kbuild: full dependency check on asm-offsets.h
[linux-2.6.git] / 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/config.h>
12 #include <linux/threads.h>
13 #include <linux/linkage.h>
14 #include <asm/segment.h>
15 #include <asm/page.h>
16 #include <asm/pgtable.h>
17 #include <asm/desc.h>
18 #include <asm/cache.h>
19 #include <asm/thread_info.h>
20 #include <asm/asm-offsets.h>
21 #include <asm/setup.h>
22
23 /*
24  * References to members of the new_cpu_data structure.
25  */
26
27 #define X86             new_cpu_data+CPUINFO_x86
28 #define X86_VENDOR      new_cpu_data+CPUINFO_x86_vendor
29 #define X86_MODEL       new_cpu_data+CPUINFO_x86_model
30 #define X86_MASK        new_cpu_data+CPUINFO_x86_mask
31 #define X86_HARD_MATH   new_cpu_data+CPUINFO_hard_math
32 #define X86_CPUID       new_cpu_data+CPUINFO_cpuid_level
33 #define X86_CAPABILITY  new_cpu_data+CPUINFO_x86_capability
34 #define X86_VENDOR_ID   new_cpu_data+CPUINFO_x86_vendor_id
35
36 /*
37  * This is how much memory *in addition to the memory covered up to
38  * and including _end* we need mapped initially.  We need one bit for
39  * each possible page, but only in low memory, which means
40  * 2^32/4096/8 = 128K worst case (4G/4G split.)
41  *
42  * Modulo rounding, each megabyte assigned here requires a kilobyte of
43  * memory, which is currently unreclaimed.
44  *
45  * This should be a multiple of a page.
46  */
47 #define INIT_MAP_BEYOND_END     (128*1024)
48
49
50 /*
51  * 32-bit kernel entrypoint; only used by the boot CPU.  On entry,
52  * %esi points to the real-mode code as a 32-bit pointer.
53  * CS and DS must be 4 GB flat segments, but we don't depend on
54  * any particular GDT layout, because we load our own as soon as we
55  * can.
56  */
57 ENTRY(startup_32)
58
59 /*
60  * Set segments to known values.
61  */
62         cld
63         lgdt boot_gdt_descr - __PAGE_OFFSET
64         movl $(__BOOT_DS),%eax
65         movl %eax,%ds
66         movl %eax,%es
67         movl %eax,%fs
68         movl %eax,%gs
69
70 /*
71  * Clear BSS first so that there are no surprises...
72  * No need to cld as DF is already clear from cld above...
73  */
74         xorl %eax,%eax
75         movl $__bss_start - __PAGE_OFFSET,%edi
76         movl $__bss_stop - __PAGE_OFFSET,%ecx
77         subl %edi,%ecx
78         shrl $2,%ecx
79         rep ; stosl
80 /*
81  * Copy bootup parameters out of the way.
82  * Note: %esi still has the pointer to the real-mode data.
83  * With the kexec as boot loader, parameter segment might be loaded beyond
84  * kernel image and might not even be addressable by early boot page tables.
85  * (kexec on panic case). Hence copy out the parameters before initializing
86  * page tables.
87  */
88         movl $(boot_params - __PAGE_OFFSET),%edi
89         movl $(PARAM_SIZE/4),%ecx
90         cld
91         rep
92         movsl
93         movl boot_params - __PAGE_OFFSET + NEW_CL_POINTER,%esi
94         andl %esi,%esi
95         jnz 2f                  # New command line protocol
96         cmpw $(OLD_CL_MAGIC),OLD_CL_MAGIC_ADDR
97         jne 1f
98         movzwl OLD_CL_OFFSET,%esi
99         addl $(OLD_CL_BASE_ADDR),%esi
100 2:
101         movl $(saved_command_line - __PAGE_OFFSET),%edi
102         movl $(COMMAND_LINE_SIZE/4),%ecx
103         rep
104         movsl
105 1:
106
107 /*
108  * Initialize page tables.  This creates a PDE and a set of page
109  * tables, which are located immediately beyond _end.  The variable
110  * init_pg_tables_end is set up to point to the first "safe" location.
