Merge branch 'for-linus' of git://one.firstfloor.org/home/andi/git/linux-2.6
[pandora-kernel.git] / arch / x86_64 / kernel / head.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  */
9
10
11 #include <linux/linkage.h>
12 #include <linux/threads.h>
13 #include <linux/init.h>
14 #include <asm/desc.h>
15 #include <asm/segment.h>
16 #include <asm/page.h>
17 #include <asm/msr.h>
18 #include <asm/cache.h>
19         
20 /* we are not able to switch in one step to the final KERNEL ADRESS SPACE
21  * because we need identity-mapped pages on setup so define __START_KERNEL to
22  * 0x100000 for this stage
23  * 
24  */
25
26         .text
27         .section .bootstrap.text
28         .code32
29         .globl startup_32
30 /* %bx:  1 if coming from smp trampoline on secondary cpu */ 
31 startup_32:
32         
33         /*
34          * At this point the CPU runs in 32bit protected mode (CS.D = 1) with
35          * paging disabled and the point of this file is to switch to 64bit
36          * long mode with a kernel mapping for kerneland to jump into the
37          * kernel virtual addresses.
38          * There is no stack until we set one up.
39          */
40
41         /* Initialize the %ds segment register */
42         movl $__KERNEL_DS,%eax
43         movl %eax,%ds
44
45         /* Load new GDT with the 64bit segments using 32bit descriptor */
46         lgdt    pGDT32 - __START_KERNEL_map
47
48         /* If the CPU doesn't support CPUID this will double fault.
49          * Unfortunately it is hard to check for CPUID without a stack. 
50          */
51         
52         /* Check if extended functions are implemented */               
53         movl    $0x80000000, %eax
54         cpuid
55         cmpl    $0x80000000, %eax
56         jbe     no_long_mode
57         /* Check if long mode is implemented */
58         mov     $0x80000001, %eax
59         cpuid
60         btl     $29, %edx
61         jnc     no_long_mode
62
63         /*
64          * Prepare for entering 64bits mode
65          */
66
67         /* Enable PAE mode */
68         xorl    %eax, %eax
69         btsl    $5, %eax
70         movl    %eax, %cr4
71
72         /* Setup early boot stage 4 level pagetables */
73         movl    $(boot_level4_pgt - __START_KERNEL_map), %eax
74         movl    %eax, %cr3
75
76         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
77         movl    $MSR_EFER, %ecx
78         rdmsr
79
80         /* Enable Long Mode */
81         btsl    $_EFER_LME, %eax
82                                 
83         /* Make changes effective */
84         wrmsr
85
86         xorl    %eax, %eax
87         btsl    $31, %eax                       /* Enable paging and in turn activate Long Mode */
88         btsl    $0, %eax                        /* Enable protected mode */
89         /* Make changes effective */
90         movl    %eax, %cr0
91         /*
92          * At this point we're in long mode but in 32bit compatibility mode
93          * with EFER.LME = 1, CS.L = 0, CS.D = 1 (and in turn
94          * EFER.LMA = 1). Now we want to jump in 64bit mode, to do that we use
95          * the new gdt/idt that has __KERNEL_CS with CS.L = 1.
96          */
97         ljmp    $__KERNEL_CS, $(startup_64 - __START_KERNEL_map)
98
99         .code64
100         .org 0x100      
101         .globl startup_64
102 startup_64:
103         /* We come here either from startup_32
104          * or directly from a 64bit bootloader.
105          * Since we may have come directly from a bootloader we
106          * reload the page tables here.
107          */
108
109         /* Enable PAE mode and PGE */
110         xorq    %rax, %rax
111         btsq    $5, %rax
112         btsq    $7, %rax
113         movq    %rax, %cr4
114
115         /* Setup early boot stage 4 level pagetables. */
116         movq    $(boot_level4_pgt - __START_KERNEL_map), %rax
117         movq    %rax, %cr3
118
119         /* Check if nx is implemented */
120         movl    $0x80000001, %eax
121         cpuid
122         movl    %edx,%edi
123
124         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
125         movl    $MSR_EFER, %ecx
126         rdmsr
127
128         /* Enable System Call */
129         btsl    $_EFER_SCE, %eax
130
131         /* No Execute supported? */
132         btl     $20,%edi
133         jnc     1f
134         btsl    $_EFER_NX, %eax
135 1:
136         /* Make changes effective */
137         wrmsr
138
139         /* Setup cr0 */
140 #define CR0_PM                          1               /* protected mode */
141 #define CR0_MP                          (1<<1)
142 #define CR0_ET                          (1<<4)
143 #define CR0_NE                          (1<<5)
144 #define CR0_WP                          (1<<16)
145 #define CR0_AM                          (1<<18)
146 #define CR0_PAGING                      (1<<31)
147         movl $CR0_PM|CR0_MP|CR0_ET|CR0_NE|CR0_WP|CR0_AM|CR0_PAGING,%eax
148         /* Make changes effective */
149         movq    %rax, %cr0
150
151         /* Setup a boot time stack */
152         movq init_rsp(%rip),%rsp
153
154         /* zero EFLAGS after setting rsp */
155         pushq $0
156         popfq
157
158         /*
159          * We must switch to a new descriptor in kernel space for the GDT
160          * because soon the kernel won't have access anymore to the userspace
161          * addresses where we're currently running on. We have to do that here
162          * because in 32bit we couldn't load a 64bit linear address.
