Merge tag 'pm-5.10-rc3' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/rafael/linux-pm
[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 #ifdef CONFIG_PARAVIRT_XXL
30 #include <asm/asm-offsets.h>
31 #include <asm/paravirt.h>
32 #define GET_CR2_INTO(reg) GET_CR2_INTO_AX ; _ASM_MOV %_ASM_AX, reg
33 #else
34 #define INTERRUPT_RETURN iretq
35 #define GET_CR2_INTO(reg) _ASM_MOV %cr2, reg
36 #endif
37
38 /*
39  * We are not able to switch in one step to the final KERNEL ADDRESS SPACE
40  * because we need identity-mapped pages.
41  */
42 #define l4_index(x)     (((x) >> 39) & 511)
43 #define pud_index(x)    (((x) >> PUD_SHIFT) & (PTRS_PER_PUD-1))
44
45 L4_PAGE_OFFSET = l4_index(__PAGE_OFFSET_BASE_L4)
46 L4_START_KERNEL = l4_index(__START_KERNEL_map)
47
48 L3_START_KERNEL = pud_index(__START_KERNEL_map)
49
50         .text
51         __HEAD
52         .code64
53 SYM_CODE_START_NOALIGN(startup_64)
54         UNWIND_HINT_EMPTY
55         /*
56          * At this point the CPU runs in 64bit mode CS.L = 1 CS.D = 0,
57          * and someone has loaded an identity mapped page table
58          * for us.  These identity mapped page tables map all of the
59          * kernel pages and possibly all of memory.
60          *
61          * %rsi holds a physical pointer to real_mode_data.
62          *
63          * We come here either directly from a 64bit bootloader, or from
64          * arch/x86/boot/compressed/head_64.S.
65          *
66          * We only come here initially at boot nothing else comes here.
67          *
68          * Since we may be loaded at an address different from what we were
69          * compiled to run at we first fixup the physical addresses in our page
70          * tables and then reload them.
71          */
72
73         /* Set up the stack for verify_cpu(), similar to initial_stack below */
74         leaq    (__end_init_task - SIZEOF_PTREGS)(%rip), %rsp
75
76         leaq    _text(%rip), %rdi
77         pushq   %rsi
78         call    startup_64_setup_env
79         popq    %rsi
80
81         /* Now switch to __KERNEL_CS so IRET works reliably */
82         pushq   $__KERNEL_CS
83         leaq    .Lon_kernel_cs(%rip), %rax
84         pushq   %rax
85         lretq
86
87 .Lon_kernel_cs:
88         UNWIND_HINT_EMPTY
89
90         /* Sanitize CPU configuration */
91         call verify_cpu
92
93         /*
94          * Perform pagetable fixups. Additionally, if SME is active, encrypt
95          * the kernel and retrieve the modifier (SME encryption mask if SME
96          * is active) to be added to the initial pgdir entry that will be
97          * programmed into CR3.
98          */
99         leaq    _text(%rip), %rdi
100         pushq   %rsi
101         call    __startup_64
102         popq    %rsi
103
104         /* Form the CR3 value being sure to include the CR3 modifier */
105         addq    $(early_top_pgt - __START_KERNEL_map), %rax
106         jmp 1f
107 SYM_CODE_END(startup_64)
108
109 SYM_CODE_START(secondary_startup_64)
110         UNWIND_HINT_EMPTY
111         /*
112          * At this point the CPU runs in 64bit mode CS.L = 1 CS.D = 0,
113          * and someone has loaded a mapped page table.
114          *
115          * %rsi holds a physical pointer to real_mode_data.
116          *
117          * We come here either from startup_64 (using physical addresses)
118          * or from trampoline.S (using virtual addresses).
119          *
120          * Using virtual addresses from trampoline.S removes the need
121          * to have any identity mapped pages in the kernel page table
122          * after the boot processor executes this code.
123          */
124
125         /* Sanitize CPU configuration */
126         call verify_cpu
127
128         /*
129          * The secondary_startup_64_no_verify entry point is only used by
130          * SEV-ES guests. In those guests the call to verify_cpu() would cause
131          * #VC exceptions which can not be handled at this stage of secondary
132          * CPU bringup.
133          *
134          * All non SEV-ES systems, especially Intel systems, need to execute
135          * verify_cpu() above to make sure NX is enabled.
136          */
137 SYM_INNER_LABEL(secondary_startup_64_no_verify, SYM_L_GLOBAL)
138         UNWIND_HINT_EMPTY
139
140         /*
141          * Retrieve the modifier (SME encryption mask if SME is active) to be
142          * added to the initial pgdir entry that will be programmed into CR3.
