sys/i386/i386/elan-mmcr.c

   1 /*-
   2  * ----------------------------------------------------------------------------
   3  * "THE BEER-WARE LICENSE" (Revision 42):
   4  * <phk@FreeBSD.org> wrote this file.  As long as you retain this notice you
   5  * can do whatever you want with this stuff. If we meet some day, and you think
   6  * this stuff is worth it, you can buy me a beer in return.   Poul-Henning Kamp
   7  * ----------------------------------------------------------------------------
   8  *
   9  *
  10  * The AMD Elan sc520 is a system-on-chip gadget which is used in embedded
  11  * kind of things, see www.soekris.com for instance, and it has a few quirks
  12  * we need to deal with.
  13  * Unfortunately we cannot identify the gadget by CPUID output because it
  14  * depends on strapping options and only the stepping field may be useful
  15  * and those are undocumented from AMDs side.
  16  *
  17  * So instead we recognize the on-chip host-PCI bridge and call back from
  18  * sys/i386/pci/pci_bus.c to here if we find it.
  19  *
  20  * #ifdef CPU_ELAN_PPS
  21  *   The Elan has three general purpose counters, and when two of these
  22  *   are used just right they can hardware timestamp external events with
  23  *   approx 125 nsec resolution and +/- 125 nsec precision.
  24  *
  25  *   Connect the signal to TMR1IN and a GPIO pin, and configure the GPIO pin
  26  *   with a 'P' in sysctl machdep.elan_gpio_config.
  27  *
  28  *   The rising edge of the signal will start timer 1 counting up from
  29  *   zero, and when the timecounter polls for PPS, both counter 1 & 2 is
  30  *   read, as well as the GPIO bit.  If a rising edge has happened, the
  31  *   contents of timer 1 which is how long time ago the edge happened,
  32  *   is subtracted from timer 2 to give us a "true time stamp".
  33  *
  34  *   Echoing the PPS signal on any GPIO pin is supported (set it to 'e'
  35  *   or 'E' (inverted) in the sysctl)  The echo signal should only be
  36  *   used as a visual indication, not for calibration since it suffers
  37  *   from 1/hz (or more) jitter which the timestamps are compensated for.
  38  * #endif CPU_ELAN_PPS
  39  */
  40
  41 #include <sys/cdefs.h>
  42 __FBSDID("$FreeBSD$");
  43
  44 #include "opt_cpu.h"
  45 #include <sys/param.h>
  46 #include <sys/systm.h>
  47 #include <sys/kernel.h>
  48 #include <sys/conf.h>
  49 #include <sys/sysctl.h>
  50 #include <sys/syslog.h>
  51 #include <sys/timetc.h>
  52 #include <sys/proc.h>
  53 #include <sys/uio.h>
  54 #include <sys/lock.h>
  55 #include <sys/mutex.h>
  56 #include <sys/malloc.h>
  57 #include <sys/sysctl.h>
  58 #include <sys/timepps.h>
  59 #include <sys/watchdog.h>
  60
  61 #include <dev/led/led.h>
  62 #include <machine/md_var.h>
  63 #include <machine/elan_mmcr.h>
  64 #include <machine/pc/bios.h>
  65
  66 #include <vm/vm.h>
  67 #include <vm/pmap.h>
  68
  69 static char gpio_config[33];
  70
  71 static volatile uint16_t *mmcrptr;
  72 volatile struct elan_mmcr *elan_mmcr;
  73
  74 #ifdef CPU_ELAN_PPS
  75 static struct pps_state elan_pps;
  76 static volatile uint16_t *pps_ap[3];
  77 static u_int    pps_a, pps_d;
  78 static u_int    echo_a, echo_d;
  79 #endif /* CPU_ELAN_PPS */
  80
  81 #ifdef CPU_SOEKRIS
  82
  83 static struct bios_oem bios_soekris = {
  84         { 0xf0000, 0xf1000 },
  85         {
  86                 { "Soekris", 0, 8 },    /* Soekris Engineering. */
  87                 { "net4", 0, 8 },       /* net45xx */
  88                 { "comBIOS", 0, 54 },   /* comBIOS ver. 1.26a  20040819 ... */
  89                 { NULL, 0, 0 },
  90         }
  91 };
  92
  93 #endif
  94
