drivers/fsi: Add GPIO based FSI master
authorChristopher Bostic <cbostic@linux.vnet.ibm.com>
Tue, 6 Jun 2017 21:08:54 +0000 (16:08 -0500)
committerGreg Kroah-Hartman <gregkh@linuxfoundation.org>
Fri, 9 Jun 2017 09:52:09 +0000 (11:52 +0200)
Implement a FSI master using GPIO.  Will generate FSI protocol for
read and write commands to particular addresses.  Sends master command
and waits for and decodes a slave response.

Includes changes from Edward A. James <eajames@us.ibm.com> and Jeremy
Kerr <jk@ozlabs.org>.

Signed-off-by: Edward A. James <eajames@us.ibm.com>
Signed-off-by: Jeremy Kerr <jk@ozlabs.org>
Signed-off-by: Christopher Bostic <cbostic@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Joel Stanley <joel@jms.id.au>
Signed-off-by: Greg Kroah-Hartman <gregkh@linuxfoundation.org>
drivers/fsi/Kconfig
drivers/fsi/Makefile
drivers/fsi/fsi-master-gpio.c [new file with mode: 0644]

index e1006c6..ba16637 100644 (file)
@@ -10,4 +10,16 @@ config FSI
        ---help---
          FSI - the FRU Support Interface - is a simple bus for low-level
          access to POWER-based hardware.
+
+if FSI
+
+config FSI_MASTER_GPIO
+       tristate "GPIO-based FSI master"
+       depends on GPIOLIB
+       select CRC4
+       ---help---
+       This option enables a FSI master driver using GPIO lines.
+
+endif
+
 endmenu
index db0e5e7..ed28ac0 100644 (file)
@@ -1,2 +1,3 @@
 
 obj-$(CONFIG_FSI) += fsi-core.o
+obj-$(CONFIG_FSI_MASTER_GPIO) += fsi-master-gpio.o
diff --git a/drivers/fsi/fsi-master-gpio.c b/drivers/fsi/fsi-master-gpio.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..d467e61
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,594 @@
+/*
+ * A FSI master controller, using a simple GPIO bit-banging interface
+ */
+
+#include <linux/crc4.h>
+#include <linux/delay.h>
+#include <linux/device.h>
+#include <linux/fsi.h>
+#include <linux/gpio/consumer.h>
+#include <linux/io.h>
+#include <linux/module.h>
+#include <linux/platform_device.h>
+#include <linux/slab.h>
+#include <linux/spinlock.h>
+
+#include "fsi-master.h"
+
+#define        FSI_GPIO_STD_DLY        1       /* Standard pin delay in nS */
+#define        FSI_ECHO_DELAY_CLOCKS   16      /* Number clocks for echo delay */
+#define        FSI_PRE_BREAK_CLOCKS    50      /* Number clocks to prep for break */
+#define        FSI_BREAK_CLOCKS        256     /* Number of clocks to issue break */
+#define        FSI_POST_BREAK_CLOCKS   16000   /* Number clocks to set up cfam */
+#define        FSI_INIT_CLOCKS         5000    /* Clock out any old data */
+#define        FSI_GPIO_STD_DELAY      10      /* Standard GPIO delay in nS */
+                                       /* todo: adjust down as low as */
+                                       /* possible or eliminate */
+#define        FSI_GPIO_CMD_DPOLL      0x2
+#define        FSI_GPIO_CMD_TERM       0x3f
+#define FSI_GPIO_CMD_ABS_AR    0x4
+
+#define        FSI_GPIO_DPOLL_CLOCKS   100      /* < 21 will cause slave to hang */
+
+/* Bus errors */
+#define        FSI_GPIO_ERR_BUSY       1       /* Slave stuck in busy state */
+#define        FSI_GPIO_RESP_ERRA      2       /* Any (misc) Error */
+#define        FSI_GPIO_RESP_ERRC      3       /* Slave reports master CRC error */
