Merge tag 'drivers-5.15' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/soc/soc
[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         /* Switch to new page-table */
170         movq    %rax, %cr3
171
172         /* Ensure I am executing from virtual addresses */
173         movq    $1f, %rax
174         ANNOTATE_RETPOLINE_SAFE
175         jmp     *%rax
176 1:
177         UNWIND_HINT_EMPTY
178
179         /*
180          * We must switch to a new descriptor in kernel space for the GDT
181          * because soon the kernel won't have access anymore to the userspace
182          * addresses where we're currently running on. We have to do that here
183          * because in 32bit we couldn't load a 64bit linear address.
184          */
185         lgdt    early_gdt_descr(%rip)
186
187         /* set up data segments */
188         xorl %eax,%eax
189         movl %eax,%ds
190         movl %eax,%ss
191         movl %eax,%es
192
193         /*
194          * We don't really need to load %fs or %gs, but load them anyway
195          * to kill any stale realmode selectors.  This allows execution
196          * under VT hardware.
197          */
198         movl %eax,%fs
199         movl %eax,%gs
200
201         /* Set up %gs.
202          *
203          * The base of %gs always points to fixed_percpu_data. If the
204          * stack protector canary is enabled, it is located at %gs:40.
205          * Note that, on SMP, the boot cpu uses init data section until
206          * the per cpu areas are set up.
207          */
208         movl    $MSR_GS_BASE,%ecx
209         movl    initial_gs(%rip),%eax
210         movl    initial_gs+4(%rip),%edx
211         wrmsr
212
213         /*
214          * Setup a boot time stack - Any secondary CPU will have lost its stack
215          * by now because the cr3-switch above unmaps the real-mode stack
216          */
217         movq initial_stack(%rip), %rsp
218
219         /* Setup and Load IDT */
220         pushq   %rsi
221         call    early_setup_idt
222         popq    %rsi
223
224         /* Check if nx is implemented */
225         movl    $0x80000001, %eax
226         cpuid
227         movl    %edx,%edi
228
229         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
230         movl    $MSR_EFER, %ecx
231         rdmsr
232         btsl    $_EFER_SCE, %eax        /* Enable System Call */
233         btl     $20,%edi                /* No Execute supported? */
234         jnc     1f
235         btsl    $_EFER_NX, %eax
236         btsq    $_PAGE_BIT_NX,early_pmd_flags(%rip)
237 1:      wrmsr                           /* Make changes effective */
238
239         /* Setup cr0 */
240         movl    $CR0_STATE, %eax
241         /* Make changes effective */
242         movq    %rax, %cr0
243
244         /* zero EFLAGS after setting rsp */
245         pushq $0
246         popfq
247
248         /* rsi is pointer to real mode structure with interesting info.
249            pass it to C */
250         movq    %rsi, %rdi
251
252 .Ljump_to_C_code:
253         /*
254          * Jump to run C code and to be on a real kernel address.
255          * Since we are running on identity-mapped space we have to jump
256          * to the full 64bit address, this is only possible as indirect
257          * jump.  In addition we need to ensure %cs is set so we make this
258          * a far return.
259          *
260          * Note: do not change to far jump indirect with 64bit offset.
261          *
262          * AMD does not support far jump indirect with 64bit offset.
263          * AMD64 Architecture Programmer's Manual, Volume 3: states only
264          *      JMP FAR mem16:16 FF /5 Far jump indirect,
265          *              with the target specified by a far pointer in memory.
266          *      JMP FAR mem16:32 FF /5 Far jump indirect,
267          *              with the target specified by a far pointer in memory.
268          *
269          * Intel64 does support 64bit offset.
270          * Software Developer Manual Vol 2: states:
271          *      FF /5 JMP m16:16 Jump far, absolute indirect,
272          *              address given in m16:16
273          *      FF /5 JMP m16:32 Jump far, absolute indirect,
274          *              address given in m16:32.
275          *      REX.W + FF /5 JMP m16:64 Jump far, absolute indirect,
276          *              address given in m16:64.