  95 static u_int    led_cookie[32];
  96 static struct cdev *led_dev[32];
  97
  98 static void
  99 gpio_led(void *cookie, int state)
 100 {
 101         u_int u, v;
 102
 103         u = *(int *)cookie;
 104         v = u & 0xffff;
 105         u >>= 16;
 106         if (!state)
 107                 v ^= 0xc;
 108         mmcrptr[v / 2] = u;
 109 }
 110
 111 static int
 112 sysctl_machdep_elan_gpio_config(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 113 {
 114         u_int u, v;
 115         int i, np, ne;
 116         int error;
 117         char buf[32];
 118         char tmp[10];
 119
 120         error = SYSCTL_OUT(req, gpio_config, 33);
 121         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
 122                 return (error);
 123         if (req->newlen != 32)
 124                 return (EINVAL);
 125         error = SYSCTL_IN(req, buf, 32);
 126         if (error != 0)
 127                 return (error);
 128         /* Disallow any disabled pins and count pps and echo */
 129         np = ne = 0;
 130         for (i = 0; i < 32; i++) {
 131                 if (gpio_config[i] == '-' && buf[i] == '.')
 132                         buf[i] = gpio_config[i];
 133                 if (gpio_config[i] == '-' && buf[i] != '-')
 134                         return (EPERM);
 135                 if (buf[i] == 'P') {
 136                         np++;
 137                         if (np > 1)
 138                                 return (EINVAL);
 139                 }
 140                 if (buf[i] == 'e' || buf[i] == 'E') {
 141                         ne++;
 142                         if (ne > 1)
 143                                 return (EINVAL);
 144                 }
 145                 if (buf[i] != 'L' && buf[i] != 'l'
 146 #ifdef CPU_ELAN_PPS
 147                     && buf[i] != 'P' && buf[i] != 'E' && buf[i] != 'e'
 148 #endif /* CPU_ELAN_PPS */
 149                     && buf[i] != '.' && buf[i] != '-')
 150                         return (EINVAL);
 151         }
 152 #ifdef CPU_ELAN_PPS
 153         if (np == 0)
 154                 pps_a = pps_d = 0;
 155         if (ne == 0)
 156                 echo_a = echo_d = 0;
 157 #endif
 158         for (i = 0; i < 32; i++) {
 159                 u = 1 << (i & 0xf);
 160                 if (i >= 16)
 161                         v = 2;
 162                 else
 163                         v = 0;
 164 #ifdef CPU_SOEKRIS
 165                 if (i == 9)
 166                         ;
 167                 else
 168 #endif
 169                 if (buf[i] != 'l' && buf[i] != 'L' && led_dev[i] != NULL) {
 170                         led_destroy(led_dev[i]);
 171                         led_dev[i] = NULL;
 172                         mmcrptr[(0xc2a + v) / 2] &= ~u;
 173                 }
 174                 switch (buf[i]) {
 175 #ifdef CPU_ELAN_PPS
 176                 case 'P':
 177                         pps_d = u;
 178                         pps_a = 0xc30 + v;
 179                         pps_ap[0] = &mmcrptr[pps_a / 2];
 180                         pps_ap[1] = &elan_mmcr->GPTMR2CNT;
 181                         pps_ap[2] = &elan_mmcr->GPTMR1CNT;
 182                         mmcrptr[(0xc2a + v) / 2] &= ~u;
 183                         gpio_config[i] = buf[i];
 184                         break;
 185                 case 'e':
 186                 case 'E':
 187                         echo_d = u;
 188                         if (buf[i] == 'E')
 189                                 echo_a = 0xc34 + v;
 190                         else
 191                                 echo_a = 0xc38 + v;
 192                         mmcrptr[(0xc2a + v) / 2] |= u;
