drivers/spi/spi-bcm2835.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
   2 /*
   3  * Driver for Broadcom BCM2835 SPI Controllers
   4  *
   5  * Copyright (C) 2012 Chris Boot
   6  * Copyright (C) 2013 Stephen Warren
   7  * Copyright (C) 2015 Martin Sperl
   8  *
   9  * This driver is inspired by:
  10  * spi-ath79.c, Copyright (C) 2009-2011 Gabor Juhos <juhosg@openwrt.org>
  11  * spi-atmel.c, Copyright (C) 2006 Atmel Corporation
  12  */
  13
  14 #include <linux/clk.h>
  15 #include <linux/completion.h>
  16 #include <linux/debugfs.h>
  17 #include <linux/delay.h>
  18 #include <linux/dma-mapping.h>
  19 #include <linux/dmaengine.h>
  20 #include <linux/err.h>
  21 #include <linux/interrupt.h>
  22 #include <linux/io.h>
  23 #include <linux/kernel.h>
  24 #include <linux/module.h>
  25 #include <linux/of.h>
  26 #include <linux/of_address.h>
  27 #include <linux/platform_device.h>
  28 #include <linux/gpio/consumer.h>
  29 #include <linux/gpio/machine.h> /* FIXME: using chip internals */
  30 #include <linux/gpio/driver.h> /* FIXME: using chip internals */
  31 #include <linux/of_irq.h>
  32 #include <linux/spi/spi.h>
  33
  34 /* SPI register offsets */
  35 #define BCM2835_SPI_CS                  0x00
  36 #define BCM2835_SPI_FIFO                0x04
  37 #define BCM2835_SPI_CLK                 0x08
  38 #define BCM2835_SPI_DLEN                0x0c
  39 #define BCM2835_SPI_LTOH                0x10
  40 #define BCM2835_SPI_DC                  0x14
  41
  42 /* Bitfields in CS */
  43 #define BCM2835_SPI_CS_LEN_LONG         0x02000000
  44 #define BCM2835_SPI_CS_DMA_LEN          0x01000000
  45 #define BCM2835_SPI_CS_CSPOL2           0x00800000
  46 #define BCM2835_SPI_CS_CSPOL1           0x00400000
  47 #define BCM2835_SPI_CS_CSPOL0           0x00200000
  48 #define BCM2835_SPI_CS_RXF              0x00100000
  49 #define BCM2835_SPI_CS_RXR              0x00080000
  50 #define BCM2835_SPI_CS_TXD              0x00040000
  51 #define BCM2835_SPI_CS_RXD              0x00020000
  52 #define BCM2835_SPI_CS_DONE             0x00010000
  53 #define BCM2835_SPI_CS_LEN              0x00002000
  54 #define BCM2835_SPI_CS_REN              0x00001000
  55 #define BCM2835_SPI_CS_ADCS             0x00000800
  56 #define BCM2835_SPI_CS_INTR             0x00000400
  57 #define BCM2835_SPI_CS_INTD             0x00000200
  58 #define BCM2835_SPI_CS_DMAEN            0x00000100
  59 #define BCM2835_SPI_CS_TA               0x00000080
  60 #define BCM2835_SPI_CS_CSPOL            0x00000040
  61 #define BCM2835_SPI_CS_CLEAR_RX         0x00000020
  62 #define BCM2835_SPI_CS_CLEAR_TX         0x00000010
  63 #define BCM2835_SPI_CS_CPOL             0x00000008
  64 #define BCM2835_SPI_CS_CPHA             0x00000004
  65 #define BCM2835_SPI_CS_CS_10            0x00000002
  66 #define BCM2835_SPI_CS_CS_01            0x00000001
  67
  68 #define BCM2835_SPI_FIFO_SIZE           64
  69 #define BCM2835_SPI_FIFO_SIZE_3_4       48
  70 #define BCM2835_SPI_DMA_MIN_LENGTH      96
  71 #define BCM2835_SPI_MODE_BITS   (SPI_CPOL | SPI_CPHA | SPI_CS_HIGH \
  72                                 | SPI_NO_CS | SPI_3WIRE)
  73
  74 #define DRV_NAME        "spi-bcm2835"
  75
  76 /* define polling limits */
  77 static unsigned int polling_limit_us = 30;
  78 module_param(polling_limit_us, uint, 0664);
  79 MODULE_PARM_DESC(polling_limit_us,
  80                  "time in us to run a transfer in polling mode\n");
  81
  82 /**
  83  * struct bcm2835_spi - BCM2835 SPI controller
  84  * @regs: base address of register map
  85  * @clk: core clock, divided to calculate serial clock
  86  * @clk_hz: core clock cached speed
  87  * @irq: interrupt, signals TX FIFO empty or RX FIFO ¾ full
  88  * @tfr: SPI transfer currently processed
  89  * @ctlr: SPI controller reverse lookup
  90  * @tx_buf: pointer whence next transmitted byte is read
  91  * @rx_buf: pointer where next received byte is written
  92  * @tx_len: remaining bytes to transmit
  93  * @rx_len: remaining bytes to receive
  94  * @tx_prologue: bytes transmitted without DMA if first TX sglist entry's
  95  *      length is not a multiple of 4 (to overcome hardware limitation)
  96  * @rx_prologue: bytes received without DMA if first RX sglist entry's
  97  *      length is not a multiple of 4 (to overcome hardware limitation)
  98  * @tx_spillover: whether @tx_prologue spills over to second TX sglist entry
  99  * @debugfs_dir: the debugfs directory - neede to remove debugfs when
 100  *      unloading the module
 101  * @count_transfer_polling: count of how often polling mode is used
 102  * @count_transfer_irq: count of how often interrupt mode is used
 103  * @count_transfer_irq_after_polling: count of how often we fall back to
 104  *      interrupt mode after starting in polling mode.
