arch/x86/kernel/head_32.S

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
   2 /*
   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/init.h>
  13 #include <linux/linkage.h>
  14 #include <asm/segment.h>
  15 #include <asm/page_types.h>
  16 #include <asm/pgtable_types.h>
  17 #include <asm/cache.h>
  18 #include <asm/thread_info.h>
  19 #include <asm/asm-offsets.h>
  20 #include <asm/setup.h>
  21 #include <asm/processor-flags.h>
  22 #include <asm/msr-index.h>
  23 #include <asm/cpufeatures.h>
  24 #include <asm/percpu.h>
  25 #include <asm/nops.h>
  26 #include <asm/nospec-branch.h>
  27 #include <asm/bootparam.h>
  28 #include <asm/export.h>
  29 #include <asm/pgtable_32.h>
  30
  31 /* Physical address */
  32 #define pa(X) ((X) - __PAGE_OFFSET)
  33
  34 /*
  35  * References to members of the new_cpu_data structure.
  36  */
  37
  38 #define X86             new_cpu_data+CPUINFO_x86
  39 #define X86_VENDOR      new_cpu_data+CPUINFO_x86_vendor
  40 #define X86_MODEL       new_cpu_data+CPUINFO_x86_model
  41 #define X86_STEPPING    new_cpu_data+CPUINFO_x86_stepping
  42 #define X86_HARD_MATH   new_cpu_data+CPUINFO_hard_math
  43 #define X86_CPUID       new_cpu_data+CPUINFO_cpuid_level
  44 #define X86_CAPABILITY  new_cpu_data+CPUINFO_x86_capability
  45 #define X86_VENDOR_ID   new_cpu_data+CPUINFO_x86_vendor_id
  46
  47
  48 #define SIZEOF_PTREGS 17*4
  49
  50 /*
  51  * Worst-case size of the kernel mapping we need to make:
  52  * a relocatable kernel can live anywhere in lowmem, so we need to be able
  53  * to map all of lowmem.
  54  */
  55 KERNEL_PAGES = LOWMEM_PAGES
  56
  57 INIT_MAP_SIZE = PAGE_TABLE_SIZE(KERNEL_PAGES) * PAGE_SIZE
  58 RESERVE_BRK(pagetables, INIT_MAP_SIZE)
  59
  60 /*
  61  * 32-bit kernel entrypoint; only used by the boot CPU.  On entry,
  62  * %esi points to the real-mode code as a 32-bit pointer.
  63  * CS and DS must be 4 GB flat segments, but we don't depend on
  64  * any particular GDT layout, because we load our own as soon as we
  65  * can.
  66  */
  67 __HEAD
  68 SYM_CODE_START(startup_32)
  69         movl pa(initial_stack),%ecx
  70
  71 /*
  72  * Set segments to known values.
  73  */
  74         lgdt pa(boot_gdt_descr)
  75         movl $(__BOOT_DS),%eax
  76         movl %eax,%ds
  77         movl %eax,%es
  78         movl %eax,%fs
  79         movl %eax,%gs
  80         movl %eax,%ss
  81         leal -__PAGE_OFFSET(%ecx),%esp
  82
  83 /*
  84  * Clear BSS first so that there are no surprises...
  85  */
  86         cld
  87         xorl %eax,%eax
  88         movl $pa(__bss_start),%edi
  89         movl $pa(__bss_stop),%ecx
  90         subl %edi,%ecx
  91         shrl $2,%ecx
  92         rep ; stosl
  93 /*
  94  * Copy bootup parameters out of the way.
  95  * Note: %esi still has the pointer to the real-mode data.
  96  * With the kexec as boot loader, parameter segment might be loaded beyond
  97  * kernel image and might not even be addressable by early boot page tables.
  98  * (kexec on panic case). Hence copy out the parameters before initializing
  99  * page tables.
