arch/x86/boot/compressed/head_64.S

   1 /*
   2  *  linux/boot/head.S
   3  *
   4  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993  Linus Torvalds
   5  */
   6
   7 /*
   8  *  head.S contains the 32-bit startup code.
   9  *
  10  * NOTE!!! Startup happens at absolute address 0x00001000, which is also where
  11  * the page directory will exist. The startup code will be overwritten by
  12  * the page directory. [According to comments etc elsewhere on a compressed
  13  * kernel it will end up at 0x1000 + 1Mb I hope so as I assume this. - AC]
  14  *
  15  * Page 0 is deliberately kept safe, since System Management Mode code in
  16  * laptops may need to access the BIOS data stored there.  This is also
  17  * useful for future device drivers that either access the BIOS via VM86
  18  * mode.
  19  */
  20
  21 /*
  22  * High loaded stuff by Hans Lermen & Werner Almesberger, Feb. 1996
  23  */
  24         .code32
  25         .text
  26
  27 #include <linux/init.h>
  28 #include <linux/linkage.h>
  29 #include <asm/segment.h>
  30 #include <asm/pgtable_types.h>
  31 #include <asm/page_types.h>
  32 #include <asm/boot.h>
  33 #include <asm/msr.h>
  34 #include <asm/processor-flags.h>
  35 #include <asm/asm-offsets.h>
  36
  37         __HEAD
  38         .code32
  39 ENTRY(startup_32)
  40         cld
  41         /*
  42          * Test KEEP_SEGMENTS flag to see if the bootloader is asking
  43          * us to not reload segments
  44          */
  45         testb $(1<<6), BP_loadflags(%esi)
  46         jnz 1f
  47
  48         cli
  49         movl    $(__KERNEL_DS), %eax
  50         movl    %eax, %ds
  51         movl    %eax, %es
  52         movl    %eax, %ss
  53 1:
  54
  55 /*
  56  * Calculate the delta between where we were compiled to run
  57  * at and where we were actually loaded at.  This can only be done
  58  * with a short local call on x86.  Nothing  else will tell us what
  59  * address we are running at.  The reserved chunk of the real-mode
  60  * data at 0x1e4 (defined as a scratch field) are used as the stack
  61  * for this calculation. Only 4 bytes are needed.
  62  */
  63         leal    (BP_scratch+4)(%esi), %esp
  64         call    1f
  65 1:      popl    %ebp
  66         subl    $1b, %ebp
  67
  68 /* setup a stack and make sure cpu supports long mode. */
  69         movl    $boot_stack_end, %eax
  70         addl    %ebp, %eax
  71         movl    %eax, %esp
  72
  73         call    verify_cpu
  74         testl   %eax, %eax
  75         jnz     no_longmode
  76
  77 /*
  78  * Compute the delta between where we were compiled to run at
  79  * and where the code will actually run at.
  80  *
  81  * %ebp contains the address we are loaded at by the boot loader and %ebx
  82  * contains the address where we should move the kernel image temporarily
  83  * for safe in-place decompression.
  84  */
  85
  86 #ifdef CONFIG_RELOCATABLE
  87         movl    %ebp, %ebx
  88         movl    BP_kernel_alignment(%esi), %eax
  89         decl    %eax
  90         addl    %eax, %ebx
  91         notl    %eax
  92         andl    %eax, %ebx
  93 #else
  94         movl    $LOAD_PHYSICAL_ADDR, %ebx
  95 #endif
  96
  97         /* Target address to relocate to for decompression */
  98         addl    $z_extract_offset, %ebx
  99
 100 /*
 101  * Prepare for entering 64 bit mode
 102  */
 103
 104         /* Load new GDT with the 64bit segments using 32bit descriptor */
 105         leal    gdt(%ebp), %eax
 106         movl    %eax, gdt+2(%ebp)
 107         lgdt    gdt(%ebp)
 108
 109         /* Enable PAE mode */
 110         movl    $(X86_CR4_PAE), %eax
 111         movl    %eax, %cr4
 112
 113  /*
 114   * Build early 4G boot pagetable
 115   */
 116         /* Initialize Page tables to 0 */
 117         leal    pgtable(%ebx), %edi
 118         xorl    %eax, %eax
 119         movl    $((4096*6)/4), %ecx
 120         rep     stosl
 121
 122         /* Build Level 4 */
 123         leal    pgtable + 0(%ebx), %edi
 124         leal    0x1007 (%edi), %eax
 125         movl    %eax, 0(%edi)
 126
 127         /* Build Level 3 */
