55a0907bc8db122a23585c65a59734b2267ce079
[platform/kernel/u-boot.git] / arch / x86 / cpu / i386 / cpu.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
2 /*
3  * (C) Copyright 2008-2011
4  * Graeme Russ, <graeme.russ@gmail.com>
5  *
6  * (C) Copyright 2002
7  * Daniel Engström, Omicron Ceti AB, <daniel@omicron.se>
8  *
9  * (C) Copyright 2002
10  * Sysgo Real-Time Solutions, GmbH <www.elinos.com>
11  * Marius Groeger <mgroeger@sysgo.de>
12  *
13  * (C) Copyright 2002
14  * Sysgo Real-Time Solutions, GmbH <www.elinos.com>
15  * Alex Zuepke <azu@sysgo.de>
16  *
17  * Part of this file is adapted from coreboot
18  * src/arch/x86/lib/cpu.c
19  */
20
21 #include <common.h>
22 #include <cpu_func.h>
23 #include <init.h>
24 #include <log.h>
25 #include <malloc.h>
26 #include <spl.h>
27 #include <asm/control_regs.h>
28 #include <asm/coreboot_tables.h>
29 #include <asm/cpu.h>
30 #include <asm/mp.h>
31 #include <asm/msr.h>
32 #include <asm/mtrr.h>
33 #include <asm/processor-flags.h>
34
35 DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;
36
37 /*
38  * Constructor for a conventional segment GDT (or LDT) entry
39  * This is a macro so it can be used in initialisers
40  */
41 #define GDT_ENTRY(flags, base, limit)                   \
42         ((((base)  & 0xff000000ULL) << (56-24)) |       \
43          (((flags) & 0x0000f0ffULL) << 40) |            \
44          (((limit) & 0x000f0000ULL) << (48-16)) |       \
45          (((base)  & 0x00ffffffULL) << 16) |            \
46          (((limit) & 0x0000ffffULL)))
47
48 struct gdt_ptr {
49         u16 len;
50         u32 ptr;
51 } __packed;
52
53 struct cpu_device_id {
54         unsigned vendor;
55         unsigned device;
56 };
57
58 struct cpuinfo_x86 {
59         uint8_t x86;            /* CPU family */
60         uint8_t x86_vendor;     /* CPU vendor */
61         uint8_t x86_model;
62         uint8_t x86_mask;
63 };
64
65 /* gcc 7.3 does not wwant to drop x86_vendors, so use #ifdef */
66 #ifndef CONFIG_TPL_BUILD
67 /*
68  * List of cpu vendor strings along with their normalized
69  * id values.
70  */
71 static const struct {
72         int vendor;
73         const char *name;
74 } x86_vendors[] = {
75         { X86_VENDOR_INTEL,     "GenuineIntel", },
76         { X86_VENDOR_CYRIX,     "CyrixInstead", },
77         { X86_VENDOR_AMD,       "AuthenticAMD", },
78         { X86_VENDOR_UMC,       "UMC UMC UMC ", },
79         { X86_VENDOR_NEXGEN,    "NexGenDriven", },
80         { X86_VENDOR_CENTAUR,   "CentaurHauls", },
81         { X86_VENDOR_RISE,      "RiseRiseRise", },
82         { X86_VENDOR_TRANSMETA, "GenuineTMx86", },
83         { X86_VENDOR_TRANSMETA, "TransmetaCPU", },
84         { X86_VENDOR_NSC,       "Geode by NSC", },
85         { X86_VENDOR_SIS,       "SiS SiS SiS ", },
86 };
87 #endif
88
89 static void load_ds(u32 segment)
90 {
91         asm volatile("movl %0, %%ds" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
92 }
93
94 static void load_es(u32 segment)
95 {
96         asm volatile("movl %0, %%es" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
97 }
98
99 static void load_fs(u32 segment)
100 {
101         asm volatile("movl %0, %%fs" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
102 }
103
104 static void load_gs(u32 segment)
105 {
106         asm volatile("movl %0, %%gs" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
107 }
108
109 static void load_ss(u32 segment)
110 {
111         asm volatile("movl %0, %%ss" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
112 }
113
114 static void load_gdt(const u64 *boot_gdt, u16 num_entries)
115 {
116         struct gdt_ptr gdt;
117
118         gdt.len = (num_entries * X86_GDT_ENTRY_SIZE) - 1;
119         gdt.ptr = (ulong)boot_gdt;
120
121         asm volatile("lgdtl %0\n" : : "m" (gdt));
122 }
123
124 void arch_setup_gd(gd_t *new_gd)
125 {
126         u64 *gdt_addr;
127
128         gdt_addr = new_gd->arch.gdt;
129
130         /*
131          * CS: code, read/execute, 4 GB, base 0
132          *
133          * Some OS (like VxWorks) requires GDT entry 1 to be the 32-bit CS
134          */
135         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_UNUSED] = GDT_ENTRY(0xc09b, 0, 0xfffff);
136         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_CS] = GDT_ENTRY(0xc09b, 0, 0xfffff);
137
138         /* DS: data, read/write, 4 GB, base 0 */
139         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS] = GDT_ENTRY(0xc093, 0, 0xfffff);
140
141         /*
142          * FS: data, read/write, sizeof (Global Data Pointer),
143          * base (Global Data Pointer)
144          */
145         new_gd->arch.gd_addr = new_gd;
