x86: Constify a few items
[linux-3.10.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 #include <asm/nops.h>
23
24 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
25 #include <asm/asm-offsets.h>
26 #include <asm/paravirt.h>
27 #define GET_CR2_INTO(reg) GET_CR2_INTO_RAX ; movq %rax, reg
28 #else
29 #define GET_CR2_INTO(reg) movq %cr2, reg
30 #define INTERRUPT_RETURN iretq
31 #endif
32
33 /* we are not able to switch in one step to the final KERNEL ADDRESS SPACE
34  * because we need identity-mapped pages.
35  *
36  */
37
38 #define pud_index(x)    (((x) >> PUD_SHIFT) & (PTRS_PER_PUD-1))
39
40 L4_PAGE_OFFSET = pgd_index(__PAGE_OFFSET)
41 L3_PAGE_OFFSET = pud_index(__PAGE_OFFSET)
42 L4_START_KERNEL = pgd_index(__START_KERNEL_map)
43 L3_START_KERNEL = pud_index(__START_KERNEL_map)
44
45         .text
46         __HEAD
47         .code64
48         .globl startup_64
49 startup_64:
50         /*
51          * At this point the CPU runs in 64bit mode CS.L = 1 CS.D = 0,
52          * and someone has loaded an identity mapped page table
53          * for us.  These identity mapped page tables map all of the
54          * kernel pages and possibly all of memory.
55          *
56          * %rsi holds a physical pointer to real_mode_data.
57          *
58          * We come here either directly from a 64bit bootloader, or from
59          * arch/x86_64/boot/compressed/head.S.
60          *
61          * We only come here initially at boot nothing else comes here.
62          *
63          * Since we may be loaded at an address different from what we were
64          * compiled to run at we first fixup the physical addresses in our page
65          * tables and then reload them.
66          */
67
68         /*
69          * Compute the delta between the address I am compiled to run at and the
70          * address I am actually running at.
71          */
72         leaq    _text(%rip), %rbp
73         subq    $_text - __START_KERNEL_map, %rbp
74
75         /* Is the address not 2M aligned? */
76         movq    %rbp, %rax
77         andl    $~PMD_PAGE_MASK, %eax
78         testl   %eax, %eax
79         jnz     bad_address
80
81         /*
82          * Is the address too large?
83          */
84         leaq    _text(%rip), %rax
85         shrq    $MAX_PHYSMEM_BITS, %rax
86         jnz     bad_address
87
88         /*
89          * Fixup the physical addresses in the page table
90          */
91         addq    %rbp, early_level4_pgt + (L4_START_KERNEL*8)(%rip)
92
93         addq    %rbp, level3_kernel_pgt + (510*8)(%rip)
94         addq    %rbp, level3_kernel_pgt + (511*8)(%rip)
95
96         addq    %rbp, level2_fixmap_pgt + (506*8)(%rip)
97
98         /*
99          * Set up the identity mapping for the switchover.  These
100          * entries should *NOT* have the global bit set!  This also
101          * creates a bunch of nonsense entries but that is fine --
102          * it avoids problems around wraparound.
103          */
104         leaq    _text(%rip), %rdi
105         leaq    early_level4_pgt(%rip), %rbx
106
107         movq    %rdi, %rax
108         shrq    $PGDIR_SHIFT, %rax
109
110         leaq    (4096 + _KERNPG_TABLE)(%rbx), %rdx
111         movq    %rdx, 0(%rbx,%rax,8)
112         movq    %rdx, 8(%rbx,%rax,8)
113
114         addq    $4096, %rdx
115         movq    %rdi, %rax
116         shrq    $PUD_SHIFT, %rax
117         andl    $(PTRS_PER_PUD-1), %eax
118         movq    %rdx, (4096+0)(%rbx,%rax,8)
119         movq    %rdx, (4096+8)(%rbx,%rax,8)
120
121         addq    $8192, %rbx
122         movq    %rdi, %rax
123         shrq    $PMD_SHIFT, %rdi
124         addq    $(__PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC & ~_PAGE_GLOBAL), %rax
125         leaq    (_end - 1)(%rip), %rcx
126         shrq    $PMD_SHIFT, %rcx
127         subq    %rdi, %rcx
128         incl    %ecx
129
130 1:
131         andq    $(PTRS_PER_PMD - 1), %rdi
132         movq    %rax, (%rbx,%rdi,8)
133         incq    %rdi
134         addq    $PMD_SIZE, %rax
135         decl    %ecx
136         jnz     1b
137
138         /*
139          * Fixup the kernel text+data virtual addresses. Note that
140          * we might write invalid pmds, when the kernel is relocated
141          * cleanup_highmap() fixes this up along with the mappings
142          * beyond _end.
