4 at all!
167  *      So we do not try to touch it unless we really have
168  *      some bits in it to set.  This won't work if the BSP
169  *      implements cr4 but this AP does not -- very unlikely
170  *      but be warned!  The same applies to the pse feature
171  *      if not equally supported. --macro
172  *
173  *      NOTE! We have to correct for the fact that we're
174  *      not yet offset PAGE_OFFSET..
175  */
176 #define cr4_bits mmu_cr4_features-__PAGE_OFFSET
177         movl cr4_bits,%edx
178         andl %edx,%edx
179         jz 6f
180         movl %cr4,%eax          # Turn on paging options (PSE,PAE,..)
181         orl %edx,%eax
182         movl %eax,%cr4
183
184         btl $5, %eax            # check if PAE is enabled
185         jnc 6f
186
187         /* Check if extended functions are implemented */
188         movl $0x80000000, %eax
189         cpuid
190         cmpl $0x80000000, %eax
191         jbe 6f
192         mov $0x80000001, %eax
193         cpuid
194         /* Execute Disable bit supported? */
195         btl $20, %edx
196         jnc 6f
197
198         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
199         movl $0xc0000080, %ecx
200         rdmsr
201
202         btsl $11, %eax
203         /* Make changes effective */
204         wrmsr
205
206 6:
207         /* This is a secondary processor (AP) */
208         xorl %ebx,%ebx
209         incl %ebx
210
211 3:
212 #endif /* CONFIG_SMP */
213
214 /*
215  * Enable paging
216  */
217         movl $swapper_pg_dir-__PAGE_OFFSET,%eax
218         movl %eax,%cr3          /* set the page table pointer.. */
219         movl %cr0,%eax
220         orl $0x80000000,%eax
221         movl %eax,%cr0          /* ..and set paging (PG) bit */
222         ljmp $__BOOT_CS,$1f     /* Clear prefetch and normalize %eip */
223 1:
224         /* Set up the stack pointer */
225         lss stack_start,%esp
226
227 /*
228  * Initialize eflags.  Some BIOS's leave bits like NT set.  This would
229  * confuse the debugger if this code is traced.
230  * XXX - best to initialize before switching to protected mode.
231  */
232         pushl $0
233         popfl
234
235 #ifdef CONFIG_SMP
236         andl %ebx,%ebx
237         jz  1f                          /* Initial CPU cleans BSS */
238         jmp checkCPUtype
239 1:
240 #endif /* CONFIG_SMP */
241
242 /*
243  * start system 32-bit setup. We need to re-do some of the things done
244  * in 16-bit mode for the "real" operations.
245  */
246         call setup_idt
247
248 checkCPUtype:
249
250         movl $-1,X86_CPUID              #  -1 for no CPUID initially
251
252 /* check if it is 486 or 386. */
253 /*
254  * XXX - this does a lot of unnecessary setup.  Alignment checks don't
255  * apply at our cpl of 0 and the stack ought to be aligned already, and
256  * we don't need to preserve eflags.
257  */
258
259         movb $3,X86             # at least 386
260         pushfl                  # push EFLAGS
261         popl %eax               # get EFLAGS
262         movl %eax,%ecx          # save original EFLAGS
263         xorl $0x240000,%eax     # flip AC and ID bits in EFLAGS
264         pushl %eax              # copy to EFLAGS
265         popfl                   # set EFLAGS
266         pushfl                  # get new EFLAGS
267         popl %eax               # put it in eax
268         xorl %ecx,%eax          # change in flags
269         pushl %ecx              # restore original EFLAGS
270         popfl
271         testl $0x40000,%eax     # check if AC bit changed
272         je is386
273
274         movb $4,X86             # at least 486
275         testl $0x200000,%eax    # check if ID bit changed
276         je is486
277
278         /* get vendor info */
279         xorl %eax,%eax                  # call CPUID with 0 -> return vendor ID
280         cpuid
281         movl %eax,X86_CPUID             # save CPUID level
282         movl %ebx,X86_VENDOR_ID         # lo 4 chars
283         movl %edx,X86_VENDOR_ID+4       # next 4 chars
284         movl %ecx,X86_VENDOR_ID+8       # last 4 chars
285
286         orl %eax,%eax                   # do we have processor info as well?
