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/bootparam.h>
  27 #include <asm/export.h>
  28 #include <asm/pgtable_32.h>
  29
  30 /* Physical address */
  31 #define pa(X) ((X) - __PAGE_OFFSET)
  32
  33 /*
  34  * References to members of the new_cpu_data structure.
  35  */
  36
  37 #define X86             new_cpu_data+CPUINFO_x86
  38 #define X86_VENDOR      new_cpu_data+CPUINFO_x86_vendor
  39 #define X86_MODEL       new_cpu_data+CPUINFO_x86_model
  40 #define X86_STEPPING    new_cpu_data+CPUINFO_x86_stepping
  41 #define X86_HARD_MATH   new_cpu_data+CPUINFO_hard_math
  42 #define X86_CPUID       new_cpu_data+CPUINFO_cpuid_level
  43 #define X86_CAPABILITY  new_cpu_data+CPUINFO_x86_capability
  44 #define X86_VENDOR_ID   new_cpu_data+CPUINFO_x86_vendor_id
  45
  46
  47 #define SIZEOF_PTREGS 17*4
  48
  49 /*
  50  * Worst-case size of the kernel mapping we need to make:
  51  * a relocatable kernel can live anywhere in lowmem, so we need to be able
  52  * to map all of lowmem.
  53  */
  54 KERNEL_PAGES = LOWMEM_PAGES
  55
  56 INIT_MAP_SIZE = PAGE_TABLE_SIZE(KERNEL_PAGES) * PAGE_SIZE
  57 RESERVE_BRK(pagetables, INIT_MAP_SIZE)
  58
  59 /*
  60  * 32-bit kernel entrypoint; only used by the boot CPU.  On entry,
  61  * %esi points to the real-mode code as a 32-bit pointer.
  62  * CS and DS must be 4 GB flat segments, but we don't depend on
  63  * any particular GDT layout, because we load our own as soon as we
  64  * can.
  65  */
  66 __HEAD
  67 SYM_CODE_START(startup_32)
  68         movl pa(initial_stack),%ecx
  69
  70 /*
  71  * Set segments to known values.
  72  */
  73         lgdt pa(boot_gdt_descr)
  74         movl $(__BOOT_DS),%eax
  75         movl %eax,%ds
  76         movl %eax,%es
  77         movl %eax,%fs
  78         movl %eax,%gs
  79         movl %eax,%ss
  80         leal -__PAGE_OFFSET(%ecx),%esp
  81
  82 /*
  83  * Clear BSS first so that there are no surprises...
  84  */
  85         cld
  86         xorl %eax,%eax
  87         movl $pa(__bss_start),%edi
  88         movl $pa(__bss_stop),%ecx
  89         subl %edi,%ecx
  90         shrl $2,%ecx
  91         rep ; stosl
  92 /*
  93  * Copy bootup parameters out of the way.
  94  * Note: %esi still has the pointer to the real-mode data.
  95  * With the kexec as boot loader, parameter segment might be loaded beyond
  96  * kernel image and might not even be addressable by early boot page tables.
  97  * (kexec on panic case). Hence copy out the parameters before initializing
  98  * page tables.
