x86, boot: make kernel_alignment adjustable; new bzImage fields
[linux-2.6.git] / arch / x86 / boot / compressed / head_64.S
1 /*
2  *  linux/boot/head.S
3  *
4  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993  Linus Torvalds
5  */
6
7 /*
8  *  head.S contains the 32-bit startup code.
9  *
10  * NOTE!!! Startup happens at absolute address 0x00001000, which is also where
11  * the page directory will exist. The startup code will be overwritten by
12  * the page directory. [According to comments etc elsewhere on a compressed
13  * kernel it will end up at 0x1000 + 1Mb I hope so as I assume this. - AC]
14  *
15  * Page 0 is deliberately kept safe, since System Management Mode code in 
16  * laptops may need to access the BIOS data stored there.  This is also
17  * useful for future device drivers that either access the BIOS via VM86 
18  * mode.
19  */
20
21 /*
22  * High loaded stuff by Hans Lermen & Werner Almesberger, Feb. 1996
23  */
24         .code32
25         .text
26
27 #include <linux/linkage.h>
28 #include <asm/segment.h>
29 #include <asm/pgtable_types.h>
30 #include <asm/page_types.h>
31 #include <asm/boot.h>
32 #include <asm/msr.h>
33 #include <asm/processor-flags.h>
34 #include <asm/asm-offsets.h>
35
36         .section ".text.head"
37         .code32
38 ENTRY(startup_32)
39         cld
40         /*
41          * Test KEEP_SEGMENTS flag to see if the bootloader is asking
42          * us to not reload segments
43          */
44         testb $(1<<6), BP_loadflags(%esi)
45         jnz 1f
46
47         cli
48         movl    $(__KERNEL_DS), %eax
49         movl    %eax, %ds
50         movl    %eax, %es
51         movl    %eax, %ss
52 1:
53
54 /*
55  * Calculate the delta between where we were compiled to run
56  * at and where we were actually loaded at.  This can only be done
57  * with a short local call on x86.  Nothing  else will tell us what
58  * address we are running at.  The reserved chunk of the real-mode
59  * data at 0x1e4 (defined as a scratch field) are used as the stack
60  * for this calculation. Only 4 bytes are needed.
61  */
62         leal    (BP_scratch+4)(%esi), %esp
63         call    1f
64 1:      popl    %ebp
65         subl    $1b, %ebp
66
67 /* setup a stack and make sure cpu supports long mode. */
68         movl    $boot_stack_end, %eax
69         addl    %ebp, %eax
70         movl    %eax, %esp
71
72         call    verify_cpu
73         testl   %eax, %eax
74         jnz     no_longmode
75
76 /*
77  * Compute the delta between where we were compiled to run at
78  * and where the code will actually run at.
79  *
80  * %ebp contains the address we are loaded at by the boot loader and %ebx
81  * contains the address where we should move the kernel image temporarily
82  * for safe in-place decompression.
83  */
84
85 #ifdef CONFIG_RELOCATABLE
86         movl    %ebp, %ebx
87         movl    BP_kernel_alignment(%esi), %eax
88         decl    %eax
89         addl    %eax, %ebx
90         notl    %eax
91         andl    %eax, %ebx
92 #else
93         movl    $LOAD_PHYSICAL_ADDR, %ebx
94 #endif
95
96         /* Target address to relocate to for decompression */
97         addl    $z_extract_offset, %ebx
98
99 /*
100  * Prepare for entering 64 bit mode
101  */
102
103         /* Load new GDT with the 64bit segments using 32bit descriptor */
104         leal    gdt(%ebp), %eax
105         movl    %eax, gdt+2(%ebp)
106         lgdt    gdt(%ebp)
107
108         /* Enable PAE mode */
109         xorl    %eax, %eax
110         orl     $(X86_CR4_PAE), %eax
111         movl    %eax, %cr4
112
113  /*
114   * Build early 4G boot pagetable
115   */
116         /* Initialize Page tables to 0 */
117         leal    pgtable(%ebx), %edi
118         xorl    %eax, %eax
119         movl    $((4096*6)/4), %ecx
120         rep     stosl
121
122         /* Build Level 4 */
123         leal    pgtable + 0(%ebx), %edi
124         leal    0x1007 (%edi), %eax
125         movl    %eax, 0(%edi)
126
127         /* Build Level 3 */
128         leal    pgtable + 0x1000(%ebx), %edi
129         leal    0x1007(%edi), %eax
130         movl    $4, %ecx
131 1:      movl    %eax, 0x00(%edi)
132         addl    $0x00001000, %eax
133         addl    $8, %edi
134         decl    %ecx
135         jnz     1b
136
137         /* Build Level 2 */
138         leal    pgtable + 0x2000(%ebx), %edi
139         movl    $0x00000183, %eax
140         movl    $2048, %ecx
141 1:      movl    %eax, 0(%edi)
142         addl    $0x00200000, %eax
143         addl    $8, %edi
144         decl    %ecx
145         jnz     1b
146
147         /* Enable the boot page tables */
148         leal    pgtable(%ebx), %eax
149         movl    %eax, %cr3
150
151         /* Enable Long mode in EFER (Extended Feature Enable Register) */
152         movl    $MSR_EFER, %ecx
153         rdmsr
154         btsl    $_EFER_LME, %eax
155         wrmsr
156
157         /*
158          * Setup for the jump to 64bit mode
159          *
160          * When the jump is performend we will be in long mode but
161          * in 32bit compatibility mode with EFER.LME = 1, CS.L = 0, CS.D = 1
162          * (and in turn EFER.LMA = 1).  To jump into 64bit mode we use
163          * the new gdt/idt that has __KERNEL_CS with CS.L = 1.