287         je is486
288
289         movl $1,%eax            # Use the CPUID instruction to get CPU type
290         cpuid
291         movb %al,%cl            # save reg for future use
292         andb $0x0f,%ah          # mask processor family
293         movb %ah,X86
294         andb $0xf0,%al          # mask model
295         shrb $4,%al
296         movb %al,X86_MODEL
297         andb $0x0f,%cl          # mask mask revision
298         movb %cl,X86_MASK
299         movl %edx,X86_CAPABILITY
300
301 is486:  movl $0x50022,%ecx      # set AM, WP, NE and MP
302         jmp 2f
303
304 is386:  movl $2,%ecx            # set MP
305 2:      movl %cr0,%eax
306         andl $0x80000011,%eax   # Save PG,PE,ET
307         orl %ecx,%eax
308         movl %eax,%cr0
309
310         call check_x87
311         call setup_pda
312         lgdt cpu_gdt_descr
313         lidt idt_descr
314         ljmp $(__KERNEL_CS),$1f
315 1:      movl $(__KERNEL_DS),%eax        # reload all the segment registers
316         movl %eax,%ss                   # after changing gdt.
317
318         movl $(__USER_DS),%eax          # DS/ES contains default USER segment
319         movl %eax,%ds
320         movl %eax,%es
321
322         xorl %eax,%eax                  # Clear FS and LDT
323         movl %eax,%fs
324         lldt %ax
325
326         movl $(__KERNEL_PDA),%eax
327         mov  %eax,%gs
328
329         cld                     # gcc2 wants the direction flag cleared at all times
330         pushl $0                # fake return address for unwinder
331 #ifdef CONFIG_SMP
332         movb ready, %cl
333         movb $1, ready
334         cmpb $0,%cl             # the first CPU calls start_kernel
335         jne initialize_secondary # all other CPUs call initialize_secondary
336 #endif /* CONFIG_SMP */
337         jmp start_kernel
338
339 /*
340  * We depend on ET to be correct. This checks for 287/387.
341  */
342 check_x87:
343         movb $0,X86_HARD_MATH
344         clts
345         fninit
346         fstsw %ax
347         cmpb $0,%al
348         je 1f
349         movl %cr0,%eax          /* no coprocessor: have to set bits */
350         xorl $4,%eax            /* set EM */
351         movl %eax,%cr0
352         ret
353         ALIGN
354 1:      movb $1,X86_HARD_MATH
355         .byte 0xDB,0xE4         /* fsetpm for 287, ignored by 387 */
356         ret
357
358 /*
359  * Point the GDT at this CPU's PDA.  On boot this will be
360  * cpu_gdt_table and boot_pda; for secondary CPUs, these will be
361  * that CPU's GDT and PDA.
362  */
363 setup_pda:
364         /* get the PDA pointer */
365         movl start_pda, %eax
366
367         /* slot the PDA address into the GDT */
368         mov cpu_gdt_descr+2, %ecx
369         mov %ax, (__KERNEL_PDA+0+2)(%ecx)               /* base & 0x0000ffff */
370         shr $16, %eax
371         mov %al, (__KERNEL_PDA+4+0)(%ecx)               /* base & 0x00ff0000 */
372         mov %ah, (__KERNEL_PDA+4+3)(%ecx)               /* base & 0xff000000 */
373         ret
374
375 /*
376  *  setup_idt
377  *
378  *  sets up a idt with 256 entries pointing to
379  *  ignore_int, interrupt gates. It doesn't actually load
380  *  idt - that can be done only after paging has been enabled
381  *  and the kernel moved to PAGE_OFFSET. Interrupts
382  *  are enabled elsewhere, when we can be relatively
383  *  sure everything is ok.
384  *
385  *  Warning: %esi is live across this function.
