Remove obsolete #include <linux/config.h>
[linux-3.10.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/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 /*
59  * Set segments to known values.
60  */
61         cld
62         lgdt boot_gdt_descr - __PAGE_OFFSET
63         movl $(__BOOT_DS),%eax
64         movl %eax,%ds
65         movl %eax,%es
66         movl %eax,%fs
67         movl %eax,%gs
68
69 /*
70  * Clear BSS first so that there are no surprises...
71  * No need to cld as DF is already clear from cld above...
72  */
73         xorl %eax,%eax
74         movl $__bss_start - __PAGE_OFFSET,%edi
75         movl $__bss_stop - __PAGE_OFFSET,%ecx
76         subl %edi,%ecx
77         shrl $2,%ecx
78         rep ; stosl
79 /*
80  * Copy bootup parameters out of the way.
81  * Note: %esi still has the pointer to the real-mode data.
82  * With the kexec as boot loader, parameter segment might be loaded beyond
83  * kernel image and might not even be addressable by early boot page tables.
84  * (kexec on panic case). Hence copy out the parameters before initializing
85  * page tables.
86  */
87         movl $(boot_params - __PAGE_OFFSET),%edi
88         movl $(PARAM_SIZE/4),%ecx
89         cld
90         rep
91         movsl
92         movl boot_params - __PAGE_OFFSET + NEW_CL_POINTER,%esi
93         andl %esi,%esi
94         jnz 2f                  # New command line protocol
95         cmpw $(OLD_CL_MAGIC),OLD_CL_MAGIC_ADDR
96         jne 1f
97         movzwl OLD_CL_OFFSET,%esi
98         addl $(OLD_CL_BASE_ADDR),%esi
99 2:
100         movl $(saved_command_line - __PAGE_OFFSET),%edi
101         movl $(COMMAND_LINE_SIZE/4),%ecx
102         rep
103         movsl
104 1:
105
106 /*
107  * Initialize page tables.  This creates a PDE and a set of page
108  * tables, which are located immediately beyond _end.  The variable
109  * init_pg_tables_end is set up to point to the first "safe" location.
110  * Mappings are created both at virtual address 0 (identity mapping)
111  * and PAGE_OFFSET for up to _end+sizeof(page tables)+INIT_MAP_BEYOND_END.
112  *
113  * Warning: don't use %esi or the stack in this code.  However, %esp
114  * can be used as a GPR if you really need it...
115  */
116 page_pde_offset = (__PAGE_OFFSET >> 20);
117
118         movl $(pg0 - __PAGE_OFFSET), %edi
119         movl $(swapper_pg_dir - __PAGE_OFFSET), %edx
120         movl $0x007, %eax                       /* 0x007 = PRESENT+RW+USER */
121 10:
122         leal 0x007(%edi),%ecx                   /* Create PDE entry */
123         movl %ecx,(%edx)                        /* Store identity PDE entry */
124         movl %ecx,page_pde_offset(%edx)         /* Store kernel PDE entry */
125         addl $4,%edx
126         movl $1024, %ecx
127 11:
128         stosl
129         addl $0x1000,%eax
130         loop 11b
131         /* End condition: we must map up to and including INIT_MAP_BEYOND_END */
132         /* bytes beyond the end of our own page tables; the +0x007 is the attribute bits */
133         leal (INIT_MAP_BEYOND_END+0x007)(%edi),%ebp
134         cmpl %ebp,%eax
135         jb 10b
136         movl %edi,(init_pg_tables_end - __PAGE_OFFSET)
137
138 #ifdef CONFIG_SMP
139         xorl %ebx,%ebx                          /* This is the boot CPU (BSP) */
140         jmp 3f
141
142 /*
143  * Non-boot CPU entry point; entered from trampoline.S
144  * We can't lgdt here, because lgdt itself uses a data segment, but
145  * we know the trampoline has already loaded the boot_gdt_table GDT
146  * for us.