 105  *      These are counted as well in @count_transfer_polling and
 106  *      @count_transfer_irq
 107  * @count_transfer_dma: count how often dma mode is used
 108  * @target: SPI target currently selected
 109  *      (used by bcm2835_spi_dma_tx_done() to write @clear_rx_cs)
 110  * @tx_dma_active: whether a TX DMA descriptor is in progress
 111  * @rx_dma_active: whether a RX DMA descriptor is in progress
 112  *      (used by bcm2835_spi_dma_tx_done() to handle a race)
 113  * @fill_tx_desc: preallocated TX DMA descriptor used for RX-only transfers
 114  *      (cyclically copies from zero page to TX FIFO)
 115  * @fill_tx_addr: bus address of zero page
 116  */
 117 struct bcm2835_spi {
 118         void __iomem *regs;
 119         phys_addr_t phys_addr;
 120         struct clk *clk;
 121         unsigned long clk_hz;
 122         int irq;
 123         struct spi_transfer *tfr;
 124         struct spi_controller *ctlr;
 125         const u8 *tx_buf;
 126         u8 *rx_buf;
 127         int tx_len;
 128         int rx_len;
 129         int tx_prologue;
 130         int rx_prologue;
 131         unsigned int tx_spillover;
 132
 133         struct dentry *debugfs_dir;
 134         u64 count_transfer_polling;
 135         u64 count_transfer_irq;
 136         u64 count_transfer_irq_after_polling;
 137         u64 count_transfer_dma;
 138
 139         struct bcm2835_spidev *target;
 140         unsigned int tx_dma_active;
 141         unsigned int rx_dma_active;
 142         struct dma_async_tx_descriptor *fill_tx_desc;
 143         dma_addr_t fill_tx_addr;
 144 };
 145
 146 /**
 147  * struct bcm2835_spidev - BCM2835 SPI target
 148  * @prepare_cs: precalculated CS register value for ->prepare_message()
 149  *      (uses target-specific clock polarity and phase settings)
 150  * @clear_rx_desc: preallocated RX DMA descriptor used for TX-only transfers
 151  *      (cyclically clears RX FIFO by writing @clear_rx_cs to CS register)
 152  * @clear_rx_addr: bus address of @clear_rx_cs
 153  * @clear_rx_cs: precalculated CS register value to clear RX FIFO
 154  *      (uses target-specific clock polarity and phase settings)
 155  */
 156 struct bcm2835_spidev {
 157         u32 prepare_cs;
 158         struct dma_async_tx_descriptor *clear_rx_desc;
 159         dma_addr_t clear_rx_addr;
 160         u32 clear_rx_cs ____cacheline_aligned;
 161 };
 162
 163 #if defined(CONFIG_DEBUG_FS)
 164 static void bcm2835_debugfs_create(struct bcm2835_spi *bs,
 165                                    const char *dname)
 166 {
 167         char name[64];
 168         struct dentry *dir;
 169
 170         /* get full name */
 171         snprintf(name, sizeof(name), "spi-bcm2835-%s", dname);
 172
 173         /* the base directory */
 174         dir = debugfs_create_dir(name, NULL);
 175         bs->debugfs_dir = dir;
 176
 177         /* the counters */
 178         debugfs_create_u64("count_transfer_polling", 0444, dir,
 179                            &bs->count_transfer_polling);
 180         debugfs_create_u64("count_transfer_irq", 0444, dir,
 181                            &bs->count_transfer_irq);
 182         debugfs_create_u64("count_transfer_irq_after_polling", 0444, dir,
 183                            &bs->count_transfer_irq_after_polling);
 184         debugfs_create_u64("count_transfer_dma", 0444, dir,
 185                            &bs->count_transfer_dma);
 186 }
 187
 188 static void bcm2835_debugfs_remove(struct bcm2835_spi *bs)
 189 {
 190         debugfs_remove_recursive(bs->debugfs_dir);
 191         bs->debugfs_dir = NULL;
 192 }
 193 #else
 194 static void bcm2835_debugfs_create(struct bcm2835_spi *bs,
 195                                    const char *dname)
 196 {
 197 }
 198
 199 static void bcm2835_debugfs_remove(struct bcm2835_spi *bs)
 200 {
 201 }
 202 #endif /* CONFIG_DEBUG_FS */
 203
 204 static inline u32 bcm2835_rd(struct bcm2835_spi *bs, unsigned int reg)
 205 {
 206         return readl(bs->regs + reg);
 207 }
 208
 209 static inline void bcm2835_wr(struct bcm2835_spi *bs, unsigned int reg, u32 val)
 210 {
 211         writel(val, bs->regs + reg);
 212 }
 213
 214 static inline void bcm2835_rd_fifo(struct bcm2835_spi *bs)
 215 {
 216         u8 byte;
 217
 218         while ((bs->rx_len) &&
 219                (bcm2835_rd(bs, BCM2835_SPI_CS) & BCM2835_SPI_CS_RXD)) {
 220                 byte = bcm2835_rd(bs, BCM2835_SPI_FIFO);
 221                 if (bs->rx_buf)
 222                         *bs->rx_buf++ = byte;
 223                 bs->rx_len--;
 224         }
 225 }
 226
 227 static inline void bcm2835_wr_fifo(struct bcm2835_spi *bs)
 228 {
 229         u8 byte;
 230
 231         while ((bs->tx_len) &&
 232                (bcm2835_rd(bs, BCM2835_SPI_CS) & BCM2835_SPI_CS_TXD)) {
 233                 byte = bs->tx_buf ? *bs->tx_buf++ : 0;
 234                 bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_FIFO, byte);
 235                 bs->tx_len--;
 236         }
 237 }
 238
 239 /**
 240  * bcm2835_rd_fifo_count() - blindly read exactly @count bytes from RX FIFO
 241  * @bs: BCM2835 SPI controller
 242  * @count: bytes to read from RX FIFO
 243  *
 244  * The caller must ensure that @bs->rx_len is greater than or equal to @count,
 245  * that the RX FIFO contains at least @count bytes and that the DMA Enable flag
 246  * in the CS register is set (such that a read from the FIFO register receives
 247  * 32-bit instead of just 8-bit).  Moreover @bs->rx_buf must not be %NULL.
 248  */
 249 static inline void bcm2835_rd_fifo_count(struct bcm2835_spi *bs, int count)
 250 {
 251         u32 val;
 252         int len;
 253
 254         bs->rx_len -= count;
 255
 256         do {
 257                 val = bcm2835_rd(bs, BCM2835_SPI_FIFO);
 258                 len = min(count, 4);
 259                 memcpy(bs->rx_buf, &val, len);
 260                 bs->rx_buf += len;
 261                 count -= 4;
 262         } while (count > 0);
 263 }
 264
 265 /**
 266  * bcm2835_wr_fifo_count() - blindly write exactly @count bytes to TX FIFO
 267  * @bs: BCM2835 SPI controller
 268  * @count: bytes to write to TX FIFO
 269  *
 270  * The caller must ensure that @bs->tx_len is greater than or equal to @count,
 271  * that the TX FIFO can accommodate @count bytes and that the DMA Enable flag
 272  * in the CS register is set (such that a write to the FIFO register transmits
 273  * 32-bit instead of just 8-bit).
 274  */
 275 static inline void bcm2835_wr_fifo_count(struct bcm2835_spi *bs, int count)
 276 {
 277         u32 val;
 278         int len;
 279
 280         bs->tx_len -= count;
 281
 282         do {
 283                 if (bs->tx_buf) {
 284                         len = min(count, 4);
 285                         memcpy(&val, bs->tx_buf, len);
 286                         bs->tx_buf += len;
 287                 } else {
 288                         val = 0;
 289                 }
 290                 bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_FIFO, val);
 291                 count -= 4;
 292         } while (count > 0);
 293 }
 294
 295 /**
 296  * bcm2835_wait_tx_fifo_empty() - busy-wait for TX FIFO to empty
 297  * @bs: BCM2835 SPI controller
 298  *
 299  * The caller must ensure that the RX FIFO can accommodate as many bytes
 300  * as have been written to the TX FIFO:  Transmission is halted once the
 301  * RX FIFO is full, causing this function to spin forever.
 302  */
 303 static inline void bcm2835_wait_tx_fifo_empty(struct bcm2835_spi *bs)
 304 {
 305         while (!(bcm2835_rd(bs, BCM2835_SPI_CS) & BCM2835_SPI_CS_DONE))
 306                 cpu_relax();
 307 }
 308
 309 /**
 310  * bcm2835_rd_fifo_blind() - blindly read up to @count bytes from RX FIFO
 311  * @bs: BCM2835 SPI controller
 312  * @count: bytes available for reading in RX FIFO
 313  */
 314 static inline void bcm2835_rd_fifo_blind(struct bcm2835_spi *bs, int count)
 315 {
 316         u8 val;
 317
 318         count = min(count, bs->rx_len);
 319         bs->rx_len -= count;
 320
 321         do {
 322                 val = bcm2835_rd(bs, BCM2835_SPI_FIFO);
 323                 if (bs->rx_buf)
 324                         *bs->rx_buf++ = val;
 325         } while (--count);
 326 }
 327
 328 /**
 329  * bcm2835_wr_fifo_blind() - blindly write up to @count bytes to TX FIFO
 330  * @bs: BCM2835 SPI controller
 331  * @count: bytes available for writing in TX FIFO
 332  */
 333 static inline void bcm2835_wr_fifo_blind(struct bcm2835_spi *bs, int count)
 334 {
 335         u8 val;
 336
 337         count = min(count, bs->tx_len);
 338         bs->tx_len -= count;
 339
 340         do {
 341                 val = bs->tx_buf ? *bs->tx_buf++ : 0;
 342                 bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_FIFO, val);
 343         } while (--count);
 344 }
 345
 346 static void bcm2835_spi_reset_hw(struct bcm2835_spi *bs)
 347 {
 348         u32 cs = bcm2835_rd(bs, BCM2835_SPI_CS);
 349
 350         /* Disable SPI interrupts and transfer */
 351         cs &= ~(BCM2835_SPI_CS_INTR |
 352                 BCM2835_SPI_CS_INTD |
 353                 BCM2835_SPI_CS_DMAEN |
 354                 BCM2835_SPI_CS_TA);
 355         /*
 356          * Transmission sometimes breaks unless the DONE bit is written at the
 357          * end of every transfer.  The spec says it's a RO bit.  Either the
 358          * spec is wrong and the bit is actually of type RW1C, or it's a
 359          * hardware erratum.
