spi: zynqmp_gqspi: fix set_speed bug on multiple runs
[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 #define CPUID_FEATURE_PAE       BIT(6)
38 #define CPUID_FEATURE_PSE36     BIT(17)
39 #define CPUID_FEAURE_HTT        BIT(28)
40
41 /*
42  * Constructor for a conventional segment GDT (or LDT) entry
43  * This is a macro so it can be used in initialisers
44  */
45 #define GDT_ENTRY(flags, base, limit)                   \
46         ((((base)  & 0xff000000ULL) << (56-24)) |       \
47          (((flags) & 0x0000f0ffULL) << 40) |            \
48          (((limit) & 0x000f0000ULL) << (48-16)) |       \
49          (((base)  & 0x00ffffffULL) << 16) |            \
50          (((limit) & 0x0000ffffULL)))
51
52 struct gdt_ptr {
53         u16 len;
54         u32 ptr;
55 } __packed;
56
57 struct cpu_device_id {
58         unsigned vendor;
59         unsigned device;
60 };
61
62 struct cpuinfo_x86 {
63         uint8_t x86;            /* CPU family */
64         uint8_t x86_vendor;     /* CPU vendor */
65         uint8_t x86_model;
66         uint8_t x86_mask;
67 };
68
69 /* gcc 7.3 does not wwant to drop x86_vendors, so use #ifdef */
70 #ifndef CONFIG_TPL_BUILD
71 /*
72  * List of cpu vendor strings along with their normalized
73  * id values.
74  */
75 static const struct {
76         int vendor;
77         const char *name;
78 } x86_vendors[] = {
79         { X86_VENDOR_INTEL,     "GenuineIntel", },
80         { X86_VENDOR_CYRIX,     "CyrixInstead", },
81         { X86_VENDOR_AMD,       "AuthenticAMD", },
82         { X86_VENDOR_UMC,       "UMC UMC UMC ", },
83         { X86_VENDOR_NEXGEN,    "NexGenDriven", },
84         { X86_VENDOR_CENTAUR,   "CentaurHauls", },
85         { X86_VENDOR_RISE,      "RiseRiseRise", },
86         { X86_VENDOR_TRANSMETA, "GenuineTMx86", },
87         { X86_VENDOR_TRANSMETA, "TransmetaCPU", },
88         { X86_VENDOR_NSC,       "Geode by NSC", },
89         { X86_VENDOR_SIS,       "SiS SiS SiS ", },
90 };
91 #endif
92
93 static void load_ds(u32 segment)
94 {
95         asm volatile("movl %0, %%ds" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
96 }
97
98 static void load_es(u32 segment)
99 {
100         asm volatile("movl %0, %%es" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
101 }
102
103 static void load_fs(u32 segment)
104 {
105         asm volatile("movl %0, %%fs" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
106 }
107
108 static void load_gs(u32 segment)
109 {
110         asm volatile("movl %0, %%gs" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
111 }
112
113 static void load_ss(u32 segment)
114 {
115         asm volatile("movl %0, %%ss" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
116 }
117
118 static void load_gdt(const u64 *boot_gdt, u16 num_entries)
119 {
120         struct gdt_ptr gdt;
121
122         gdt.len = (num_entries * X86_GDT_ENTRY_SIZE) - 1;
123         gdt.ptr = (ulong)boot_gdt;
124
125         asm volatile("lgdtl %0\n" : : "m" (gdt));
126 }
127
128 void arch_setup_gd(gd_t *new_gd)
129 {
130         u64 *gdt_addr;
131
132         gdt_addr = new_gd->arch.gdt;
133
134         /*
135          * CS: code, read/execute, 4 GB, base 0
136          *
137          * Some OS (like VxWorks) requires GDT entry 1 to be the 32-bit CS
138          */
139         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_UNUSED] = GDT_ENTRY(0xc09b, 0, 0xfffff);
140         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_CS] = GDT_ENTRY(0xc09b, 0, 0xfffff);
141
142         /* DS: data, read/write, 4 GB, base 0 */
143         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS] = GDT_ENTRY(0xc093, 0, 0xfffff);
144
145         /*
146          * FS: data, read/write, sizeof (Global Data Pointer),
147          * base (Global Data Pointer)
148          */
149         new_gd->arch.gd_addr = new_gd;
150         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_FS] = GDT_ENTRY(0x8093,
151                                         (ulong)&new_gd->arch.gd_addr,
152                                         sizeof(new_gd->arch.gd_addr) - 1);
153
154         /* 16-bit CS: code, read/execute, 64 kB, base 0 */
155         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_CS] = GDT_ENTRY(0x009b, 0, 0x0ffff);
156
