arch/x86/kernel/head_32.S

   1 /*
   2  *  linux/arch/i386/kernel/head.S -- the 32-bit startup code.
   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/linkage.h>
  13 #include <asm/segment.h>
  14 #include <asm/page.h>
  15 #include <asm/pgtable.h>
  16 #include <asm/desc.h>
  17 #include <asm/cache.h>
  18 #include <asm/thread_info.h>
  19 #include <asm/asm-offsets.h>
  20 #include <asm/setup.h>
  21
  22 /*
  23  * References to members of the new_cpu_data structure.
  24  */
  25
  26 #define X86             new_cpu_data+CPUINFO_x86
  27 #define X86_VENDOR      new_cpu_data+CPUINFO_x86_vendor
  28 #define X86_MODEL       new_cpu_data+CPUINFO_x86_model
  29 #define X86_MASK        new_cpu_data+CPUINFO_x86_mask
  30 #define X86_HARD_MATH   new_cpu_data+CPUINFO_hard_math
  31 #define X86_CPUID       new_cpu_data+CPUINFO_cpuid_level
  32 #define X86_CAPABILITY  new_cpu_data+CPUINFO_x86_capability
  33 #define X86_VENDOR_ID   new_cpu_data+CPUINFO_x86_vendor_id
  34
  35 /*
  36  * This is how much memory *in addition to the memory covered up to
  37  * and including _end* we need mapped initially.
  38  * We need:
  39  *  - one bit for each possible page, but only in low memory, which means
  40  *     2^32/4096/8 = 128K worst case (4G/4G split.)
  41  *  - enough space to map all low memory, which means
  42  *     (2^32/4096) / 1024 pages (worst case, non PAE)
  43  *     (2^32/4096) / 512 + 4 pages (worst case for PAE)
  44  *  - a few pages for allocator use before the kernel pagetable has
  45  *     been set up
  46  *
  47  * Modulo rounding, each megabyte assigned here requires a kilobyte of
  48  * memory, which is currently unreclaimed.
  49  *
  50  * This should be a multiple of a page.
  51  */
  52 LOW_PAGES = 1<<(32-PAGE_SHIFT_asm)
  53
  54 /*
  55  * To preserve the DMA pool in PAGEALLOC kernels, we'll allocate
  56  * pagetables from above the 16MB DMA limit, so we'll have to set
  57  * up pagetables 16MB more (worst-case):
  58  */
  59 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
  60 LOW_PAGES = LOW_PAGES + 0x1000000
  61 #endif
  62
  63 #if PTRS_PER_PMD > 1
  64 PAGE_TABLE_SIZE = (LOW_PAGES / PTRS_PER_PMD) + PTRS_PER_PGD
  65 #else
  66 PAGE_TABLE_SIZE = (LOW_PAGES / PTRS_PER_PGD)
  67 #endif
  68 BOOTBITMAP_SIZE = LOW_PAGES / 8
  69 ALLOCATOR_SLOP = 4
  70
  71 INIT_MAP_BEYOND_END = BOOTBITMAP_SIZE + (PAGE_TABLE_SIZE + ALLOCATOR_SLOP)*PAGE_SIZE_asm
  72
  73 /*
  74  * 32-bit kernel entrypoint; only used by the boot CPU.  On entry,
  75  * %esi points to the real-mode code as a 32-bit pointer.
  76  * CS and DS must be 4 GB flat segments, but we don't depend on
  77  * any particular GDT layout, because we load our own as soon as we
  78  * can.
  79  */
  80 .section .text.head,"ax",@progbits
  81 ENTRY(startup_32)
  82
  83 /*
  84  * Set segments to known values.
  85  */
  86         cld
  87         lgdt boot_gdt_descr - __PAGE_OFFSET
  88         movl $(__BOOT_DS),%eax
  89         movl %eax,%ds
  90         movl %eax,%es
  91         movl %eax,%fs
  92         movl %eax,%gs
  93
  94 /*
  95  * Clear BSS first so that there are no surprises...
  96  * No need to cld as DF is already clear from cld above...
  97  */
  98         xorl %eax,%eax
  99         movl $__bss_start - __PAGE_OFFSET,%edi
 100         movl $__bss_stop - __PAGE_OFFSET,%ecx
 101         subl %edi,%ecx
 102         shrl $2,%ecx
 103         rep ; stosl
 104 /*
 105  * Copy bootup parameters out of the way.
 106  * Note: %esi still has the pointer to the real-mode data.
 107  * With the kexec as boot loader, parameter segment might be loaded beyond
 108  * kernel image and might not even be addressable by early boot page tables.
