GNU Linux-libre 4.14.266-gnu1
[releases.git] / 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 ENTRY(startup_32)
68         movl pa(initial_stack),%ecx
69         
70         /* test KEEP_SEGMENTS flag to see if the bootloader is asking
71                 us to not reload segments */
72         testb $KEEP_SEGMENTS, BP_loadflags(%esi)
73         jnz 2f
74
75 /*
76  * Set segments to known values.
77  */
78         lgdt pa(boot_gdt_descr)
79         movl $(__BOOT_DS),%eax
80         movl %eax,%ds
81         movl %eax,%es
82         movl %eax,%fs
83         movl %eax,%gs
84         movl %eax,%ss
85 2:
86         leal -__PAGE_OFFSET(%ecx),%esp
87
88 /*
89  * Clear BSS first so that there are no surprises...
90  */
91         cld
92         xorl %eax,%eax
93         movl $pa(__bss_start),%edi
94         movl $pa(__bss_stop),%ecx
95         subl %edi,%ecx
96         shrl $2,%ecx
97         rep ; stosl
98 /*
99  * Copy bootup parameters out of the way.
100  * Note: %esi still has the pointer to the real-mode data.
101  * With the kexec as boot loader, parameter segment might be loaded beyond
102  * kernel image and might not even be addressable by early boot page tables.
103  * (kexec on panic case). Hence copy out the parameters before initializing
104  * page tables.
105  */
106         movl $pa(boot_params),%edi
107         movl $(PARAM_SIZE/4),%ecx
108         cld
109         rep
110         movsl
111         movl pa(boot_params) + NEW_CL_POINTER,%esi
112         andl %esi,%esi
113         jz 1f                   # No command line
114         movl $pa(boot_command_line),%edi
115         movl $(COMMAND_LINE_SIZE/4),%ecx
116         rep
117         movsl
118 1:
119
120 #ifdef CONFIG_OLPC
121         /* save OFW's pgdir table for later use when calling into OFW */
122         movl %cr3, %eax
123         movl %eax, pa(olpc_ofw_pgd)
124 #endif
125
126 #ifdef CONFIG_MICROCODE
127         /* Early load ucode on BSP. */
128         call load_ucode_bsp
129 #endif
130
131         /* Create early pagetables. */
132         call  mk_early_pgtbl_32
133
134         /* Do early initialization of the fixmap area */
135         movl $pa(initial_pg_fixmap)+PDE_IDENT_ATTR,%eax
136 #ifdef  CONFIG_X86_PAE
137 #define KPMDS (((-__PAGE_OFFSET) >> 30) & 3) /* Number of kernel PMDs */
138         movl %eax,pa(initial_pg_pmd+0x1000*KPMDS-8)
139 #else
140         movl %eax,pa(initial_page_table+0xffc)
141 #endif
142
143 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
144         /* This is can only trip for a broken bootloader... */
145         cmpw $0x207, pa(boot_params + BP_version)
146         jb .Ldefault_entry
147
148         /* Paravirt-compatible boot parameters.  Look to see what architecture
149                 we're booting under. */
150         movl pa(boot_params + BP_hardware_subarch), %eax
151         cmpl $num_subarch_entries, %eax
152         jae .Lbad_subarch
153
154         movl pa(subarch_entries)(,%eax,4), %eax
155         subl $__PAGE_OFFSET, %eax
156         jmp *%eax
157
158 .Lbad_subarch:
159 WEAK(xen_entry)
160         /* Unknown implementation; there's really
161            nothing we can do at this point. */
162         ud2a
163
164         __INITDATA
165
166 subarch_entries:
167         .long .Ldefault_entry           /* normal x86/PC */
168         .long xen_entry                 /* Xen hypervisor */
169         .long .Ldefault_entry           /* Moorestown MID */
170 num_subarch_entries = (. - subarch_entries) / 4
171 .previous
172 #else
173         jmp .Ldefault_entry
174 #endif /* CONFIG_PARAVIRT */
175
176 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
177 /*
178  * Boot CPU0 entry point. It's called from play_dead(). Everything has been set
179  * up already except stack. We just set up stack here. Then call
180  * start_secondary().
