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/nospec-branch.h>
  27 #include <asm/bootparam.h>
  28 #include <asm/export.h>
  29 #include <asm/pgtable_32.h>
  30
  31 /* Physical address */
  32 #define pa(X) ((X) - __PAGE_OFFSET)
  33
  34 /*
  35  * References to members of the new_cpu_data structure.
  36  */
  37
  38 #define X86             new_cpu_data+CPUINFO_x86
  39 #define X86_VENDOR      new_cpu_data+CPUINFO_x86_vendor
  40 #define X86_MODEL       new_cpu_data+CPUINFO_x86_model
  41 #define X86_STEPPING    new_cpu_data+CPUINFO_x86_stepping
  42 #define X86_HARD_MATH   new_cpu_data+CPUINFO_hard_math
  43 #define X86_CPUID       new_cpu_data+CPUINFO_cpuid_level
  44 #define X86_CAPABILITY  new_cpu_data+CPUINFO_x86_capability
  45 #define X86_VENDOR_ID   new_cpu_data+CPUINFO_x86_vendor_id
  46
  47
  48 #define SIZEOF_PTREGS 17*4
  49
  50 /*
  51  * Worst-case size of the kernel mapping we need to make:
  52  * a relocatable kernel can live anywhere in lowmem, so we need to be able
  53  * to map all of lowmem.
  54  */
  55 KERNEL_PAGES = LOWMEM_PAGES
  56
  57 INIT_MAP_SIZE = PAGE_TABLE_SIZE(KERNEL_PAGES) * PAGE_SIZE
  58 RESERVE_BRK(pagetables, INIT_MAP_SIZE)
  59
  60 /*
  61  * 32-bit kernel entrypoint; only used by the boot CPU.  On entry,
  62  * %esi points to the real-mode code as a 32-bit pointer.
  63  * CS and DS must be 4 GB flat segments, but we don't depend on
  64  * any particular GDT layout, because we load our own as soon as we
  65  * can.
  66  */
  67 __HEAD
  68 SYM_CODE_START(startup_32)
  69         movl pa(initial_stack),%ecx
  70
  71 /*
  72  * Set segments to known values.
  73  */
  74         lgdt pa(boot_gdt_descr)
  75         movl $(__BOOT_DS),%eax
  76         movl %eax,%ds
  77         movl %eax,%es
  78         movl %eax,%fs
  79         movl %eax,%gs
  80         movl %eax,%ss
  81         leal -__PAGE_OFFSET(%ecx),%esp
  82
  83 /*
  84  * Clear BSS first so that there are no surprises...
  85  */
  86         cld
  87         xorl %eax,%eax
  88         movl $pa(__bss_start),%edi
  89         movl $pa(__bss_stop),%ecx
  90         subl %edi,%ecx
  91         shrl $2,%ecx
  92         rep ; stosl
  93 /*
  94  * Copy bootup parameters out of the way.
  95  * Note: %esi still has the pointer to the real-mode data.
  96  * With the kexec as boot loader, parameter segment might be loaded beyond
  97  * kernel image and might not even be addressable by early boot page tables.
  98  * (kexec on panic case). Hence copy out the parameters before initializing
  99  * page tables.
 100  */
 101         movl $pa(boot_params),%edi
 102         movl $(PARAM_SIZE/4),%ecx
 103         cld
 104         rep
 105         movsl
 106         movl pa(boot_params) + NEW_CL_POINTER,%esi
 107         andl %esi,%esi
 108         jz 1f                   # No command line
 109         movl $pa(boot_command_line),%edi
 110         movl $(COMMAND_LINE_SIZE/4),%ecx
 111         rep
 112         movsl
 113 1:
 114
 115 #ifdef CONFIG_OLPC
 116         /* save OFW's pgdir table for later use when calling into OFW */
 117         movl %cr3, %eax
 118         movl %eax, pa(olpc_ofw_pgd)
 119 #endif
 120
 121 #ifdef CONFIG_MICROCODE
 122         /* Early load ucode on BSP. */
 123         call load_ucode_bsp
 124 #endif
 125
 126         /* Create early pagetables. */
 127         call  mk_early_pgtbl_32
 128
 129         /* Do early initialization of the fixmap area */
 130         movl $pa(initial_pg_fixmap)+PDE_IDENT_ATTR,%eax
 131 #ifdef  CONFIG_X86_PAE
 132 #define KPMDS (((-__PAGE_OFFSET) >> 30) & 3) /* Number of kernel PMDs */
 133         movl %eax,pa(initial_pg_pmd+0x1000*KPMDS-8)
 134 #else
 135         movl %eax,pa(initial_page_table+0xffc)
 136 #endif
 137
 138         jmp .Ldefault_entry
 139 SYM_CODE_END(startup_32)
 140
 141 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
 142 /*
 143  * Boot CPU0 entry point. It's called from play_dead(). Everything has been set
 144  * up already except stack. We just set up stack here. Then call
 145  * start_secondary().
