arch/x86/cpu/cpu.c

   1 /*
   2  * (C) Copyright 2008-2011
   3  * Graeme Russ, <graeme.russ@gmail.com>
   4  *
   5  * (C) Copyright 2002
   6  * Daniel Engström, Omicron Ceti AB, <daniel@omicron.se>
   7  *
   8  * (C) Copyright 2002
   9  * Sysgo Real-Time Solutions, GmbH <www.elinos.com>
  10  * Marius Groeger <mgroeger@sysgo.de>
  11  *
  12  * (C) Copyright 2002
  13  * Sysgo Real-Time Solutions, GmbH <www.elinos.com>
  14  * Alex Zuepke <azu@sysgo.de>
  15  *
  16  * Part of this file is adapted from coreboot
  17  * src/arch/x86/lib/cpu.c
  18  *
  19  * SPDX-License-Identifier:     GPL-2.0+
  20  */
  21
  22 #include <common.h>
  23 #include <command.h>
  24 #include <errno.h>
  25 #include <malloc.h>
  26 #include <asm/control_regs.h>
  27 #include <asm/cpu.h>
  28 #include <asm/processor.h>
  29 #include <asm/processor-flags.h>
  30 #include <asm/interrupt.h>
  31 #include <linux/compiler.h>
  32
  33 DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;
  34
  35 /*
  36  * Constructor for a conventional segment GDT (or LDT) entry
  37  * This is a macro so it can be used in initialisers
  38  */
  39 #define GDT_ENTRY(flags, base, limit)                   \
  40         ((((base)  & 0xff000000ULL) << (56-24)) |       \
  41          (((flags) & 0x0000f0ffULL) << 40) |            \
  42          (((limit) & 0x000f0000ULL) << (48-16)) |       \
  43          (((base)  & 0x00ffffffULL) << 16) |            \
  44          (((limit) & 0x0000ffffULL)))
  45
  46 struct gdt_ptr {
  47         u16 len;
  48         u32 ptr;
  49 } __packed;
  50
  51 struct cpu_device_id {
  52         unsigned vendor;
  53         unsigned device;
  54 };
  55
  56 struct cpuinfo_x86 {
  57         uint8_t x86;            /* CPU family */
  58         uint8_t x86_vendor;     /* CPU vendor */
  59         uint8_t x86_model;
  60         uint8_t x86_mask;
  61 };
  62
  63 /*
  64  * List of cpu vendor strings along with their normalized
  65  * id values.
  66  */
  67 static struct {
  68         int vendor;
  69         const char *name;
  70 } x86_vendors[] = {
  71         { X86_VENDOR_INTEL,     "GenuineIntel", },
  72         { X86_VENDOR_CYRIX,     "CyrixInstead", },
  73         { X86_VENDOR_AMD,       "AuthenticAMD", },
  74         { X86_VENDOR_UMC,       "UMC UMC UMC ", },
  75         { X86_VENDOR_NEXGEN,    "NexGenDriven", },
  76         { X86_VENDOR_CENTAUR,   "CentaurHauls", },
  77         { X86_VENDOR_RISE,      "RiseRiseRise", },
  78         { X86_VENDOR_TRANSMETA, "GenuineTMx86", },
  79         { X86_VENDOR_TRANSMETA, "TransmetaCPU", },
  80         { X86_VENDOR_NSC,       "Geode by NSC", },
  81         { X86_VENDOR_SIS,       "SiS SiS SiS ", },
  82 };
  83
  84 static const char *const x86_vendor_name[] = {
  85         [X86_VENDOR_INTEL]     = "Intel",
  86         [X86_VENDOR_CYRIX]     = "Cyrix",
  87         [X86_VENDOR_AMD]       = "AMD",
  88         [X86_VENDOR_UMC]       = "UMC",
  89         [X86_VENDOR_NEXGEN]    = "NexGen",
  90         [X86_VENDOR_CENTAUR]   = "Centaur",
  91         [X86_VENDOR_RISE]      = "Rise",
  92         [X86_VENDOR_TRANSMETA] = "Transmeta",
