Merge tag 'block-5.14-2021-08-07' of git://git.kernel.dk/linux-block
[linux-2.6-microblaze.git] / arch / arm / kernel / head.S
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only */
2 /*
3  *  linux/arch/arm/kernel/head.S
4  *
5  *  Copyright (C) 1994-2002 Russell King
6  *  Copyright (c) 2003 ARM Limited
7  *  All Rights Reserved
8  *
9  *  Kernel startup code for all 32-bit CPUs
10  */
11 #include <linux/linkage.h>
12 #include <linux/init.h>
13 #include <linux/pgtable.h>
14
15 #include <asm/assembler.h>
16 #include <asm/cp15.h>
17 #include <asm/domain.h>
18 #include <asm/ptrace.h>
19 #include <asm/asm-offsets.h>
20 #include <asm/memory.h>
21 #include <asm/thread_info.h>
22
23 #if defined(CONFIG_DEBUG_LL) && !defined(CONFIG_DEBUG_SEMIHOSTING)
24 #include CONFIG_DEBUG_LL_INCLUDE
25 #endif
26 /*
27  * swapper_pg_dir is the virtual address of the initial page table.
28  * We place the page tables 16K below KERNEL_RAM_VADDR.  Therefore, we must
29  * make sure that KERNEL_RAM_VADDR is correctly set.  Currently, we expect
30  * the least significant 16 bits to be 0x8000, but we could probably
31  * relax this restriction to KERNEL_RAM_VADDR >= PAGE_OFFSET + 0x4000.
32  */
33 #define KERNEL_RAM_VADDR        (KERNEL_OFFSET + TEXT_OFFSET)
34 #if (KERNEL_RAM_VADDR & 0xffff) != 0x8000
35 #error KERNEL_RAM_VADDR must start at 0xXXXX8000
36 #endif
37
38 #ifdef CONFIG_ARM_LPAE
39         /* LPAE requires an additional page for the PGD */
40 #define PG_DIR_SIZE     0x5000
41 #define PMD_ORDER       3
42 #else
43 #define PG_DIR_SIZE     0x4000
44 #define PMD_ORDER       2
45 #endif
46
47         .globl  swapper_pg_dir
48         .equ    swapper_pg_dir, KERNEL_RAM_VADDR - PG_DIR_SIZE
49
50         /*
51          * This needs to be assigned at runtime when the linker symbols are
52          * resolved.
53          */
54         .pushsection .data
55         .align  2
56         .globl  kernel_sec_start
57         .globl  kernel_sec_end
58 kernel_sec_start:
59         .long   0
60 kernel_sec_end:
61         .long   0
62         .popsection
63
64         .macro  pgtbl, rd, phys
65         add     \rd, \phys, #TEXT_OFFSET
66         sub     \rd, \rd, #PG_DIR_SIZE
67         .endm
68
69 /*
70  * Kernel startup entry point.
71  * ---------------------------
72  *
73  * This is normally called from the decompressor code.  The requirements
74  * are: MMU = off, D-cache = off, I-cache = dont care, r0 = 0,
75  * r1 = machine nr, r2 = atags or dtb pointer.
76  *
77  * This code is mostly position independent, so if you link the kernel at
78  * 0xc0008000, you call this at __pa(0xc0008000).
79  *
80  * See linux/arch/arm/tools/mach-types for the complete list of machine
81  * numbers for r1.
82  *
83  * We're trying to keep crap to a minimum; DO NOT add any machine specific
84  * crap here - that's what the boot loader (or in extreme, well justified
85  * circumstances, zImage) is for.
86  */
87         .arm
88
89         __HEAD
90 ENTRY(stext)
91  ARM_BE8(setend be )                    @ ensure we are in BE8 mode
92
93  THUMB( badr    r9, 1f          )       @ Kernel is always entered in ARM.
94  THUMB( bx      r9              )       @ If this is a Thumb-2 kernel,
95  THUMB( .thumb                  )       @ switch to Thumb now.
96  THUMB(1:                       )
97
98 #ifdef CONFIG_ARM_VIRT_EXT
99         bl      __hyp_stub_install
100 #endif
101         @ ensure svc mode and all interrupts masked
102         safe_svcmode_maskall r9
103
104         mrc     p15, 0, r9, c0, c0              @ get processor id
105         bl      __lookup_processor_type         @ r5=procinfo r9=cpuid
106         movs    r10, r5                         @ invalid processor (r5=0)?
