]> Pileus Git - ~andy/linux/blob - arch/arm64/kernel/head.S
775ecb313ee72cc5911951cf7cc020336d1a9339
[~andy/linux] / arch / arm64 / kernel / head.S
1 /*
2  * Low-level CPU initialisation
3  * Based on arch/arm/kernel/head.S
4  *
5  * Copyright (C) 1994-2002 Russell King
6  * Copyright (C) 2003-2012 ARM Ltd.
7  * Authors:     Catalin Marinas <catalin.marinas@arm.com>
8  *              Will Deacon <will.deacon@arm.com>
9  *
10  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
11  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
12  * published by the Free Software Foundation.
13  *
14  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
17  * GNU General Public License for more details.
18  *
19  * You should have received a copy of the GNU General Public License
20  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
21  */
22
23 #include <linux/linkage.h>
24 #include <linux/init.h>
25
26 #include <asm/assembler.h>
27 #include <asm/ptrace.h>
28 #include <asm/asm-offsets.h>
29 #include <asm/cputype.h>
30 #include <asm/memory.h>
31 #include <asm/thread_info.h>
32 #include <asm/pgtable-hwdef.h>
33 #include <asm/pgtable.h>
34 #include <asm/page.h>
35 #include <asm/virt.h>
36
37 /*
38  * swapper_pg_dir is the virtual address of the initial page table. We place
39  * the page tables 3 * PAGE_SIZE below KERNEL_RAM_VADDR. The idmap_pg_dir has
40  * 2 pages and is placed below swapper_pg_dir.
41  */
42 #define KERNEL_RAM_VADDR        (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
43
44 #if (KERNEL_RAM_VADDR & 0xfffff) != 0x80000
45 #error KERNEL_RAM_VADDR must start at 0xXXX80000
46 #endif
47
48 #define SWAPPER_DIR_SIZE        (3 * PAGE_SIZE)
49 #define IDMAP_DIR_SIZE          (2 * PAGE_SIZE)
50
51         .globl  swapper_pg_dir
52         .equ    swapper_pg_dir, KERNEL_RAM_VADDR - SWAPPER_DIR_SIZE
53
54         .globl  idmap_pg_dir
55         .equ    idmap_pg_dir, swapper_pg_dir - IDMAP_DIR_SIZE
56
57         .macro  pgtbl, ttb0, ttb1, phys
58         add     \ttb1, \phys, #TEXT_OFFSET - SWAPPER_DIR_SIZE
59         sub     \ttb0, \ttb1, #IDMAP_DIR_SIZE
60         .endm
61
62 #ifdef CONFIG_ARM64_64K_PAGES
63 #define BLOCK_SHIFT     PAGE_SHIFT
64 #define BLOCK_SIZE      PAGE_SIZE
65 #else
66 #define BLOCK_SHIFT     SECTION_SHIFT
67 #define BLOCK_SIZE      SECTION_SIZE
68 #endif
69
70 #define KERNEL_START    KERNEL_RAM_VADDR
71 #define KERNEL_END      _end
72
73 /*
74  * Initial memory map attributes.
75  */
76 #ifndef CONFIG_SMP
77 #define PTE_FLAGS       PTE_TYPE_PAGE | PTE_AF
78 #define PMD_FLAGS       PMD_TYPE_SECT | PMD_SECT_AF
79 #else
80 #define PTE_FLAGS       PTE_TYPE_PAGE | PTE_AF | PTE_SHARED
81 #define PMD_FLAGS       PMD_TYPE_SECT | PMD_SECT_AF | PMD_SECT_S
82 #endif
83
84 #ifdef CONFIG_ARM64_64K_PAGES
85 #define MM_MMUFLAGS     PTE_ATTRINDX(MT_NORMAL) | PTE_FLAGS
86 #else
87 #define MM_MMUFLAGS     PMD_ATTRINDX(MT_NORMAL) | PMD_FLAGS
88 #endif
89
90 /*
91  * Kernel startup entry point.
92  * ---------------------------
93  *
94  * The requirements are:
95  *   MMU = off, D-cache = off, I-cache = on or off,
96  *   x0 = physical address to the FDT blob.
97  *
98  * This code is mostly position independent so you call this at
99  * __pa(PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET).
100  *
101  * Note that the callee-saved registers are used for storing variables
102  * that are useful before the MMU is enabled. The allocations are described
103  * in the entry routines.
104  */
105         __HEAD
106
107         /*
108          * DO NOT MODIFY. Image header expected by Linux boot-loaders.