  93         [X86_VENDOR_NSC]       = "NSC",
  94         [X86_VENDOR_SIS]       = "SiS",
  95 };
  96
  97 static void load_ds(u32 segment)
  98 {
  99         asm volatile("movl %0, %%ds" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
 100 }
 101
 102 static void load_es(u32 segment)
 103 {
 104         asm volatile("movl %0, %%es" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
 105 }
 106
 107 static void load_fs(u32 segment)
 108 {
 109         asm volatile("movl %0, %%fs" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
 110 }
 111
 112 static void load_gs(u32 segment)
 113 {
 114         asm volatile("movl %0, %%gs" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
 115 }
 116
 117 static void load_ss(u32 segment)
 118 {
 119         asm volatile("movl %0, %%ss" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
 120 }
 121
 122 static void load_gdt(const u64 *boot_gdt, u16 num_entries)
 123 {
 124         struct gdt_ptr gdt;
 125
 126         gdt.len = (num_entries * 8) - 1;
 127         gdt.ptr = (u32)boot_gdt;
 128
 129         asm volatile("lgdtl %0\n" : : "m" (gdt));
 130 }
 131
 132 void setup_gdt(gd_t *id, u64 *gdt_addr)
 133 {
 134         /* CS: code, read/execute, 4 GB, base 0 */
 135         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_CS] = GDT_ENTRY(0xc09b, 0, 0xfffff);
 136
 137         /* DS: data, read/write, 4 GB, base 0 */
 138         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS] = GDT_ENTRY(0xc093, 0, 0xfffff);
 139
 140         /* FS: data, read/write, 4 GB, base (Global Data Pointer) */
 141         id->arch.gd_addr = id;
 142         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_FS] = GDT_ENTRY(0xc093,
 143                      (ulong)&id->arch.gd_addr, 0xfffff);
 144
 145         /* 16-bit CS: code, read/execute, 64 kB, base 0 */
 146         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_CS] = GDT_ENTRY(0x109b, 0, 0x0ffff);
 147
 148         /* 16-bit DS: data, read/write, 64 kB, base 0 */
 149         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_DS] = GDT_ENTRY(0x1093, 0, 0x0ffff);
 150
 151         load_gdt(gdt_addr, X86_GDT_NUM_ENTRIES);
 152         load_ds(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
 153         load_es(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
 154         load_gs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
 155         load_ss(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
 156         load_fs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_FS);
 157 }
 158
 159 int __weak x86_cleanup_before_linux(void)
 160 {
 161 #ifdef CONFIG_BOOTSTAGE_STASH
 162         bootstage_stash((void *)CONFIG_BOOTSTAGE_STASH,
 163                         CONFIG_BOOTSTAGE_STASH_SIZE);
 164 #endif
 165
 166         return 0;
 167 }
 168
 169 /*
 170  * Cyrix CPUs without cpuid or with cpuid not yet enabled can be detected
 171  * by the fact that they preserve the flags across the division of 5/2.
 172  * PII and PPro exhibit this behavior too, but they have cpuid available.
 173  */
 174
 175 /*
 176  * Perform the Cyrix 5/2 test. A Cyrix won't change
 177  * the flags, while other 486 chips will.