 360          */
 361         cs |= BCM2835_SPI_CS_DONE;
 362         /* and reset RX/TX FIFOS */
 363         cs |= BCM2835_SPI_CS_CLEAR_RX | BCM2835_SPI_CS_CLEAR_TX;
 364
 365         /* and reset the SPI_HW */
 366         bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_CS, cs);
 367         /* as well as DLEN */
 368         bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_DLEN, 0);
 369 }
 370
 371 static irqreturn_t bcm2835_spi_interrupt(int irq, void *dev_id)
 372 {
 373         struct bcm2835_spi *bs = dev_id;
 374         u32 cs = bcm2835_rd(bs, BCM2835_SPI_CS);
 375
 376         /* Bail out early if interrupts are not enabled */
 377         if (!(cs & BCM2835_SPI_CS_INTR))
 378                 return IRQ_NONE;
 379
 380         /*
 381          * An interrupt is signaled either if DONE is set (TX FIFO empty)
 382          * or if RXR is set (RX FIFO >= ¾ full).
 383          */
 384         if (cs & BCM2835_SPI_CS_RXF)
 385                 bcm2835_rd_fifo_blind(bs, BCM2835_SPI_FIFO_SIZE);
 386         else if (cs & BCM2835_SPI_CS_RXR)
 387                 bcm2835_rd_fifo_blind(bs, BCM2835_SPI_FIFO_SIZE_3_4);
 388
 389         if (bs->tx_len && cs & BCM2835_SPI_CS_DONE)
 390                 bcm2835_wr_fifo_blind(bs, BCM2835_SPI_FIFO_SIZE);
 391
 392         /* Read as many bytes as possible from FIFO */
 393         bcm2835_rd_fifo(bs);
 394         /* Write as many bytes as possible to FIFO */
 395         bcm2835_wr_fifo(bs);
 396
 397         if (!bs->rx_len) {
 398                 /* Transfer complete - reset SPI HW */
 399                 bcm2835_spi_reset_hw(bs);
 400                 /* wake up the framework */
 401                 spi_finalize_current_transfer(bs->ctlr);
 402         }
 403
 404         return IRQ_HANDLED;
 405 }
 406
 407 static int bcm2835_spi_transfer_one_irq(struct spi_controller *ctlr,
 408                                         struct spi_device *spi,
 409                                         struct spi_transfer *tfr,
 410                                         u32 cs, bool fifo_empty)
 411 {
 412         struct bcm2835_spi *bs = spi_controller_get_devdata(ctlr);
 413
 414         /* update usage statistics */
 415         bs->count_transfer_irq++;
 416
 417         /*
 418          * Enable HW block, but with interrupts still disabled.
 419          * Otherwise the empty TX FIFO would immediately trigger an interrupt.
 420          */
 421         bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_CS, cs | BCM2835_SPI_CS_TA);
 422
 423         /* fill TX FIFO as much as possible */
 424         if (fifo_empty)
 425                 bcm2835_wr_fifo_blind(bs, BCM2835_SPI_FIFO_SIZE);
 426         bcm2835_wr_fifo(bs);
 427
 428         /* enable interrupts */
 429         cs |= BCM2835_SPI_CS_INTR | BCM2835_SPI_CS_INTD | BCM2835_SPI_CS_TA;
 430         bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_CS, cs);
 431
 432         /* signal that we need to wait for completion */
 433         return 1;
 434 }
 435
 436 /**
 437  * bcm2835_spi_transfer_prologue() - transfer first few bytes without DMA
 438  * @ctlr: SPI host controller
 439  * @tfr: SPI transfer
 440  * @bs: BCM2835 SPI controller
 441  * @cs: CS register
 442  *
 443  * A limitation in DMA mode is that the FIFO must be accessed in 4 byte chunks.
 444  * Only the final write access is permitted to transmit less than 4 bytes, the
 445  * SPI controller deduces its intended size from the DLEN register.
 446  *
 447  * If a TX or RX sglist contains multiple entries, one per page, and the first
 448  * entry starts in the middle of a page, that first entry's length may not be
 449  * a multiple of 4.  Subsequent entries are fine because they span an entire
 450  * page, hence do have a length that's a multiple of 4.
 451  *
 452  * This cannot happen with kmalloc'ed buffers (which is what most clients use)
 453  * because they are contiguous in physical memory and therefore not split on
 454  * page boundaries by spi_map_buf().  But it *can* happen with vmalloc'ed
 455  * buffers.
 456  *
 457  * The DMA engine is incapable of combining sglist entries into a continuous
 458  * stream of 4 byte chunks, it treats every entry separately:  A TX entry is
 459  * rounded up a to a multiple of 4 bytes by transmitting surplus bytes, an RX
 460  * entry is rounded up by throwing away received bytes.
 461  *
 462  * Overcome this limitation by transferring the first few bytes without DMA:
 463  * E.g. if the first TX sglist entry's length is 23 and the first RX's is 42,
 464  * write 3 bytes to the TX FIFO but read only 2 bytes from the RX FIFO.
 465  * The residue of 1 byte in the RX FIFO is picked up by DMA.  Together with
 466  * the rest of the first RX sglist entry it makes up a multiple of 4 bytes.
 467  *
 468  * Should the RX prologue be larger, say, 3 vis-à-vis a TX prologue of 1,
 469  * write 1 + 4 = 5 bytes to the TX FIFO and read 3 bytes from the RX FIFO.
 470  * Caution, the additional 4 bytes spill over to the second TX sglist entry
 471  * if the length of the first is *exactly* 1.
 472  *
 473  * At most 6 bytes are written and at most 3 bytes read.  Do we know the
 474  * transfer has this many bytes?  Yes, see BCM2835_SPI_DMA_MIN_LENGTH.
 475  *
 476  * The FIFO is normally accessed with 8-bit width by the CPU and 32-bit width
 477  * by the DMA engine.  Toggling the DMA Enable flag in the CS register switches
 478  * the width but also garbles the FIFO's contents.  The prologue must therefore
 479  * be transmitted in 32-bit width to ensure that the following DMA transfer can
 480  * pick up the residue in the RX FIFO in ungarbled form.
 481  */
 482 static void bcm2835_spi_transfer_prologue(struct spi_controller *ctlr,
 483                                           struct spi_transfer *tfr,
 484                                           struct bcm2835_spi *bs,
 485                                           u32 cs)
 486 {
 487         int tx_remaining;
 488
 489         bs->tfr          = tfr;
 490         bs->tx_prologue  = 0;
 491         bs->rx_prologue  = 0;
 492         bs->tx_spillover = false;
 493
 494         if (bs->tx_buf && !sg_is_last(&tfr->tx_sg.sgl[0]))
 495                 bs->tx_prologue = sg_dma_len(&tfr->tx_sg.sgl[0]) & 3;
 496
 497         if (bs->rx_buf && !sg_is_last(&tfr->rx_sg.sgl[0])) {
 498                 bs->rx_prologue = sg_dma_len(&tfr->rx_sg.sgl[0]) & 3;
 499
 500                 if (bs->rx_prologue > bs->tx_prologue) {
 501                         if (!bs->tx_buf || sg_is_last(&tfr->tx_sg.sgl[0])) {
 502                                 bs->tx_prologue  = bs->rx_prologue;
 503                         } else {
 504                                 bs->tx_prologue += 4;
 505                                 bs->tx_spillover =
 506                                         !(sg_dma_len(&tfr->tx_sg.sgl[0]) & ~3);
 507                         }
 508                 }
 509         }
 510
 511         /* rx_prologue > 0 implies tx_prologue > 0, so check only the latter */
 512         if (!bs->tx_prologue)
 513                 return;
 514
 515         /* Write and read RX prologue.  Adjust first entry in RX sglist. */
 516         if (bs->rx_prologue) {
 517                 bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_DLEN, bs->rx_prologue);
 518                 bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_CS, cs | BCM2835_SPI_CS_TA
 519                                                   | BCM2835_SPI_CS_DMAEN);
 520                 bcm2835_wr_fifo_count(bs, bs->rx_prologue);
 521                 bcm2835_wait_tx_fifo_empty(bs);
 522                 bcm2835_rd_fifo_count(bs, bs->rx_prologue);
 523                 bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_CS, cs | BCM2835_SPI_CS_CLEAR_RX
 524                                                   | BCM2835_SPI_CS_CLEAR_TX
 525                                                   | BCM2835_SPI_CS_DONE);
 526
 527                 dma_sync_single_for_device(ctlr->dma_rx->device->dev,
 528                                            sg_dma_address(&tfr->rx_sg.sgl[0]),
 529                                            bs->rx_prologue, DMA_FROM_DEVICE);
 530
 531                 sg_dma_address(&tfr->rx_sg.sgl[0]) += bs->rx_prologue;
 532                 sg_dma_len(&tfr->rx_sg.sgl[0])     -= bs->rx_prologue;
 533         }
 534
 535         if (!bs->tx_buf)
 536                 return;
 537
 538         /*
 539          * Write remaining TX prologue.  Adjust first entry in TX sglist.