 146  */
 147 SYM_FUNC_START(start_cpu0)
 148         movl initial_stack, %ecx
 149         movl %ecx, %esp
 150         call *(initial_code)
 151 1:      jmp 1b
 152 SYM_FUNC_END(start_cpu0)
 153 #endif
 154
 155 /*
 156  * Non-boot CPU entry point; entered from trampoline.S
 157  * We can't lgdt here, because lgdt itself uses a data segment, but
 158  * we know the trampoline has already loaded the boot_gdt for us.
 159  *
 160  * If cpu hotplug is not supported then this code can go in init section
 161  * which will be freed later
 162  */
 163 SYM_FUNC_START(startup_32_smp)
 164         cld
 165         movl $(__BOOT_DS),%eax
 166         movl %eax,%ds
 167         movl %eax,%es
 168         movl %eax,%fs
 169         movl %eax,%gs
 170         movl pa(initial_stack),%ecx
 171         movl %eax,%ss
 172         leal -__PAGE_OFFSET(%ecx),%esp
 173
 174 #ifdef CONFIG_MICROCODE
 175         /* Early load ucode on AP. */
 176         call load_ucode_ap
 177 #endif
 178
 179 .Ldefault_entry:
 180         movl $(CR0_STATE & ~X86_CR0_PG),%eax
 181         movl %eax,%cr0
 182
 183 /*
 184  * We want to start out with EFLAGS unambiguously cleared. Some BIOSes leave
 185  * bits like NT set. This would confuse the debugger if this code is traced. So
 186  * initialize them properly now before switching to protected mode. That means
 187  * DF in particular (even though we have cleared it earlier after copying the
 188  * command line) because GCC expects it.
 189  */
 190         pushl $0
 191         popfl
 192
 193 /*
 194  * New page tables may be in 4Mbyte page mode and may be using the global pages.
 195  *
 196  * NOTE! If we are on a 486 we may have no cr4 at all! Specifically, cr4 exists
 197  * if and only if CPUID exists and has flags other than the FPU flag set.
 198  */
 199         movl $-1,pa(X86_CPUID)          # preset CPUID level
 200         movl $X86_EFLAGS_ID,%ecx
 201         pushl %ecx
 202         popfl                           # set EFLAGS=ID
 203         pushfl
 204         popl %eax                       # get EFLAGS
 205         testl $X86_EFLAGS_ID,%eax       # did EFLAGS.ID remained set?
