x86: Setup fixed range MTRRs for legacy regions
[platform/kernel/u-boot.git] / 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  * Part of this file is adapted from coreboot
17  * src/arch/x86/lib/cpu.c
18  *
19  * SPDX-License-Identifier:     GPL-2.0+
20  */
21
22 #include <common.h>
23 #include <command.h>
24 #include <dm.h>
25 #include <errno.h>
26 #include <malloc.h>
27 #include <asm/control_regs.h>
28 #include <asm/cpu.h>
29 #include <asm/lapic.h>
30 #include <asm/mp.h>
31 #include <asm/msr.h>
32 #include <asm/mtrr.h>
33 #include <asm/post.h>
34 #include <asm/processor.h>
35 #include <asm/processor-flags.h>
36 #include <asm/interrupt.h>
37 #include <asm/tables.h>
38 #include <linux/compiler.h>
39
40 DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;
41
42 /*
43  * Constructor for a conventional segment GDT (or LDT) entry
44  * This is a macro so it can be used in initialisers
45  */
46 #define GDT_ENTRY(flags, base, limit)                   \
47         ((((base)  & 0xff000000ULL) << (56-24)) |       \
48          (((flags) & 0x0000f0ffULL) << 40) |            \
49          (((limit) & 0x000f0000ULL) << (48-16)) |       \
50          (((base)  & 0x00ffffffULL) << 16) |            \
51          (((limit) & 0x0000ffffULL)))
52
53 struct gdt_ptr {
54         u16 len;
55         u32 ptr;
56 } __packed;
57
58 struct cpu_device_id {
59         unsigned vendor;
60         unsigned device;
61 };
62
63 struct cpuinfo_x86 {
64         uint8_t x86;            /* CPU family */
65         uint8_t x86_vendor;     /* CPU vendor */
66         uint8_t x86_model;
67         uint8_t x86_mask;
68 };
69
70 /*
71  * List of cpu vendor strings along with their normalized
72  * id values.
73  */
74 static struct {
75         int vendor;
76         const char *name;
77 } x86_vendors[] = {
78         { X86_VENDOR_INTEL,     "GenuineIntel", },
79         { X86_VENDOR_CYRIX,     "CyrixInstead", },
80         { X86_VENDOR_AMD,       "AuthenticAMD", },
81         { X86_VENDOR_UMC,       "UMC UMC UMC ", },
82         { X86_VENDOR_NEXGEN,    "NexGenDriven", },
83         { X86_VENDOR_CENTAUR,   "CentaurHauls", },
84         { X86_VENDOR_RISE,      "RiseRiseRise", },
85         { X86_VENDOR_TRANSMETA, "GenuineTMx86", },
86         { X86_VENDOR_TRANSMETA, "TransmetaCPU", },
87         { X86_VENDOR_NSC,       "Geode by NSC", },
88         { X86_VENDOR_SIS,       "SiS SiS SiS ", },
89 };
90
91 static const char *const x86_vendor_name[] = {
92         [X86_VENDOR_INTEL]     = "Intel",
93         [X86_VENDOR_CYRIX]     = "Cyrix",
94         [X86_VENDOR_AMD]       = "AMD",
95         [X86_VENDOR_UMC]       = "UMC",
96         [X86_VENDOR_NEXGEN]    = "NexGen",
97         [X86_VENDOR_CENTAUR]   = "Centaur",
98         [X86_VENDOR_RISE]      = "Rise",
99         [X86_VENDOR_TRANSMETA] = "Transmeta",
100         [X86_VENDOR_NSC]       = "NSC",
101         [X86_VENDOR_SIS]       = "SiS",
102 };
103
104 static void load_ds(u32 segment)
105 {
106         asm volatile("movl %0, %%ds" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
107 }
108
109 static void load_es(u32 segment)
110 {
111         asm volatile("movl %0, %%es" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
112 }
113
114 static void load_fs(u32 segment)
115 {
116         asm volatile("movl %0, %%fs" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
117 }
118
119 static void load_gs(u32 segment)
120 {
121         asm volatile("movl %0, %%gs" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
122 }
123
124 static void load_ss(u32 segment)
125 {