  99  */
 100         movl $pa(boot_params),%edi
 101         movl $(PARAM_SIZE/4),%ecx
 102         cld
 103         rep
 104         movsl
 105         movl pa(boot_params) + NEW_CL_POINTER,%esi
 106         andl %esi,%esi
 107         jz 1f                   # No command line
 108         movl $pa(boot_command_line),%edi
 109         movl $(COMMAND_LINE_SIZE/4),%ecx
 110         rep
 111         movsl
 112 1:
 113
 114 #ifdef CONFIG_OLPC
 115         /* save OFW's pgdir table for later use when calling into OFW */
 116         movl %cr3, %eax
 117         movl %eax, pa(olpc_ofw_pgd)
 118 #endif
 119
 120 #ifdef CONFIG_MICROCODE
 121         /* Early load ucode on BSP. */
 122         call load_ucode_bsp
 123 #endif
 124
 125         /* Create early pagetables. */
 126         call  mk_early_pgtbl_32
 127
 128         /* Do early initialization of the fixmap area */
 129         movl $pa(initial_pg_fixmap)+PDE_IDENT_ATTR,%eax
 130 #ifdef  CONFIG_X86_PAE
 131 #define KPMDS (((-__PAGE_OFFSET) >> 30) & 3) /* Number of kernel PMDs */
 132         movl %eax,pa(initial_pg_pmd+0x1000*KPMDS-8)
 133 #else
 134         movl %eax,pa(initial_page_table+0xffc)
 135 #endif
 136
 137 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
 138         /* This is can only trip for a broken bootloader... */
 139         cmpw $0x207, pa(boot_params + BP_version)
 140         jb .Ldefault_entry
 141
 142         /* Paravirt-compatible boot parameters.  Look to see what architecture
 143                 we're booting under. */
 144         movl pa(boot_params + BP_hardware_subarch), %eax
 145         cmpl $num_subarch_entries, %eax
 146         jae .Lbad_subarch
 147
 148         movl pa(subarch_entries)(,%eax,4), %eax
 149         subl $__PAGE_OFFSET, %eax
 150         jmp *%eax
 151
 152 .Lbad_subarch:
 153 SYM_INNER_LABEL_ALIGN(xen_entry, SYM_L_WEAK)
 154         /* Unknown implementation; there's really
 155            nothing we can do at this point. */
 156         ud2a
 157
 158         __INITDATA
 159
 160 subarch_entries:
 161         .long .Ldefault_entry           /* normal x86/PC */
 162         .long xen_entry                 /* Xen hypervisor */
 163         .long .Ldefault_entry           /* Moorestown MID */
 164 num_subarch_entries = (. - subarch_entries) / 4
 165 .previous
 166 #else
 167         jmp .Ldefault_entry
 168 #endif /* CONFIG_PARAVIRT */
 169 SYM_CODE_END(startup_32)
 170
 171 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
 172 /*
 173  * Boot CPU0 entry point. It's called from play_dead(). Everything has been set
 174  * up already except stack. We just set up stack here. Then call
 175  * start_secondary().
 176  */
 177 SYM_FUNC_START(start_cpu0)
 178         movl initial_stack, %ecx
 179         movl %ecx, %esp
 180         call *(initial_code)
 181 1:      jmp 1b
 182 SYM_FUNC_END(start_cpu0)
 183 #endif
 184
 185 /*
 186  * Non-boot CPU entry point; entered from trampoline.S
 187  * We can't lgdt here, because lgdt itself uses a data segment, but
 188  * we know the trampoline has already loaded the boot_gdt for us.
 189  *
 190  * If cpu hotplug is not supported then this code can go in init section
 191  * which will be freed later
 192  */
 193 SYM_FUNC_START(startup_32_smp)
 194         cld
 195         movl $(__BOOT_DS),%eax
 196         movl %eax,%ds
 197         movl %eax,%es
 198         movl %eax,%fs
 199         movl %eax,%gs
 200         movl pa(initial_stack),%ecx
 201         movl %eax,%ss
 202         leal -__PAGE_OFFSET(%ecx),%esp
 203
 204 #ifdef CONFIG_MICROCODE
 205         /* Early load ucode on AP. */
 206         call load_ucode_ap
 207 #endif
 208
 209 .Ldefault_entry:
 210         movl $(CR0_STATE & ~X86_CR0_PG),%eax
 211         movl %eax,%cr0
 212
 213 /*
 214  * We want to start out with EFLAGS unambiguously cleared. Some BIOSes leave
 215  * bits like NT set. This would confuse the debugger if this code is traced. So
 216  * initialize them properly now before switching to protected mode. That means
 217  * DF in particular (even though we have cleared it earlier after copying the
 218  * command line) because GCC expects it.