 109  * (kexec on panic case). Hence copy out the parameters before initializing
 110  * page tables.
 111  */
 112         movl $(boot_params - __PAGE_OFFSET),%edi
 113         movl $(PARAM_SIZE/4),%ecx
 114         cld
 115         rep
 116         movsl
 117         movl boot_params - __PAGE_OFFSET + NEW_CL_POINTER,%esi
 118         andl %esi,%esi
 119         jnz 2f                  # New command line protocol
 120         cmpw $(OLD_CL_MAGIC),OLD_CL_MAGIC_ADDR
 121         jne 1f
 122         movzwl OLD_CL_OFFSET,%esi
 123         addl $(OLD_CL_BASE_ADDR),%esi
 124 2:
 125         movl $(boot_command_line - __PAGE_OFFSET),%edi
 126         movl $(COMMAND_LINE_SIZE/4),%ecx
 127         rep
 128         movsl
 129 1:
 130
 131 /*
 132  * Initialize page tables.  This creates a PDE and a set of page
 133  * tables, which are located immediately beyond _end.  The variable
 134  * init_pg_tables_end is set up to point to the first "safe" location.
 135  * Mappings are created both at virtual address 0 (identity mapping)
 136  * and PAGE_OFFSET for up to _end+sizeof(page tables)+INIT_MAP_BEYOND_END.
 137  *
 138  * Warning: don't use %esi or the stack in this code.  However, %esp
 139  * can be used as a GPR if you really need it...
 140  */
 141 page_pde_offset = (__PAGE_OFFSET >> 20);
 142
 143         movl $(pg0 - __PAGE_OFFSET), %edi
 144         movl $(swapper_pg_dir - __PAGE_OFFSET), %edx
 145         movl $0x007, %eax                       /* 0x007 = PRESENT+RW+USER */
 146 10:
 147         leal 0x007(%edi),%ecx                   /* Create PDE entry */
 148         movl %ecx,(%edx)                        /* Store identity PDE entry */
 149         movl %ecx,page_pde_offset(%edx)         /* Store kernel PDE entry */
 150         addl $4,%edx
 151         movl $1024, %ecx
 152 11:
 153         stosl
 154         addl $0x1000,%eax
 155         loop 11b
 156         /* End condition: we must map up to and including INIT_MAP_BEYOND_END */
 157         /* bytes beyond the end of our own page tables; the +0x007 is the attribute bits */
 158         leal (INIT_MAP_BEYOND_END+0x007)(%edi),%ebp
 159         cmpl %ebp,%eax
 160         jb 10b
 161         movl %edi,(init_pg_tables_end - __PAGE_OFFSET)
 162
 163         xorl %ebx,%ebx                          /* This is the boot CPU (BSP) */
 164         jmp 3f
 165 /*
 166  * Non-boot CPU entry point; entered from trampoline.S
 167  * We can't lgdt here, because lgdt itself uses a data segment, but
 168  * we know the trampoline has already loaded the boot_gdt for us.
 169  *
 170  * If cpu hotplug is not supported then this code can go in init section
 171  * which will be freed later
 172  */
 173
 174 #ifndef CONFIG_HOTPLUG_CPU
 175 .section .init.text,"ax",@progbits
 176 #endif
 177
 178         /* Do an early initialization of the fixmap area */
 179         movl $(swapper_pg_dir - __PAGE_OFFSET), %edx
 180         movl $(swapper_pg_pmd - __PAGE_OFFSET), %eax
 181         addl $0x007, %eax                       /* 0x007 = PRESENT+RW+USER */
 182         movl %eax, 4092(%edx)
 183
 184 #ifdef CONFIG_SMP
 185 ENTRY(startup_32_smp)
 186         cld
 187         movl $(__BOOT_DS),%eax
 188         movl %eax,%ds
 189         movl %eax,%es
 190         movl %eax,%fs
 191         movl %eax,%gs
 192
 193 /*
 194  *      New page tables may be in 4Mbyte page mode and may
 195  *      be using the global pages.
 196  *
 197  *      NOTE! If we are on a 486 we may have no cr4 at all!
 198  *      So we do not try to touch it unless we really have
 199  *      some bits in it to set.  This won't work if the BSP
 200  *      implements cr4 but this AP does not -- very unlikely
 201  *      but be warned!  The same applies to the pse feature
 202  *      if not equally supported. --macro
 203  *
 204  *      NOTE! We have to correct for the fact that we're
 205  *      not yet offset PAGE_OFFSET..
 206  */
 207 #define cr4_bits mmu_cr4_features-__PAGE_OFFSET
 208         movl cr4_bits,%edx
 209         andl %edx,%edx
 210         jz 6f
 211         movl %cr4,%eax          # Turn on paging options (PSE,PAE,..)