386  */
387 setup_idt:
388         lea ignore_int,%edx
389         movl $(__KERNEL_CS << 16),%eax
390         movw %dx,%ax            /* selector = 0x0010 = cs */
391         movw $0x8E00,%dx        /* interrupt gate - dpl=0, present */
392
393         lea idt_table,%edi
394         mov $256,%ecx
395 rp_sidt:
396         movl %eax,(%edi)
397         movl %edx,4(%edi)
398         addl $8,%edi
399         dec %ecx
400         jne rp_sidt
401
402 .macro  set_early_handler handler,trapno
403         lea \handler,%edx
404         movl $(__KERNEL_CS << 16),%eax
405         movw %dx,%ax
406         movw $0x8E00,%dx        /* interrupt gate - dpl=0, present */
407         lea idt_table,%edi
408         movl %eax,8*\trapno(%edi)
409         movl %edx,8*\trapno+4(%edi)
410 .endm
411
412         set_early_handler handler=early_divide_err,trapno=0
413         set_early_handler handler=early_illegal_opcode,trapno=6
414         set_early_handler handler=early_protection_fault,trapno=13
415         set_early_handler handler=early_page_fault,trapno=14
416
417         ret
418
419 early_divide_err:
420         xor %edx,%edx
421         pushl $0        /* fake errcode */
422         jmp early_fault
423
424 early_illegal_opcode:
425         movl $6,%edx
426         pushl $0        /* fake errcode */
427         jmp early_fault
428
429 early_protection_fault:
430         movl $13,%edx
431         jmp early_fault
432
433 early_page_fault:
434         movl $14,%edx
435         jmp early_fault
436
437 early_fault:
438         cld
439 #ifdef CONFIG_PRINTK
440         movl $(__KERNEL_DS),%eax
441         movl %eax,%ds
442         movl %eax,%es
443         cmpl $2,early_recursion_flag
444         je hlt_loop
445         incl early_recursion_flag
446         movl %cr2,%eax
447         pushl %eax
448         pushl %edx              /* trapno */
449         pushl $fault_msg
450 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
451         call early_printk
452 #else
453         call printk
454 #endif
455 #endif
456 hlt_loop:
457         hlt
458         jmp hlt_loop
459
460 /* This is the default interrupt "handler" :-) */
461         ALIGN
462 ignore_int:
463         cld
464 #ifdef CONFIG_PRINTK
465         pushl %eax
466         pushl %ecx
467         pushl %edx
468         pushl %es
469         pushl %ds
470         movl $(__KERNEL_DS),%eax
471         movl %eax,%ds
472         movl %eax,%es
473         cmpl $2,early_recursion_flag
474         je hlt_loop
475         incl early_recursion_flag
476         pushl 16(%esp)
477         pushl 24(%esp)
478         pushl 32(%esp)
479         pushl 40(%esp)
480         pushl $int_msg
481 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
482         call early_printk
483 #else
484         call printk
485 #endif
486         addl $(5*4),%esp
487         popl %ds
488         popl %es
489         popl %edx
490         popl %ecx
491         popl %eax
492 #endif
493         iret
494
495 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
496 startup_paravirt:
497         cld
498         movl $(init_thread_union+THREAD_SIZE),%esp
499
500         /* We take pains to preserve all the regs. */
501         pushl   %edx
502         pushl   %ecx
503         pushl   %eax
504
505         /* paravirt.o is last in link, and that probe fn never returns */
506         pushl   $__start_paravirtprobe
507 1:
508         movl    0(%esp), %eax
509         pushl   (%eax)
510         movl    8(%esp), %eax
511         call    *(%esp)
512         popl    %eax
513
514         movl    4(%esp), %eax
515         movl    8(%esp), %ecx
516         movl    12(%esp), %edx
517
518         addl    $4, (%esp)
519         jmp     1b
520 #endif
521
522 /*
523  * Real beginning of normal "text" segment
524  */
525 ENTRY(stext)
526 ENTRY(_stext)
527
528 /*
529  * BSS section
530  */
531 .section ".bss.page_aligned","w"
532 ENTRY(swapper_pg_dir)
533         .fill 1024,4,0
534 ENTRY(empty_zero_page)
535         .fill 4096,1,0
536
537 /*
538  * This starts the data section.
539  */
540 .data
541 ENTRY(start_pda)
542         .long boot_pda
543
544 ENTRY(stack_start)
545         .long init_thread_union+THREAD_SIZE
546         .long __BOOT_DS
547
548 ready:  .byte 0
549
550 early_recursion_flag:
551         .long 0
552
553 int_msg:
554         .asciz "Unknown interrupt or fault at EIP %p %p %p\n"
555
556 fault_msg:
557         .ascii "Int %d: CR2 %p  err %p  EIP %p  CS %p  flags %p\n"
558         .asciz "Stack: %p %p %p %p %p %p %p %p\n"
559
560 /*
561  * The IDT and GDT 'descriptors' are a strange 48-bit object
562  * only used by the lidt and lgdt instructions. They are not
563  * like usual segment descriptors - they consist of a 16-bit
564  * segment size, and 32-bit linear address value:
565  */
566
567 .globl boot_gdt_descr
568 .globl idt_descr
569
570         ALIGN
571 # early boot GDT descriptor (must use 1:1 address mapping)
572         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
573 boot_gdt_descr:
574         .word __BOOT_DS+7
575         .long boot_gdt_table - __PAGE_OFFSET
576
577         .word 0                         # 32-bit align idt_desc.address
578 idt_descr:
579         .word IDT_ENTRIES*8-1           # idt contains 256 entries
580         .long idt_table
581
582 # boot GDT descriptor (later on used by CPU#0):
583         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
584 ENTRY(cpu_gdt_descr)
585         .word GDT_ENTRIES*8-1
586         .long cpu_gdt_table
587
588 /*
589  * The boot_gdt_table must mirror the equivalent in setup.S and is
590  * used only for booting.
591  */
592         .align L1_CACHE_BYTES
593 ENTRY(boot_gdt_table)
594         .fill GDT_ENTRY_BOOT_CS,8,0
595         .quad 0x00cf9a000000ffff        /* kernel 4GB code at 0x00000000 */
596         .quad 0x00cf92000000ffff        /* kernel 4GB data at 0x00000000 */
597
598 /*
599  * The Global Descriptor Table contains 28 quadwords, per-CPU.
600  */
601         .align L1_CACHE_BYTES
602 ENTRY(cpu_gdt_table)
603         .quad 0x0000000000000000        /* NULL descriptor */
604         .quad 0x0000000000000000        /* 0x0b reserved */
605         .quad 0x0000000000000000        /* 0x13 reserved */
606         .quad 0x0000000000000000        /* 0x1b reserved */
607         .quad 0x0000000000000000        /* 0x20 unused */
608         .quad 0x0000000000000000        /* 0x28 unused */
609         .quad 0x0000000000000000        /* 0x33 TLS entry 1 */
610         .quad 0x0000000000000000        /* 0x3b TLS entry 2 */
611         .quad 0x0000000000000000        /* 0x43 TLS entry 3 */
612         .quad 0x0000000000000000        /* 0x4b reserved */
613         .quad 0x0000000000000000        /* 0x53 reserved */
614         .quad 0x0000000000000000        /* 0x5b reserved */
615
616         .quad 0x00cf9a000000ffff        /* 0x60 kernel 4GB code at 0x00000000 */
617         .quad 0x00cf92000000ffff        /* 0x68 kernel 4GB data at 0x00000000 */
618         .quad 0x00cffa000000ffff        /* 0x73 user 4GB code at 0x00000000 */
619         .quad 0x00cff2000000ffff        /* 0x7b user 4GB data at 0x00000000 */
620
621         .quad 0x0000000000000000        /* 0x80 TSS descriptor */
622         .quad 0x0000000000000000        /* 0x88 LDT descriptor */
623
624         /*
625          * Segments used for calling PnP BIOS have byte granularity.
626          * They code segments and data segments have fixed 64k limits,
627          * the transfer segment sizes are set at run time.
628          */
629         .quad 0x00409a000000ffff        /* 0x90 32-bit code */
630         .quad 0x00009a000000ffff        /* 0x98 16-bit code */
631         .quad 0x000092000000ffff        /* 0xa0 16-bit data */
632         .quad 0x0000920000000000        /* 0xa8 16-bit data */
633         .quad 0x0000920000000000        /* 0xb0 16-bit data */
634
635         /*
636          * The APM segments have byte granularity and their bases
637          * are set at run time.  All have 64k limits.
638          */
639         .quad 0x00409a000000ffff        /* 0xb8 APM CS    code */
640         .quad 0x00009a000000ffff        /* 0xc0 APM CS 16 code (16 bit) */
641         .quad 0x004092000000ffff        /* 0xc8 APM DS    data */
642
643         .quad 0x00c0920000000000        /* 0xd0 - ESPFIX SS */
644         .quad 0x00cf92000000ffff        /* 0xd8 - PDA */
645         .quad 0x0000000000000000        /* 0xe0 - unused */
646         .quad 0x0000000000000000        /* 0xe8 - unused */
647         .quad 0x0000000000000000        /* 0xf0 - unused */
648         .quad 0x0000000000000000        /* 0xf8 - GDT entry 31: double-fault TSS */
649