sys/platform/pc64/x86_64/mpboot.S

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   6  * modification, are permitted provided that the following conditions
   7  * are met:
   8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  13  *
  14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  15  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  16  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  17  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  18  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  19  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  20  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  21  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  22  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  23  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  24  * SUCH DAMAGE.
  25  *
  26  * $FreeBSD: head/sys/amd64/amd64/mpboot.S 130224 2004-06-08 01:02:52Z peter $
  27  */
  28
  29 #include <machine/asmacros.h>           /* miscellaneous asm macros */
  30 #include <machine/specialreg.h>
  31
  32 #include "assym.s"
  33
  34         .data                           /* So we can modify it */
  35
  36         .p2align 4,0
  37         .globl  mptramp_start
  38 mptramp_start:
  39         .code16
  40         /*
  41          * The AP enters here in response to the startup IPI.
  42          * We are in real mode. %cs is the only segment register set.
  43          */
  44         cli                             /* make sure no interrupts */
  45         mov     %cs, %ax                /* copy %cs to %ds.  Remember these */
  46         mov     %ax, %ds                /* are offsets rather than selectors */
  47         mov     %ax, %ss
  48
  49         /*
  50          * Find relocation base and patch the gdt descript and ljmp targets
  51          */
  52         xorl    %ebx,%ebx
  53         mov     %cs, %bx
  54         sall    $4, %ebx                /* %ebx is now our relocation base */
  55         orl     %ebx, lgdt_desc-mptramp_start+2
  56         orl     %ebx, jmp_32-mptramp_start+2
  57         orl     %ebx, jmp_64-mptramp_start+1
  58
  59         /*
  60          * Load the descriptor table pointer.  We'll need it when running
  61          * in 16 bit protected mode.
  62          */
  63         lgdt    lgdt_desc-mptramp_start
  64
  65         /* Enable protected mode */
  66         movl    $CR0_PE, %eax
  67         mov     %eax, %cr0
  68
  69         /*
  70          * Now execute a far jump to turn on protected mode.  This
  71          * causes the segment registers to turn into selectors and causes
  72          * %cs to be loaded from the gdt.
  73          *
  74          * The following instruction is:
  75          * ljmpl $bootcode-gdt, $protmode-mptramp_start
  76          * but gas cannot assemble that.  And besides, we patch the targets
  77          * in early startup and its a little clearer what we are patching.
  78          */
  79 jmp_32:
  80         .byte   0x66                    /* size override to 32 bits */
  81         .byte   0xea                    /* opcode for far jump */
  82         .long   protmode-mptramp_start  /* offset in segment */
  83         .word   bootcode-gdt            /* index in gdt for 32 bit code */
  84
  85         /*
  86          * At this point, we are running in 32 bit legacy protected mode.
  87          */
  88         .code32
  89 protmode:
  90         mov     $bootdata-gdt, %eax
  91         mov     %ax, %ds
  92
  93         /* Turn on the PAE, PSE and PGE bits for when paging is enabled */
  94         mov     %cr4, %eax
  95         orl     $(CR4_PAE | CR4_PSE), %eax
  96         mov     %eax, %cr4
  97
  98         /*
  99          * Enable EFER.LME so that we get long mode when all the prereqs are
 100          * in place.  In this case, it turns on when CR0_PG is finally enabled.
 101          * Pick up a few other EFER bits that we'll use need we're here.
 102          */
 103         movl    $MSR_EFER, %ecx
 104         rdmsr
 105         orl     $EFER_LME | EFER_SCE, %eax
 106         wrmsr
 107
 108         /*
 109          * Point to the embedded page tables for startup.  Note that this
 110          * only gets accessed after we're actually in 64 bit mode, however
 111          * we can only set the bottom 32 bits of %cr3 in this state.  This
 112          * means we are required to use a temporary page table that is below
 113          * the 4GB limit.  %ebx is still our relocation base.  We could just
 114          * subtract 3 * PAGE_SIZE, but that would be too easy.
 115          */
 116         leal    mptramp_pagetables-mptramp_start(%ebx),%eax
 117         movl    (%eax), %eax
 118         mov     %eax, %cr3
 119
 120         /*
 121          * Finally, switch to long bit mode by enabling paging.  We have
 122          * to be very careful here because all the segmentation disappears
 123          * out from underneath us.  The spec says we can depend on the
 124          * subsequent pipelined branch to execute, but *only if* everthing
 125          * is still identity mapped.  If any mappings change, the pipeline
 126          * will flush.
 127          */
 128         mov     %cr0, %eax
 129         orl     $CR0_PG, %eax
 130         mov     %eax, %cr0
 131
 132         /*
 133          * At this point paging is enabled, and we are in "compatability" mode.