181  */
182 ENTRY(start_cpu0)
183         movl initial_stack, %ecx
184         movl %ecx, %esp
185         call *(initial_code)
186 1:      jmp 1b
187 ENDPROC(start_cpu0)
188 #endif
189
190 /*
191  * Non-boot CPU entry point; entered from trampoline.S
192  * We can't lgdt here, because lgdt itself uses a data segment, but
193  * we know the trampoline has already loaded the boot_gdt for us.
194  *
195  * If cpu hotplug is not supported then this code can go in init section
196  * which will be freed later
197  */
198 ENTRY(startup_32_smp)
199         cld
200         movl $(__BOOT_DS),%eax
201         movl %eax,%ds
202         movl %eax,%es
203         movl %eax,%fs
204         movl %eax,%gs
205         movl pa(initial_stack),%ecx
206         movl %eax,%ss
207         leal -__PAGE_OFFSET(%ecx),%esp
208
209 #ifdef CONFIG_MICROCODE
210         /* Early load ucode on AP. */
211         call load_ucode_ap
212 #endif
213
214 .Ldefault_entry:
215         movl $(CR0_STATE & ~X86_CR0_PG),%eax
216         movl %eax,%cr0
217
218 /*
219  * We want to start out with EFLAGS unambiguously cleared. Some BIOSes leave
220  * bits like NT set. This would confuse the debugger if this code is traced. So
221  * initialize them properly now before switching to protected mode. That means
222  * DF in particular (even though we have cleared it earlier after copying the
223  * command line) because GCC expects it.
224  */
225         pushl $0
226         popfl
227
228 /*
229  * New page tables may be in 4Mbyte page mode and may be using the global pages.
230  *
231  * NOTE! If we are on a 486 we may have no cr4 at all! Specifically, cr4 exists
232  * if and only if CPUID exists and has flags other than the FPU flag set.
233  */
234         movl $-1,pa(X86_CPUID)          # preset CPUID level
235         movl $X86_EFLAGS_ID,%ecx
236         pushl %ecx
237         popfl                           # set EFLAGS=ID
238         pushfl
239         popl %eax                       # get EFLAGS
240         testl $X86_EFLAGS_ID,%eax       # did EFLAGS.ID remained set?
241         jz .Lenable_paging              # hw disallowed setting of ID bit
242                                         # which means no CPUID and no CR4
243
244         xorl %eax,%eax
245         cpuid
246         movl %eax,pa(X86_CPUID)         # save largest std CPUID function
247
248         movl $1,%eax
249         cpuid
250         andl $~1,%edx                   # Ignore CPUID.FPU
251         jz .Lenable_paging              # No flags or only CPUID.FPU = no CR4
252
253         movl pa(mmu_cr4_features),%eax
254         movl %eax,%cr4
255
256         testb $X86_CR4_PAE, %al         # check if PAE is enabled
257         jz .Lenable_paging
258
259         /* Check if extended functions are implemented */
260         movl $0x80000000, %eax
261         cpuid
262         /* Value must be in the range 0x80000001 to 0x8000ffff */
263         subl $0x80000001, %eax
264         cmpl $(0x8000ffff-0x80000001), %eax
265         ja .Lenable_paging
266
267         /* Clear bogus XD_DISABLE bits */
268         call verify_cpu
269
270         mov $0x80000001, %eax
271         cpuid
272         /* Execute Disable bit supported? */
273         btl $(X86_FEATURE_NX & 31), %edx
274         jnc .Lenable_paging
275
276         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
277         movl $MSR_EFER, %ecx
278         rdmsr
279
280         btsl $_EFER_NX, %eax
281         /* Make changes effective */
282         wrmsr
283
284 .Lenable_paging:
285
286 /*
287  * Enable paging
288  */
289         movl $pa(initial_page_table), %eax
290         movl %eax,%cr3          /* set the page table pointer.. */
291         movl $CR0_STATE,%eax
292         movl %eax,%cr0          /* ..and set paging (PG) bit */
293         ljmp $__BOOT_CS,$1f     /* Clear prefetch and normalize %eip */
294 1:
295         /* Shift the stack pointer to a virtual address */
296         addl $__PAGE_OFFSET, %esp
297
298 /*
299  * start system 32-bit setup. We need to re-do some of the things done
300  * in 16-bit mode for the "real" operations.
