3fa7f9389afe7a39ce327ed5e4cf8493dfe7cf8e
[pandora-kernel.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 .section .text.head,"ax",@progbits
57 ENTRY(startup_32)
58
59 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
60         movl %cs, %eax
61         testl $0x3, %eax
62         jnz startup_paravirt
63 #endif
64
65 /*
66  * Set segments to known values.
67  */
68         cld
69         lgdt boot_gdt_descr - __PAGE_OFFSET
70         movl $(__BOOT_DS),%eax
71         movl %eax,%ds
72         movl %eax,%es
73         movl %eax,%fs
74         movl %eax,%gs
75
76 /*
77  * Clear BSS first so that there are no surprises...
78  * No need to cld as DF is already clear from cld above...
79  */
80         xorl %eax,%eax
81         movl $__bss_start - __PAGE_OFFSET,%edi
82         movl $__bss_stop - __PAGE_OFFSET,%ecx
83         subl %edi,%ecx
84         shrl $2,%ecx
85         rep ; stosl
86 /*
87  * Copy bootup parameters out of the way.
88  * Note: %esi still has the pointer to the real-mode data.
89  * With the kexec as boot loader, parameter segment might be loaded beyond
90  * kernel image and might not even be addressable by early boot page tables.
91  * (kexec on panic case). Hence copy out the parameters before initializing
92  * page tables.
93  */
94         movl $(boot_params - __PAGE_OFFSET),%edi
95         movl $(PARAM_SIZE/4),%ecx
96         cld
97         rep
98         movsl
99         movl boot_params - __PAGE_OFFSET + NEW_CL_POINTER,%esi
100         andl %esi,%esi
101         jnz 2f                  # New command line protocol
102         cmpw $(OLD_CL_MAGIC),OLD_CL_MAGIC_ADDR
103         jne 1f
104         movzwl OLD_CL_OFFSET,%esi
105         addl $(OLD_CL_BASE_ADDR),%esi
106 2:
107         movl $(boot_command_line - __PAGE_OFFSET),%edi
108         movl $(COMMAND_LINE_SIZE/4),%ecx
109         rep
110         movsl
111 1:
112
113 /*
114  * Initialize page tables.  This creates a PDE and a set of page
115  * tables, which are located immediately beyond _end.  The variable
116  * init_pg_tables_end is set up to point to the first "safe" location.
117  * Mappings are created both at virtual address 0 (identity mapping)
118  * and PAGE_OFFSET for up to _end+sizeof(page tables)+INIT_MAP_BEYOND_END.
119  *
120  * Warning: don't use %esi or the stack in this code.  However, %esp
121  * can be used as a GPR if you really need it...
122  */
123 page_pde_offset = (__PAGE_OFFSET >> 20);
124
125         movl $(pg0 - __PAGE_OFFSET), %edi
126         movl $(swapper_pg_dir - __PAGE_OFFSET), %edx
127         movl $0x007, %eax                       /* 0x007 = PRESENT+RW+USER */
128 10:
129         leal 0x007(%edi),%ecx                   /* Create PDE entry */
130         movl %ecx,(%edx)                        /* Store identity PDE entry */
131         movl %ecx,page_pde_offset(%edx)         /* Store kernel PDE entry */
132         addl $4,%edx
133         movl $1024, %ecx
134 11:
135         stosl
136         addl $0x1000,%eax
137         loop 11b
138         /* End condition: we must map up to and including INIT_MAP_BEYOND_END */
139         /* bytes beyond the end of our own page tables; the +0x007 is the attribute bits */
140         leal (INIT_MAP_BEYOND_END+0x007)(%edi),%ebp
141         cmpl %ebp,%eax
142         jb 10b
143         movl %edi,(init_pg_tables_end - __PAGE_OFFSET)
144
145         xorl %ebx,%ebx                          /* This is the boot CPU (BSP) */
146         jmp 3f
147 /*
148  * Non-boot CPU entry point; entered from trampoline.S
149  * We can't lgdt here, because lgdt itself uses a data segment, but
150  * we know the trampoline has already loaded the boot_gdt_table GDT
151  * for us.
152  *
153  * If cpu hotplug is not supported then this code can go in init section
154  * which will be freed later
155  */
156
157 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
158 .section .text,"ax",@progbits
159 #else
160 .section .init.text,"ax",@progbits
161 #endif
162
163 #ifdef CONFIG_SMP
164 ENTRY(startup_32_smp)
165         cld
166         movl $(__BOOT_DS),%eax
167         movl %eax,%ds
168         movl %eax,%es
169         movl %eax,%fs
170         movl %eax,%gs
171
172 /*
173  *      New page tables may be in 4Mbyte page mode and may
174  *      be using the global pages. 
175  *
176  *      NOTE! If we are on a 486 we may have no cr4 at all!
177  *      So we do not try to touch it unless we really have
178  *      some bits in it to set.  This won't work if the BSP
179  *      implements cr4 but this AP does not -- very unlikely
180  *      but be warned!  The same applies to the pse feature
181  *      if not equally supported. --macro
182  *
183  *      NOTE! We have to correct for the fact that we're
184  *      not yet offset PAGE_OFFSET..
185  */
186 #define cr4_bits mmu_cr4_features-__PAGE_OFFSET
187         movl cr4_bits,%edx
188         andl %edx,%edx
189         jz 6f
190         movl %cr4,%eax          # Turn on paging options (PSE,PAE,..)
191         orl %edx,%eax
192         movl %eax,%cr4
193
194         btl $5, %eax            # check if PAE is enabled
195         jnc 6f
196
197         /* Check if extended functions are implemented */
198         movl $0x80000000, %eax
199         cpuid
200         cmpl $0x80000000, %eax
201         jbe 6f
202         mov $0x80000001, %eax
203         cpuid
204         /* Execute Disable bit supported? */
205         btl $20, %edx
206         jnc 6f
207
208         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
209         movl $0xc0000080, %ecx
210         rdmsr
211
212         btsl $11, %eax
213         /* Make changes effective */
214         wrmsr
215
216 6:
217         /* This is a secondary processor (AP) */
218         xorl %ebx,%ebx
219         incl %ebx
220
221 #endif /* CONFIG_SMP */
222 3:
223
224 /*
225  * Enable paging
226  */
227         movl $swapper_pg_dir-__PAGE_OFFSET,%eax
228         movl %eax,%cr3          /* set the page table pointer.. */
229         movl %cr0,%eax
230         orl $0x80000000,%eax
231         movl %eax,%cr0          /* ..and set paging (PG) bit */
232         ljmp $__BOOT_CS,$1f     /* Clear prefetch and normalize %eip */
233 1:
234         /* Set up the stack pointer */
235         lss stack_start,%esp
236
237 /*
238  * Initialize eflags.  Some BIOS's leave bits like NT set.  This would
239  * confuse the debugger if this code is traced.
240  * XXX - best to initialize before switching to protected mode.
241  */
242         pushl $0
243         popfl
244
245 #ifdef CONFIG_SMP
246         andl %ebx,%ebx
247         jz  1f                          /* Initial CPU cleans BSS */
248         jmp checkCPUtype
249 1:
250 #endif /* CONFIG_SMP */
251
252 /*
253  * start system 32-bit setup. We need to re-do some of the things done
254  * in 16-bit mode for the "real" operations.
255  */
256         call setup_idt
257
258 checkCPUtype:
259
260         movl $-1,X86_CPUID              #  -1 for no CPUID initially
261
262 /* check if it is 486 or 386. */
263 /*
264  * XXX - this does a lot of unnecessary setup.  Alignment checks don't
265  * apply at our cpl of 0 and the stack ought to be aligned already, and
266  * we don't need to preserve eflags.
267  */
268
269         movb $3,X86             # at least 386
270         pushfl                  # push EFLAGS
271         popl %eax               # get EFLAGS
272         movl %eax,%ecx          # save original EFLAGS
273         xorl $0x240000,%eax     # flip AC and ID bits in EFLAGS
274         pushl %eax              # copy to EFLAGS
275         popfl                   # set EFLAGS
276         pushfl                  # get new EFLAGS
277         popl %eax               # put it in eax
278         xorl %ecx,%eax          # change in flags
279         pushl %ecx              # restore original EFLAGS
280         popfl
281         testl $0x40000,%eax     # check if AC bit changed
282         je is386
283
284         movb $4,X86             # at least 486
285         testl $0x200000,%eax    # check if ID bit changed
286         je is486
287
288         /* get vendor info */
289         xorl %eax,%eax                  # call CPUID with 0 -> return vendor ID
290         cpuid
291         movl %eax,X86_CPUID             # save CPUID level
292         movl %ebx,X86_VENDOR_ID         # lo 4 chars
293         movl %edx,X86_VENDOR_ID+4       # next 4 chars
294         movl %ecx,X86_VENDOR_ID+8       # last 4 chars
295
296         orl %eax,%eax                   # do we have processor info as well?
