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  *  $Id: head.S,v 1.49 2002/03/19 17:39:25 ak Exp $
  10  */
  11
  12
  13 #include <linux/linkage.h>
  14 #include <linux/threads.h>
  15 #include <linux/init.h>
  16 #include <asm/desc.h>
  17 #include <asm/segment.h>
  18 #include <asm/page.h>
  19 #include <asm/msr.h>
  20 #include <asm/cache.h>
  21
  22 /* we are not able to switch in one step to the final KERNEL ADRESS SPACE
  23  * because we need identity-mapped pages on setup so define __START_KERNEL to
  24  * 0x100000 for this stage
  25  *
  26  */
  27
  28         .text
  29         .section .bootstrap.text
  30         .code32
  31         .globl startup_32
  32 /* %bx:  1 if coming from smp trampoline on secondary cpu */
  33 startup_32:
  34
  35         /*
  36          * At this point the CPU runs in 32bit protected mode (CS.D = 1) with
  37          * paging disabled and the point of this file is to switch to 64bit
  38          * long mode with a kernel mapping for kerneland to jump into the
  39          * kernel virtual addresses.
  40          * There is no stack until we set one up.
  41          */
  42
  43         /* Initialize the %ds segment register */
  44         movl $__KERNEL_DS,%eax
  45         movl %eax,%ds
  46
  47         /* Load new GDT with the 64bit segments using 32bit descriptor */
  48         lgdt    pGDT32 - __START_KERNEL_map
  49
  50         /* If the CPU doesn't support CPUID this will double fault.
  51          * Unfortunately it is hard to check for CPUID without a stack.
  52          */
  53
  54         /* Check if extended functions are implemented */
  55         movl    $0x80000000, %eax
  56         cpuid
  57         cmpl    $0x80000000, %eax
  58         jbe     no_long_mode
  59         /* Check if long mode is implemented */
  60         mov     $0x80000001, %eax
  61         cpuid
  62         btl     $29, %edx
  63         jnc     no_long_mode
  64
  65         /*
  66          * Prepare for entering 64bits mode
  67          */
  68
  69         /* Enable PAE mode */
  70         xorl    %eax, %eax
  71         btsl    $5, %eax
  72         movl    %eax, %cr4
  73
  74         /* Setup early boot stage 4 level pagetables */
  75         movl    $(boot_level4_pgt - __START_KERNEL_map), %eax
  76         movl    %eax, %cr3
  77
  78         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
  79         movl    $MSR_EFER, %ecx
  80         rdmsr
  81
  82         /* Enable Long Mode */
  83         btsl    $_EFER_LME, %eax
  84
  85         /* Make changes effective */
  86         wrmsr
  87
  88         xorl    %eax, %eax
  89         btsl    $31, %eax                       /* Enable paging and in turn activate Long Mode */
  90         btsl    $0, %eax                        /* Enable protected mode */
  91         /* Make changes effective */
  92         movl    %eax, %cr0
  93         /*
  94          * At this point we're in long mode but in 32bit compatibility mode
  95          * with EFER.LME = 1, CS.L = 0, CS.D = 1 (and in turn
  96          * EFER.LMA = 1). Now we want to jump in 64bit mode, to do that we use
  97          * the new gdt/idt that has __KERNEL_CS with CS.L = 1.
  98          */
  99         ljmp    $__KERNEL_CS, $(startup_64 - __START_KERNEL_map)
 100
 101         .code64
 102         .org 0x100
 103         .globl startup_64
 104 startup_64:
 105         /* We come here either from startup_32
 106          * or directly from a 64bit bootloader.
 107          * Since we may have come directly from a bootloader we
 108          * reload the page tables here.
 109          */
 110
 111         /* Enable PAE mode and PGE */
 112         xorq    %rax, %rax
 113         btsq    $5, %rax
 114         btsq    $7, %rax
 115         movq    %rax, %cr4
 116
 117         /* Setup early boot stage 4 level pagetables. */
 118         movq    $(boot_level4_pgt - __START_KERNEL_map), %rax
 119         movq    %rax, %cr3
 120
 121         /* Check if nx is implemented */
 122         movl    $0x80000001, %eax
 123         cpuid
 124         movl    %edx,%edi
 125
 126         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
 127         movl    $MSR_EFER, %ecx
 128         rdmsr
 129
 130         /* Enable System Call */
 131         btsl    $_EFER_SCE, %eax
 132
 133         /* No Execute supported? */
 134         btl     $20,%edi
 135         jnc     1f
 136         btsl    $_EFER_NX, %eax
 137 1:
 138         /* Make changes effective */
 139         wrmsr
 140
 141         /* Setup cr0 */
 142 #define CR0_PM                          1               /* protected mode */
 143 #define CR0_MP                          (1<<1)
 144 #define CR0_ET                          (1<<4)
 145 #define CR0_NE                          (1<<5)
 146 #define CR0_WP                          (1<<16)
 147 #define CR0_AM                          (1<<18)
 148 #define CR0_PAGING                      (1<<31)
 149         movl $CR0_PM|CR0_MP|CR0_ET|CR0_NE|CR0_WP|CR0_AM|CR0_PAGING,%eax
 150         /* Make changes effective */
 151         movq    %rax, %cr0
 152
 153         /* Setup a boot time stack */
 154         movq init_rsp(%rip),%rsp
 155
 156         /* zero EFLAGS after setting rsp */
 157         pushq $0
 158         popfq
 159
 160         /*
 161          * We must switch to a new descriptor in kernel space for the GDT
 162          * because soon the kernel won't have access anymore to the userspace
 163          * addresses where we're currently running on. We have to do that here
 164          * because in 32bit we couldn't load a 64bit linear address.
