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[linux-drm-fsl-dcu.git] / arch / x86_64 / kernel / head.S
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@@ -5,6 +5,7 @@
  *  Copyright (C) 2000 Pavel Machek <pavel@suse.cz>
  *  Copyright (C) 2000 Karsten Keil <kkeil@suse.de>
  *  Copyright (C) 2001,2002 Andi Kleen <ak@suse.de>
+ *  Copyright (C) 2005 Eric Biederman <ebiederm@xmission.com>
  */
 
 
 #include <asm/page.h>
 #include <asm/msr.h>
 #include <asm/cache.h>
-       
+
 /* we are not able to switch in one step to the final KERNEL ADRESS SPACE
- * because we need identity-mapped pages on setup so define __START_KERNEL to
- * 0x100000 for this stage
- * 
+ * because we need identity-mapped pages.
+ *
  */
 
        .text
        .section .bootstrap.text
-       .code32
-       .globl startup_32
-/* %bx:         1 if coming from smp trampoline on secondary cpu */ 
-startup_32:
-       
+       .code64
+       .globl startup_64
+startup_64:
+
        /*
-        * At this point the CPU runs in 32bit protected mode (CS.D = 1) with
-        * paging disabled and the point of this file is to switch to 64bit
-        * long mode with a kernel mapping for kerneland to jump into the
-        * kernel virtual addresses.
-        * There is no stack until we set one up.
+        * At this point the CPU runs in 64bit mode CS.L = 1 CS.D = 1,
+        * and someone has loaded an identity mapped page table
+        * for us.  These identity mapped page tables map all of the
+        * kernel pages and possibly all of memory.
+        *
+        * %esi holds a physical pointer to real_mode_data.
+        *
+        * We come here either directly from a 64bit bootloader, or from
+        * arch/x86_64/boot/compressed/head.S.
+        *
+        * We only come here initially at boot nothing else comes here.
+        *
+        * Since we may be loaded at an address different from what we were
+        * compiled to run at we first fixup the physical addresses in our page
+        * tables and then reload them.
         */
 
-       /* Initialize the %ds segment register */
-       movl $__KERNEL_DS,%eax
-       movl %eax,%ds
-
-       /* Load new GDT with the 64bit segments using 32bit descriptor */
-       lgdt    pGDT32 - __START_KERNEL_map
-
-       /* If the CPU doesn't support CPUID this will double fault.
-        * Unfortunately it is hard to check for CPUID without a stack. 
+       /* Compute the delta between the address I am compiled to run at and the
+        * address I am actually running at.
         */
-       
-       /* Check if extended functions are implemented */               
-       movl    $0x80000000, %eax
-       cpuid
-       cmpl    $0x80000000, %eax
-       jbe     no_long_mode
-       /* Check if long mode is implemented */
-       mov     $0x80000001, %eax
-       cpuid
-       btl     $29, %edx
-       jnc     no_long_mode
-
-       /*
-        * Prepare for entering 64bits mode
+       leaq    _text(%rip), %rbp
+       subq    $_text - __START_KERNEL_map, %rbp
+
+       /* Is the address not 2M aligned? */
+       movq    %rbp, %rax
+       andl    $~LARGE_PAGE_MASK, %eax
+       testl   %eax, %eax
+       jnz     bad_address
+
+       /* Is the address too large? */
+       leaq    _text(%rip), %rdx
+       movq    $PGDIR_SIZE, %rax
+       cmpq    %rax, %rdx
+       jae     bad_address
+
+       /* Fixup the physical addresses in the page table
         */
+       addq    %rbp, init_level4_pgt + 0(%rip)
+       addq    %rbp, init_level4_pgt + (258*8)(%rip)
+       addq    %rbp, init_level4_pgt + (511*8)(%rip)
+
+       addq    %rbp, level3_ident_pgt + 0(%rip)
+       addq    %rbp, level3_kernel_pgt + (510*8)(%rip)
+
+       /* Add an Identity mapping if I am above 1G */
+       leaq    _text(%rip), %rdi
+       andq    $LARGE_PAGE_MASK, %rdi
+
+       movq    %rdi, %rax
+       shrq    $PUD_SHIFT, %rax
+       andq    $(PTRS_PER_PUD - 1), %rax
+       jz      ident_complete
+
+       leaq    (level2_spare_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE)(%rbp), %rdx
+       leaq    level3_ident_pgt(%rip), %rbx
+       movq    %rdx, 0(%rbx, %rax, 8)
+
+       movq    %rdi, %rax
+       shrq    $PMD_SHIFT, %rax
+       andq    $(PTRS_PER_PMD - 1), %rax
+       leaq    __PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC(%rdi), %rdx
+       leaq    level2_spare_pgt(%rip), %rbx
+       movq    %rdx, 0(%rbx, %rax, 8)
+ident_complete:
+
+       /* Fixup the kernel text+data virtual addresses
+        */
+       leaq    level2_kernel_pgt(%rip), %rdi
+       leaq    4096(%rdi), %r8
+       /* See if it is a valid page table entry */
+1:     testq   $1, 0(%rdi)
+       jz      2f
+       addq    %rbp, 0(%rdi)
+       /* Go to the next page */
+2:     addq    $8, %rdi
+       cmp     %r8, %rdi
+       jne     1b
+
+       /* Fixup phys_base */
+       addq    %rbp, phys_base(%rip)
 