 219  */
 220         pushl $0
 221         popfl
 222
 223 /*
 224  * New page tables may be in 4Mbyte page mode and may be using the global pages.
 225  *
 226  * NOTE! If we are on a 486 we may have no cr4 at all! Specifically, cr4 exists
 227  * if and only if CPUID exists and has flags other than the FPU flag set.
 228  */
 229         movl $-1,pa(X86_CPUID)          # preset CPUID level
 230         movl $X86_EFLAGS_ID,%ecx
 231         pushl %ecx
 232         popfl                           # set EFLAGS=ID
 233         pushfl
 234         popl %eax                       # get EFLAGS
 235         testl $X86_EFLAGS_ID,%eax       # did EFLAGS.ID remained set?
 236         jz .Lenable_paging              # hw disallowed setting of ID bit
 237                                         # which means no CPUID and no CR4
 238
 239         xorl %eax,%eax
 240         cpuid
 241         movl %eax,pa(X86_CPUID)         # save largest std CPUID function
 242
 243         movl $1,%eax
 244         cpuid
 245         andl $~1,%edx                   # Ignore CPUID.FPU
 246         jz .Lenable_paging              # No flags or only CPUID.FPU = no CR4
 247
 248         movl pa(mmu_cr4_features),%eax
 249         movl %eax,%cr4
 250
 251         testb $X86_CR4_PAE, %al         # check if PAE is enabled
 252         jz .Lenable_paging
 253
 254         /* Check if extended functions are implemented */
 255         movl $0x80000000, %eax
 256         cpuid
 257         /* Value must be in the range 0x80000001 to 0x8000ffff */
 258         subl $0x80000001, %eax
 259         cmpl $(0x8000ffff-0x80000001), %eax
 260         ja .Lenable_paging
 261
 262         /* Clear bogus XD_DISABLE bits */
 263         call verify_cpu
 264
 265         mov $0x80000001, %eax
 266         cpuid
 267         /* Execute Disable bit supported? */
 268         btl $(X86_FEATURE_NX & 31), %edx
 269         jnc .Lenable_paging
 270
 271         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
 272         movl $MSR_EFER, %ecx
 273         rdmsr
 274
 275         btsl $_EFER_NX, %eax
 276         /* Make changes effective */
 277         wrmsr
 278
 279 .Lenable_paging:
 280
 281 /*
 282  * Enable paging
 283  */
 284         movl $pa(initial_page_table), %eax
 285         movl %eax,%cr3          /* set the page table pointer.. */
 286         movl $CR0_STATE,%eax
 287         movl %eax,%cr0          /* ..and set paging (PG) bit */
 288         ljmp $__BOOT_CS,$1f     /* Clear prefetch and normalize %eip */
 289 1:
 290         /* Shift the stack pointer to a virtual address */
 291         addl $__PAGE_OFFSET, %esp
 292
 293 /*
 294  * start system 32-bit setup. We need to re-do some of the things done
 295  * in 16-bit mode for the "real" operations.
 296  */
 297         movl setup_once_ref,%eax
 298         andl %eax,%eax
 299         jz 1f                           # Did we do this already?
 300         call *%eax
 301 1:
 302
 303 /*
 304  * Check if it is 486
 305  */
 306         movb $4,X86                     # at least 486
 307         cmpl $-1,X86_CPUID
 308         je .Lis486
 309
 310         /* get vendor info */
 311         xorl %eax,%eax                  # call CPUID with 0 -> return vendor ID
 312         cpuid
 313         movl %eax,X86_CPUID             # save CPUID level
 314         movl %ebx,X86_VENDOR_ID         # lo 4 chars
 315         movl %edx,X86_VENDOR_ID+4       # next 4 chars
 316         movl %ecx,X86_VENDOR_ID+8       # last 4 chars
 317
 318         orl %eax,%eax                   # do we have processor info as well?