 128         leal    pgtable + 0x1000(%ebx), %edi
 129         leal    0x1007(%edi), %eax
 130         movl    $4, %ecx
 131 1:      movl    %eax, 0x00(%edi)
 132         addl    $0x00001000, %eax
 133         addl    $8, %edi
 134         decl    %ecx
 135         jnz     1b
 136
 137         /* Build Level 2 */
 138         leal    pgtable + 0x2000(%ebx), %edi
 139         movl    $0x00000183, %eax
 140         movl    $2048, %ecx
 141 1:      movl    %eax, 0(%edi)
 142         addl    $0x00200000, %eax
 143         addl    $8, %edi
 144         decl    %ecx
 145         jnz     1b
 146
 147         /* Enable the boot page tables */
 148         leal    pgtable(%ebx), %eax
 149         movl    %eax, %cr3
 150
 151         /* Enable Long mode in EFER (Extended Feature Enable Register) */
 152         movl    $MSR_EFER, %ecx
 153         rdmsr
 154         btsl    $_EFER_LME, %eax
 155         wrmsr
 156
 157         /*
 158          * Setup for the jump to 64bit mode
 159          *
 160          * When the jump is performend we will be in long mode but
 161          * in 32bit compatibility mode with EFER.LME = 1, CS.L = 0, CS.D = 1
 162          * (and in turn EFER.LMA = 1).  To jump into 64bit mode we use
 163          * the new gdt/idt that has __KERNEL_CS with CS.L = 1.
 164          * We place all of the values on our mini stack so lret can
 165          * used to perform that far jump.
 166          */
 167         pushl   $__KERNEL_CS
 168         leal    startup_64(%ebp), %eax
 169         pushl   %eax
 170
 171         /* Enter paged protected Mode, activating Long Mode */
 172         movl    $(X86_CR0_PG | X86_CR0_PE), %eax /* Enable Paging and Protected mode */
 173         movl    %eax, %cr0
 174
 175         /* Jump from 32bit compatibility mode into 64bit mode. */
 176         lret
 177 ENDPROC(startup_32)
 178
 179         /*
 180          * Be careful here startup_64 needs to be at a predictable
 181          * address so I can export it in an ELF header.  Bootloaders
 182          * should look at the ELF header to find this address, as
 183          * it may change in the future.
 184          */
 185         .code64
 186         .org 0x200
 187 ENTRY(startup_64)
 188         /*
 189          * We come here either from startup_32 or directly from a
 190          * 64bit bootloader.  If we come here from a bootloader we depend on
 191          * an identity mapped page table being provied that maps our
 192          * entire text+data+bss and hopefully all of memory.
 193          */
 194 #ifdef CONFIG_EFI_STUB
 195         /*
 196          * The entry point for the PE/COFF executable is 0x210, so only
 197          * legacy boot loaders will execute this jmp.
 198          */
 199         jmp     preferred_addr
 200
 201         .org 0x210
 202         mov     %rcx, %rdi
 203         mov     %rdx, %rsi
 204         pushq   %rdi
 205         pushq   %rsi
 206         call    make_boot_params
 207         cmpq    $0,%rax
 208         je      1f
 209         mov     %rax, %rdx
 210         popq    %rsi
 211         popq    %rdi
 212
 213         .org 0x230,0x90
 214         call    efi_main
 215         movq    %rax,%rsi
 216         cmpq    $0,%rax
 217         jne     2f
 218 1:
 219         /* EFI init failed, so hang. */
 220         hlt
 221         jmp     1b
 222 2:
 223         call    3f
 224 3:
 225         popq    %rax
 226         subq    $3b, %rax
 227         subq    BP_pref_address(%rsi), %rax
 228         add     BP_code32_start(%esi), %eax
 229         leaq    preferred_addr(%rax), %rax
 230         jmp     *%rax
 231
 232 preferred_addr:
 233 #endif
 234
 235         /* Setup data segments. */
 236         xorl    %eax, %eax
 237         movl    %eax, %ds
 238         movl    %eax, %es
 239         movl    %eax, %ss
 240         movl    %eax, %fs
 241         movl    %eax, %gs
 242         lldt    %ax
 243         movl    $0x20, %eax
 244         ltr     %ax
 245
 246         /*
 247          * Compute the decompressed kernel start address.  It is where
 248          * we were loaded at aligned to a 2M boundary. %rbp contains the
 249          * decompressed kernel start address.
