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
 134 int x86_cpu_init_r(void)
 135 {
 136         /* Initialize core interrupt and exception functionality of CPU */
 137         cpu_init_interrupts();
 138         return 0;
 139 }
 140 int cpu_init_r(void) __attribute__((weak, alias("x86_cpu_init_r")));
 141
 142 void x86_enable_caches(void)
 143 {
 144         unsigned long cr0;
 145
 146         cr0 = read_cr0();
 147         cr0 &= ~(X86_CR0_NW | X86_CR0_CD);
 148         write_cr0(cr0);
 149         wbinvd();
 150 }
 151 void enable_caches(void) __attribute__((weak, alias("x86_enable_caches")));
 152
 153 void x86_disable_caches(void)
 154 {
 155         unsigned long cr0;
 156
 157         cr0 = read_cr0();
 158         cr0 |= X86_CR0_NW | X86_CR0_CD;
 159         wbinvd();
 160         write_cr0(cr0);
 161         wbinvd();
 162 }
 163 void disable_caches(void) __attribute__((weak, alias("x86_disable_caches")));
 164
 165 int x86_init_cache(void)
 166 {
 167         enable_caches();
 168
 169         return 0;
 170 }
 171 int init_cache(void) __attribute__((weak, alias("x86_init_cache")));
 172
 173 int do_reset(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])
 174 {
 175         printf("resetting ...\n");
 176
 177         /* wait 50 ms */
 178         udelay(50000);
 179         disable_interrupts();
 180         reset_cpu(0);
 181
 182         /*NOTREACHED*/
 183         return 0;
 184 }
 185
 186 void  flush_cache(unsigned long dummy1, unsigned long dummy2)
 187 {
 188         asm("wbinvd\n");
 189 }
 190
 191 void __attribute__ ((regparm(0))) generate_gpf(void);
 192
 193 /* segment 0x70 is an arbitrary segment which does not exist */
 194 asm(".globl generate_gpf\n"
 195         ".hidden generate_gpf\n"
 196         ".type generate_gpf, @function\n"
 197         "generate_gpf:\n"
 198         "ljmp   $0x70, $0x47114711\n");
 199
 200 __weak void reset_cpu(ulong addr)
 201 {
 202         printf("Resetting using x86 Triple Fault\n");
 203         set_vector(13, generate_gpf);   /* general protection fault handler */
 204         set_vector(8, generate_gpf);    /* double fault handler */
 205         generate_gpf();                 /* start the show */
 206 }
 207
 208 int dcache_status(void)
 209 {
 210         return !(read_cr0() & 0x40000000);
 211 }
 212
 213 /* Define these functions to allow ehch-hcd to function */
 214 void flush_dcache_range(unsigned long start, unsigned long stop)
 215 {
 216 }
 217
 218 void invalidate_dcache_range(unsigned long start, unsigned long stop)
 219 {
 220 }
 221
 222 void dcache_enable(void)
 223 {
 224         enable_caches();
 225 }
 226
 227 void dcache_disable(void)
 228 {
 229         disable_caches();
 230 }
 231
 232 void icache_enable(void)
 233 {
 234 }
 235
 236 void icache_disable(void)
 237 {
 238 }
 239
 240 int icache_status(void)
 241 {
 242         return 1;
 243 }
 244
 245 void cpu_enable_paging_pae(ulong cr3)
 246 {
 247         __asm__ __volatile__(
 248                 /* Load the page table address */
 249                 "movl   %0, %%cr3\n"
 250                 /* Enable pae */
 251                 "movl   %%cr4, %%eax\n"
 252                 "orl    $0x00000020, %%eax\n"
 253                 "movl   %%eax, %%cr4\n"
 254                 /* Enable paging */
 255                 "movl   %%cr0, %%eax\n"
 256                 "orl    $0x80000000, %%eax\n"
 257                 "movl   %%eax, %%cr0\n"
 258                 :
 259                 : "r" (cr3)
 260                 : "eax");
 261 }
 262
 263 void cpu_disable_paging_pae(void)
 264 {
 265         /* Turn off paging */
 266         __asm__ __volatile__ (