 319         je .Lis486
 320
 321         movl $1,%eax            # Use the CPUID instruction to get CPU type
 322         cpuid
 323         movb %al,%cl            # save reg for future use
 324         andb $0x0f,%ah          # mask processor family
 325         movb %ah,X86
 326         andb $0xf0,%al          # mask model
 327         shrb $4,%al
 328         movb %al,X86_MODEL
 329         andb $0x0f,%cl          # mask mask revision
 330         movb %cl,X86_STEPPING
 331         movl %edx,X86_CAPABILITY
 332
 333 .Lis486:
 334         movl $0x50022,%ecx      # set AM, WP, NE and MP
 335         movl %cr0,%eax
 336         andl $0x80000011,%eax   # Save PG,PE,ET
 337         orl %ecx,%eax
 338         movl %eax,%cr0
 339
 340         lgdt early_gdt_descr
 341         ljmp $(__KERNEL_CS),$1f
 342 1:      movl $(__KERNEL_DS),%eax        # reload all the segment registers
 343         movl %eax,%ss                   # after changing gdt.
 344
 345         movl $(__USER_DS),%eax          # DS/ES contains default USER segment
 346         movl %eax,%ds
 347         movl %eax,%es
 348
 349         movl $(__KERNEL_PERCPU), %eax
 350         movl %eax,%fs                   # set this cpu's percpu
 351
 352         movl $(__KERNEL_STACK_CANARY),%eax
 353         movl %eax,%gs
 354
 355         xorl %eax,%eax                  # Clear LDT
 356         lldt %ax
 357
 358         call *(initial_code)
 359 1:      jmp 1b
 360 SYM_FUNC_END(startup_32_smp)
 361
 362 #include "verify_cpu.S"
 363
 364 /*
 365  *  setup_once
 366  *
 367  *  The setup work we only want to run on the BSP.
 368  *
 369  *  Warning: %esi is live across this function.
 370  */
 371 __INIT
 372 setup_once:
 373 #ifdef CONFIG_STACKPROTECTOR
 374         /*
 375          * Configure the stack canary. The linker can't handle this by
 376          * relocation.  Manually set base address in stack canary
 377          * segment descriptor.
 378          */
 379         movl $gdt_page,%eax
 380         movl $stack_canary,%ecx
 381         movw %cx, 8 * GDT_ENTRY_STACK_CANARY + 2(%eax)
 382         shrl $16, %ecx
 383         movb %cl, 8 * GDT_ENTRY_STACK_CANARY + 4(%eax)
 384         movb %ch, 8 * GDT_ENTRY_STACK_CANARY + 7(%eax)
 385 #endif
 386
 387         andl $0,setup_once_ref  /* Once is enough, thanks */
 388         ret
 389
 390 SYM_FUNC_START(early_idt_handler_array)
 391         # 36(%esp) %eflags
 392         # 32(%esp) %cs
 393         # 28(%esp) %eip
 394         # 24(%rsp) error code
 395         i = 0
 396         .rept NUM_EXCEPTION_VECTORS
 397         .if ((EXCEPTION_ERRCODE_MASK >> i) & 1) == 0
 398         pushl $0                # Dummy error code, to make stack frame uniform
 399         .endif
 400         pushl $i                # 20(%esp) Vector number
 401         jmp early_idt_handler_common
 402         i = i + 1
 403         .fill early_idt_handler_array + i*EARLY_IDT_HANDLER_SIZE - ., 1, 0xcc
 404         .endr
 405 SYM_FUNC_END(early_idt_handler_array)
 406
 407 SYM_CODE_START_LOCAL(early_idt_handler_common)
 408         /*
 409          * The stack is the hardware frame, an error code or zero, and the
 410          * vector number.