301  */
302         movl setup_once_ref,%eax
303         andl %eax,%eax
304         jz 1f                           # Did we do this already?
305         call *%eax
306 1:
307
308 /*
309  * Check if it is 486
310  */
311         movb $4,X86                     # at least 486
312         cmpl $-1,X86_CPUID
313         je .Lis486
314
315         /* get vendor info */
316         xorl %eax,%eax                  # call CPUID with 0 -> return vendor ID
317         cpuid
318         movl %eax,X86_CPUID             # save CPUID level
319         movl %ebx,X86_VENDOR_ID         # lo 4 chars
320         movl %edx,X86_VENDOR_ID+4       # next 4 chars
321         movl %ecx,X86_VENDOR_ID+8       # last 4 chars
322
323         orl %eax,%eax                   # do we have processor info as well?
324         je .Lis486
325
326         movl $1,%eax            # Use the CPUID instruction to get CPU type
327         cpuid
328         movb %al,%cl            # save reg for future use
329         andb $0x0f,%ah          # mask processor family
330         movb %ah,X86
331         andb $0xf0,%al          # mask model
332         shrb $4,%al
333         movb %al,X86_MODEL
334         andb $0x0f,%cl          # mask mask revision
335         movb %cl,X86_STEPPING
336         movl %edx,X86_CAPABILITY
337
338 .Lis486:
339         movl $0x50022,%ecx      # set AM, WP, NE and MP
340         movl %cr0,%eax
341         andl $0x80000011,%eax   # Save PG,PE,ET
342         orl %ecx,%eax
343         movl %eax,%cr0
344
345         lgdt early_gdt_descr
346         ljmp $(__KERNEL_CS),$1f
347 1:      movl $(__KERNEL_DS),%eax        # reload all the segment registers
348         movl %eax,%ss                   # after changing gdt.
349
350         movl $(__USER_DS),%eax          # DS/ES contains default USER segment
351         movl %eax,%ds
352         movl %eax,%es
353
354         movl $(__KERNEL_PERCPU), %eax
355         movl %eax,%fs                   # set this cpu's percpu
356
357         movl $(__KERNEL_STACK_CANARY),%eax
358         movl %eax,%gs
359
360         xorl %eax,%eax                  # Clear LDT
361         lldt %ax
362
363         call *(initial_code)
364 1:      jmp 1b
365 ENDPROC(startup_32_smp)
366
367 #include "verify_cpu.S"
368
369 /*
370  *  setup_once
371  *
372  *  The setup work we only want to run on the BSP.
373  *
374  *  Warning: %esi is live across this function.
375  */
376 __INIT
377 setup_once:
378 #ifdef CONFIG_CC_STACKPROTECTOR
379         /*
380          * Configure the stack canary. The linker can't handle this by
381          * relocation.  Manually set base address in stack canary
382          * segment descriptor.