 540          * Also adjust second entry if prologue spills over to it.
 541          */
 542         tx_remaining = bs->tx_prologue - bs->rx_prologue;
 543         if (tx_remaining) {
 544                 bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_DLEN, tx_remaining);
 545                 bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_CS, cs | BCM2835_SPI_CS_TA
 546                                                   | BCM2835_SPI_CS_DMAEN);
 547                 bcm2835_wr_fifo_count(bs, tx_remaining);
 548                 bcm2835_wait_tx_fifo_empty(bs);
 549                 bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_CS, cs | BCM2835_SPI_CS_CLEAR_TX
 550                                                   | BCM2835_SPI_CS_DONE);
 551         }
 552
 553         if (likely(!bs->tx_spillover)) {
 554                 sg_dma_address(&tfr->tx_sg.sgl[0]) += bs->tx_prologue;
 555                 sg_dma_len(&tfr->tx_sg.sgl[0])     -= bs->tx_prologue;
 556         } else {
 557                 sg_dma_len(&tfr->tx_sg.sgl[0])      = 0;
 558                 sg_dma_address(&tfr->tx_sg.sgl[1]) += 4;
 559                 sg_dma_len(&tfr->tx_sg.sgl[1])     -= 4;
 560         }
 561 }
 562
 563 /**
 564  * bcm2835_spi_undo_prologue() - reconstruct original sglist state
 565  * @bs: BCM2835 SPI controller
 566  *
 567  * Undo changes which were made to an SPI transfer's sglist when transmitting
 568  * the prologue.  This is necessary to ensure the same memory ranges are
 569  * unmapped that were originally mapped.
 570  */
 571 static void bcm2835_spi_undo_prologue(struct bcm2835_spi *bs)
 572 {
 573         struct spi_transfer *tfr = bs->tfr;
 574
 575         if (!bs->tx_prologue)
 576                 return;
 577
 578         if (bs->rx_prologue) {
 579                 sg_dma_address(&tfr->rx_sg.sgl[0]) -= bs->rx_prologue;
 580                 sg_dma_len(&tfr->rx_sg.sgl[0])     += bs->rx_prologue;
 581         }
 582
 583         if (!bs->tx_buf)
 584                 goto out;
 585
 586         if (likely(!bs->tx_spillover)) {
 587                 sg_dma_address(&tfr->tx_sg.sgl[0]) -= bs->tx_prologue;
 588                 sg_dma_len(&tfr->tx_sg.sgl[0])     += bs->tx_prologue;
 589         } else {
 590                 sg_dma_len(&tfr->tx_sg.sgl[0])      = bs->tx_prologue - 4;
 591                 sg_dma_address(&tfr->tx_sg.sgl[1]) -= 4;
 592                 sg_dma_len(&tfr->tx_sg.sgl[1])     += 4;
 593         }
 594 out:
 595         bs->tx_prologue = 0;
 596 }
 597
 598 /**
 599  * bcm2835_spi_dma_rx_done() - callback for DMA RX channel
 600  * @data: SPI host controller
 601  *
 602  * Used for bidirectional and RX-only transfers.
 603  */
 604 static void bcm2835_spi_dma_rx_done(void *data)
 605 {
 606         struct spi_controller *ctlr = data;
 607         struct bcm2835_spi *bs = spi_controller_get_devdata(ctlr);
 608
 609         /* terminate tx-dma as we do not have an irq for it
 610          * because when the rx dma will terminate and this callback
 611          * is called the tx-dma must have finished - can't get to this
 612          * situation otherwise...
 613          */
 614         dmaengine_terminate_async(ctlr->dma_tx);
 615         bs->tx_dma_active = false;
 616         bs->rx_dma_active = false;
 617         bcm2835_spi_undo_prologue(bs);
 618
 619         /* reset fifo and HW */
 620         bcm2835_spi_reset_hw(bs);
 621
 622         /* and mark as completed */;
 623         spi_finalize_current_transfer(ctlr);
 624 }
 625
 626 /**
 627  * bcm2835_spi_dma_tx_done() - callback for DMA TX channel
 628  * @data: SPI host controller
 629  *
 630  * Used for TX-only transfers.
 631  */
 632 static void bcm2835_spi_dma_tx_done(void *data)
 633 {
 634         struct spi_controller *ctlr = data;
 635         struct bcm2835_spi *bs = spi_controller_get_devdata(ctlr);
 636
 637         /* busy-wait for TX FIFO to empty */
 638         while (!(bcm2835_rd(bs, BCM2835_SPI_CS) & BCM2835_SPI_CS_DONE))
 639                 bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_CS, bs->target->clear_rx_cs);
 640
 641         bs->tx_dma_active = false;
 642         smp_wmb();
 643
 644         /*
 645          * In case of a very short transfer, RX DMA may not have been
 646          * issued yet.  The onus is then on bcm2835_spi_transfer_one_dma()
 647          * to terminate it immediately after issuing.
 648          */
 649         if (cmpxchg(&bs->rx_dma_active, true, false))
 650                 dmaengine_terminate_async(ctlr->dma_rx);
 651
 652         bcm2835_spi_undo_prologue(bs);
 653         bcm2835_spi_reset_hw(bs);
 654         spi_finalize_current_transfer(ctlr);
 655 }
 656
 657 /**
 658  * bcm2835_spi_prepare_sg() - prepare and submit DMA descriptor for sglist
 659  * @ctlr: SPI host controller
 660  * @tfr: SPI transfer
 661  * @bs: BCM2835 SPI controller
 662  * @target: BCM2835 SPI target
 663  * @is_tx: whether to submit DMA descriptor for TX or RX sglist
 664  *
 665  * Prepare and submit a DMA descriptor for the TX or RX sglist of @tfr.
 666  * Return 0 on success or a negative error number.
 667  */
 668 static int bcm2835_spi_prepare_sg(struct spi_controller *ctlr,
 669                                   struct spi_transfer *tfr,
 670                                   struct bcm2835_spi *bs,
 671                                   struct bcm2835_spidev *target,
 672                                   bool is_tx)
 673 {
 674         struct dma_chan *chan;
 675         struct scatterlist *sgl;
 676         unsigned int nents;
 677         enum dma_transfer_direction dir;
 678         unsigned long flags;
 679
 680         struct dma_async_tx_descriptor *desc;
 681         dma_cookie_t cookie;
 682
 683         if (is_tx) {
 684                 dir   = DMA_MEM_TO_DEV;
 685                 chan  = ctlr->dma_tx;
 686                 nents = tfr->tx_sg.nents;
 687                 sgl   = tfr->tx_sg.sgl;
 688                 flags = tfr->rx_buf ? 0 : DMA_PREP_INTERRUPT;
 689         } else {
 690                 dir   = DMA_DEV_TO_MEM;
 691                 chan  = ctlr->dma_rx;
 692                 nents = tfr->rx_sg.nents;
 693                 sgl   = tfr->rx_sg.sgl;
 694                 flags = DMA_PREP_INTERRUPT;
 695         }
 696         /* prepare the channel */
 697         desc = dmaengine_prep_slave_sg(chan, sgl, nents, dir, flags);
 698         if (!desc)
 699                 return -EINVAL;
 700
 701         /*
 702          * Completion is signaled by the RX channel for bidirectional and
 703          * RX-only transfers; else by the TX channel for TX-only transfers.