143          */
144         leaq    level2_kernel_pgt(%rip), %rdi
145         leaq    4096(%rdi), %r8
146         /* See if it is a valid page table entry */
147 1:      testq   $1, 0(%rdi)
148         jz      2f
149         addq    %rbp, 0(%rdi)
150         /* Go to the next page */
151 2:      addq    $8, %rdi
152         cmp     %r8, %rdi
153         jne     1b
154
155         /* Fixup phys_base */
156         addq    %rbp, phys_base(%rip)
157
158         movq    $(early_level4_pgt - __START_KERNEL_map), %rax
159         jmp 1f
160 ENTRY(secondary_startup_64)
161         /*
162          * At this point the CPU runs in 64bit mode CS.L = 1 CS.D = 0,
163          * and someone has loaded a mapped page table.
164          *
165          * %rsi holds a physical pointer to real_mode_data.
166          *
167          * We come here either from startup_64 (using physical addresses)
168          * or from trampoline.S (using virtual addresses).
169          *
170          * Using virtual addresses from trampoline.S removes the need
171          * to have any identity mapped pages in the kernel page table
172          * after the boot processor executes this code.
173          */
174
175         movq    $(init_level4_pgt - __START_KERNEL_map), %rax
176 1:
177
178         /* Enable PAE mode and PGE */
179         movl    $(X86_CR4_PAE | X86_CR4_PGE), %ecx
180         movq    %rcx, %cr4
181
182         /* Setup early boot stage 4 level pagetables. */
183         addq    phys_base(%rip), %rax
184         movq    %rax, %cr3
185
186         /* Ensure I am executing from virtual addresses */
187         movq    $1f, %rax
188         jmp     *%rax
189 1:
190
191         /* Check if nx is implemented */
192         movl    $0x80000001, %eax
193         cpuid
194         movl    %edx,%edi
195
196         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
197         movl    $MSR_EFER, %ecx
198         rdmsr
199         btsl    $_EFER_SCE, %eax        /* Enable System Call */
200         btl     $20,%edi                /* No Execute supported? */
201         jnc     1f
202         btsl    $_EFER_NX, %eax
203 1:      wrmsr                           /* Make changes effective */
204
205         /* Setup cr0 */
206 #define CR0_STATE       (X86_CR0_PE | X86_CR0_MP | X86_CR0_ET | \
207                          X86_CR0_NE | X86_CR0_WP | X86_CR0_AM | \
208                          X86_CR0_PG)
209         movl    $CR0_STATE, %eax
210         /* Make changes effective */
211         movq    %rax, %cr0
212
213         /* Setup a boot time stack */
214         movq stack_start(%rip), %rsp
215
216         /* zero EFLAGS after setting rsp */
217         pushq $0
218         popfq
219
220         /*
221          * We must switch to a new descriptor in kernel space for the GDT
222          * because soon the kernel won't have access anymore to the userspace
223          * addresses where we're currently running on. We have to do that here
224          * because in 32bit we couldn't load a 64bit linear address.
225          */
226         lgdt    early_gdt_descr(%rip)
227
228         /* set up data segments */
229         xorl %eax,%eax
230         movl %eax,%ds
231         movl %eax,%ss
232         movl %eax,%es
233
234         /*
235          * We don't really need to load %fs or %gs, but load them anyway
236          * to kill any stale realmode selectors.  This allows execution
237          * under VT hardware.
238          */
239         movl %eax,%fs
240         movl %eax,%gs
241
242         /* Set up %gs.
243          *
244          * The base of %gs always points to the bottom of the irqstack
245          * union.  If the stack protector canary is enabled, it is
246          * located at %gs:40.  Note that, on SMP, the boot cpu uses
247          * init data section till per cpu areas are set up.
248          */
249         movl    $MSR_GS_BASE,%ecx
250         movl    initial_gs(%rip),%eax
251         movl    initial_gs+4(%rip),%edx
252         wrmsr   
253
254         /* rsi is pointer to real mode structure with interesting info.
255            pass it to C */
256         movq    %rsi, %rdi
257         
258         /* Finally jump to run C code and to be on real kernel address
259          * Since we are running on identity-mapped space we have to jump
260          * to the full 64bit address, this is only possible as indirect
261          * jump.  In addition we need to ensure %cs is set so we make this
262          * a far return.
263          *
264          * Note: do not change to far jump indirect with 64bit offset.
265          *
266          * AMD does not support far jump indirect with 64bit offset.