109          */
110         b       stext                           // branch to kernel start, magic
111         .long   0                               // reserved
112         .quad   TEXT_OFFSET                     // Image load offset from start of RAM
113         .quad   0                               // reserved
114         .quad   0                               // reserved
115         .quad   0                               // reserved
116         .quad   0                               // reserved
117         .quad   0                               // reserved
118         .byte   0x41                            // Magic number, "ARM\x64"
119         .byte   0x52
120         .byte   0x4d
121         .byte   0x64
122         .word   0                               // reserved
123
124 ENTRY(stext)
125         mov     x21, x0                         // x21=FDT
126         bl      el2_setup                       // Drop to EL1, w20=cpu_boot_mode
127         bl      __calc_phys_offset              // x24=PHYS_OFFSET, x28=PHYS_OFFSET-PAGE_OFFSET
128         bl      set_cpu_boot_mode_flag
129         mrs     x22, midr_el1                   // x22=cpuid
130         mov     x0, x22
131         bl      lookup_processor_type
132         mov     x23, x0                         // x23=current cpu_table
133         cbz     x23, __error_p                  // invalid processor (x23=0)?
134         bl      __vet_fdt
135         bl      __create_page_tables            // x25=TTBR0, x26=TTBR1
136         /*
137          * The following calls CPU specific code in a position independent
138          * manner. See arch/arm64/mm/proc.S for details. x23 = base of
139          * cpu_info structure selected by lookup_processor_type above.
140          * On return, the CPU will be ready for the MMU to be turned on and
141          * the TCR will have been set.
142          */
143         ldr     x27, __switch_data              // address to jump to after
144                                                 // MMU has been enabled
145         adr     lr, __enable_mmu                // return (PIC) address
146         ldr     x12, [x23, #CPU_INFO_SETUP]
147         add     x12, x12, x28                   // __virt_to_phys
148         br      x12                             // initialise processor
149 ENDPROC(stext)
150
151 /*
152  * If we're fortunate enough to boot at EL2, ensure that the world is
153  * sane before dropping to EL1.
154  *
155  * Returns either BOOT_CPU_MODE_EL1 or BOOT_CPU_MODE_EL2 in x20 if
156  * booted in EL1 or EL2 respectively.
157  */
158 ENTRY(el2_setup)
159         mrs     x0, CurrentEL
160         cmp     x0, #PSR_MODE_EL2t
161         ccmp    x0, #PSR_MODE_EL2h, #0x4, ne
162         b.eq    1f
163         mov     w20, #BOOT_CPU_MODE_EL1         // This cpu booted in EL1
164         ret
165
166         /* Hyp configuration. */
167 1:      mov     x0, #(1 << 31)                  // 64-bit EL1
168         msr     hcr_el2, x0
169
170         /* Generic timers. */
171         mrs     x0, cnthctl_el2
172         orr     x0, x0, #3                      // Enable EL1 physical timers
173         msr     cnthctl_el2, x0
174         msr     cntvoff_el2, xzr                // Clear virtual offset
175
176         /* Populate ID registers. */
177         mrs     x0, midr_el1
178         mrs     x1, mpidr_el1
179         msr     vpidr_el2, x0
180         msr     vmpidr_el2, x1
181
182         /* sctlr_el1 */
183         mov     x0, #0x0800                     // Set/clear RES{1,0} bits
184         movk    x0, #0x30d0, lsl #16
185         msr     sctlr_el1, x0
186
187         /* Coprocessor traps. */
188         mov     x0, #0x33ff
189         msr     cptr_el2, x0                    // Disable copro. traps to EL2
190
191 #ifdef CONFIG_COMPAT
192         msr     hstr_el2, xzr                   // Disable CP15 traps to EL2
193 #endif
194
195         /* Stage-2 translation */
196         msr     vttbr_el2, xzr
197
198         /* Hypervisor stub */
199         adr     x0, __hyp_stub_vectors
200         msr     vbar_el2, x0
201
202         /* spsr */
203         mov     x0, #(PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | PSR_A_BIT | PSR_D_BIT |\
204                       PSR_MODE_EL1h)
205         msr     spsr_el2, x0
206         msr     elr_el2, lr
207         mov     w20, #BOOT_CPU_MODE_EL2         // This CPU booted in EL2
208         eret
209 ENDPROC(el2_setup)
210
211 /*
212  * Sets the __boot_cpu_mode flag depending on the CPU boot mode passed
213  * in x20. See arch/arm64/include/asm/virt.h for more info.
