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/post.h>
  29 #include <asm/processor.h>
  30 #include <asm/processor-flags.h>
  31 #include <asm/interrupt.h>
  32 #include <linux/compiler.h>
  33
  34 DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;
  35
  36 /*
  37  * Constructor for a conventional segment GDT (or LDT) entry
  38  * This is a macro so it can be used in initialisers
  39  */
  40 #define GDT_ENTRY(flags, base, limit)                   \
  41         ((((base)  & 0xff000000ULL) << (56-24)) |       \
  42          (((flags) & 0x0000f0ffULL) << 40) |            \
  43          (((limit) & 0x000f0000ULL) << (48-16)) |       \
  44          (((base)  & 0x00ffffffULL) << 16) |            \
  45          (((limit) & 0x0000ffffULL)))
  46
  47 struct gdt_ptr {
  48         u16 len;
  49         u32 ptr;
  50 } __packed;
  51
  52 struct cpu_device_id {
  53         unsigned vendor;
  54         unsigned device;
  55 };
  56
  57 struct cpuinfo_x86 {
  58         uint8_t x86;            /* CPU family */
  59         uint8_t x86_vendor;     /* CPU vendor */
  60         uint8_t x86_model;
  61         uint8_t x86_mask;
  62 };
  63
  64 /*
  65  * List of cpu vendor strings along with their normalized
  66  * id values.
  67  */
  68 static struct {
  69         int vendor;
  70         const char *name;
  71 } x86_vendors[] = {
  72         { X86_VENDOR_INTEL,     "GenuineIntel", },
  73         { X86_VENDOR_CYRIX,     "CyrixInstead", },
  74         { X86_VENDOR_AMD,       "AuthenticAMD", },
  75         { X86_VENDOR_UMC,       "UMC UMC UMC ", },
  76         { X86_VENDOR_NEXGEN,    "NexGenDriven", },
  77         { X86_VENDOR_CENTAUR,   "CentaurHauls", },
  78         { X86_VENDOR_RISE,      "RiseRiseRise", },
  79         { X86_VENDOR_TRANSMETA, "GenuineTMx86", },
  80         { X86_VENDOR_TRANSMETA, "TransmetaCPU", },
  81         { X86_VENDOR_NSC,       "Geode by NSC", },
  82         { X86_VENDOR_SIS,       "SiS SiS SiS ", },
  83 };
  84
  85 static const char *const x86_vendor_name[] = {
  86         [X86_VENDOR_INTEL]     = "Intel",
  87         [X86_VENDOR_CYRIX]     = "Cyrix",
  88         [X86_VENDOR_AMD]       = "AMD",
  89         [X86_VENDOR_UMC]       = "UMC",
  90         [X86_VENDOR_NEXGEN]    = "NexGen",
  91         [X86_VENDOR_CENTAUR]   = "Centaur",
  92         [X86_VENDOR_RISE]      = "Rise",
  93         [X86_VENDOR_TRANSMETA] = "Transmeta",
  94         [X86_VENDOR_NSC]       = "NSC",
  95         [X86_VENDOR_SIS]       = "SiS",
  96 };
  97
  98 static void load_ds(u32 segment)
  99 {
 100         asm volatile("movl %0, %%ds" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
 101 }
 102
 103 static void load_es(u32 segment)
 104 {
 105         asm volatile("movl %0, %%es" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
 106 }
 107
 108 static void load_fs(u32 segment)
 109 {
 110         asm volatile("movl %0, %%fs" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
 111 }
 112
 113 static void load_gs(u32 segment)
 114 {
 115         asm volatile("movl %0, %%gs" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
 116 }
 117
 118 static void load_ss(u32 segment)
 119 {
 120         asm volatile("movl %0, %%ss" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
 121 }
 122
 123 static void load_gdt(const u64 *boot_gdt, u16 num_entries)
 124 {
 125         struct gdt_ptr gdt;
 126
 127         gdt.len = (num_entries * X86_GDT_ENTRY_SIZE) - 1;
 128         gdt.ptr = (u32)boot_gdt;
 129
 130         asm volatile("lgdtl %0\n" : : "m" (gdt));
 131 }
 132
 133 void setup_gdt(gd_t *id, u64 *gdt_addr)
 134 {
 135         /* CS: code, read/execute, 4 GB, base 0 */
 136         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_CS] = GDT_ENTRY(0xc09b, 0, 0xfffff);
