Merge tag 'rproc-v5.17-fixes' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/remote...
[linux-2.6-microblaze.git] / arch / x86 / kernel / head_64.S
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
2 /*
3  *  linux/arch/x86/kernel/head_64.S -- start in 32bit and switch to 64bit
4  *
5  *  Copyright (C) 2000 Andrea Arcangeli <andrea@suse.de> SuSE
6  *  Copyright (C) 2000 Pavel Machek <pavel@suse.cz>
7  *  Copyright (C) 2000 Karsten Keil <kkeil@suse.de>
8  *  Copyright (C) 2001,2002 Andi Kleen <ak@suse.de>
9  *  Copyright (C) 2005 Eric Biederman <ebiederm@xmission.com>
10  */
11
12
13 #include <linux/linkage.h>
14 #include <linux/threads.h>
15 #include <linux/init.h>
16 #include <linux/pgtable.h>
17 #include <asm/segment.h>
18 #include <asm/page.h>
19 #include <asm/msr.h>
20 #include <asm/cache.h>
21 #include <asm/processor-flags.h>
22 #include <asm/percpu.h>
23 #include <asm/nops.h>
24 #include "../entry/calling.h"
25 #include <asm/export.h>
26 #include <asm/nospec-branch.h>
27 #include <asm/fixmap.h>
28
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 #define l4_index(x)     (((x) >> 39) & 511)
34 #define pud_index(x)    (((x) >> PUD_SHIFT) & (PTRS_PER_PUD-1))
35
36 L4_PAGE_OFFSET = l4_index(__PAGE_OFFSET_BASE_L4)
37 L4_START_KERNEL = l4_index(__START_KERNEL_map)
38
39 L3_START_KERNEL = pud_index(__START_KERNEL_map)
40
41         .text
42         __HEAD
43         .code64
44 SYM_CODE_START_NOALIGN(startup_64)
45         UNWIND_HINT_EMPTY
46         /*
47          * At this point the CPU runs in 64bit mode CS.L = 1 CS.D = 0,
48          * and someone has loaded an identity mapped page table
49          * for us.  These identity mapped page tables map all of the
50          * kernel pages and possibly all of memory.
51          *
52          * %rsi holds a physical pointer to real_mode_data.
53          *
54          * We come here either directly from a 64bit bootloader, or from
55          * arch/x86/boot/compressed/head_64.S.
56          *
57          * We only come here initially at boot nothing else comes here.
58          *
59          * Since we may be loaded at an address different from what we were
60          * compiled to run at we first fixup the physical addresses in our page
61          * tables and then reload them.
62          */
63
64         /* Set up the stack for verify_cpu(), similar to initial_stack below */
65         leaq    (__end_init_task - FRAME_SIZE)(%rip), %rsp
66
67         leaq    _text(%rip), %rdi
68         pushq   %rsi
69         call    startup_64_setup_env
70         popq    %rsi
71
72         /* Now switch to __KERNEL_CS so IRET works reliably */
73         pushq   $__KERNEL_CS
74         leaq    .Lon_kernel_cs(%rip), %rax
75         pushq   %rax
76         lretq
77
78 .Lon_kernel_cs:
79         UNWIND_HINT_EMPTY
80
81         /* Sanitize CPU configuration */
82         call verify_cpu
83
84         /*
85          * Perform pagetable fixups. Additionally, if SME is active, encrypt
86          * the kernel and retrieve the modifier (SME encryption mask if SME
87          * is active) to be added to the initial pgdir entry that will be
88          * programmed into CR3.
89          */
90         leaq    _text(%rip), %rdi
91         pushq   %rsi
92         call    __startup_64
93         popq    %rsi
94
95         /* Form the CR3 value being sure to include the CR3 modifier */
96         addq    $(early_top_pgt - __START_KERNEL_map), %rax
97         jmp 1f
98 SYM_CODE_END(startup_64)
99
100 SYM_CODE_START(secondary_startup_64)
101         UNWIND_HINT_EMPTY
102         /*
103          * At this point the CPU runs in 64bit mode CS.L = 1 CS.D = 0,
104          * and someone has loaded a mapped page table.