+#define        FSI_GPIO_MTOE           4       /* Master time out error */
+#define        FSI_GPIO_CRC_INVAL      5       /* Master reports slave CRC error */
+
+/* Normal slave responses */
+#define        FSI_GPIO_RESP_BUSY      1
+#define        FSI_GPIO_RESP_ACK       0
+#define        FSI_GPIO_RESP_ACKD      4
+
+#define        FSI_GPIO_MAX_BUSY       100
+#define        FSI_GPIO_MTOE_COUNT     1000
+#define        FSI_GPIO_DRAIN_BITS     20
+#define        FSI_GPIO_CRC_SIZE       4
+#define        FSI_GPIO_MSG_ID_SIZE            2
+#define        FSI_GPIO_MSG_RESPID_SIZE        2
+#define        FSI_GPIO_PRIME_SLAVE_CLOCKS     100
+
+struct fsi_master_gpio {
+       struct fsi_master       master;
+       struct device           *dev;
+       spinlock_t              cmd_lock;       /* Lock for commands */
+       struct gpio_desc        *gpio_clk;
+       struct gpio_desc        *gpio_data;
+       struct gpio_desc        *gpio_trans;    /* Voltage translator */
+       struct gpio_desc        *gpio_enable;   /* FSI enable */
+       struct gpio_desc        *gpio_mux;      /* Mux control */
+};
+
+#define to_fsi_master_gpio(m) container_of(m, struct fsi_master_gpio, master)
+
+struct fsi_gpio_msg {
+       uint64_t        msg;
+       uint8_t         bits;
+};
+
+static void clock_toggle(struct fsi_master_gpio *master, int count)
+{
+       int i;
+
+       for (i = 0; i < count; i++) {
+               ndelay(FSI_GPIO_STD_DLY);
+               gpiod_set_value(master->gpio_clk, 0);
+               ndelay(FSI_GPIO_STD_DLY);
+               gpiod_set_value(master->gpio_clk, 1);
+       }
+}
+
+static int sda_in(struct fsi_master_gpio *master)
+{
+       int in;
+
+       ndelay(FSI_GPIO_STD_DLY);
+       in = gpiod_get_value(master->gpio_data);
+       return in ? 1 : 0;
+}
+
+static void sda_out(struct fsi_master_gpio *master, int value)
+{
+       gpiod_set_value(master->gpio_data, value);
+}
+
+static void set_sda_input(struct fsi_master_gpio *master)
+{
+       gpiod_direction_input(master->gpio_data);
+       gpiod_set_value(master->gpio_trans, 0);
+}
+
+static void set_sda_output(struct fsi_master_gpio *master, int value)
+{
+       gpiod_set_value(master->gpio_trans, 1);
+       gpiod_direction_output(master->gpio_data, value);
+}
+
+static void clock_zeros(struct fsi_master_gpio *master, int count)
+{
+       set_sda_output(master, 1);
+       clock_toggle(master, count);
+}
+
+static void serial_in(struct fsi_master_gpio *master, struct fsi_gpio_msg *msg,
+                       uint8_t num_bits)
+{
+       uint8_t bit, in_bit;
+
+       set_sda_input(master);
+
+       for (bit = 0; bit < num_bits; bit++) {
+               clock_toggle(master, 1);
+               in_bit = sda_in(master);
+               msg->msg <<= 1;
+               msg->msg |= ~in_bit & 0x1;      /* Data is active low */
+       }
+       msg->bits += num_bits;
+}
+
+static void serial_out(struct fsi_master_gpio *master,
+                       const struct fsi_gpio_msg *cmd)
+{
+       uint8_t bit;
+       uint64_t msg = ~cmd->msg;       /* Data is active low */
+       uint64_t sda_mask = 0x1ULL << (cmd->bits - 1);
+       uint64_t last_bit = ~0;
+       int next_bit;
+
+       if (!cmd->bits) {
+               dev_warn(master->dev, "trying to output 0 bits\n");
+               return;
+       }
+       set_sda_output(master, 0);
+
+       /* Send the start bit */
+       sda_out(master, 0);
+       clock_toggle(master, 1);
+
+       /* Send the message */
+       for (bit = 0; bit < cmd->bits; bit++) {
+               next_bit = (msg & sda_mask) >> (cmd->bits - 1);
+               if (last_bit ^ next_bit) {
+                       sda_out(master, next_bit);
+                       last_bit = next_bit;
+               }
+               clock_toggle(master, 1);
+               msg <<= 1;
+       }
+}
+
+static void msg_push_bits(struct fsi_gpio_msg *msg, uint64_t data, int bits)
+{
+       msg->msg <<= bits;
+       msg->msg |= data & ((1ull << bits) - 1);
+       msg->bits += bits;
+}
+
+static void msg_push_crc(struct fsi_gpio_msg *msg)
+{
+       uint8_t crc;
+       int top;
+
+       top = msg->bits & 0x3;
+
+       /* start bit, and any non-aligned top bits */
+       crc = crc4(0, 1 << top | msg->msg >> (msg->bits - top), top + 1);
+
+       /* aligned bits */
+       crc = crc4(crc, msg->msg, msg->bits - top);
+
+       msg_push_bits(msg, crc, 4);
+}
+
+/*
+ * Encode an Absolute Address command
+ */
+static void build_abs_ar_command(struct fsi_gpio_msg *cmd,
+               uint8_t id, uint32_t addr, size_t size, const void *data)
+{
+       bool write = !!data;
+       uint8_t ds;
+       int i;
+
+       cmd->bits = 0;
+       cmd->msg = 0;
+
+       msg_push_bits(cmd, id, 2);
+       msg_push_bits(cmd, FSI_GPIO_CMD_ABS_AR, 3);
+       msg_push_bits(cmd, write ? 0 : 1, 1);
+
+       /*
+        * The read/write size is encoded in the lower bits of the address
+        * (as it must be naturally-aligned), and the following ds bit.
+        *
+        *      size    addr:1  addr:0  ds
+        *      1       x       x       0
+        *      2       x       0       1
+        *      4       0       1       1
+        *
+        */
+       ds = size > 1 ? 1 : 0;
+       addr &= ~(size - 1);
+       if (size == 4)
+               addr |= 1;
+
+       msg_push_bits(cmd, addr & ((1 << 21) - 1), 21);
+       msg_push_bits(cmd, ds, 1);
+       for (i = 0; write && i < size; i++)
+               msg_push_bits(cmd, ((uint8_t *)data)[i], 8);
+
+       msg_push_crc(cmd);
+}
+
+static void build_dpoll_command(struct fsi_gpio_msg *cmd, uint8_t slave_id)
+{
+       cmd->bits = 0;
+       cmd->msg = 0;
+
+       msg_push_bits(cmd, slave_id, 2);
+       msg_push_bits(cmd, FSI_GPIO_CMD_DPOLL, 3);
+       msg_push_crc(cmd);
+}
+
+static void echo_delay(struct fsi_master_gpio *master)
+{
+       set_sda_output(master, 1);
+       clock_toggle(master, FSI_ECHO_DELAY_CLOCKS);
+}
+
+static void build_term_command(struct fsi_gpio_msg *cmd, uint8_t slave_id)
+{
+       cmd->bits = 0;
+       cmd->msg = 0;
+
+       msg_push_bits(cmd, slave_id, 2);
+       msg_push_bits(cmd, FSI_GPIO_CMD_TERM, 6);
+       msg_push_crc(cmd);
+}
+
+/*
+ * Store information on master errors so handler can detect and clean
+ * up the bus
+ */
+static void fsi_master_gpio_error(struct fsi_master_gpio *master, int error)
+{
+
+}
+
+static int read_one_response(struct fsi_master_gpio *master,
+               uint8_t data_size, struct fsi_gpio_msg *msgp, uint8_t *tagp)
+{
+       struct fsi_gpio_msg msg;
+       uint8_t id, tag;
+       uint32_t crc;
+       int i;
+
+       /* wait for the start bit */
+       for (i = 0; i < FSI_GPIO_MTOE_COUNT; i++) {
+               msg.bits = 0;
+               msg.msg = 0;
+               serial_in(master, &msg, 1);
+               if (msg.msg)
+                       break;
+       }
+       if (i == FSI_GPIO_MTOE_COUNT) {
+               dev_dbg(master->dev,
+                       "Master time out waiting for response\n");
+               fsi_master_gpio_error(master, FSI_GPIO_MTOE);
+               return -EIO;
+       }
+
+       msg.bits = 0;
+       msg.msg = 0;
+
+       /* Read slave ID & response tag */
+       serial_in(master, &msg, 4);
+
+       id = (msg.msg >> FSI_GPIO_MSG_RESPID_SIZE) & 0x3;
+       tag = msg.msg & 0x3;
+
+       /* If we have an ACK and we're expecting data, clock the data in too */
+       if (tag == FSI_GPIO_RESP_ACK && data_size)
+               serial_in(master, &msg, data_size * 8);
+
+       /* read CRC */
+       serial_in(master, &msg, FSI_GPIO_CRC_SIZE);
+
+       /* we have a whole message now; check CRC */
+       crc = crc4(0, 1, 1);
+       crc = crc4(crc, msg.msg, msg.bits);
+       if (crc) {
+               dev_dbg(master->dev, "ERR response CRC\n");
+               fsi_master_gpio_error(master, FSI_GPIO_CRC_INVAL);
+               return -EIO;
+       }
+
+       if (msgp)
+               *msgp = msg;
+       if (tagp)
+               *tagp = tag;
+
+       return 0;
+}
+
+static int issue_term(struct fsi_master_gpio *master, uint8_t slave)
+{
+       struct fsi_gpio_msg cmd;
+       uint8_t tag;
+       int rc;
+
+       build_term_command(&cmd, slave);
+       serial_out(master, &cmd);
+       echo_delay(master);
+
+       rc = read_one_response(master, 0, NULL, &tag);
+       if (rc < 0) {
+               dev_err(master->dev,
+                               "TERM failed; lost communication with slave\n");
+               return -EIO;
+       } else if (tag != FSI_GPIO_RESP_ACK) {
+               dev_err(master->dev, "TERM failed; response %d\n", tag);
+               return -EIO;
+       }
+
+       return 0;
+}
+
+static int poll_for_response(struct fsi_master_gpio *master,
+               uint8_t slave, uint8_t size, void *data)
+{
+       struct fsi_gpio_msg response, cmd;
+       int busy_count = 0, rc, i;
+       uint8_t tag;
+       uint8_t *data_byte = data;
+
+retry:
+       rc = read_one_response(master, size, &response, &tag);
+       if (rc)
+               return rc;
+
+       switch (tag) {
+       case FSI_GPIO_RESP_ACK:
+               if (size && data) {
+                       uint64_t val = response.msg;
+                       /* clear crc & mask */
+                       val >>= 4;
+                       val &= (1ull << (size * 8)) - 1;
+
+                       for (i = 0; i < size; i++) {
+                               data_byte[size-i-1] = val;
+                               val >>= 8;
+                       }
+               }
+               break;
+       case FSI_GPIO_RESP_BUSY:
+               /*
+                * Its necessary to clock slave before issuing
+                * d-poll, not indicated in the hardware protocol
+                * spec. < 20 clocks causes slave to hang, 21 ok.