297         je is486
298
299         movl $1,%eax            # Use the CPUID instruction to get CPU type
300         cpuid
301         movb %al,%cl            # save reg for future use
302         andb $0x0f,%ah          # mask processor family
303         movb %ah,X86
304         andb $0xf0,%al          # mask model
305         shrb $4,%al
306         movb %al,X86_MODEL
307         andb $0x0f,%cl          # mask mask revision
308         movb %cl,X86_MASK
309         movl %edx,X86_CAPABILITY
310
311 is486:  movl $0x50022,%ecx      # set AM, WP, NE and MP
312         jmp 2f
313
314 is386:  movl $2,%ecx            # set MP
315 2:      movl %cr0,%eax
316         andl $0x80000011,%eax   # Save PG,PE,ET
317         orl %ecx,%eax
318         movl %eax,%cr0
319
320         call check_x87
321         call setup_pda
322         lgdt early_gdt_descr
323         lidt idt_descr
324         ljmp $(__KERNEL_CS),$1f
325 1:      movl $(__KERNEL_DS),%eax        # reload all the segment registers
326         movl %eax,%ss                   # after changing gdt.
327
328         movl $(__USER_DS),%eax          # DS/ES contains default USER segment
329         movl %eax,%ds
330         movl %eax,%es
331
332         xorl %eax,%eax                  # Clear GS and LDT
333         movl %eax,%gs
334         lldt %ax
335
336         movl $(__KERNEL_PDA),%eax
337         mov  %eax,%fs
338
339         cld                     # gcc2 wants the direction flag cleared at all times
340         pushl $0                # fake return address for unwinder
341 #ifdef CONFIG_SMP
342         movb ready, %cl
343         movb $1, ready
344         cmpb $0,%cl             # the first CPU calls start_kernel
345         jne initialize_secondary # all other CPUs call initialize_secondary
346 #endif /* CONFIG_SMP */
347         jmp start_kernel
348
349 /*
350  * We depend on ET to be correct. This checks for 287/387.
351  */
352 check_x87:
353         movb $0,X86_HARD_MATH
354         clts
355         fninit
356         fstsw %ax
357         cmpb $0,%al
358         je 1f
359         movl %cr0,%eax          /* no coprocessor: have to set bits */
360         xorl $4,%eax            /* set EM */
361         movl %eax,%cr0
362         ret
363         ALIGN
364 1:      movb $1,X86_HARD_MATH
365         .byte 0xDB,0xE4         /* fsetpm for 287, ignored by 387 */
366         ret
367
368 /*
369  * Point the GDT at this CPU's PDA.  On boot this will be
370  * cpu_gdt_table and boot_pda; for secondary CPUs, these will be
371  * that CPU's GDT and PDA.
372  */
373 ENTRY(setup_pda)
374         /* get the PDA pointer */
375         movl start_pda, %eax
376
377         /* slot the PDA address into the GDT */
378         mov early_gdt_descr+2, %ecx
379         mov %ax, (__KERNEL_PDA+0+2)(%ecx)               /* base & 0x0000ffff */
380         shr $16, %eax
381         mov %al, (__KERNEL_PDA+4+0)(%ecx)               /* base & 0x00ff0000 */
382         mov %ah, (__KERNEL_PDA+4+3)(%ecx)               /* base & 0xff000000 */
383         ret
384
385 /*
386  *  setup_idt
387  *
388  *  sets up a idt with 256 entries pointing to
389  *  ignore_int, interrupt gates. It doesn't actually load
390  *  idt - that can be done only after paging has been enabled
391  *  and the kernel moved to PAGE_OFFSET. Interrupts
392  *  are enabled elsewhere, when we can be relatively
393  *  sure everything is ok.
394  *
395  *  Warning: %esi is live across this function.