 137
 138         /* DS: data, read/write, 4 GB, base 0 */
 139         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS] = GDT_ENTRY(0xc093, 0, 0xfffff);
 140
 141         /* FS: data, read/write, 4 GB, base (Global Data Pointer) */
 142         id->arch.gd_addr = id;
 143         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_FS] = GDT_ENTRY(0xc093,
 144                      (ulong)&id->arch.gd_addr, 0xfffff);
 145
 146         /* 16-bit CS: code, read/execute, 64 kB, base 0 */
 147         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_CS] = GDT_ENTRY(0x009b, 0, 0x0ffff);
 148
 149         /* 16-bit DS: data, read/write, 64 kB, base 0 */
 150         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_DS] = GDT_ENTRY(0x0093, 0, 0x0ffff);
 151
 152         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_FLAT_CS] = GDT_ENTRY(0x809b, 0, 0xfffff);
 153         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_FLAT_DS] = GDT_ENTRY(0x8093, 0, 0xfffff);
 154
 155         load_gdt(gdt_addr, X86_GDT_NUM_ENTRIES);
 156         load_ds(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
 157         load_es(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
 158         load_gs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
 159         load_ss(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
 160         load_fs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_FS);
 161 }
 162
 163 int __weak x86_cleanup_before_linux(void)
 164 {
 165 #ifdef CONFIG_BOOTSTAGE_STASH
 166         bootstage_stash((void *)CONFIG_BOOTSTAGE_STASH,
 167                         CONFIG_BOOTSTAGE_STASH_SIZE);
 168 #endif
 169
 170         return 0;
 171 }
 172
 173 /*
 174  * Cyrix CPUs without cpuid or with cpuid not yet enabled can be detected
 175  * by the fact that they preserve the flags across the division of 5/2.
 176  * PII and PPro exhibit this behavior too, but they have cpuid available.
 177  */
 178
 179 /*
 180  * Perform the Cyrix 5/2 test. A Cyrix won't change
 181  * the flags, while other 486 chips will.
 182  */
 183 static inline int test_cyrix_52div(void)
 184 {
 185         unsigned int test;
 186
 187         __asm__ __volatile__(
 188              "sahf\n\t"         /* clear flags (%eax = 0x0005) */
 189              "div %b2\n\t"      /* divide 5 by 2 */
 190              "lahf"             /* store flags into %ah */
 191              : "=a" (test)
 192              : "0" (5), "q" (2)
 193              : "cc");
 194
 195         /* AH is 0x02 on Cyrix after the divide.. */
 196         return (unsigned char) (test >> 8) == 0x02;
 197 }
 198
 199 /*
 200  *      Detect a NexGen CPU running without BIOS hypercode new enough
 201  *      to have CPUID. (Thanks to Herbert Oppmann)
 202  */
 203
 204 static int deep_magic_nexgen_probe(void)
 205 {
 206         int ret;
 207
 208         __asm__ __volatile__ (
 209                 "       movw    $0x5555, %%ax\n"
 210                 "       xorw    %%dx,%%dx\n"
 211                 "       movw    $2, %%cx\n"
 212                 "       divw    %%cx\n"
 213                 "       movl    $0, %%eax\n"
 214                 "       jnz     1f\n"
 215                 "       movl    $1, %%eax\n"
 216                 "1:\n"
 217                 : "=a" (ret) : : "cx", "dx");
 218         return  ret;
 219 }
 220
 221 static bool has_cpuid(void)
 222 {
 223         return flag_is_changeable_p(X86_EFLAGS_ID);
 224 }
 225
 226 static int build_vendor_name(char *vendor_name)
 227 {
 228         struct cpuid_result result;
 229         result = cpuid(0x00000000);
 230         unsigned int *name_as_ints = (unsigned int *)vendor_name;
 231
 232         name_as_ints[0] = result.ebx;
 233         name_as_ints[1] = result.edx;