 250          *
 251          * If it is a relocatable kernel then decompress and run the kernel
 252          * from load address aligned to 2MB addr, otherwise decompress and
 253          * run the kernel from LOAD_PHYSICAL_ADDR
 254          *
 255          * We cannot rely on the calculation done in 32-bit mode, since we
 256          * may have been invoked via the 64-bit entry point.
 257          */
 258
 259         /* Start with the delta to where the kernel will run at. */
 260 #ifdef CONFIG_RELOCATABLE
 261         leaq    startup_32(%rip) /* - $startup_32 */, %rbp
 262         movl    BP_kernel_alignment(%rsi), %eax
 263         decl    %eax
 264         addq    %rax, %rbp
 265         notq    %rax
 266         andq    %rax, %rbp
 267 #else
 268         movq    $LOAD_PHYSICAL_ADDR, %rbp
 269 #endif
 270
 271         /* Target address to relocate to for decompression */
 272         leaq    z_extract_offset(%rbp), %rbx
 273
 274         /* Set up the stack */
 275         leaq    boot_stack_end(%rbx), %rsp
 276
 277         /* Zero EFLAGS */
 278         pushq   $0
 279         popfq
 280
 281 /*
 282  * Copy the compressed kernel to the end of our buffer
 283  * where decompression in place becomes safe.
 284  */
 285         pushq   %rsi
 286         leaq    (_bss-8)(%rip), %rsi
 287         leaq    (_bss-8)(%rbx), %rdi
 288         movq    $_bss /* - $startup_32 */, %rcx
 289         shrq    $3, %rcx
 290         std
 291         rep     movsq
 292         cld
 293         popq    %rsi
 294
 295 /*
 296  * Jump to the relocated address.
 297  */
 298         leaq    relocated(%rbx), %rax
 299         jmp     *%rax
 300
 301         .text
 302 relocated:
 303
 304 /*
 305  * Clear BSS (stack is currently empty)
 306  */
 307         xorl    %eax, %eax
 308         leaq    _bss(%rip), %rdi
 309         leaq    _ebss(%rip), %rcx
 310         subq    %rdi, %rcx
 311         shrq    $3, %rcx
 312         rep     stosq
 313
 314 /*
 315  * Adjust our own GOT
 316  */
 317         leaq    _got(%rip), %rdx
 318         leaq    _egot(%rip), %rcx
 319 1:
 320         cmpq    %rcx, %rdx
 321         jae     2f
 322         addq    %rbx, (%rdx)
 323         addq    $8, %rdx
 324         jmp     1b
 325 2:
 326
 327 /*
 328  * Do the decompression, and jump to the new kernel..
 329  */
 330         pushq   %rsi                    /* Save the real mode argument */
 331         movq    %rsi, %rdi              /* real mode address */
 332         leaq    boot_heap(%rip), %rsi   /* malloc area for uncompression */
 333         leaq    input_data(%rip), %rdx  /* input_data */
 334         movl    $z_input_len, %ecx      /* input_len */
 335         movq    %rbp, %r8               /* output target address */
 336         call    decompress_kernel
 337         popq    %rsi
 338
 339 /*
 340  * Jump to the decompressed kernel.
 341  */
 342         jmp     *%rbp
 343
 344         .code32
 345 no_longmode:
 346         /* This isn't an x86-64 CPU so hang */
 347 1:
 348         hlt
 349         jmp     1b
 350
 351 #include "../../kernel/verify_cpu.S"
 352
 353         .data
 354 gdt:
 355         .word   gdt_end - gdt
 356         .long   gdt
 357         .word   0
 358         .quad   0x0000000000000000      /* NULL descriptor */
 359         .quad   0x00af9a000000ffff      /* __KERNEL_CS */
 360         .quad   0x00cf92000000ffff      /* __KERNEL_DS */
 361         .quad   0x0080890000000000      /* TS descriptor */
 362         .quad   0x0000000000000000      /* TS continued */
 363 gdt_end:
 364
 365 /*
 366  * Stack and heap for uncompression
 367  */
 368         .bss
 369         .balign 4
 370 boot_heap:
 371         .fill BOOT_HEAP_SIZE, 1, 0
 372 boot_stack:
 373         .fill BOOT_STACK_SIZE, 1, 0
 374 boot_stack_end:
 375
 376 /*
 377  * Space for page tables (not in .bss so not zeroed)
 378  */
 379         .section ".pgtable","a",@nobits
 380         .balign 4096
 381 pgtable:
 382         .fill 6*4096, 1, 0