 100  */
 101         movl $pa(boot_params),%edi
 102         movl $(PARAM_SIZE/4),%ecx
 103         cld
 104         rep
 105         movsl
 106         movl pa(boot_params) + NEW_CL_POINTER,%esi
 107         andl %esi,%esi
 108         jz 1f                   # No command line
 109         movl $pa(boot_command_line),%edi
 110         movl $(COMMAND_LINE_SIZE/4),%ecx
 111         rep
 112         movsl
 113 1:
 114
 115 #ifdef CONFIG_OLPC
 116         /* save OFW's pgdir table for later use when calling into OFW */
 117         movl %cr3, %eax
 118         movl %eax, pa(olpc_ofw_pgd)
 119 #endif
 120
 121 #ifdef CONFIG_MICROCODE
 122         /* Early load ucode on BSP. */
 123         call load_ucode_bsp
 124 #endif
 125
 126         /* Create early pagetables. */
 127         call  mk_early_pgtbl_32
 128
 129         /* Do early initialization of the fixmap area */
 130         movl $pa(initial_pg_fixmap)+PDE_IDENT_ATTR,%eax
 131 #ifdef  CONFIG_X86_PAE
 132 #define KPMDS (((-__PAGE_OFFSET) >> 30) & 3) /* Number of kernel PMDs */
 133         movl %eax,pa(initial_pg_pmd+0x1000*KPMDS-8)
 134 #else
 135         movl %eax,pa(initial_page_table+0xffc)
 136 #endif
 137
 138         jmp .Ldefault_entry
 139 SYM_CODE_END(startup_32)
 140
 141 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
 142 /*
 143  * Boot CPU0 entry point. It's called from play_dead(). Everything has been set
 144  * up already except stack. We just set up stack here. Then call
 145  * start_secondary().
 146  */
 147 SYM_FUNC_START(start_cpu0)
 148         movl initial_stack, %ecx
 149         movl %ecx, %esp
 150         call *(initial_code)
 151 1:      jmp 1b
 152 SYM_FUNC_END(start_cpu0)
 153 #endif
 154
 155 /*
 156  * Non-boot CPU entry point; entered from trampoline.S
 157  * We can't lgdt here, because lgdt itself uses a data segment, but
 158  * we know the trampoline has already loaded the boot_gdt for us.
 159  *
 160  * If cpu hotplug is not supported then this code can go in init section
 161  * which will be freed later
 162  */
 163 SYM_FUNC_START(startup_32_smp)
 164         cld
 165         movl $(__BOOT_DS),%eax
 166         movl %eax,%ds
 167         movl %eax,%es
 168         movl %eax,%fs
 169         movl %eax,%gs
 170         movl pa(initial_stack),%ecx
 171         movl %eax,%ss
 172         leal -__PAGE_OFFSET(%ecx),%esp
 173
 174 #ifdef CONFIG_MICROCODE
 175         /* Early load ucode on AP. */
 176         call load_ucode_ap
 177 #endif
 178
 179 .Ldefault_entry:
 180         movl $(CR0_STATE & ~X86_CR0_PG),%eax
 181         movl %eax,%cr0
 182
 183 /*
 184  * We want to start out with EFLAGS unambiguously cleared. Some BIOSes leave
 185  * bits like NT set. This would confuse the debugger if this code is traced. So
 186  * initialize them properly now before switching to protected mode. That means
 187  * DF in particular (even though we have cleared it earlier after copying the
 188  * command line) because GCC expects it.
 189  */
 190         pushl $0
 191         popfl
 192
 193 /*
 194  * New page tables may be in 4Mbyte page mode and may be using the global pages.
 195  *
 196  * NOTE! If we are on a 486 we may have no cr4 at all! Specifically, cr4 exists
 197  * if and only if CPUID exists and has flags other than the FPU flag set.
 198  */
 199         movl $-1,pa(X86_CPUID)          # preset CPUID level
 200         movl $X86_EFLAGS_ID,%ecx
 201         pushl %ecx
 202         popfl                           # set EFLAGS=ID
 203         pushfl
 204         popl %eax                       # get EFLAGS
 205         testl $X86_EFLAGS_ID,%eax       # did EFLAGS.ID remained set?