157         /* 16-bit DS: data, read/write, 64 kB, base 0 */
158         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_DS] = GDT_ENTRY(0x0093, 0, 0x0ffff);
159
160         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_FLAT_CS] = GDT_ENTRY(0x809b, 0, 0xfffff);
161         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_FLAT_DS] = GDT_ENTRY(0x8093, 0, 0xfffff);
162
163         load_gdt(gdt_addr, X86_GDT_NUM_ENTRIES);
164         load_ds(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
165         load_es(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
166         load_gs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
167         load_ss(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
168         load_fs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_FS);
169 }
170
171 #ifdef CONFIG_HAVE_FSP
172 /*
173  * Setup FSP execution environment GDT
174  *
175  * Per Intel FSP external architecture specification, before calling any FSP
176  * APIs, we need make sure the system is in flat 32-bit mode and both the code
177  * and data selectors should have full 4GB access range. Here we reuse the one
178  * we used in arch/x86/cpu/start16.S, and reload the segment registers.
179  */
180 void setup_fsp_gdt(void)
181 {
182         load_gdt((const u64 *)(gdt_rom + CONFIG_RESET_SEG_START), 4);
183         load_ds(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
184         load_ss(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
185         load_es(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
186         load_fs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
187         load_gs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
188 }
189 #endif
190
191 /*
192  * Cyrix CPUs without cpuid or with cpuid not yet enabled can be detected
193  * by the fact that they preserve the flags across the division of 5/2.
194  * PII and PPro exhibit this behavior too, but they have cpuid available.
195  */
196
197 /*
198  * Perform the Cyrix 5/2 test. A Cyrix won't change
199  * the flags, while other 486 chips will.
200  */
201 static inline int test_cyrix_52div(void)
202 {
203         unsigned int test;
204
205         __asm__ __volatile__(
206              "sahf\n\t"         /* clear flags (%eax = 0x0005) */
207              "div %b2\n\t"      /* divide 5 by 2 */
208              "lahf"             /* store flags into %ah */
209              : "=a" (test)
210              : "0" (5), "q" (2)
211              : "cc");
212
213         /* AH is 0x02 on Cyrix after the divide.. */
214         return (unsigned char) (test >> 8) == 0x02;
215 }
216
217 #ifndef CONFIG_TPL_BUILD
218 /*
219  *      Detect a NexGen CPU running without BIOS hypercode new enough
220  *      to have CPUID. (Thanks to Herbert Oppmann)
221  */
222 static int deep_magic_nexgen_probe(void)
223 {
224         int ret;
225
226         __asm__ __volatile__ (
227                 "       movw    $0x5555, %%ax\n"
228                 "       xorw    %%dx,%%dx\n"
229                 "       movw    $2, %%cx\n"
230                 "       divw    %%cx\n"
231                 "       movl    $0, %%eax\n"
232                 "       jnz     1f\n"
233                 "       movl    $1, %%eax\n"
234                 "1:\n"
235                 : "=a" (ret) : : "cx", "dx");
236         return  ret;
237 }
238 #endif
239
240 static bool has_cpuid(void)
241 {
242         return flag_is_changeable_p(X86_EFLAGS_ID);
243 }
244
245 static bool has_mtrr(void)
246 {
247         return cpuid_edx(0x00000001) & (1 << 12) ? true : false;
248 }
249
250 #ifndef CONFIG_TPL_BUILD
251 static int build_vendor_name(char *vendor_name)
252 {
253         struct cpuid_result result;
254         result = cpuid(0x00000000);
255         unsigned int *name_as_ints = (unsigned int *)vendor_name;
256
257         name_as_ints[0] = result.ebx;
258         name_as_ints[1] = result.edx;
259         name_as_ints[2] = result.ecx;
260
261         return result.eax;
262 }
263 #endif
264
265 static void identify_cpu(struct cpu_device_id *cpu)
266 {
267         cpu->device = 0; /* fix gcc 4.4.4 warning */
268
269         /*
270          * Do a quick and dirty check to save space - Intel and AMD only and
271          * just the vendor. This is enough for most TPL code.