107  THUMB( it      eq )            @ force fixup-able long branch encoding
108         beq     __error_p                       @ yes, error 'p'
109
110 #ifdef CONFIG_ARM_LPAE
111         mrc     p15, 0, r3, c0, c1, 4           @ read ID_MMFR0
112         and     r3, r3, #0xf                    @ extract VMSA support
113         cmp     r3, #5                          @ long-descriptor translation table format?
114  THUMB( it      lo )                            @ force fixup-able long branch encoding
115         blo     __error_lpae                    @ only classic page table format
116 #endif
117
118 #ifndef CONFIG_XIP_KERNEL
119         adr_l   r8, _text                       @ __pa(_text)
120         sub     r8, r8, #TEXT_OFFSET            @ PHYS_OFFSET
121 #else
122         ldr     r8, =PLAT_PHYS_OFFSET           @ always constant in this case
123 #endif
124
125         /*
126          * r1 = machine no, r2 = atags or dtb,
127          * r8 = phys_offset, r9 = cpuid, r10 = procinfo
128          */
129         bl      __vet_atags
130 #ifdef CONFIG_SMP_ON_UP
131         bl      __fixup_smp
132 #endif
133 #ifdef CONFIG_ARM_PATCH_PHYS_VIRT
134         bl      __fixup_pv_table
135 #endif
136         bl      __create_page_tables
137
138         /*
139          * The following calls CPU specific code in a position independent
140          * manner.  See arch/arm/mm/proc-*.S for details.  r10 = base of
141          * xxx_proc_info structure selected by __lookup_processor_type
142          * above.
143          *
144          * The processor init function will be called with:
145          *  r1 - machine type
146          *  r2 - boot data (atags/dt) pointer
147          *  r4 - translation table base (low word)
148          *  r5 - translation table base (high word, if LPAE)
149          *  r8 - translation table base 1 (pfn if LPAE)
150          *  r9 - cpuid
151          *  r13 - virtual address for __enable_mmu -> __turn_mmu_on
152          *
153          * On return, the CPU will be ready for the MMU to be turned on,
154          * r0 will hold the CPU control register value, r1, r2, r4, and
155          * r9 will be preserved.  r5 will also be preserved if LPAE.
156          */
157         ldr     r13, =__mmap_switched           @ address to jump to after
158                                                 @ mmu has been enabled
159         badr    lr, 1f                          @ return (PIC) address
160 #ifdef CONFIG_ARM_LPAE
161         mov     r5, #0                          @ high TTBR0
162         mov     r8, r4, lsr #12                 @ TTBR1 is swapper_pg_dir pfn
163 #else
164         mov     r8, r4                          @ set TTBR1 to swapper_pg_dir
165 #endif
166         ldr     r12, [r10, #PROCINFO_INITFUNC]
167         add     r12, r12, r10
168         ret     r12
169 1:      b       __enable_mmu
170 ENDPROC(stext)
171         .ltorg
172
173 /*
174  * Setup the initial page tables.  We only setup the barest
175  * amount which are required to get the kernel running, which
176  * generally means mapping in the kernel code.
177  *
178  * r8 = phys_offset, r9 = cpuid, r10 = procinfo
179  *
180  * Returns:
181  *  r0, r3, r5-r7 corrupted
182  *  r4 = physical page table address
183  */
184 __create_page_tables:
185         pgtbl   r4, r8                          @ page table address
186
187         /*
188          * Clear the swapper page table
189          */
190         mov     r0, r4
191         mov     r3, #0
192         add     r6, r0, #PG_DIR_SIZE
193 1:      str     r3, [r0], #4
194         str     r3, [r0], #4
195         str     r3, [r0], #4
196         str     r3, [r0], #4
197         teq     r0, r6
198         bne     1b
199
200 #ifdef CONFIG_ARM_LPAE
201         /*
202          * Build the PGD table (first level) to point to the PMD table. A PGD
203          * entry is 64-bit wide.
