kitten/arch/x86_64/boot/compressed/head.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 <lwk/linkage.h>
  28 #include <arch/segment.h>
  29 #include <arch/pgtable.h>
  30 #include <arch/page.h>
  31 #include <arch/msr.h>
  32
  33 .section ".text.head"
  34         .code32
  35         .globl startup_32
  36
  37 startup_32:
  38         cld
  39         cli
  40         movl    $(__KERNEL_DS), %eax
  41         movl    %eax, %ds
  42         movl    %eax, %es
  43         movl    %eax, %ss
  44
  45 /* Calculate the delta between where we were compiled to run
  46  * at and where we were actually loaded at.  This can only be done
  47  * with a short local call on x86.  Nothing  else will tell us what
  48  * address we are running at.  The reserved chunk of the real-mode
  49  * data at 0x34-0x3f are used as the stack for this calculation.
  50  * Only 4 bytes are needed.
  51  */
  52         leal    0x40(%esi), %esp
  53         call    1f
  54 1:      popl    %ebp
  55         subl    $1b, %ebp
  56
  57 /* setup a stack and make sure cpu supports long mode. */
  58         movl    $user_stack_end, %eax
  59         addl    %ebp, %eax
  60         movl    %eax, %esp
  61
  62         call    verify_cpu
  63         testl   %eax, %eax
  64         jnz     no_longmode
  65
  66 /* Compute the delta between where we were compiled to run at
  67  * and where the code will actually run at.
  68  */
  69 /* %ebp contains the address we are loaded at by the boot loader and %ebx
  70  * contains the address where we should move the kernel image temporarily
  71  * for safe in-place decompression.
  72  */
  73
  74 #ifdef CONFIG_RELOCATABLE
  75         movl    %ebp, %ebx
  76         addl    $(LARGE_PAGE_SIZE -1), %ebx
  77         andl    $LARGE_PAGE_MASK, %ebx
  78 #else
  79         movl    $CONFIG_PHYSICAL_START, %ebx
  80 #endif
  81
  82         /* Replace the compressed data size with the uncompressed size */
  83         subl    input_len(%ebp), %ebx
  84         movl    output_len(%ebp), %eax
  85         addl    %eax, %ebx
  86         /* Add 8 bytes for every 32K input block */
  87         shrl    $12, %eax
  88         addl    %eax, %ebx
  89         /* Add 32K + 18 bytes of extra slack and align on a 4K boundary */
  90         addl    $(32768 + 18 + 4095), %ebx
  91         andl    $~4095, %ebx
  92
  93 /*
  94  * Prepare for entering 64 bit mode
  95  */
  96
  97         /* Load new GDT with the 64bit segments using 32bit descriptor */
  98         leal    gdt(%ebp), %eax
  99         movl    %eax, gdt+2(%ebp)
 100         lgdt    gdt(%ebp)
 101
 102         /* Enable PAE mode */
 103         xorl    %eax, %eax
 104         orl     $(1 << 5), %eax
 105         movl    %eax, %cr4
 106
 107  /*
 108   * Build early 4G boot pagetable
 109   */
 110         /* Initialize Page tables to 0*/
 111         leal    pgtable(%ebx), %edi
 112         xorl    %eax, %eax
 113         movl    $((4096*6)/4), %ecx
 114         rep     stosl
 115
 116         /* Build Level 4 */
 117         leal    pgtable + 0(%ebx), %edi
 118         leal    0x1007 (%edi), %eax
 119         movl    %eax, 0(%edi)
 120
 121         /* Build Level 3 */
 122         leal    pgtable + 0x1000(%ebx), %edi
 123         leal    0x1007(%edi), %eax
 124         movl    $4, %ecx
 125 1:      movl    %eax, 0x00(%edi)
 126         addl    $0x00001000, %eax
 127         addl    $8, %edi
 128         decl    %ecx
 129         jnz     1b
 130
 131         /* Build Level 2 */
 132         leal    pgtable + 0x2000(%ebx), %edi
 133         movl    $0x00000183, %eax
 134         movl    $2048, %ecx
 135 1:      movl    %eax, 0(%edi)
 136         addl    $0x00200000, %eax
 137         addl    $8, %edi
 138         decl    %ecx
 139         jnz     1b
 140
 141         /* Enable the boot page tables */
 142         leal    pgtable(%ebx), %eax
 143         movl    %eax, %cr3
 144
 145         /* Enable Long mode in EFER (Extended Feature Enable Register) */
 146         movl    $MSR_EFER, %ecx
 147         rdmsr
 148         btsl    $_EFER_LME, %eax
 149         wrmsr
 150
 151         /* Setup for the jump to 64bit mode
 152          *
 153          * When the jump is performend we will be in long mode but
 154          * in 32bit compatibility mode with EFER.LME = 1, CS.L = 0, CS.D = 1
 155          * (and in turn EFER.LMA = 1).  To jump into 64bit mode we use
 156          * the new gdt/idt that has __KERNEL_CS with CS.L = 1.
 157          * We place all of the values on our mini stack so lret can
 158          * used to perform that far jump.