147  */
148 ENTRY(startup_32_smp)
149         cld
150         movl $(__BOOT_DS),%eax
151         movl %eax,%ds
152         movl %eax,%es
153         movl %eax,%fs
154         movl %eax,%gs
155
156 /*
157  *      New page tables may be in 4Mbyte page mode and may
158  *      be using the global pages. 
159  *
160  *      NOTE! If we are on a 486 we may have no cr4 at all!
161  *      So we do not try to touch it unless we really have
162  *      some bits in it to set.  This won't work if the BSP
163  *      implements cr4 but this AP does not -- very unlikely
164  *      but be warned!  The same applies to the pse feature
165  *      if not equally supported. --macro
166  *
167  *      NOTE! We have to correct for the fact that we're
168  *      not yet offset PAGE_OFFSET..
169  */
170 #define cr4_bits mmu_cr4_features-__PAGE_OFFSET
171         movl cr4_bits,%edx
172         andl %edx,%edx
173         jz 6f
174         movl %cr4,%eax          # Turn on paging options (PSE,PAE,..)
175         orl %edx,%eax
176         movl %eax,%cr4
177
178         btl $5, %eax            # check if PAE is enabled
179         jnc 6f
180
181         /* Check if extended functions are implemented */
182         movl $0x80000000, %eax
183         cpuid
184         cmpl $0x80000000, %eax
185         jbe 6f
186         mov $0x80000001, %eax
187         cpuid
188         /* Execute Disable bit supported? */
189         btl $20, %edx
190         jnc 6f
191
192         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
193         movl $0xc0000080, %ecx
194         rdmsr
195
196         btsl $11, %eax
197         /* Make changes effective */
198         wrmsr
199
200 6:
201         /* This is a secondary processor (AP) */
202         xorl %ebx,%ebx
203         incl %ebx
204
205 3:
206 #endif /* CONFIG_SMP */
207
208 /*
209  * Enable paging
210  */
211         movl $swapper_pg_dir-__PAGE_OFFSET,%eax
212         movl %eax,%cr3          /* set the page table pointer.. */
213         movl %cr0,%eax
214         orl $0x80000000,%eax
215         movl %eax,%cr0          /* ..and set paging (PG) bit */
216         ljmp $__BOOT_CS,$1f     /* Clear prefetch and normalize %eip */
217 1:
218         /* Set up the stack pointer */
219         lss stack_start,%esp
220
221 /*
222  * Initialize eflags.  Some BIOS's leave bits like NT set.  This would
223  * confuse the debugger if this code is traced.
224  * XXX - best to initialize before switching to protected mode.
225  */
226         pushl $0
227         popfl
228
229 #ifdef CONFIG_SMP
230         andl %ebx,%ebx
231         jz  1f                          /* Initial CPU cleans BSS */
232         jmp checkCPUtype
233 1:
234 #endif /* CONFIG_SMP */
235
236 /*
237  * start system 32-bit setup. We need to re-do some of the things done
238  * in 16-bit mode for the "real" operations.
239  */
240         call setup_idt
241
242 checkCPUtype:
243
244         movl $-1,X86_CPUID              #  -1 for no CPUID initially
245
246 /* check if it is 486 or 386. */
247 /*
248  * XXX - this does a lot of unnecessary setup.  Alignment checks don't
249  * apply at our cpl of 0 and the stack ought to be aligned already, and
250  * we don't need to preserve eflags.
251  */
252
253         movb $3,X86             # at least 386
254         pushfl                  # push EFLAGS
255         popl %eax               # get EFLAGS
256         movl %eax,%ecx          # save original EFLAGS
257         xorl $0x240000,%eax     # flip AC and ID bits in EFLAGS
258         pushl %eax              # copy to EFLAGS
259         popfl                   # set EFLAGS
260         pushfl                  # get new EFLAGS
261         popl %eax               # put it in eax
262         xorl %ecx,%eax          # change in flags
263         pushl %ecx              # restore original EFLAGS
264         popfl
265         testl $0x40000,%eax     # check if AC bit changed
266         je is386
267
268         movb $4,X86             # at least 486
269         testl $0x200000,%eax    # check if ID bit changed
270         je is486
271
272         /* get vendor info */
273         xorl %eax,%eax                  # call CPUID with 0 -> return vendor ID
274         cpuid
275         movl %eax,X86_CPUID             # save CPUID level
276         movl %ebx,X86_VENDOR_ID         # lo 4 chars
277         movl %edx,X86_VENDOR_ID+4       # next 4 chars
278         movl %ecx,X86_VENDOR_ID+8       # last 4 chars
279
280         orl %eax,%eax                   # do we have processor info as well?