383          */
384         movl $gdt_page,%eax
385         movl $stack_canary,%ecx
386         movw %cx, 8 * GDT_ENTRY_STACK_CANARY + 2(%eax)
387         shrl $16, %ecx
388         movb %cl, 8 * GDT_ENTRY_STACK_CANARY + 4(%eax)
389         movb %ch, 8 * GDT_ENTRY_STACK_CANARY + 7(%eax)
390 #endif
391
392         andl $0,setup_once_ref  /* Once is enough, thanks */
393         ret
394
395 ENTRY(early_idt_handler_array)
396         # 36(%esp) %eflags
397         # 32(%esp) %cs
398         # 28(%esp) %eip
399         # 24(%rsp) error code
400         i = 0
401         .rept NUM_EXCEPTION_VECTORS
402         .if ((EXCEPTION_ERRCODE_MASK >> i) & 1) == 0
403         pushl $0                # Dummy error code, to make stack frame uniform
404         .endif
405         pushl $i                # 20(%esp) Vector number
406         jmp early_idt_handler_common
407         i = i + 1
408         .fill early_idt_handler_array + i*EARLY_IDT_HANDLER_SIZE - ., 1, 0xcc
409         .endr
410 ENDPROC(early_idt_handler_array)
411         
412 early_idt_handler_common:
413         /*
414          * The stack is the hardware frame, an error code or zero, and the
415          * vector number.
416          */
417         cld
418
419         incl %ss:early_recursion_flag
420
421         /* The vector number is in pt_regs->gs */
422
423         cld
424         pushl   %fs             /* pt_regs->fs (__fsh varies by model) */
425         pushl   %es             /* pt_regs->es (__esh varies by model) */
426         pushl   %ds             /* pt_regs->ds (__dsh varies by model) */
427         pushl   %eax            /* pt_regs->ax */
428         pushl   %ebp            /* pt_regs->bp */
429         pushl   %edi            /* pt_regs->di */
430         pushl   %esi            /* pt_regs->si */
431         pushl   %edx            /* pt_regs->dx */
432         pushl   %ecx            /* pt_regs->cx */
433         pushl   %ebx            /* pt_regs->bx */
434
435         /* Fix up DS and ES */
436         movl    $(__KERNEL_DS), %ecx
437         movl    %ecx, %ds
438         movl    %ecx, %es
439
440         /* Load the vector number into EDX */
441         movl    PT_GS(%esp), %edx
442
443         /* Load GS into pt_regs->gs (and maybe clobber __gsh) */
444         movw    %gs, PT_GS(%esp)
445
446         movl    %esp, %eax      /* args are pt_regs (EAX), trapnr (EDX) */
447         call    early_fixup_exception
448
449         popl    %ebx            /* pt_regs->bx */
450         popl    %ecx            /* pt_regs->cx */
451         popl    %edx            /* pt_regs->dx */
452         popl    %esi            /* pt_regs->si */
453         popl    %edi            /* pt_regs->di */
454         popl    %ebp            /* pt_regs->bp */
455         popl    %eax            /* pt_regs->ax */
456         popl    %ds             /* pt_regs->ds (always ignores __dsh) */
457         popl    %es             /* pt_regs->es (always ignores __esh) */
458         popl    %fs             /* pt_regs->fs (always ignores __fsh) */
459         popl    %gs             /* pt_regs->gs (always ignores __gsh) */
460         decl    %ss:early_recursion_flag
461         addl    $4, %esp        /* pop pt_regs->orig_ax */
462         iret
463 ENDPROC(early_idt_handler_common)
464
465 /* This is the default interrupt "handler" :-) */
466 ENTRY(early_ignore_irq)
467         cld
468 #ifdef CONFIG_PRINTK
469         pushl %eax
470         pushl %ecx
471         pushl %edx
472         pushl %es
473         pushl %ds
474         movl $(__KERNEL_DS),%eax
475         movl %eax,%ds
476         movl %eax,%es
477         cmpl $2,early_recursion_flag
478         je hlt_loop
479         incl early_recursion_flag
480         pushl 16(%esp)
481         pushl 24(%esp)
482         pushl 32(%esp)
483         pushl 40(%esp)
