Merge with /pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git
[linux-2.6] / arch / x86_64 / kernel / head.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  *
9  *  $Id: head.S,v 1.49 2002/03/19 17:39:25 ak Exp $
10  */
11
12
13 #include <linux/linkage.h>
14 #include <linux/threads.h>
15 #include <linux/init.h>
16 #include <asm/desc.h>
17 #include <asm/segment.h>
18 #include <asm/page.h>
19 #include <asm/msr.h>
20 #include <asm/cache.h>
21         
22 /* we are not able to switch in one step to the final KERNEL ADRESS SPACE
23  * because we need identity-mapped pages on setup so define __START_KERNEL to
24  * 0x100000 for this stage
25  * 
26  */
27
28         .text
29         .code32
30         .globl startup_32
31 /* %bx:  1 if coming from smp trampoline on secondary cpu */ 
32 startup_32:
33         
34         /*
35          * At this point the CPU runs in 32bit protected mode (CS.D = 1) with
36          * paging disabled and the point of this file is to switch to 64bit
37          * long mode with a kernel mapping for kerneland to jump into the
38          * kernel virtual addresses.
39          * There is no stack until we set one up.
40          */
41
42         /* Initialize the %ds segment register */
43         movl $__KERNEL_DS,%eax
44         movl %eax,%ds
45
46         /* Load new GDT with the 64bit segments using 32bit descriptor */
47         lgdt    pGDT32 - __START_KERNEL_map
48
49         /* If the CPU doesn't support CPUID this will double fault.
50          * Unfortunately it is hard to check for CPUID without a stack. 
51          */
52         
53         /* Check if extended functions are implemented */               
54         movl    $0x80000000, %eax
55         cpuid
56         cmpl    $0x80000000, %eax
57         jbe     no_long_mode
58         /* Check if long mode is implemented */
59         mov     $0x80000001, %eax
60         cpuid
61         btl     $29, %edx
62         jnc     no_long_mode
63
64         /*
65          * Prepare for entering 64bits mode
66          */
67
68         /* Enable PAE mode */
69         xorl    %eax, %eax
70         btsl    $5, %eax
71         movl    %eax, %cr4
72
73         /* Setup early boot stage 4 level pagetables */
74         movl    $(boot_level4_pgt - __START_KERNEL_map), %eax
75         movl    %eax, %cr3
76
77         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
78         movl    $MSR_EFER, %ecx
79         rdmsr
80
81         /* Enable Long Mode */
82         btsl    $_EFER_LME, %eax
83                                 
84         /* Make changes effective */
85         wrmsr
86
87         xorl    %eax, %eax
88         btsl    $31, %eax                       /* Enable paging and in turn activate Long Mode */
89         btsl    $0, %eax                        /* Enable protected mode */
90         /* Make changes effective */
91         movl    %eax, %cr0
92         /*
93          * At this point we're in long mode but in 32bit compatibility mode
94          * with EFER.LME = 1, CS.L = 0, CS.D = 1 (and in turn
95          * EFER.LMA = 1). Now we want to jump in 64bit mode, to do that we use
96          * the new gdt/idt that has __KERNEL_CS with CS.L = 1.
97          */
98         ljmp    $__KERNEL_CS, $(startup_64 - __START_KERNEL_map)
99
100         .code64
101         .org 0x100      
102         .globl startup_64
103 startup_64:
104         /* We come here either from startup_32
105          * or directly from a 64bit bootloader.
106          * Since we may have come directly from a bootloader we
107          * reload the page tables here.