214  */
215 ENTRY(set_cpu_boot_mode_flag)
216         ldr     x1, =__boot_cpu_mode            // Compute __boot_cpu_mode
217         add     x1, x1, x28
218         cmp     w20, #BOOT_CPU_MODE_EL2
219         b.ne    1f
220         add     x1, x1, #4
221 1:      str     w20, [x1]                       // This CPU has booted in EL1
222         ret
223 ENDPROC(set_cpu_boot_mode_flag)
224
225 /*
226  * We need to find out the CPU boot mode long after boot, so we need to
227  * store it in a writable variable.
228  *
229  * This is not in .bss, because we set it sufficiently early that the boot-time
230  * zeroing of .bss would clobber it.
231  */
232         .pushsection    .data
233 ENTRY(__boot_cpu_mode)
234         .long   BOOT_CPU_MODE_EL2
235         .long   0
236         .popsection
237
238         .align  3
239 2:      .quad   .
240         .quad   PAGE_OFFSET
241
242 #ifdef CONFIG_SMP
243         .align  3
244 1:      .quad   .
245         .quad   secondary_holding_pen_release
246
247         /*
248          * This provides a "holding pen" for platforms to hold all secondary
249          * cores are held until we're ready for them to initialise.
250          */
251 ENTRY(secondary_holding_pen)
252         bl      el2_setup                       // Drop to EL1, w20=cpu_boot_mode
253         bl      __calc_phys_offset              // x24=PHYS_OFFSET, x28=PHYS_OFFSET-PAGE_OFFSET
254         bl      set_cpu_boot_mode_flag
255         mrs     x0, mpidr_el1
256         ldr     x1, =MPIDR_HWID_BITMASK
257         and     x0, x0, x1
258         adr     x1, 1b
259         ldp     x2, x3, [x1]
260         sub     x1, x1, x2
261         add     x3, x3, x1
262 pen:    ldr     x4, [x3]
263         cmp     x4, x0
264         b.eq    secondary_startup
265         wfe
266         b       pen
267 ENDPROC(secondary_holding_pen)
268
269         /*
270          * Secondary entry point that jumps straight into the kernel. Only to
271          * be used where CPUs are brought online dynamically by the kernel.
272          */
273 ENTRY(secondary_entry)
274         bl      __calc_phys_offset              // x2=phys offset
275         bl      el2_setup                       // Drop to EL1
276         b       secondary_startup
277 ENDPROC(secondary_entry)
278
279 ENTRY(secondary_startup)
280         /*
281          * Common entry point for secondary CPUs.
282          */
283         mrs     x22, midr_el1                   // x22=cpuid
284         mov     x0, x22
285         bl      lookup_processor_type
286         mov     x23, x0                         // x23=current cpu_table
287         cbz     x23, __error_p                  // invalid processor (x23=0)?
288
289         pgtbl   x25, x26, x24                   // x25=TTBR0, x26=TTBR1
290         ldr     x12, [x23, #CPU_INFO_SETUP]
291         add     x12, x12, x28                   // __virt_to_phys
292         blr     x12                             // initialise processor
293
294         ldr     x21, =secondary_data
295         ldr     x27, =__secondary_switched      // address to jump to after enabling the MMU
296         b       __enable_mmu
297 ENDPROC(secondary_startup)
298
299 ENTRY(__secondary_switched)
300         ldr     x0, [x21]                       // get secondary_data.stack
301         mov     sp, x0
302         mov     x29, #0
303         b       secondary_start_kernel
304 ENDPROC(__secondary_switched)
305 #endif  /* CONFIG_SMP */
306
307 /*
308  * Setup common bits before finally enabling the MMU. Essentially this is just
309  * loading the page table pointer and vector base registers.
310  *
311  * On entry to this code, x0 must contain the SCTLR_EL1 value for turning on
312  * the MMU.
313  */
314 __enable_mmu:
315         ldr     x5, =vectors
316         msr     vbar_el1, x5
317         msr     ttbr0_el1, x25                  // load TTBR0
318         msr     ttbr1_el1, x26                  // load TTBR1
319         isb
320         b       __turn_mmu_on
321 ENDPROC(__enable_mmu)
322
323 /*
324  * Enable the MMU. This completely changes the structure of the visible memory
325  * space. You will not be able to trace execution through this.
326  *
327  *  x0  = system control register
328  *  x27 = *virtual* address to jump to upon completion
329  *
330  * other registers depend on the function called upon completion
331  */
332         .align  6
333 __turn_mmu_on:
334         msr     sctlr_el1, x0
335         isb
336         br      x27
337 ENDPROC(__turn_mmu_on)
338
339 /*
340  * Calculate the start of physical memory.