126         asm volatile("movl %0, %%ss" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
127 }
128
129 static void load_gdt(const u64 *boot_gdt, u16 num_entries)
130 {
131         struct gdt_ptr gdt;
132
133         gdt.len = (num_entries * X86_GDT_ENTRY_SIZE) - 1;
134         gdt.ptr = (u32)boot_gdt;
135
136         asm volatile("lgdtl %0\n" : : "m" (gdt));
137 }
138
139 void setup_gdt(gd_t *id, u64 *gdt_addr)
140 {
141         id->arch.gdt = gdt_addr;
142         /* CS: code, read/execute, 4 GB, base 0 */
143         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_CS] = GDT_ENTRY(0xc09b, 0, 0xfffff);
144
145         /* DS: data, read/write, 4 GB, base 0 */
146         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS] = GDT_ENTRY(0xc093, 0, 0xfffff);
147
148         /* FS: data, read/write, 4 GB, base (Global Data Pointer) */
149         id->arch.gd_addr = id;
150         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_FS] = GDT_ENTRY(0xc093,
151                      (ulong)&id->arch.gd_addr, 0xfffff);
152
153         /* 16-bit CS: code, read/execute, 64 kB, base 0 */
154         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_CS] = GDT_ENTRY(0x009b, 0, 0x0ffff);
155
156         /* 16-bit DS: data, read/write, 64 kB, base 0 */
157         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_DS] = GDT_ENTRY(0x0093, 0, 0x0ffff);
158
159         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_FLAT_CS] = GDT_ENTRY(0x809b, 0, 0xfffff);
160         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_FLAT_DS] = GDT_ENTRY(0x8093, 0, 0xfffff);
161
162         load_gdt(gdt_addr, X86_GDT_NUM_ENTRIES);
163         load_ds(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
164         load_es(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
165         load_gs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
166         load_ss(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
167         load_fs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_FS);
168 }
169
170 #ifdef CONFIG_HAVE_FSP
171 /*
172  * Setup FSP execution environment GDT
173  *
174  * Per Intel FSP external architecture specification, before calling any FSP
175  * APIs, we need make sure the system is in flat 32-bit mode and both the code
176  * and data selectors should have full 4GB access range. Here we reuse the one
177  * we used in arch/x86/cpu/start16.S, and reload the segement registers.
178  */
179 void setup_fsp_gdt(void)
180 {
181         load_gdt((const u64 *)(gdt_rom + CONFIG_RESET_SEG_START), 4);
182         load_ds(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
183         load_ss(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
184         load_es(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
185         load_fs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
186         load_gs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
187 }
188 #endif
189
190 int __weak x86_cleanup_before_linux(void)
191 {
192 #ifdef CONFIG_BOOTSTAGE_STASH
193         bootstage_stash((void *)CONFIG_BOOTSTAGE_STASH_ADDR,
194                         CONFIG_BOOTSTAGE_STASH_SIZE);
195 #endif
196
197         return 0;
198 }
199
200 /*
201  * Cyrix CPUs without cpuid or with cpuid not yet enabled can be detected
202  * by the fact that they preserve the flags across the division of 5/2.
203  * PII and PPro exhibit this behavior too, but they have cpuid available.
204  */
205
206 /*
207  * Perform the Cyrix 5/2 test. A Cyrix won't change
208  * the flags, while other 486 chips will.