 206         jz .Lenable_paging              # hw disallowed setting of ID bit
 207                                         # which means no CPUID and no CR4
 208
 209         xorl %eax,%eax
 210         cpuid
 211         movl %eax,pa(X86_CPUID)         # save largest std CPUID function
 212
 213         movl $1,%eax
 214         cpuid
 215         andl $~1,%edx                   # Ignore CPUID.FPU
 216         jz .Lenable_paging              # No flags or only CPUID.FPU = no CR4
 217
 218         movl pa(mmu_cr4_features),%eax
 219         movl %eax,%cr4
 220
 221         testb $X86_CR4_PAE, %al         # check if PAE is enabled
 222         jz .Lenable_paging
 223
 224         /* Check if extended functions are implemented */
 225         movl $0x80000000, %eax
 226         cpuid
 227         /* Value must be in the range 0x80000001 to 0x8000ffff */
 228         subl $0x80000001, %eax
 229         cmpl $(0x8000ffff-0x80000001), %eax
 230         ja .Lenable_paging
 231
 232         /* Clear bogus XD_DISABLE bits */
 233         call verify_cpu
 234
 235         mov $0x80000001, %eax
 236         cpuid
 237         /* Execute Disable bit supported? */
 238         btl $(X86_FEATURE_NX & 31), %edx
 239         jnc .Lenable_paging
 240
 241         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
 242         movl $MSR_EFER, %ecx
 243         rdmsr
 244
 245         btsl $_EFER_NX, %eax
 246         /* Make changes effective */
 247         wrmsr
 248
 249 .Lenable_paging:
 250
 251 /*
 252  * Enable paging
 253  */
 254         movl $pa(initial_page_table), %eax
 255         movl %eax,%cr3          /* set the page table pointer.. */
 256         movl $CR0_STATE,%eax
 257         movl %eax,%cr0          /* ..and set paging (PG) bit */
 258         ljmp $__BOOT_CS,$1f     /* Clear prefetch and normalize %eip */
 259 1:
 260         /* Shift the stack pointer to a virtual address */
 261         addl $__PAGE_OFFSET, %esp
 262
 263 /*
 264  * start system 32-bit setup. We need to re-do some of the things done
 265  * in 16-bit mode for the "real" operations.
 266  */
 267         movl setup_once_ref,%eax
 268         andl %eax,%eax
 269         jz 1f                           # Did we do this already?
 270         call *%eax
 271 1:
 272
 273 /*
 274  * Check if it is 486
 275  */
 276         movb $4,X86                     # at least 486
 277         cmpl $-1,X86_CPUID
 278         je .Lis486
 279
 280         /* get vendor info */
 281         xorl %eax,%eax                  # call CPUID with 0 -> return vendor ID
 282         cpuid
 283         movl %eax,X86_CPUID             # save CPUID level
 284         movl %ebx,X86_VENDOR_ID         # lo 4 chars
 285         movl %edx,X86_VENDOR_ID+4       # next 4 chars
 286         movl %ecx,X86_VENDOR_ID+8       # last 4 chars
 287
 288         orl %eax,%eax                   # do we have processor info as well?
 289         je .Lis486
 290
 291         movl $1,%eax            # Use the CPUID instruction to get CPU type
 292         cpuid
 293         movb %al,%cl            # save reg for future use
 294         andb $0x0f,%ah          # mask processor family
 295         movb %ah,X86
 296         andb $0xf0,%al          # mask model
 297         shrb $4,%al
 298         movb %al,X86_MODEL
 299         andb $0x0f,%cl          # mask mask revision
 300         movb %cl,X86_STEPPING
 301         movl %edx,X86_CAPABILITY
 302
 303 .Lis486:
 304         movl $0x50022,%ecx      # set AM, WP, NE and MP
 305         movl %cr0,%eax
 306         andl $0x80000011,%eax   # Save PG,PE,ET
 307         orl %ecx,%eax
 308         movl %eax,%cr0
 309
 310         lgdt early_gdt_descr
 311         ljmp $(__KERNEL_CS),$1f
 312 1:      movl $(__KERNEL_DS),%eax        # reload all the segment registers
 313         movl %eax,%ss                   # after changing gdt.
 314
 315         movl $(__USER_DS),%eax          # DS/ES contains default USER segment
 316         movl %eax,%ds
 317         movl %eax,%es
 318
 319         movl $(__KERNEL_PERCPU), %eax
 320         movl %eax,%fs                   # set this cpu's percpu
 321
 322         xorl %eax,%eax
 323         movl %eax,%gs                   # clear possible garbage in %gs
 324
 325         xorl %eax,%eax                  # Clear LDT
 326         lldt %ax
 327
 328         call *(initial_code)
 329 1:      jmp 1b
 330 SYM_FUNC_END(startup_32_smp)
 331
 332 #include "verify_cpu.S"
 333
 334 /*
 335  *  setup_once
 336  *
 337  *  The setup work we only want to run on the BSP.
 338  *
 339  *  Warning: %esi is live across this function.