204          */
205         mov     r0, r4
206         add     r3, r4, #0x1000                 @ first PMD table address
207         orr     r3, r3, #3                      @ PGD block type
208         mov     r6, #4                          @ PTRS_PER_PGD
209         mov     r7, #1 << (55 - 32)             @ L_PGD_SWAPPER
210 1:
211 #ifdef CONFIG_CPU_ENDIAN_BE8
212         str     r7, [r0], #4                    @ set top PGD entry bits
213         str     r3, [r0], #4                    @ set bottom PGD entry bits
214 #else
215         str     r3, [r0], #4                    @ set bottom PGD entry bits
216         str     r7, [r0], #4                    @ set top PGD entry bits
217 #endif
218         add     r3, r3, #0x1000                 @ next PMD table
219         subs    r6, r6, #1
220         bne     1b
221
222         add     r4, r4, #0x1000                 @ point to the PMD tables
223 #ifdef CONFIG_CPU_ENDIAN_BE8
224         add     r4, r4, #4                      @ we only write the bottom word
225 #endif
226 #endif
227
228         ldr     r7, [r10, #PROCINFO_MM_MMUFLAGS] @ mm_mmuflags
229
230         /*
231          * Create identity mapping to cater for __enable_mmu.
232          * This identity mapping will be removed by paging_init().
233          */
234         adr_l   r5, __turn_mmu_on               @ _pa(__turn_mmu_on)
235         adr_l   r6, __turn_mmu_on_end           @ _pa(__turn_mmu_on_end)
236         mov     r5, r5, lsr #SECTION_SHIFT
237         mov     r6, r6, lsr #SECTION_SHIFT
238
239 1:      orr     r3, r7, r5, lsl #SECTION_SHIFT  @ flags + kernel base
240         str     r3, [r4, r5, lsl #PMD_ORDER]    @ identity mapping
241         cmp     r5, r6
242         addlo   r5, r5, #1                      @ next section
243         blo     1b
244
245         /*
246          * The main matter: map in the kernel using section mappings, and
247          * set two variables to indicate the physical start and end of the
248          * kernel.
249          */
250         add     r0, r4, #KERNEL_OFFSET >> (SECTION_SHIFT - PMD_ORDER)
251         ldr     r6, =(_end - 1)
252         adr_l   r5, kernel_sec_start            @ _pa(kernel_sec_start)
253         str     r8, [r5]                        @ Save physical start of kernel
254         orr     r3, r8, r7                      @ Add the MMU flags
255         add     r6, r4, r6, lsr #(SECTION_SHIFT - PMD_ORDER)
256 1:      str     r3, [r0], #1 << PMD_ORDER
257         add     r3, r3, #1 << SECTION_SHIFT
258         cmp     r0, r6
259         bls     1b
260         eor     r3, r3, r7                      @ Remove the MMU flags
261         adr_l   r5, kernel_sec_end              @ _pa(kernel_sec_end)
262         str     r3, [r5]                        @ Save physical end of kernel
263
264 #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
265         /*
266          * Map the kernel image separately as it is not located in RAM.
267          */
268 #define XIP_START XIP_VIRT_ADDR(CONFIG_XIP_PHYS_ADDR)
269         mov     r3, pc
270         mov     r3, r3, lsr #SECTION_SHIFT
271         orr     r3, r7, r3, lsl #SECTION_SHIFT
272         add     r0, r4,  #(XIP_START & 0xff000000) >> (SECTION_SHIFT - PMD_ORDER)
273         str     r3, [r0, #((XIP_START & 0x00f00000) >> SECTION_SHIFT) << PMD_ORDER]!
274         ldr     r6, =(_edata_loc - 1)
275         add     r0, r0, #1 << PMD_ORDER
276         add     r6, r4, r6, lsr #(SECTION_SHIFT - PMD_ORDER)
277 1:      cmp     r0, r6
278         add     r3, r3, #1 << SECTION_SHIFT
279         strls   r3, [r0], #1 << PMD_ORDER
280         bls     1b
281 #endif
282
283         /*
284          * Then map boot params address in r2 if specified.
285          * We map 2 sections in case the ATAGs/DTB crosses a section boundary.