341  */
342 __calc_phys_offset:
343         adr     x0, 1f
344         ldp     x1, x2, [x0]
345         sub     x28, x0, x1                     // x28 = PHYS_OFFSET - PAGE_OFFSET
346         add     x24, x2, x28                    // x24 = PHYS_OFFSET
347         ret
348 ENDPROC(__calc_phys_offset)
349
350         .align 3
351 1:      .quad   .
352         .quad   PAGE_OFFSET
353
354 /*
355  * Macro to populate the PGD for the corresponding block entry in the next
356  * level (tbl) for the given virtual address.
357  *
358  * Preserves:   pgd, tbl, virt
359  * Corrupts:    tmp1, tmp2
360  */
361         .macro  create_pgd_entry, pgd, tbl, virt, tmp1, tmp2
362         lsr     \tmp1, \virt, #PGDIR_SHIFT
363         and     \tmp1, \tmp1, #PTRS_PER_PGD - 1 // PGD index
364         orr     \tmp2, \tbl, #3                 // PGD entry table type
365         str     \tmp2, [\pgd, \tmp1, lsl #3]
366         .endm
367
368 /*
369  * Macro to populate block entries in the page table for the start..end
370  * virtual range (inclusive).
371  *
372  * Preserves:   tbl, flags
373  * Corrupts:    phys, start, end, pstate
374  */
375         .macro  create_block_map, tbl, flags, phys, start, end, idmap=0
376         lsr     \phys, \phys, #BLOCK_SHIFT
377         .if     \idmap
378         and     \start, \phys, #PTRS_PER_PTE - 1        // table index
379         .else
380         lsr     \start, \start, #BLOCK_SHIFT
381         and     \start, \start, #PTRS_PER_PTE - 1       // table index
382         .endif
383         orr     \phys, \flags, \phys, lsl #BLOCK_SHIFT  // table entry
384         .ifnc   \start,\end
385         lsr     \end, \end, #BLOCK_SHIFT
386         and     \end, \end, #PTRS_PER_PTE - 1           // table end index
387         .endif
388 9999:   str     \phys, [\tbl, \start, lsl #3]           // store the entry
389         .ifnc   \start,\end
390         add     \start, \start, #1                      // next entry
391         add     \phys, \phys, #BLOCK_SIZE               // next block
392         cmp     \start, \end
393         b.ls    9999b
394         .endif
395         .endm
396
397 /*
398  * Setup the initial page tables. We only setup the barest amount which is
399  * required to get the kernel running. The following sections are required:
400  *   - identity mapping to enable the MMU (low address, TTBR0)
401  *   - first few MB of the kernel linear mapping to jump to once the MMU has
402  *     been enabled, including the FDT blob (TTBR1)
403  *   - UART mapping if CONFIG_EARLY_PRINTK is enabled (TTBR1)
404  */
405 __create_page_tables:
406         pgtbl   x25, x26, x24                   // idmap_pg_dir and swapper_pg_dir addresses
407
408         /*
409          * Clear the idmap and swapper page tables.
410          */
411         mov     x0, x25
412         add     x6, x26, #SWAPPER_DIR_SIZE
413 1:      stp     xzr, xzr, [x0], #16
414         stp     xzr, xzr, [x0], #16
415         stp     xzr, xzr, [x0], #16
416         stp     xzr, xzr, [x0], #16
417         cmp     x0, x6
418         b.lo    1b
419
420         ldr     x7, =MM_MMUFLAGS
421
422         /*
423          * Create the identity mapping.
424          */
425         add     x0, x25, #PAGE_SIZE             // section table address
426         adr     x3, __turn_mmu_on               // virtual/physical address
427         create_pgd_entry x25, x0, x3, x5, x6
428         create_block_map x0, x7, x3, x5, x5, idmap=1
429
430         /*
431          * Map the kernel image (starting with PHYS_OFFSET).
432          */
433         add     x0, x26, #PAGE_SIZE             // section table address
434         mov     x5, #PAGE_OFFSET
435         create_pgd_entry x26, x0, x5, x3, x6
436         ldr     x6, =KERNEL_END - 1
437         mov     x3, x24                         // phys offset
438         create_block_map x0, x7, x3, x5, x6
439
440         /*
441          * Map the FDT blob (maximum 2MB; must be within 512MB of
442          * PHYS_OFFSET).
443          */
444         mov     x3, x21                         // FDT phys address
445         and     x3, x3, #~((1 << 21) - 1)       // 2MB aligned
446         mov     x6, #PAGE_OFFSET
447         sub     x5, x3, x24                     // subtract PHYS_OFFSET
448         tst     x5, #~((1 << 29) - 1)           // within 512MB?