272          */
273         if (spl_phase() == PHASE_TPL) {
274                 struct cpuid_result result;
275
276                 result = cpuid(0x00000000);
277                 switch (result.ecx >> 24) {
278                 case 'l': /* GenuineIntel */
279                         cpu->vendor = X86_VENDOR_INTEL;
280                         break;
281                 case 'D': /* AuthenticAMD */
282                         cpu->vendor = X86_VENDOR_AMD;
283                         break;
284                 default:
285                         cpu->vendor = X86_VENDOR_ANY;
286                         break;
287                 }
288                 return;
289         }
290
291 /* gcc 7.3 does not want to drop x86_vendors, so use #ifdef */
292 #ifndef CONFIG_TPL_BUILD
293         char vendor_name[16];
294         int i;
295
296         vendor_name[0] = '\0'; /* Unset */
297
298         /* Find the id and vendor_name */
299         if (!has_cpuid()) {
300                 /* Its a 486 if we can modify the AC flag */
301                 if (flag_is_changeable_p(X86_EFLAGS_AC))
302                         cpu->device = 0x00000400; /* 486 */
303                 else
304                         cpu->device = 0x00000300; /* 386 */
305                 if ((cpu->device == 0x00000400) && test_cyrix_52div()) {
306                         memcpy(vendor_name, "CyrixInstead", 13);
307                         /* If we ever care we can enable cpuid here */
308                 }
309                 /* Detect NexGen with old hypercode */
310                 else if (deep_magic_nexgen_probe())
311                         memcpy(vendor_name, "NexGenDriven", 13);
312         } else {
313                 int cpuid_level;
314
315                 cpuid_level = build_vendor_name(vendor_name);
316                 vendor_name[12] = '\0';
317
318                 /* Intel-defined flags: level 0x00000001 */
319                 if (cpuid_level >= 0x00000001) {
320                         cpu->device = cpuid_eax(0x00000001);
321                 } else {
322                         /* Have CPUID level 0 only unheard of */
323                         cpu->device = 0x00000400;
324                 }
325         }
326         cpu->vendor = X86_VENDOR_UNKNOWN;
327         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(x86_vendors); i++) {
328                 if (memcmp(vendor_name, x86_vendors[i].name, 12) == 0) {
329                         cpu->vendor = x86_vendors[i].vendor;
330                         break;
331                 }
332         }
333 #endif
334 }
335
336 static inline void get_fms(struct cpuinfo_x86 *c, uint32_t tfms)
337 {
338         c->x86 = (tfms >> 8) & 0xf;
339         c->x86_model = (tfms >> 4) & 0xf;
340         c->x86_mask = tfms & 0xf;
341         if (c->x86 == 0xf)
342                 c->x86 += (tfms >> 20) & 0xff;
343         if (c->x86 >= 0x6)
344                 c->x86_model += ((tfms >> 16) & 0xF) << 4;
345 }
346
347 u32 cpu_get_family_model(void)
348 {
349         return gd->arch.x86_device & 0x0fff0ff0;
350 }
351
352 u32 cpu_get_stepping(void)
353 {
354         return gd->arch.x86_mask;
355 }
356
357 /* initialise FPU, reset EM, set MP and NE */
358 static void setup_cpu_features(void)
359 {
360         const u32 em_rst = ~X86_CR0_EM;
361         const u32 mp_ne_set = X86_CR0_MP | X86_CR0_NE;
362
363         asm ("fninit\n" \
364         "movl %%cr0, %%eax\n" \
365         "andl %0, %%eax\n" \
366         "orl  %1, %%eax\n" \
367         "movl %%eax, %%cr0\n" \
368         : : "i" (em_rst), "i" (mp_ne_set) : "eax");
369 }
370
371 void cpu_reinit_fpu(void)
372 {
373         asm ("fninit\n");
374 }
375
376 static void setup_identity(void)
377 {
378         /* identify CPU via cpuid and store the decoded info into gd->arch */
379         if (has_cpuid()) {
380                 struct cpu_device_id cpu;
381                 struct cpuinfo_x86 c;
382
383                 identify_cpu(&cpu);
384                 get_fms(&c, cpu.device);
385                 gd->arch.x86 = c.x86;
386                 gd->arch.x86_vendor = cpu.vendor;