111  * Mappings are created both at virtual address 0 (identity mapping)
112  * and PAGE_OFFSET for up to _end+sizeof(page tables)+INIT_MAP_BEYOND_END.
113  *
114  * Warning: don't use %esi or the stack in this code.  However, %esp
115  * can be used as a GPR if you really need it...
116  */
117 page_pde_offset = (__PAGE_OFFSET >> 20);
118
119         movl $(pg0 - __PAGE_OFFSET), %edi
120         movl $(swapper_pg_dir - __PAGE_OFFSET), %edx
121         movl $0x007, %eax                       /* 0x007 = PRESENT+RW+USER */
122 10:
123         leal 0x007(%edi),%ecx                   /* Create PDE entry */
124         movl %ecx,(%edx)                        /* Store identity PDE entry */
125         movl %ecx,page_pde_offset(%edx)         /* Store kernel PDE entry */
126         addl $4,%edx
127         movl $1024, %ecx
128 11:
129         stosl
130         addl $0x1000,%eax
131         loop 11b
132         /* End condition: we must map up to and including INIT_MAP_BEYOND_END */
133         /* bytes beyond the end of our own page tables; the +0x007 is the attribute bits */
134         leal (INIT_MAP_BEYOND_END+0x007)(%edi),%ebp
135         cmpl %ebp,%eax
136         jb 10b
137         movl %edi,(init_pg_tables_end - __PAGE_OFFSET)
138
139 #ifdef CONFIG_SMP
140         xorl %ebx,%ebx                          /* This is the boot CPU (BSP) */
141         jmp 3f
142
143 /*
144  * Non-boot CPU entry point; entered from trampoline.S
145  * We can't lgdt here, because lgdt itself uses a data segment, but
146  * we know the trampoline has already loaded the boot_gdt_table GDT
147  * for us.
148  */
149 ENTRY(startup_32_smp)
150         cld
151         movl $(__BOOT_DS),%eax
152         movl %eax,%ds
153         movl %eax,%es
154         movl %eax,%fs
155         movl %eax,%gs
156
157 /*
158  *      New page tables may be in 4Mbyte page mode and may
159  *      be using the global pages. 
160  *
161  *      NOTE! If we are on a 486 we may have no cr4 at all!
162  *      So we do not try to touch it unless we really have
163  *      some bits in it to set.  This won't work if the BSP
164  *      implements cr4 but this AP does not -- very unlikely
165  *      but be warned!  The same applies to the pse feature
166  *      if not equally supported. --macro
167  *
168  *      NOTE! We have to correct for the fact that we're
169  *      not yet offset PAGE_OFFSET..
170  */
171 #define cr4_bits mmu_cr4_features-__PAGE_OFFSET
172         movl cr4_bits,%edx
173         andl %edx,%edx
174         jz 6f
175         movl %cr4,%eax          # Turn on paging options (PSE,PAE,..)
176         orl %edx,%eax
177         movl %eax,%cr4
178
179         btl $5, %eax            # check if PAE is enabled
180         jnc 6f
181
182         /* Check if extended functions are implemented */
183         movl $0x80000000, %eax
184         cpuid
185         cmpl $0x80000000, %eax
186         jbe 6f
187         mov $0x80000001, %eax
188         cpuid
189         /* Execute Disable bit supported? */
190         btl $20, %edx
191         jnc 6f
192
193         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
194         movl $0xc0000080, %ecx
195         rdmsr
196
197         btsl $11, %eax
198         /* Make changes effective */
199         wrmsr
200
201 6:
202         /* This is a secondary processor (AP) */
203         xorl %ebx,%ebx
204         incl %ebx
205
206 3:
207 #endif /* CONFIG_SMP */
208
209 /*
210  * Enable paging
211  */
212         movl $swapper_pg_dir-__PAGE_OFFSET,%eax
213         movl %eax,%cr3          /* set the page table pointer.. */
214         movl %cr0,%eax
215         orl $0x80000000,%eax
216         movl %eax,%cr0          /* ..and set paging (PG) bit */
217         ljmp $__BOOT_CS,$1f     /* Clear prefetch and normalize %eip */
218 1:
219         /* Set up the stack pointer */
220         lss stack_start,%esp
221
222 /*
223  * Initialize eflags.  Some BIOS's leave bits like NT set.  This would
224  * confuse the debugger if this code is traced.
225  * XXX - best to initialize before switching to protected mode.
226  */
227         pushl $0
228         popfl
229
230 #ifdef CONFIG_SMP
231         andl %ebx,%ebx
232         jz  1f                          /* Initial CPU cleans BSS */
233         jmp checkCPUtype
234 1:
235 #endif /* CONFIG_SMP */
236
237 /*
238  * start system 32-bit setup. We need to re-do some of the things done
239  * in 16-bit mode for the "real" operations.
240  */
241         call setup_idt
242
243 checkCPUtype:
244
245         movl $-1,X86_CPUID              #  -1 for no CPUID initially
246
247 /* check if it is 486 or 386. */
248 /*
249  * XXX - this does a lot of unnecessary setup.  Alignment checks don't
250  * apply at our cpl of 0 and the stack ought to be aligned already, and
251  * we don't need to preserve eflags.
252  */
253
254         movb $3,X86             # at least 386
255         pushfl                  # push EFLAGS
256         popl %eax               # get EFLAGS
257         movl %eax,%ecx          # save original EFLAGS
258         xorl $0x240000,%eax     # flip AC and ID bits in EFLAGS
259         pushl %eax              # copy to EFLAGS
260         popfl                   # set EFLAGS
261         pushfl                  # get new EFLAGS
262         popl %eax               # put it in eax
263         xorl %ecx,%eax          # change in flags
264         pushl %ecx              # restore original EFLAGS
265         popfl
266         testl $0x40000,%eax     # check if AC bit changed
267         je is386
268
269         movb $4,X86             # at least 486
270         testl $0x200000,%eax    # check if ID bit changed
271         je is486
272
273         /* get vendor info */
274         xorl %eax,%eax                  # call CPUID with 0 -> return vendor ID
275         cpuid
276         movl %eax,X86_CPUID             # save CPUID level
277         movl %ebx,X86_VENDOR_ID         # lo 4 chars
278         movl %edx,X86_VENDOR_ID+4       # next 4 chars
279         movl %ecx,X86_VENDOR_ID+8       # last 4 chars
280
281         orl %eax,%eax                   # do we have processor info as well?
282         je is486
283
284         movl $1,%eax            # Use the CPUID instruction to get CPU type
285         cpuid
286         movb %al,%cl            # save reg for future use
287         andb $0x0f,%ah          # mask processor family
288         movb %ah,X86
289         andb $0xf0,%al          # mask model
290         shrb $4,%al
291         movb %al,X86_MODEL
292         andb $0x0f,%cl          # mask mask revision
293         movb %cl,X86_MASK
294         movl %edx,X86_CAPABILITY
295
296 is486:  movl $0x50022,%ecx      # set AM, WP, NE and MP
297         jmp 2f
298
299 is386:  movl $2,%ecx            # set MP
300 2:      movl %cr0,%eax
301         andl $0x80000011,%eax   # Save PG,PE,ET
302         orl %ecx,%eax
303         movl %eax,%cr0
304
305         call check_x87
306         lgdt cpu_gdt_descr
307         lidt idt_descr
308         ljmp $(__KERNEL_CS),$1f
309 1:      movl $(__KERNEL_DS),%eax        # reload all the segment registers
310         movl %eax,%ss                   # after changing gdt.
311
312         movl $(__USER_DS),%eax          # DS/ES contains default USER segment
313         movl %eax,%ds
314         movl %eax,%es
315
316         xorl %eax,%eax                  # Clear FS/GS and LDT
317         movl %eax,%fs
318         movl %eax,%gs
319         lldt %ax
320         cld                     # gcc2 wants the direction flag cleared at all times
321 #ifdef CONFIG_SMP
322         movb ready, %cl
323         movb $1, ready
324         cmpb $0,%cl
325         je 1f                   # the first CPU calls start_kernel
326                                 # all other CPUs call initialize_secondary
327         call initialize_secondary
328         jmp L6
329 1:
330 #endif /* CONFIG_SMP */
331         call start_kernel
332 L6:
333         jmp L6                  # main should never return here, but
334                                 # just in case, we know what happens.
335
336 /*
337  * We depend on ET to be correct. This checks for 287/387.
338  */
339 check_x87:
340         movb $0,X86_HARD_MATH
341         clts
342         fninit
343         fstsw %ax
344         cmpb $0,%al
345         je 1f
346         movl %cr0,%eax          /* no coprocessor: have to set bits */
347         xorl $4,%eax            /* set EM */
348         movl %eax,%cr0
349         ret
350         ALIGN
351 1:      movb $1,X86_HARD_MATH
352         .byte 0xDB,0xE4         /* fsetpm for 287, ignored by 387 */
353         ret
354
355 /*
356  *  setup_idt
357  *
358  *  sets up a idt with 256 entries pointing to
359  *  ignore_int, interrupt gates. It doesn't actually load
360  *  idt - that can be done only after paging has been enabled
361  *  and the kernel moved to PAGE_OFFSET. Interrupts
362  *  are enabled elsewhere, when we can be relatively
363  *  sure everything is ok.
364  *
365  *  Warning: %esi is live across this function.
366  */
367 setup_idt:
368         lea ignore_int,%edx
369         movl $(__KERNEL_CS << 16),%eax
370         movw %dx,%ax            /* selector = 0x0010 = cs */
371         movw $0x8E00,%dx        /* interrupt gate - dpl=0, present */
372
373         lea idt_table,%edi
374         mov $256,%ecx
375 rp_sidt:
376         movl %eax,(%edi)
377         movl %edx,4(%edi)
378         addl $8,%edi
379         dec %ecx
380         jne rp_sidt
381         ret
382
383 /* This is the default interrupt "handler" :-) */
384         ALIGN
385 ignore_int:
386         cld
387 #ifdef CONFIG_PRINTK
388         pushl %eax
389         pushl %ecx
390         pushl %edx
391         pushl %es
392         pushl %ds
393         movl $(__KERNEL_DS),%eax
394         movl %eax,%ds
395         movl %eax,%es
396         pushl 16(%esp)
397         pushl 24(%esp)
398         pushl 32(%esp)
399         pushl 40(%esp)
400         pushl $int_msg
401         call printk
402         addl $(5*4),%esp
403         popl %ds
404         popl %es
405         popl %edx
406         popl %ecx
407         popl %eax
408 #endif
409         iret
410
411 /*
412  * Real beginning of normal "text" segment
413  */
414 ENTRY(stext)
415 ENTRY(_stext)
416
417 /*
418  * BSS section
419  */
420 .section ".bss.page_aligned","w"
421 ENTRY(swapper_pg_dir)
422         .fill 1024,4,0
423 ENTRY(empty_zero_page)
424         .fill 4096,1,0
425
426 /*
427  * This starts the data section.
428  */
429 .data
430
431 ENTRY(stack_start)
432         .long init_thread_union+THREAD_SIZE
433         .long __BOOT_DS
434
435 ready:  .byte 0
436
437 int_msg:
438         .asciz "Unknown interrupt or fault at EIP %p %p %p\n"
439
440 /*
441  * The IDT and GDT 'descriptors' are a strange 48-bit object
442  * only used by the lidt and lgdt instructions. They are not
443  * like usual segment descriptors - they consist of a 16-bit
444  * segment size, and 32-bit linear address value:
445  */
446
447 .globl boot_gdt_descr
448 .globl idt_descr
449 .globl cpu_gdt_descr
450
451         ALIGN
452 # early boot GDT descriptor (must use 1:1 address mapping)
453         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
454 boot_gdt_descr:
455         .word __BOOT_DS+7
456         .long boot_gdt_table - __PAGE_OFFSET
457
458         .word 0                         # 32-bit align idt_desc.address
459 idt_descr:
460         .word IDT_ENTRIES*8-1           # idt contains 256 entries
461         .long idt_table
462
463 # boot GDT descriptor (later on used by CPU#0):
464         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
465 cpu_gdt_descr:
466         .word GDT_ENTRIES*8-1
467         .long cpu_gdt_table
468
469         .fill NR_CPUS-1,8,0             # space for the other GDT descriptors
470
471 /*
472  * The boot_gdt_table must mirror the equivalent in setup.S and is
473  * used only for booting.