 193                         gpio_config[i] = buf[i];
 194                         break;
 195 #endif /* CPU_ELAN_PPS */
 196                 case 'l':
 197                 case 'L':
 198                         if (buf[i] == 'L')
 199                                 led_cookie[i] = (0xc34 + v) | (u << 16);
 200                         else
 201                                 led_cookie[i] = (0xc38 + v) | (u << 16);
 202                         if (led_dev[i])
 203                                 break;
 204                         sprintf(tmp, "gpio%d", i);
 205                         mmcrptr[(0xc2a + v) / 2] |= u;
 206                         gpio_config[i] = buf[i];
 207                         led_dev[i] =
 208                             led_create(gpio_led, &led_cookie[i], tmp);
 209                         break;
 210                 case '.':
 211                         gpio_config[i] = buf[i];
 212                         break;
 213                 case '-':
 214                 default:
 215                         break;
 216                 }
 217         }
 218         return (0);
 219 }
 220
 221 SYSCTL_OID(_machdep, OID_AUTO, elan_gpio_config, CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RW,
 222     NULL, 0, sysctl_machdep_elan_gpio_config, "A", "Elan CPU GPIO pin config");
 223
 224 #ifdef CPU_ELAN_PPS
 225 static void
 226 elan_poll_pps(struct timecounter *tc)
 227 {
 228         static int state;
 229         int i;
 230         uint16_t u, x, y, z;
 231         u_long eflags;
 232
 233         /*
 234          * Grab the HW state as quickly and compactly as we can.  Disable
 235          * interrupts to avoid measuring our interrupt service time on
 236          * hw with quality clock sources.
 237          */
 238         eflags = read_eflags();
 239         disable_intr();
 240         x = *pps_ap[0]; /* state, must be first, see below */
 241         y = *pps_ap[1]; /* timer2 */
 242         z = *pps_ap[2]; /* timer1 */
 243         write_eflags(eflags);
 244
 245         /*
 246          * Order is important here.  We need to check the state of the GPIO
 247          * pin first, in order to avoid reading timer 1 right before the
 248          * state change.  Technically pps_a may be zero in which case we
 249          * harmlessly read the REVID register and the contents of pps_d is
 250          * of no concern.
 251          */
 252
 253         i = x & pps_d;
 254
 255         /* If state did not change or we don't have a GPIO pin, return */
 256         if (i == state || pps_a == 0)
 257                 return;
 258
 259         state = i;
 260
 261         /* If the state is "low", flip the echo GPIO and return.  */
 262         if (!i) {
 263                 if (echo_a)
 264                         mmcrptr[(echo_a ^ 0xc) / 2] = echo_d;
 265                 return;
 266         }
 267
 268         /*
 269          * Subtract timer1 from timer2 to compensate for time from the
 270          * edge until we read the counters.
 271          */
 272         u = y - z;
 273
 274         pps_capture(&elan_pps);
 275         elan_pps.capcount = u;
 276         pps_event(&elan_pps, PPS_CAPTUREASSERT);
 277
 278         /* Twiddle echo bit */
 279         if (echo_a)
 280                 mmcrptr[echo_a / 2] = echo_d;
 281 }
 282 #endif /* CPU_ELAN_PPS */
 283
 284 static unsigned
 285 elan_get_timecount(struct timecounter *tc)
 286 {
 287
 288         /* Read timer2, end of story */
 289         return (elan_mmcr->GPTMR2CNT);
 290 }
 291
 292 /*
 293  * The Elan CPU can be run from a number of clock frequencies, this
 294  * allows you to override the default 33.3 MHZ.