 178  */
 179 static inline int test_cyrix_52div(void)
 180 {
 181         unsigned int test;
 182
 183         __asm__ __volatile__(
 184              "sahf\n\t"         /* clear flags (%eax = 0x0005) */
 185              "div %b2\n\t"      /* divide 5 by 2 */
 186              "lahf"             /* store flags into %ah */
 187              : "=a" (test)
 188              : "0" (5), "q" (2)
 189              : "cc");
 190
 191         /* AH is 0x02 on Cyrix after the divide.. */
 192         return (unsigned char) (test >> 8) == 0x02;
 193 }
 194
 195 /*
 196  *      Detect a NexGen CPU running without BIOS hypercode new enough
 197  *      to have CPUID. (Thanks to Herbert Oppmann)
 198  */
 199
 200 static int deep_magic_nexgen_probe(void)
 201 {
 202         int ret;
 203
 204         __asm__ __volatile__ (
 205                 "       movw    $0x5555, %%ax\n"
 206                 "       xorw    %%dx,%%dx\n"
 207                 "       movw    $2, %%cx\n"
 208                 "       divw    %%cx\n"
 209                 "       movl    $0, %%eax\n"
 210                 "       jnz     1f\n"
 211                 "       movl    $1, %%eax\n"
 212                 "1:\n"
 213                 : "=a" (ret) : : "cx", "dx");
 214         return  ret;
 215 }
 216
 217 static bool has_cpuid(void)
 218 {
 219         return flag_is_changeable_p(X86_EFLAGS_ID);
 220 }
 221
 222 static int build_vendor_name(char *vendor_name)
 223 {
 224         struct cpuid_result result;
 225         result = cpuid(0x00000000);
 226         unsigned int *name_as_ints = (unsigned int *)vendor_name;
 227
 228         name_as_ints[0] = result.ebx;
 229         name_as_ints[1] = result.edx;
 230         name_as_ints[2] = result.ecx;
 231
 232         return result.eax;
 233 }
 234
 235 static void identify_cpu(struct cpu_device_id *cpu)
 236 {
 237         char vendor_name[16];
 238         int i;
 239
 240         vendor_name[0] = '\0'; /* Unset */
 241
 242         /* Find the id and vendor_name */
 243         if (!has_cpuid()) {
 244                 /* Its a 486 if we can modify the AC flag */
 245                 if (flag_is_changeable_p(X86_EFLAGS_AC))
 246                         cpu->device = 0x00000400; /* 486 */
 247                 else
 248                         cpu->device = 0x00000300; /* 386 */
 249                 if ((cpu->device == 0x00000400) && test_cyrix_52div()) {
 250                         memcpy(vendor_name, "CyrixInstead", 13);
 251                         /* If we ever care we can enable cpuid here */
 252                 }
 253                 /* Detect NexGen with old hypercode */
 254                 else if (deep_magic_nexgen_probe())
 255                         memcpy(vendor_name, "NexGenDriven", 13);
 256         }
 257         if (has_cpuid()) {
 258                 int  cpuid_level;
 259
 260                 cpuid_level = build_vendor_name(vendor_name);
 261                 vendor_name[12] = '\0';
 262
 263                 /* Intel-defined flags: level 0x00000001 */
 264                 if (cpuid_level >= 0x00000001) {
 265                         cpu->device = cpuid_eax(0x00000001);
 266                 } else {
 267                         /* Have CPUID level 0 only unheard of */
 268                         cpu->device = 0x00000400;
 269                 }
 270         }
 271         cpu->vendor = X86_VENDOR_UNKNOWN;
 272         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(x86_vendors); i++) {
 273                 if (memcmp(vendor_name, x86_vendors[i].name, 12) == 0) {
 274                         cpu->vendor = x86_vendors[i].vendor;
 275                         break;
 276                 }
 277         }
 278 }
 279
 280 static inline void get_fms(struct cpuinfo_x86 *c, uint32_t tfms)
 281 {
 282         c->x86 = (tfms >> 8) & 0xf;
 283         c->x86_model = (tfms >> 4) & 0xf;
 284         c->x86_mask = tfms & 0xf;
 285         if (c->x86 == 0xf)
 286                 c->x86 += (tfms >> 20) & 0xff;
 287         if (c->x86 >= 0x6)
 288                 c->x86_model += ((tfms >> 16) & 0xF) << 4;
 289 }
 290
 291 int x86_cpu_init_f(void)
 292 {
 293         const u32 em_rst = ~X86_CR0_EM;