146         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_FS] = GDT_ENTRY(0x8093,
147                                         (ulong)&new_gd->arch.gd_addr,
148                                         sizeof(new_gd->arch.gd_addr) - 1);
149
150         /* 16-bit CS: code, read/execute, 64 kB, base 0 */
151         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_CS] = GDT_ENTRY(0x009b, 0, 0x0ffff);
152
153         /* 16-bit DS: data, read/write, 64 kB, base 0 */
154         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_DS] = GDT_ENTRY(0x0093, 0, 0x0ffff);
155
156         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_FLAT_CS] = GDT_ENTRY(0x809b, 0, 0xfffff);
157         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_FLAT_DS] = GDT_ENTRY(0x8093, 0, 0xfffff);
158
159         load_gdt(gdt_addr, X86_GDT_NUM_ENTRIES);
160         load_ds(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
161         load_es(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
162         load_gs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
163         load_ss(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
164         load_fs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_FS);
165 }
166
167 #ifdef CONFIG_HAVE_FSP
168 /*
169  * Setup FSP execution environment GDT
170  *
171  * Per Intel FSP external architecture specification, before calling any FSP
172  * APIs, we need make sure the system is in flat 32-bit mode and both the code
173  * and data selectors should have full 4GB access range. Here we reuse the one
174  * we used in arch/x86/cpu/start16.S, and reload the segement registers.
175  */
176 void setup_fsp_gdt(void)
177 {
178         load_gdt((const u64 *)(gdt_rom + CONFIG_RESET_SEG_START), 4);
179         load_ds(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
180         load_ss(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
181         load_es(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
182         load_fs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
183         load_gs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
184 }
185 #endif
186
187 /*
188  * Cyrix CPUs without cpuid or with cpuid not yet enabled can be detected
189  * by the fact that they preserve the flags across the division of 5/2.
190  * PII and PPro exhibit this behavior too, but they have cpuid available.
191  */
192
193 /*
194  * Perform the Cyrix 5/2 test. A Cyrix won't change
195  * the flags, while other 486 chips will.
196  */
197 static inline int test_cyrix_52div(void)
198 {
199         unsigned int test;
200
201         __asm__ __volatile__(
202              "sahf\n\t"         /* clear flags (%eax = 0x0005) */
203              "div %b2\n\t"      /* divide 5 by 2 */
204              "lahf"             /* store flags into %ah */
205              : "=a" (test)
206              : "0" (5), "q" (2)
207              : "cc");
208
209         /* AH is 0x02 on Cyrix after the divide.. */
210         return (unsigned char) (test >> 8) == 0x02;
211 }
212
213 #ifndef CONFIG_TPL_BUILD
214 /*
215  *      Detect a NexGen CPU running without BIOS hypercode new enough
216  *      to have CPUID. (Thanks to Herbert Oppmann)
217  */
218 static int deep_magic_nexgen_probe(void)
219 {
220         int ret;
221
222         __asm__ __volatile__ (
223                 "       movw    $0x5555, %%ax\n"
224                 "       xorw    %%dx,%%dx\n"
225                 "       movw    $2, %%cx\n"
226                 "       divw    %%cx\n"
227                 "       movl    $0, %%eax\n"
228                 "       jnz     1f\n"
229                 "       movl    $1, %%eax\n"
230                 "1:\n"
231                 : "=a" (ret) : : "cx", "dx");
232         return  ret;
233 }
234 #endif
235
236 static bool has_cpuid(void)
237 {
238         return flag_is_changeable_p(X86_EFLAGS_ID);
239 }
240
241 static bool has_mtrr(void)
242 {
243         return cpuid_edx(0x00000001) & (1 << 12) ? true : false;
244 }
245
246 #ifndef CONFIG_TPL_BUILD
247 static int build_vendor_name(char *vendor_name)
248 {
249         struct cpuid_result result;
250         result = cpuid(0x00000000);
251         unsigned int *name_as_ints = (unsigned int *)vendor_name;
252
253         name_as_ints[0] = result.ebx;
254         name_as_ints[1] = result.edx;
255         name_as_ints[2] = result.ecx;
256
257         return result.eax;
258 }
259 #endif
260
261 static void identify_cpu(struct cpu_device_id *cpu)
262 {
263         cpu->device = 0; /* fix gcc 4.4.4 warning */
264
265         /*
266          * Do a quick and dirty check to save space - Intel and AMD only and
267          * just the vendor. This is enough for most TPL code.