-       /* Enable PAE mode */
-       xorl    %eax, %eax
-       btsl    $5, %eax
-       movl    %eax, %cr4
-
-       /* Setup early boot stage 4 level pagetables */
-       movl    $(boot_level4_pgt - __START_KERNEL_map), %eax
-       movl    %eax, %cr3
-
-       /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
-       movl    $MSR_EFER, %ecx
-       rdmsr
-
-       /* Enable Long Mode */
-       btsl    $_EFER_LME, %eax
-                               
-       /* Make changes effective */
-       wrmsr
+#ifdef CONFIG_SMP
+       addq    %rbp, trampoline_level4_pgt + 0(%rip)
+       addq    %rbp, trampoline_level4_pgt + (511*8)(%rip)
+#endif
+#ifdef CONFIG_ACPI_SLEEP
+       addq    %rbp, wakeup_level4_pgt + 0(%rip)
+       addq    %rbp, wakeup_level4_pgt + (511*8)(%rip)
+#endif
 
-       xorl    %eax, %eax
-       btsl    $31, %eax                       /* Enable paging and in turn activate Long Mode */
-       btsl    $0, %eax                        /* Enable protected mode */
-       /* Make changes effective */
-       movl    %eax, %cr0
-       /*
-        * At this point we're in long mode but in 32bit compatibility mode
-        * with EFER.LME = 1, CS.L = 0, CS.D = 1 (and in turn
-        * EFER.LMA = 1). Now we want to jump in 64bit mode, to do that we use
-        * the new gdt/idt that has __KERNEL_CS with CS.L = 1.
+       /* Due to ENTRY(), sometimes the empty space gets filled with
+        * zeros. Better take a jmp than relying on empty space being
+        * filled with 0x90 (nop)
         */
-       ljmp    $__KERNEL_CS, $(startup_64 - __START_KERNEL_map)
-
-       .code64
-       .org 0x100      
-       .globl startup_64
-startup_64:
+       jmp secondary_startup_64
 ENTRY(secondary_startup_64)
-       /* We come here either from startup_32
-        * or directly from a 64bit bootloader.
-        * Since we may have come directly from a bootloader we
-        * reload the page tables here.
+       /*
+        * At this point the CPU runs in 64bit mode CS.L = 1 CS.D = 1,
+        * and someone has loaded a mapped page table.
+        *
+        * %esi holds a physical pointer to real_mode_data.
+        *
+        * We come here either from startup_64 (using physical addresses)
+        * or from trampoline.S (using virtual addresses).
+        *
+        * Using virtual addresses from trampoline.S removes the need
+        * to have any identity mapped pages in the kernel page table
+        * after the boot processor executes this code.
         */
 
        /* Enable PAE mode and PGE */
@@ -115,9 +148,15 @@ ENTRY(secondary_startup_64)
        movq    %rax, %cr4
 
        /* Setup early boot stage 4 level pagetables. */
-       movq    $(boot_level4_pgt - __START_KERNEL_map), %rax
+       movq    $(init_level4_pgt - __START_KERNEL_map), %rax
+       addq    phys_base(%rip), %rax
        movq    %rax, %cr3
 
+       /* Ensure I am executing from virtual addresses */
+       movq    $1f, %rax
+       jmp     *%rax
+1:
+
        /* Check if nx is implemented */
        movl    $0x80000001, %eax
        cpuid
@@ -126,17 +165,11 @@ ENTRY(secondary_startup_64)
        /* Setup EFER (Extended Feature Enable Register) */
        movl    $MSR_EFER, %ecx
        rdmsr
-
-       /* Enable System Call */
-       btsl    $_EFER_SCE, %eax
-
-       /* No Execute supported? */
-       btl     $20,%edi
+       btsl    $_EFER_SCE, %eax        /* Enable System Call */
+       btl     $20,%edi                /* No Execute supported? */
        jnc     1f
        btsl    $_EFER_NX, %eax
-1:
-       /* Make changes effective */
-       wrmsr
+1:     wrmsr                           /* Make changes effective */
 
