Merge branch 'x86-asm-for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[linux-2.6.git] / 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/segment.h>
16 #include <asm/pgtable.h>
17 #include <asm/page.h>
18 #include <asm/msr.h>
19 #include <asm/cache.h>
20 #include <asm/processor-flags.h>
21 #include <asm/percpu.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         __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_IDENT_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 */
216         xorl %eax,%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         /* Set up %gs.
230          *
231          * The base of %gs always points to the bottom of the irqstack
232          * union.  If the stack protector canary is enabled, it is
233          * located at %gs:40.  Note that, on SMP, the boot cpu uses
234          * init data section till per cpu areas are set up.
235          */
236         movl    $MSR_GS_BASE,%ecx
237         movq    initial_gs(%rip),%rax
238         movq    %rax,%rdx
239         shrq    $32,%rdx
240         wrmsr   
241
242         /* esi is pointer to real mode structure with interesting info.
243            pass it to C */
244         movl    %esi, %edi
245         
246         /* Finally jump to run C code and to be on real kernel address
247          * Since we are running on identity-mapped space we have to jump
248          * to the full 64bit address, this is only possible as indirect
249          * jump.  In addition we need to ensure %cs is set so we make this
250          * a far return.
251          */
252         movq    initial_code(%rip),%rax
253         pushq   $0              # fake return address to stop unwinder
254         pushq   $__KERNEL_CS    # set correct cs
255         pushq   %rax            # target address in negative space
256         lretq
257
258         /* SMP bootup changes these two */
259         __REFDATA
260         .align  8
261         ENTRY(initial_code)
262         .quad   x86_64_start_kernel
263         ENTRY(initial_gs)
264         .quad   INIT_PER_CPU_VAR(irq_stack_union)
265         __FINITDATA
266
267         ENTRY(stack_start)
268         .quad  init_thread_union+THREAD_SIZE-8
269         .word  0
270
271 bad_address:
272         jmp bad_address
273
274         .section ".init.text","ax"
275 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
276         .globl early_idt_handlers
277 early_idt_handlers:
278         i = 0
279         .rept NUM_EXCEPTION_VECTORS
280         movl $i, %esi
281         jmp early_idt_handler
282         i = i + 1
283         .endr
284 #endif
285
286 ENTRY(early_idt_handler)
287 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
288         cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
289         jz  1f
290         incl early_recursion_flag(%rip)
291         GET_CR2_INTO_RCX
292         movq %rcx,%r9
293         xorl %r8d,%r8d          # zero for error code
294         movl %esi,%ecx          # get vector number
295         # Test %ecx against mask of vectors that push error code.
296         cmpl $31,%ecx
297         ja 0f
298         movl $1,%eax
299         salq %cl,%rax
300         testl $0x27d00,%eax
301         je 0f
302         popq %r8                # get error code
303 0:      movq 0(%rsp),%rcx       # get ip
304         movq 8(%rsp),%rdx       # get cs
305         xorl %eax,%eax
306         leaq early_idt_msg(%rip),%rdi
307         call early_printk
308         cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
309         jz  1f
310         call dump_stack
311 #ifdef CONFIG_KALLSYMS  
312         leaq early_idt_ripmsg(%rip),%rdi
313         movq 0(%rsp),%rsi       # get rip again
314         call __print_symbol
315 #endif
316 #endif /* EARLY_PRINTK */
317 1:      hlt
318         jmp 1b
319
320 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
321 early_recursion_flag:
322         .long 0
323
324 early_idt_msg:
325         .asciz "PANIC: early exception %02lx rip %lx:%lx error %lx cr2 %lx\n"
326 early_idt_ripmsg:
327         .asciz "RIP %s\n"
328 #endif /* CONFIG_EARLY_PRINTK */
329         .previous
330
331 #define NEXT_PAGE(name) \
332         .balign PAGE_SIZE; \
333 ENTRY(name)
334
335 /* Automate the creation of 1 to 1 mapping pmd entries */
336 #define PMDS(START, PERM, COUNT)                        \
337         i = 0 ;                                         \
338         .rept (COUNT) ;                                 \
339         .quad   (START) + (i << PMD_SHIFT) + (PERM) ;   \
340         i = i + 1 ;                                     \
341         .endr
342
343         /*
344          * This default setting generates an ident mapping at address 0x100000
345          * and a mapping for the kernel that precisely maps virtual address
346          * 0xffffffff80000000 to physical address 0x000000. (always using
347          * 2Mbyte large pages provided by PAE mode)
348          */
349 NEXT_PAGE(init_level4_pgt)
350         .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
351         .org    init_level4_pgt + L4_PAGE_OFFSET*8, 0
352         .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
353         .org    init_level4_pgt + L4_START_KERNEL*8, 0
354         /* (2^48-(2*1024*1024*1024))/(2^39) = 511 */
355         .quad   level3_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
356
357 NEXT_PAGE(level3_ident_pgt)
358         .quad   level2_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
359         .fill   511,8,0
360
361 NEXT_PAGE(level3_kernel_pgt)
362         .fill   L3_START_KERNEL,8,0
363         /* (2^48-(2*1024*1024*1024)-((2^39)*511))/(2^30) = 510 */
364         .quad   level2_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
365         .quad   level2_fixmap_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
366
367 NEXT_PAGE(level2_fixmap_pgt)
368         .fill   506,8,0
369         .quad   level1_fixmap_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
370         /* 8MB reserved for vsyscalls + a 2MB hole = 4 + 1 entries */
371         .fill   5,8,0
372
373 NEXT_PAGE(level1_fixmap_pgt)
374         .fill   512,8,0
375
376 NEXT_PAGE(level2_ident_pgt)
377         /* Since I easily can, map the first 1G.
378          * Don't set NX because code runs from these pages.
379          */
380         PMDS(0, __PAGE_KERNEL_IDENT_LARGE_EXEC, PTRS_PER_PMD)
381
382 NEXT_PAGE(level2_kernel_pgt)
383         /*
384          * 512 MB kernel mapping. We spend a full page on this pagetable
385          * anyway.
386          *
387          * The kernel code+data+bss must not be bigger than that.
388          *
389          * (NOTE: at +512MB starts the module area, see MODULES_VADDR.
390          *  If you want to increase this then increase MODULES_VADDR
391          *  too.)
392          */
393         PMDS(0, __PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC,
394                 KERNEL_IMAGE_SIZE/PMD_SIZE)
395
396 NEXT_PAGE(level2_spare_pgt)
397         .fill   512, 8, 0
398
399 #undef PMDS
400 #undef NEXT_PAGE
401
402         .data
403         .align 16
404         .globl early_gdt_descr
405 early_gdt_descr:
406         .word   GDT_ENTRIES*8-1
407 early_gdt_descr_base:
408         .quad   INIT_PER_CPU_VAR(gdt_page)
409
410 ENTRY(phys_base)
411         /* This must match the first entry in level2_kernel_pgt */
412         .quad   0x0000000000000000
413
414 #include "../../x86/xen/xen-head.S"
415         
416         .section .bss, "aw", @nobits
417         .align L1_CACHE_BYTES
418 ENTRY(idt_table)
419         .skip IDT_ENTRIES * 16
420
421         __PAGE_ALIGNED_BSS
422         .align PAGE_SIZE
423 ENTRY(empty_zero_page)
424         .skip PAGE_SIZE