105          *
106          * %rsi holds a physical pointer to real_mode_data.
107          *
108          * We come here either from startup_64 (using physical addresses)
109          * or from trampoline.S (using virtual addresses).
110          *
111          * Using virtual addresses from trampoline.S removes the need
112          * to have any identity mapped pages in the kernel page table
113          * after the boot processor executes this code.
114          */
115
116         /* Sanitize CPU configuration */
117         call verify_cpu
118
119         /*
120          * The secondary_startup_64_no_verify entry point is only used by
121          * SEV-ES guests. In those guests the call to verify_cpu() would cause
122          * #VC exceptions which can not be handled at this stage of secondary
123          * CPU bringup.
124          *
125          * All non SEV-ES systems, especially Intel systems, need to execute
126          * verify_cpu() above to make sure NX is enabled.
127          */
128 SYM_INNER_LABEL(secondary_startup_64_no_verify, SYM_L_GLOBAL)
129         UNWIND_HINT_EMPTY
130
131         /*
132          * Retrieve the modifier (SME encryption mask if SME is active) to be
133          * added to the initial pgdir entry that will be programmed into CR3.
134          */
135         pushq   %rsi
136         call    __startup_secondary_64
137         popq    %rsi
138
139         /* Form the CR3 value being sure to include the CR3 modifier */
140         addq    $(init_top_pgt - __START_KERNEL_map), %rax
141 1:
142
143         /* Enable PAE mode, PGE and LA57 */
144         movl    $(X86_CR4_PAE | X86_CR4_PGE), %ecx
145 #ifdef CONFIG_X86_5LEVEL
146         testl   $1, __pgtable_l5_enabled(%rip)
147         jz      1f
148         orl     $X86_CR4_LA57, %ecx
149 1:
150 #endif
151         movq    %rcx, %cr4
152
153         /* Setup early boot stage 4-/5-level pagetables. */
154         addq    phys_base(%rip), %rax
155
156         /*
157          * For SEV guests: Verify that the C-bit is correct. A malicious
158          * hypervisor could lie about the C-bit position to perform a ROP
159          * attack on the guest by writing to the unencrypted stack and wait for
160          * the next RET instruction.
161          * %rsi carries pointer to realmode data and is callee-clobbered. Save
162          * and restore it.
163          */
164         pushq   %rsi
165         movq    %rax, %rdi
166         call    sev_verify_cbit
167         popq    %rsi
168
169         /*
170          * Switch to new page-table
171          *
172          * For the boot CPU this switches to early_top_pgt which still has the
173          * indentity mappings present. The secondary CPUs will switch to the
174          * init_top_pgt here, away from the trampoline_pgd and unmap the
175          * indentity mapped ranges.
176          */
177         movq    %rax, %cr3
178
179         /*
180          * Do a global TLB flush after the CR3 switch to make sure the TLB
181          * entries from the identity mapping are flushed.
182          */
183         movq    %cr4, %rcx
184         movq    %rcx, %rax
185         xorq    $X86_CR4_PGE, %rcx
186         movq    %rcx, %cr4
187         movq    %rax, %cr4
188
189         /* Ensure I am executing from virtual addresses */
190         movq    $1f, %rax
191         ANNOTATE_RETPOLINE_SAFE
192         jmp     *%rax
193 1:
194         UNWIND_HINT_EMPTY
195
196         /*
197          * We must switch to a new descriptor in kernel space for the GDT
198          * because soon the kernel won't have access anymore to the userspace
199          * addresses where we're currently running on. We have to do that here
200          * because in 32bit we couldn't load a 64bit linear address.
201          */
202         lgdt    early_gdt_descr(%rip)
203
204         /* set up data segments */
205         xorl %eax,%eax
206         movl %eax,%ds
207         movl %eax,%ss
208         movl %eax,%es
209
210         /*
211          * We don't really need to load %fs or %gs, but load them anyway
212          * to kill any stale realmode selectors.  This allows execution
213          * under VT hardware.