 704          */
 705         if (!is_tx) {
 706                 desc->callback = bcm2835_spi_dma_rx_done;
 707                 desc->callback_param = ctlr;
 708         } else if (!tfr->rx_buf) {
 709                 desc->callback = bcm2835_spi_dma_tx_done;
 710                 desc->callback_param = ctlr;
 711                 bs->target = target;
 712         }
 713
 714         /* submit it to DMA-engine */
 715         cookie = dmaengine_submit(desc);
 716
 717         return dma_submit_error(cookie);
 718 }
 719
 720 /**
 721  * bcm2835_spi_transfer_one_dma() - perform SPI transfer using DMA engine
 722  * @ctlr: SPI host controller
 723  * @tfr: SPI transfer
 724  * @target: BCM2835 SPI target
 725  * @cs: CS register
 726  *
 727  * For *bidirectional* transfers (both tx_buf and rx_buf are non-%NULL), set up
 728  * the TX and RX DMA channel to copy between memory and FIFO register.
 729  *
 730  * For *TX-only* transfers (rx_buf is %NULL), copying the RX FIFO's contents to
 731  * memory is pointless.  However not reading the RX FIFO isn't an option either
 732  * because transmission is halted once it's full.  As a workaround, cyclically
 733  * clear the RX FIFO by setting the CLEAR_RX bit in the CS register.
 734  *
 735  * The CS register value is precalculated in bcm2835_spi_setup().  Normally
 736  * this is called only once, on target registration.  A DMA descriptor to write
 737  * this value is preallocated in bcm2835_dma_init().  All that's left to do
 738  * when performing a TX-only transfer is to submit this descriptor to the RX
 739  * DMA channel.  Latency is thereby minimized.  The descriptor does not
 740  * generate any interrupts while running.  It must be terminated once the
 741  * TX DMA channel is done.
 742  *
 743  * Clearing the RX FIFO is paced by the DREQ signal.  The signal is asserted
 744  * when the RX FIFO becomes half full, i.e. 32 bytes.  (Tuneable with the DC
 745  * register.)  Reading 32 bytes from the RX FIFO would normally require 8 bus
 746  * accesses, whereas clearing it requires only 1 bus access.  So an 8-fold
 747  * reduction in bus traffic and thus energy consumption is achieved.
 748  *
 749  * For *RX-only* transfers (tx_buf is %NULL), fill the TX FIFO by cyclically
 750  * copying from the zero page.  The DMA descriptor to do this is preallocated
 751  * in bcm2835_dma_init().  It must be terminated once the RX DMA channel is
 752  * done and can then be reused.
 753  *
 754  * The BCM2835 DMA driver autodetects when a transaction copies from the zero
 755  * page and utilizes the DMA controller's ability to synthesize zeroes instead
 756  * of copying them from memory.  This reduces traffic on the memory bus.  The
 757  * feature is not available on so-called "lite" channels, but normally TX DMA
 758  * is backed by a full-featured channel.
 759  *
 760  * Zero-filling the TX FIFO is paced by the DREQ signal.  Unfortunately the
 761  * BCM2835 SPI controller continues to assert DREQ even after the DLEN register
 762  * has been counted down to zero (hardware erratum).  Thus, when the transfer
 763  * has finished, the DMA engine zero-fills the TX FIFO until it is half full.
 764  * (Tuneable with the DC register.)  So up to 9 gratuitous bus accesses are
 765  * performed at the end of an RX-only transfer.
 766  */
 767 static int bcm2835_spi_transfer_one_dma(struct spi_controller *ctlr,
 768                                         struct spi_transfer *tfr,
 769                                         struct bcm2835_spidev *target,
 770                                         u32 cs)
 771 {
 772         struct bcm2835_spi *bs = spi_controller_get_devdata(ctlr);
 773         dma_cookie_t cookie;
 774         int ret;
 775
 776         /* update usage statistics */
 777         bs->count_transfer_dma++;
 778
 779         /*
 780          * Transfer first few bytes without DMA if length of first TX or RX
 781          * sglist entry is not a multiple of 4 bytes (hardware limitation).
 782          */
 783         bcm2835_spi_transfer_prologue(ctlr, tfr, bs, cs);
 784
 785         /* setup tx-DMA */
 786         if (bs->tx_buf) {
 787                 ret = bcm2835_spi_prepare_sg(ctlr, tfr, bs, target, true);
 788         } else {
 789                 cookie = dmaengine_submit(bs->fill_tx_desc);
 790                 ret = dma_submit_error(cookie);
 791         }
 792         if (ret)
 793                 goto err_reset_hw;
 794
 795         /* set the DMA length */
 796         bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_DLEN, bs->tx_len);
 797
 798         /* start the HW */
 799         bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_CS,
 800                    cs | BCM2835_SPI_CS_TA | BCM2835_SPI_CS_DMAEN);
 801
 802         bs->tx_dma_active = true;
 803         smp_wmb();
 804
 805         /* start TX early */
 806         dma_async_issue_pending(ctlr->dma_tx);
 807
 808         /* setup rx-DMA late - to run transfers while
 809          * mapping of the rx buffers still takes place
 810          * this saves 10us or more.
 811          */
 812         if (bs->rx_buf) {
 813                 ret = bcm2835_spi_prepare_sg(ctlr, tfr, bs, target, false);
 814         } else {
 815                 cookie = dmaengine_submit(target->clear_rx_desc);
 816                 ret = dma_submit_error(cookie);
 817         }
 818         if (ret) {
 819                 /* need to reset on errors */
 820                 dmaengine_terminate_sync(ctlr->dma_tx);
 821                 bs->tx_dma_active = false;
 822                 goto err_reset_hw;
 823         }
 824
 825         /* start rx dma late */
 826         dma_async_issue_pending(ctlr->dma_rx);
 827         bs->rx_dma_active = true;
 828         smp_mb();
 829
 830         /*
 831          * In case of a very short TX-only transfer, bcm2835_spi_dma_tx_done()
 832          * may run before RX DMA is issued.  Terminate RX DMA if so.