268          */
269         if (spl_phase() == PHASE_TPL) {
270                 struct cpuid_result result;
271
272                 result = cpuid(0x00000000);
273                 switch (result.ecx >> 24) {
274                 case 'l': /* GenuineIntel */
275                         cpu->vendor = X86_VENDOR_INTEL;
276                         break;
277                 case 'D': /* AuthenticAMD */
278                         cpu->vendor = X86_VENDOR_AMD;
279                         break;
280                 default:
281                         cpu->vendor = X86_VENDOR_ANY;
282                         break;
283                 }
284                 return;
285         }
286
287 /* gcc 7.3 does not want to drop x86_vendors, so use #ifdef */
288 #ifndef CONFIG_TPL_BUILD
289         char vendor_name[16];
290         int i;
291
292         vendor_name[0] = '\0'; /* Unset */
293
294         /* Find the id and vendor_name */
295         if (!has_cpuid()) {
296                 /* Its a 486 if we can modify the AC flag */
297                 if (flag_is_changeable_p(X86_EFLAGS_AC))
298                         cpu->device = 0x00000400; /* 486 */
299                 else
300                         cpu->device = 0x00000300; /* 386 */
301                 if ((cpu->device == 0x00000400) && test_cyrix_52div()) {
302                         memcpy(vendor_name, "CyrixInstead", 13);
303                         /* If we ever care we can enable cpuid here */
304                 }
305                 /* Detect NexGen with old hypercode */
306                 else if (deep_magic_nexgen_probe())
307                         memcpy(vendor_name, "NexGenDriven", 13);
308         } else {
309                 int cpuid_level;
310
311                 cpuid_level = build_vendor_name(vendor_name);
312                 vendor_name[12] = '\0';
313
314                 /* Intel-defined flags: level 0x00000001 */
315                 if (cpuid_level >= 0x00000001) {
316                         cpu->device = cpuid_eax(0x00000001);
317                 } else {
318                         /* Have CPUID level 0 only unheard of */
319                         cpu->device = 0x00000400;
320                 }
321         }
322         cpu->vendor = X86_VENDOR_UNKNOWN;
323         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(x86_vendors); i++) {
324                 if (memcmp(vendor_name, x86_vendors[i].name, 12) == 0) {
325                         cpu->vendor = x86_vendors[i].vendor;
326                         break;
327                 }
328         }
329 #endif
330 }
331
332 static inline void get_fms(struct cpuinfo_x86 *c, uint32_t tfms)
333 {
334         c->x86 = (tfms >> 8) & 0xf;
335         c->x86_model = (tfms >> 4) & 0xf;
336         c->x86_mask = tfms & 0xf;
337         if (c->x86 == 0xf)
338                 c->x86 += (tfms >> 20) & 0xff;
339         if (c->x86 >= 0x6)
340                 c->x86_model += ((tfms >> 16) & 0xF) << 4;
341 }
342
343 u32 cpu_get_family_model(void)
344 {
345         return gd->arch.x86_device & 0x0fff0ff0;
346 }
347
348 u32 cpu_get_stepping(void)
349 {
350         return gd->arch.x86_mask;
351 }
352
353 /* initialise FPU, reset EM, set MP and NE */
354 static void setup_cpu_features(void)
355 {
356         const u32 em_rst = ~X86_CR0_EM;
357         const u32 mp_ne_set = X86_CR0_MP | X86_CR0_NE;
358
359         asm ("fninit\n" \
360         "movl %%cr0, %%eax\n" \
361         "andl %0, %%eax\n" \
362         "orl  %1, %%eax\n" \
363         "movl %%eax, %%cr0\n" \
364         : : "i" (em_rst), "i" (mp_ne_set) : "eax");
365 }
366
367 void cpu_reinit_fpu(void)
368 {
369         asm ("fninit\n");
370 }
371
372 static void setup_identity(void)
373 {
374         /* identify CPU via cpuid and store the decoded info into gd->arch */
375         if (has_cpuid()) {
376                 struct cpu_device_id cpu;
377                 struct cpuinfo_x86 c;
378
379                 identify_cpu(&cpu);
380                 get_fms(&c, cpu.device);
381                 gd->arch.x86 = c.x86;
382                 gd->arch.x86_vendor = cpu.vendor;
383                 gd->arch.x86_model = c.x86_model;
384                 gd->arch.x86_mask = c.x86_mask;
385                 gd->arch.x86_device = cpu.device;
386
387                 gd->arch.has_mtrr = has_mtrr();
388         }
389 }
390
391 /* Don't allow PCI region 3 to use memory in the 2-4GB memory hole */
392 static void setup_pci_ram_top(void)
393 {
394         gd->pci_ram_top = 0x80000000U;
395 }
396
397 static void setup_mtrr(void)
398 {
399         u64 mtrr_cap;
400
401         /* Configure fixed range MTRRs for some legacy regions */
402         if (!gd->arch.has_mtrr)
403                 return;
404
405         mtrr_cap = native_read_msr(MTRR_CAP_MSR);
406         if (mtrr_cap & MTRR_CAP_FIX) {
407                 /* Mark the VGA RAM area as uncacheable */
408                 native_write_msr(MTRR_FIX_16K_A0000_MSR,
409                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_UNCACHEABLE),
410                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_UNCACHEABLE));
411
412                 /*
413                  * Mark the PCI ROM area as cacheable to improve ROM
414                  * execution performance.
415                  */
416                 native_write_msr(MTRR_FIX_4K_C0000_MSR,
417                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK),
418                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK));
419                 native_write_msr(MTRR_FIX_4K_C8000_MSR,
420                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK),
421                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK));
422                 native_write_msr(MTRR_FIX_4K_D0000_MSR,
423                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK),
424                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK));
425                 native_write_msr(MTRR_FIX_4K_D8000_MSR,
426                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK),
427                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK));
428
429                 /* Enable the fixed range MTRRs */
430                 msr_setbits_64(MTRR_DEF_TYPE_MSR, MTRR_DEF_TYPE_FIX_EN);
431         }
432 }
433
434 int x86_cpu_init_tpl(void)
435 {
436         setup_cpu_features();
437         setup_identity();
438
439         return 0;
440 }
441
442 int x86_cpu_init_f(void)
443 {
444         if (ll_boot_init())
445                 setup_cpu_features();
446         setup_identity();
447         setup_mtrr();
448         setup_pci_ram_top();
449
450         /* Set up the i8254 timer if required */
451         if (IS_ENABLED(CONFIG_I8254_TIMER))
452                 i8254_init();
453
454         return 0;
455 }
456
457 int x86_cpu_reinit_f(void)
458 {
459         long addr;
460
461         setup_identity();
462         setup_pci_ram_top();
463         addr = locate_coreboot_table();
464         if (addr >= 0) {
465                 gd->arch.coreboot_table = addr;
466                 gd->flags |= GD_FLG_SKIP_LL_INIT;
467         }
468
469         return 0;
470 }
471
472 void x86_enable_caches(void)
473 {
474         unsigned long cr0;
475
476         cr0 = read_cr0();
477         cr0 &= ~(X86_CR0_NW | X86_CR0_CD);
478         write_cr0(cr0);
479         wbinvd();
480 }
481 void enable_caches(void) __attribute__((weak, alias("x86_enable_caches")));
482
483 void x86_disable_caches(void)
484 {
485         unsigned long cr0;
486
487         cr0 = read_cr0();
488         cr0 |= X86_CR0_NW | X86_CR0_CD;
489         wbinvd();
490         write_cr0(cr0);
491         wbinvd();
492 }
493 void disable_caches(void) __attribute__((weak, alias("x86_disable_caches")));
494
495 int dcache_status(void)
496 {
497         return !(read_cr0() & X86_CR0_CD);
498 }
499
500 void cpu_enable_paging_pae(ulong cr3)
501 {
502         __asm__ __volatile__(
503                 /* Load the page table address */
504                 "movl   %0, %%cr3\n"
505                 /* Enable pae */
506                 "movl   %%cr4, %%eax\n"
507                 "orl    $0x00000020, %%eax\n"
508                 "movl   %%eax, %%cr4\n"
509                 /* Enable paging */
510                 "movl   %%cr0, %%eax\n"
511                 "orl    $0x80000000, %%eax\n"
512                 "movl   %%eax, %%cr0\n"
513                 :
514                 : "r" (cr3)
515                 : "eax");
516 }
517
518 void cpu_disable_paging_pae(void)
519 {
520         /* Turn off paging */
521         __asm__ __volatile__ (
522                 /* Disable paging */
523                 "movl   %%cr0, %%eax\n"
524                 "andl   $0x7fffffff, %%eax\n"
525                 "movl   %%eax, %%cr0\n"
526                 /* Disable pae */
527                 "movl   %%cr4, %%eax\n"
528                 "andl   $0xffffffdf, %%eax\n"
529                 "movl   %%eax, %%cr4\n"
530                 :
531                 :
532                 : "eax");
533 }
534
535 static bool can_detect_long_mode(void)
536 {
537         return cpuid_eax(0x80000000) > 0x80000000UL;
538 }
539
540 static bool has_long_mode(void)
541 {
542         return cpuid_edx(0x80000001) & (1 << 29) ? true : false;
543 }
544
545 int cpu_has_64bit(void)
546 {
547         return has_cpuid() && can_detect_long_mode() &&
548                 has_long_mode();
549 }
550
551 #define PAGETABLE_BASE          0x80000
552 #define PAGETABLE_SIZE          (6 * 4096)
553
554 /**
555  * build_pagetable() - build a flat 4GiB page table structure for 64-bti mode
556  *
557  * @pgtable: Pointer to a 24iKB block of memory
558  */
559 static void build_pagetable(uint32_t *pgtable)
560 {
561         uint i;
562
563         memset(pgtable, '\0', PAGETABLE_SIZE);
564
565         /* Level 4 needs a single entry */
566         pgtable[0] = (ulong)&pgtable[1024] + 7;
567
568         /* Level 3 has one 64-bit entry for each GiB of memory */
569         for (i = 0; i < 4; i++)
570                 pgtable[1024 + i * 2] = (ulong)&pgtable[2048] + 0x1000 * i + 7;
571
572         /* Level 2 has 2048 64-bit entries, each repesenting 2MiB */
573         for (i = 0; i < 2048; i++)
574                 pgtable[2048 + i * 2] = 0x183 + (i << 21UL);
575 }
576
577 int cpu_jump_to_64bit(ulong setup_base, ulong target)
578 {
579         uint32_t *pgtable;
580
581         pgtable = memalign(4096, PAGETABLE_SIZE);
582         if (!pgtable)
583                 return -ENOMEM;
584
585         build_pagetable(pgtable);
586         cpu_call64((ulong)pgtable, setup_base, target);
587         free(pgtable);
588
589         return -EFAULT;
590 }
591
592 /*
593  * Jump from SPL to U-Boot
594  *
595  * This function is work-in-progress with many issues to resolve.
596  *
597  * It works by setting up several regions:
598  *   ptr      - a place to put the code that jumps into 64-bit mode
599  *   gdt      - a place to put the global descriptor table
600  *   pgtable  - a place to put the page tables
601  *
602  * The cpu_call64() code is copied from ROM and then manually patched so that
603  * it has the correct GDT address in RAM. U-Boot is copied from ROM into
604  * its pre-relocation address. Then we jump to the cpu_call64() code in RAM,
605  * which changes to 64-bit mode and starts U-Boot.
606  */
607 int cpu_jump_to_64bit_uboot(ulong target)
608 {
609         typedef void (*func_t)(ulong pgtable, ulong setup_base, ulong target);
610         uint32_t *pgtable;
611         func_t func;
612         char *ptr;
613
614         pgtable = (uint32_t *)PAGETABLE_BASE;
615
616         build_pagetable(pgtable);
617
618         extern long call64_stub_size;
619         ptr = malloc(call64_stub_size);
620         if (!ptr) {
621                 printf("Failed to allocate the cpu_call64 stub\n");
622                 return -ENOMEM;
623         }
624         memcpy(ptr, cpu_call64, call64_stub_size);
625
626         func = (func_t)ptr;
627
628         /* Jump to U-Boot */
629         func((ulong)pgtable, 0, (ulong)target);
630
631         return -EFAULT;
632 }
633
634 #ifdef CONFIG_SMP
635 int x86_mp_init(void)
636 {
637         int ret;
638
639         ret = mp_init();
640         if (ret) {
641                 printf("Warning: MP init failure\n");
642                 return log_ret(ret);
643         }
644
645         return 0;
646 }
647 #endif