214          */
215         movl %eax,%fs
216         movl %eax,%gs
217
218         /* Set up %gs.
219          *
220          * The base of %gs always points to fixed_percpu_data. If the
221          * stack protector canary is enabled, it is located at %gs:40.
222          * Note that, on SMP, the boot cpu uses init data section until
223          * the per cpu areas are set up.
224          */
225         movl    $MSR_GS_BASE,%ecx
226         movl    initial_gs(%rip),%eax
227         movl    initial_gs+4(%rip),%edx
228         wrmsr
229
230         /*
231          * Setup a boot time stack - Any secondary CPU will have lost its stack
232          * by now because the cr3-switch above unmaps the real-mode stack
233          */
234         movq initial_stack(%rip), %rsp
235
236         /* Setup and Load IDT */
237         pushq   %rsi
238         call    early_setup_idt
239         popq    %rsi
240
241         /* Check if nx is implemented */
242         movl    $0x80000001, %eax
243         cpuid
244         movl    %edx,%edi
245
246         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
247         movl    $MSR_EFER, %ecx
248         rdmsr
249         btsl    $_EFER_SCE, %eax        /* Enable System Call */
250         btl     $20,%edi                /* No Execute supported? */
251         jnc     1f
252         btsl    $_EFER_NX, %eax
253         btsq    $_PAGE_BIT_NX,early_pmd_flags(%rip)
254 1:      wrmsr                           /* Make changes effective */
255
256         /* Setup cr0 */
257         movl    $CR0_STATE, %eax
258         /* Make changes effective */
259         movq    %rax, %cr0
260
261         /* zero EFLAGS after setting rsp */
262         pushq $0
263         popfq
264
265         /* rsi is pointer to real mode structure with interesting info.
266            pass it to C */
267         movq    %rsi, %rdi
268
269 .Ljump_to_C_code:
270         /*
271          * Jump to run C code and to be on a real kernel address.
272          * Since we are running on identity-mapped space we have to jump
273          * to the full 64bit address, this is only possible as indirect
274          * jump.  In addition we need to ensure %cs is set so we make this
275          * a far return.
276          *
277          * Note: do not change to far jump indirect with 64bit offset.
278          *
279          * AMD does not support far jump indirect with 64bit offset.
280          * AMD64 Architecture Programmer's Manual, Volume 3: states only
281          *      JMP FAR mem16:16 FF /5 Far jump indirect,
282          *              with the target specified by a far pointer in memory.
283          *      JMP FAR mem16:32 FF /5 Far jump indirect,
284          *              with the target specified by a far pointer in memory.
285          *
286          * Intel64 does support 64bit offset.
287          * Software Developer Manual Vol 2: states:
288          *      FF /5 JMP m16:16 Jump far, absolute indirect,
289          *              address given in m16:16
290          *      FF /5 JMP m16:32 Jump far, absolute indirect,
291          *              address given in m16:32.
292          *      REX.W + FF /5 JMP m16:64 Jump far, absolute indirect,
293          *              address given in m16:64.
294          */
295         pushq   $.Lafter_lret   # put return address on stack for unwinder
296         xorl    %ebp, %ebp      # clear frame pointer
297         movq    initial_code(%rip), %rax
298         pushq   $__KERNEL_CS    # set correct cs
299         pushq   %rax            # target address in negative space
300         lretq
301 .Lafter_lret:
302 SYM_CODE_END(secondary_startup_64)
303
304 #include "verify_cpu.S"
305 #include "sev_verify_cbit.S"
306
307 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
308 /*
309  * Boot CPU0 entry point. It's called from play_dead(). Everything has been set
310  * up already except stack. We just set up stack here. Then call
311  * start_secondary() via .Ljump_to_C_code.
312  */
313 SYM_CODE_START(start_cpu0)
314         UNWIND_HINT_EMPTY
315         movq    initial_stack(%rip), %rsp
316         jmp     .Ljump_to_C_code
317 SYM_CODE_END(start_cpu0)
318 #endif
319
320 #ifdef CONFIG_AMD_MEM_ENCRYPT
321 /*
322  * VC Exception handler used during early boot when running on kernel
323  * addresses, but before the switch to the idt_table can be made.