 234         name_as_ints[2] = result.ecx;
 235
 236         return result.eax;
 237 }
 238
 239 static void identify_cpu(struct cpu_device_id *cpu)
 240 {
 241         char vendor_name[16];
 242         int i;
 243
 244         vendor_name[0] = '\0'; /* Unset */
 245         cpu->device = 0; /* fix gcc 4.4.4 warning */
 246
 247         /* Find the id and vendor_name */
 248         if (!has_cpuid()) {
 249                 /* Its a 486 if we can modify the AC flag */
 250                 if (flag_is_changeable_p(X86_EFLAGS_AC))
 251                         cpu->device = 0x00000400; /* 486 */
 252                 else
 253                         cpu->device = 0x00000300; /* 386 */
 254                 if ((cpu->device == 0x00000400) && test_cyrix_52div()) {
 255                         memcpy(vendor_name, "CyrixInstead", 13);
 256                         /* If we ever care we can enable cpuid here */
 257                 }
 258                 /* Detect NexGen with old hypercode */
 259                 else if (deep_magic_nexgen_probe())
 260                         memcpy(vendor_name, "NexGenDriven", 13);
 261         }
 262         if (has_cpuid()) {
 263                 int  cpuid_level;
 264
 265                 cpuid_level = build_vendor_name(vendor_name);
 266                 vendor_name[12] = '\0';
 267
 268                 /* Intel-defined flags: level 0x00000001 */
 269                 if (cpuid_level >= 0x00000001) {
 270                         cpu->device = cpuid_eax(0x00000001);
 271                 } else {
 272                         /* Have CPUID level 0 only unheard of */
 273                         cpu->device = 0x00000400;
 274                 }
 275         }
 276         cpu->vendor = X86_VENDOR_UNKNOWN;
 277         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(x86_vendors); i++) {
 278                 if (memcmp(vendor_name, x86_vendors[i].name, 12) == 0) {
 279                         cpu->vendor = x86_vendors[i].vendor;
 280                         break;
 281                 }
 282         }
 283 }
 284
 285 static inline void get_fms(struct cpuinfo_x86 *c, uint32_t tfms)
 286 {
 287         c->x86 = (tfms >> 8) & 0xf;
 288         c->x86_model = (tfms >> 4) & 0xf;
 289         c->x86_mask = tfms & 0xf;
 290         if (c->x86 == 0xf)
 291                 c->x86 += (tfms >> 20) & 0xff;
 292         if (c->x86 >= 0x6)
 293                 c->x86_model += ((tfms >> 16) & 0xF) << 4;
 294 }
 295
 296 int x86_cpu_init_f(void)
 297 {
 298         const u32 em_rst = ~X86_CR0_EM;
 299         const u32 mp_ne_set = X86_CR0_MP | X86_CR0_NE;
 300
 301         /* initialize FPU, reset EM, set MP and NE */
 302         asm ("fninit\n" \
 303              "movl %%cr0, %%eax\n" \
 304              "andl %0, %%eax\n" \
 305              "orl  %1, %%eax\n" \
 306              "movl %%eax, %%cr0\n" \
 307              : : "i" (em_rst), "i" (mp_ne_set) : "eax");
 308
 309         /* identify CPU via cpuid and store the decoded info into gd->arch */
 310         if (has_cpuid()) {
 311                 struct cpu_device_id cpu;
 312                 struct cpuinfo_x86 c;
 313
 314                 identify_cpu(&cpu);
 315                 get_fms(&c, cpu.device);
 316                 gd->arch.x86 = c.x86;
 317                 gd->arch.x86_vendor = cpu.vendor;
 318                 gd->arch.x86_model = c.x86_model;
 319                 gd->arch.x86_mask = c.x86_mask;
 320                 gd->arch.x86_device = cpu.device;
 321         }
 322
 323         return 0;
 324 }
 325
 326 void x86_enable_caches(void)
 327 {
 328         unsigned long cr0;
 329
 330         cr0 = read_cr0();
 331         cr0 &= ~(X86_CR0_NW | X86_CR0_CD);
 332         write_cr0(cr0);
 333         wbinvd();