 212         orl %edx,%eax
 213         movl %eax,%cr4
 214
 215         btl $5, %eax            # check if PAE is enabled
 216         jnc 6f
 217
 218         /* Check if extended functions are implemented */
 219         movl $0x80000000, %eax
 220         cpuid
 221         cmpl $0x80000000, %eax
 222         jbe 6f
 223         mov $0x80000001, %eax
 224         cpuid
 225         /* Execute Disable bit supported? */
 226         btl $20, %edx
 227         jnc 6f
 228
 229         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
 230         movl $0xc0000080, %ecx
 231         rdmsr
 232
 233         btsl $11, %eax
 234         /* Make changes effective */
 235         wrmsr
 236
 237 6:
 238         /* This is a secondary processor (AP) */
 239         xorl %ebx,%ebx
 240         incl %ebx
 241
 242 #endif /* CONFIG_SMP */
 243 3:
 244
 245 /*
 246  * Enable paging
 247  */
 248         movl $swapper_pg_dir-__PAGE_OFFSET,%eax
 249         movl %eax,%cr3          /* set the page table pointer.. */
 250         movl %cr0,%eax
 251         orl $0x80000000,%eax
 252         movl %eax,%cr0          /* ..and set paging (PG) bit */
 253         ljmp $__BOOT_CS,$1f     /* Clear prefetch and normalize %eip */
 254 1:
 255         /* Set up the stack pointer */
 256         lss stack_start,%esp
 257
 258 /*
 259  * Initialize eflags.  Some BIOS's leave bits like NT set.  This would
 260  * confuse the debugger if this code is traced.
 261  * XXX - best to initialize before switching to protected mode.
 262  */
 263         pushl $0
 264         popfl
 265
 266 #ifdef CONFIG_SMP
 267         andl %ebx,%ebx
 268         jz  1f                          /* Initial CPU cleans BSS */
 269         jmp checkCPUtype
 270 1:
 271 #endif /* CONFIG_SMP */
 272
 273 /*
 274  * start system 32-bit setup. We need to re-do some of the things done
 275  * in 16-bit mode for the "real" operations.
 276  */
 277         call setup_idt
 278
 279 checkCPUtype:
 280
 281         movl $-1,X86_CPUID              #  -1 for no CPUID initially
 282
 283 /* check if it is 486 or 386. */
 284 /*
 285  * XXX - this does a lot of unnecessary setup.  Alignment checks don't
 286  * apply at our cpl of 0 and the stack ought to be aligned already, and
 287  * we don't need to preserve eflags.
 288  */
 289
 290         movb $3,X86             # at least 386
 291         pushfl                  # push EFLAGS
 292         popl %eax               # get EFLAGS
 293         movl %eax,%ecx          # save original EFLAGS
 294         xorl $0x240000,%eax     # flip AC and ID bits in EFLAGS
 295         pushl %eax              # copy to EFLAGS
 296         popfl                   # set EFLAGS
 297         pushfl                  # get new EFLAGS
 298         popl %eax               # put it in eax
 299         xorl %ecx,%eax          # change in flags
 300         pushl %ecx              # restore original EFLAGS
 301         popfl
 302         testl $0x40000,%eax     # check if AC bit changed
 303         je is386
 304
 305         movb $4,X86             # at least 486
 306         testl $0x200000,%eax    # check if ID bit changed
 307         je is486
 308
 309         /* get vendor info */
 310         xorl %eax,%eax                  # call CPUID with 0 -> return vendor ID
 311         cpuid
 312         movl %eax,X86_CPUID             # save CPUID level
 313         movl %ebx,X86_VENDOR_ID         # lo 4 chars
 314         movl %edx,X86_VENDOR_ID+4       # next 4 chars
 315         movl %ecx,X86_VENDOR_ID+8       # last 4 chars
 316
 317         orl %eax,%eax                   # do we have processor info as well?
 318         je is486
 319
 320         movl $1,%eax            # Use the CPUID instruction to get CPU type
 321         cpuid
 322         movb %al,%cl            # save reg for future use
 323         andb $0x0f,%ah          # mask processor family
 324         movb %ah,X86
 325         andb $0xf0,%al          # mask model
 326         shrb $4,%al
 327         movb %al,X86_MODEL
 328         andb $0x0f,%cl          # mask mask revision
 329         movb %cl,X86_MASK
 330         movl %edx,X86_CAPABILITY
 331
 332 is486:  movl $0x50022,%ecx      # set AM, WP, NE and MP
 333         jmp 2f
 334
 335 is386:  movl $2,%ecx            # set MP
 336 2:      movl %cr0,%eax
 337         andl $0x80000011,%eax   # Save PG,PE,ET
 338         orl %ecx,%eax
 339         movl %eax,%cr0
 340
 341         call check_x87
 342         lgdt early_gdt_descr
 343         lidt idt_descr
 344         ljmp $(__KERNEL_CS),$1f
 345 1:      movl $(__KERNEL_DS),%eax        # reload all the segment registers
 346         movl %eax,%ss                   # after changing gdt.