267          * AMD64 Architecture Programmer's Manual, Volume 3: states only
268          *      JMP FAR mem16:16 FF /5 Far jump indirect,
269          *              with the target specified by a far pointer in memory.
270          *      JMP FAR mem16:32 FF /5 Far jump indirect,
271          *              with the target specified by a far pointer in memory.
272          *
273          * Intel64 does support 64bit offset.
274          * Software Developer Manual Vol 2: states:
275          *      FF /5 JMP m16:16 Jump far, absolute indirect,
276          *              address given in m16:16
277          *      FF /5 JMP m16:32 Jump far, absolute indirect,
278          *              address given in m16:32.
279          *      REX.W + FF /5 JMP m16:64 Jump far, absolute indirect,
280          *              address given in m16:64.
281          */
282         movq    initial_code(%rip),%rax
283         pushq   $0              # fake return address to stop unwinder
284         pushq   $__KERNEL_CS    # set correct cs
285         pushq   %rax            # target address in negative space
286         lretq
287
288 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
289 /*
290  * Boot CPU0 entry point. It's called from play_dead(). Everything has been set
291  * up already except stack. We just set up stack here. Then call
292  * start_secondary().
293  */
294 ENTRY(start_cpu0)
295         movq stack_start(%rip),%rsp
296         movq    initial_code(%rip),%rax
297         pushq   $0              # fake return address to stop unwinder
298         pushq   $__KERNEL_CS    # set correct cs
299         pushq   %rax            # target address in negative space
300         lretq
301 ENDPROC(start_cpu0)
302 #endif
303
304         /* SMP bootup changes these two */
305         __REFDATA
306         .balign 8
307         GLOBAL(initial_code)
308         .quad   x86_64_start_kernel
309         GLOBAL(initial_gs)
310         .quad   INIT_PER_CPU_VAR(irq_stack_union)
311
312         GLOBAL(stack_start)
313         .quad  init_thread_union+THREAD_SIZE-8
314         .word  0
315         __FINITDATA
316
317 bad_address:
318         jmp bad_address
319
320         __INIT
321         .globl early_idt_handlers
322 early_idt_handlers:
323         # 104(%rsp) %rflags
324         #  96(%rsp) %cs
325         #  88(%rsp) %rip
326         #  80(%rsp) error code
327         i = 0
328         .rept NUM_EXCEPTION_VECTORS
329         .if (EXCEPTION_ERRCODE_MASK >> i) & 1
330         ASM_NOP2
331         .else
332         pushq $0                # Dummy error code, to make stack frame uniform
333         .endif
334         pushq $i                # 72(%rsp) Vector number
335         jmp early_idt_handler
336         i = i + 1
337         .endr
338
339 /* This is global to keep gas from relaxing the jumps */
340 ENTRY(early_idt_handler)
341         cld
342
343         cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
344         jz  1f
345         incl early_recursion_flag(%rip)
346
347         pushq %rax              # 64(%rsp)
348         pushq %rcx              # 56(%rsp)
349         pushq %rdx              # 48(%rsp)
350         pushq %rsi              # 40(%rsp)
351         pushq %rdi              # 32(%rsp)
352         pushq %r8               # 24(%rsp)
353         pushq %r9               # 16(%rsp)
354         pushq %r10              #  8(%rsp)
355         pushq %r11              #  0(%rsp)
356
357         cmpl $__KERNEL_CS,96(%rsp)
358         jne 11f
359
360         cmpl $14,72(%rsp)       # Page fault?