 206         jz .Lenable_paging              # hw disallowed setting of ID bit
 207                                         # which means no CPUID and no CR4
 208
 209         xorl %eax,%eax
 210         cpuid
 211         movl %eax,pa(X86_CPUID)         # save largest std CPUID function
 212
 213         movl $1,%eax
 214         cpuid
 215         andl $~1,%edx                   # Ignore CPUID.FPU
 216         jz .Lenable_paging              # No flags or only CPUID.FPU = no CR4
 217
 218         movl pa(mmu_cr4_features),%eax
 219         movl %eax,%cr4
 220
 221         testb $X86_CR4_PAE, %al         # check if PAE is enabled
 222         jz .Lenable_paging
 223
 224         /* Check if extended functions are implemented */
 225         movl $0x80000000, %eax
 226         cpuid
 227         /* Value must be in the range 0x80000001 to 0x8000ffff */
 228         subl $0x80000001, %eax
 229         cmpl $(0x8000ffff-0x80000001), %eax
 230         ja .Lenable_paging
 231
 232         /* Clear bogus XD_DISABLE bits */
 233         call verify_cpu
 234
 235         mov $0x80000001, %eax
 236         cpuid
 237         /* Execute Disable bit supported? */
 238         btl $(X86_FEATURE_NX & 31), %edx
 239         jnc .Lenable_paging
 240
 241         /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
 242         movl $MSR_EFER, %ecx
 243         rdmsr
 244
 245         btsl $_EFER_NX, %eax
 246         /* Make changes effective */
 247         wrmsr
 248
 249 .Lenable_paging:
 250
 251 /*
 252  * Enable paging
 253  */
 254         movl $pa(initial_page_table), %eax
 255         movl %eax,%cr3          /* set the page table pointer.. */
 256         movl $CR0_STATE,%eax
 257         movl %eax,%cr0          /* ..and set paging (PG) bit */
 258         ljmp $__BOOT_CS,$1f     /* Clear prefetch and normalize %eip */
 259 1:
 260         /* Shift the stack pointer to a virtual address */
 261         addl $__PAGE_OFFSET, %esp
 262
 263 /*
 264  * Check if it is 486
 265  */
 266         movb $4,X86                     # at least 486
 267         cmpl $-1,X86_CPUID
 268         je .Lis486
 269
 270         /* get vendor info */
 271         xorl %eax,%eax                  # call CPUID with 0 -> return vendor ID
 272         cpuid
 273         movl %eax,X86_CPUID             # save CPUID level
 274         movl %ebx,X86_VENDOR_ID         # lo 4 chars
 275         movl %edx,X86_VENDOR_ID+4       # next 4 chars
 276         movl %ecx,X86_VENDOR_ID+8       # last 4 chars
 277
 278         orl %eax,%eax                   # do we have processor info as well?
 279         je .Lis486
 280
 281         movl $1,%eax            # Use the CPUID instruction to get CPU type
 282         cpuid
 283         movb %al,%cl            # save reg for future use
 284         andb $0x0f,%ah          # mask processor family
 285         movb %ah,X86
 286         andb $0xf0,%al          # mask model
 287         shrb $4,%al
 288         movb %al,X86_MODEL
 289         andb $0x0f,%cl          # mask mask revision
 290         movb %cl,X86_STEPPING
 291         movl %edx,X86_CAPABILITY
 292
 293 .Lis486:
 294         movl $0x50022,%ecx      # set AM, WP, NE and MP
 295         movl %cr0,%eax
 296         andl $0x80000011,%eax   # Save PG,PE,ET
 297         orl %ecx,%eax
 298         movl %eax,%cr0
 299
 300         lgdt early_gdt_descr
 301         ljmp $(__KERNEL_CS),$1f
 302 1:      movl $(__KERNEL_DS),%eax        # reload all the segment registers
 303         movl %eax,%ss                   # after changing gdt.
 304
 305         movl $(__USER_DS),%eax          # DS/ES contains default USER segment
 306         movl %eax,%ds
 307         movl %eax,%es
 308
 309         movl $(__KERNEL_PERCPU), %eax
 310         movl %eax,%fs                   # set this cpu's percpu
 311
 312         xorl %eax,%eax
 313         movl %eax,%gs                   # clear possible garbage in %gs
 314
 315         xorl %eax,%eax                  # Clear LDT
 316         lldt %ax
 317
 318         call *(initial_code)
 319 1:      jmp 1b
 320 SYM_FUNC_END(startup_32_smp)
 321
 322 #include "verify_cpu.S"
 323
 324 __INIT
 325 SYM_FUNC_START(early_idt_handler_array)
 326         # 36(%esp) %eflags
 327         # 32(%esp) %cs
 328         # 28(%esp) %eip
 329         # 24(%rsp) error code
 330         i = 0
 331         .rept NUM_EXCEPTION_VECTORS
 332         .if ((EXCEPTION_ERRCODE_MASK >> i) & 1) == 0
 333         pushl $0                # Dummy error code, to make stack frame uniform
 334         .endif
 335         pushl $i                # 20(%esp) Vector number
 336         jmp early_idt_handler_common
 337         i = i + 1
 338         .fill early_idt_handler_array + i*EARLY_IDT_HANDLER_SIZE - ., 1, 0xcc
 339         .endr
 340 SYM_FUNC_END(early_idt_handler_array)
 341
 342 SYM_CODE_START_LOCAL(early_idt_handler_common)
 343         /*
 344          * The stack is the hardware frame, an error code or zero, and the
 345          * vector number.
