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
  23 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
  24 #include <asm/asm-offsets.h>
  25 #include <asm/paravirt.h>
  26 #else
  27 #define GET_CR2_INTO_RCX movq %cr2, %rcx
  28 #endif
  29
  30 /* we are not able to switch in one step to the final KERNEL ADDRESS SPACE
  31  * because we need identity-mapped pages.
  32  *
  33  */
  34
  35 #define pud_index(x)    (((x) >> PUD_SHIFT) & (PTRS_PER_PUD-1))
  36
  37 L4_PAGE_OFFSET = pgd_index(__PAGE_OFFSET)
  38 L3_PAGE_OFFSET = pud_index(__PAGE_OFFSET)
  39 L4_START_KERNEL = pgd_index(__START_KERNEL_map)
  40 L3_START_KERNEL = pud_index(__START_KERNEL_map)
  41
  42         .text
  43         __HEAD
  44         .code64
  45         .globl startup_64
  46 startup_64:
  47
  48         /*
  49          * At this point the CPU runs in 64bit mode CS.L = 1 CS.D = 1,
  50          * and someone has loaded an identity mapped page table
  51          * for us.  These identity mapped page tables map all of the
  52          * kernel pages and possibly all of memory.
  53          *
  54          * %esi holds a physical pointer to real_mode_data.
  55          *
  56          * We come here either directly from a 64bit bootloader, or from
  57          * arch/x86_64/boot/compressed/head.S.
  58          *
  59          * We only come here initially at boot nothing else comes here.
  60          *
  61          * Since we may be loaded at an address different from what we were
  62          * compiled to run at we first fixup the physical addresses in our page
  63          * tables and then reload them.
  64          */
  65
  66         /* Compute the delta between the address I am compiled to run at and the
  67          * address I am actually running at.
  68          */
  69         leaq    _text(%rip), %rbp
  70         subq    $_text - __START_KERNEL_map, %rbp
  71
  72         /* Is the address not 2M aligned? */
  73         movq    %rbp, %rax
  74         andl    $~PMD_PAGE_MASK, %eax
  75         testl   %eax, %eax
  76         jnz     bad_address
  77
  78         /* Is the address too large? */
  79         leaq    _text(%rip), %rdx
  80         movq    $PGDIR_SIZE, %rax
  81         cmpq    %rax, %rdx
  82         jae     bad_address
  83
  84         /* Fixup the physical addresses in the page table
  85          */
  86         addq    %rbp, init_level4_pgt + 0(%rip)
  87         addq    %rbp, init_level4_pgt + (L4_PAGE_OFFSET*8)(%rip)
  88         addq    %rbp, init_level4_pgt + (L4_START_KERNEL*8)(%rip)
  89
  90         addq    %rbp, level3_ident_pgt + 0(%rip)
  91
  92         addq    %rbp, level3_kernel_pgt + (510*8)(%rip)
  93         addq    %rbp, level3_kernel_pgt + (511*8)(%rip)
  94
  95         addq    %rbp, level2_fixmap_pgt + (506*8)(%rip)
  96
  97         /* Add an Identity mapping if I am above 1G */
  98         leaq    _text(%rip), %rdi
  99         andq    $PMD_PAGE_MASK, %rdi
 100
 101         movq    %rdi, %rax
 102         shrq    $PUD_SHIFT, %rax
 103         andq    $(PTRS_PER_PUD - 1), %rax
 104         jz      ident_complete
 105
 106         leaq    (level2_spare_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE)(%rbp), %rdx
 107         leaq    level3_ident_pgt(%rip), %rbx
 108         movq    %rdx, 0(%rbx, %rax, 8)
 109
 110         movq    %rdi, %rax
 111         shrq    $PMD_SHIFT, %rax
 112         andq    $(PTRS_PER_PMD - 1), %rax
 113         leaq    __PAGE_KERNEL_IDENT_LARGE_EXEC(%rdi), %rdx
 114         leaq    level2_spare_pgt(%rip), %rbx
 115         movq    %rdx, 0(%rbx, %rax, 8)
 116 ident_complete:
 117
 118         /*
 119          * Fixup the kernel text+data virtual addresses. Note that
 120          * we might write invalid pmds, when the kernel is relocated
 121          * cleanup_highmap() fixes this up along with the mappings
 122          * beyond _end.