281         je is486
282
283         movl $1,%eax            # Use the CPUID instruction to get CPU type
284         cpuid
285         movb %al,%cl            # save reg for future use
286         andb $0x0f,%ah          # mask processor family
287         movb %ah,X86
288         andb $0xf0,%al          # mask model
289         shrb $4,%al
290         movb %al,X86_MODEL
291         andb $0x0f,%cl          # mask mask revision
292         movb %cl,X86_MASK
293         movl %edx,X86_CAPABILITY
294
295 is486:  movl $0x50022,%ecx      # set AM, WP, NE and MP
296         jmp 2f
297
298 is386:  movl $2,%ecx            # set MP
299 2:      movl %cr0,%eax
300         andl $0x80000011,%eax   # Save PG,PE,ET
301         orl %ecx,%eax
302         movl %eax,%cr0
303
304         call check_x87
305         lgdt cpu_gdt_descr
306         lidt idt_descr
307         ljmp $(__KERNEL_CS),$1f
308 1:      movl $(__KERNEL_DS),%eax        # reload all the segment registers
309         movl %eax,%ss                   # after changing gdt.
310
311         movl $(__USER_DS),%eax          # DS/ES contains default USER segment
312         movl %eax,%ds
313         movl %eax,%es
314
315         xorl %eax,%eax                  # Clear FS/GS and LDT
316         movl %eax,%fs
317         movl %eax,%gs
318         lldt %ax
319         cld                     # gcc2 wants the direction flag cleared at all times
320 #ifdef CONFIG_SMP
321         movb ready, %cl
322         movb $1, ready
323         cmpb $0,%cl
324         je 1f                   # the first CPU calls start_kernel
325                                 # all other CPUs call initialize_secondary
326         call initialize_secondary
327         jmp L6
328 1:
329 #endif /* CONFIG_SMP */
330         call start_kernel
331 L6:
332         jmp L6                  # main should never return here, but
333                                 # just in case, we know what happens.
334
335 /*
336  * We depend on ET to be correct. This checks for 287/387.
337  */
338 check_x87:
339         movb $0,X86_HARD_MATH
340         clts
341         fninit
342         fstsw %ax
343         cmpb $0,%al
344         je 1f
345         movl %cr0,%eax          /* no coprocessor: have to set bits */
346         xorl $4,%eax            /* set EM */
347         movl %eax,%cr0
348         ret
349         ALIGN
350 1:      movb $1,X86_HARD_MATH
351         .byte 0xDB,0xE4         /* fsetpm for 287, ignored by 387 */
352         ret
353
354 /*
355  *  setup_idt
356  *
357  *  sets up a idt with 256 entries pointing to
358  *  ignore_int, interrupt gates. It doesn't actually load
359  *  idt - that can be done only after paging has been enabled
360  *  and the kernel moved to PAGE_OFFSET. Interrupts
361  *  are enabled elsewhere, when we can be relatively
362  *  sure everything is ok.
363  *
364  *  Warning: %esi is live across this function.