 346          */
 347         cld
 348
 349         incl %ss:early_recursion_flag
 350
 351         /* The vector number is in pt_regs->gs */
 352
 353         cld
 354         pushl   %fs             /* pt_regs->fs (__fsh varies by model) */
 355         pushl   %es             /* pt_regs->es (__esh varies by model) */
 356         pushl   %ds             /* pt_regs->ds (__dsh varies by model) */
 357         pushl   %eax            /* pt_regs->ax */
 358         pushl   %ebp            /* pt_regs->bp */
 359         pushl   %edi            /* pt_regs->di */
 360         pushl   %esi            /* pt_regs->si */
 361         pushl   %edx            /* pt_regs->dx */
 362         pushl   %ecx            /* pt_regs->cx */
 363         pushl   %ebx            /* pt_regs->bx */
 364
 365         /* Fix up DS and ES */
 366         movl    $(__KERNEL_DS), %ecx
 367         movl    %ecx, %ds
 368         movl    %ecx, %es
 369
 370         /* Load the vector number into EDX */
 371         movl    PT_GS(%esp), %edx
 372
 373         /* Load GS into pt_regs->gs (and maybe clobber __gsh) */
 374         movw    %gs, PT_GS(%esp)
 375
 376         movl    %esp, %eax      /* args are pt_regs (EAX), trapnr (EDX) */
 377         call    early_fixup_exception
 378
 379         popl    %ebx            /* pt_regs->bx */
 380         popl    %ecx            /* pt_regs->cx */
 381         popl    %edx            /* pt_regs->dx */
 382         popl    %esi            /* pt_regs->si */
 383         popl    %edi            /* pt_regs->di */
 384         popl    %ebp            /* pt_regs->bp */
 385         popl    %eax            /* pt_regs->ax */
 386         popl    %ds             /* pt_regs->ds (always ignores __dsh) */
 387         popl    %es             /* pt_regs->es (always ignores __esh) */
 388         popl    %fs             /* pt_regs->fs (always ignores __fsh) */
 389         popl    %gs             /* pt_regs->gs (always ignores __gsh) */
 390         decl    %ss:early_recursion_flag
 391         addl    $4, %esp        /* pop pt_regs->orig_ax */
 392         iret
 393 SYM_CODE_END(early_idt_handler_common)
 394
 395 /* This is the default interrupt "handler" :-) */
 396 SYM_FUNC_START(early_ignore_irq)
 397         cld
 398 #ifdef CONFIG_PRINTK
 399         pushl %eax
 400         pushl %ecx
 401         pushl %edx
 402         pushl %es
 403         pushl %ds
 404         movl $(__KERNEL_DS),%eax
 405         movl %eax,%ds
 406         movl %eax,%es
 407         cmpl $2,early_recursion_flag
 408         je hlt_loop
 409         incl early_recursion_flag
 410         pushl 16(%esp)
 411         pushl 24(%esp)
 412         pushl 32(%esp)
 413         pushl 40(%esp)
 414         pushl $int_msg
 415         call _printk
 416
 417         call dump_stack
 418
 419         addl $(5*4),%esp
 420         popl %ds
 421         popl %es
 422         popl %edx
 423         popl %ecx
 424         popl %eax
 425 #endif
 426         iret
 427
 428 hlt_loop:
 429         hlt
 430         jmp hlt_loop
 431 SYM_FUNC_END(early_ignore_irq)
 432
 433 __INITDATA
 434         .align 4
 435 SYM_DATA(early_recursion_flag, .long 0)
 436
 437 __REFDATA
 438         .align 4
 439 SYM_DATA(initial_code,          .long i386_start_kernel)
 440
 441 #ifdef CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION
 442 #define PGD_ALIGN       (2 * PAGE_SIZE)
 443 #define PTI_USER_PGD_FILL       1024
 444 #else
 445 #define PGD_ALIGN       (PAGE_SIZE)
 446 #define PTI_USER_PGD_FILL       0
 447 #endif
 448 /*
 449  * BSS section
 450  */
 451 __PAGE_ALIGNED_BSS
 452         .align PGD_ALIGN
 453 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 454 .globl initial_pg_pmd
 455 initial_pg_pmd:
 456         .fill 1024*KPMDS,4,0
 457 #else
 458 .globl initial_page_table
 459 initial_page_table:
 460         .fill 1024,4,0
 461 #endif
 462         .align PGD_ALIGN
 463 initial_pg_fixmap:
 464         .fill 1024,4,0
 465 .globl swapper_pg_dir
 466         .align PGD_ALIGN
 467 swapper_pg_dir:
 468         .fill 1024,4,0
 469         .fill PTI_USER_PGD_FILL,4,0
 470 .globl empty_zero_page
 471 empty_zero_page:
 472         .fill 4096,1,0
 473 EXPORT_SYMBOL(empty_zero_page)
 474
 475 /*
 476  * This starts the data section.