324  * The early_idt_handler_array can't be used here because it calls into a lot
325  * of __init code and this handler is also used during CPU offlining/onlining.
326  * Therefore this handler ends up in the .text section so that it stays around
327  * when .init.text is freed.
328  */
329 SYM_CODE_START_NOALIGN(vc_boot_ghcb)
330         UNWIND_HINT_IRET_REGS offset=8
331
332         /* Build pt_regs */
333         PUSH_AND_CLEAR_REGS
334
335         /* Call C handler */
336         movq    %rsp, %rdi
337         movq    ORIG_RAX(%rsp), %rsi
338         movq    initial_vc_handler(%rip), %rax
339         ANNOTATE_RETPOLINE_SAFE
340         call    *%rax
341
342         /* Unwind pt_regs */
343         POP_REGS
344
345         /* Remove Error Code */
346         addq    $8, %rsp
347
348         /* Pure iret required here - don't use INTERRUPT_RETURN */
349         iretq
350 SYM_CODE_END(vc_boot_ghcb)
351 #endif
352
353         /* Both SMP bootup and ACPI suspend change these variables */
354         __REFDATA
355         .balign 8
356 SYM_DATA(initial_code,  .quad x86_64_start_kernel)
357 SYM_DATA(initial_gs,    .quad INIT_PER_CPU_VAR(fixed_percpu_data))
358 #ifdef CONFIG_AMD_MEM_ENCRYPT
359 SYM_DATA(initial_vc_handler,    .quad handle_vc_boot_ghcb)
360 #endif
361
362 /*
363  * The FRAME_SIZE gap is a convention which helps the in-kernel unwinder
364  * reliably detect the end of the stack.
365  */
366 SYM_DATA(initial_stack, .quad init_thread_union + THREAD_SIZE - FRAME_SIZE)
367         __FINITDATA
368
369         __INIT
370 SYM_CODE_START(early_idt_handler_array)
371         i = 0
372         .rept NUM_EXCEPTION_VECTORS
373         .if ((EXCEPTION_ERRCODE_MASK >> i) & 1) == 0
374                 UNWIND_HINT_IRET_REGS
375                 pushq $0        # Dummy error code, to make stack frame uniform
376         .else
377                 UNWIND_HINT_IRET_REGS offset=8
378         .endif
379         pushq $i                # 72(%rsp) Vector number
380         jmp early_idt_handler_common
381         UNWIND_HINT_IRET_REGS
382         i = i + 1
383         .fill early_idt_handler_array + i*EARLY_IDT_HANDLER_SIZE - ., 1, 0xcc
384         .endr
385         UNWIND_HINT_IRET_REGS offset=16
386 SYM_CODE_END(early_idt_handler_array)
387
388 SYM_CODE_START_LOCAL(early_idt_handler_common)
389         /*
390          * The stack is the hardware frame, an error code or zero, and the
391          * vector number.
392          */
393         cld
394
395         incl early_recursion_flag(%rip)
396
397         /* The vector number is currently in the pt_regs->di slot. */
398         pushq %rsi                              /* pt_regs->si */
399         movq 8(%rsp), %rsi                      /* RSI = vector number */
400         movq %rdi, 8(%rsp)                      /* pt_regs->di = RDI */
401         pushq %rdx                              /* pt_regs->dx */
402         pushq %rcx                              /* pt_regs->cx */
403         pushq %rax                              /* pt_regs->ax */
404         pushq %r8                               /* pt_regs->r8 */
405         pushq %r9                               /* pt_regs->r9 */
406         pushq %r10                              /* pt_regs->r10 */
407         pushq %r11                              /* pt_regs->r11 */
408         pushq %rbx                              /* pt_regs->bx */
409         pushq %rbp                              /* pt_regs->bp */
410         pushq %r12                              /* pt_regs->r12 */
411         pushq %r13                              /* pt_regs->r13 */
412         pushq %r14                              /* pt_regs->r14 */
413         pushq %r15                              /* pt_regs->r15 */
414         UNWIND_HINT_REGS
415
416         movq %rsp,%rdi          /* RDI = pt_regs; RSI is already trapnr */
417         call do_early_exception
418
419         decl early_recursion_flag(%rip)
420         jmp restore_regs_and_return_to_kernel
421 SYM_CODE_END(early_idt_handler_common)
422
423 #ifdef CONFIG_AMD_MEM_ENCRYPT
424 /*
425  * VC Exception handler used during very early boot. The
426  * early_idt_handler_array can't be used because it returns via the
427  * paravirtualized INTERRUPT_RETURN and pv-ops don't work that early.