277          */
278         pushq   $.Lafter_lret   # put return address on stack for unwinder
279         xorl    %ebp, %ebp      # clear frame pointer
280         movq    initial_code(%rip), %rax
281         pushq   $__KERNEL_CS    # set correct cs
282         pushq   %rax            # target address in negative space
283         lretq
284 .Lafter_lret:
285 SYM_CODE_END(secondary_startup_64)
286
287 #include "verify_cpu.S"
288 #include "sev_verify_cbit.S"
289
290 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
291 /*
292  * Boot CPU0 entry point. It's called from play_dead(). Everything has been set
293  * up already except stack. We just set up stack here. Then call
294  * start_secondary() via .Ljump_to_C_code.
295  */
296 SYM_CODE_START(start_cpu0)
297         UNWIND_HINT_EMPTY
298         movq    initial_stack(%rip), %rsp
299         jmp     .Ljump_to_C_code
300 SYM_CODE_END(start_cpu0)
301 #endif
302
303 #ifdef CONFIG_AMD_MEM_ENCRYPT
304 /*
305  * VC Exception handler used during early boot when running on kernel
306  * addresses, but before the switch to the idt_table can be made.
307  * The early_idt_handler_array can't be used here because it calls into a lot
308  * of __init code and this handler is also used during CPU offlining/onlining.
309  * Therefore this handler ends up in the .text section so that it stays around
310  * when .init.text is freed.
311  */
312 SYM_CODE_START_NOALIGN(vc_boot_ghcb)
313         UNWIND_HINT_IRET_REGS offset=8
314
315         /* Build pt_regs */
316         PUSH_AND_CLEAR_REGS
317
318         /* Call C handler */
319         movq    %rsp, %rdi
320         movq    ORIG_RAX(%rsp), %rsi
321         movq    initial_vc_handler(%rip), %rax
322         ANNOTATE_RETPOLINE_SAFE
323         call    *%rax
324
325         /* Unwind pt_regs */
326         POP_REGS
327
328         /* Remove Error Code */
329         addq    $8, %rsp
330
331         /* Pure iret required here - don't use INTERRUPT_RETURN */
332         iretq
333 SYM_CODE_END(vc_boot_ghcb)
334 #endif
335
336         /* Both SMP bootup and ACPI suspend change these variables */
337         __REFDATA
338         .balign 8
339 SYM_DATA(initial_code,  .quad x86_64_start_kernel)
340 SYM_DATA(initial_gs,    .quad INIT_PER_CPU_VAR(fixed_percpu_data))
341 #ifdef CONFIG_AMD_MEM_ENCRYPT
342 SYM_DATA(initial_vc_handler,    .quad handle_vc_boot_ghcb)
343 #endif
344
345 /*
346  * The FRAME_SIZE gap is a convention which helps the in-kernel unwinder
347  * reliably detect the end of the stack.
348  */
349 SYM_DATA(initial_stack, .quad init_thread_union + THREAD_SIZE - FRAME_SIZE)
350         __FINITDATA
351
352         __INIT
353 SYM_CODE_START(early_idt_handler_array)
354         i = 0
355         .rept NUM_EXCEPTION_VECTORS
356         .if ((EXCEPTION_ERRCODE_MASK >> i) & 1) == 0
357                 UNWIND_HINT_IRET_REGS
358                 pushq $0        # Dummy error code, to make stack frame uniform
359         .else
360                 UNWIND_HINT_IRET_REGS offset=8
361         .endif
362         pushq $i                # 72(%rsp) Vector number
363         jmp early_idt_handler_common
364         UNWIND_HINT_IRET_REGS
365         i = i + 1
366         .fill early_idt_handler_array + i*EARLY_IDT_HANDLER_SIZE - ., 1, 0xcc
367         .endr
368         UNWIND_HINT_IRET_REGS offset=16
369 SYM_CODE_END(early_idt_handler_array)
370
371 SYM_CODE_START_LOCAL(early_idt_handler_common)
372         /*
373          * The stack is the hardware frame, an error code or zero, and the
374          * vector number.
