arch/x86/boot/compressed/pgtable_64.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 #include "misc.h"
   3 #include <asm/e820/types.h>
   4 #include <asm/processor.h>
   5 #include "pgtable.h"
   6 #include "../string.h"
   7 #include "efi.h"
   8
   9 #define BIOS_START_MIN          0x20000U        /* 128K, less than this is insane */
  10 #define BIOS_START_MAX          0x9f000U        /* 640K, absolute maximum */
  11
  12 #ifdef CONFIG_X86_5LEVEL
  13 /* __pgtable_l5_enabled needs to be in .data to avoid being cleared along with .bss */
  14 unsigned int __section(".data") __pgtable_l5_enabled;
  15 unsigned int __section(".data") pgdir_shift = 39;
  16 unsigned int __section(".data") ptrs_per_p4d = 1;
  17 #endif
  18
  19 /* Buffer to preserve trampoline memory */
  20 static char trampoline_save[TRAMPOLINE_32BIT_SIZE];
  21
  22 /*
  23  * Trampoline address will be printed by extract_kernel() for debugging
  24  * purposes.
  25  *
  26  * Avoid putting the pointer into .bss as it will be cleared between
  27  * configure_5level_paging() and extract_kernel().
  28  */
  29 unsigned long *trampoline_32bit __section(".data");
  30
  31 extern struct boot_params *boot_params;
  32 int cmdline_find_option_bool(const char *option);
  33
  34 static unsigned long find_trampoline_placement(void)
  35 {
  36         unsigned long bios_start = 0, ebda_start = 0;
  37         struct boot_e820_entry *entry;
  38         char *signature;
  39         int i;
  40
  41         /*
  42          * Find a suitable spot for the trampoline.
  43          * This code is based on reserve_bios_regions().
  44          */
  45
  46         /*
  47          * EFI systems may not provide legacy ROM. The memory may not be mapped
  48          * at all.
  49          *
  50          * Only look for values in the legacy ROM for non-EFI system.
  51          */
  52         signature = (char *)&boot_params->efi_info.efi_loader_signature;
  53         if (strncmp(signature, EFI32_LOADER_SIGNATURE, 4) &&
  54             strncmp(signature, EFI64_LOADER_SIGNATURE, 4)) {
  55                 ebda_start = *(unsigned short *)0x40e << 4;
  56                 bios_start = *(unsigned short *)0x413 << 10;
  57         }
  58
  59         if (bios_start < BIOS_START_MIN || bios_start > BIOS_START_MAX)
  60                 bios_start = BIOS_START_MAX;
  61
  62         if (ebda_start > BIOS_START_MIN && ebda_start < bios_start)
  63                 bios_start = ebda_start;
  64
  65         bios_start = round_down(bios_start, PAGE_SIZE);
  66
  67         /* Find the first usable memory region under bios_start. */
  68         for (i = boot_params->e820_entries - 1; i >= 0; i--) {
  69                 unsigned long new = bios_start;
  70
  71                 entry = &boot_params->e820_table[i];
  72
  73                 /* Skip all entries above bios_start. */
  74                 if (bios_start <= entry->addr)
  75                         continue;
  76
  77                 /* Skip non-RAM entries. */
  78                 if (entry->type != E820_TYPE_RAM)
  79                         continue;
  80
  81                 /* Adjust bios_start to the end of the entry if needed. */
  82                 if (bios_start > entry->addr + entry->size)
  83                         new = entry->addr + entry->size;
  84
  85                 /* Keep bios_start page-aligned. */
  86                 new = round_down(new, PAGE_SIZE);
  87
  88                 /* Skip the entry if it's too small. */
  89                 if (new - TRAMPOLINE_32BIT_SIZE < entry->addr)
  90                         continue;
  91
  92                 /* Protect against underflow. */
  93                 if (new - TRAMPOLINE_32BIT_SIZE > bios_start)
  94                         break;
  95
  96                 bios_start = new;
  97                 break;
  98         }
  99
 100         /* Place the trampoline just below the end of low memory */
 101         return bios_start - TRAMPOLINE_32BIT_SIZE;
 102 }
 103
 104 asmlinkage void configure_5level_paging(struct boot_params *bp)
 105 {
 106         void (*toggle_la57)(void *trampoline, bool enable_5lvl);
 107         bool l5_required = false;
 108
 109         /* Initialize boot_params. Required for cmdline_find_option_bool(). */
 110         boot_params = bp;
 111
 112         /*
 113          * Check if LA57 is desired and supported.