 123          */
 124
 125         leaq    level2_kernel_pgt(%rip), %rdi
 126         leaq    4096(%rdi), %r8
 127         /* See if it is a valid page table entry */
 128 1:      testq   $1, 0(%rdi)
 129         jz      2f
 130         addq    %rbp, 0(%rdi)
 131         /* Go to the next page */
 132 2:      addq    $8, %rdi
 133         cmp     %r8, %rdi
 134         jne     1b
 135
 136         /* Fixup phys_base */
 137         addq    %rbp, phys_base(%rip)
 138
 139         /* Due to ENTRY(), sometimes the empty space gets filled with
 140          * zeros. Better take a jmp than relying on empty space being
 141          * filled with 0x90 (nop)
 142          */
 143         jmp secondary_startup_64
 144 ENTRY(secondary_startup_64)
 145         /*
 146          * At this point the CPU runs in 64bit mode CS.L = 1 CS.D = 1,
 147          * and someone has loaded a mapped page table.
 148          *
 149          * %esi holds a physical pointer to real_mode_data.
 150          *
 151          * We come here either from startup_64 (using physical addresses)
 152          * or from trampoline.S (using virtual addresses).
 153          *
 154          * Using virtual addresses from trampoline.S removes the need
 155          * to have any identity mapped pages in the kernel page table
 156          * after the boot processor executes this code.
 157          */
 158
 159         /* Enable PAE mode and PGE */
 160         movl    $(X86_CR4_PAE | X86_CR4_PGE), %eax
 161         movq    %rax, %cr4
 162
 163         /* Setup early boot stage 4 level pagetables. */
 164         movq    $(init_level4_pgt - __START_KERNEL_map), %rax
 165         addq    phys_base(%rip), %rax
 166         movq    %rax, %cr3
 167
 168         /* Ensure I am executing from virtual addresses */
 169         movq    $1f, %rax
 170         jmp     *%rax
 171 1:
 172
 173         /* Check if nx is implemented */
 174         movl    $0x80000001, %eax
 175         cpuid
 176         movl    %edx,%edi
 177
 178         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
 179         movl    $MSR_EFER, %ecx
 180         rdmsr
 181         btsl    $_EFER_SCE, %eax        /* Enable System Call */
 182         btl     $20,%edi                /* No Execute supported? */
 183         jnc     1f
 184         btsl    $_EFER_NX, %eax
 185 1:      wrmsr                           /* Make changes effective */
 186
 187         /* Setup cr0 */
 188 #define CR0_STATE       (X86_CR0_PE | X86_CR0_MP | X86_CR0_ET | \
 189                          X86_CR0_NE | X86_CR0_WP | X86_CR0_AM | \
 190                          X86_CR0_PG)
 191         movl    $CR0_STATE, %eax
 192         /* Make changes effective */
 193         movq    %rax, %cr0
 194
 195         /* Setup a boot time stack */
 196         movq stack_start(%rip),%rsp
 197
 198         /* zero EFLAGS after setting rsp */
 199         pushq $0
 200         popfq
 201
 202         /*
 203          * We must switch to a new descriptor in kernel space for the GDT
 204          * because soon the kernel won't have access anymore to the userspace
 205          * addresses where we're currently running on. We have to do that here
 206          * because in 32bit we couldn't load a 64bit linear address.
 207          */
 208         lgdt    early_gdt_descr(%rip)
 209
 210         /* set up data segments */
 211         xorl %eax,%eax
 212         movl %eax,%ds
 213         movl %eax,%ss
 214         movl %eax,%es
 215
 216         /*
 217          * We don't really need to load %fs or %gs, but load them anyway
 218          * to kill any stale realmode selectors.  This allows execution
 219          * under VT hardware.