163          */
164         lgdt    cpu_gdt_descr
165
166         /* set up data segments. actually 0 would do too */
167         movl $__KERNEL_DS,%eax
168         movl %eax,%ds
169         movl %eax,%ss
170         movl %eax,%es
171
172         /*
173          * We don't really need to load %fs or %gs, but load them anyway
174          * to kill any stale realmode selectors.  This allows execution
175          * under VT hardware.
176          */
177         movl %eax,%fs
178         movl %eax,%gs
179
180         /* 
181          * Setup up a dummy PDA. this is just for some early bootup code
182          * that does in_interrupt() 
183          */ 
184         movl    $MSR_GS_BASE,%ecx
185         movq    $empty_zero_page,%rax
186         movq    %rax,%rdx
187         shrq    $32,%rdx
188         wrmsr   
189
190         /* esi is pointer to real mode structure with interesting info.
191            pass it to C */
192         movl    %esi, %edi
193         
194         /* Finally jump to run C code and to be on real kernel address
195          * Since we are running on identity-mapped space we have to jump
196          * to the full 64bit address, this is only possible as indirect
197          * jump.  In addition we need to ensure %cs is set so we make this
198          * a far return.
199          */
200         movq    initial_code(%rip),%rax
201         pushq   $0              # fake return address to stop unwinder
202         pushq   $__KERNEL_CS    # set correct cs
203         pushq   %rax            # target address in negative space
204         lretq
205
206         /* SMP bootup changes these two */
207         .align  8
208         .globl  initial_code
209 initial_code:
210         .quad   x86_64_start_kernel
211         .globl init_rsp
212 init_rsp:
213         .quad  init_thread_union+THREAD_SIZE-8
214
215 ENTRY(early_idt_handler)
216         cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
217         jz  1f
218         incl early_recursion_flag(%rip)
219         xorl %eax,%eax
220         movq 8(%rsp),%rsi       # get rip
221         movq (%rsp),%rdx
222         movq %cr2,%rcx
223         leaq early_idt_msg(%rip),%rdi
224         call early_printk
225         cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
226         jz  1f
227         call dump_stack
228 #ifdef CONFIG_KALLSYMS  
229         leaq early_idt_ripmsg(%rip),%rdi
230         movq 8(%rsp),%rsi       # get rip again
231         call __print_symbol
232 #endif
233 1:      hlt
234         jmp 1b
235 early_recursion_flag:
236         .long 0
237
238 early_idt_msg:
239         .asciz "PANIC: early exception rip %lx error %lx cr2 %lx\n"
240 early_idt_ripmsg:
241         .asciz "RIP %s\n"
242
243 .code32
244 ENTRY(no_long_mode)
245         /* This isn't an x86-64 CPU so hang */
246 1:
247         jmp     1b
248
249 .org 0xf00
250         .globl pGDT32
251 pGDT32:
252         .word   gdt_end-cpu_gdt_table-1
253         .long   cpu_gdt_table-__START_KERNEL_map
254
255 .org 0xf10      
256 ljumpvector:
257         .long   startup_64-__START_KERNEL_map
258         .word   __KERNEL_CS
259
260 ENTRY(stext)
261 ENTRY(_stext)
262
263         $page = 0
264 #define NEXT_PAGE(name) \
265         $page = $page + 1; \
266         .org $page * 0x1000; \
267         phys_/**/name = $page * 0x1000 + __PHYSICAL_START; \
268 ENTRY(name)
269
270 NEXT_PAGE(init_level4_pgt)
271         /* This gets initialized in x86_64_start_kernel */
272         .fill   512,8,0
273
274 NEXT_PAGE(level3_ident_pgt)
275         .quad   phys_level2_ident_pgt | 0x007
276         .fill   511,8,0
277
278 NEXT_PAGE(level3_kernel_pgt)
279         .fill   510,8,0
280         /* (2^48-(2*1024*1024*1024)-((2^39)*511))/(2^30) = 510 */
281         .quad   phys_level2_kernel_pgt | 0x007
282         .fill   1,8,0
283
284 NEXT_PAGE(level2_ident_pgt)
285         /* 40MB for bootup.     */
286         i = 0
287         .rept 20
288         .quad   i << 21 | 0x083
289         i = i + 1
290         .endr
291         /* Temporary mappings for the super early allocator in arch/x86_64/mm/init.c */
292         .globl temp_boot_pmds
293 temp_boot_pmds:
294         .fill   492,8,0
295         
296 NEXT_PAGE(level2_kernel_pgt)
297         /* 40MB kernel mapping. The kernel code cannot be bigger than that.