 159          */
 160         pushl   $__KERNEL_CS
 161         leal    startup_64(%ebp), %eax
 162         pushl   %eax
 163
 164         /* Enter paged protected Mode, activating Long Mode */
 165         movl    $0x80000001, %eax /* Enable Paging and Protected mode */
 166         movl    %eax, %cr0
 167
 168         /* Jump from 32bit compatibility mode into 64bit mode. */
 169         lret
 170
 171 no_longmode:
 172         /* This isn't an x86-64 CPU so hang */
 173 1:
 174         hlt
 175         jmp     1b
 176
 177 #include "../../kernel/verify_cpu.S"
 178
 179         /* Be careful here startup_64 needs to be at a predictable
 180          * address so I can export it in an ELF header.  Bootloaders
 181          * should look at the ELF header to find this address, as
 182          * it may change in the future.
 183          */
 184         .code64
 185         .org 0x200
 186 ENTRY(startup_64)
 187         /* We come here either from startup_32 or directly from a
 188          * 64bit bootloader.  If we come here from a bootloader we depend on
 189          * an identity mapped page table being provied that maps our
 190          * entire text+data+bss and hopefully all of memory.
 191          */
 192
 193         /* Setup data segments. */
 194         xorl    %eax, %eax
 195         movl    %eax, %ds
 196         movl    %eax, %es
 197         movl    %eax, %ss
 198
 199         /* Compute the decompressed kernel start address.  It is where
 200          * we were loaded at aligned to a 2M boundary. %rbp contains the
 201          * decompressed kernel start address.
 202          *
 203          * If it is a relocatable kernel then decompress and run the kernel
 204          * from load address aligned to 2MB addr, otherwise decompress and
 205          * run the kernel from CONFIG_PHYSICAL_START
 206          */
 207
 208         /* Start with the delta to where the kernel will run at. */
 209 #ifdef CONFIG_RELOCATABLE
 210         leaq    startup_32(%rip) /* - $startup_32 */, %rbp
 211         addq    $(LARGE_PAGE_SIZE - 1), %rbp
 212         andq    $LARGE_PAGE_MASK, %rbp
 213         movq    %rbp, %rbx
 214 #else
 215         movq    $CONFIG_PHYSICAL_START, %rbp
 216         movq    %rbp, %rbx
 217 #endif
 218
 219         /* Replace the compressed data size with the uncompressed size */
 220         movl    input_len(%rip), %eax
 221         subq    %rax, %rbx
 222         movl    output_len(%rip), %eax
 223         addq    %rax, %rbx
 224         /* Add 8 bytes for every 32K input block */
 225         shrq    $12, %rax
 226         addq    %rax, %rbx
 227         /* Add 32K + 18 bytes of extra slack and align on a 4K boundary */
 228         addq    $(32768 + 18 + 4095), %rbx
 229         andq    $~4095, %rbx
 230
 231 /* Copy the compressed kernel to the end of our buffer
 232  * where decompression in place becomes safe.
 233  */
 234         leaq    _end(%rip), %r8
 235         leaq    _end(%rbx), %r9
 236         movq    $_end /* - $startup_32 */, %rcx
 237 1:      subq    $8, %r8
 238         subq    $8, %r9
 239         movq    0(%r8), %rax
 240         movq    %rax, 0(%r9)
 241         subq    $8, %rcx
 242         jnz     1b
 243
 244 /*
 245  * Jump to the relocated address.
 246  */
 247         leaq    relocated(%rbx), %rax
 248         jmp     *%rax
 249
 250 .section ".text"
 251 relocated:
 252
 253 /*
 254  * Clear BSS
 255  */
 256         xorq    %rax, %rax
 257         leaq    _edata(%rbx), %rdi
 258         leaq    _end(%rbx), %rcx
 259         subq    %rdi, %rcx
 260         cld
 261         rep
 262         stosb
 263
 264         /* Setup the stack */
 265         leaq    user_stack_end(%rip), %rsp
 266
 267         /* zero EFLAGS after setting rsp */
 268         pushq   $0
 269         popfq
 270
 271 /*
 272  * Do the decompression, and jump to the new kernel..
 273  */
 274         pushq   %rsi                    # Save the real mode argument
 275         movq    %rsi, %rdi              # real mode address
 276         leaq    _heap(%rip), %rsi       # _heap
 277         leaq    input_data(%rip), %rdx  # input_data
 278         movl    input_len(%rip), %eax
 279         movq    %rax, %rcx              # input_len
 280         movq    %rbp, %r8               # output
 281         call    decompress_kernel
 282         popq    %rsi
 283
 284
 285 /*
 286  * Jump to the decompressed kernel.
 287  */
 288         jmp     *%rbp
 289
 290         .data
 291 gdt:
 292         .word   gdt_end - gdt
 293         .long   gdt
 294         .word   0
 295         .quad   0x0000000000000000      /* NULL descriptor */
 296         .quad   0x00af9a000000ffff      /* __KERNEL_CS */
 297         .quad   0x00cf92000000ffff      /* __KERNEL_DS */
 298 gdt_end:
 299         .bss
 300 /* Stack for uncompression */
 301         .balign 4
 302 user_stack:
 303         .fill 4096,4,0
 304 user_stack_end: