Merge branch 'for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/penberg...
[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 #define pud_index(x)    (((x) >> PUD_SHIFT) & (PTRS_PER_PUD-1))
36
37 L4_PAGE_OFFSET = pgd_index(__PAGE_OFFSET)
38 L3_PAGE_OFFSET = pud_index(__PAGE_OFFSET)
39 L4_START_KERNEL = pgd_index(__START_KERNEL_map)
40 L3_START_KERNEL = pud_index(__START_KERNEL_map)
41
42         .text
43         .section .text.head
44         .code64
45         .globl startup_64
46 startup_64:
47
48         /*
49          * At this point the CPU runs in 64bit mode CS.L = 1 CS.D = 1,
50          * and someone has loaded an identity mapped page table
51          * for us.  These identity mapped page tables map all of the
52          * kernel pages and possibly all of memory.
53          *
54          * %esi holds a physical pointer to real_mode_data.
55          *
56          * We come here either directly from a 64bit bootloader, or from
57          * arch/x86_64/boot/compressed/head.S.
58          *
59          * We only come here initially at boot nothing else comes here.
60          *
61          * Since we may be loaded at an address different from what we were
62          * compiled to run at we first fixup the physical addresses in our page
63          * tables and then reload them.
64          */
65
66         /* Compute the delta between the address I am compiled to run at and the
67          * address I am actually running at.
68          */
69         leaq    _text(%rip), %rbp
70         subq    $_text - __START_KERNEL_map, %rbp
71
72         /* Is the address not 2M aligned? */
73         movq    %rbp, %rax
74         andl    $~PMD_PAGE_MASK, %eax
75         testl   %eax, %eax
76         jnz     bad_address
77
78         /* Is the address too large? */
79         leaq    _text(%rip), %rdx
80         movq    $PGDIR_SIZE, %rax
81         cmpq    %rax, %rdx
82         jae     bad_address
83
84         /* Fixup the physical addresses in the page table
85          */
86         addq    %rbp, init_level4_pgt + 0(%rip)
87         addq    %rbp, init_level4_pgt + (L4_PAGE_OFFSET*8)(%rip)
88         addq    %rbp, init_level4_pgt + (L4_START_KERNEL*8)(%rip)
89
90         addq    %rbp, level3_ident_pgt + 0(%rip)
91
92         addq    %rbp, level3_kernel_pgt + (510*8)(%rip)
93         addq    %rbp, level3_kernel_pgt + (511*8)(%rip)
94
95         addq    %rbp, level2_fixmap_pgt + (506*8)(%rip)
96
97         /* Add an Identity mapping if I am above 1G */
98         leaq    _text(%rip), %rdi
99         andq    $PMD_PAGE_MASK, %rdi
100
101         movq    %rdi, %rax
102         shrq    $PUD_SHIFT, %rax
103         andq    $(PTRS_PER_PUD - 1), %rax
104         jz      ident_complete
105
106         leaq    (level2_spare_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE)(%rbp), %rdx
107         leaq    level3_ident_pgt(%rip), %rbx
108         movq    %rdx, 0(%rbx, %rax, 8)
109
110         movq    %rdi, %rax
111         shrq    $PMD_SHIFT, %rax
112         andq    $(PTRS_PER_PMD - 1), %rax
113         leaq    __PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC(%rdi), %rdx
114         leaq    level2_spare_pgt(%rip), %rbx
115         movq    %rdx, 0(%rbx, %rax, 8)
116 ident_complete:
117
118         /*
119          * Fixup the kernel text+data virtual addresses. Note that
120          * we might write invalid pmds, when the kernel is relocated
121          * cleanup_highmap() fixes this up along with the mappings
122          * beyond _end.
123          */
124
125         leaq    level2_kernel_pgt(%rip), %rdi
126         leaq    4096(%rdi), %r8
127         /* See if it is a valid page table entry */
128 1:      testq   $1, 0(%rdi)
129         jz      2f
130         addq    %rbp, 0(%rdi)
131         /* Go to the next page */
132 2:      addq    $8, %rdi
133         cmp     %r8, %rdi
134         jne     1b
135
136         /* Fixup phys_base */
137         addq    %rbp, phys_base(%rip)
138
139 #ifdef CONFIG_X86_TRAMPOLINE
140         addq    %rbp, trampoline_level4_pgt + 0(%rip)
141         addq    %rbp, trampoline_level4_pgt + (511*8)(%rip)
142 #endif
143
144         /* Due to ENTRY(), sometimes the empty space gets filled with
145          * zeros. Better take a jmp than relying on empty space being
146          * filled with 0x90 (nop)
147          */
148         jmp secondary_startup_64
149 ENTRY(secondary_startup_64)
150         /*
151          * At this point the CPU runs in 64bit mode CS.L = 1 CS.D = 1,
152          * and someone has loaded a mapped page table.