164          * We place all of the values on our mini stack so lret can
165          * used to perform that far jump.
166          */
167         pushl   $__KERNEL_CS
168         leal    startup_64(%ebp), %eax
169         pushl   %eax
170
171         /* Enter paged protected Mode, activating Long Mode */
172         movl    $(X86_CR0_PG | X86_CR0_PE), %eax /* Enable Paging and Protected mode */
173         movl    %eax, %cr0
174
175         /* Jump from 32bit compatibility mode into 64bit mode. */
176         lret
177 ENDPROC(startup_32)
178
179 no_longmode:
180         /* This isn't an x86-64 CPU so hang */
181 1:
182         hlt
183         jmp     1b
184
185 #include "../../kernel/verify_cpu_64.S"
186
187         /*
188          * Be careful here startup_64 needs to be at a predictable
189          * address so I can export it in an ELF header.  Bootloaders
190          * should look at the ELF header to find this address, as
191          * it may change in the future.
192          */
193         .code64
194         .org 0x200
195 ENTRY(startup_64)
196         /*
197          * We come here either from startup_32 or directly from a
198          * 64bit bootloader.  If we come here from a bootloader we depend on
199          * an identity mapped page table being provied that maps our
200          * entire text+data+bss and hopefully all of memory.
201          */
202
203         /* Setup data segments. */
204         xorl    %eax, %eax
205         movl    %eax, %ds
206         movl    %eax, %es
207         movl    %eax, %ss
208         movl    %eax, %fs
209         movl    %eax, %gs
210         lldt    %ax
211         movl    $0x20, %eax
212         ltr     %ax
213
214         /*
215          * Compute the decompressed kernel start address.  It is where
216          * we were loaded at aligned to a 2M boundary. %rbp contains the
217          * decompressed kernel start address.
218          *
219          * If it is a relocatable kernel then decompress and run the kernel
220          * from load address aligned to 2MB addr, otherwise decompress and
221          * run the kernel from LOAD_PHYSICAL_ADDR
222          *
223          * We cannot rely on the calculation done in 32-bit mode, since we
224          * may have been invoked via the 64-bit entry point.
225          */
226
227         /* Start with the delta to where the kernel will run at. */
228 #ifdef CONFIG_RELOCATABLE
229         leaq    startup_32(%rip) /* - $startup_32 */, %rbp
230         movl    BP_kernel_alignment(%rsi), %eax
231         decl    %eax
232         addq    %rax, %rbp
233         notq    %rax
234         andq    %rax, %rbp
235 #else
236         movq    $LOAD_PHYSICAL_ADDR, %rbp
237 #endif
238
239         /* Target address to relocate to for decompression */
240         leaq    z_extract_offset(%rbp), %rbx
241
242         /* Set up the stack */
243         leaq    boot_stack_end(%rbx), %rsp
244
245         /* Zero EFLAGS */
246         pushq   $0
247         popfq
248
249 /*
250  * Copy the compressed kernel to the end of our buffer
251  * where decompression in place becomes safe.
252  */
253         pushq   %rsi
254         leaq    (_bss-8)(%rip), %rsi
255         leaq    (_bss-8)(%rbx), %rdi
256         movq    $_bss /* - $startup_32 */, %rcx
257         shrq    $3, %rcx
258         std
259         rep     movsq
260         cld
261         popq    %rsi
262
263 /*
264  * Jump to the relocated address.
265  */
266         leaq    relocated(%rbx), %rax
267         jmp     *%rax
268
269         .text
270 relocated:
271
272 /*
273  * Clear BSS (stack is currently empty)
274  */
275         xorl    %eax, %eax
276         leaq    _bss(%rip), %rdi
277         leaq    _ebss(%rip), %rcx
278         subq    %rdi, %rcx
279         shrq    $3, %rcx
280         rep     stosq
281
282 /*
283  * Do the decompression, and jump to the new kernel..
284  */
285         pushq   %rsi                    /* Save the real mode argument */
286         movq    %rsi, %rdi              /* real mode address */
287         leaq    boot_heap(%rip), %rsi   /* malloc area for uncompression */
288         leaq    input_data(%rip), %rdx  /* input_data */
289         movl    $z_input_len, %ecx      /* input_len */
290         movq    %rbp, %r8               /* output target address */
291         call    decompress_kernel
292         popq    %rsi
293
294 /*
295  * Jump to the decompressed kernel.
296  */
297         jmp     *%rbp
298
299         .data
300 gdt:
301         .word   gdt_end - gdt
302         .long   gdt
303         .word   0
304         .quad   0x0000000000000000      /* NULL descriptor */
305         .quad   0x00af9a000000ffff      /* __KERNEL_CS */
306         .quad   0x00cf92000000ffff      /* __KERNEL_DS */
307         .quad   0x0080890000000000      /* TS descriptor */
308         .quad   0x0000000000000000      /* TS continued */
309 gdt_end:
310
311 /*
312  * Stack and heap for uncompression
313  */
314         .bss
315         .balign 4
316 boot_heap:
317         .fill BOOT_HEAP_SIZE, 1, 0
318 boot_stack:
319         .fill BOOT_STACK_SIZE, 1, 0
320 boot_stack_end:
321
322 /*
323  * Space for page tables (not in .bss so not zeroed)
324  */
325         .section ".pgtable","a",@nobits
326         .balign 4096
327 pgtable:
328         .fill 6*4096, 1, 0