 114          *
 115          * There are several parts to the check:
 116          *   - if the kernel supports 5-level paging: CONFIG_X86_5LEVEL=y
 117          *   - if user asked to disable 5-level paging: no5lvl in cmdline
 118          *   - if the machine supports 5-level paging:
 119          *     + CPUID leaf 7 is supported
 120          *     + the leaf has the feature bit set
 121          *
 122          * That's substitute for boot_cpu_has() in early boot code.
 123          */
 124         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_5LEVEL) &&
 125                         !cmdline_find_option_bool("no5lvl") &&
 126                         native_cpuid_eax(0) >= 7 &&
 127                         (native_cpuid_ecx(7) & (1 << (X86_FEATURE_LA57 & 31)))) {
 128                 l5_required = true;
 129
 130                 /* Initialize variables for 5-level paging */
 131                 __pgtable_l5_enabled = 1;
 132                 pgdir_shift = 48;
 133                 ptrs_per_p4d = 512;
 134         }
 135
 136         trampoline_32bit = (unsigned long *)find_trampoline_placement();
 137
 138         /* Preserve trampoline memory */
 139         memcpy(trampoline_save, trampoline_32bit, TRAMPOLINE_32BIT_SIZE);
 140
 141         /* Clear trampoline memory first */
 142         memset(trampoline_32bit, 0, TRAMPOLINE_32BIT_SIZE);
 143
 144         /* Copy trampoline code in place */
 145         toggle_la57 = memcpy(trampoline_32bit +
 146                         TRAMPOLINE_32BIT_CODE_OFFSET / sizeof(unsigned long),
 147                         &trampoline_32bit_src, TRAMPOLINE_32BIT_CODE_SIZE);
 148
 149         /*
 150          * Avoid the need for a stack in the 32-bit trampoline code, by using
 151          * LJMP rather than LRET to return back to long mode. LJMP takes an
 152          * immediate absolute address, which needs to be adjusted based on the
 153          * placement of the trampoline.
 154          */
 155         *(u32 *)((u8 *)toggle_la57 + trampoline_ljmp_imm_offset) +=
 156                                                 (unsigned long)toggle_la57;
 157
 158         /*
 159          * The code below prepares page table in trampoline memory.
 160          *
 161          * The new page table will be used by trampoline code for switching
 162          * from 4- to 5-level paging or vice versa.
 163          *
 164          * If switching is not required, the page table is unused: trampoline
 165          * code wouldn't touch CR3.
 166          */
 167
 168         /*
 169          * We are not going to use the page table in trampoline memory if we
 170          * are already in the desired paging mode.
 171          */
 172         if (l5_required == !!(native_read_cr4() & X86_CR4_LA57))
 173                 goto out;
 174
 175         if (l5_required) {
 176                 /*
 177                  * For 4- to 5-level paging transition, set up current CR3 as
 178                  * the first and the only entry in a new top-level page table.
 179                  */
 180                 trampoline_32bit[TRAMPOLINE_32BIT_PGTABLE_OFFSET] = __native_read_cr3() | _PAGE_TABLE_NOENC;
 181         } else {
 182                 unsigned long src;
 183
 184                 /*
 185                  * For 5- to 4-level paging transition, copy page table pointed
 186                  * by first entry in the current top-level page table as our
 187                  * new top-level page table.
 188                  *
 189                  * We cannot just point to the page table from trampoline as it
 190                  * may be above 4G.
 191                  */
 192                 src = *(unsigned long *)__native_read_cr3() & PAGE_MASK;
 193                 memcpy(trampoline_32bit + TRAMPOLINE_32BIT_PGTABLE_OFFSET / sizeof(unsigned long),
 194                        (void *)src, PAGE_SIZE);
 195         }
 196
 197 out:
 198         toggle_la57(trampoline_32bit, l5_required);
 199 }
 200
 201 void cleanup_trampoline(void *pgtable)
 202 {
 203         void *trampoline_pgtable;
 204
 205         trampoline_pgtable = trampoline_32bit + TRAMPOLINE_32BIT_PGTABLE_OFFSET / sizeof(unsigned long);
 206
 207         /*
 208          * Move the top level page table out of trampoline memory,
 209          * if it's there.
 210          */
 211         if ((void *)__native_read_cr3() == trampoline_pgtable) {
 212                 memcpy(pgtable, trampoline_pgtable, PAGE_SIZE);
 213                 native_write_cr3((unsigned long)pgtable);
 214         }
 215
 216         /* Restore trampoline memory */
 217         memcpy(trampoline_32bit, trampoline_save, TRAMPOLINE_32BIT_SIZE);
 218 }