286          */
287         mov     r0, r2, lsr #SECTION_SHIFT
288         cmp     r2, #0
289         ldrne   r3, =FDT_FIXED_BASE >> (SECTION_SHIFT - PMD_ORDER)
290         addne   r3, r3, r4
291         orrne   r6, r7, r0, lsl #SECTION_SHIFT
292         strne   r6, [r3], #1 << PMD_ORDER
293         addne   r6, r6, #1 << SECTION_SHIFT
294         strne   r6, [r3]
295
296 #if defined(CONFIG_ARM_LPAE) && defined(CONFIG_CPU_ENDIAN_BE8)
297         sub     r4, r4, #4                      @ Fixup page table pointer
298                                                 @ for 64-bit descriptors
299 #endif
300
301 #ifdef CONFIG_DEBUG_LL
302 #if !defined(CONFIG_DEBUG_ICEDCC) && !defined(CONFIG_DEBUG_SEMIHOSTING)
303         /*
304          * Map in IO space for serial debugging.
305          * This allows debug messages to be output
306          * via a serial console before paging_init.
307          */
308         addruart r7, r3, r0
309
310         mov     r3, r3, lsr #SECTION_SHIFT
311         mov     r3, r3, lsl #PMD_ORDER
312
313         add     r0, r4, r3
314         mov     r3, r7, lsr #SECTION_SHIFT
315         ldr     r7, [r10, #PROCINFO_IO_MMUFLAGS] @ io_mmuflags
316         orr     r3, r7, r3, lsl #SECTION_SHIFT
317 #ifdef CONFIG_ARM_LPAE
318         mov     r7, #1 << (54 - 32)             @ XN
319 #ifdef CONFIG_CPU_ENDIAN_BE8
320         str     r7, [r0], #4
321         str     r3, [r0], #4
322 #else
323         str     r3, [r0], #4
324         str     r7, [r0], #4
325 #endif
326 #else
327         orr     r3, r3, #PMD_SECT_XN
328         str     r3, [r0], #4
329 #endif
330
331 #else /* CONFIG_DEBUG_ICEDCC || CONFIG_DEBUG_SEMIHOSTING */
332         /* we don't need any serial debugging mappings */
333         ldr     r7, [r10, #PROCINFO_IO_MMUFLAGS] @ io_mmuflags
334 #endif
335
336 #if defined(CONFIG_ARCH_NETWINDER) || defined(CONFIG_ARCH_CATS)
337         /*
338          * If we're using the NetWinder or CATS, we also need to map
339          * in the 16550-type serial port for the debug messages
340          */
341         add     r0, r4, #0xff000000 >> (SECTION_SHIFT - PMD_ORDER)
342         orr     r3, r7, #0x7c000000
343         str     r3, [r0]
344 #endif
345 #ifdef CONFIG_ARCH_RPC
346         /*
347          * Map in screen at 0x02000000 & SCREEN2_BASE
348          * Similar reasons here - for debug.  This is
349          * only for Acorn RiscPC architectures.
350          */
351         add     r0, r4, #0x02000000 >> (SECTION_SHIFT - PMD_ORDER)
352         orr     r3, r7, #0x02000000
353         str     r3, [r0]
354         add     r0, r4, #0xd8000000 >> (SECTION_SHIFT - PMD_ORDER)
355         str     r3, [r0]
356 #endif
357 #endif
358 #ifdef CONFIG_ARM_LPAE
359         sub     r4, r4, #0x1000         @ point to the PGD table
360 #endif
361         ret     lr
362 ENDPROC(__create_page_tables)
363         .ltorg
364
365 #if defined(CONFIG_SMP)
366         .text
367         .arm
368 ENTRY(secondary_startup_arm)
369  THUMB( badr    r9, 1f          )       @ Kernel is entered in ARM.
370  THUMB( bx      r9              )       @ If this is a Thumb-2 kernel,
371  THUMB( .thumb                  )       @ switch to Thumb now.
372  THUMB(1:                       )
373 ENTRY(secondary_startup)
374         /*
375          * Common entry point for secondary CPUs.
376          *
377          * Ensure that we're in SVC mode, and IRQs are disabled.  Lookup
378          * the processor type - there is no need to check the machine type
379          * as it has already been validated by the primary processor.
