sys/dev/uart/uart_dev_mu.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2018 Diane Bruce
   3  *
   4  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   5  * modification, are permitted provided that the following conditions
   6  * are met:
   7  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   8  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
   9  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  10  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  11  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  12  *
  13  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  14  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  15  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  16  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  17  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  18  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  19  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  20  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  21  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  22  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  23  * SUCH DAMAGE.
  24  */
  25
  26 /*
  27  * Based on uart_dev_pl011.c
  28  * Copyright (c) 2012 Semihalf.
  29  * All rights reserved.
  30  */
  31 /*
  32  * The mini Uart has the following features:
  33  * - 7 or 8 bit operation.
  34  * - 1 start and 1 stop bit.
  35  * - No parities.
  36  * - Break generation.
  37  * - 8 symbols deep FIFOs for receive and transmit.
  38  * - SW controlled RTS, SW readable CTS.
  39  * - Auto flow control with programmable FIFO level.
  40  * - 16550 like registers.
  41  * - Baudrate derived from system clock.
  42  * This is a mini UART and it does NOT have the following capabilities:
  43  * - Break detection
  44  * - Framing errors detection.
  45  * - Parity bit
  46  * - Receive Time-out interrupt
  47  * - DCD, DSR, DTR or RI signals.
  48  * The implemented UART is not a 16650 compatible UART However as far
  49  * as possible the first 8 control and status registers are laid out
  50  * like a 16550 UART. All 16550 register bits which are not supported can
  51  * be written but will be ignored and read back as 0. All control bits
  52  * for simple UART receive/transmit operations are available.
  53  */
  54
  55 #include "opt_acpi.h"
  56 #include "opt_platform.h"
  57
  58 #include <sys/cdefs.h>
  59 __FBSDID("$FreeBSD$");
  60
  61 #include <sys/param.h>
  62 #include <sys/systm.h>
  63 #include <sys/kernel.h>
  64 #include <sys/bus.h>
  65
  66 #include <machine/bus.h>
  67 #include <machine/machdep.h>
  68 #include <machine/pcpu.h>
  69
  70 #include <dev/uart/uart.h>
  71 #include <dev/uart/uart_cpu.h>
  72 #ifdef FDT
  73 #include <dev/uart/uart_cpu_fdt.h>
  74 #include <dev/ofw/ofw_bus.h>
  75 #endif
  76 #include <dev/uart/uart_bus.h>
  77 #include "uart_if.h"
  78
  79 /* BCM2835 Micro UART registers and masks*/
  80 #define AUX_MU_IO_REG           0x00            /* I/O register */
  81
  82 /*
  83  * According to errata bits 1 and 2 are swapped,
  84  * Also bits 2 and 3 are required to enable interrupts.
  85  */
  86 #define AUX_MU_IER_REG          0x01
  87 #define IER_RXENABLE            (1)
  88 #define IER_TXENABLE            (1<<1)
  89 #define IER_REQUIRED            (3<<2)
  90 #define IER_MASK_ALL            (IER_TXENABLE|IER_RXENABLE)
  91
  92 #define AUX_MU_IIR_REG          0x02
  93 #define IIR_READY               (1)
  94 #define IIR_TXREADY             (1<<1)
  95 #define IIR_RXREADY             (1<<2)
  96 #define IIR_CLEAR               (3<<1)
  97
  98 #define AUX_MU_LCR_REG          0x03
  99 #define LCR_WLEN7               (0)
 100 #define LCR_WLEN8               (3)
 101
 102 #define AUX_MU_MCR_REG          0x04
 103 #define AUX_MCR_RTS             (1<<1)
 104
 105 #define AUX_MU_LSR_REG          0x05
 106 #define LSR_RXREADY             (1)
 107 #define LSR_OVRRUN              (1<<1)
 108 #define LSR_TXEMPTY             (1<<5)
 109 #define LSR_TXIDLE              (1<<6)
 110
 111 #define AUX_MU_MSR_REG          0x06
 112 #define MSR_CTS                 (1<<5)
 113
 114 #define AUX_MU_SCRATCH_REG      0x07
 115
 116 #define AUX_MU_CNTL_REG         0x08
 117 #define CNTL_RXENAB             (1)
 118 #define CNTL_TXENAB             (1<<1)
 119
 120 #define AUX_MU_STAT_REG         0x09
 121 #define STAT_TX_SA              (1<<1)
 122 #define STAT_RX_SA              (1)
 123
 124 #define AUX_MU_BAUD_REG         0x0a
 125
 126 /*
 127  * FIXME: actual register size is SoC-dependent, we need to handle it
 128  */
 129 #define __uart_getreg(bas, reg)         \
 130         bus_space_read_4((bas)->bst, (bas)->bsh, uart_regofs(bas, reg))
 131 #define __uart_setreg(bas, reg, value)  \
 132         bus_space_write_4((bas)->bst, (bas)->bsh, uart_regofs(bas, reg), value)
 133
 134 /*
 135  * Low-level UART interface.