375          */
376         cld
377
378         incl early_recursion_flag(%rip)
379
380         /* The vector number is currently in the pt_regs->di slot. */
381         pushq %rsi                              /* pt_regs->si */
382         movq 8(%rsp), %rsi                      /* RSI = vector number */
383         movq %rdi, 8(%rsp)                      /* pt_regs->di = RDI */
384         pushq %rdx                              /* pt_regs->dx */
385         pushq %rcx                              /* pt_regs->cx */
386         pushq %rax                              /* pt_regs->ax */
387         pushq %r8                               /* pt_regs->r8 */
388         pushq %r9                               /* pt_regs->r9 */
389         pushq %r10                              /* pt_regs->r10 */
390         pushq %r11                              /* pt_regs->r11 */
391         pushq %rbx                              /* pt_regs->bx */
392         pushq %rbp                              /* pt_regs->bp */
393         pushq %r12                              /* pt_regs->r12 */
394         pushq %r13                              /* pt_regs->r13 */
395         pushq %r14                              /* pt_regs->r14 */
396         pushq %r15                              /* pt_regs->r15 */
397         UNWIND_HINT_REGS
398
399         movq %rsp,%rdi          /* RDI = pt_regs; RSI is already trapnr */
400         call do_early_exception
401
402         decl early_recursion_flag(%rip)
403         jmp restore_regs_and_return_to_kernel
404 SYM_CODE_END(early_idt_handler_common)
405
406 #ifdef CONFIG_AMD_MEM_ENCRYPT
407 /*
408  * VC Exception handler used during very early boot. The
409  * early_idt_handler_array can't be used because it returns via the
410  * paravirtualized INTERRUPT_RETURN and pv-ops don't work that early.
411  *
412  * This handler will end up in the .init.text section and not be
413  * available to boot secondary CPUs.
414  */
415 SYM_CODE_START_NOALIGN(vc_no_ghcb)
416         UNWIND_HINT_IRET_REGS offset=8
417
418         /* Build pt_regs */
419         PUSH_AND_CLEAR_REGS
420
421         /* Call C handler */
422         movq    %rsp, %rdi
423         movq    ORIG_RAX(%rsp), %rsi
424         call    do_vc_no_ghcb
425
426         /* Unwind pt_regs */
427         POP_REGS
428
429         /* Remove Error Code */
430         addq    $8, %rsp
431
432         /* Pure iret required here - don't use INTERRUPT_RETURN */
433         iretq
434 SYM_CODE_END(vc_no_ghcb)
435 #endif
436
437 #define SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(name)                       \
438         SYM_START(name, SYM_L_GLOBAL, .balign PAGE_SIZE)
439
440 #ifdef CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION
441 /*
442  * Each PGD needs to be 8k long and 8k aligned.  We do not
443  * ever go out to userspace with these, so we do not
444  * strictly *need* the second page, but this allows us to
445  * have a single set_pgd() implementation that does not
446  * need to worry about whether it has 4k or 8k to work
447  * with.
448  *
449  * This ensures PGDs are 8k long:
450  */
451 #define PTI_USER_PGD_FILL       512
452 /* This ensures they are 8k-aligned: */
453 #define SYM_DATA_START_PTI_ALIGNED(name) \
454         SYM_START(name, SYM_L_GLOBAL, .balign 2 * PAGE_SIZE)
455 #else
456 #define SYM_DATA_START_PTI_ALIGNED(name) \
457         SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(name)
458 #define PTI_USER_PGD_FILL       0
459 #endif
460
461 /* Automate the creation of 1 to 1 mapping pmd entries */
462 #define PMDS(START, PERM, COUNT)                        \
463         i = 0 ;                                         \
464         .rept (COUNT) ;                                 \
465         .quad   (START) + (i << PMD_SHIFT) + (PERM) ;   \
466         i = i + 1 ;                                     \
467         .endr
468
469         __INITDATA
470         .balign 4
471
472 SYM_DATA_START_PTI_ALIGNED(early_top_pgt)
473         .fill   512,8,0
474         .fill   PTI_USER_PGD_FILL,8,0
475 SYM_DATA_END(early_top_pgt)
476
477 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(early_dynamic_pgts)
478         .fill   512*EARLY_DYNAMIC_PAGE_TABLES,8,0
479 SYM_DATA_END(early_dynamic_pgts)
480
481 SYM_DATA(early_recursion_flag, .long 0)
482
483         .data
484
485 #if defined(CONFIG_XEN_PV) || defined(CONFIG_PVH)
486 SYM_DATA_START_PTI_ALIGNED(init_top_pgt)
487         .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE_NOENC
488         .org    init_top_pgt + L4_PAGE_OFFSET*8, 0
489         .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE_NOENC
490         .org    init_top_pgt + L4_START_KERNEL*8, 0
491         /* (2^48-(2*1024*1024*1024))/(2^39) = 511 */
492         .quad   level3_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE_NOENC
493         .fill   PTI_USER_PGD_FILL,8,0
494 SYM_DATA_END(init_top_pgt)
495
496 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level3_ident_pgt)
497         .quad   level2_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE_NOENC
498         .fill   511, 8, 0
499 SYM_DATA_END(level3_ident_pgt)
500 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level2_ident_pgt)
501         /*
502          * Since I easily can, map the first 1G.