 220          */
 221         movl %eax,%fs
 222         movl %eax,%gs
 223
 224         /* Set up %gs.
 225          *
 226          * The base of %gs always points to the bottom of the irqstack
 227          * union.  If the stack protector canary is enabled, it is
 228          * located at %gs:40.  Note that, on SMP, the boot cpu uses
 229          * init data section till per cpu areas are set up.
 230          */
 231         movl    $MSR_GS_BASE,%ecx
 232         movl    initial_gs(%rip),%eax
 233         movl    initial_gs+4(%rip),%edx
 234         wrmsr
 235
 236         /* esi is pointer to real mode structure with interesting info.
 237            pass it to C */
 238         movl    %esi, %edi
 239
 240         /* Finally jump to run C code and to be on real kernel address
 241          * Since we are running on identity-mapped space we have to jump
 242          * to the full 64bit address, this is only possible as indirect
 243          * jump.  In addition we need to ensure %cs is set so we make this
 244          * a far return.
 245          */
 246         movq    initial_code(%rip),%rax
 247         pushq   $0              # fake return address to stop unwinder
 248         pushq   $__KERNEL_CS    # set correct cs
 249         pushq   %rax            # target address in negative space
 250         lretq
 251
 252         /* SMP bootup changes these two */
 253         __REFDATA
 254         .align  8
 255         ENTRY(initial_code)
 256         .quad   x86_64_start_kernel
 257         ENTRY(initial_gs)
 258         .quad   INIT_PER_CPU_VAR(irq_stack_union)
 259
 260         ENTRY(stack_start)
 261         .quad  init_thread_union+THREAD_SIZE-8
 262         .word  0
 263         __FINITDATA
 264
 265 bad_address:
 266         jmp bad_address
 267
 268         .section ".init.text","ax"
 269 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
 270         .globl early_idt_handlers
 271 early_idt_handlers:
 272         i = 0
 273         .rept NUM_EXCEPTION_VECTORS
 274         movl $i, %esi
 275         jmp early_idt_handler
 276         i = i + 1
 277         .endr
 278 #endif
 279
 280 ENTRY(early_idt_handler)
 281 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
 282         cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
 283         jz  1f
 284         incl early_recursion_flag(%rip)
 285         GET_CR2_INTO_RCX
 286         movq %rcx,%r9
 287         xorl %r8d,%r8d          # zero for error code
 288         movl %esi,%ecx          # get vector number
 289         # Test %ecx against mask of vectors that push error code.
 290         cmpl $31,%ecx
 291         ja 0f
 292         movl $1,%eax
 293         salq %cl,%rax
 294         testl $0x27d00,%eax
 295         je 0f
 296         popq %r8                # get error code
 297 0:      movq 0(%rsp),%rcx       # get ip
 298         movq 8(%rsp),%rdx       # get cs
 299         xorl %eax,%eax
 300         leaq early_idt_msg(%rip),%rdi
 301         call early_printk
 302         cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
 303         jz  1f
 304         call dump_stack
 305 #ifdef CONFIG_KALLSYMS
 306         leaq early_idt_ripmsg(%rip),%rdi
 307         movq 0(%rsp),%rsi       # get rip again
 308         call __print_symbol
 309 #endif
 310 #endif /* EARLY_PRINTK */
 311 1:      hlt
 312         jmp 1b
 313
 314 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
 315 early_recursion_flag:
 316         .long 0
 317
 318 early_idt_msg:
 319         .asciz "PANIC: early exception %02lx rip %lx:%lx error %lx cr2 %lx\n"
 320 early_idt_ripmsg:
 321         .asciz "RIP %s\n"
 322 #endif /* CONFIG_EARLY_PRINTK */
 323         .previous
 324
 325 #define NEXT_PAGE(name) \