 136  */
 137 static int uart_mu_probe(struct uart_bas *bas);
 138 static void uart_mu_init(struct uart_bas *bas, int, int, int, int);
 139 static void uart_mu_term(struct uart_bas *bas);
 140 static void uart_mu_putc(struct uart_bas *bas, int);
 141 static int uart_mu_rxready(struct uart_bas *bas);
 142 static int uart_mu_getc(struct uart_bas *bas, struct mtx *);
 143
 144 static struct uart_ops uart_mu_ops = {
 145         .probe = uart_mu_probe,
 146         .init = uart_mu_init,
 147         .term = uart_mu_term,
 148         .putc = uart_mu_putc,
 149         .rxready = uart_mu_rxready,
 150         .getc = uart_mu_getc,
 151 };
 152
 153 static int
 154 uart_mu_probe(struct uart_bas *bas)
 155 {
 156
 157         return (0);
 158 }
 159
 160 /*
 161  * According to the docs, the cpu clock is locked to 250Mhz when
 162  * the micro-uart is used
 163  */
 164 #define CPU_CLOCK       250000000
 165
 166 static void
 167 uart_mu_param(struct uart_bas *bas, int baudrate, int databits, int stopbits,
 168     int parity)
 169 {
 170         uint32_t line;
 171         uint32_t baud;
 172
 173         /*
 174          * Zero all settings to make sure
 175          * UART is disabled and not configured
 176          */
 177         line = 0x0;
 178         __uart_setreg(bas, AUX_MU_CNTL_REG, line);
 179
 180         /* As I know UART is disabled I can setup the line */
 181         switch (databits) {
 182         case 7:
 183                 line |= LCR_WLEN7;
 184                 break;
 185         case 6:
 186         case 8:
 187         default:
 188                 line |= LCR_WLEN8;
 189                 break;
 190         }
 191
 192         __uart_setreg(bas, AUX_MU_LCR_REG, line);
 193
 194         /* See 2.2.1 BCM2835-ARM-Peripherals baudrate */
 195         if (baudrate != 0) {
 196                 baud = CPU_CLOCK / (8 * baudrate);
 197                 /* XXX
 198                  *  baud = cpu_clock() / (8 * baudrate);
 199                  */
 200                 __uart_setreg(bas, AUX_MU_BAUD_REG, ((uint32_t)(baud & 0xFFFF)));
 201         }
 202
 203         /* re-enable UART */
 204         __uart_setreg(bas, AUX_MU_CNTL_REG, CNTL_RXENAB|CNTL_TXENAB);
 205 }
 206
 207 static void
 208 uart_mu_init(struct uart_bas *bas, int baudrate, int databits, int stopbits,
 209     int parity)
 210 {
 211
 212         /* Mask all interrupts */
 213         __uart_setreg(bas, AUX_MU_IER_REG, 0);
 214         uart_mu_param(bas, baudrate, databits, stopbits, parity);
 215 }
 216
 217 static void
 218 uart_mu_term(struct uart_bas *bas)
 219 {
 220 }
 221
 222 static void
 223 uart_mu_putc(struct uart_bas *bas, int c)
 224 {
 225
 226         /* Wait when TX FIFO full. Push character otherwise. */
 227         while ((__uart_getreg(bas, AUX_MU_LSR_REG) & LSR_TXEMPTY) == 0)
 228                 ;
 229         __uart_setreg(bas, AUX_MU_IO_REG, c & 0xff);
 230 }
 231
 232 static int
 233 uart_mu_rxready(struct uart_bas *bas)
 234 {
 235
 236         return ((__uart_getreg(bas, AUX_MU_LSR_REG) & LSR_RXREADY) != 0);
 237 }
 238
 239 static int
 240 uart_mu_getc(struct uart_bas *bas, struct mtx *hwmtx)
 241 {
 242         int c;
 243
 244         while(!uart_mu_rxready(bas))
 245                 ;
 246         c = __uart_getreg(bas, AUX_MU_IO_REG) & 0xff;
 247         return (c);
 248 }
 249
 250 /*
 251  * High-level UART interface.