503          * Don't set NX because code runs from these pages.
504          *
505          * Note: This sets _PAGE_GLOBAL despite whether
506          * the CPU supports it or it is enabled.  But,
507          * the CPU should ignore the bit.
508          */
509         PMDS(0, __PAGE_KERNEL_IDENT_LARGE_EXEC, PTRS_PER_PMD)
510 SYM_DATA_END(level2_ident_pgt)
511 #else
512 SYM_DATA_START_PTI_ALIGNED(init_top_pgt)
513         .fill   512,8,0
514         .fill   PTI_USER_PGD_FILL,8,0
515 SYM_DATA_END(init_top_pgt)
516 #endif
517
518 #ifdef CONFIG_X86_5LEVEL
519 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level4_kernel_pgt)
520         .fill   511,8,0
521         .quad   level3_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE_NOENC
522 SYM_DATA_END(level4_kernel_pgt)
523 #endif
524
525 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level3_kernel_pgt)
526         .fill   L3_START_KERNEL,8,0
527         /* (2^48-(2*1024*1024*1024)-((2^39)*511))/(2^30) = 510 */
528         .quad   level2_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE_NOENC
529         .quad   level2_fixmap_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE_NOENC
530 SYM_DATA_END(level3_kernel_pgt)
531
532 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level2_kernel_pgt)
533         /*
534          * Kernel high mapping.
535          *
536          * The kernel code+data+bss must be located below KERNEL_IMAGE_SIZE in
537          * virtual address space, which is 1 GiB if RANDOMIZE_BASE is enabled,
538          * 512 MiB otherwise.
539          *
540          * (NOTE: after that starts the module area, see MODULES_VADDR.)
541          *
542          * This table is eventually used by the kernel during normal runtime.
543          * Care must be taken to clear out undesired bits later, like _PAGE_RW
544          * or _PAGE_GLOBAL in some cases.
545          */
546         PMDS(0, __PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC, KERNEL_IMAGE_SIZE/PMD_SIZE)
547 SYM_DATA_END(level2_kernel_pgt)
548
549 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level2_fixmap_pgt)
550         .fill   (512 - 4 - FIXMAP_PMD_NUM),8,0
551         pgtno = 0
552         .rept (FIXMAP_PMD_NUM)
553         .quad level1_fixmap_pgt + (pgtno << PAGE_SHIFT) - __START_KERNEL_map \
554                 + _PAGE_TABLE_NOENC;
555         pgtno = pgtno + 1
556         .endr
557         /* 6 MB reserved space + a 2MB hole */
558         .fill   4,8,0
559 SYM_DATA_END(level2_fixmap_pgt)
560
561 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level1_fixmap_pgt)
562         .rept (FIXMAP_PMD_NUM)
563         .fill   512,8,0
564         .endr
565 SYM_DATA_END(level1_fixmap_pgt)
566
567 #undef PMDS
568
569         .data
570         .align 16
571
572 SYM_DATA(early_gdt_descr,               .word GDT_ENTRIES*8-1)
573 SYM_DATA_LOCAL(early_gdt_descr_base,    .quad INIT_PER_CPU_VAR(gdt_page))
574
575         .align 16
576 /* This must match the first entry in level2_kernel_pgt */
577 SYM_DATA(phys_base, .quad 0x0)
578 EXPORT_SYMBOL(phys_base)
579
580 #include "../../x86/xen/xen-head.S"
581
582         __PAGE_ALIGNED_BSS
583 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(empty_zero_page)
584         .skip PAGE_SIZE
585 SYM_DATA_END(empty_zero_page)
586 EXPORT_SYMBOL(empty_zero_page)
587