428  *
429  * This handler will end up in the .init.text section and not be
430  * available to boot secondary CPUs.
431  */
432 SYM_CODE_START_NOALIGN(vc_no_ghcb)
433         UNWIND_HINT_IRET_REGS offset=8
434
435         /* Build pt_regs */
436         PUSH_AND_CLEAR_REGS
437
438         /* Call C handler */
439         movq    %rsp, %rdi
440         movq    ORIG_RAX(%rsp), %rsi
441         call    do_vc_no_ghcb
442
443         /* Unwind pt_regs */
444         POP_REGS
445
446         /* Remove Error Code */
447         addq    $8, %rsp
448
449         /* Pure iret required here - don't use INTERRUPT_RETURN */
450         iretq
451 SYM_CODE_END(vc_no_ghcb)
452 #endif
453
454 #define SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(name)                       \
455         SYM_START(name, SYM_L_GLOBAL, .balign PAGE_SIZE)
456
457 #ifdef CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION
458 /*
459  * Each PGD needs to be 8k long and 8k aligned.  We do not
460  * ever go out to userspace with these, so we do not
461  * strictly *need* the second page, but this allows us to
462  * have a single set_pgd() implementation that does not
463  * need to worry about whether it has 4k or 8k to work
464  * with.
465  *
466  * This ensures PGDs are 8k long:
467  */
468 #define PTI_USER_PGD_FILL       512
469 /* This ensures they are 8k-aligned: */
470 #define SYM_DATA_START_PTI_ALIGNED(name) \
471         SYM_START(name, SYM_L_GLOBAL, .balign 2 * PAGE_SIZE)
472 #else
473 #define SYM_DATA_START_PTI_ALIGNED(name) \
474         SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(name)
475 #define PTI_USER_PGD_FILL       0
476 #endif
477
478 /* Automate the creation of 1 to 1 mapping pmd entries */
479 #define PMDS(START, PERM, COUNT)                        \
480         i = 0 ;                                         \
481         .rept (COUNT) ;                                 \
482         .quad   (START) + (i << PMD_SHIFT) + (PERM) ;   \
483         i = i + 1 ;                                     \
484         .endr
485
486         __INITDATA
487         .balign 4
488
489 SYM_DATA_START_PTI_ALIGNED(early_top_pgt)
490         .fill   512,8,0
491         .fill   PTI_USER_PGD_FILL,8,0
492 SYM_DATA_END(early_top_pgt)
493
494 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(early_dynamic_pgts)
495         .fill   512*EARLY_DYNAMIC_PAGE_TABLES,8,0
496 SYM_DATA_END(early_dynamic_pgts)
497
498 SYM_DATA(early_recursion_flag, .long 0)
499
500         .data
501
502 #if defined(CONFIG_XEN_PV) || defined(CONFIG_PVH)
503 SYM_DATA_START_PTI_ALIGNED(init_top_pgt)
504         .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE_NOENC
505         .org    init_top_pgt + L4_PAGE_OFFSET*8, 0
506         .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE_NOENC
507         .org    init_top_pgt + L4_START_KERNEL*8, 0
508         /* (2^48-(2*1024*1024*1024))/(2^39) = 511 */
509         .quad   level3_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE_NOENC
510         .fill   PTI_USER_PGD_FILL,8,0
511 SYM_DATA_END(init_top_pgt)
512
513 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level3_ident_pgt)
514         .quad   level2_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE_NOENC
515         .fill   511, 8, 0
516 SYM_DATA_END(level3_ident_pgt)
517 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level2_ident_pgt)
518         /*
519          * Since I easily can, map the first 1G.