153          *
154          * %esi holds a physical pointer to real_mode_data.
155          *
156          * We come here either from startup_64 (using physical addresses)
157          * or from trampoline.S (using virtual addresses).
158          *
159          * Using virtual addresses from trampoline.S removes the need
160          * to have any identity mapped pages in the kernel page table
161          * after the boot processor executes this code.
162          */
163
164         /* Enable PAE mode and PGE */
165         movl    $(X86_CR4_PAE | X86_CR4_PGE), %eax
166         movq    %rax, %cr4
167
168         /* Setup early boot stage 4 level pagetables. */
169         movq    $(init_level4_pgt - __START_KERNEL_map), %rax
170         addq    phys_base(%rip), %rax
171         movq    %rax, %cr3
172
173         /* Ensure I am executing from virtual addresses */
174         movq    $1f, %rax
175         jmp     *%rax
176 1:
177
178         /* Check if nx is implemented */
179         movl    $0x80000001, %eax
180         cpuid
181         movl    %edx,%edi
182
183         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
184         movl    $MSR_EFER, %ecx
185         rdmsr
186         btsl    $_EFER_SCE, %eax        /* Enable System Call */
187         btl     $20,%edi                /* No Execute supported? */
188         jnc     1f
189         btsl    $_EFER_NX, %eax
190 1:      wrmsr                           /* Make changes effective */
191
192         /* Setup cr0 */
193 #define CR0_STATE       (X86_CR0_PE | X86_CR0_MP | X86_CR0_ET | \
194                          X86_CR0_NE | X86_CR0_WP | X86_CR0_AM | \
195                          X86_CR0_PG)
196         movl    $CR0_STATE, %eax
197         /* Make changes effective */
198         movq    %rax, %cr0
199
200         /* Setup a boot time stack */
201         movq stack_start(%rip),%rsp
202
203         /* zero EFLAGS after setting rsp */
204         pushq $0
205         popfq
206
207         /*
208          * We must switch to a new descriptor in kernel space for the GDT
209          * because soon the kernel won't have access anymore to the userspace
210          * addresses where we're currently running on. We have to do that here
211          * because in 32bit we couldn't load a 64bit linear address.
212          */
213         lgdt    early_gdt_descr(%rip)
214
215         /* set up data segments. actually 0 would do too */
216         movl $__KERNEL_DS,%eax
217         movl %eax,%ds
218         movl %eax,%ss
219         movl %eax,%es
220
221         /*
222          * We don't really need to load %fs or %gs, but load them anyway
223          * to kill any stale realmode selectors.  This allows execution
224          * under VT hardware.
225          */
226         movl %eax,%fs
227         movl %eax,%gs
228
229         /* 
230          * Setup up a dummy PDA. this is just for some early bootup code
231          * that does in_interrupt() 
232          */ 
233         movl    $MSR_GS_BASE,%ecx
234         movq    $empty_zero_page,%rax
235         movq    %rax,%rdx
236         shrq    $32,%rdx
237         wrmsr   
238
239         /* esi is pointer to real mode structure with interesting info.
240            pass it to C */
241         movl    %esi, %edi
242         
243         /* Finally jump to run C code and to be on real kernel address
244          * Since we are running on identity-mapped space we have to jump
245          * to the full 64bit address, this is only possible as indirect
246          * jump.  In addition we need to ensure %cs is set so we make this
247          * a far return.
248          */
249         movq    initial_code(%rip),%rax
250         pushq   $0              # fake return address to stop unwinder
251         pushq   $__KERNEL_CS    # set correct cs
252         pushq   %rax            # target address in negative space
253         lretq
254
255         /* SMP bootup changes these two */
256         __REFDATA
257         .align  8
258         ENTRY(initial_code)
259         .quad   x86_64_start_kernel
260         __FINITDATA
261
262         ENTRY(stack_start)
263         .quad  init_thread_union+THREAD_SIZE-8
264         .word  0
265
266 bad_address:
267         jmp bad_address
268
269         .section ".init.text","ax"
270 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
271         .globl early_idt_handlers
272 early_idt_handlers:
273         i = 0
274         .rept NUM_EXCEPTION_VECTORS
275         movl $i, %esi
276         jmp early_idt_handler
277         i = i + 1
278         .endr
279 #endif
280
281 ENTRY(early_idt_handler)
282 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
283         cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
284         jz  1f
285         incl early_recursion_flag(%rip)
286         GET_CR2_INTO_RCX
287         movq %rcx,%r9
288         xorl %r8d,%r8d          # zero for error code
289         movl %esi,%ecx          # get vector number
290         # Test %ecx against mask of vectors that push error code.