387                 gd->arch.x86_model = c.x86_model;
388                 gd->arch.x86_mask = c.x86_mask;
389                 gd->arch.x86_device = cpu.device;
390
391                 gd->arch.has_mtrr = has_mtrr();
392         }
393 }
394
395 static uint cpu_cpuid_extended_level(void)
396 {
397         return cpuid_eax(0x80000000);
398 }
399
400 int cpu_phys_address_size(void)
401 {
402         if (!has_cpuid())
403                 return 32;
404
405         if (cpu_cpuid_extended_level() >= 0x80000008)
406                 return cpuid_eax(0x80000008) & 0xff;
407
408         if (cpuid_edx(1) & (CPUID_FEATURE_PAE | CPUID_FEATURE_PSE36))
409                 return 36;
410
411         return 32;
412 }
413
414 /* Don't allow PCI region 3 to use memory in the 2-4GB memory hole */
415 static void setup_pci_ram_top(void)
416 {
417         gd->pci_ram_top = 0x80000000U;
418 }
419
420 static void setup_mtrr(void)
421 {
422         u64 mtrr_cap;
423
424         /* Configure fixed range MTRRs for some legacy regions */
425         if (!gd->arch.has_mtrr)
426                 return;
427
428         mtrr_cap = native_read_msr(MTRR_CAP_MSR);
429         if (mtrr_cap & MTRR_CAP_FIX) {
430                 /* Mark the VGA RAM area as uncacheable */
431                 native_write_msr(MTRR_FIX_16K_A0000_MSR,
432                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_UNCACHEABLE),
433                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_UNCACHEABLE));
434
435                 /*
436                  * Mark the PCI ROM area as cacheable to improve ROM
437                  * execution performance.
438                  */
439                 native_write_msr(MTRR_FIX_4K_C0000_MSR,
440                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK),
441                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK));
442                 native_write_msr(MTRR_FIX_4K_C8000_MSR,
443                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK),
444                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK));
445                 native_write_msr(MTRR_FIX_4K_D0000_MSR,
446                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK),
447                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK));
448                 native_write_msr(MTRR_FIX_4K_D8000_MSR,
449                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK),
450                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK));
451
452                 /* Enable the fixed range MTRRs */
453                 msr_setbits_64(MTRR_DEF_TYPE_MSR, MTRR_DEF_TYPE_FIX_EN);
454         }
455 }
456
457 int x86_cpu_init_tpl(void)
458 {
459         setup_cpu_features();
460         setup_identity();
461
462         return 0;
463 }
464
465 int x86_cpu_init_f(void)
466 {
467         if (ll_boot_init())
468                 setup_cpu_features();
469         setup_identity();
470         setup_mtrr();
471         setup_pci_ram_top();
472
473         /* Set up the i8254 timer if required */
474         if (IS_ENABLED(CONFIG_I8254_TIMER))
475                 i8254_init();
476
477         return 0;
478 }
479
480 int x86_cpu_reinit_f(void)
481 {
482         long addr;
483
484         setup_identity();
485         setup_pci_ram_top();
486         addr = locate_coreboot_table();
487         if (addr >= 0) {
488                 gd->arch.coreboot_table = addr;
489                 gd->flags |= GD_FLG_SKIP_LL_INIT;
490         }
491
492         return 0;
493 }
494
495 void x86_enable_caches(void)
496 {
497         unsigned long cr0;
498
499         cr0 = read_cr0();
500         cr0 &= ~(X86_CR0_NW | X86_CR0_CD);
501         write_cr0(cr0);
502         wbinvd();
503 }
504 void enable_caches(void) __attribute__((weak, alias("x86_enable_caches")));
505
506 void x86_disable_caches(void)
507 {
508         unsigned long cr0;
509
510         cr0 = read_cr0();
511         cr0 |= X86_CR0_NW | X86_CR0_CD;
512         wbinvd();
513         write_cr0(cr0);
514         wbinvd();
515 }
516 void disable_caches(void) __attribute__((weak, alias("x86_disable_caches")));