209  */
210 static inline int test_cyrix_52div(void)
211 {
212         unsigned int test;
213
214         __asm__ __volatile__(
215              "sahf\n\t"         /* clear flags (%eax = 0x0005) */
216              "div %b2\n\t"      /* divide 5 by 2 */
217              "lahf"             /* store flags into %ah */
218              : "=a" (test)
219              : "0" (5), "q" (2)
220              : "cc");
221
222         /* AH is 0x02 on Cyrix after the divide.. */
223         return (unsigned char) (test >> 8) == 0x02;
224 }
225
226 /*
227  *      Detect a NexGen CPU running without BIOS hypercode new enough
228  *      to have CPUID. (Thanks to Herbert Oppmann)
229  */
230
231 static int deep_magic_nexgen_probe(void)
232 {
233         int ret;
234
235         __asm__ __volatile__ (
236                 "       movw    $0x5555, %%ax\n"
237                 "       xorw    %%dx,%%dx\n"
238                 "       movw    $2, %%cx\n"
239                 "       divw    %%cx\n"
240                 "       movl    $0, %%eax\n"
241                 "       jnz     1f\n"
242                 "       movl    $1, %%eax\n"
243                 "1:\n"
244                 : "=a" (ret) : : "cx", "dx");
245         return  ret;
246 }
247
248 static bool has_cpuid(void)
249 {
250         return flag_is_changeable_p(X86_EFLAGS_ID);
251 }
252
253 static bool has_mtrr(void)
254 {
255         return cpuid_edx(0x00000001) & (1 << 12) ? true : false;
256 }
257
258 static int build_vendor_name(char *vendor_name)
259 {
260         struct cpuid_result result;
261         result = cpuid(0x00000000);
262         unsigned int *name_as_ints = (unsigned int *)vendor_name;
263
264         name_as_ints[0] = result.ebx;
265         name_as_ints[1] = result.edx;
266         name_as_ints[2] = result.ecx;
267
268         return result.eax;
269 }
270
271 static void identify_cpu(struct cpu_device_id *cpu)
272 {
273         char vendor_name[16];
274         int i;
275
276         vendor_name[0] = '\0'; /* Unset */
277         cpu->device = 0; /* fix gcc 4.4.4 warning */
278
279         /* Find the id and vendor_name */
280         if (!has_cpuid()) {
281                 /* Its a 486 if we can modify the AC flag */
282                 if (flag_is_changeable_p(X86_EFLAGS_AC))
283                         cpu->device = 0x00000400; /* 486 */
284                 else
285                         cpu->device = 0x00000300; /* 386 */
286                 if ((cpu->device == 0x00000400) && test_cyrix_52div()) {
287                         memcpy(vendor_name, "CyrixInstead", 13);
288                         /* If we ever care we can enable cpuid here */
289                 }
290                 /* Detect NexGen with old hypercode */
291                 else if (deep_magic_nexgen_probe())
292                         memcpy(vendor_name, "NexGenDriven", 13);
293         }
294         if (has_cpuid()) {
295                 int  cpuid_level;
296
297                 cpuid_level = build_vendor_name(vendor_name);
298                 vendor_name[12] = '\0';
299
300                 /* Intel-defined flags: level 0x00000001 */
301                 if (cpuid_level >= 0x00000001) {
302                         cpu->device = cpuid_eax(0x00000001);
303                 } else {
304                         /* Have CPUID level 0 only unheard of */
305                         cpu->device = 0x00000400;
306                 }
307         }
308         cpu->vendor = X86_VENDOR_UNKNOWN;
309         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(x86_vendors); i++) {
310                 if (memcmp(vendor_name, x86_vendors[i].name, 12) == 0) {
311                         cpu->vendor = x86_vendors[i].vendor;