 294         const u32 mp_ne_set = X86_CR0_MP | X86_CR0_NE;
 295
 296         /* initialize FPU, reset EM, set MP and NE */
 297         asm ("fninit\n" \
 298              "movl %%cr0, %%eax\n" \
 299              "andl %0, %%eax\n" \
 300              "orl  %1, %%eax\n" \
 301              "movl %%eax, %%cr0\n" \
 302              : : "i" (em_rst), "i" (mp_ne_set) : "eax");
 303
 304         /* identify CPU via cpuid and store the decoded info into gd->arch */
 305         if (has_cpuid()) {
 306                 struct cpu_device_id cpu;
 307                 struct cpuinfo_x86 c;
 308
 309                 identify_cpu(&cpu);
 310                 get_fms(&c, cpu.device);
 311                 gd->arch.x86 = c.x86;
 312                 gd->arch.x86_vendor = cpu.vendor;
 313                 gd->arch.x86_model = c.x86_model;
 314                 gd->arch.x86_mask = c.x86_mask;
 315                 gd->arch.x86_device = cpu.device;
 316         }
 317
 318         return 0;
 319 }
 320
 321 int x86_cpu_init_r(void)
 322 {
 323         /* Initialize core interrupt and exception functionality of CPU */
 324         cpu_init_interrupts();
 325         return 0;
 326 }
 327 int cpu_init_r(void) __attribute__((weak, alias("x86_cpu_init_r")));
 328
 329 void x86_enable_caches(void)
 330 {
 331         unsigned long cr0;
 332
 333         cr0 = read_cr0();
 334         cr0 &= ~(X86_CR0_NW | X86_CR0_CD);
 335         write_cr0(cr0);
 336         wbinvd();
 337 }
 338 void enable_caches(void) __attribute__((weak, alias("x86_enable_caches")));
 339
 340 void x86_disable_caches(void)
 341 {
 342         unsigned long cr0;
 343
 344         cr0 = read_cr0();
 345         cr0 |= X86_CR0_NW | X86_CR0_CD;
 346         wbinvd();
 347         write_cr0(cr0);
 348         wbinvd();
 349 }
 350 void disable_caches(void) __attribute__((weak, alias("x86_disable_caches")));
 351
 352 int x86_init_cache(void)
 353 {
 354         enable_caches();
 355
 356         return 0;
 357 }
 358 int init_cache(void) __attribute__((weak, alias("x86_init_cache")));
 359
 360 int do_reset(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])
 361 {
 362         printf("resetting ...\n");
 363
 364         /* wait 50 ms */
 365         udelay(50000);
 366         disable_interrupts();
 367         reset_cpu(0);
 368
 369         /*NOTREACHED*/
 370         return 0;
 371 }
 372
 373 void  flush_cache(unsigned long dummy1, unsigned long dummy2)
 374 {
 375         asm("wbinvd\n");
 376 }
 377
 378 void __attribute__ ((regparm(0))) generate_gpf(void);
 379
 380 /* segment 0x70 is an arbitrary segment which does not exist */
 381 asm(".globl generate_gpf\n"
 382         ".hidden generate_gpf\n"
 383         ".type generate_gpf, @function\n"
 384         "generate_gpf:\n"
 385         "ljmp   $0x70, $0x47114711\n");
 386
 387 __weak void reset_cpu(ulong addr)
 388 {
 389         printf("Resetting using x86 Triple Fault\n");
 390         set_vector(13, generate_gpf);   /* general protection fault handler */
 391         set_vector(8, generate_gpf);    /* double fault handler */
 392         generate_gpf();                 /* start the show */
 393 }
 394
 395 int dcache_status(void)
 396 {
 397         return !(read_cr0() & 0x40000000);
 398 }
 399
 400 /* Define these functions to allow ehch-hcd to function */
 401 void flush_dcache_range(unsigned long start, unsigned long stop)
 402 {
 403 }
 404
 405 void invalidate_dcache_range(unsigned long start, unsigned long stop)
 406 {
 407 }
 408
 409 void dcache_enable(void)
 410 {
 411         enable_caches();
 412 }
 413
 414 void dcache_disable(void)
 415 {
 416         disable_caches();
 417 }
 418
 419 void icache_enable(void)
 420 {
 421 }
 422
 423 void icache_disable(void)
 424 {
 425 }
 426
 427 int icache_status(void)
 428 {
 429         return 1;
 430 }
 431
 432 void cpu_enable_paging_pae(ulong cr3)
 433 {
 434         __asm__ __volatile__(
 435                 /* Load the page table address */
 436                 "movl   %0, %%cr3\n"
 437                 /* Enable pae */
 438                 "movl   %%cr4, %%eax\n"
 439                 "orl    $0x00000020, %%eax\n"