 833          */
 834         if (!bs->rx_buf && !bs->tx_dma_active &&
 835             cmpxchg(&bs->rx_dma_active, true, false)) {
 836                 dmaengine_terminate_async(ctlr->dma_rx);
 837                 bcm2835_spi_reset_hw(bs);
 838         }
 839
 840         /* wait for wakeup in framework */
 841         return 1;
 842
 843 err_reset_hw:
 844         bcm2835_spi_reset_hw(bs);
 845         bcm2835_spi_undo_prologue(bs);
 846         return ret;
 847 }
 848
 849 static bool bcm2835_spi_can_dma(struct spi_controller *ctlr,
 850                                 struct spi_device *spi,
 851                                 struct spi_transfer *tfr)
 852 {
 853         /* we start DMA efforts only on bigger transfers */
 854         if (tfr->len < BCM2835_SPI_DMA_MIN_LENGTH)
 855                 return false;
 856
 857         /* return OK */
 858         return true;
 859 }
 860
 861 static void bcm2835_dma_release(struct spi_controller *ctlr,
 862                                 struct bcm2835_spi *bs)
 863 {
 864         if (ctlr->dma_tx) {
 865                 dmaengine_terminate_sync(ctlr->dma_tx);
 866
 867                 if (bs->fill_tx_desc)
 868                         dmaengine_desc_free(bs->fill_tx_desc);
 869
 870                 if (bs->fill_tx_addr)
 871                         dma_unmap_page_attrs(ctlr->dma_tx->device->dev,
 872                                              bs->fill_tx_addr, sizeof(u32),
 873                                              DMA_TO_DEVICE,
 874                                              DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC);
 875
 876                 dma_release_channel(ctlr->dma_tx);
 877                 ctlr->dma_tx = NULL;
 878         }
 879
 880         if (ctlr->dma_rx) {
 881                 dmaengine_terminate_sync(ctlr->dma_rx);
 882                 dma_release_channel(ctlr->dma_rx);
 883                 ctlr->dma_rx = NULL;
 884         }
 885 }
 886
 887 static int bcm2835_dma_init(struct spi_controller *ctlr, struct device *dev,
 888                             struct bcm2835_spi *bs)
 889 {
 890         struct dma_slave_config slave_config;
 891         int ret;
 892
 893         /* get tx/rx dma */
 894         ctlr->dma_tx = dma_request_chan(dev, "tx");
 895         if (IS_ERR(ctlr->dma_tx)) {
 896                 ret = dev_err_probe(dev, PTR_ERR(ctlr->dma_tx),
 897                         "no tx-dma configuration found - not using dma mode\n");
 898                 ctlr->dma_tx = NULL;
 899                 goto err;
 900         }
 901         ctlr->dma_rx = dma_request_chan(dev, "rx");
 902         if (IS_ERR(ctlr->dma_rx)) {
 903                 ret = dev_err_probe(dev, PTR_ERR(ctlr->dma_rx),
 904                         "no rx-dma configuration found - not using dma mode\n");
 905                 ctlr->dma_rx = NULL;
 906                 goto err_release;
 907         }
 908
 909         /*
 910          * The TX DMA channel either copies a transfer's TX buffer to the FIFO
 911          * or, in case of an RX-only transfer, cyclically copies from the zero
 912          * page to the FIFO using a preallocated, reusable descriptor.
 913          */
 914         slave_config.dst_addr = bs->phys_addr + BCM2835_SPI_FIFO;
 915         slave_config.dst_addr_width = DMA_SLAVE_BUSWIDTH_4_BYTES;
 916
 917         ret = dmaengine_slave_config(ctlr->dma_tx, &slave_config);
 918         if (ret)
 919                 goto err_config;
 920
 921         bs->fill_tx_addr = dma_map_page_attrs(ctlr->dma_tx->device->dev,
 922                                               ZERO_PAGE(0), 0, sizeof(u32),
 923                                               DMA_TO_DEVICE,
 924                                               DMA_ATTR_SKIP_CPU_SYNC);
 925         if (dma_mapping_error(ctlr->dma_tx->device->dev, bs->fill_tx_addr)) {
 926                 dev_err(dev, "cannot map zero page - not using DMA mode\n");
 927                 bs->fill_tx_addr = 0;
 928                 ret = -ENOMEM;
 929                 goto err_release;
 930         }
 931
 932         bs->fill_tx_desc = dmaengine_prep_dma_cyclic(ctlr->dma_tx,
 933                                                      bs->fill_tx_addr,
 934                                                      sizeof(u32), 0,
 935                                                      DMA_MEM_TO_DEV, 0);
 936         if (!bs->fill_tx_desc) {
 937                 dev_err(dev, "cannot prepare fill_tx_desc - not using DMA mode\n");
 938                 ret = -ENOMEM;
 939                 goto err_release;
 940         }
 941
 942         ret = dmaengine_desc_set_reuse(bs->fill_tx_desc);
 943         if (ret) {
 944                 dev_err(dev, "cannot reuse fill_tx_desc - not using DMA mode\n");
 945                 goto err_release;
 946         }
 947
 948         /*
 949          * The RX DMA channel is used bidirectionally:  It either reads the
 950          * RX FIFO or, in case of a TX-only transfer, cyclically writes a
 951          * precalculated value to the CS register to clear the RX FIFO.
 952          */
 953         slave_config.src_addr = bs->phys_addr + BCM2835_SPI_FIFO;
 954         slave_config.src_addr_width = DMA_SLAVE_BUSWIDTH_4_BYTES;
 955         slave_config.dst_addr = bs->phys_addr + BCM2835_SPI_CS;
 956         slave_config.dst_addr_width = DMA_SLAVE_BUSWIDTH_4_BYTES;
 957
 958         ret = dmaengine_slave_config(ctlr->dma_rx, &slave_config);
 959         if (ret)
 960                 goto err_config;
 961
 962         /* all went well, so set can_dma */
 963         ctlr->can_dma = bcm2835_spi_can_dma;
 964
 965         return 0;
 966
 967 err_config:
 968         dev_err(dev, "issue configuring dma: %d - not using DMA mode\n",
 969                 ret);
 970 err_release:
 971         bcm2835_dma_release(ctlr, bs);
 972 err:
 973         /*
 974          * Only report error for deferred probing, otherwise fall back to
 975          * interrupt mode
 976          */
 977         if (ret != -EPROBE_DEFER)
 978                 ret = 0;
 979
 980         return ret;
 981 }
 982
 983 static int bcm2835_spi_transfer_one_poll(struct spi_controller *ctlr,
 984                                          struct spi_device *spi,
 985                                          struct spi_transfer *tfr,
 986                                          u32 cs)
 987 {
 988         struct bcm2835_spi *bs = spi_controller_get_devdata(ctlr);
 989         unsigned long timeout;
 990
 991         /* update usage statistics */
 992         bs->count_transfer_polling++;
 993
 994         /* enable HW block without interrupts */
 995         bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_CS, cs | BCM2835_SPI_CS_TA);
 996
 997         /* fill in the fifo before timeout calculations
 998          * if we are interrupted here, then the data is
 999          * getting transferred by the HW while we are interrupted
1000          */
1001         bcm2835_wr_fifo_blind(bs, BCM2835_SPI_FIFO_SIZE);
1002
1003         /* set the timeout to at least 2 jiffies */
1004         timeout = jiffies + 2 + HZ * polling_limit_us / 1000000;
1005
1006         /* loop until finished the transfer */
1007         while (bs->rx_len) {
1008                 /* fill in tx fifo with remaining data */
1009                 bcm2835_wr_fifo(bs);
1010
1011                 /* read from fifo as much as possible */
1012                 bcm2835_rd_fifo(bs);
1013
1014                 /* if there is still data pending to read
1015                  * then check the timeout
1016                  */
1017                 if (bs->rx_len && time_after(jiffies, timeout)) {
1018                         dev_dbg_ratelimited(&spi->dev,
1019                                             "timeout period reached: jiffies: %lu remaining tx/rx: %d/%d - falling back to interrupt mode\n",
1020                                             jiffies - timeout,
1021                                             bs->tx_len, bs->rx_len);
1022                         /* fall back to interrupt mode */
1023
1024                         /* update usage statistics */
1025                         bs->count_transfer_irq_after_polling++;
1026
1027                         return bcm2835_spi_transfer_one_irq(ctlr, spi,
1028                                                             tfr, cs, false);
1029                 }
1030         }
1031
1032         /* Transfer complete - reset SPI HW */
1033         bcm2835_spi_reset_hw(bs);
1034         /* and return without waiting for completion */
1035         return 0;
1036 }
1037
1038 static int bcm2835_spi_transfer_one(struct spi_controller *ctlr,
1039                                     struct spi_device *spi,
1040                                     struct spi_transfer *tfr)
1041 {
1042         struct bcm2835_spi *bs = spi_controller_get_devdata(ctlr);
1043         struct bcm2835_spidev *target = spi_get_ctldata(spi);
1044         unsigned long spi_hz, cdiv;
1045         unsigned long hz_per_byte, byte_limit;
1046         u32 cs = target->prepare_cs;
1047
1048         if (unlikely(!tfr->len)) {
1049                 static int warned;
1050
1051                 if (!warned)
1052                         dev_warn(&spi->dev,
1053                                  "zero-length SPI transfer ignored\n");
1054                 warned = 1;
1055                 return 0;
1056         }
1057
1058         /* set clock */
1059         spi_hz = tfr->speed_hz;
1060
1061         if (spi_hz >= bs->clk_hz / 2) {
1062                 cdiv = 2; /* clk_hz/2 is the fastest we can go */
1063         } else if (spi_hz) {
1064                 /* CDIV must be a multiple of two */
1065                 cdiv = DIV_ROUND_UP(bs->clk_hz, spi_hz);
1066                 cdiv += (cdiv % 2);
1067
1068                 if (cdiv >= 65536)
1069                         cdiv = 0; /* 0 is the slowest we can go */
1070         } else {
1071                 cdiv = 0; /* 0 is the slowest we can go */
1072         }
1073         tfr->effective_speed_hz = cdiv ? (bs->clk_hz / cdiv) : (bs->clk_hz / 65536);
1074         bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_CLK, cdiv);
1075
1076         /* handle all the 3-wire mode */
1077         if (spi->mode & SPI_3WIRE && tfr->rx_buf)
1078                 cs |= BCM2835_SPI_CS_REN;
1079
1080         /* set transmit buffers and length */
1081         bs->tx_buf = tfr->tx_buf;
1082         bs->rx_buf = tfr->rx_buf;
1083         bs->tx_len = tfr->len;
1084         bs->rx_len = tfr->len;
1085
1086         /* Calculate the estimated time in us the transfer runs.  Note that
1087          * there is 1 idle clocks cycles after each byte getting transferred
1088          * so we have 9 cycles/byte.  This is used to find the number of Hz
1089          * per byte per polling limit.  E.g., we can transfer 1 byte in 30 us
1090          * per 300,000 Hz of bus clock.