108          */
109
110         /* Enable PAE mode and PGE */
111         xorq    %rax, %rax
112         btsq    $5, %rax
113         btsq    $7, %rax
114         movq    %rax, %cr4
115
116         /* Setup early boot stage 4 level pagetables. */
117         movq    $(boot_level4_pgt - __START_KERNEL_map), %rax
118         movq    %rax, %cr3
119
120         /* Check if nx is implemented */
121         movl    $0x80000001, %eax
122         cpuid
123         movl    %edx,%edi
124
125         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
126         movl    $MSR_EFER, %ecx
127         rdmsr
128
129         /* Enable System Call */
130         btsl    $_EFER_SCE, %eax
131
132         /* No Execute supported? */
133         btl     $20,%edi
134         jnc     1f
135         btsl    $_EFER_NX, %eax
136 1:
137         /* Make changes effective */
138         wrmsr
139
140         /* Setup cr0 */
141 #define CR0_PM                          1               /* protected mode */
142 #define CR0_MP                          (1<<1)
143 #define CR0_ET                          (1<<4)
144 #define CR0_NE                          (1<<5)
145 #define CR0_WP                          (1<<16)
146 #define CR0_AM                          (1<<18)
147 #define CR0_PAGING                      (1<<31)
148         movl $CR0_PM|CR0_MP|CR0_ET|CR0_NE|CR0_WP|CR0_AM|CR0_PAGING,%eax
149         /* Make changes effective */
150         movq    %rax, %cr0
151
152         /* Setup a boot time stack */
153         movq init_rsp(%rip),%rsp
154
155         /* zero EFLAGS after setting rsp */
156         pushq $0
157         popfq
158
159         /*
160          * We must switch to a new descriptor in kernel space for the GDT
161          * because soon the kernel won't have access anymore to the userspace
162          * addresses where we're currently running on. We have to do that here
163          * because in 32bit we couldn't load a 64bit linear address.
164          */
165         lgdt    cpu_gdt_descr
166
167         /* 
168          * Setup up a dummy PDA. this is just for some early bootup code
169          * that does in_interrupt() 
170          */ 
171         movl    $MSR_GS_BASE,%ecx
172         movq    $empty_zero_page,%rax
173         movq    %rax,%rdx
174         shrq    $32,%rdx
175         wrmsr   
176
177         /* set up data segments. actually 0 would do too */
178         movl $__KERNEL_DS,%eax
179         movl %eax,%ds   
180         movl %eax,%ss
181         movl %eax,%es
182                         
183         /* esi is pointer to real mode structure with interesting info.
184            pass it to C */
185         movl    %esi, %edi
186         
187         /* Finally jump to run C code and to be on real kernel address
188          * Since we are running on identity-mapped space we have to jump
189          * to the full 64bit address , this is only possible as indirect
190          * jump
191          */
192         movq    initial_code(%rip),%rax
193         jmp     *%rax
194
195         /* SMP bootup changes these two */      
196         .globl  initial_code
197 initial_code:
198         .quad   x86_64_start_kernel
199         .globl init_rsp
200 init_rsp:
201         .quad  init_thread_union+THREAD_SIZE-8
202
203 ENTRY(early_idt_handler)
204         cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
205         jz  1f
206         incl early_recursion_flag(%rip)
207         xorl %eax,%eax
208         movq 8(%rsp),%rsi       # get rip
209         movq (%rsp),%rdx
210         movq %cr2,%rcx
211         leaq early_idt_msg(%rip),%rdi
212         call early_printk
213         cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
214         jz  1f
215         call dump_stack
216 1:      hlt
217         jmp 1b
218 early_recursion_flag:
219         .long 0
220
221 early_idt_msg:
222         .asciz "PANIC: early exception rip %lx error %lx cr2 %lx\n"
223
224 .code32
225 ENTRY(no_long_mode)
226         /* This isn't an x86-64 CPU so hang */
227 1:
228         jmp     1b
229
230 .org 0xf00
231         .globl pGDT32
232 pGDT32:
233         .word   gdt_end-cpu_gdt_table
234         .long   cpu_gdt_table-__START_KERNEL_map
235
236 .org 0xf10      
237 ljumpvector:
238         .long   startup_64-__START_KERNEL_map
239         .word   __KERNEL_CS
240
241 ENTRY(stext)
242 ENTRY(_stext)
243
244         $page = 0
245 #define NEXT_PAGE(name) \
246         $page = $page + 1; \
247         .org $page * 0x1000; \
248         phys_/**/name = $page * 0x1000 + __PHYSICAL_START; \
249 ENTRY(name)
250
251 NEXT_PAGE(init_level4_pgt)
252         /* This gets initialized in x86_64_start_kernel */
253         .fill   512,8,0
254
255 NEXT_PAGE(level3_ident_pgt)
256         .quad   phys_level2_ident_pgt | 0x007
257         .fill   511,8,0
258
259 NEXT_PAGE(level3_kernel_pgt)
260         .fill   510,8,0
261         /* (2^48-(2*1024*1024*1024)-((2^39)*511))/(2^30) = 510 */
262         .quad   phys_level2_kernel_pgt | 0x007
263         .fill   1,8,0
264
265 NEXT_PAGE(level2_ident_pgt)
266         /* 40MB for bootup.     */
267         i = 0
268         .rept 20
269         .quad   i << 21 | 0x083
270         i = i + 1
271         .endr
272         /* Temporary mappings for the super early allocator in arch/x86_64/mm/init.c */
273         .globl temp_boot_pmds
274 temp_boot_pmds:
275         .fill   492,8,0
276         
277 NEXT_PAGE(level2_kernel_pgt)
278         /* 40MB kernel mapping. The kernel code cannot be bigger than that.