449         csel    x21, xzr, x21, ne               // zero the FDT pointer
450         b.ne    1f
451         add     x5, x5, x6                      // __va(FDT blob)
452         add     x6, x5, #1 << 21                // 2MB for the FDT blob
453         sub     x6, x6, #1                      // inclusive range
454         create_block_map x0, x7, x3, x5, x6
455 1:
456 #ifdef CONFIG_EARLY_PRINTK
457         /*
458          * Create the pgd entry for the UART mapping. The full mapping is done
459          * later based earlyprintk kernel parameter.
460          */
461         ldr     x5, =EARLYCON_IOBASE            // UART virtual address
462         add     x0, x26, #2 * PAGE_SIZE         // section table address
463         create_pgd_entry x26, x0, x5, x6, x7
464 #endif
465         ret
466 ENDPROC(__create_page_tables)
467         .ltorg
468
469         .align  3
470         .type   __switch_data, %object
471 __switch_data:
472         .quad   __mmap_switched
473         .quad   __data_loc                      // x4
474         .quad   _data                           // x5
475         .quad   __bss_start                     // x6
476         .quad   _end                            // x7
477         .quad   processor_id                    // x4
478         .quad   __fdt_pointer                   // x5
479         .quad   memstart_addr                   // x6
480         .quad   init_thread_union + THREAD_START_SP // sp
481
482 /*
483  * The following fragment of code is executed with the MMU on in MMU mode, and
484  * uses absolute addresses; this is not position independent.
485  */
486 __mmap_switched:
487         adr     x3, __switch_data + 8
488
489         ldp     x4, x5, [x3], #16
490         ldp     x6, x7, [x3], #16
491         cmp     x4, x5                          // Copy data segment if needed
492 1:      ccmp    x5, x6, #4, ne
493         b.eq    2f
494         ldr     x16, [x4], #8
495         str     x16, [x5], #8
496         b       1b
497 2:
498 1:      cmp     x6, x7
499         b.hs    2f
500         str     xzr, [x6], #8                   // Clear BSS
501         b       1b
502 2:
503         ldp     x4, x5, [x3], #16
504         ldr     x6, [x3], #8
505         ldr     x16, [x3]
506         mov     sp, x16
507         str     x22, [x4]                       // Save processor ID
508         str     x21, [x5]                       // Save FDT pointer
509         str     x24, [x6]                       // Save PHYS_OFFSET
510         mov     x29, #0
511         b       start_kernel
512 ENDPROC(__mmap_switched)
513
514 /*
515  * Exception handling. Something went wrong and we can't proceed. We ought to
516  * tell the user, but since we don't have any guarantee that we're even
517  * running on the right architecture, we do virtually nothing.
518  */
519 __error_p:
520 ENDPROC(__error_p)
521
522 __error:
523 1:      nop
524         b       1b
525 ENDPROC(__error)
526
527 /*
528  * This function gets the processor ID in w0 and searches the cpu_table[] for
529  * a match. It returns a pointer to the struct cpu_info it found. The
530  * cpu_table[] must end with an empty (all zeros) structure.
531  *
532  * This routine can be called via C code and it needs to work with the MMU
533  * both disabled and enabled (the offset is calculated automatically).
534  */
535 ENTRY(lookup_processor_type)
536         adr     x1, __lookup_processor_type_data
537         ldp     x2, x3, [x1]
538         sub     x1, x1, x2                      // get offset between VA and PA
539         add     x3, x3, x1                      // convert VA to PA
540 1:
541         ldp     w5, w6, [x3]                    // load cpu_id_val and cpu_id_mask
542         cbz     w5, 2f                          // end of list?
543         and     w6, w6, w0
544         cmp     w5, w6
545         b.eq    3f
546         add     x3, x3, #CPU_INFO_SZ
547         b       1b
548 2:
549         mov     x3, #0                          // unknown processor
550 3:
551         mov     x0, x3
552         ret
553 ENDPROC(lookup_processor_type)
554
555         .align  3
556         .type   __lookup_processor_type_data, %object
557 __lookup_processor_type_data:
558         .quad   .
559         .quad   cpu_table
560         .size   __lookup_processor_type_data, . - __lookup_processor_type_data
561
562 /*
563  * Determine validity of the x21 FDT pointer.
564  * The dtb must be 8-byte aligned and live in the first 512M of memory.
565  */
566 __vet_fdt:
567         tst     x21, #0x7
568         b.ne    1f
569         cmp     x21, x24
570         b.lt    1f
571         mov     x0, #(1 << 29)
572         add     x0, x0, x24
573         cmp     x21, x0
574         b.ge    1f
575         ret
576 1:
577         mov     x21, #0
578         ret
579 ENDPROC(__vet_fdt)