517
518 int dcache_status(void)
519 {
520         return !(read_cr0() & X86_CR0_CD);
521 }
522
523 void cpu_enable_paging_pae(ulong cr3)
524 {
525         __asm__ __volatile__(
526                 /* Load the page table address */
527                 "movl   %0, %%cr3\n"
528                 /* Enable pae */
529                 "movl   %%cr4, %%eax\n"
530                 "orl    $0x00000020, %%eax\n"
531                 "movl   %%eax, %%cr4\n"
532                 /* Enable paging */
533                 "movl   %%cr0, %%eax\n"
534                 "orl    $0x80000000, %%eax\n"
535                 "movl   %%eax, %%cr0\n"
536                 :
537                 : "r" (cr3)
538                 : "eax");
539 }
540
541 void cpu_disable_paging_pae(void)
542 {
543         /* Turn off paging */
544         __asm__ __volatile__ (
545                 /* Disable paging */
546                 "movl   %%cr0, %%eax\n"
547                 "andl   $0x7fffffff, %%eax\n"
548                 "movl   %%eax, %%cr0\n"
549                 /* Disable pae */
550                 "movl   %%cr4, %%eax\n"
551                 "andl   $0xffffffdf, %%eax\n"
552                 "movl   %%eax, %%cr4\n"
553                 :
554                 :
555                 : "eax");
556 }
557
558 static bool can_detect_long_mode(void)
559 {
560         return cpuid_eax(0x80000000) > 0x80000000UL;
561 }
562
563 static bool has_long_mode(void)
564 {
565         return cpuid_edx(0x80000001) & (1 << 29) ? true : false;
566 }
567
568 int cpu_has_64bit(void)
569 {
570         return has_cpuid() && can_detect_long_mode() &&
571                 has_long_mode();
572 }
573
574 #define PAGETABLE_BASE          0x80000
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] = (ulong)&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] = (ulong)&pgtable[2048] + 0x1000 * i + 7;
594
595         /* Level 2 has 2048 64-bit entries, each repesenting 2MiB */
596         for (i = 0; i < 2048; i++)
597                 pgtable[2048 + i * 2] = 0x183 + (i << 21UL);
598 }
599
600 int cpu_jump_to_64bit(ulong setup_base, ulong target)
601 {
602         uint32_t *pgtable;
603
604         pgtable = memalign(4096, PAGETABLE_SIZE);
605         if (!pgtable)
606                 return -ENOMEM;
607
608         build_pagetable(pgtable);
609         cpu_call64((ulong)pgtable, setup_base, target);
610         free(pgtable);
611
612         return -EFAULT;
613 }
614
615 /*
616  * Jump from SPL to U-Boot
617  *
618  * This function is work-in-progress with many issues to resolve.
619  *
620  * It works by setting up several regions:
621  *   ptr      - a place to put the code that jumps into 64-bit mode
622  *   gdt      - a place to put the global descriptor table
623  *   pgtable  - a place to put the page tables
624  *
625  * The cpu_call64() code is copied from ROM and then manually patched so that
626  * it has the correct GDT address in RAM. U-Boot is copied from ROM into
627  * its pre-relocation address. Then we jump to the cpu_call64() code in RAM,
628  * which changes to 64-bit mode and starts U-Boot.
629  */
630 int cpu_jump_to_64bit_uboot(ulong target)
631 {
632         typedef void (*func_t)(ulong pgtable, ulong setup_base, ulong target);
633         uint32_t *pgtable;
634         func_t func;
635         char *ptr;
636
637         pgtable = (uint32_t *)PAGETABLE_BASE;
638
639         build_pagetable(pgtable);
640
641         extern long call64_stub_size;
642         ptr = malloc(call64_stub_size);
643         if (!ptr) {
644                 printf("Failed to allocate the cpu_call64 stub\n");
645                 return -ENOMEM;
646         }
647         memcpy(ptr, cpu_call64, call64_stub_size);
648
649         func = (func_t)ptr;
650
651         /* Jump to U-Boot */
652         func((ulong)pgtable, 0, (ulong)target);
653
654         return -EFAULT;
655 }
656
657 int x86_mp_init(void)
658 {
659         int ret;
660
661         ret = mp_init();
662         if (ret) {
663                 printf("Warning: MP init failure\n");
664                 return log_ret(ret);
665         }
666
667         return 0;
668 }