279            When you change this change KERNEL_TEXT_SIZE in page.h too. */
280         /* (2^48-(2*1024*1024*1024)-((2^39)*511)-((2^30)*510)) = 0 */
281         i = 0
282         .rept 20
283         .quad   i << 21 | 0x183
284         i = i + 1
285         .endr
286         /* Module mapping starts here */
287         .fill   492,8,0
288
289 NEXT_PAGE(empty_zero_page)
290
291 NEXT_PAGE(level3_physmem_pgt)
292         .quad   phys_level2_kernel_pgt | 0x007  /* so that __va works even before pagetable_init */
293         .fill   511,8,0
294
295 #undef NEXT_PAGE
296
297         .data
298
299 #ifdef CONFIG_ACPI_SLEEP
300         .align PAGE_SIZE
301 ENTRY(wakeup_level4_pgt)
302         .quad   phys_level3_ident_pgt | 0x007
303         .fill   255,8,0
304         .quad   phys_level3_physmem_pgt | 0x007
305         .fill   254,8,0
306         /* (2^48-(2*1024*1024*1024))/(2^39) = 511 */
307         .quad   phys_level3_kernel_pgt | 0x007
308 #endif
309
310 #ifndef CONFIG_HOTPLUG_CPU
311         __INITDATA
312 #endif
313         /*
314          * This default setting generates an ident mapping at address 0x100000
315          * and a mapping for the kernel that precisely maps virtual address
316          * 0xffffffff80000000 to physical address 0x000000. (always using
317          * 2Mbyte large pages provided by PAE mode)
318          */
319         .align PAGE_SIZE
320 ENTRY(boot_level4_pgt)
321         .quad   phys_level3_ident_pgt | 0x007
322         .fill   255,8,0
323         .quad   phys_level3_physmem_pgt | 0x007
324         .fill   254,8,0
325         /* (2^48-(2*1024*1024*1024))/(2^39) = 511 */
326         .quad   phys_level3_kernel_pgt | 0x007
327
328         .data
329
330         .align 16
331         .globl cpu_gdt_descr
332 cpu_gdt_descr:
333         .word   gdt_end-cpu_gdt_table
334 gdt:
335         .quad   cpu_gdt_table
336 #ifdef CONFIG_SMP
337         .rept   NR_CPUS-1
338         .word   0
339         .quad   0
340         .endr
341 #endif
342
343 /* We need valid kernel segments for data and code in long mode too
344  * IRET will check the segment types  kkeil 2000/10/28
345  * Also sysret mandates a special GDT layout 
346  */
347                                 
348 .align PAGE_SIZE
349
350 /* The TLS descriptors are currently at a different place compared to i386.
351    Hopefully nobody expects them at a fixed place (Wine?) */
352         
353 ENTRY(cpu_gdt_table)
354         .quad   0x0000000000000000      /* NULL descriptor */
355         .quad   0x0                     /* unused */
356         .quad   0x00af9a000000ffff      /* __KERNEL_CS */
357         .quad   0x00cf92000000ffff      /* __KERNEL_DS */
358         .quad   0x00cffa000000ffff      /* __USER32_CS */
359         .quad   0x00cff2000000ffff      /* __USER_DS, __USER32_DS  */           
360         .quad   0x00affa000000ffff      /* __USER_CS */
361         .quad   0x00cf9a000000ffff      /* __KERNEL32_CS */
362         .quad   0,0                     /* TSS */
363         .quad   0,0                     /* LDT */
364         .quad   0,0,0                   /* three TLS descriptors */ 
365         .quad   0                       /* unused */
366 gdt_end:        
367         /* asm/segment.h:GDT_ENTRIES must match this */ 
368         /* This should be a multiple of the cache line size */
369         /* GDTs of other CPUs are now dynamically allocated */
370
371         /* zero the remaining page */
372         .fill PAGE_SIZE / 8 - GDT_ENTRIES,8,0
373
374 ENTRY(idt_table)        
375         .rept   256
376         .quad   0
377         .quad   0
378         .endr
379