312                         break;
313                 }
314         }
315 }
316
317 static inline void get_fms(struct cpuinfo_x86 *c, uint32_t tfms)
318 {
319         c->x86 = (tfms >> 8) & 0xf;
320         c->x86_model = (tfms >> 4) & 0xf;
321         c->x86_mask = tfms & 0xf;
322         if (c->x86 == 0xf)
323                 c->x86 += (tfms >> 20) & 0xff;
324         if (c->x86 >= 0x6)
325                 c->x86_model += ((tfms >> 16) & 0xF) << 4;
326 }
327
328 int x86_cpu_init_f(void)
329 {
330         const u32 em_rst = ~X86_CR0_EM;
331         const u32 mp_ne_set = X86_CR0_MP | X86_CR0_NE;
332
333         /* initialize FPU, reset EM, set MP and NE */
334         asm ("fninit\n" \
335              "movl %%cr0, %%eax\n" \
336              "andl %0, %%eax\n" \
337              "orl  %1, %%eax\n" \
338              "movl %%eax, %%cr0\n" \
339              : : "i" (em_rst), "i" (mp_ne_set) : "eax");
340
341         /* identify CPU via cpuid and store the decoded info into gd->arch */
342         if (has_cpuid()) {
343                 struct cpu_device_id cpu;
344                 struct cpuinfo_x86 c;
345
346                 identify_cpu(&cpu);
347                 get_fms(&c, cpu.device);
348                 gd->arch.x86 = c.x86;
349                 gd->arch.x86_vendor = cpu.vendor;
350                 gd->arch.x86_model = c.x86_model;
351                 gd->arch.x86_mask = c.x86_mask;
352                 gd->arch.x86_device = cpu.device;
353
354                 gd->arch.has_mtrr = has_mtrr();
355         }
356
357         /* Configure fixed range MTRRs for some legacy regions */
358         if (gd->arch.has_mtrr) {
359                 u64 mtrr_cap;
360
361                 mtrr_cap = native_read_msr(MTRR_CAP_MSR);
362                 if (mtrr_cap & MTRR_CAP_FIX) {
363                         /* Mark the VGA RAM area as uncacheable */
364                         native_write_msr(MTRR_FIX_16K_A0000_MSR, 0, 0);
365
366                         /* Mark the PCI ROM area as uncacheable */
367                         native_write_msr(MTRR_FIX_4K_C0000_MSR, 0, 0);
368                         native_write_msr(MTRR_FIX_4K_C8000_MSR, 0, 0);
369                         native_write_msr(MTRR_FIX_4K_D0000_MSR, 0, 0);
370                         native_write_msr(MTRR_FIX_4K_D8000_MSR, 0, 0);
371
372                         /* Enable the fixed range MTRRs */
373                         msr_setbits_64(MTRR_DEF_TYPE_MSR, MTRR_DEF_TYPE_FIX_EN);
374                 }
375         }
376
377         return 0;
378 }
379
380 void x86_enable_caches(void)
381 {
382         unsigned long cr0;
383
384         cr0 = read_cr0();
385         cr0 &= ~(X86_CR0_NW | X86_CR0_CD);
386         write_cr0(cr0);
387         wbinvd();
388 }
389 void enable_caches(void) __attribute__((weak, alias("x86_enable_caches")));
390
391 void x86_disable_caches(void)
392 {
393         unsigned long cr0;
394
395         cr0 = read_cr0();
396         cr0 |= X86_CR0_NW | X86_CR0_CD;
397         wbinvd();
398         write_cr0(cr0);
399         wbinvd();
400 }
401 void disable_caches(void) __attribute__((weak, alias("x86_disable_caches")));
402
403 int x86_init_cache(void)
404 {
405         enable_caches();
406
407         return 0;
408 }
409 int init_cache(void) __attribute__((weak, alias("x86_init_cache")));
410
411 int do_reset(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])
412 {
413         printf("resetting ...\n");
414
415         /* wait 50 ms */
416         udelay(50000);
417         disable_interrupts();
418         reset_cpu(0);
419
420         /*NOTREACHED*/
421         return 0;
422 }
423