298            When you change this change KERNEL_TEXT_SIZE in page.h too. */
299         /* (2^48-(2*1024*1024*1024)-((2^39)*511)-((2^30)*510)) = 0 */
300         i = 0
301         .rept 20
302         .quad   i << 21 | 0x183
303         i = i + 1
304         .endr
305         /* Module mapping starts here */
306         .fill   492,8,0
307
308 NEXT_PAGE(level3_physmem_pgt)
309         .quad   phys_level2_kernel_pgt | 0x007  /* so that __va works even before pagetable_init */
310         .fill   511,8,0
311
312 #undef NEXT_PAGE
313
314         .data
315
316 #ifdef CONFIG_ACPI_SLEEP
317         .align PAGE_SIZE
318 ENTRY(wakeup_level4_pgt)
319         .quad   phys_level3_ident_pgt | 0x007
320         .fill   255,8,0
321         .quad   phys_level3_physmem_pgt | 0x007
322         .fill   254,8,0
323         /* (2^48-(2*1024*1024*1024))/(2^39) = 511 */
324         .quad   phys_level3_kernel_pgt | 0x007
325 #endif
326
327 #ifndef CONFIG_HOTPLUG_CPU
328         __INITDATA
329 #endif
330         /*
331          * This default setting generates an ident mapping at address 0x100000
332          * and a mapping for the kernel that precisely maps virtual address
333          * 0xffffffff80000000 to physical address 0x000000. (always using
334          * 2Mbyte large pages provided by PAE mode)
335          */
336         .align PAGE_SIZE
337 ENTRY(boot_level4_pgt)
338         .quad   phys_level3_ident_pgt | 0x007
339         .fill   255,8,0
340         .quad   phys_level3_physmem_pgt | 0x007
341         .fill   254,8,0
342         /* (2^48-(2*1024*1024*1024))/(2^39) = 511 */
343         .quad   phys_level3_kernel_pgt | 0x007
344
345         .data
346
347         .align 16
348         .globl cpu_gdt_descr
349 cpu_gdt_descr:
350         .word   gdt_end-cpu_gdt_table-1
351 gdt:
352         .quad   cpu_gdt_table
353 #ifdef CONFIG_SMP
354         .rept   NR_CPUS-1
355         .word   0
356         .quad   0
357         .endr
358 #endif
359
360 /* We need valid kernel segments for data and code in long mode too
361  * IRET will check the segment types  kkeil 2000/10/28
362  * Also sysret mandates a special GDT layout 
363  */
364                                 
365         .section .data.page_aligned, "aw"
366         .align PAGE_SIZE
367
368 /* The TLS descriptors are currently at a different place compared to i386.
369    Hopefully nobody expects them at a fixed place (Wine?) */
370         
371 ENTRY(cpu_gdt_table)
372         .quad   0x0000000000000000      /* NULL descriptor */
373         .quad   0x0                     /* unused */
374         .quad   0x00af9a000000ffff      /* __KERNEL_CS */
375         .quad   0x00cf92000000ffff      /* __KERNEL_DS */
376         .quad   0x00cffa000000ffff      /* __USER32_CS */
377         .quad   0x00cff2000000ffff      /* __USER_DS, __USER32_DS  */           
378         .quad   0x00affa000000ffff      /* __USER_CS */
379         .quad   0x00cf9a000000ffff      /* __KERNEL32_CS */
380         .quad   0,0                     /* TSS */
381         .quad   0,0                     /* LDT */
382         .quad   0,0,0                   /* three TLS descriptors */ 
383         .quad   0x0000f40000000000      /* node/CPU stored in limit */
384 gdt_end:        
385         /* asm/segment.h:GDT_ENTRIES must match this */ 
386         /* This should be a multiple of the cache line size */
387         /* GDTs of other CPUs are now dynamically allocated */
388
389         /* zero the remaining page */
390         .fill PAGE_SIZE / 8 - GDT_ENTRIES,8,0
391
392         .section .bss, "aw", @nobits
393         .align L1_CACHE_BYTES
394 ENTRY(idt_table)
395         .skip 256 * 16
396
397         .section .bss.page_aligned, "aw", @nobits
398         .align PAGE_SIZE
399 ENTRY(empty_zero_page)
400         .skip PAGE_SIZE