 252  */
 253 struct uart_mu_softc {
 254         struct uart_softc       bas;
 255         uint16_t                aux_ier; /* Interrupt mask */
 256 };
 257
 258 static int uart_mu_bus_attach(struct uart_softc *);
 259 static int uart_mu_bus_detach(struct uart_softc *);
 260 static int uart_mu_bus_flush(struct uart_softc *, int);
 261 static int uart_mu_bus_getsig(struct uart_softc *);
 262 static int uart_mu_bus_ioctl(struct uart_softc *, int, intptr_t);
 263 static int uart_mu_bus_ipend(struct uart_softc *);
 264 static int uart_mu_bus_param(struct uart_softc *, int, int, int, int);
 265 static int uart_mu_bus_probe(struct uart_softc *);
 266 static int uart_mu_bus_receive(struct uart_softc *);
 267 static int uart_mu_bus_setsig(struct uart_softc *, int);
 268 static int uart_mu_bus_transmit(struct uart_softc *);
 269 static void uart_mu_bus_grab(struct uart_softc *);
 270 static void uart_mu_bus_ungrab(struct uart_softc *);
 271
 272 static kobj_method_t uart_mu_methods[] = {
 273         KOBJMETHOD(uart_attach,         uart_mu_bus_attach),
 274         KOBJMETHOD(uart_detach,         uart_mu_bus_detach),
 275         KOBJMETHOD(uart_flush,          uart_mu_bus_flush),
 276         KOBJMETHOD(uart_getsig,         uart_mu_bus_getsig),
 277         KOBJMETHOD(uart_ioctl,          uart_mu_bus_ioctl),
 278         KOBJMETHOD(uart_ipend,          uart_mu_bus_ipend),
 279         KOBJMETHOD(uart_param,          uart_mu_bus_param),
 280         KOBJMETHOD(uart_probe,          uart_mu_bus_probe),
 281         KOBJMETHOD(uart_receive,        uart_mu_bus_receive),
 282         KOBJMETHOD(uart_setsig,         uart_mu_bus_setsig),
 283         KOBJMETHOD(uart_transmit,       uart_mu_bus_transmit),
 284         KOBJMETHOD(uart_grab,           uart_mu_bus_grab),
 285         KOBJMETHOD(uart_ungrab,         uart_mu_bus_ungrab),
 286         { 0, 0 }
 287 };
 288
 289 static struct uart_class uart_mu_class = {
 290         "aux-uart",
 291         uart_mu_methods,
 292         sizeof(struct uart_mu_softc),
 293         .uc_ops = &uart_mu_ops,
 294         .uc_range = 0x48,
 295         .uc_rclk = 0,
 296         .uc_rshift = 2
 297 };
 298
 299 #ifdef FDT
 300 static struct ofw_compat_data fdt_compat_data[] = {
 301         {"brcm,bcm2835-aux-uart" , (uintptr_t)&uart_mu_class},