424 void  flush_cache(unsigned long dummy1, unsigned long dummy2)
425 {
426         asm("wbinvd\n");
427 }
428
429 __weak void reset_cpu(ulong addr)
430 {
431         /* Do a hard reset through the chipset's reset control register */
432         outb(SYS_RST | RST_CPU, PORT_RESET);
433         for (;;)
434                 cpu_hlt();
435 }
436
437 void x86_full_reset(void)
438 {
439         outb(FULL_RST | SYS_RST | RST_CPU, PORT_RESET);
440 }
441
442 int dcache_status(void)
443 {
444         return !(read_cr0() & 0x40000000);
445 }
446
447 /* Define these functions to allow ehch-hcd to function */
448 void flush_dcache_range(unsigned long start, unsigned long stop)
449 {
450 }
451
452 void invalidate_dcache_range(unsigned long start, unsigned long stop)
453 {
454 }
455
456 void dcache_enable(void)
457 {
458         enable_caches();
459 }
460
461 void dcache_disable(void)
462 {
463         disable_caches();
464 }
465
466 void icache_enable(void)
467 {
468 }
469
470 void icache_disable(void)
471 {
472 }
473
474 int icache_status(void)
475 {
476         return 1;
477 }
478
479 void cpu_enable_paging_pae(ulong cr3)
480 {
481         __asm__ __volatile__(
482                 /* Load the page table address */
483                 "movl   %0, %%cr3\n"
484                 /* Enable pae */
485                 "movl   %%cr4, %%eax\n"
486                 "orl    $0x00000020, %%eax\n"
487                 "movl   %%eax, %%cr4\n"
488                 /* Enable paging */
489                 "movl   %%cr0, %%eax\n"
490                 "orl    $0x80000000, %%eax\n"
491                 "movl   %%eax, %%cr0\n"
492                 :
493                 : "r" (cr3)
494                 : "eax");
495 }
496
497 void cpu_disable_paging_pae(void)
498 {
499         /* Turn off paging */
500         __asm__ __volatile__ (
501                 /* Disable paging */
502                 "movl   %%cr0, %%eax\n"
503                 "andl   $0x7fffffff, %%eax\n"
504                 "movl   %%eax, %%cr0\n"
505                 /* Disable pae */
506                 "movl   %%cr4, %%eax\n"
507                 "andl   $0xffffffdf, %%eax\n"
508                 "movl   %%eax, %%cr4\n"
509                 :
510                 :
511                 : "eax");
512 }
513
514 static bool can_detect_long_mode(void)
515 {
516         return cpuid_eax(0x80000000) > 0x80000000UL;
517 }
518
519 static bool has_long_mode(void)
520 {
521         return cpuid_edx(0x80000001) & (1 << 29) ? true : false;
522 }
523
524 int cpu_has_64bit(void)
525 {
526         return has_cpuid() && can_detect_long_mode() &&
527                 has_long_mode();
528 }
529
530 const char *cpu_vendor_name(int vendor)
531 {
532         const char *name;
533         name = "<invalid cpu vendor>";
534         if ((vendor < (ARRAY_SIZE(x86_vendor_name))) &&
535             (x86_vendor_name[vendor] != 0))
536                 name = x86_vendor_name[vendor];
537
538         return name;
539 }
540
541 char *cpu_get_name(char *name)
542 {
543         unsigned int *name_as_ints = (unsigned int *)name;
544         struct cpuid_result regs;
545         char *ptr;
546         int i;
547
548         /* This bit adds up to 48 bytes */
549         for (i = 0; i < 3; i++) {
550                 regs = cpuid(0x80000002 + i);
551                 name_as_ints[i * 4 + 0] = regs.eax;
552                 name_as_ints[i * 4 + 1] = regs.ebx;
553                 name_as_ints[i * 4 + 2] = regs.ecx;
554                 name_as_ints[i * 4 + 3] = regs.edx;
555         }
556         name[CPU_MAX_NAME_LEN - 1] = '\0';
557
558         /* Skip leading spaces. */
559         ptr = name;
560         while (*ptr == ' ')
561                 ptr++;
