arch/x86/cpu/cpu.c

   1 /*
   2  * (C) Copyright 2008-2011
   3  * Graeme Russ, <graeme.russ@gmail.com>
   4  *
   5  * (C) Copyright 2002
   6  * Daniel Engström, Omicron Ceti AB, <daniel@omicron.se>
   7  *
   8  * (C) Copyright 2002
   9  * Sysgo Real-Time Solutions, GmbH <www.elinos.com>
  10  * Marius Groeger <mgroeger@sysgo.de>
  11  *
  12  * (C) Copyright 2002
  13  * Sysgo Real-Time Solutions, GmbH <www.elinos.com>
  14  * Alex Zuepke <azu@sysgo.de>
  15  *
  16  * SPDX-License-Identifier:     GPL-2.0+
  17  */
  18
  19 #include <common.h>
  20 #include <command.h>
  21 #include <errno.h>
  22 #include <malloc.h>
  23 #include <asm/control_regs.h>
  24 #include <asm/cpu.h>
  25 #include <asm/processor.h>
  26 #include <asm/processor-flags.h>
  27 #include <asm/interrupt.h>
  28 #include <linux/compiler.h>
  29
  30 /*
  31  * Constructor for a conventional segment GDT (or LDT) entry
  32  * This is a macro so it can be used in initialisers
  33  */
  34 #define GDT_ENTRY(flags, base, limit)                   \
  35         ((((base)  & 0xff000000ULL) << (56-24)) |       \
  36          (((flags) & 0x0000f0ffULL) << 40) |            \
  37          (((limit) & 0x000f0000ULL) << (48-16)) |       \
  38          (((base)  & 0x00ffffffULL) << 16) |            \
  39          (((limit) & 0x0000ffffULL)))
  40
  41 struct gdt_ptr {
  42         u16 len;
  43         u32 ptr;
  44 } __packed;
  45
  46 static void load_ds(u32 segment)
  47 {
  48         asm volatile("movl %0, %%ds" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
  49 }
  50
  51 static void load_es(u32 segment)
  52 {
  53         asm volatile("movl %0, %%es" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
  54 }
  55
  56 static void load_fs(u32 segment)
  57 {
  58         asm volatile("movl %0, %%fs" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
  59 }
  60
  61 static void load_gs(u32 segment)
  62 {
  63         asm volatile("movl %0, %%gs" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
  64 }
  65
  66 static void load_ss(u32 segment)
  67 {
  68         asm volatile("movl %0, %%ss" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
  69 }
  70
  71 static void load_gdt(const u64 *boot_gdt, u16 num_entries)
  72 {
  73         struct gdt_ptr gdt;
  74
  75         gdt.len = (num_entries * 8) - 1;
  76         gdt.ptr = (u32)boot_gdt;
  77
  78         asm volatile("lgdtl %0\n" : : "m" (gdt));
  79 }
  80
  81 void setup_gdt(gd_t *id, u64 *gdt_addr)
  82 {
  83         /* CS: code, read/execute, 4 GB, base 0 */
  84         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_CS] = GDT_ENTRY(0xc09b, 0, 0xfffff);
  85
  86         /* DS: data, read/write, 4 GB, base 0 */
  87         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS] = GDT_ENTRY(0xc093, 0, 0xfffff);
  88
  89         /* FS: data, read/write, 4 GB, base (Global Data Pointer) */
  90         id->arch.gd_addr = id;
  91         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_FS] = GDT_ENTRY(0xc093,
  92                      (ulong)&id->arch.gd_addr, 0xfffff);
  93
  94         /* 16-bit CS: code, read/execute, 64 kB, base 0 */
  95         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_CS] = GDT_ENTRY(0x109b, 0, 0x0ffff);
  96
  97         /* 16-bit DS: data, read/write, 64 kB, base 0 */
  98         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_DS] = GDT_ENTRY(0x1093, 0, 0x0ffff);
  99
 100         load_gdt(gdt_addr, X86_GDT_NUM_ENTRIES);
 101         load_ds(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
 102         load_es(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
 103         load_gs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
 104         load_ss(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
 105         load_fs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_FS);
 106 }
 107
 108 int __weak x86_cleanup_before_linux(void)
 109 {
 110 #ifdef CONFIG_BOOTSTAGE_STASH
 111         bootstage_stash((void *)CONFIG_BOOTSTAGE_STASH,