484         pushl $int_msg
485         call printk
486
487         call dump_stack
488
489         addl $(5*4),%esp
490         popl %ds
491         popl %es
492         popl %edx
493         popl %ecx
494         popl %eax
495 #endif
496         iret
497
498 hlt_loop:
499         hlt
500         jmp hlt_loop
501 ENDPROC(early_ignore_irq)
502
503 __INITDATA
504         .align 4
505 GLOBAL(early_recursion_flag)
506         .long 0
507
508 __REFDATA
509         .align 4
510 ENTRY(initial_code)
511         .long i386_start_kernel
512 ENTRY(setup_once_ref)
513         .long setup_once
514
515 /*
516  * BSS section
517  */
518 __PAGE_ALIGNED_BSS
519         .align PAGE_SIZE
520 #ifdef CONFIG_X86_PAE
521 .globl initial_pg_pmd
522 initial_pg_pmd:
523         .fill 1024*KPMDS,4,0
524 #else
525 .globl initial_page_table
526 initial_page_table:
527         .fill 1024,4,0
528 #endif
529 initial_pg_fixmap:
530         .fill 1024,4,0
531 .globl empty_zero_page
532 empty_zero_page:
533         .fill 4096,1,0
534 .globl swapper_pg_dir
535 swapper_pg_dir:
536         .fill 1024,4,0
537 EXPORT_SYMBOL(empty_zero_page)
538
539 /*
540  * This starts the data section.
541  */
542 #ifdef CONFIG_X86_PAE
543 __PAGE_ALIGNED_DATA
544         /* Page-aligned for the benefit of paravirt? */
545         .align PAGE_SIZE
546 ENTRY(initial_page_table)
547         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0     /* low identity map */
548 # if KPMDS == 3
549         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0
550         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR+0x1000),0
551         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR+0x2000),0
552 # elif KPMDS == 2
553         .long   0,0
554         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0
555         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR+0x1000),0
556 # elif KPMDS == 1
557         .long   0,0
558         .long   0,0
559         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0
560 # else
561 #  error "Kernel PMDs should be 1, 2 or 3"
562 # endif
563         .align PAGE_SIZE                /* needs to be page-sized too */
564 #endif
565
566 .data
567 .balign 4
568 ENTRY(initial_stack)
569         /*
570          * The SIZEOF_PTREGS gap is a convention which helps the in-kernel
571          * unwinder reliably detect the end of the stack.
572          */
573         .long init_thread_union + THREAD_SIZE - SIZEOF_PTREGS - \
574               TOP_OF_KERNEL_STACK_PADDING;
575
576 __INITRODATA
577 int_msg:
578         .asciz "Unknown interrupt or fault at: %p %p %p\n"
579
580 #include "../../x86/xen/xen-head.S"
581
582 /*
583  * The IDT and GDT 'descriptors' are a strange 48-bit object
584  * only used by the lidt and lgdt instructions. They are not
585  * like usual segment descriptors - they consist of a 16-bit
586  * segment size, and 32-bit linear address value:
587  */
588
589         .data
590 .globl boot_gdt_descr
591
592         ALIGN
593 # early boot GDT descriptor (must use 1:1 address mapping)
594         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
595 boot_gdt_descr:
596         .word __BOOT_DS+7
597         .long boot_gdt - __PAGE_OFFSET
598
599 # boot GDT descriptor (later on used by CPU#0):
600         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
601 ENTRY(early_gdt_descr)
602         .word GDT_ENTRIES*8-1
603         .long gdt_page                  /* Overwritten for secondary CPUs */
604
605 /*
606  * The boot_gdt must mirror the equivalent in setup.S and is
607  * used only for booting.
608  */
609         .align L1_CACHE_BYTES
610 ENTRY(boot_gdt)
611         .fill GDT_ENTRY_BOOT_CS,8,0
612         .quad 0x00cf9a000000ffff        /* kernel 4GB code at 0x00000000 */
613         .quad 0x00cf92000000ffff        /* kernel 4GB data at 0x00000000 */