361         jnz 10f
362         GET_CR2_INTO(%rdi)      # can clobber any volatile register if pv
363         call early_make_pgtable
364         andl %eax,%eax
365         jz 20f                  # All good
366
367 10:
368         leaq 88(%rsp),%rdi      # Pointer to %rip
369         call early_fixup_exception
370         andl %eax,%eax
371         jnz 20f                 # Found an exception entry
372
373 11:
374 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
375         GET_CR2_INTO(%r9)       # can clobber any volatile register if pv
376         movl 80(%rsp),%r8d      # error code
377         movl 72(%rsp),%esi      # vector number
378         movl 96(%rsp),%edx      # %cs
379         movq 88(%rsp),%rcx      # %rip
380         xorl %eax,%eax
381         leaq early_idt_msg(%rip),%rdi
382         call early_printk
383         cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
384         jz  1f
385         call dump_stack
386 #ifdef CONFIG_KALLSYMS  
387         leaq early_idt_ripmsg(%rip),%rdi
388         movq 40(%rsp),%rsi      # %rip again
389         call __print_symbol
390 #endif
391 #endif /* EARLY_PRINTK */
392 1:      hlt
393         jmp 1b
394
395 20:     # Exception table entry found or page table generated
396         popq %r11
397         popq %r10
398         popq %r9
399         popq %r8
400         popq %rdi
401         popq %rsi
402         popq %rdx
403         popq %rcx
404         popq %rax
405         addq $16,%rsp           # drop vector number and error code
406         decl early_recursion_flag(%rip)
407         INTERRUPT_RETURN
408 ENDPROC(early_idt_handler)
409
410         __INITDATA
411
412         .balign 4
413 early_recursion_flag:
414         .long 0
415
416 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
417 early_idt_msg:
418         .asciz "PANIC: early exception %02lx rip %lx:%lx error %lx cr2 %lx\n"
419 early_idt_ripmsg:
420         .asciz "RIP %s\n"
421 #endif /* CONFIG_EARLY_PRINTK */
422
423 #define NEXT_PAGE(name) \
424         .balign PAGE_SIZE; \
425 GLOBAL(name)
426
427 /* Automate the creation of 1 to 1 mapping pmd entries */
428 #define PMDS(START, PERM, COUNT)                        \
429         i = 0 ;                                         \
430         .rept (COUNT) ;                                 \
431         .quad   (START) + (i << PMD_SHIFT) + (PERM) ;   \
432         i = i + 1 ;                                     \
433         .endr
434
435         __INITDATA
436 NEXT_PAGE(early_level4_pgt)
437         .fill   511,8,0
438         .quad   level3_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
439
440 NEXT_PAGE(early_dynamic_pgts)
441         .fill   512*EARLY_DYNAMIC_PAGE_TABLES,8,0
442
443         .data
444
445 #ifndef CONFIG_XEN
446 NEXT_PAGE(init_level4_pgt)
447         .fill   512,8,0
448 #else
449 NEXT_PAGE(init_level4_pgt)
450         .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
451         .org    init_level4_pgt + L4_PAGE_OFFSET*8, 0
452         .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
453         .org    init_level4_pgt + L4_START_KERNEL*8, 0
454         /* (2^48-(2*1024*1024*1024))/(2^39) = 511 */
455         .quad   level3_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
456
457 NEXT_PAGE(level3_ident_pgt)
458         .quad   level2_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
459         .fill   511, 8, 0
460 NEXT_PAGE(level2_ident_pgt)
461         /* Since I easily can, map the first 1G.
462          * Don't set NX because code runs from these pages.
463          */
464         PMDS(0, __PAGE_KERNEL_IDENT_LARGE_EXEC, PTRS_PER_PMD)
465 #endif
466
467 NEXT_PAGE(level3_kernel_pgt)
468         .fill   L3_START_KERNEL,8,0
469         /* (2^48-(2*1024*1024*1024)-((2^39)*511))/(2^30) = 510 */
470         .quad   level2_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
471         .quad   level2_fixmap_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
472
473 NEXT_PAGE(level2_kernel_pgt)
474         /*
475          * 512 MB kernel mapping. We spend a full page on this pagetable
476          * anyway.
477          *
478          * The kernel code+data+bss must not be bigger than that.
479          *
480          * (NOTE: at +512MB starts the module area, see MODULES_VADDR.
481          *  If you want to increase this then increase MODULES_VADDR
482          *  too.)
483          */
484         PMDS(0, __PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC,
485                 KERNEL_IMAGE_SIZE/PMD_SIZE)
486
487 NEXT_PAGE(level2_fixmap_pgt)
488         .fill   506,8,0
489         .quad   level1_fixmap_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
490         /* 8MB reserved for vsyscalls + a 2MB hole = 4 + 1 entries */
491         .fill   5,8,0
492
493 NEXT_PAGE(level1_fixmap_pgt)
494         .fill   512,8,0
495
496 #undef PMDS
497
498         .data
499         .align 16
500         .globl early_gdt_descr
501 early_gdt_descr:
502         .word   GDT_ENTRIES*8-1
503 early_gdt_descr_base:
504         .quad   INIT_PER_CPU_VAR(gdt_page)
505
506 ENTRY(phys_base)
507         /* This must match the first entry in level2_kernel_pgt */
508         .quad   0x0000000000000000
509
510 #include "../../x86/xen/xen-head.S"
511         
512         .section .bss, "aw", @nobits
513         .align L1_CACHE_BYTES
514 ENTRY(idt_table)
515         .skip IDT_ENTRIES * 16
516
517         .align L1_CACHE_BYTES
518 ENTRY(nmi_idt_table)
519         .skip IDT_ENTRIES * 16
520
521         __PAGE_ALIGNED_BSS
522 NEXT_PAGE(empty_zero_page)
523         .skip PAGE_SIZE