 295  */
 296 #ifndef CPU_ELAN_XTAL
 297 #define CPU_ELAN_XTAL 33333333
 298 #endif
 299
 300 static struct timecounter elan_timecounter = {
 301         elan_get_timecount,
 302         NULL,
 303         0xffff,
 304         CPU_ELAN_XTAL / 4,
 305         "ELAN",
 306         1000
 307 };
 308
 309 static int
 310 sysctl_machdep_elan_freq(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 311 {
 312         u_int f;
 313         int error;
 314
 315         f = elan_timecounter.tc_frequency * 4;
 316         error = sysctl_handle_int(oidp, &f, 0, req);
 317         if (error == 0 && req->newptr != NULL)
 318                 elan_timecounter.tc_frequency = (f + 3) / 4;
 319         return (error);
 320 }
 321
 322 SYSCTL_PROC(_machdep, OID_AUTO, elan_freq, CTLTYPE_UINT | CTLFLAG_RW,
 323     0, sizeof (u_int), sysctl_machdep_elan_freq, "IU", "");
 324
 325 /*
 326  * Positively identifying the Elan can only be done through the PCI id of
 327  * the host-bridge, this function is called from i386/pci/pci_bus.c.
 328  */
 329 void
 330 init_AMD_Elan_sc520(void)
 331 {
 332         u_int new;
 333         int i;
 334
 335         mmcrptr = pmap_mapdev(0xfffef000, 0x1000);
 336         elan_mmcr = (volatile struct elan_mmcr *)mmcrptr;
 337
 338         /*-
 339          * The i8254 is driven with a nonstandard frequency which is
 340          * derived thusly:
 341          *   f = 32768 * 45 * 25 / 31 = 1189161.29...
 342          * We use the sysctl to get the i8254 (timecounter etc) into whack.
 343          */
 344
 345         new = 1189161;
 346         i = kernel_sysctlbyname(&thread0, "machdep.i8254_freq",
 347             NULL, 0, &new, sizeof new, NULL, 0);
 348         if (bootverbose || 1)
 349                 printf("sysctl machdep.i8254_freq=%d returns %d\n", new, i);
 350
 351         /* Start GP timer #2 and use it as timecounter, hz permitting */
 352         elan_mmcr->GPTMR2MAXCMPA = 0;
 353         elan_mmcr->GPTMR2CTL = 0xc001;
 354
 355 #ifdef CPU_ELAN_PPS
 356         /* Set up GP timer #1 as pps counter */
 357         elan_mmcr->CSPFS &= ~0x10;
 358         elan_mmcr->GPTMR1CTL = 0x8000 | 0x4000 | 0x10 | 0x1;
 359         elan_mmcr->GPTMR1MAXCMPA = 0x0;
 360         elan_mmcr->GPTMR1MAXCMPB = 0x0;
 361         elan_pps.ppscap |= PPS_CAPTUREASSERT;
 362         pps_init(&elan_pps);
 363 #endif
 364         tc_init(&elan_timecounter);
 365 }
 366
 367 static void
 368 elan_watchdog(void *foo __unused, u_int spec, int *error)
 369 {
 370         u_int u, v, w;
 371         static u_int cur;
 372
 373         u = spec & WD_INTERVAL;
 374         if (u > 0 && u <= 35) {
 375                 u = imax(u - 5, 24);
 376                 v = 2 << (u - 24);
 377                 v |= 0xc000;
 378
 379                 /*
 380                  * There is a bug in some silicon which prevents us from
 381                  * writing to the WDTMRCTL register if the GP echo mode is
 382                  * enabled.  GP echo mode on the other hand is desirable
 383                  * for other reasons.  Save and restore the GP echo mode
 384                  * around our hardware tom-foolery.