291         cmpl $31,%ecx
292         ja 0f
293         movl $1,%eax
294         salq %cl,%rax
295         testl $0x27d00,%eax
296         je 0f
297         popq %r8                # get error code
298 0:      movq 0(%rsp),%rcx       # get ip
299         movq 8(%rsp),%rdx       # get cs
300         xorl %eax,%eax
301         leaq early_idt_msg(%rip),%rdi
302         call early_printk
303         cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
304         jz  1f
305         call dump_stack
306 #ifdef CONFIG_KALLSYMS  
307         leaq early_idt_ripmsg(%rip),%rdi
308         movq 8(%rsp),%rsi       # get rip again
309         call __print_symbol
310 #endif
311 #endif /* EARLY_PRINTK */
312 1:      hlt
313         jmp 1b
314
315 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
316 early_recursion_flag:
317         .long 0
318
319 early_idt_msg:
320         .asciz "PANIC: early exception %02lx rip %lx:%lx error %lx cr2 %lx\n"
321 early_idt_ripmsg:
322         .asciz "RIP %s\n"
323 #endif /* CONFIG_EARLY_PRINTK */
324         .previous
325
326 .balign PAGE_SIZE
327
328 #define NEXT_PAGE(name) \
329         .balign PAGE_SIZE; \
330 ENTRY(name)
331
332 /* Automate the creation of 1 to 1 mapping pmd entries */
333 #define PMDS(START, PERM, COUNT)                        \
334         i = 0 ;                                         \
335         .rept (COUNT) ;                                 \
336         .quad   (START) + (i << PMD_SHIFT) + (PERM) ;   \
337         i = i + 1 ;                                     \
338         .endr
339
340         /*
341          * This default setting generates an ident mapping at address 0x100000
342          * and a mapping for the kernel that precisely maps virtual address
343          * 0xffffffff80000000 to physical address 0x000000. (always using
344          * 2Mbyte large pages provided by PAE mode)
345          */
346 NEXT_PAGE(init_level4_pgt)
347         .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
348         .org    init_level4_pgt + L4_PAGE_OFFSET*8, 0
349         .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
350         .org    init_level4_pgt + L4_START_KERNEL*8, 0
351         /* (2^48-(2*1024*1024*1024))/(2^39) = 511 */
352         .quad   level3_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
353
354 NEXT_PAGE(level3_ident_pgt)
355         .quad   level2_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
356         .fill   511,8,0
357
358 NEXT_PAGE(level3_kernel_pgt)
359         .fill   L3_START_KERNEL,8,0
360         /* (2^48-(2*1024*1024*1024)-((2^39)*511))/(2^30) = 510 */
361         .quad   level2_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
362         .quad   level2_fixmap_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
363
364 NEXT_PAGE(level2_fixmap_pgt)
365         .fill   506,8,0
366         .quad   level1_fixmap_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
367         /* 8MB reserved for vsyscalls + a 2MB hole = 4 + 1 entries */
368         .fill   5,8,0
369
370 NEXT_PAGE(level1_fixmap_pgt)
371         .fill   512,8,0
372
373 NEXT_PAGE(level2_ident_pgt)
374         /* Since I easily can, map the first 1G.
375          * Don't set NX because code runs from these pages.
376          */
377         PMDS(0, __PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC, PTRS_PER_PMD)
378
379 NEXT_PAGE(level2_kernel_pgt)
380         /*
381          * 512 MB kernel mapping. We spend a full page on this pagetable
382          * anyway.
383          *
384          * The kernel code+data+bss must not be bigger than that.
385          *
386          * (NOTE: at +512MB starts the module area, see MODULES_VADDR.
387          *  If you want to increase this then increase MODULES_VADDR
388          *  too.)
389          */
390         PMDS(0, __PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC,
391                 KERNEL_IMAGE_SIZE/PMD_SIZE)
392
393 NEXT_PAGE(level2_spare_pgt)
394         .fill   512, 8, 0
395
396 #undef PMDS
397 #undef NEXT_PAGE
398
399         .data
400         .align 16
401         .globl early_gdt_descr
402 early_gdt_descr:
403         .word   GDT_ENTRIES*8-1
404         .quad   per_cpu__gdt_page
405
406 ENTRY(phys_base)
407         /* This must match the first entry in level2_kernel_pgt */
408         .quad   0x0000000000000000
409
410 #include "../../x86/xen/xen-head.S"
411         
412         .section .bss, "aw", @nobits
413         .align L1_CACHE_BYTES
414 ENTRY(idt_table)
415         .skip 256 * 16
416
417         .section .bss.page_aligned, "aw", @nobits
418         .align PAGE_SIZE
419 ENTRY(empty_zero_page)
420         .skip PAGE_SIZE