        /* Setup cr0 */
 #define CR0_PM                         1               /* protected mode */
@@ -163,7 +196,7 @@ ENTRY(secondary_startup_64)
         * addresses where we're currently running on. We have to do that here
         * because in 32bit we couldn't load a 64bit linear address.
         */
-       lgdt    cpu_gdt_descr
+       lgdt    cpu_gdt_descr(%rip)
 
        /* set up data segments. actually 0 would do too */
        movl $__KERNEL_DS,%eax
@@ -214,6 +247,9 @@ initial_code:
 init_rsp:
        .quad  init_thread_union+THREAD_SIZE-8
 
+bad_address:
+       jmp bad_address
+
 ENTRY(early_idt_handler)
        cmpl $2,early_recursion_flag(%rip)
        jz  1f
@@ -242,25 +278,7 @@ early_idt_msg:
 early_idt_ripmsg:
        .asciz "RIP %s\n"
 
-.code32
-ENTRY(no_long_mode)
-       /* This isn't an x86-64 CPU so hang */
-1:
-       jmp     1b
-
-.org 0xf00
-       .globl pGDT32
-pGDT32:
-       .word   gdt_end-cpu_gdt_table-1
-       .long   cpu_gdt_table-__START_KERNEL_map
-
-.org 0xf10     
-ljumpvector:
-       .long   startup_64-__START_KERNEL_map
-       .word   __KERNEL_CS
-
-ENTRY(stext)
-ENTRY(_stext)
+.balign PAGE_SIZE
 
 #define NEXT_PAGE(name) \
        .balign PAGE_SIZE; \
@@ -274,9 +292,19 @@ ENTRY(name)
        i = i + 1 ;                             \
        .endr
 
+       /*
+        * This default setting generates an ident mapping at address 0x100000
+        * and a mapping for the kernel that precisely maps virtual address
+        * 0xffffffff80000000 to physical address 0x000000. (always using
+        * 2Mbyte large pages provided by PAE mode)
+        */
 NEXT_PAGE(init_level4_pgt)
-       /* This gets initialized in x86_64_start_kernel */
-       .fill   512,8,0
+       .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
+       .fill   257,8,0
+       .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
+       .fill   252,8,0
+       /* (2^48-(2*1024*1024*1024))/(2^39) = 511 */
+       .quad   level3_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
 
 NEXT_PAGE(level3_ident_pgt)
        .quad   level2_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
@@ -293,7 +321,7 @@ NEXT_PAGE(level2_ident_pgt)
         * Don't set NX because code runs from these pages.
         */
        PMDS(0x0000000000000000, __PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC, PTRS_PER_PMD)
-       
+
 NEXT_PAGE(level2_kernel_pgt)
        /* 40MB kernel mapping. The kernel code cannot be bigger than that.
           When you change this change KERNEL_TEXT_SIZE in page.h too. */
@@ -303,40 +331,13 @@ NEXT_PAGE(level2_kernel_pgt)
        /* Module mapping starts here */
        .fill   (PTRS_PER_PMD - (KERNEL_TEXT_SIZE/PMD_SIZE)),8,0
 
+NEXT_PAGE(level2_spare_pgt)
+       .fill   512,8,0
+
 #undef PMDS
 #undef NEXT_PAGE
 
        .data
-
-#ifdef CONFIG_ACPI_SLEEP
-       .align PAGE_SIZE
-ENTRY(wakeup_level4_pgt)
-       .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
-       .fill   510,8,0
-       /* (2^48-(2*1024*1024*1024))/(2^39) = 511 */
-       .quad   level3_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
-#endif
-
-#ifndef CONFIG_HOTPLUG_CPU
-       __INITDATA
-#endif
-       /*
-        * This default setting generates an ident mapping at address 0x100000
-        * and a mapping for the kernel that precisely maps virtual address
-        * 0xffffffff80000000 to physical address 0x000000. (always using
-        * 2Mbyte large pages provided by PAE mode)
-        */
-       .align PAGE_SIZE
-ENTRY(boot_level4_pgt)
-       .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
-       .fill   257,8,0
-       .quad   level3_ident_pgt - __START_KERNEL_map + _KERNPG_TABLE
-       .fill   252,8,0
-       /* (2^48-(2*1024*1024*1024))/(2^39) = 511 */
-       .quad   level3_kernel_pgt - __START_KERNEL_map + _PAGE_TABLE
-
-       .data
-
        .align 16
        .globl cpu_gdt_descr
 cpu_gdt_descr:
@@ -350,6 +351,10 @@ gdt:
        .endr
 #endif
 
+ENTRY(phys_base)
+       /* This must match the first entry in level2_kernel_pgt */
+       .quad   0x0000000000000000
+
 /* We need valid kernel segments for data and code in long mode too
  * IRET will check the segment types  kkeil 2000/10/28
  * Also sysret mandates a special GDT layout