 165          */
 166         lgdt    cpu_gdt_descr
 167
 168         /*
 169          * Setup up a dummy PDA. this is just for some early bootup code
 170          * that does in_interrupt()
 171          */
 172         movl    $MSR_GS_BASE,%ecx
 173         movq    $empty_zero_page,%rax
 174         movq    %rax,%rdx
 175         shrq    $32,%rdx
 176         wrmsr
 177
 178         /* set up data segments. actually 0 would do too */
 179         movl $__KERNEL_DS,%eax
 180         movl %eax,%ds
 181         movl %eax,%ss
 182         movl %eax,%es
 183
 184         /* esi is pointer to real mode structure with interesting info.
 185            pass it to C */
 186         movl    %esi, %edi
 187
 188         /* Finally jump to run C code and to be on real kernel address
 189          * Since we are running on identity-mapped space we have to jump
 190          * to the full 64bit address , this is only possible as indirect
 191          * jump
 192          */
 193         movq    initial_code(%rip),%rax
 194         pushq   $0              # fake return address
 195         jmp     *%rax
 196
 197         /* SMP bootup changes these two */
 198         .align  8
 199         .globl  initial_code
 200 initial_code:
 201         .quad   x86_64_start_kernel
 202         .globl init_rsp
 203 init_rsp:
 204         .quad  init_thread_union+THREAD_SIZE-8
 205
 206 ENTRY(early_idt_handler)
 207         cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
 208         jz  1f
 209         incl early_recursion_flag(%rip)
 210         xorl %eax,%eax
 211         movq 8(%rsp),%rsi       # get rip
 212         movq (%rsp),%rdx
 213         movq %cr2,%rcx
 214         leaq early_idt_msg(%rip),%rdi
 215         call early_printk
 216         cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
 217         jz  1f
 218         call dump_stack
 219 #ifdef CONFIG_KALLSYMS
 220         leaq early_idt_ripmsg(%rip),%rdi
 221         movq 8(%rsp),%rsi       # get rip again
 222         call __print_symbol
 223 #endif
 224 1:      hlt
 225         jmp 1b
 226 early_recursion_flag:
 227         .long 0
 228
 229 early_idt_msg:
 230         .asciz "PANIC: early exception rip %lx error %lx cr2 %lx\n"
 231 early_idt_ripmsg:
 232         .asciz "RIP %s\n"
 233
 234 .code32
 235 ENTRY(no_long_mode)
 236         /* This isn't an x86-64 CPU so hang */
 237 1:
 238         jmp     1b
 239
 240 .org 0xf00
 241         .globl pGDT32
 242 pGDT32:
 243         .word   gdt_end-cpu_gdt_table-1
 244         .long   cpu_gdt_table-__START_KERNEL_map
 245
 246 .org 0xf10
 247 ljumpvector:
 248         .long   startup_64-__START_KERNEL_map
 249         .word   __KERNEL_CS
 250
 251 ENTRY(stext)
 252 ENTRY(_stext)
 253
 254         $page = 0
 255 #define NEXT_PAGE(name) \
 256         $page = $page + 1; \
 257         .org $page * 0x1000; \
 258         phys_/**/name = $page * 0x1000 + __PHYSICAL_START; \
 259 ENTRY(name)
 260
 261 NEXT_PAGE(init_level4_pgt)
 262         /* This gets initialized in x86_64_start_kernel */
 263         .fill   512,8,0
 264
 265 NEXT_PAGE(level3_ident_pgt)
 266         .quad   phys_level2_ident_pgt | 0x007
 267         .fill   511,8,0
 268
 269 NEXT_PAGE(level3_kernel_pgt)
 270         .fill   510,8,0
 271         /* (2^48-(2*1024*1024*1024)-((2^39)*511))/(2^30) = 510 */
 272         .quad   phys_level2_kernel_pgt | 0x007
 273         .fill   1,8,0
 274
 275 NEXT_PAGE(level2_ident_pgt)
 276         /* 40MB for bootup.     */
 277         i = 0
 278         .rept 20
 279         .quad   i << 21 | 0x083
 280         i = i + 1
 281         .endr
 282         /* Temporary mappings for the super early allocator in arch/x86_64/mm/init.c */
 283         .globl temp_boot_pmds
 284 temp_boot_pmds:
 285         .fill   492,8,0
 286
 287 NEXT_PAGE(level2_kernel_pgt)
 288         /* 40MB kernel mapping. The kernel code cannot be bigger than that.