 411          */
 412         cld
 413
 414         incl %ss:early_recursion_flag
 415
 416         /* The vector number is in pt_regs->gs */
 417
 418         cld
 419         pushl   %fs             /* pt_regs->fs (__fsh varies by model) */
 420         pushl   %es             /* pt_regs->es (__esh varies by model) */
 421         pushl   %ds             /* pt_regs->ds (__dsh varies by model) */
 422         pushl   %eax            /* pt_regs->ax */
 423         pushl   %ebp            /* pt_regs->bp */
 424         pushl   %edi            /* pt_regs->di */
 425         pushl   %esi            /* pt_regs->si */
 426         pushl   %edx            /* pt_regs->dx */
 427         pushl   %ecx            /* pt_regs->cx */
 428         pushl   %ebx            /* pt_regs->bx */
 429
 430         /* Fix up DS and ES */
 431         movl    $(__KERNEL_DS), %ecx
 432         movl    %ecx, %ds
 433         movl    %ecx, %es
 434
 435         /* Load the vector number into EDX */
 436         movl    PT_GS(%esp), %edx
 437
 438         /* Load GS into pt_regs->gs (and maybe clobber __gsh) */
 439         movw    %gs, PT_GS(%esp)
 440
 441         movl    %esp, %eax      /* args are pt_regs (EAX), trapnr (EDX) */
 442         call    early_fixup_exception
 443
 444         popl    %ebx            /* pt_regs->bx */
 445         popl    %ecx            /* pt_regs->cx */
 446         popl    %edx            /* pt_regs->dx */
 447         popl    %esi            /* pt_regs->si */
 448         popl    %edi            /* pt_regs->di */
 449         popl    %ebp            /* pt_regs->bp */
 450         popl    %eax            /* pt_regs->ax */
 451         popl    %ds             /* pt_regs->ds (always ignores __dsh) */
 452         popl    %es             /* pt_regs->es (always ignores __esh) */
 453         popl    %fs             /* pt_regs->fs (always ignores __fsh) */
 454         popl    %gs             /* pt_regs->gs (always ignores __gsh) */
 455         decl    %ss:early_recursion_flag
 456         addl    $4, %esp        /* pop pt_regs->orig_ax */
 457         iret
 458 SYM_CODE_END(early_idt_handler_common)
 459
 460 /* This is the default interrupt "handler" :-) */
 461 SYM_FUNC_START(early_ignore_irq)
 462         cld
 463 #ifdef CONFIG_PRINTK
 464         pushl %eax
 465         pushl %ecx
 466         pushl %edx
 467         pushl %es
 468         pushl %ds
 469         movl $(__KERNEL_DS),%eax
 470         movl %eax,%ds
 471         movl %eax,%es
 472         cmpl $2,early_recursion_flag
 473         je hlt_loop
 474         incl early_recursion_flag
 475         pushl 16(%esp)
 476         pushl 24(%esp)
 477         pushl 32(%esp)
 478         pushl 40(%esp)
 479         pushl $int_msg
 480         call printk
 481
 482         call dump_stack
 483
 484         addl $(5*4),%esp
 485         popl %ds
 486         popl %es
 487         popl %edx
 488         popl %ecx
 489         popl %eax
 490 #endif
 491         iret
 492
 493 hlt_loop:
 494         hlt
 495         jmp hlt_loop
 496 SYM_FUNC_END(early_ignore_irq)
 497
 498 __INITDATA
 499         .align 4
 500 SYM_DATA(early_recursion_flag, .long 0)
 501
 502 __REFDATA
 503         .align 4
 504 SYM_DATA(initial_code,          .long i386_start_kernel)
 505 SYM_DATA(setup_once_ref,        .long setup_once)
 506
 507 #ifdef CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION
 508 #define PGD_ALIGN       (2 * PAGE_SIZE)
 509 #define PTI_USER_PGD_FILL       1024
 510 #else
 511 #define PGD_ALIGN       (PAGE_SIZE)
 512 #define PTI_USER_PGD_FILL       0
 513 #endif
 514 /*
 515  * BSS section
 516  */
 517 __PAGE_ALIGNED_BSS
 518         .align PGD_ALIGN
 519 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 520 .globl initial_pg_pmd
 521 initial_pg_pmd:
 522         .fill 1024*KPMDS,4,0
 523 #else
 524 .globl initial_page_table
 525 initial_page_table:
 526         .fill 1024,4,0
 527 #endif
 528         .align PGD_ALIGN
 529 initial_pg_fixmap:
 530         .fill 1024,4,0
 531 .globl swapper_pg_dir
 532         .align PGD_ALIGN
 533 swapper_pg_dir:
 534         .fill 1024,4,0
 535         .fill PTI_USER_PGD_FILL,4,0
 536 .globl empty_zero_page
 537 empty_zero_page:
 538         .fill 4096,1,0
 539 EXPORT_SYMBOL(empty_zero_page)
 540
 541 /*
 542  * This starts the data section.