 477  */
 478 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 479 __PAGE_ALIGNED_DATA
 480         /* Page-aligned for the benefit of paravirt? */
 481         .align PGD_ALIGN
 482 SYM_DATA_START(initial_page_table)
 483         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0     /* low identity map */
 484 # if KPMDS == 3
 485         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0
 486         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR+0x1000),0
 487         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR+0x2000),0
 488 # elif KPMDS == 2
 489         .long   0,0
 490         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0
 491         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR+0x1000),0
 492 # elif KPMDS == 1
 493         .long   0,0
 494         .long   0,0
 495         .long   pa(initial_pg_pmd+PGD_IDENT_ATTR),0
 496 # else
 497 #  error "Kernel PMDs should be 1, 2 or 3"
 498 # endif
 499         .align PAGE_SIZE                /* needs to be page-sized too */
 500
 501 #ifdef CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION
 502         /*
 503          * PTI needs another page so sync_initial_pagetable() works correctly
 504          * and does not scribble over the data which is placed behind the
 505          * actual initial_page_table. See clone_pgd_range().
 506          */
 507         .fill 1024, 4, 0
 508 #endif
 509
 510 SYM_DATA_END(initial_page_table)
 511 #endif
 512
 513 .data
 514 .balign 4
 515 /*
 516  * The SIZEOF_PTREGS gap is a convention which helps the in-kernel unwinder
 517  * reliably detect the end of the stack.
 518  */
 519 SYM_DATA(initial_stack,
 520                 .long init_thread_union + THREAD_SIZE -
 521                 SIZEOF_PTREGS - TOP_OF_KERNEL_STACK_PADDING)
 522
 523 __INITRODATA
 524 int_msg:
 525         .asciz "Unknown interrupt or fault at: %p %p %p\n"
 526
 527 #include "../../x86/xen/xen-head.S"
 528
 529 /*
 530  * The IDT and GDT 'descriptors' are a strange 48-bit object
 531  * only used by the lidt and lgdt instructions. They are not
 532  * like usual segment descriptors - they consist of a 16-bit
 533  * segment size, and 32-bit linear address value:
 534  */
 535
 536         .data
 537         ALIGN
 538 # early boot GDT descriptor (must use 1:1 address mapping)
 539         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
 540 SYM_DATA_START_LOCAL(boot_gdt_descr)
 541         .word __BOOT_DS+7
 542         .long boot_gdt - __PAGE_OFFSET
 543 SYM_DATA_END(boot_gdt_descr)
 544
 545 # boot GDT descriptor (later on used by CPU#0):
 546         .word 0                         # 32 bit align gdt_desc.address
 547 SYM_DATA_START(early_gdt_descr)
 548         .word GDT_ENTRIES*8-1
 549         .long gdt_page                  /* Overwritten for secondary CPUs */
 550 SYM_DATA_END(early_gdt_descr)
 551
 552 /*
 553  * The boot_gdt must mirror the equivalent in setup.S and is
 554  * used only for booting.
 555  */
 556         .align L1_CACHE_BYTES
 557 SYM_DATA_START(boot_gdt)
 558         .fill GDT_ENTRY_BOOT_CS,8,0
 559         .quad 0x00cf9a000000ffff        /* kernel 4GB code at 0x00000000 */
 560         .quad 0x00cf92000000ffff        /* kernel 4GB data at 0x00000000 */
 561 SYM_DATA_END(boot_gdt)