 112                         CONFIG_BOOTSTAGE_STASH_SIZE);
 113 #endif
 114
 115         return 0;
 116 }
 117
 118 int x86_cpu_init_f(void)
 119 {
 120         const u32 em_rst = ~X86_CR0_EM;
 121         const u32 mp_ne_set = X86_CR0_MP | X86_CR0_NE;
 122
 123         /* initialize FPU, reset EM, set MP and NE */
 124         asm ("fninit\n" \
 125              "movl %%cr0, %%eax\n" \
 126              "andl %0, %%eax\n" \
 127              "orl  %1, %%eax\n" \
 128              "movl %%eax, %%cr0\n" \
 129              : : "i" (em_rst), "i" (mp_ne_set) : "eax");
 130
 131         return 0;
 132 }
 133 int cpu_init_f(void) __attribute__((weak, alias("x86_cpu_init_f")));
 134
 135 int x86_cpu_init_r(void)
 136 {
 137         /* Initialize core interrupt and exception functionality of CPU */
 138         cpu_init_interrupts();
 139         return 0;
 140 }
 141 int cpu_init_r(void) __attribute__((weak, alias("x86_cpu_init_r")));
 142
 143 void x86_enable_caches(void)
 144 {
 145         unsigned long cr0;
 146
 147         cr0 = read_cr0();
 148         cr0 &= ~(X86_CR0_NW | X86_CR0_CD);
 149         write_cr0(cr0);
 150         wbinvd();
 151 }
 152 void enable_caches(void) __attribute__((weak, alias("x86_enable_caches")));
 153
 154 void x86_disable_caches(void)
 155 {
 156         unsigned long cr0;
 157
 158         cr0 = read_cr0();
 159         cr0 |= X86_CR0_NW | X86_CR0_CD;
 160         wbinvd();
 161         write_cr0(cr0);
 162         wbinvd();
 163 }
 164 void disable_caches(void) __attribute__((weak, alias("x86_disable_caches")));
 165
 166 int x86_init_cache(void)
 167 {
 168         enable_caches();
 169
 170         return 0;
 171 }
 172 int init_cache(void) __attribute__((weak, alias("x86_init_cache")));
 173
 174 int do_reset(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])
 175 {
 176         printf("resetting ...\n");
 177
 178         /* wait 50 ms */
 179         udelay(50000);
 180         disable_interrupts();
 181         reset_cpu(0);
 182
 183         /*NOTREACHED*/
 184         return 0;
 185 }
 186
 187 void  flush_cache(unsigned long dummy1, unsigned long dummy2)
 188 {
 189         asm("wbinvd\n");
 190 }
 191
 192 void __attribute__ ((regparm(0))) generate_gpf(void);
 193
 194 /* segment 0x70 is an arbitrary segment which does not exist */
 195 asm(".globl generate_gpf\n"
 196         ".hidden generate_gpf\n"
 197         ".type generate_gpf, @function\n"
 198         "generate_gpf:\n"
 199         "ljmp   $0x70, $0x47114711\n");
 200
 201 void __reset_cpu(ulong addr)
 202 {
 203         printf("Resetting using x86 Triple Fault\n");
 204         set_vector(13, generate_gpf);   /* general protection fault handler */
 205         set_vector(8, generate_gpf);    /* double fault handler */
 206         generate_gpf();                 /* start the show */
 207 }
 208 void reset_cpu(ulong addr) __attribute__((weak, alias("__reset_cpu")));
 209
 210 int dcache_status(void)
 211 {
 212         return !(read_cr0() & 0x40000000);
 213 }
 214
 215 /* Define these functions to allow ehch-hcd to function */
 216 void flush_dcache_range(unsigned long start, unsigned long stop)
 217 {
 218 }
 219
 220 void invalidate_dcache_range(unsigned long start, unsigned long stop)
 221 {
 222 }
 223
 224 void dcache_enable(void)
 225 {
 226         enable_caches();
 227 }
 228
 229 void dcache_disable(void)
 230 {
 231         disable_caches();
 232 }
 233
 234 void icache_enable(void)
 235 {
 236 }
 237
 238 void icache_disable(void)
 239 {
 240 }
 241
 242 int icache_status(void)
 243 {
 244         return 1;
 245 }
 246
 247 void cpu_enable_paging_pae(ulong cr3)
 248 {
 249         __asm__ __volatile__(
 250                 /* Load the page table address */
 251                 "movl   %0, %%cr3\n"
 252                 /* Enable pae */
 253                 "movl   %%cr4, %%eax\n"
 254                 "orl    $0x00000020, %%eax\n"
 255                 "movl   %%eax, %%cr4\n"
 256                 /* Enable paging */