396  */
397 setup_idt:
398         lea ignore_int,%edx
399         movl $(__KERNEL_CS << 16),%eax
400         movw %dx,%ax            /* selector = 0x0010 = cs */
401         movw $0x8E00,%dx        /* interrupt gate - dpl=0, present */
402
403         lea idt_table,%edi
404         mov $256,%ecx
405 rp_sidt:
406         movl %eax,(%edi)
407         movl %edx,4(%edi)
408         addl $8,%edi
409         dec %ecx
410         jne rp_sidt
411
412 .macro  set_early_handler handler,trapno
413         lea \handler,%edx
414         movl $(__KERNEL_CS << 16),%eax
415         movw %dx,%ax
416         movw $0x8E00,%dx        /* interrupt gate - dpl=0, present */
417         lea idt_table,%edi
418         movl %eax,8*\trapno(%edi)
419         movl %edx,8*\trapno+4(%edi)
420 .endm
421
422         set_early_handler handler=early_divide_err,trapno=0
423         set_early_handler handler=early_illegal_opcode,trapno=6
424         set_early_handler handler=early_protection_fault,trapno=13
425         set_early_handler handler=early_page_fault,trapno=14
426
427         ret
428
429 early_divide_err:
430         xor %edx,%edx
431         pushl $0        /* fake errcode */
432         jmp early_fault
433
434 early_illegal_opcode:
435         movl $6,%edx
436         pushl $0        /* fake errcode */
437         jmp early_fault
438
439 early_protection_fault:
440         movl $13,%edx
441         jmp early_fault
442
443 early_page_fault:
444         movl $14,%edx
445         jmp early_fault
446
447 early_fault:
448         cld
449 #ifdef CONFIG_PRINTK
450         movl $(__KERNEL_DS),%eax
451         movl %eax,%ds
452         movl %eax,%es
453         cmpl $2,early_recursion_flag
454         je hlt_loop
455         incl early_recursion_flag
456         movl %cr2,%eax
457         pushl %eax
458         pushl %edx              /* trapno */
459         pushl $fault_msg
460 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
461         call early_printk
462 #else
463         call printk
464 #endif
465 #endif
466 hlt_loop:
467         hlt
468         jmp hlt_loop
469
470 /* This is the default interrupt "handler" :-) */
471         ALIGN
472 ignore_int:
473         cld
474 #ifdef CONFIG_PRINTK
475         pushl %eax
476         pushl %ecx
477         pushl %edx
478         pushl %es
479         pushl %ds
480         movl $(__KERNEL_DS),%eax
481         movl %eax,%ds
482         movl %eax,%es
483         cmpl $2,early_recursion_flag
484         je hlt_loop
485         incl early_recursion_flag
486         pushl 16(%esp)
487         pushl 24(%esp)
488         pushl 32(%esp)
489         pushl 40(%esp)
490         pushl $int_msg
491 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
492         call early_printk
493 #else
494         call printk
495 #endif
496         addl $(5*4),%esp
497         popl %ds
498         popl %es
499         popl %edx
500         popl %ecx
501         popl %eax
502 #endif
503         iret
504
505 .section .text
506 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
507 startup_paravirt:
508         cld
509         movl $(init_thread_union+THREAD_SIZE),%esp
510
511         /* We take pains to preserve all the regs. */
512         pushl   %edx
513         pushl   %ecx
514         pushl   %eax
515
516         pushl   $__start_paravirtprobe
517 1:
518         movl    0(%esp), %eax
519         cmpl    $__stop_paravirtprobe, %eax
520         je      unhandled_paravirt
521         pushl   (%eax)
522         movl    8(%esp), %eax
523         call    *(%esp)
524         popl    %eax
525
526         movl    4(%esp), %eax
527         movl    8(%esp), %ecx
528         movl    12(%esp), %edx
529
530         addl    $4, (%esp)
531         jmp     1b
532
533 unhandled_paravirt:
534         /* Nothing wanted us: we're screwed. */
535         ud2
536 #endif
537
538 /*
539  * Real beginning of normal "text" segment
540  */
541 ENTRY(stext)
542 ENTRY(_stext)
543
544 /*
545  * BSS section
546  */
547 .section ".bss.page_aligned","w"
548 ENTRY(swapper_pg_dir)
549         .fill 1024,4,0
550 ENTRY(empty_zero_page)
551         .fill 4096,1,0
552
553 /*
554  * This starts the data section.