1091          */
1092         hz_per_byte = polling_limit_us ? (9 * 1000000) / polling_limit_us : 0;
1093         byte_limit = hz_per_byte ? tfr->effective_speed_hz / hz_per_byte : 1;
1094
1095         /* run in polling mode for short transfers */
1096         if (tfr->len < byte_limit)
1097                 return bcm2835_spi_transfer_one_poll(ctlr, spi, tfr, cs);
1098
1099         /* run in dma mode if conditions are right
1100          * Note that unlike poll or interrupt mode DMA mode does not have
1101          * this 1 idle clock cycle pattern but runs the spi clock without gaps
1102          */
1103         if (ctlr->can_dma && bcm2835_spi_can_dma(ctlr, spi, tfr))
1104                 return bcm2835_spi_transfer_one_dma(ctlr, tfr, target, cs);
1105
1106         /* run in interrupt-mode */
1107         return bcm2835_spi_transfer_one_irq(ctlr, spi, tfr, cs, true);
1108 }
1109
1110 static int bcm2835_spi_prepare_message(struct spi_controller *ctlr,
1111                                        struct spi_message *msg)
1112 {
1113         struct spi_device *spi = msg->spi;
1114         struct bcm2835_spi *bs = spi_controller_get_devdata(ctlr);
1115         struct bcm2835_spidev *target = spi_get_ctldata(spi);
1116         int ret;
1117
1118         if (ctlr->can_dma) {
1119                 /*
1120                  * DMA transfers are limited to 16 bit (0 to 65535 bytes) by
1121                  * the SPI HW due to DLEN. Split up transfers (32-bit FIFO
1122                  * aligned) if the limit is exceeded.
1123                  */
1124                 ret = spi_split_transfers_maxsize(ctlr, msg, 65532,
1125                                                   GFP_KERNEL | GFP_DMA);
1126                 if (ret)
1127                         return ret;
1128         }
1129
1130         /*
1131          * Set up clock polarity before spi_transfer_one_message() asserts
1132          * chip select to avoid a gratuitous clock signal edge.
1133          */
1134         bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_CS, target->prepare_cs);
1135
1136         return 0;
1137 }
1138
1139 static void bcm2835_spi_handle_err(struct spi_controller *ctlr,
1140                                    struct spi_message *msg)
1141 {
1142         struct bcm2835_spi *bs = spi_controller_get_devdata(ctlr);
1143
1144         /* if an error occurred and we have an active dma, then terminate */
1145         if (ctlr->dma_tx) {
1146                 dmaengine_terminate_sync(ctlr->dma_tx);
1147                 bs->tx_dma_active = false;
1148         }
1149         if (ctlr->dma_rx) {
1150                 dmaengine_terminate_sync(ctlr->dma_rx);
1151                 bs->rx_dma_active = false;
1152         }
1153         bcm2835_spi_undo_prologue(bs);
1154
1155         /* and reset */
1156         bcm2835_spi_reset_hw(bs);
1157 }
1158
1159 static int chip_match_name(struct gpio_chip *chip, void *data)
1160 {
1161         return !strcmp(chip->label, data);
1162 }
1163
1164 static void bcm2835_spi_cleanup(struct spi_device *spi)
1165 {
1166         struct bcm2835_spidev *target = spi_get_ctldata(spi);
1167         struct spi_controller *ctlr = spi->controller;
1168
1169         if (target->clear_rx_desc)
1170                 dmaengine_desc_free(target->clear_rx_desc);
1171
1172         if (target->clear_rx_addr)
1173                 dma_unmap_single(ctlr->dma_rx->device->dev,
1174                                  target->clear_rx_addr,
1175                                  sizeof(u32),
1176                                  DMA_TO_DEVICE);
1177
1178         kfree(target);
1179 }
1180
1181 static int bcm2835_spi_setup_dma(struct spi_controller *ctlr,
1182                                  struct spi_device *spi,
1183                                  struct bcm2835_spi *bs,
1184                                  struct bcm2835_spidev *target)
1185 {
1186         int ret;
1187
1188         if (!ctlr->dma_rx)
1189                 return 0;
1190
1191         target->clear_rx_addr = dma_map_single(ctlr->dma_rx->device->dev,
1192                                                &target->clear_rx_cs,
1193                                                sizeof(u32),
1194                                                DMA_TO_DEVICE);
1195         if (dma_mapping_error(ctlr->dma_rx->device->dev, target->clear_rx_addr)) {
1196                 dev_err(&spi->dev, "cannot map clear_rx_cs\n");
1197                 target->clear_rx_addr = 0;
1198                 return -ENOMEM;
1199         }
1200
1201         target->clear_rx_desc = dmaengine_prep_dma_cyclic(ctlr->dma_rx,
1202                                                           target->clear_rx_addr,
1203                                                           sizeof(u32), 0,
1204                                                           DMA_MEM_TO_DEV, 0);
1205         if (!target->clear_rx_desc) {
1206                 dev_err(&spi->dev, "cannot prepare clear_rx_desc\n");
1207                 return -ENOMEM;
1208         }
1209
1210         ret = dmaengine_desc_set_reuse(target->clear_rx_desc);
1211         if (ret) {
1212                 dev_err(&spi->dev, "cannot reuse clear_rx_desc\n");
1213                 return ret;
1214         }
1215
1216         return 0;
1217 }
1218
1219 static int bcm2835_spi_setup(struct spi_device *spi)
1220 {
1221         struct spi_controller *ctlr = spi->controller;
1222         struct bcm2835_spi *bs = spi_controller_get_devdata(ctlr);
1223         struct bcm2835_spidev *target = spi_get_ctldata(spi);
1224         struct gpio_chip *chip;
1225         int ret;
1226         u32 cs;
1227
1228         if (!target) {
1229                 target = kzalloc(ALIGN(sizeof(*target), dma_get_cache_alignment()),
1230                               GFP_KERNEL);
1231                 if (!target)
1232                         return -ENOMEM;
1233
1234                 spi_set_ctldata(spi, target);
1235
1236                 ret = bcm2835_spi_setup_dma(ctlr, spi, bs, target);
1237                 if (ret)
1238                         goto err_cleanup;
1239         }
1240
1241         /*
1242          * Precalculate SPI target's CS register value for ->prepare_message():
1243          * The driver always uses software-controlled GPIO chip select, hence
1244          * set the hardware-controlled native chip select to an invalid value
1245          * to prevent it from interfering.