 257                 "movl   %%cr0, %%eax\n"
 258                 "orl    $0x80000000, %%eax\n"
 259                 "movl   %%eax, %%cr0\n"
 260                 :
 261                 : "r" (cr3)
 262                 : "eax");
 263 }
 264
 265 void cpu_disable_paging_pae(void)
 266 {
 267         /* Turn off paging */
 268         __asm__ __volatile__ (
 269                 /* Disable paging */
 270                 "movl   %%cr0, %%eax\n"
 271                 "andl   $0x7fffffff, %%eax\n"
 272                 "movl   %%eax, %%cr0\n"
 273                 /* Disable pae */
 274                 "movl   %%cr4, %%eax\n"
 275                 "andl   $0xffffffdf, %%eax\n"
 276                 "movl   %%eax, %%cr4\n"
 277                 :
 278                 :
 279                 : "eax");
 280 }
 281
 282 static bool has_cpuid(void)
 283 {
 284         unsigned long flag;
 285
 286         asm volatile("pushf\n" \
 287                 "pop %%eax\n"
 288                 "mov %%eax, %%ecx\n"    /* ecx = flags */
 289                 "xor %1, %%eax\n"
 290                 "push %%eax\n"
 291                 "popf\n"                /* flags ^= $2 */
 292                 "pushf\n"
 293                 "pop %%eax\n"           /* eax = flags */
 294                 "push %%ecx\n"
 295                 "popf\n"                /* flags = ecx */
 296                 "xor %%ecx, %%eax\n"
 297                 "mov %%eax, %0"
 298                 : "=r" (flag)
 299                 : "i" (1 << 21)
 300                 : "eax", "ecx", "memory");
 301
 302         return flag != 0;
 303 }
 304
 305 static bool can_detect_long_mode(void)
 306 {
 307         unsigned long flag;
 308
 309         asm volatile("mov $0x80000000, %%eax\n"
 310                 "cpuid\n"
 311                 "mov %%eax, %0"
 312                 : "=r" (flag)
 313                 :
 314                 : "eax", "ebx", "ecx", "edx", "memory");
 315
 316         return flag > 0x80000000UL;
 317 }
 318
 319 static bool has_long_mode(void)
 320 {
 321         unsigned long flag;
 322
 323         asm volatile("mov $0x80000001, %%eax\n"
 324                 "cpuid\n"
 325                 "mov %%edx, %0"
 326                 : "=r" (flag)
 327                 :
 328                 : "eax", "ebx", "ecx", "edx", "memory");
 329
 330         return flag & (1 << 29) ? true : false;
 331 }
 332
 333 int cpu_has_64bit(void)
 334 {
 335         return has_cpuid() && can_detect_long_mode() &&
 336                 has_long_mode();
 337 }
 338
 339 int print_cpuinfo(void)
 340 {
 341         printf("CPU:   %s\n", cpu_has_64bit() ? "x86_64" : "x86");
 342
 343         return 0;
 344 }
 345
 346 #define PAGETABLE_SIZE          (6 * 4096)
 347
 348 /**
 349  * build_pagetable() - build a flat 4GiB page table structure for 64-bti mode
 350  *
 351  * @pgtable: Pointer to a 24iKB block of memory
 352  */
 353 static void build_pagetable(uint32_t *pgtable)
 354 {
 355         uint i;
 356
 357         memset(pgtable, '\0', PAGETABLE_SIZE);
 358
 359         /* Level 4 needs a single entry */
 360         pgtable[0] = (uint32_t)&pgtable[1024] + 7;
 361
 362         /* Level 3 has one 64-bit entry for each GiB of memory */
 363         for (i = 0; i < 4; i++) {
 364                 pgtable[1024 + i * 2] = (uint32_t)&pgtable[2048] +
 365                                                         0x1000 * i + 7;
 366         }
 367
 368         /* Level 2 has 2048 64-bit entries, each repesenting 2MiB */
 369         for (i = 0; i < 2048; i++)
 370                 pgtable[2048 + i * 2] = 0x183 + (i << 21UL);
 371 }
 372
 373 int cpu_jump_to_64bit(ulong setup_base, ulong target)
 374 {
 375         uint32_t *pgtable;
 376
 377         pgtable = memalign(4096, PAGETABLE_SIZE);
 378         if (!pgtable)
 379                 return -ENOMEM;
 380
 381         build_pagetable(pgtable);
 382         cpu_call64((ulong)pgtable, setup_base, target);
 383         free(pgtable);
 384
 385         return -EFAULT;
 386 }