365  */
366 setup_idt:
367         lea ignore_int,%edx
368         movl $(__KERNEL_CS << 16),%eax
369         movw %dx,%ax            /* selector = 0x0010 = cs */
370         movw $0x8E00,%dx        /* interrupt gate - dpl=0, present */
371
372         lea idt_table,%edi
373         mov $256,%ecx
374 rp_sidt:
375         movl %eax,(%edi)
376         movl %edx,4(%edi)
377         addl $8,%edi
378         dec %ecx
379         jne rp_sidt
380         ret
381
382 /* This is the default interrupt "handler" :-) */
383         ALIGN
384 ignore_int:
385         cld
386 #ifdef CONFIG_PRINTK
387         pushl %eax
388         pushl %ecx
389         pushl %edx
390         pushl %es
391         pushl %ds
392         movl $(__KERNEL_DS),%eax
393         movl %eax,%ds
394         movl %eax,%es
395         pushl 16(%esp)
396         pushl 24(%esp)
397         pushl 32(%esp)
398         pushl 40(%esp)
399         pushl $int_msg
400 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
401         call early_printk
402 #else
403         call printk
404 #endif
405         addl $(5*4),%esp
406         popl %ds
407         popl %es
408         popl %edx
409         popl %ecx
410         popl %eax
411 #endif
412         iret
413
414 /*
415  * Real beginning of normal "text" segment
416  */
417 ENTRY(stext)
418 ENTRY(_stext)
419
420 /*
421  * BSS section
422  */
423 .section ".bss.page_aligned","w"
424 ENTRY(swapper_pg_dir)
425         .fill 1024,4,0
426 ENTRY(empty_zero_page)
427         .fill 4096,1,0
428
429 /*
430  * This starts the data section.
431  */
432 .data
433
434 ENTRY(stack_start)
435         .long init_thread_union+THREAD_SIZE
436         .long __BOOT_DS
437
438 ready:  .byte 0
439
440 int_msg:
441         .asciz "Unknown interrupt or fault at EIP %p %p %p\n"
442
443 /*
444  * The IDT and GDT 'descriptors' are a strange 48-bit object
445  * only used by the lidt and lgdt instructions. They are not
446  * like usual segment descriptors - they consist of a 16-bit
447  * segment size, and 32-bit linear address value:
448  */
449
450 .globl boot_gdt_descr
451 .globl idt_descr
452
453         ALIGN
454 # early boot GDT descriptor (must use 1:1 address mapping)
455         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
456 boot_gdt_descr:
457         .word __BOOT_DS+7
458         .long boot_gdt_table - __PAGE_OFFSET
459
460         .word 0                         # 32-bit align idt_desc.address
461 idt_descr:
462         .word IDT_ENTRIES*8-1           # idt contains 256 entries
463         .long idt_table
464
465 # boot GDT descriptor (later on used by CPU#0):
466         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
467 cpu_gdt_descr:
468         .word GDT_ENTRIES*8-1
469         .long cpu_gdt_table
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 L1_CACHE_BYTES
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         /*
508          * Segments used for calling PnP BIOS have byte granularity.
509          * They code segments and data segments have fixed 64k limits,
510          * the transfer segment sizes are set at run time.
511          */
512         .quad 0x00409a000000ffff        /* 0x90 32-bit code */
513         .quad 0x00009a000000ffff        /* 0x98 16-bit code */
514         .quad 0x000092000000ffff        /* 0xa0 16-bit data */
515         .quad 0x0000920000000000        /* 0xa8 16-bit data */
516         .quad 0x0000920000000000        /* 0xb0 16-bit data */
517
518         /*
519          * The APM segments have byte granularity and their bases
520          * are set at run time.  All have 64k limits.
521          */
522         .quad 0x00409a000000ffff        /* 0xb8 APM CS    code */
523         .quad 0x00009a000000ffff        /* 0xc0 APM CS 16 code (16 bit) */
524         .quad 0x004092000000ffff        /* 0xc8 APM DS    data */
525
526         .quad 0x0000920000000000        /* 0xd0 - ESPFIX 16-bit SS */
527         .quad 0x0000000000000000        /* 0xd8 - unused */
528         .quad 0x0000000000000000        /* 0xe0 - unused */
529         .quad 0x0000000000000000        /* 0xe8 - unused */
530         .quad 0x0000000000000000        /* 0xf0 - unused */
531         .quad 0x0000000000000000        /* 0xf8 - GDT entry 31: double-fault TSS */
532