 302         {NULL,                     (uintptr_t)NULL},
 303 };
 304 UART_FDT_CLASS_AND_DEVICE(fdt_compat_data);
 305 #endif
 306
 307 static int
 308 uart_mu_bus_attach(struct uart_softc *sc)
 309 {
 310         struct uart_mu_softc *psc;
 311         struct uart_bas *bas;
 312
 313         psc = (struct uart_mu_softc *)sc;
 314         bas = &sc->sc_bas;
 315         /* Clear interrupts */
 316         __uart_setreg(bas, AUX_MU_IIR_REG, IIR_CLEAR);
 317         /* Enable interrupts */
 318         psc->aux_ier = (IER_RXENABLE|IER_TXENABLE|IER_REQUIRED);
 319         __uart_setreg(bas, AUX_MU_IER_REG, psc->aux_ier);
 320         sc->sc_txbusy = 0;
 321
 322         return (0);
 323 }
 324
 325 static int
 326 uart_mu_bus_detach(struct uart_softc *sc)
 327 {
 328
 329         return (0);
 330 }
 331
 332 static int
 333 uart_mu_bus_flush(struct uart_softc *sc, int what)
 334 {
 335
 336         return (0);
 337 }
 338
 339 static int
 340 uart_mu_bus_getsig(struct uart_softc *sc)
 341 {
 342
 343         return (0);
 344 }
 345
 346 static int
 347 uart_mu_bus_ioctl(struct uart_softc *sc, int request, intptr_t data)
 348 {
 349         struct uart_bas *bas;
 350         int error;
 351
 352         bas = &sc->sc_bas;
 353         error = 0;
 354         uart_lock(sc->sc_hwmtx);
 355         switch (request) {
 356         case UART_IOCTL_BREAK:
 357                 break;
 358         case UART_IOCTL_BAUD:
 359                 *(int*)data = 115200;
 360                 break;
 361         default:
 362                 error = EINVAL;
 363                 break;
 364         }
 365         uart_unlock(sc->sc_hwmtx);
 366
 367         return (error);
 368 }
 369
 370 static int
 371 uart_mu_bus_ipend(struct uart_softc *sc)
 372 {
 373         struct uart_mu_softc *psc;
 374         struct uart_bas *bas;
 375         uint32_t ints;
 376         int ipend;
 377
 378         psc = (struct uart_mu_softc *)sc;
 379         bas = &sc->sc_bas;
 380
 381         uart_lock(sc->sc_hwmtx);
 382         ints = __uart_getreg(bas, AUX_MU_IIR_REG);
 383         ipend = 0;
 384
 385         /*
 386          * According to docs only one of IIR_RXREADY
 387          * or IIR_TXREADY are valid eg. Only one or the other.