 326         .balign PAGE_SIZE; \
 327 ENTRY(name)
 328
 329 /* Automate the creation of 1 to 1 mapping pmd entries */
 330 #define PMDS(START, PERM, COUNT)                        \
 331         i = 0 ;                                         \
 332         .rept (COUNT) ;                                 \
 333         .quad   (START) + (i << PMD_SHIFT) + (PERM) ;   \
 334         i = i + 1 ;                                     \
 335         .endr
 336
 337         .data
 338         /*
 339          * This default setting generates an ident mapping at address 0x100000
 340          * and a mapping for the kernel that precisely maps virtual address
 341          * 0xffffffff80000000 to physical address 0x000000. (always using
 342          * 2Mbyte large pages provided by PAE mode)
 343          */
 344 NEXT_PAGE(init_level4_pgt)
 345         .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
 346         .org    init_level4_pgt + L4_PAGE_OFFSET*8, 0
 347         .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
 348         .org    init_level4_pgt + L4_START_KERNEL*8, 0
 349         /* (2^48-(2*1024*1024*1024))/(2^39) = 511 */
 350         .quad   level3_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
 351
 352 NEXT_PAGE(level3_ident_pgt)
 353         .quad   level2_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
 354         .fill   511,8,0
 355
 356 NEXT_PAGE(level3_kernel_pgt)
 357         .fill   L3_START_KERNEL,8,0
 358         /* (2^48-(2*1024*1024*1024)-((2^39)*511))/(2^30) = 510 */
 359         .quad   level2_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
 360         .quad   level2_fixmap_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
 361
 362 NEXT_PAGE(level2_fixmap_pgt)
 363         .fill   506,8,0
 364         .quad   level1_fixmap_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
 365         /* 8MB reserved for vsyscalls + a 2MB hole = 4 + 1 entries */
 366         .fill   5,8,0
 367
 368 NEXT_PAGE(level1_fixmap_pgt)
 369         .fill   512,8,0
 370
 371 NEXT_PAGE(level2_ident_pgt)
 372         /* Since I easily can, map the first 1G.
 373          * Don't set NX because code runs from these pages.
 374          */
 375         PMDS(0, __PAGE_KERNEL_IDENT_LARGE_EXEC, PTRS_PER_PMD)
 376
 377 NEXT_PAGE(level2_kernel_pgt)
 378         /*
 379          * 512 MB kernel mapping. We spend a full page on this pagetable
 380          * anyway.
 381          *
 382          * The kernel code+data+bss must not be bigger than that.
 383          *
 384          * (NOTE: at +512MB starts the module area, see MODULES_VADDR.
 385          *  If you want to increase this then increase MODULES_VADDR
 386          *  too.)
 387          */
 388         PMDS(0, __PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC,
 389                 KERNEL_IMAGE_SIZE/PMD_SIZE)
 390
 391 NEXT_PAGE(level2_spare_pgt)
 392         .fill   512, 8, 0
 393
 394 #undef PMDS
 395 #undef NEXT_PAGE
 396
 397         .data
 398         .align 16
 399         .globl early_gdt_descr
 400 early_gdt_descr:
 401         .word   GDT_ENTRIES*8-1
 402 early_gdt_descr_base:
 403         .quad   INIT_PER_CPU_VAR(gdt_page)
 404
 405 ENTRY(phys_base)
 406         /* This must match the first entry in level2_kernel_pgt */
 407         .quad   0x0000000000000000
 408
 409 #include "../../x86/xen/xen-head.S"
 410
 411         .section .bss, "aw", @nobits
 412         .align L1_CACHE_BYTES
 413 ENTRY(idt_table)
 414         .skip IDT_ENTRIES * 16
 415
 416         .align L1_CACHE_BYTES
 417 ENTRY(nmi_idt_table)
 418         .skip IDT_ENTRIES * 16
 419
 420         __PAGE_ALIGNED_BSS
 421         .align PAGE_SIZE
 422 ENTRY(empty_zero_page)
 423         .skip PAGE_SIZE