 347         movl %eax,%fs                   # gets reset once there's real percpu
 348
 349         movl $(__USER_DS),%eax          # DS/ES contains default USER segment
 350         movl %eax,%ds
 351         movl %eax,%es
 352
 353         xorl %eax,%eax                  # Clear GS and LDT
 354         movl %eax,%gs
 355         lldt %ax
 356
 357         cld                     # gcc2 wants the direction flag cleared at all times
 358         pushl $0                # fake return address for unwinder
 359 #ifdef CONFIG_SMP
 360         movb ready, %cl
 361         movb $1, ready
 362         cmpb $0,%cl             # the first CPU calls start_kernel
 363         je   1f
 364         movl $(__KERNEL_PERCPU), %eax
 365         movl %eax,%fs           # set this cpu's percpu
 366         jmp initialize_secondary # all other CPUs call initialize_secondary
 367 1:
 368 #endif /* CONFIG_SMP */
 369         jmp start_kernel
 370
 371 /*
 372  * We depend on ET to be correct. This checks for 287/387.
 373  */
 374 check_x87:
 375         movb $0,X86_HARD_MATH
 376         clts
 377         fninit
 378         fstsw %ax
 379         cmpb $0,%al
 380         je 1f
 381         movl %cr0,%eax          /* no coprocessor: have to set bits */
 382         xorl $4,%eax            /* set EM */
 383         movl %eax,%cr0
 384         ret
 385         ALIGN
 386 1:      movb $1,X86_HARD_MATH
 387         .byte 0xDB,0xE4         /* fsetpm for 287, ignored by 387 */
 388         ret
 389
 390 /*
 391  *  setup_idt
 392  *
 393  *  sets up a idt with 256 entries pointing to
 394  *  ignore_int, interrupt gates. It doesn't actually load
 395  *  idt - that can be done only after paging has been enabled
 396  *  and the kernel moved to PAGE_OFFSET. Interrupts
 397  *  are enabled elsewhere, when we can be relatively
 398  *  sure everything is ok.
 399  *
 400  *  Warning: %esi is live across this function.
 401  */
 402 setup_idt:
 403         lea ignore_int,%edx
 404         movl $(__KERNEL_CS << 16),%eax
 405         movw %dx,%ax            /* selector = 0x0010 = cs */
 406         movw $0x8E00,%dx        /* interrupt gate - dpl=0, present */
 407
 408         lea idt_table,%edi
 409         mov $256,%ecx
 410 rp_sidt:
 411         movl %eax,(%edi)
 412         movl %edx,4(%edi)
 413         addl $8,%edi
 414         dec %ecx
 415         jne rp_sidt
 416
 417 .macro  set_early_handler handler,trapno
 418         lea \handler,%edx
 419         movl $(__KERNEL_CS << 16),%eax
 420         movw %dx,%ax
 421         movw $0x8E00,%dx        /* interrupt gate - dpl=0, present */
 422         lea idt_table,%edi
 423         movl %eax,8*\trapno(%edi)
 424         movl %edx,8*\trapno+4(%edi)
 425 .endm
 426
 427         set_early_handler handler=early_divide_err,trapno=0
 428         set_early_handler handler=early_illegal_opcode,trapno=6
 429         set_early_handler handler=early_protection_fault,trapno=13
 430         set_early_handler handler=early_page_fault,trapno=14
 431
 432         ret
 433
 434 early_divide_err:
 435         xor %edx,%edx
 436         pushl $0        /* fake errcode */
 437         jmp early_fault
 438
 439 early_illegal_opcode:
 440         movl $6,%edx
 441         pushl $0        /* fake errcode */
 442         jmp early_fault
 443
 444 early_protection_fault:
 445         movl $13,%edx
 446         jmp early_fault
 447
 448 early_page_fault:
 449         movl $14,%edx
 450         jmp early_fault
 451
 452 early_fault:
 453         cld
 454 #ifdef CONFIG_PRINTK
 455         pusha
 456         movl $(__KERNEL_DS),%eax
 457         movl %eax,%ds
 458         movl %eax,%es
 459         cmpl $2,early_recursion_flag
 460         je hlt_loop
 461         incl early_recursion_flag
 462         movl %cr2,%eax
 463         pushl %eax
 464         pushl %edx              /* trapno */
 465         pushl $fault_msg
 466 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
 467         call early_printk