 334 }
 335 void enable_caches(void) __attribute__((weak, alias("x86_enable_caches")));
 336
 337 void x86_disable_caches(void)
 338 {
 339         unsigned long cr0;
 340
 341         cr0 = read_cr0();
 342         cr0 |= X86_CR0_NW | X86_CR0_CD;
 343         wbinvd();
 344         write_cr0(cr0);
 345         wbinvd();
 346 }
 347 void disable_caches(void) __attribute__((weak, alias("x86_disable_caches")));
 348
 349 int x86_init_cache(void)
 350 {
 351         enable_caches();
 352
 353         return 0;
 354 }
 355 int init_cache(void) __attribute__((weak, alias("x86_init_cache")));
 356
 357 int do_reset(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])
 358 {
 359         printf("resetting ...\n");
 360
 361         /* wait 50 ms */
 362         udelay(50000);
 363         disable_interrupts();
 364         reset_cpu(0);
 365
 366         /*NOTREACHED*/
 367         return 0;
 368 }
 369
 370 void  flush_cache(unsigned long dummy1, unsigned long dummy2)
 371 {
 372         asm("wbinvd\n");
 373 }
 374
 375 void __attribute__ ((regparm(0))) generate_gpf(void);
 376
 377 /* segment 0x70 is an arbitrary segment which does not exist */
 378 asm(".globl generate_gpf\n"
 379         ".hidden generate_gpf\n"
 380         ".type generate_gpf, @function\n"
 381         "generate_gpf:\n"
 382         "ljmp   $0x70, $0x47114711\n");
 383
 384 __weak void reset_cpu(ulong addr)
 385 {
 386         printf("Resetting using x86 Triple Fault\n");
 387         set_vector(13, generate_gpf);   /* general protection fault handler */
 388         set_vector(8, generate_gpf);    /* double fault handler */
 389         generate_gpf();                 /* start the show */
 390 }
 391
 392 int dcache_status(void)
 393 {
 394         return !(read_cr0() & 0x40000000);
 395 }
 396
 397 /* Define these functions to allow ehch-hcd to function */
 398 void flush_dcache_range(unsigned long start, unsigned long stop)
 399 {
 400 }
 401
 402 void invalidate_dcache_range(unsigned long start, unsigned long stop)
 403 {
 404 }
 405
 406 void dcache_enable(void)
 407 {
 408         enable_caches();
 409 }
 410
 411 void dcache_disable(void)
 412 {
 413         disable_caches();
 414 }
 415
 416 void icache_enable(void)
 417 {
 418 }
 419
 420 void icache_disable(void)
 421 {
 422 }
 423
 424 int icache_status(void)
 425 {
 426         return 1;
 427 }
 428
 429 void cpu_enable_paging_pae(ulong cr3)
 430 {
 431         __asm__ __volatile__(
 432                 /* Load the page table address */
 433                 "movl   %0, %%cr3\n"
 434                 /* Enable pae */
 435                 "movl   %%cr4, %%eax\n"
 436                 "orl    $0x00000020, %%eax\n"
 437                 "movl   %%eax, %%cr4\n"
 438                 /* Enable paging */
 439                 "movl   %%cr0, %%eax\n"
 440                 "orl    $0x80000000, %%eax\n"
 441                 "movl   %%eax, %%cr0\n"
 442                 :
 443                 : "r" (cr3)
 444                 : "eax");
 445 }
 446
 447 void cpu_disable_paging_pae(void)
 448 {
 449         /* Turn off paging */
 450         __asm__ __volatile__ (
 451                 /* Disable paging */
 452                 "movl   %%cr0, %%eax\n"
 453                 "andl   $0x7fffffff, %%eax\n"
 454                 "movl   %%eax, %%cr0\n"
 455                 /* Disable pae */
 456                 "movl   %%cr4, %%eax\n"
 457                 "andl   $0xffffffdf, %%eax\n"
 458                 "movl   %%eax, %%cr4\n"
 459                 :
 460                 :
 461                 : "eax");
 462 }
 463
 464 static bool can_detect_long_mode(void)
 465 {
 466         return cpuid_eax(0x80000000) > 0x80000000UL;
 467 }
 468
 469 static bool has_long_mode(void)
 470 {