520          * Don't set NX because code runs from these pages.
521          *
522          * Note: This sets _PAGE_GLOBAL despite whether
523          * the CPU supports it or it is enabled.  But,
524          * the CPU should ignore the bit.
525          */
526         PMDS(0, __PAGE_KERNEL_IDENT_LARGE_EXEC, PTRS_PER_PMD)
527 SYM_DATA_END(level2_ident_pgt)
528 #else
529 SYM_DATA_START_PTI_ALIGNED(init_top_pgt)
530         .fill   512,8,0
531         .fill   PTI_USER_PGD_FILL,8,0
532 SYM_DATA_END(init_top_pgt)
533 #endif
534
535 #ifdef CONFIG_X86_5LEVEL
536 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level4_kernel_pgt)
537         .fill   511,8,0
538         .quad   level3_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE_NOENC
539 SYM_DATA_END(level4_kernel_pgt)
540 #endif
541
542 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level3_kernel_pgt)
543         .fill   L3_START_KERNEL,8,0
544         /* (2^48-(2*1024*1024*1024)-((2^39)*511))/(2^30) = 510 */
545         .quad   level2_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE_NOENC
546         .quad   level2_fixmap_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE_NOENC
547 SYM_DATA_END(level3_kernel_pgt)
548
549 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level2_kernel_pgt)
550         /*
551          * Kernel high mapping.
552          *
553          * The kernel code+data+bss must be located below KERNEL_IMAGE_SIZE in
554          * virtual address space, which is 1 GiB if RANDOMIZE_BASE is enabled,
555          * 512 MiB otherwise.
556          *
557          * (NOTE: after that starts the module area, see MODULES_VADDR.)
558          *
559          * This table is eventually used by the kernel during normal runtime.
560          * Care must be taken to clear out undesired bits later, like _PAGE_RW
561          * or _PAGE_GLOBAL in some cases.
562          */
563         PMDS(0, __PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC, KERNEL_IMAGE_SIZE/PMD_SIZE)
564 SYM_DATA_END(level2_kernel_pgt)
565
566 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level2_fixmap_pgt)
567         .fill   (512 - 4 - FIXMAP_PMD_NUM),8,0
568         pgtno = 0
569         .rept (FIXMAP_PMD_NUM)
570         .quad level1_fixmap_pgt + (pgtno << PAGE_SHIFT) - __START_KERNEL_map \
571                 + _PAGE_TABLE_NOENC;
572         pgtno = pgtno + 1
573         .endr
574         /* 6 MB reserved space + a 2MB hole */
575         .fill   4,8,0
576 SYM_DATA_END(level2_fixmap_pgt)
577
578 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level1_fixmap_pgt)
579         .rept (FIXMAP_PMD_NUM)
580         .fill   512,8,0
581         .endr
582 SYM_DATA_END(level1_fixmap_pgt)
583
584 #undef PMDS
585
586         .data
587         .align 16
588
589 SYM_DATA(early_gdt_descr,               .word GDT_ENTRIES*8-1)
590 SYM_DATA_LOCAL(early_gdt_descr_base,    .quad INIT_PER_CPU_VAR(gdt_page))
591
592         .align 16
593 /* This must match the first entry in level2_kernel_pgt */
594 SYM_DATA(phys_base, .quad 0x0)
595 EXPORT_SYMBOL(phys_base)
596
597 #include "../../x86/xen/xen-head.S"
598
599         __PAGE_ALIGNED_BSS
600 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(empty_zero_page)
601         .skip PAGE_SIZE
602 SYM_DATA_END(empty_zero_page)
603 EXPORT_SYMBOL(empty_zero_page)
604