 468 #else
 469         call printk
 470 #endif
 471 #endif
 472 hlt_loop:
 473         hlt
 474         jmp hlt_loop
 475
 476 /* This is the default interrupt "handler" :-) */
 477         ALIGN
 478 ignore_int:
 479         cld
 480 #ifdef CONFIG_PRINTK
 481         pushl %eax
 482         pushl %ecx
 483         pushl %edx
 484         pushl %es
 485         pushl %ds
 486         movl $(__KERNEL_DS),%eax
 487         movl %eax,%ds
 488         movl %eax,%es
 489         cmpl $2,early_recursion_flag
 490         je hlt_loop
 491         incl early_recursion_flag
 492         pushl 16(%esp)
 493         pushl 24(%esp)
 494         pushl 32(%esp)
 495         pushl 40(%esp)
 496         pushl $int_msg
 497 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
 498         call early_printk
 499 #else
 500         call printk
 501 #endif
 502         addl $(5*4),%esp
 503         popl %ds
 504         popl %es
 505         popl %edx
 506         popl %ecx
 507         popl %eax
 508 #endif
 509         iret
 510
 511 .section .text
 512 /*
 513  * Real beginning of normal "text" segment
 514  */
 515 ENTRY(stext)
 516 ENTRY(_stext)
 517
 518 /*
 519  * BSS section
 520  */
 521 .section ".bss.page_aligned","wa"
 522         .align PAGE_SIZE_asm
 523 ENTRY(swapper_pg_dir)
 524         .fill 1024,4,0
 525 ENTRY(swapper_pg_pmd)
 526         .fill 1024,4,0
 527 ENTRY(empty_zero_page)
 528         .fill 4096,1,0
 529
 530 /*
 531  * This starts the data section.
 532  */
 533 .data
 534 ENTRY(stack_start)
 535         .long init_thread_union+THREAD_SIZE
 536         .long __BOOT_DS
 537
 538 ready:  .byte 0
 539
 540 early_recursion_flag:
 541         .long 0
 542
 543 int_msg:
 544         .asciz "Unknown interrupt or fault at EIP %p %p %p\n"
 545
 546 fault_msg:
 547         .ascii                                                          \
 548 /* fault info: */       "BUG: Int %d: CR2 %p\n"                         \
 549 /* pusha regs: */       "     EDI %p  ESI %p  EBP %p  ESP %p\n"         \
 550                         "     EBX %p  EDX %p  ECX %p  EAX %p\n"         \
 551 /* fault frame: */      "     err %p  EIP %p   CS %p  flg %p\n"         \
 552                                                                         \
 553                         "Stack: %p %p %p %p %p %p %p %p\n"              \
 554                         "       %p %p %p %p %p %p %p %p\n"              \
 555                         "       %p %p %p %p %p %p %p %p\n"
 556
 557 #include "../../x86/xen/xen-head.S"
 558
 559 /*
 560  * The IDT and GDT 'descriptors' are a strange 48-bit object
 561  * only used by the lidt and lgdt instructions. They are not
 562  * like usual segment descriptors - they consist of a 16-bit
 563  * segment size, and 32-bit linear address value:
 564  */
 565
 566 .globl boot_gdt_descr
 567 .globl idt_descr
 568
 569         ALIGN
 570 # early boot GDT descriptor (must use 1:1 address mapping)
 571         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
 572 boot_gdt_descr:
 573         .word __BOOT_DS+7
 574         .long boot_gdt - __PAGE_OFFSET
 575
 576         .word 0                         # 32-bit align idt_desc.address
 577 idt_descr:
 578         .word IDT_ENTRIES*8-1           # idt contains 256 entries
 579         .long idt_table
 580
 581 # boot GDT descriptor (later on used by CPU#0):
 582         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
 583 ENTRY(early_gdt_descr)
 584         .word GDT_ENTRIES*8-1
 585         .long per_cpu__gdt_page         /* Overwritten for secondary CPUs */
 586
 587 /*
 588  * The boot_gdt must mirror the equivalent in setup.S and is
 589  * used only for booting.
 590  */
 591         .align L1_CACHE_BYTES
 592 ENTRY(boot_gdt)
 593         .fill GDT_ENTRY_BOOT_CS,8,0
 594         .quad 0x00cf9a000000ffff        /* kernel 4GB code at 0x00000000 */
 595         .quad 0x00cf92000000ffff        /* kernel 4GB data at 0x00000000 */