143          */
144         pushq   %rsi
145         call    __startup_secondary_64
146         popq    %rsi
147
148         /* Form the CR3 value being sure to include the CR3 modifier */
149         addq    $(init_top_pgt - __START_KERNEL_map), %rax
150 1:
151
152         /* Enable PAE mode, PGE and LA57 */
153         movl    $(X86_CR4_PAE | X86_CR4_PGE), %ecx
154 #ifdef CONFIG_X86_5LEVEL
155         testl   $1, __pgtable_l5_enabled(%rip)
156         jz      1f
157         orl     $X86_CR4_LA57, %ecx
158 1:
159 #endif
160         movq    %rcx, %cr4
161
162         /* Setup early boot stage 4-/5-level pagetables. */
163         addq    phys_base(%rip), %rax
164
165         /*
166          * For SEV guests: Verify that the C-bit is correct. A malicious
167          * hypervisor could lie about the C-bit position to perform a ROP
168          * attack on the guest by writing to the unencrypted stack and wait for
169          * the next RET instruction.
170          * %rsi carries pointer to realmode data and is callee-clobbered. Save
171          * and restore it.
172          */
173         pushq   %rsi
174         movq    %rax, %rdi
175         call    sev_verify_cbit
176         popq    %rsi
177
178         /* Switch to new page-table */
179         movq    %rax, %cr3
180
181         /* Ensure I am executing from virtual addresses */
182         movq    $1f, %rax
183         ANNOTATE_RETPOLINE_SAFE
184         jmp     *%rax
185 1:
186         UNWIND_HINT_EMPTY
187
188         /*
189          * We must switch to a new descriptor in kernel space for the GDT
190          * because soon the kernel won't have access anymore to the userspace
191          * addresses where we're currently running on. We have to do that here
192          * because in 32bit we couldn't load a 64bit linear address.
193          */
194         lgdt    early_gdt_descr(%rip)
195
196         /* set up data segments */
197         xorl %eax,%eax
198         movl %eax,%ds
199         movl %eax,%ss
200         movl %eax,%es
201
202         /*
203          * We don't really need to load %fs or %gs, but load them anyway
204          * to kill any stale realmode selectors.  This allows execution
205          * under VT hardware.
206          */
207         movl %eax,%fs
208         movl %eax,%gs
209
210         /* Set up %gs.
211          *
212          * The base of %gs always points to fixed_percpu_data. If the
213          * stack protector canary is enabled, it is located at %gs:40.
214          * Note that, on SMP, the boot cpu uses init data section until
215          * the per cpu areas are set up.
216          */
217         movl    $MSR_GS_BASE,%ecx
218         movl    initial_gs(%rip),%eax
219         movl    initial_gs+4(%rip),%edx
220         wrmsr
221
222         /*
223          * Setup a boot time stack - Any secondary CPU will have lost its stack
224          * by now because the cr3-switch above unmaps the real-mode stack
225          */
226         movq initial_stack(%rip), %rsp
227
228         /* Setup and Load IDT */
229         pushq   %rsi
230         call    early_setup_idt
231         popq    %rsi
232
233         /* Check if nx is implemented */
234         movl    $0x80000001, %eax
235         cpuid
236         movl    %edx,%edi
237
238         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
239         movl    $MSR_EFER, %ecx
240         rdmsr
241         btsl    $_EFER_SCE, %eax        /* Enable System Call */
242         btl     $20,%edi                /* No Execute supported? */
243         jnc     1f
244         btsl    $_EFER_NX, %eax
245         btsq    $_PAGE_BIT_NX,early_pmd_flags(%rip)
246 1:      wrmsr                           /* Make changes effective */
247
248         /* Setup cr0 */
249         movl    $CR0_STATE, %eax
250         /* Make changes effective */
251         movq    %rax, %cr0
252
253         /* zero EFLAGS after setting rsp */
254         pushq $0
255         popfq
256
257         /* rsi is pointer to real mode structure with interesting info.
258            pass it to C */
259         movq    %rsi, %rdi
260
261 .Ljump_to_C_code:
262         /*
263          * Jump to run C code and to be on a real kernel address.
264          * Since we are running on identity-mapped space we have to jump
265          * to the full 64bit address, this is only possible as indirect
266          * jump.  In addition we need to ensure %cs is set so we make this
267          * a far return.
268          *
269          * Note: do not change to far jump indirect with 64bit offset.
270          *
271          * AMD does not support far jump indirect with 64bit offset.
272          * AMD64 Architecture Programmer's Manual, Volume 3: states only
273          *      JMP FAR mem16:16 FF /5 Far jump indirect,
274          *              with the target specified by a far pointer in memory.
275          *      JMP FAR mem16:32 FF /5 Far jump indirect,
276          *              with the target specified by a far pointer in memory.
277          *
278          * Intel64 does support 64bit offset.
279          * Software Developer Manual Vol 2: states:
280          *      FF /5 JMP m16:16 Jump far, absolute indirect,
281          *              address given in m16:16
282          *      FF /5 JMP m16:32 Jump far, absolute indirect,
283          *              address given in m16:32.
284          *      REX.W + FF /5 JMP m16:64 Jump far, absolute indirect,
285          *              address given in m16:64.
286          */
287         pushq   $.Lafter_lret   # put return address on stack for unwinder
288         xorl    %ebp, %ebp      # clear frame pointer
289         movq    initial_code(%rip), %rax
290         pushq   $__KERNEL_CS    # set correct cs
291         pushq   %rax            # target address in negative space
292         lretq
293 .Lafter_lret:
294 SYM_CODE_END(secondary_startup_64)
295
296 #include "verify_cpu.S"
297 #include "sev_verify_cbit.S"
298
299 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
300 /*
301  * Boot CPU0 entry point. It's called from play_dead(). Everything has been set
302  * up already except stack. We just set up stack here. Then call
303  * start_secondary() via .Ljump_to_C_code.
304  */
305 SYM_CODE_START(start_cpu0)
306         UNWIND_HINT_EMPTY
307         movq    initial_stack(%rip), %rsp
308         jmp     .Ljump_to_C_code
309 SYM_CODE_END(start_cpu0)
310 #endif
311
312 #ifdef CONFIG_AMD_MEM_ENCRYPT
313 /*
314  * VC Exception handler used during early boot when running on kernel
315  * addresses, but before the switch to the idt_table can be made.
316  * The early_idt_handler_array can't be used here because it calls into a lot
317  * of __init code and this handler is also used during CPU offlining/onlining.
318  * Therefore this handler ends up in the .text section so that it stays around
319  * when .init.text is freed.
320  */
321 SYM_CODE_START_NOALIGN(vc_boot_ghcb)
322         UNWIND_HINT_IRET_REGS offset=8
323
324         /* Build pt_regs */
325         PUSH_AND_CLEAR_REGS
326
327         /* Call C handler */
328         movq    %rsp, %rdi
329         movq    ORIG_RAX(%rsp), %rsi
330         movq    initial_vc_handler(%rip), %rax
331         ANNOTATE_RETPOLINE_SAFE
332         call    *%rax
333
334         /* Unwind pt_regs */
335         POP_REGS
336
337         /* Remove Error Code */
338         addq    $8, %rsp
339
340         /* Pure iret required here - don't use INTERRUPT_RETURN */
341         iretq
342 SYM_CODE_END(vc_boot_ghcb)
343 #endif
344
345         /* Both SMP bootup and ACPI suspend change these variables */
346         __REFDATA
347         .balign 8
348 SYM_DATA(initial_code,  .quad x86_64_start_kernel)
349 SYM_DATA(initial_gs,    .quad INIT_PER_CPU_VAR(fixed_percpu_data))
350 #ifdef CONFIG_AMD_MEM_ENCRYPT
351 SYM_DATA(initial_vc_handler,    .quad handle_vc_boot_ghcb)
352 #endif
353
354 /*
355  * The SIZEOF_PTREGS gap is a convention which helps the in-kernel unwinder
356  * reliably detect the end of the stack.
357  */
358 SYM_DATA(initial_stack, .quad init_thread_union + THREAD_SIZE - SIZEOF_PTREGS)
359         __FINITDATA
360
361         __INIT
362 SYM_CODE_START(early_idt_handler_array)
363         i = 0
364         .rept NUM_EXCEPTION_VECTORS
365         .if ((EXCEPTION_ERRCODE_MASK >> i) & 1) == 0
366                 UNWIND_HINT_IRET_REGS
367                 pushq $0        # Dummy error code, to make stack frame uniform
368         .else
369                 UNWIND_HINT_IRET_REGS offset=8
370         .endif
371         pushq $i                # 72(%rsp) Vector number
372         jmp early_idt_handler_common
373         UNWIND_HINT_IRET_REGS
374         i = i + 1
375         .fill early_idt_handler_array + i*EARLY_IDT_HANDLER_SIZE - ., 1, 0xcc
376         .endr
377         UNWIND_HINT_IRET_REGS offset=16
378 SYM_CODE_END(early_idt_handler_array)
379
380 SYM_CODE_START_LOCAL(early_idt_handler_common)
381         /*
382          * The stack is the hardware frame, an error code or zero, and the
383          * vector number.
384          */
385         cld
386
387         incl early_recursion_flag(%rip)
388
389         /* The vector number is currently in the pt_regs->di slot. */
390         pushq %rsi                              /* pt_regs->si */
391         movq 8(%rsp), %rsi                      /* RSI = vector number */
392         movq %rdi, 8(%rsp)                      /* pt_regs->di = RDI */
393         pushq %rdx                              /* pt_regs->dx */
394         pushq %rcx                              /* pt_regs->cx */
395         pushq %rax                              /* pt_regs->ax */
396         pushq %r8                               /* pt_regs->r8 */
397         pushq %r9                               /* pt_regs->r9 */
398         pushq %r10                              /* pt_regs->r10 */
399         pushq %r11                              /* pt_regs->r11 */
400         pushq %rbx                              /* pt_regs->bx */
401         pushq %rbp                              /* pt_regs->bp */
402         pushq %r12                              /* pt_regs->r12 */
403         pushq %r13                              /* pt_regs->r13 */
404         pushq %r14                              /* pt_regs->r14 */
405         pushq %r15                              /* pt_regs->r15 */
406         UNWIND_HINT_REGS
407
408         movq %rsp,%rdi          /* RDI = pt_regs; RSI is already trapnr */
409         call do_early_exception
410
411         decl early_recursion_flag(%rip)
412         jmp restore_regs_and_return_to_kernel
413 SYM_CODE_END(early_idt_handler_common)
414
415 #ifdef CONFIG_AMD_MEM_ENCRYPT
416 /*
417  * VC Exception handler used during very early boot. The
418  * early_idt_handler_array can't be used because it returns via the
419  * paravirtualized INTERRUPT_RETURN and pv-ops don't work that early.
420  *
421  * This handler will end up in the .init.text section and not be
422  * available to boot secondary CPUs.
423  */
424 SYM_CODE_START_NOALIGN(vc_no_ghcb)
425         UNWIND_HINT_IRET_REGS offset=8
426
427         /* Build pt_regs */
428         PUSH_AND_CLEAR_REGS
429
430         /* Call C handler */
431         movq    %rsp, %rdi
432         movq    ORIG_RAX(%rsp), %rsi
433         call    do_vc_no_ghcb
434
435         /* Unwind pt_regs */
436         POP_REGS
437
438         /* Remove Error Code */
439         addq    $8, %rsp
440
441         /* Pure iret required here - don't use INTERRUPT_RETURN */
442         iretq
443 SYM_CODE_END(vc_no_ghcb)
444 #endif
445
446 #define SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(name)                       \
447         SYM_START(name, SYM_L_GLOBAL, .balign PAGE_SIZE)
448
449 #ifdef CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION
450 /*
451  * Each PGD needs to be 8k long and 8k aligned.  We do not
452  * ever go out to userspace with these, so we do not
453  * strictly *need* the second page, but this allows us to
454  * have a single set_pgd() implementation that does not
455  * need to worry about whether it has 4k or 8k to work
456  * with.
457  *
458  * This ensures PGDs are 8k long:
459  */
460 #define PTI_USER_PGD_FILL       512
461 /* This ensures they are 8k-aligned: */
462 #define SYM_DATA_START_PTI_ALIGNED(name) \
463         SYM_START(name, SYM_L_GLOBAL, .balign 2 * PAGE_SIZE)
464 #else
465 #define SYM_DATA_START_PTI_ALIGNED(name) \
466         SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(name)
467 #define PTI_USER_PGD_FILL       0
468 #endif
469
470 /* Automate the creation of 1 to 1 mapping pmd entries */
471 #define PMDS(START, PERM, COUNT)                        \
472         i = 0 ;                                         \
473         .rept (COUNT) ;                                 \
474         .quad   (START) + (i << PMD_SHIFT) + (PERM) ;   \
475         i = i + 1 ;                                     \
476         .endr
477
478         __INITDATA
479         .balign 4
480
481 SYM_DATA_START_PTI_ALIGNED(early_top_pgt)
482         .fill   512,8,0
483         .fill   PTI_USER_PGD_FILL,8,0
484 SYM_DATA_END(early_top_pgt)
485
486 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(early_dynamic_pgts)
487         .fill   512*EARLY_DYNAMIC_PAGE_TABLES,8,0
488 SYM_DATA_END(early_dynamic_pgts)
489
490 SYM_DATA(early_recursion_flag, .long 0)
491
492         .data
493
494 #if defined(CONFIG_XEN_PV) || defined(CONFIG_PVH)
495 SYM_DATA_START_PTI_ALIGNED(init_top_pgt)
496         .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE_NOENC
497         .org    init_top_pgt + L4_PAGE_OFFSET*8, 0
498         .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE_NOENC
499         .org    init_top_pgt + L4_START_KERNEL*8, 0
500         /* (2^48-(2*1024*1024*1024))/(2^39) = 511 */
501         .quad   level3_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE_NOENC
502         .fill   PTI_USER_PGD_FILL,8,0
503 SYM_DATA_END(init_top_pgt)
504
505 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level3_ident_pgt)
506         .quad   level2_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE_NOENC
507         .fill   511, 8, 0
508 SYM_DATA_END(level3_ident_pgt)
509 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level2_ident_pgt)
510         /*
511          * Since I easily can, map the first 1G.