380          */
381
382  ARM_BE8(setend be)                             @ ensure we are in BE8 mode
383
384 #ifdef CONFIG_ARM_VIRT_EXT
385         bl      __hyp_stub_install_secondary
386 #endif
387         safe_svcmode_maskall r9
388
389         mrc     p15, 0, r9, c0, c0              @ get processor id
390         bl      __lookup_processor_type
391         movs    r10, r5                         @ invalid processor?
392         moveq   r0, #'p'                        @ yes, error 'p'
393  THUMB( it      eq )            @ force fixup-able long branch encoding
394         beq     __error_p
395
396         /*
397          * Use the page tables supplied from  __cpu_up.
398          */
399         adr_l   r3, secondary_data
400         mov_l   r12, __secondary_switched
401         ldrd    r4, r5, [r3, #0]                @ get secondary_data.pgdir
402 ARM_BE8(eor     r4, r4, r5)                     @ Swap r5 and r4 in BE:
403 ARM_BE8(eor     r5, r4, r5)                     @ it can be done in 3 steps
404 ARM_BE8(eor     r4, r4, r5)                     @ without using a temp reg.
405         ldr     r8, [r3, #8]                    @ get secondary_data.swapper_pg_dir
406         badr    lr, __enable_mmu                @ return address
407         mov     r13, r12                        @ __secondary_switched address
408         ldr     r12, [r10, #PROCINFO_INITFUNC]
409         add     r12, r12, r10                   @ initialise processor
410                                                 @ (return control reg)
411         ret     r12
412 ENDPROC(secondary_startup)
413 ENDPROC(secondary_startup_arm)
414
415 ENTRY(__secondary_switched)
416         ldr_l   r7, secondary_data + 12         @ get secondary_data.stack
417         mov     sp, r7
418         mov     fp, #0
419         b       secondary_start_kernel
420 ENDPROC(__secondary_switched)
421
422 #endif /* defined(CONFIG_SMP) */
423
424
425
426 /*
427  * Setup common bits before finally enabling the MMU.  Essentially
428  * this is just loading the page table pointer and domain access
429  * registers.  All these registers need to be preserved by the
430  * processor setup function (or set in the case of r0)
431  *
432  *  r0  = cp#15 control register
433  *  r1  = machine ID
434  *  r2  = atags or dtb pointer
435  *  r4  = TTBR pointer (low word)
436  *  r5  = TTBR pointer (high word if LPAE)
437  *  r9  = processor ID
438  *  r13 = *virtual* address to jump to upon completion
439  */
440 __enable_mmu:
441 #if defined(CONFIG_ALIGNMENT_TRAP) && __LINUX_ARM_ARCH__ < 6
442         orr     r0, r0, #CR_A
443 #else
444         bic     r0, r0, #CR_A
445 #endif
446 #ifdef CONFIG_CPU_DCACHE_DISABLE
447         bic     r0, r0, #CR_C
448 #endif
449 #ifdef CONFIG_CPU_BPREDICT_DISABLE
450         bic     r0, r0, #CR_Z
451 #endif
452 #ifdef CONFIG_CPU_ICACHE_DISABLE
453         bic     r0, r0, #CR_I
454 #endif
455 #ifdef CONFIG_ARM_LPAE
456         mcrr    p15, 0, r4, r5, c2              @ load TTBR0
457 #else
458         mov     r5, #DACR_INIT
459         mcr     p15, 0, r5, c3, c0, 0           @ load domain access register
460         mcr     p15, 0, r4, c2, c0, 0           @ load page table pointer
461 #endif
462         b       __turn_mmu_on
463 ENDPROC(__enable_mmu)
464
465 /*
466  * Enable the MMU.  This completely changes the structure of the visible
467  * memory space.  You will not be able to trace execution through this.
468  * If you have an enquiry about this, *please* check the linux-arm-kernel
469  * mailing list archives BEFORE sending another post to the list.