562
563         return ptr;
564 }
565
566 int default_print_cpuinfo(void)
567 {
568         printf("CPU: %s, vendor %s, device %xh\n",
569                cpu_has_64bit() ? "x86_64" : "x86",
570                cpu_vendor_name(gd->arch.x86_vendor), gd->arch.x86_device);
571
572         return 0;
573 }
574
575 #define PAGETABLE_SIZE          (6 * 4096)
576
577 /**
578  * build_pagetable() - build a flat 4GiB page table structure for 64-bti mode
579  *
580  * @pgtable: Pointer to a 24iKB block of memory
581  */
582 static void build_pagetable(uint32_t *pgtable)
583 {
584         uint i;
585
586         memset(pgtable, '\0', PAGETABLE_SIZE);
587
588         /* Level 4 needs a single entry */
589         pgtable[0] = (uint32_t)&pgtable[1024] + 7;
590
591         /* Level 3 has one 64-bit entry for each GiB of memory */
592         for (i = 0; i < 4; i++) {
593                 pgtable[1024 + i * 2] = (uint32_t)&pgtable[2048] +
594                                                         0x1000 * i + 7;
595         }
596
597         /* Level 2 has 2048 64-bit entries, each repesenting 2MiB */
598         for (i = 0; i < 2048; i++)
599                 pgtable[2048 + i * 2] = 0x183 + (i << 21UL);
600 }
601
602 int cpu_jump_to_64bit(ulong setup_base, ulong target)
603 {
604         uint32_t *pgtable;
605
606         pgtable = memalign(4096, PAGETABLE_SIZE);
607         if (!pgtable)
608                 return -ENOMEM;
609
610         build_pagetable(pgtable);
611         cpu_call64((ulong)pgtable, setup_base, target);
612         free(pgtable);
613
614         return -EFAULT;
615 }
616
617 void show_boot_progress(int val)
618 {
619 #if MIN_PORT80_KCLOCKS_DELAY
620         /*
621          * Scale the time counter reading to avoid using 64 bit arithmetics.
622          * Can't use get_timer() here becuase it could be not yet
623          * initialized or even implemented.
624          */
625         if (!gd->arch.tsc_prev) {
626                 gd->arch.tsc_base_kclocks = rdtsc() / 1000;
627                 gd->arch.tsc_prev = 0;
628         } else {
629                 uint32_t now;
630
631                 do {
632                         now = rdtsc() / 1000 - gd->arch.tsc_base_kclocks;
633                 } while (now < (gd->arch.tsc_prev + MIN_PORT80_KCLOCKS_DELAY));
634                 gd->arch.tsc_prev = now;
635         }
636 #endif
637         outb(val, POST_PORT);
638 }
639
640 #ifndef CONFIG_SYS_COREBOOT
641 int last_stage_init(void)
642 {
643         write_tables();
644
645         return 0;
646 }
647 #endif
648
649 #ifdef CONFIG_SMP
650 static int enable_smis(struct udevice *cpu, void *unused)
651 {
652         return 0;
653 }
654
655 static struct mp_flight_record mp_steps[] = {
656         MP_FR_BLOCK_APS(mp_init_cpu, NULL, mp_init_cpu, NULL),
657         /* Wait for APs to finish initialization before proceeding */
658         MP_FR_BLOCK_APS(NULL, NULL, enable_smis, NULL),
659 };
660
661 static int x86_mp_init(void)
662 {
663         struct mp_params mp_params;
664
665         mp_params.parallel_microcode_load = 0,
666         mp_params.flight_plan = &mp_steps[0];
667         mp_params.num_records = ARRAY_SIZE(mp_steps);
668         mp_params.microcode_pointer = 0;
669
670         if (mp_init(&mp_params)) {
671                 printf("Warning: MP init failure\n");
672                 return -EIO;
673         }
674
675         return 0;
676 }
677 #endif
678
679 __weak int x86_init_cpus(void)
680 {
681 #ifdef CONFIG_SMP
682         debug("Init additional CPUs\n");
683         x86_mp_init();
684 #endif
685
686         return 0;
687 }
688
689 int cpu_init_r(void)
690 {
691         return x86_init_cpus();
692 }