512          * Don't set NX because code runs from these pages.
513          *
514          * Note: This sets _PAGE_GLOBAL despite whether
515          * the CPU supports it or it is enabled.  But,
516          * the CPU should ignore the bit.
517          */
518         PMDS(0, __PAGE_KERNEL_IDENT_LARGE_EXEC, PTRS_PER_PMD)
519 SYM_DATA_END(level2_ident_pgt)
520 #else
521 SYM_DATA_START_PTI_ALIGNED(init_top_pgt)
522         .fill   512,8,0
523         .fill   PTI_USER_PGD_FILL,8,0
524 SYM_DATA_END(init_top_pgt)
525 #endif
526
527 #ifdef CONFIG_X86_5LEVEL
528 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level4_kernel_pgt)
529         .fill   511,8,0
530         .quad   level3_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE_NOENC
531 SYM_DATA_END(level4_kernel_pgt)
532 #endif
533
534 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level3_kernel_pgt)
535         .fill   L3_START_KERNEL,8,0
536         /* (2^48-(2*1024*1024*1024)-((2^39)*511))/(2^30) = 510 */
537         .quad   level2_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE_NOENC
538         .quad   level2_fixmap_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE_NOENC
539 SYM_DATA_END(level3_kernel_pgt)
540
541 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level2_kernel_pgt)
542         /*
543          * 512 MB kernel mapping. We spend a full page on this pagetable
544          * anyway.
545          *
546          * The kernel code+data+bss must not be bigger than that.
547          *
548          * (NOTE: at +512MB starts the module area, see MODULES_VADDR.
549          *  If you want to increase this then increase MODULES_VADDR
550          *  too.)
551          *
552          *  This table is eventually used by the kernel during normal
553          *  runtime.  Care must be taken to clear out undesired bits
554          *  later, like _PAGE_RW or _PAGE_GLOBAL in some cases.
555          */
556         PMDS(0, __PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC,
557                 KERNEL_IMAGE_SIZE/PMD_SIZE)
558 SYM_DATA_END(level2_kernel_pgt)
559
560 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level2_fixmap_pgt)
561         .fill   (512 - 4 - FIXMAP_PMD_NUM),8,0
562         pgtno = 0
563         .rept (FIXMAP_PMD_NUM)
564         .quad level1_fixmap_pgt + (pgtno << PAGE_SHIFT) - __START_KERNEL_map \
565                 + _PAGE_TABLE_NOENC;
566         pgtno = pgtno + 1
567         .endr
568         /* 6 MB reserved space + a 2MB hole */
569         .fill   4,8,0
570 SYM_DATA_END(level2_fixmap_pgt)
571
572 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(level1_fixmap_pgt)
573         .rept (FIXMAP_PMD_NUM)
574         .fill   512,8,0
575         .endr
576 SYM_DATA_END(level1_fixmap_pgt)
577
578 #undef PMDS
579
580         .data
581         .align 16
582
583 SYM_DATA(early_gdt_descr,               .word GDT_ENTRIES*8-1)
584 SYM_DATA_LOCAL(early_gdt_descr_base,    .quad INIT_PER_CPU_VAR(gdt_page))
585
586         .align 16
587 /* This must match the first entry in level2_kernel_pgt */
588 SYM_DATA(phys_base, .quad 0x0)
589 EXPORT_SYMBOL(phys_base)
590
591 #include "../../x86/xen/xen-head.S"
592
593         __PAGE_ALIGNED_BSS
594 SYM_DATA_START_PAGE_ALIGNED(empty_zero_page)
595         .skip PAGE_SIZE
596 SYM_DATA_END(empty_zero_page)
597 EXPORT_SYMBOL(empty_zero_page)
598