 134          * We do another far jump to reload %cs with the 64 bit selector.
 135          * %cr3 points to a 4-level page table page.
 136          * We cannot yet jump all the way to the kernel because we can only
 137          * specify a 32 bit linear address.  So, yet another trampoline.
 138          *
 139          * The following instruction is:
 140          * ljmp $kernelcode-gdt, $tramp_64-mptramp_start
 141          * but gas cannot assemble that.  And besides, we patch the targets
 142          * in early startup and its a little clearer what we are patching.
 143          */
 144 jmp_64:
 145         .byte   0xea                    /* opcode for far jump */
 146         .long   tramp_64-mptramp_start  /* offset in segment */
 147         .word   kernelcode-gdt          /* index in gdt for 64 bit code */
 148
 149         /*
 150          * Yeehar!  We're running in 64 bit mode!  We can mostly ignore our
 151          * segment registers, and get on with it.
 152          * Note that we are running at the correct virtual address, but with
 153          * a 1:1 1GB mirrored mapping over entire address space.  We had better
 154          * switch to a real %cr3 promptly so that we can get to the direct map
 155          * space. Remember that jmp is relative and that we've been relocated,
 156          * so use an indirect jump.
 157          */
 158         .code64
 159 tramp_64:
 160         movabsq $entry_64,%rax          /* 64 bit immediate load */
 161         jmp     *%rax
 162
 163         .p2align 4,0
 164 gdt:
 165         /*
 166          * All segment descriptor tables start with a null descriptor
 167          */
 168         .long   0x00000000
 169         .long   0x00000000
 170
 171         /*
 172          * This is the 64 bit long mode code descriptor.  There is no
 173          * 64 bit data descriptor.
 174          */
 175 kernelcode:
 176         .long   0x00000000
 177         .long   0x00209800
 178
 179         /*
 180          * This is the descriptor for the 32 bit boot code.
 181          * %cs:  +A, +R, -C, DPL=0, +P, +D, +G
 182          * Accessed, Readable, Present, 32 bit, 4G granularity
 183          */
 184 bootcode:
 185         .long   0x0000ffff
 186         .long   0x00cf9b00
 187
 188         /*
 189          * This is the descriptor for the 32 bit boot data.
 190          * We load it into %ds and %ss.  The bits for each selector
 191          * are interpreted slightly differently.
 192          * %ds:  +A, +W, -E, DPL=0, +P, +D, +G
 193          * %ss:  +A, +W, -E, DPL=0, +P, +B, +G
 194          * Accessed, Writeable, Expand up, Present, 32 bit, 4GB
 195          * For %ds, +D means 'default operand size is 32 bit'.
 196          * For %ss, +B means the stack register is %esp rather than %sp.
 197          */
 198 bootdata:
 199         .long   0x0000ffff
 200         .long   0x00cf9300
 201
 202 gdtend:
 203
 204         /*
 205          * The address of our page table pages that the boot code
 206          * uses to trampoline up to kernel address space.
 207          */
 208         .globl  mptramp_pagetables
 209 mptramp_pagetables:
 210         .long   0
 211
 212         /*
 213          * The pseudo descriptor for lgdt to use.
 214          */
 215 lgdt_desc:
 216         .word   gdtend-gdt              /* Length */
 217         .long   gdt-mptramp_start       /* Offset plus %ds << 4 */
 218
 219         .globl  mptramp_end
 220 mptramp_end:
 221
 222         /*
 223          * From here on down is executed in the kernel .text section.
 224          *
 225          * Load a real %cr3 that has all the direct map stuff and switches
 226          * off the 1GB replicated mirror.  Load a stack pointer and jump
 227          * into AP startup code in C.
 228          */
 229         .text
 230         .code64
 231         .p2align 4,0
 232 entry_64:
 233         movq    KPML4phys, %rax
 234         movq    %rax, %cr3
 235         movq    bootSTK, %rsp
 236         call    init_secondary
 237         /*
 238          * Execute the context restore function for the idlethread which
 239          * has conveniently been set as curthread.  Remember, %rax must
 240          * contain the target thread and %rbx must contain the originating
 241          * thread (which we just set the same since we have no originating
 242          * thread).  BSP/AP synchronization occurs in ap_init().  We do
 243          * not need to mess with the BGL for this because LWKT threads are
 244          * self-contained on each cpu (or, at least, the idlethread is!).
 245          */
 246         movq    PCPU(curthread),%rax
 247         movq    %rax,%rbx
 248         movq    TD_SP(%rax),%rsp
 249         ret