474  */
475         .align L1_CACHE_BYTES
476 ENTRY(boot_gdt_table)
477         .fill GDT_ENTRY_BOOT_CS,8,0
478         .quad 0x00cf9a000000ffff        /* kernel 4GB code at 0x00000000 */
479         .quad 0x00cf92000000ffff        /* kernel 4GB data at 0x00000000 */
480
481 /*
482  * The Global Descriptor Table contains 28 quadwords, per-CPU.
483  */
484         .align PAGE_SIZE_asm
485 ENTRY(cpu_gdt_table)
486         .quad 0x0000000000000000        /* NULL descriptor */
487         .quad 0x0000000000000000        /* 0x0b reserved */
488         .quad 0x0000000000000000        /* 0x13 reserved */
489         .quad 0x0000000000000000        /* 0x1b reserved */
490         .quad 0x0000000000000000        /* 0x20 unused */
491         .quad 0x0000000000000000        /* 0x28 unused */
492         .quad 0x0000000000000000        /* 0x33 TLS entry 1 */
493         .quad 0x0000000000000000        /* 0x3b TLS entry 2 */
494         .quad 0x0000000000000000        /* 0x43 TLS entry 3 */
495         .quad 0x0000000000000000        /* 0x4b reserved */
496         .quad 0x0000000000000000        /* 0x53 reserved */
497         .quad 0x0000000000000000        /* 0x5b reserved */
498
499         .quad 0x00cf9a000000ffff        /* 0x60 kernel 4GB code at 0x00000000 */
500         .quad 0x00cf92000000ffff        /* 0x68 kernel 4GB data at 0x00000000 */
501         .quad 0x00cffa000000ffff        /* 0x73 user 4GB code at 0x00000000 */
502         .quad 0x00cff2000000ffff        /* 0x7b user 4GB data at 0x00000000 */
503
504         .quad 0x0000000000000000        /* 0x80 TSS descriptor */
505         .quad 0x0000000000000000        /* 0x88 LDT descriptor */
506
507         /* Segments used for calling PnP BIOS */
508         .quad 0x00c09a0000000000        /* 0x90 32-bit code */
509         .quad 0x00809a0000000000        /* 0x98 16-bit code */
510         .quad 0x0080920000000000        /* 0xa0 16-bit data */
511         .quad 0x0080920000000000        /* 0xa8 16-bit data */
512         .quad 0x0080920000000000        /* 0xb0 16-bit data */
513         /*
514          * The APM segments have byte granularity and their bases
515          * and limits are set at run time.
516          */
517         .quad 0x00409a0000000000        /* 0xb8 APM CS    code */
518         .quad 0x00009a0000000000        /* 0xc0 APM CS 16 code (16 bit) */
519         .quad 0x0040920000000000        /* 0xc8 APM DS    data */
520
521         .quad 0x0000920000000000        /* 0xd0 - ESPFIX 16-bit SS */
522         .quad 0x0000000000000000        /* 0xd8 - unused */
523         .quad 0x0000000000000000        /* 0xe0 - unused */
524         .quad 0x0000000000000000        /* 0xe8 - unused */
525         .quad 0x0000000000000000        /* 0xf0 - unused */
526         .quad 0x0000000000000000        /* 0xf8 - GDT entry 31: double-fault TSS */
527