1246          */
1247         cs = BCM2835_SPI_CS_CS_10 | BCM2835_SPI_CS_CS_01;
1248         if (spi->mode & SPI_CPOL)
1249                 cs |= BCM2835_SPI_CS_CPOL;
1250         if (spi->mode & SPI_CPHA)
1251                 cs |= BCM2835_SPI_CS_CPHA;
1252         target->prepare_cs = cs;
1253
1254         /*
1255          * Precalculate SPI target's CS register value to clear RX FIFO
1256          * in case of a TX-only DMA transfer.
1257          */
1258         if (ctlr->dma_rx) {
1259                 target->clear_rx_cs = cs | BCM2835_SPI_CS_TA |
1260                                         BCM2835_SPI_CS_DMAEN |
1261                                         BCM2835_SPI_CS_CLEAR_RX;
1262                 dma_sync_single_for_device(ctlr->dma_rx->device->dev,
1263                                            target->clear_rx_addr,
1264                                            sizeof(u32),
1265                                            DMA_TO_DEVICE);
1266         }
1267
1268         /*
1269          * sanity checking the native-chipselects
1270          */
1271         if (spi->mode & SPI_NO_CS)
1272                 return 0;
1273         /*
1274          * The SPI core has successfully requested the CS GPIO line from the
1275          * device tree, so we are done.
1276          */
1277         if (spi_get_csgpiod(spi, 0))
1278                 return 0;
1279         if (spi_get_chipselect(spi, 0) > 1) {
1280                 /* error in the case of native CS requested with CS > 1
1281                  * officially there is a CS2, but it is not documented
1282                  * which GPIO is connected with that...
1283                  */
1284                 dev_err(&spi->dev,
1285                         "setup: only two native chip-selects are supported\n");
1286                 ret = -EINVAL;
1287                 goto err_cleanup;
1288         }
1289
1290         /*
1291          * Translate native CS to GPIO
1292          *
1293          * FIXME: poking around in the gpiolib internals like this is
1294          * not very good practice. Find a way to locate the real problem
1295          * and fix it. Why is the GPIO descriptor in spi->cs_gpiod
1296          * sometimes not assigned correctly? Erroneous device trees?
1297          */
1298
1299         /* get the gpio chip for the base */
1300         chip = gpiochip_find("pinctrl-bcm2835", chip_match_name);
1301         if (!chip)
1302                 return 0;
1303
1304         spi_set_csgpiod(spi, 0, gpiochip_request_own_desc(chip,
1305                                                           8 - (spi_get_chipselect(spi, 0)),
1306                                                           DRV_NAME,
1307                                                           GPIO_LOOKUP_FLAGS_DEFAULT,
1308                                                           GPIOD_OUT_LOW));
1309         if (IS_ERR(spi_get_csgpiod(spi, 0))) {
1310                 ret = PTR_ERR(spi_get_csgpiod(spi, 0));
1311                 goto err_cleanup;
1312         }
1313
1314         /* and set up the "mode" and level */
1315         dev_info(&spi->dev, "setting up native-CS%i to use GPIO\n",
1316                  spi_get_chipselect(spi, 0));
1317
1318         return 0;
1319
1320 err_cleanup:
1321         bcm2835_spi_cleanup(spi);
1322         return ret;
1323 }
1324
1325 static int bcm2835_spi_probe(struct platform_device *pdev)
1326 {
1327         struct spi_controller *ctlr;
1328         struct bcm2835_spi *bs;
1329         struct resource *iomem;
1330         int err;
1331
1332         ctlr = devm_spi_alloc_host(&pdev->dev, sizeof(*bs));
1333         if (!ctlr)
1334                 return -ENOMEM;
1335
1336         platform_set_drvdata(pdev, ctlr);
1337
1338         ctlr->use_gpio_descriptors = true;
1339         ctlr->mode_bits = BCM2835_SPI_MODE_BITS;
1340         ctlr->bits_per_word_mask = SPI_BPW_MASK(8);
1341         ctlr->num_chipselect = 3;
1342         ctlr->setup = bcm2835_spi_setup;
1343         ctlr->cleanup = bcm2835_spi_cleanup;
1344         ctlr->transfer_one = bcm2835_spi_transfer_one;
1345         ctlr->handle_err = bcm2835_spi_handle_err;
1346         ctlr->prepare_message = bcm2835_spi_prepare_message;
1347         ctlr->dev.of_node = pdev->dev.of_node;
1348
1349         bs = spi_controller_get_devdata(ctlr);
1350         bs->ctlr = ctlr;
1351
1352         bs->regs = devm_platform_get_and_ioremap_resource(pdev, 0, &iomem);
1353         if (IS_ERR(bs->regs))
1354                 return PTR_ERR(bs->regs);
1355
1356         bs->phys_addr = iomem->start;
1357         bs->clk = devm_clk_get(&pdev->dev, NULL);
1358         if (IS_ERR(bs->clk))
1359                 return dev_err_probe(&pdev->dev, PTR_ERR(bs->clk),
1360                                      "could not get clk\n");
1361
1362         ctlr->max_speed_hz = clk_get_rate(bs->clk) / 2;
1363
1364         bs->irq = platform_get_irq(pdev, 0);
1365         if (bs->irq < 0)
1366                 return bs->irq;
1367
1368         err = clk_prepare_enable(bs->clk);
1369         if (err)
1370                 return err;
1371         bs->clk_hz = clk_get_rate(bs->clk);
1372
1373         err = bcm2835_dma_init(ctlr, &pdev->dev, bs);
1374         if (err)
1375                 goto out_clk_disable;
1376
1377         /* initialise the hardware with the default polarities */
1378         bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_CS,
1379                    BCM2835_SPI_CS_CLEAR_RX | BCM2835_SPI_CS_CLEAR_TX);
1380
1381         err = devm_request_irq(&pdev->dev, bs->irq, bcm2835_spi_interrupt,
1382                                IRQF_SHARED, dev_name(&pdev->dev), bs);
1383         if (err) {
1384                 dev_err(&pdev->dev, "could not request IRQ: %d\n", err);
1385                 goto out_dma_release;
1386         }
1387
1388         err = spi_register_controller(ctlr);
1389         if (err) {
1390                 dev_err(&pdev->dev, "could not register SPI controller: %d\n",
1391                         err);
1392                 goto out_dma_release;
1393         }
1394
1395         bcm2835_debugfs_create(bs, dev_name(&pdev->dev));
1396
1397         return 0;
1398
1399 out_dma_release:
1400         bcm2835_dma_release(ctlr, bs);
1401 out_clk_disable:
1402         clk_disable_unprepare(bs->clk);
1403         return err;
1404 }
1405
1406 static void bcm2835_spi_remove(struct platform_device *pdev)
1407 {
1408         struct spi_controller *ctlr = platform_get_drvdata(pdev);
1409         struct bcm2835_spi *bs = spi_controller_get_devdata(ctlr);
1410
1411         bcm2835_debugfs_remove(bs);
1412
1413         spi_unregister_controller(ctlr);
1414
1415         bcm2835_dma_release(ctlr, bs);
1416
1417         /* Clear FIFOs, and disable the HW block */
1418         bcm2835_wr(bs, BCM2835_SPI_CS,
1419                    BCM2835_SPI_CS_CLEAR_RX | BCM2835_SPI_CS_CLEAR_TX);
1420
1421         clk_disable_unprepare(bs->clk);
1422 }
1423
1424 static const struct of_device_id bcm2835_spi_match[] = {
1425         { .compatible = "brcm,bcm2835-spi", },
1426         {}
1427 };
1428 MODULE_DEVICE_TABLE(of, bcm2835_spi_match);
1429
1430 static struct platform_driver bcm2835_spi_driver = {
1431         .driver         = {
1432                 .name           = DRV_NAME,
1433                 .of_match_table = bcm2835_spi_match,
1434         },
1435         .probe          = bcm2835_spi_probe,
1436         .remove_new     = bcm2835_spi_remove,
1437         .shutdown       = bcm2835_spi_remove,
1438 };
1439 module_platform_driver(bcm2835_spi_driver);
1440
1441 MODULE_DESCRIPTION("SPI controller driver for Broadcom BCM2835");
1442 MODULE_AUTHOR("Chris Boot <bootc@bootc.net>");
1443 MODULE_LICENSE("GPL");