470  *
471  *  r0  = cp#15 control register
472  *  r1  = machine ID
473  *  r2  = atags or dtb pointer
474  *  r9  = processor ID
475  *  r13 = *virtual* address to jump to upon completion
476  *
477  * other registers depend on the function called upon completion
478  */
479         .align  5
480         .pushsection    .idmap.text, "ax"
481 ENTRY(__turn_mmu_on)
482         mov     r0, r0
483         instr_sync
484         mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0           @ write control reg
485         mrc     p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg
486         instr_sync
487         mov     r3, r3
488         mov     r3, r13
489         ret     r3
490 __turn_mmu_on_end:
491 ENDPROC(__turn_mmu_on)
492         .popsection
493
494
495 #ifdef CONFIG_SMP_ON_UP
496         __HEAD
497 __fixup_smp:
498         and     r3, r9, #0x000f0000     @ architecture version
499         teq     r3, #0x000f0000         @ CPU ID supported?
500         bne     __fixup_smp_on_up       @ no, assume UP
501
502         bic     r3, r9, #0x00ff0000
503         bic     r3, r3, #0x0000000f     @ mask 0xff00fff0
504         mov     r4, #0x41000000
505         orr     r4, r4, #0x0000b000
506         orr     r4, r4, #0x00000020     @ val 0x4100b020
507         teq     r3, r4                  @ ARM 11MPCore?
508         reteq   lr                      @ yes, assume SMP
509
510         mrc     p15, 0, r0, c0, c0, 5   @ read MPIDR
511         and     r0, r0, #0xc0000000     @ multiprocessing extensions and
512         teq     r0, #0x80000000         @ not part of a uniprocessor system?
513         bne    __fixup_smp_on_up        @ no, assume UP
514
515         @ Core indicates it is SMP. Check for Aegis SOC where a single
516         @ Cortex-A9 CPU is present but SMP operations fault.
517         mov     r4, #0x41000000
518         orr     r4, r4, #0x0000c000
519         orr     r4, r4, #0x00000090
520         teq     r3, r4                  @ Check for ARM Cortex-A9
521         retne   lr                      @ Not ARM Cortex-A9,
522
523         @ If a future SoC *does* use 0x0 as the PERIPH_BASE, then the
524         @ below address check will need to be #ifdef'd or equivalent
525         @ for the Aegis platform.
526         mrc     p15, 4, r0, c15, c0     @ get SCU base address
527         teq     r0, #0x0                @ '0' on actual UP A9 hardware
528         beq     __fixup_smp_on_up       @ So its an A9 UP
529         ldr     r0, [r0, #4]            @ read SCU Config
530 ARM_BE8(rev     r0, r0)                 @ byteswap if big endian
531         and     r0, r0, #0x3            @ number of CPUs
532         teq     r0, #0x0                @ is 1?
533         retne   lr
534
535 __fixup_smp_on_up:
536         adr_l   r4, __smpalt_begin
537         adr_l   r5, __smpalt_end
538         b       __do_fixup_smp_on_up
539 ENDPROC(__fixup_smp)
540
541         .pushsection .data
542         .align  2
543         .globl  smp_on_up
544 smp_on_up:
545         ALT_SMP(.long   1)
546         ALT_UP(.long    0)
547         .popsection
548 #endif
549
550         .text
551 __do_fixup_smp_on_up:
552         cmp     r4, r5
553         reths   lr
554         ldmia   r4, {r0, r6}
555  ARM(   str     r6, [r0, r4]    )
556  THUMB( add     r0, r0, r4      )
557         add     r4, r4, #8
558 #ifdef __ARMEB__
559  THUMB( mov     r6, r6, ror #16 )       @ Convert word order for big-endian.
560 #endif
561  THUMB( strh    r6, [r0], #2    )       @ For Thumb-2, store as two halfwords
562  THUMB( mov     r6, r6, lsr #16 )       @ to be robust against misaligned r0.
563  THUMB( strh    r6, [r0]        )
564         b       __do_fixup_smp_on_up
565 ENDPROC(__do_fixup_smp_on_up)
566
567 ENTRY(fixup_smp)
568         stmfd   sp!, {r4 - r6, lr}
569         mov     r4, r0
570         add     r5, r0, r1
571         bl      __do_fixup_smp_on_up
572         ldmfd   sp!, {r4 - r6, pc}
573 ENDPROC(fixup_smp)
574
575 #include "head-common.S"