555  */
556 .data
557 ENTRY(start_pda)
558         .long boot_pda
559
560 ENTRY(stack_start)
561         .long init_thread_union+THREAD_SIZE
562         .long __BOOT_DS
563
564 ready:  .byte 0
565
566 early_recursion_flag:
567         .long 0
568
569 int_msg:
570         .asciz "Unknown interrupt or fault at EIP %p %p %p\n"
571
572 fault_msg:
573         .ascii "Int %d: CR2 %p  err %p  EIP %p  CS %p  flags %p\n"
574         .asciz "Stack: %p %p %p %p %p %p %p %p\n"
575
576 /*
577  * The IDT and GDT 'descriptors' are a strange 48-bit object
578  * only used by the lidt and lgdt instructions. They are not
579  * like usual segment descriptors - they consist of a 16-bit
580  * segment size, and 32-bit linear address value:
581  */
582
583 .globl boot_gdt_descr
584 .globl idt_descr
585
586         ALIGN
587 # early boot GDT descriptor (must use 1:1 address mapping)
588         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
589 boot_gdt_descr:
590         .word __BOOT_DS+7
591         .long boot_gdt_table - __PAGE_OFFSET
592
593         .word 0                         # 32-bit align idt_desc.address
594 idt_descr:
595         .word IDT_ENTRIES*8-1           # idt contains 256 entries
596         .long idt_table
597
598 # boot GDT descriptor (later on used by CPU#0):
599         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
600 ENTRY(early_gdt_descr)
601         .word GDT_ENTRIES*8-1
602         .long cpu_gdt_table
603
604 /*
605  * The boot_gdt_table must mirror the equivalent in setup.S and is
606  * used only for booting.
607  */
608         .align L1_CACHE_BYTES
609 ENTRY(boot_gdt_table)
610         .fill GDT_ENTRY_BOOT_CS,8,0
611         .quad 0x00cf9a000000ffff        /* kernel 4GB code at 0x00000000 */
612         .quad 0x00cf92000000ffff        /* kernel 4GB data at 0x00000000 */
613
614 /*
615  * The Global Descriptor Table contains 28 quadwords, per-CPU.
616  */
617         .align L1_CACHE_BYTES
618 ENTRY(cpu_gdt_table)
619         .quad 0x0000000000000000        /* NULL descriptor */
620         .quad 0x0000000000000000        /* 0x0b reserved */
621         .quad 0x0000000000000000        /* 0x13 reserved */
622         .quad 0x0000000000000000        /* 0x1b reserved */
623         .quad 0x0000000000000000        /* 0x20 unused */
624         .quad 0x0000000000000000        /* 0x28 unused */
625         .quad 0x0000000000000000        /* 0x33 TLS entry 1 */
626         .quad 0x0000000000000000        /* 0x3b TLS entry 2 */
627         .quad 0x0000000000000000        /* 0x43 TLS entry 3 */
628         .quad 0x0000000000000000        /* 0x4b reserved */
629         .quad 0x0000000000000000        /* 0x53 reserved */
630         .quad 0x0000000000000000        /* 0x5b reserved */
631
632         .quad 0x00cf9a000000ffff        /* 0x60 kernel 4GB code at 0x00000000 */
633         .quad 0x00cf92000000ffff        /* 0x68 kernel 4GB data at 0x00000000 */
634         .quad 0x00cffa000000ffff        /* 0x73 user 4GB code at 0x00000000 */
635         .quad 0x00cff2000000ffff        /* 0x7b user 4GB data at 0x00000000 */
636
637         .quad 0x0000000000000000        /* 0x80 TSS descriptor */
638         .quad 0x0000000000000000        /* 0x88 LDT descriptor */
639
640         /*
641          * Segments used for calling PnP BIOS have byte granularity.
642          * They code segments and data segments have fixed 64k limits,
643          * the transfer segment sizes are set at run time.
644          */
645         .quad 0x00409a000000ffff        /* 0x90 32-bit code */
646         .quad 0x00009a000000ffff        /* 0x98 16-bit code */
647         .quad 0x000092000000ffff        /* 0xa0 16-bit data */
648         .quad 0x0000920000000000        /* 0xa8 16-bit data */
649         .quad 0x0000920000000000        /* 0xb0 16-bit data */
650
651         /*
652          * The APM segments have byte granularity and their bases
653          * are set at run time.  All have 64k limits.
654          */
655         .quad 0x00409a000000ffff        /* 0xb8 APM CS    code */
656         .quad 0x00009a000000ffff        /* 0xc0 APM CS 16 code (16 bit) */
657         .quad 0x004092000000ffff        /* 0xc8 APM DS    data */
658
659         .quad 0x00c0920000000000        /* 0xd0 - ESPFIX SS */
660         .quad 0x00cf92000000ffff        /* 0xd8 - PDA */
661         .quad 0x0000000000000000        /* 0xe0 - unused */
662         .quad 0x0000000000000000        /* 0xe8 - unused */
663         .quad 0x0000000000000000        /* 0xf0 - unused */
664         .quad 0x0000000000000000        /* 0xf8 - GDT entry 31: double-fault TSS */
665