 440                 "movl   %%eax, %%cr4\n"
 441                 /* Enable paging */
 442                 "movl   %%cr0, %%eax\n"
 443                 "orl    $0x80000000, %%eax\n"
 444                 "movl   %%eax, %%cr0\n"
 445                 :
 446                 : "r" (cr3)
 447                 : "eax");
 448 }
 449
 450 void cpu_disable_paging_pae(void)
 451 {
 452         /* Turn off paging */
 453         __asm__ __volatile__ (
 454                 /* Disable paging */
 455                 "movl   %%cr0, %%eax\n"
 456                 "andl   $0x7fffffff, %%eax\n"
 457                 "movl   %%eax, %%cr0\n"
 458                 /* Disable pae */
 459                 "movl   %%cr4, %%eax\n"
 460                 "andl   $0xffffffdf, %%eax\n"
 461                 "movl   %%eax, %%cr4\n"
 462                 :
 463                 :
 464                 : "eax");
 465 }
 466
 467 static bool can_detect_long_mode(void)
 468 {
 469         return cpuid_eax(0x80000000) > 0x80000000UL;
 470 }
 471
 472 static bool has_long_mode(void)
 473 {
 474         return cpuid_edx(0x80000001) & (1 << 29) ? true : false;
 475 }
 476
 477 int cpu_has_64bit(void)
 478 {
 479         return has_cpuid() && can_detect_long_mode() &&
 480                 has_long_mode();
 481 }
 482
 483 const char *cpu_vendor_name(int vendor)
 484 {
 485         const char *name;
 486         name = "<invalid cpu vendor>";
 487         if ((vendor < (ARRAY_SIZE(x86_vendor_name))) &&
 488             (x86_vendor_name[vendor] != 0))
 489                 name = x86_vendor_name[vendor];
 490
 491         return name;
 492 }
 493
 494 void fill_processor_name(char *processor_name)
 495 {
 496         struct cpuid_result regs;
 497         char temp_processor_name[49];
 498         char *processor_name_start;
 499         unsigned int *name_as_ints = (unsigned int *)temp_processor_name;
 500         int i;
 501
 502         for (i = 0; i < 3; i++) {
 503                 regs = cpuid(0x80000002 + i);
 504                 name_as_ints[i * 4 + 0] = regs.eax;
 505                 name_as_ints[i * 4 + 1] = regs.ebx;
 506                 name_as_ints[i * 4 + 2] = regs.ecx;
 507                 name_as_ints[i * 4 + 3] = regs.edx;
 508         }
 509
 510         temp_processor_name[48] = 0;
 511
 512         /* Skip leading spaces. */
 513         processor_name_start = temp_processor_name;
 514         while (*processor_name_start == ' ')
 515                 processor_name_start++;
 516
 517         memset(processor_name, 0, 49);
 518         strcpy(processor_name, processor_name_start);
 519 }
 520
 521 int print_cpuinfo(void)
 522 {
 523         printf("CPU: %s, vendor %s, device %xh\n",
 524                cpu_has_64bit() ? "x86_64" : "x86",
 525                cpu_vendor_name(gd->arch.x86_vendor), gd->arch.x86_device);
 526
 527         return 0;
 528 }
 529
 530 #define PAGETABLE_SIZE          (6 * 4096)
 531
 532 /**
 533  * build_pagetable() - build a flat 4GiB page table structure for 64-bti mode
 534  *
 535  * @pgtable: Pointer to a 24iKB block of memory
 536  */
 537 static void build_pagetable(uint32_t *pgtable)
 538 {
 539         uint i;
 540
 541         memset(pgtable, '\0', PAGETABLE_SIZE);
 542
 543         /* Level 4 needs a single entry */
 544         pgtable[0] = (uint32_t)&pgtable[1024] + 7;
 545
 546         /* Level 3 has one 64-bit entry for each GiB of memory */
 547         for (i = 0; i < 4; i++) {
 548                 pgtable[1024 + i * 2] = (uint32_t)&pgtable[2048] +
 549                                                         0x1000 * i + 7;
 550         }
 551
 552         /* Level 2 has 2048 64-bit entries, each repesenting 2MiB */
 553         for (i = 0; i < 2048; i++)
 554                 pgtable[2048 + i * 2] = 0x183 + (i << 21UL);
 555 }
 556
 557 int cpu_jump_to_64bit(ulong setup_base, ulong target)
 558 {
 559         uint32_t *pgtable;
 560
 561         pgtable = memalign(4096, PAGETABLE_SIZE);
 562         if (!pgtable)
 563                 return -ENOMEM;
 564
 565         build_pagetable(pgtable);
 566         cpu_call64((ulong)pgtable, setup_base, target);
 567         free(pgtable);
 568
 569         return -EFAULT;
 570 }