 385                  */
 386                 w = elan_mmcr->GPECHO;
 387                 elan_mmcr->GPECHO = 0;
 388                 if (v != cur) {
 389                         /* Clear the ENB bit */
 390                         elan_mmcr->WDTMRCTL = 0x3333;
 391                         elan_mmcr->WDTMRCTL = 0xcccc;
 392                         elan_mmcr->WDTMRCTL = 0;
 393
 394                         /* Set new value */
 395                         elan_mmcr->WDTMRCTL = 0x3333;
 396                         elan_mmcr->WDTMRCTL = 0xcccc;
 397                         elan_mmcr->WDTMRCTL = v;
 398                         cur = v;
 399                 } else {
 400                         /* Just reset timer */
 401                         elan_mmcr->WDTMRCTL = 0xaaaa;
 402                         elan_mmcr->WDTMRCTL = 0x5555;
 403                 }
 404                 elan_mmcr->GPECHO = w;
 405                 *error = 0;
 406         } else {
 407                 w = elan_mmcr->GPECHO;
 408                 elan_mmcr->GPECHO = 0;
 409                 elan_mmcr->WDTMRCTL = 0x3333;
 410                 elan_mmcr->WDTMRCTL = 0xcccc;
 411                 elan_mmcr->WDTMRCTL = 0x4080;
 412                 elan_mmcr->WDTMRCTL = w;                /* XXX What does this statement do? */
 413                 elan_mmcr->GPECHO = w;
 414                 cur = 0;
 415         }
 416 }
 417
 418 static int
 419 elan_mmap(struct cdev *dev, vm_offset_t offset, vm_paddr_t *paddr, int nprot)
 420 {
 421
 422         if (offset >= 0x1000)
 423                 return (-1);
 424         *paddr = 0xfffef000;
 425         return (0);
 426 }
 427 static int
 428 elan_ioctl(struct cdev *dev, u_long cmd, caddr_t arg, int flag, struct  thread *tdr)
 429 {
 430         int error;
 431
 432         error = ENOIOCTL;
 433
 434 #ifdef CPU_ELAN_PPS
 435         if (pps_a != 0)
 436                 error = pps_ioctl(cmd, arg, &elan_pps);
 437         /*
 438          * We only want to incur the overhead of the PPS polling if we
 439          * are actually asked to timestamp.
 440          */
 441         if (elan_pps.ppsparam.mode & PPS_CAPTUREASSERT) {
 442                 elan_timecounter.tc_poll_pps = elan_poll_pps;
 443         } else {
 444                 elan_timecounter.tc_poll_pps = NULL;
 445         }
 446         if (error != ENOIOCTL)
 447                 return (error);
 448 #endif
 449
 450         return(error);
 451 }
 452
 453 static struct cdevsw elan_cdevsw = {
 454         .d_version =    D_VERSION,
 455         .d_flags =      D_NEEDGIANT,
 456         .d_ioctl =      elan_ioctl,
 457         .d_mmap =       elan_mmap,
 458         .d_name =       "elan",
 459 };
 460
 461 static void
 462 elan_drvinit(void)
 463 {
 464
 465 #ifdef CPU_SOEKRIS
 466 #define BIOS_OEM_MAXLEN 72
 467         static u_char bios_oem[BIOS_OEM_MAXLEN] = "\0";
 468 #endif /* CPU_SOEKRIS */
 469
 470         /* If no elan found, just return */
 471         if (mmcrptr == NULL)
 472                 return;
 473
 474         printf("Elan-mmcr driver: MMCR at %p.%s\n",
 475             mmcrptr,
 476 #ifdef CPU_ELAN_PPS
 477             " PPS support."
 478 #else
 479             ""
 480 #endif
 481             );
 482
 483         make_dev(&elan_cdevsw, 0,
 484             UID_ROOT, GID_WHEEL, 0600, "elan-mmcr");
 485
 486 #ifdef CPU_SOEKRIS
 487         if ( bios_oem_strings(&bios_soekris, bios_oem, BIOS_OEM_MAXLEN) > 0 )
 488                 printf("Elan-mmcr %s\n", bios_oem);
 489
 490         /* Create the error LED on GPIO9 */
 491         led_cookie[9] = 0x02000c34;
 492         led_dev[9] = led_create(gpio_led, &led_cookie[9], "error");
 493
 494         /* Disable the unavailable GPIO pins */
 495         strcpy(gpio_config, "-----....--..--------..---------");
 496 #else /* !CPU_SOEKRIS */
 497         /* We don't know which pins are available so enable them all */
 498         strcpy(gpio_config, "................................");
 499 #endif /* CPU_SOEKRIS */
 500
 501         EVENTHANDLER_REGISTER(watchdog_list, elan_watchdog, NULL, 0);
 502 }
 503
 504 SYSINIT(elan, SI_SUB_PSEUDO, SI_ORDER_MIDDLE, elan_drvinit, NULL);
 505