+                */
+               clock_zeros(master, FSI_GPIO_DPOLL_CLOCKS);
+               if (busy_count++ < FSI_GPIO_MAX_BUSY) {
+                       build_dpoll_command(&cmd, slave);
+                       serial_out(master, &cmd);
+                       echo_delay(master);
+                       goto retry;
+               }
+               dev_warn(master->dev,
+                       "ERR slave is stuck in busy state, issuing TERM\n");
+               issue_term(master, slave);
+               rc = -EIO;
+               break;
+
+       case FSI_GPIO_RESP_ERRA:
+       case FSI_GPIO_RESP_ERRC:
+               dev_dbg(master->dev, "ERR%c received: 0x%x\n",
+                       tag == FSI_GPIO_RESP_ERRA ? 'A' : 'C',
+                       (int)response.msg);
+               fsi_master_gpio_error(master, response.msg);
+               rc = -EIO;
+               break;
+       }
+
+       /* Clock the slave enough to be ready for next operation */
+       clock_zeros(master, FSI_GPIO_PRIME_SLAVE_CLOCKS);
+       return rc;
+}
+
+static int fsi_master_gpio_xfer(struct fsi_master_gpio *master, uint8_t slave,
+               struct fsi_gpio_msg *cmd, size_t resp_len, void *resp)
+{
+       unsigned long flags;
+       int rc;
+
+       spin_lock_irqsave(&master->cmd_lock, flags);
+       serial_out(master, cmd);
+       echo_delay(master);
+       rc = poll_for_response(master, slave, resp_len, resp);
+       spin_unlock_irqrestore(&master->cmd_lock, flags);
+
+       return rc;
+}
+
+static int fsi_master_gpio_read(struct fsi_master *_master, int link,
+               uint8_t id, uint32_t addr, void *val, size_t size)
+{
+       struct fsi_master_gpio *master = to_fsi_master_gpio(_master);
+       struct fsi_gpio_msg cmd;
+
+       if (link != 0)
+               return -ENODEV;
+
+       build_abs_ar_command(&cmd, id, addr, size, NULL);
+       return fsi_master_gpio_xfer(master, id, &cmd, size, val);
+}
+
+static int fsi_master_gpio_write(struct fsi_master *_master, int link,
+               uint8_t id, uint32_t addr, const void *val, size_t size)
+{
+       struct fsi_master_gpio *master = to_fsi_master_gpio(_master);
+       struct fsi_gpio_msg cmd;
+
+       if (link != 0)
+               return -ENODEV;
+
+       build_abs_ar_command(&cmd, id, addr, size, val);
+       return fsi_master_gpio_xfer(master, id, &cmd, 0, NULL);
+}
+
+static int fsi_master_gpio_term(struct fsi_master *_master,
+               int link, uint8_t id)
+{
+       struct fsi_master_gpio *master = to_fsi_master_gpio(_master);
+       struct fsi_gpio_msg cmd;
+
+       if (link != 0)
+               return -ENODEV;
+
+       build_term_command(&cmd, id);
+       return fsi_master_gpio_xfer(master, id, &cmd, 0, NULL);
+}
+
+static int fsi_master_gpio_break(struct fsi_master *_master, int link)
+{
+       struct fsi_master_gpio *master = to_fsi_master_gpio(_master);
+
+       if (link != 0)
+               return -ENODEV;
+
+       set_sda_output(master, 1);
+       sda_out(master, 1);
+       clock_toggle(master, FSI_PRE_BREAK_CLOCKS);
+       sda_out(master, 0);
+       clock_toggle(master, FSI_BREAK_CLOCKS);
+       echo_delay(master);
+       sda_out(master, 1);
+       clock_toggle(master, FSI_POST_BREAK_CLOCKS);
+
+       /* Wait for logic reset to take effect */
+       udelay(200);
+
+       return 0;
+}
+
+static void fsi_master_gpio_init(struct fsi_master_gpio *master)
+{
+       gpiod_direction_output(master->gpio_mux, 1);
+       gpiod_direction_output(master->gpio_trans, 1);
+       gpiod_direction_output(master->gpio_enable, 1);
+       gpiod_direction_output(master->gpio_clk, 1);