 289            When you change this change KERNEL_TEXT_SIZE in page.h too. */
 290         /* (2^48-(2*1024*1024*1024)-((2^39)*511)-((2^30)*510)) = 0 */
 291         i = 0
 292         .rept 20
 293         .quad   i << 21 | 0x183
 294         i = i + 1
 295         .endr
 296         /* Module mapping starts here */
 297         .fill   492,8,0
 298
 299 NEXT_PAGE(level3_physmem_pgt)
 300         .quad   phys_level2_kernel_pgt | 0x007  /* so that __va works even before pagetable_init */
 301         .fill   511,8,0
 302
 303 #undef NEXT_PAGE
 304
 305         .data
 306
 307 #ifdef CONFIG_ACPI_SLEEP
 308         .align PAGE_SIZE
 309 ENTRY(wakeup_level4_pgt)
 310         .quad   phys_level3_ident_pgt | 0x007
 311         .fill   255,8,0
 312         .quad   phys_level3_physmem_pgt | 0x007
 313         .fill   254,8,0
 314         /* (2^48-(2*1024*1024*1024))/(2^39) = 511 */
 315         .quad   phys_level3_kernel_pgt | 0x007
 316 #endif
 317
 318 #ifndef CONFIG_HOTPLUG_CPU
 319         __INITDATA
 320 #endif
 321         /*
 322          * This default setting generates an ident mapping at address 0x100000
 323          * and a mapping for the kernel that precisely maps virtual address
 324          * 0xffffffff80000000 to physical address 0x000000. (always using
 325          * 2Mbyte large pages provided by PAE mode)
 326          */
 327         .align PAGE_SIZE
 328 ENTRY(boot_level4_pgt)
 329         .quad   phys_level3_ident_pgt | 0x007
 330         .fill   255,8,0
 331         .quad   phys_level3_physmem_pgt | 0x007
 332         .fill   254,8,0
 333         /* (2^48-(2*1024*1024*1024))/(2^39) = 511 */
 334         .quad   phys_level3_kernel_pgt | 0x007
 335
 336         .data
 337
 338         .align 16
 339         .globl cpu_gdt_descr
 340 cpu_gdt_descr:
 341         .word   gdt_end-cpu_gdt_table-1
 342 gdt:
 343         .quad   cpu_gdt_table
 344 #ifdef CONFIG_SMP
 345         .rept   NR_CPUS-1
 346         .word   0
 347         .quad   0
 348         .endr
 349 #endif
 350
 351 /* We need valid kernel segments for data and code in long mode too
 352  * IRET will check the segment types  kkeil 2000/10/28
 353  * Also sysret mandates a special GDT layout
 354  */
 355
 356         .section .data.page_aligned, "aw"
 357         .align PAGE_SIZE
 358
 359 /* The TLS descriptors are currently at a different place compared to i386.
 360    Hopefully nobody expects them at a fixed place (Wine?) */
 361
 362 ENTRY(cpu_gdt_table)
 363         .quad   0x0000000000000000      /* NULL descriptor */
 364         .quad   0x0                     /* unused */
 365         .quad   0x00af9a000000ffff      /* __KERNEL_CS */
 366         .quad   0x00cf92000000ffff      /* __KERNEL_DS */
 367         .quad   0x00cffa000000ffff      /* __USER32_CS */
 368         .quad   0x00cff2000000ffff      /* __USER_DS, __USER32_DS  */
 369         .quad   0x00affa000000ffff      /* __USER_CS */
 370         .quad   0x00cf9a000000ffff      /* __KERNEL32_CS */
 371         .quad   0,0                     /* TSS */
 372         .quad   0,0                     /* LDT */
 373         .quad   0,0,0                   /* three TLS descriptors */
 374         .quad   0                       /* unused */
 375 gdt_end:
 376         /* asm/segment.h:GDT_ENTRIES must match this */
 377         /* This should be a multiple of the cache line size */
 378         /* GDTs of other CPUs are now dynamically allocated */
 379
 380         /* zero the remaining page */
 381         .fill PAGE_SIZE / 8 - GDT_ENTRIES,8,0
 382
 383         .section .bss, "aw", @nobits
 384         .align L1_CACHE_BYTES
 385 ENTRY(idt_table)
 386         .skip 256 * 16
 387
 388         .section .bss.page_aligned, "aw", @nobits
 389         .align PAGE_SIZE
 390 ENTRY(empty_zero_page)
 391         .skip PAGE_SIZE