 267                 /* Disable paging */
 268                 "movl   %%cr0, %%eax\n"
 269                 "andl   $0x7fffffff, %%eax\n"
 270                 "movl   %%eax, %%cr0\n"
 271                 /* Disable pae */
 272                 "movl   %%cr4, %%eax\n"
 273                 "andl   $0xffffffdf, %%eax\n"
 274                 "movl   %%eax, %%cr4\n"
 275                 :
 276                 :
 277                 : "eax");
 278 }
 279
 280 static bool has_cpuid(void)
 281 {
 282         unsigned long flag;
 283
 284         asm volatile("pushf\n" \
 285                 "pop %%eax\n"
 286                 "mov %%eax, %%ecx\n"    /* ecx = flags */
 287                 "xor %1, %%eax\n"
 288                 "push %%eax\n"
 289                 "popf\n"                /* flags ^= $2 */
 290                 "pushf\n"
 291                 "pop %%eax\n"           /* eax = flags */
 292                 "push %%ecx\n"
 293                 "popf\n"                /* flags = ecx */
 294                 "xor %%ecx, %%eax\n"
 295                 "mov %%eax, %0"
 296                 : "=r" (flag)
 297                 : "i" (1 << 21)
 298                 : "eax", "ecx", "memory");
 299
 300         return flag != 0;
 301 }
 302
 303 static bool can_detect_long_mode(void)
 304 {
 305         unsigned long flag;
 306
 307         asm volatile("mov $0x80000000, %%eax\n"
 308                 "cpuid\n"
 309                 "mov %%eax, %0"
 310                 : "=r" (flag)
 311                 :
 312                 : "eax", "ebx", "ecx", "edx", "memory");
 313
 314         return flag > 0x80000000UL;
 315 }
 316
 317 static bool has_long_mode(void)
 318 {
 319         unsigned long flag;
 320
 321         asm volatile("mov $0x80000001, %%eax\n"
 322                 "cpuid\n"
 323                 "mov %%edx, %0"
 324                 : "=r" (flag)
 325                 :
 326                 : "eax", "ebx", "ecx", "edx", "memory");
 327
 328         return flag & (1 << 29) ? true : false;
 329 }
 330
 331 int cpu_has_64bit(void)
 332 {
 333         return has_cpuid() && can_detect_long_mode() &&
 334                 has_long_mode();
 335 }
 336
 337 int print_cpuinfo(void)
 338 {
 339         printf("CPU:   %s\n", cpu_has_64bit() ? "x86_64" : "x86");
 340
 341         return 0;
 342 }
 343
 344 #define PAGETABLE_SIZE          (6 * 4096)
 345
 346 /**
 347  * build_pagetable() - build a flat 4GiB page table structure for 64-bti mode
 348  *
 349  * @pgtable: Pointer to a 24iKB block of memory
 350  */
 351 static void build_pagetable(uint32_t *pgtable)
 352 {
 353         uint i;
 354
 355         memset(pgtable, '\0', PAGETABLE_SIZE);
 356
 357         /* Level 4 needs a single entry */
 358         pgtable[0] = (uint32_t)&pgtable[1024] + 7;
 359
 360         /* Level 3 has one 64-bit entry for each GiB of memory */
 361         for (i = 0; i < 4; i++) {
 362                 pgtable[1024 + i * 2] = (uint32_t)&pgtable[2048] +
 363                                                         0x1000 * i + 7;
 364         }
 365
 366         /* Level 2 has 2048 64-bit entries, each repesenting 2MiB */
 367         for (i = 0; i < 2048; i++)
 368                 pgtable[2048 + i * 2] = 0x183 + (i << 21UL);
 369 }
 370
 371 int cpu_jump_to_64bit(ulong setup_base, ulong target)
 372 {
 373         uint32_t *pgtable;
 374
 375         pgtable = memalign(4096, PAGETABLE_SIZE);
 376         if (!pgtable)
 377                 return -ENOMEM;
 378
 379         build_pagetable(pgtable);
 380         cpu_call64((ulong)pgtable, setup_base, target);
 381         free(pgtable);
 382
 383         return -EFAULT;
 384 }