 340  */
 341 __INIT
 342 setup_once:
 343         andl $0,setup_once_ref  /* Once is enough, thanks */
 344         RET
 345
 346 SYM_FUNC_START(early_idt_handler_array)
 347         # 36(%esp) %eflags
 348         # 32(%esp) %cs
 349         # 28(%esp) %eip
 350         # 24(%rsp) error code
 351         i = 0
 352         .rept NUM_EXCEPTION_VECTORS
 353         .if ((EXCEPTION_ERRCODE_MASK >> i) & 1) == 0
 354         pushl $0                # Dummy error code, to make stack frame uniform
 355         .endif
 356         pushl $i                # 20(%esp) Vector number
 357         jmp early_idt_handler_common
 358         i = i + 1
 359         .fill early_idt_handler_array + i*EARLY_IDT_HANDLER_SIZE - ., 1, 0xcc
 360         .endr
 361 SYM_FUNC_END(early_idt_handler_array)
 362
 363 SYM_CODE_START_LOCAL(early_idt_handler_common)
 364         /*
 365          * The stack is the hardware frame, an error code or zero, and the
 366          * vector number.
 367          */
 368         cld
 369
 370         incl %ss:early_recursion_flag
 371
 372         /* The vector number is in pt_regs->gs */
 373
 374         cld
 375         pushl   %fs             /* pt_regs->fs (__fsh varies by model) */
 376         pushl   %es             /* pt_regs->es (__esh varies by model) */
 377         pushl   %ds             /* pt_regs->ds (__dsh varies by model) */
 378         pushl   %eax            /* pt_regs->ax */
 379         pushl   %ebp            /* pt_regs->bp */
 380         pushl   %edi            /* pt_regs->di */
 381         pushl   %esi            /* pt_regs->si */
 382         pushl   %edx            /* pt_regs->dx */
 383         pushl   %ecx            /* pt_regs->cx */
 384         pushl   %ebx            /* pt_regs->bx */
 385
 386         /* Fix up DS and ES */
 387         movl    $(__KERNEL_DS), %ecx
 388         movl    %ecx, %ds
 389         movl    %ecx, %es
 390
 391         /* Load the vector number into EDX */
 392         movl    PT_GS(%esp), %edx
 393
 394         /* Load GS into pt_regs->gs (and maybe clobber __gsh) */
 395         movw    %gs, PT_GS(%esp)
 396
 397         movl    %esp, %eax      /* args are pt_regs (EAX), trapnr (EDX) */
 398         call    early_fixup_exception
 399
 400         popl    %ebx            /* pt_regs->bx */
 401         popl    %ecx            /* pt_regs->cx */
 402         popl    %edx            /* pt_regs->dx */
 403         popl    %esi            /* pt_regs->si */
 404         popl    %edi            /* pt_regs->di */
 405         popl    %ebp            /* pt_regs->bp */
 406         popl    %eax            /* pt_regs->ax */
 407         popl    %ds             /* pt_regs->ds (always ignores __dsh) */
 408         popl    %es             /* pt_regs->es (always ignores __esh) */
 409         popl    %fs             /* pt_regs->fs (always ignores __fsh) */
 410         popl    %gs             /* pt_regs->gs (always ignores __gsh) */
 411         decl    %ss:early_recursion_flag
 412         addl    $4, %esp        /* pop pt_regs->orig_ax */
 413         iret
 414 SYM_CODE_END(early_idt_handler_common)
 415
 416 /* This is the default interrupt "handler" :-) */
 417 SYM_FUNC_START(early_ignore_irq)
 418         cld
 419 #ifdef CONFIG_PRINTK
 420         pushl %eax
 421         pushl %ecx
 422         pushl %edx
 423         pushl %es
 424         pushl %ds
 425         movl $(__KERNEL_DS),%eax
 426         movl %eax,%ds
 427         movl %eax,%es
 428         cmpl $2,early_recursion_flag
 429         je hlt_loop
 430         incl early_recursion_flag
 431         pushl 16(%esp)
 432         pushl 24(%esp)
 433         pushl 32(%esp)
 434         pushl 40(%esp)
 435         pushl $int_msg
 436         call _printk
 437
 438         call dump_stack
 439
 440         addl $(5*4),%esp
 441         popl %ds
 442         popl %es
 443         popl %edx
 444         popl %ecx
 445         popl %eax
 446 #endif
 447         iret
 448
 449 hlt_loop:
 450         hlt
 451         jmp hlt_loop
 452 SYM_FUNC_END(early_ignore_irq)
 453
 454 __INITDATA
 455         .align 4
 456 SYM_DATA(early_recursion_flag, .long 0)
 457
 458 __REFDATA
 459         .align 4
 460 SYM_DATA(initial_code,          .long i386_start_kernel)
 461 SYM_DATA(setup_once_ref,        .long setup_once)
 462
 463 #ifdef CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION
 464 #define PGD_ALIGN       (2 * PAGE_SIZE)
 465 #define PTI_USER_PGD_FILL       1024
 466 #else
 467 #define PGD_ALIGN       (PAGE_SIZE)
 468 #define PTI_USER_PGD_FILL       0
 469 #endif
 470 /*
 471  * BSS section
 472  */
 473 __PAGE_ALIGNED_BSS
 474         .align PGD_ALIGN
 475 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 476 .globl initial_pg_pmd
 477 initial_pg_pmd:
 478         .fill 1024*KPMDS,4,0
 479 #else
 480 .globl initial_page_table
 481 initial_page_table:
 482         .fill 1024,4,0
 483 #endif
 484         .align PGD_ALIGN
 485 initial_pg_fixmap:
 486         .fill 1024,4,0
 487 .globl swapper_pg_dir
 488         .align PGD_ALIGN
 489 swapper_pg_dir:
 490         .fill 1024,4,0
 491         .fill PTI_USER_PGD_FILL,4,0
 492 .globl empty_zero_page
 493 empty_zero_page:
 494         .fill 4096,1,0
 495 EXPORT_SYMBOL(empty_zero_page)
 496
 497 /*
 498  * This starts the data section.