+       gpiod_direction_output(master->gpio_data, 1);
+
+       /* todo: evaluate if clocks can be reduced */
+       clock_zeros(master, FSI_INIT_CLOCKS);
+}
+
+static int fsi_master_gpio_link_enable(struct fsi_master *_master, int link)
+{
+       struct fsi_master_gpio *master = to_fsi_master_gpio(_master);
+
+       if (link != 0)
+               return -ENODEV;
+       gpiod_set_value(master->gpio_enable, 1);
+
+       return 0;
+}
+
+static int fsi_master_gpio_probe(struct platform_device *pdev)
+{
+       struct fsi_master_gpio *master;
+       struct gpio_desc *gpio;
+
+       master = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*master), GFP_KERNEL);
+       if (!master)
+               return -ENOMEM;
+
+       master->dev = &pdev->dev;
+       master->master.dev.parent = master->dev;
+
+       gpio = devm_gpiod_get(&pdev->dev, "clock", 0);
+       if (IS_ERR(gpio)) {
+               dev_err(&pdev->dev, "failed to get clock gpio\n");
+               return PTR_ERR(gpio);
+       }
+       master->gpio_clk = gpio;
+
+       gpio = devm_gpiod_get(&pdev->dev, "data", 0);
+       if (IS_ERR(gpio)) {
+               dev_err(&pdev->dev, "failed to get data gpio\n");
+               return PTR_ERR(gpio);
+       }
+       master->gpio_data = gpio;
+
+       /* Optional GPIOs */
+       gpio = devm_gpiod_get_optional(&pdev->dev, "trans", 0);
+       if (IS_ERR(gpio)) {
+               dev_err(&pdev->dev, "failed to get trans gpio\n");
+               return PTR_ERR(gpio);
+       }
+       master->gpio_trans = gpio;
+
+       gpio = devm_gpiod_get_optional(&pdev->dev, "enable", 0);
+       if (IS_ERR(gpio)) {
+               dev_err(&pdev->dev, "failed to get enable gpio\n");
+               return PTR_ERR(gpio);
+       }
+       master->gpio_enable = gpio;
+
+       gpio = devm_gpiod_get_optional(&pdev->dev, "mux", 0);
+       if (IS_ERR(gpio)) {
+               dev_err(&pdev->dev, "failed to get mux gpio\n");
+               return PTR_ERR(gpio);
+       }
+       master->gpio_mux = gpio;
+
+       master->master.n_links = 1;
+       master->master.read = fsi_master_gpio_read;
+       master->master.write = fsi_master_gpio_write;
+       master->master.term = fsi_master_gpio_term;
+       master->master.send_break = fsi_master_gpio_break;
+       master->master.link_enable = fsi_master_gpio_link_enable;
+       platform_set_drvdata(pdev, master);
+       spin_lock_init(&master->cmd_lock);
+
+       fsi_master_gpio_init(master);
+
+       return fsi_master_register(&master->master);
+}
+
+
+static int fsi_master_gpio_remove(struct platform_device *pdev)
+{
+       struct fsi_master_gpio *master = platform_get_drvdata(pdev);
+
+       devm_gpiod_put(&pdev->dev, master->gpio_clk);
+       devm_gpiod_put(&pdev->dev, master->gpio_data);
+       if (master->gpio_trans)
+               devm_gpiod_put(&pdev->dev, master->gpio_trans);
+       if (master->gpio_enable)
+               devm_gpiod_put(&pdev->dev, master->gpio_enable);
+       if (master->gpio_mux)
+               devm_gpiod_put(&pdev->dev, master->gpio_mux);
+       fsi_master_unregister(&master->master);
+
+       return 0;
+}
+
+static const struct of_device_id fsi_master_gpio_match[] = {
+       { .compatible = "fsi-master-gpio" },
+       { },
+};
+
+static struct platform_driver fsi_master_gpio_driver = {
+       .driver = {
+               .name           = "fsi-master-gpio",
+               .of_match_table = fsi_master_gpio_match,
+       },
+       .probe  = fsi_master_gpio_probe,
+       .remove = fsi_master_gpio_remove,
+};
+
+module_platform_driver(fsi_master_gpio_driver);
+MODULE_LICENSE("GPL");