 471         return cpuid_edx(0x80000001) & (1 << 29) ? true : false;
 472 }
 473
 474 int cpu_has_64bit(void)
 475 {
 476         return has_cpuid() && can_detect_long_mode() &&
 477                 has_long_mode();
 478 }
 479
 480 const char *cpu_vendor_name(int vendor)
 481 {
 482         const char *name;
 483         name = "<invalid cpu vendor>";
 484         if ((vendor < (ARRAY_SIZE(x86_vendor_name))) &&
 485             (x86_vendor_name[vendor] != 0))
 486                 name = x86_vendor_name[vendor];
 487
 488         return name;
 489 }
 490
 491 char *cpu_get_name(char *name)
 492 {
 493         unsigned int *name_as_ints = (unsigned int *)name;
 494         struct cpuid_result regs;
 495         char *ptr;
 496         int i;
 497
 498         /* This bit adds up to 48 bytes */
 499         for (i = 0; i < 3; i++) {
 500                 regs = cpuid(0x80000002 + i);
 501                 name_as_ints[i * 4 + 0] = regs.eax;
 502                 name_as_ints[i * 4 + 1] = regs.ebx;
 503                 name_as_ints[i * 4 + 2] = regs.ecx;
 504                 name_as_ints[i * 4 + 3] = regs.edx;
 505         }
 506         name[CPU_MAX_NAME_LEN - 1] = '\0';
 507
 508         /* Skip leading spaces. */
 509         ptr = name;
 510         while (*ptr == ' ')
 511                 ptr++;
 512
 513         return ptr;
 514 }
 515
 516 int default_print_cpuinfo(void)
 517 {
 518         printf("CPU: %s, vendor %s, device %xh\n",
 519                cpu_has_64bit() ? "x86_64" : "x86",
 520                cpu_vendor_name(gd->arch.x86_vendor), gd->arch.x86_device);
 521
 522         return 0;
 523 }
 524
 525 #define PAGETABLE_SIZE          (6 * 4096)
 526
 527 /**
 528  * build_pagetable() - build a flat 4GiB page table structure for 64-bti mode
 529  *
 530  * @pgtable: Pointer to a 24iKB block of memory
 531  */
 532 static void build_pagetable(uint32_t *pgtable)
 533 {
 534         uint i;
 535
 536         memset(pgtable, '\0', PAGETABLE_SIZE);
 537
 538         /* Level 4 needs a single entry */
 539         pgtable[0] = (uint32_t)&pgtable[1024] + 7;
 540
 541         /* Level 3 has one 64-bit entry for each GiB of memory */
 542         for (i = 0; i < 4; i++) {
 543                 pgtable[1024 + i * 2] = (uint32_t)&pgtable[2048] +
 544                                                         0x1000 * i + 7;
 545         }
 546
 547         /* Level 2 has 2048 64-bit entries, each repesenting 2MiB */
 548         for (i = 0; i < 2048; i++)
 549                 pgtable[2048 + i * 2] = 0x183 + (i << 21UL);
 550 }
 551
 552 int cpu_jump_to_64bit(ulong setup_base, ulong target)
 553 {
 554         uint32_t *pgtable;
 555
 556         pgtable = memalign(4096, PAGETABLE_SIZE);
 557         if (!pgtable)
 558                 return -ENOMEM;
 559
 560         build_pagetable(pgtable);
 561         cpu_call64((ulong)pgtable, setup_base, target);
 562         free(pgtable);
 563
 564         return -EFAULT;
 565 }
 566
 567 void show_boot_progress(int val)
 568 {
 569 #if MIN_PORT80_KCLOCKS_DELAY
 570         /*
 571          * Scale the time counter reading to avoid using 64 bit arithmetics.
 572          * Can't use get_timer() here becuase it could be not yet
 573          * initialized or even implemented.
 574          */
 575         if (!gd->arch.tsc_prev) {
 576                 gd->arch.tsc_base_kclocks = rdtsc() / 1000;
 577                 gd->arch.tsc_prev = 0;
 578         } else {
 579                 uint32_t now;
 580
 581                 do {
 582                         now = rdtsc() / 1000 - gd->arch.tsc_base_kclocks;
 583                 } while (now < (gd->arch.tsc_prev + MIN_PORT80_KCLOCKS_DELAY));
 584                 gd->arch.tsc_prev = now;
 585         }
 586 #endif
 587         outb(val, POST_PORT);
 588 }