 499  */
 500 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 501 __PAGE_ALIGNED_DATA
 502         /* Page-aligned for the benefit of paravirt? */
 503         .align PGD_ALIGN
 504 SYM_DATA_START(initial_page_table)
 505         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0     /* low identity map */
 506 # if KPMDS == 3
 507         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0
 508         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR+0x1000),0
 509         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR+0x2000),0
 510 # elif KPMDS == 2
 511         .long   0,0
 512         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0
 513         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR+0x1000),0
 514 # elif KPMDS == 1
 515         .long   0,0
 516         .long   0,0
 517         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0
 518 # else
 519 #  error "Kernel PMDs should be 1, 2 or 3"
 520 # endif
 521         .align PAGE_SIZE                /* needs to be page-sized too */
 522
 523 #ifdef CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION
 524         /*
 525          * PTI needs another page so sync_initial_pagetable() works correctly
 526          * and does not scribble over the data which is placed behind the
 527          * actual initial_page_table. See clone_pgd_range().
 528          */
 529         .fill 1024, 4, 0
 530 #endif
 531
 532 SYM_DATA_END(initial_page_table)
 533 #endif
 534
 535 .data
 536 .balign 4
 537 /*
 538  * The SIZEOF_PTREGS gap is a convention which helps the in-kernel unwinder
 539  * reliably detect the end of the stack.
 540  */
 541 SYM_DATA(initial_stack,
 542                 .long init_thread_union + THREAD_SIZE -
 543                 SIZEOF_PTREGS - TOP_OF_KERNEL_STACK_PADDING)
 544
 545 __INITRODATA
 546 int_msg:
 547         .asciz "Unknown interrupt or fault at: %p %p %p\n"
 548
 549 #include "../../x86/xen/xen-head.S"
 550
 551 /*
 552  * The IDT and GDT 'descriptors' are a strange 48-bit object
 553  * only used by the lidt and lgdt instructions. They are not
 554  * like usual segment descriptors - they consist of a 16-bit
 555  * segment size, and 32-bit linear address value:
 556  */
 557
 558         .data
 559         ALIGN
 560 # early boot GDT descriptor (must use 1:1 address mapping)
 561         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
 562 SYM_DATA_START_LOCAL(boot_gdt_descr)
 563         .word __BOOT_DS+7
 564         .long boot_gdt - __PAGE_OFFSET
 565 SYM_DATA_END(boot_gdt_descr)
 566
 567 # boot GDT descriptor (later on used by CPU#0):
 568         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
 569 SYM_DATA_START(early_gdt_descr)
 570         .word GDT_ENTRIES*8-1
 571         .long gdt_page                  /* Overwritten for secondary CPUs */
 572 SYM_DATA_END(early_gdt_descr)
 573
 574 /*
 575  * The boot_gdt must mirror the equivalent in setup.S and is
 576  * used only for booting.
 577  */
 578         .align L1_CACHE_BYTES
 579 SYM_DATA_START(boot_gdt)
 580         .fill GDT_ENTRY_BOOT_CS,8,0
 581         .quad 0x00cf9a000000ffff        /* kernel 4GB code at 0x00000000 */
 582         .quad 0x00cf92000000ffff        /* kernel 4GB data at 0x00000000 */
 583 SYM_DATA_END(boot_gdt)