 388          */
 389         if (ints & IIR_RXREADY) {
 390                 ipend |= SER_INT_RXREADY;
 391         } else if (ints & IIR_TXREADY) {
 392                 if (__uart_getreg(bas, AUX_MU_LSR_REG) & LSR_TXIDLE) {
 393                         if (sc->sc_txbusy)
 394                                 ipend |= SER_INT_TXIDLE;
 395
 396                         /* Disable TX interrupt */
 397                         __uart_setreg(bas, AUX_MU_IER_REG,
 398                                       psc->aux_ier & ~IER_TXENABLE);
 399                 }
 400         }
 401
 402         uart_unlock(sc->sc_hwmtx);
 403
 404         return (ipend);
 405 }
 406
 407 static int
 408 uart_mu_bus_param(struct uart_softc *sc, int baudrate, int databits,
 409     int stopbits, int parity)
 410 {
 411
 412         uart_lock(sc->sc_hwmtx);
 413         uart_mu_param(&sc->sc_bas, baudrate, databits, stopbits, parity);
 414         uart_unlock(sc->sc_hwmtx);
 415
 416         return (0);
 417 }
 418
 419 static int
 420 uart_mu_bus_probe(struct uart_softc *sc)
 421 {
 422
 423         /* MU always has 8 byte deep fifo */
 424         sc->sc_rxfifosz = 8;
 425         sc->sc_txfifosz = 8;
 426         device_set_desc(sc->sc_dev, "BCM2835 Mini-UART");
 427
 428         return (0);
 429 }
 430
 431 static int
 432 uart_mu_bus_receive(struct uart_softc *sc)
 433 {
 434         struct uart_mu_softc *psc;
 435         struct uart_bas *bas;
 436         uint32_t lsr, xc;
 437         int rx;
 438
 439         bas = &sc->sc_bas;
 440         uart_lock(sc->sc_hwmtx);
 441         psc = (struct uart_mu_softc *)sc;
 442
 443         lsr = __uart_getreg(bas, AUX_MU_LSR_REG);
 444         while (lsr & LSR_RXREADY) {
 445                 xc = __uart_getreg(bas, AUX_MU_IO_REG);
 446                 rx = xc & 0xff;
 447                 if (uart_rx_full(sc)) {
 448                         sc->sc_rxbuf[sc->sc_rxput] = UART_STAT_OVERRUN;
 449                         break;
 450                 }
 451                 uart_rx_put(sc, rx);
 452                 lsr = __uart_getreg(bas, AUX_MU_LSR_REG);
 453         }
 454         uart_unlock(sc->sc_hwmtx);
 455
 456         return (0);
 457 }
 458
 459 static int
 460 uart_mu_bus_setsig(struct uart_softc *sc, int sig)
 461 {
 462
 463         return (0);
 464 }
 465
 466 static int
 467 uart_mu_bus_transmit(struct uart_softc *sc)
 468 {
 469         struct uart_mu_softc *psc;
 470         struct uart_bas *bas;
 471         int i;
 472
 473         psc = (struct uart_mu_softc *)sc;
 474         bas = &sc->sc_bas;
 475         uart_lock(sc->sc_hwmtx);
 476
 477         for (i = 0; i < sc->sc_txdatasz; i++) {
 478                 __uart_setreg(bas, AUX_MU_IO_REG, sc->sc_txbuf[i] & 0xff);
 479                 uart_barrier(bas);
 480         }
 481
 482         /* Mark busy and enable TX interrupt */
 483         sc->sc_txbusy = 1;
 484         __uart_setreg(bas, AUX_MU_IER_REG, psc->aux_ier);
 485
 486         uart_unlock(sc->sc_hwmtx);
 487
 488         return (0);
 489 }
 490
 491 static void
 492 uart_mu_bus_grab(struct uart_softc *sc)
 493 {
 494         struct uart_mu_softc *psc;
 495         struct uart_bas *bas;
 496
 497         psc = (struct uart_mu_softc *)sc;
 498         bas = &sc->sc_bas;
 499
 500         /* Disable interrupts on switch to polling */
 501         uart_lock(sc->sc_hwmtx);
 502         __uart_setreg(bas, AUX_MU_IER_REG, psc->aux_ier &~IER_MASK_ALL);
 503         uart_unlock(sc->sc_hwmtx);
 504 }
 505
 506 static void
 507 uart_mu_bus_ungrab(struct uart_softc *sc)
 508 {
 509         struct uart_mu_softc *psc;
 510         struct uart_bas *bas;
 511
 512         psc = (struct uart_mu_softc *)sc;
 513         bas = &sc->sc_bas;
 514
 515         /* Switch to using interrupts while not grabbed */
 516         uart_lock(sc->sc_hwmtx);
 517         __uart_setreg(bas, AUX_MU_CNTL_REG, CNTL_RXENAB|CNTL_TXENAB);
 518         __uart_setreg(bas, AUX_MU_IER_REG, psc->aux_ier);
 519         uart_unlock(sc->sc_hwmtx);
 520 }