 543  */
 544 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 545 __PAGE_ALIGNED_DATA
 546         /* Page-aligned for the benefit of paravirt? */
 547         .align PGD_ALIGN
 548 SYM_DATA_START(initial_page_table)
 549         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0     /* low identity map */
 550 # if KPMDS == 3
 551         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0
 552         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR+0x1000),0
 553         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR+0x2000),0
 554 # elif KPMDS == 2
 555         .long   0,0
 556         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0
 557         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR+0x1000),0
 558 # elif KPMDS == 1
 559         .long   0,0
 560         .long   0,0
 561         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0
 562 # else
 563 #  error "Kernel PMDs should be 1, 2 or 3"
 564 # endif
 565         .align PAGE_SIZE                /* needs to be page-sized too */
 566
 567 #ifdef CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION
 568         /*
 569          * PTI needs another page so sync_initial_pagetable() works correctly
 570          * and does not scribble over the data which is placed behind the
 571          * actual initial_page_table. See clone_pgd_range().
 572          */
 573         .fill 1024, 4, 0
 574 #endif
 575
 576 SYM_DATA_END(initial_page_table)
 577 #endif
 578
 579 .data
 580 .balign 4
 581 /*
 582  * The SIZEOF_PTREGS gap is a convention which helps the in-kernel unwinder
 583  * reliably detect the end of the stack.
 584  */
 585 SYM_DATA(initial_stack,
 586                 .long init_thread_union + THREAD_SIZE -
 587                 SIZEOF_PTREGS - TOP_OF_KERNEL_STACK_PADDING)
 588
 589 __INITRODATA
 590 int_msg:
 591         .asciz "Unknown interrupt or fault at: %p %p %p\n"
 592
 593 #include "../../x86/xen/xen-head.S"
 594
 595 /*
 596  * The IDT and GDT 'descriptors' are a strange 48-bit object
 597  * only used by the lidt and lgdt instructions. They are not
 598  * like usual segment descriptors - they consist of a 16-bit
 599  * segment size, and 32-bit linear address value:
 600  */
 601
 602         .data
 603         ALIGN
 604 # early boot GDT descriptor (must use 1:1 address mapping)
 605         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
 606 SYM_DATA_START_LOCAL(boot_gdt_descr)
 607         .word __BOOT_DS+7
 608         .long boot_gdt - __PAGE_OFFSET
 609 SYM_DATA_END(boot_gdt_descr)
 610
 611 # boot GDT descriptor (later on used by CPU#0):
 612         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
 613 SYM_DATA_START(early_gdt_descr)
 614         .word GDT_ENTRIES*8-1
 615         .long gdt_page                  /* Overwritten for secondary CPUs */
 616 SYM_DATA_END(early_gdt_descr)
 617
 618 /*
 619  * The boot_gdt must mirror the equivalent in setup.S and is
 620  * used only for booting.
 621  */
 622         .align L1_CACHE_BYTES
 623 SYM_DATA_START(boot_gdt)
 624         .fill GDT_ENTRY_BOOT_CS,8,0
 625         .quad 0x00cf9a000000ffff        /* kernel 4GB code at 0x00000000 */
 626         .quad 0x00cf92000000ffff        /* kernel 4GB data at 0x00000000 */
 627 SYM_DATA_END(boot_gdt)