Merge branch 'master' of git://git.denx.de/u-boot-socfpga
[oweals/u-boot.git] / arch / x86 / cpu / i386 / cpu.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
2 /*
3  * (C) Copyright 2008-2011
4  * Graeme Russ, <graeme.russ@gmail.com>
5  *
6  * (C) Copyright 2002
7  * Daniel Engström, Omicron Ceti AB, <daniel@omicron.se>
8  *
9  * (C) Copyright 2002
10  * Sysgo Real-Time Solutions, GmbH <www.elinos.com>
11  * Marius Groeger <mgroeger@sysgo.de>
12  *
13  * (C) Copyright 2002
14  * Sysgo Real-Time Solutions, GmbH <www.elinos.com>
15  * Alex Zuepke <azu@sysgo.de>
16  *
17  * Part of this file is adapted from coreboot
18  * src/arch/x86/lib/cpu.c
19  */
20
21 #include <common.h>
22 #include <cpu_func.h>
23 #include <init.h>
24 #include <malloc.h>
25 #include <spl.h>
26 #include <asm/control_regs.h>
27 #include <asm/cpu.h>
28 #include <asm/mp.h>
29 #include <asm/msr.h>
30 #include <asm/mtrr.h>
31 #include <asm/processor-flags.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 /* gcc 7.3 does not wwant to drop x86_vendors, so use #ifdef */
64 #ifndef CONFIG_TPL_BUILD
65 /*
66  * List of cpu vendor strings along with their normalized
67  * id values.
68  */
69 static const struct {
70         int vendor;
71         const char *name;
72 } x86_vendors[] = {
73         { X86_VENDOR_INTEL,     "GenuineIntel", },
74         { X86_VENDOR_CYRIX,     "CyrixInstead", },
75         { X86_VENDOR_AMD,       "AuthenticAMD", },
76         { X86_VENDOR_UMC,       "UMC UMC UMC ", },
77         { X86_VENDOR_NEXGEN,    "NexGenDriven", },
78         { X86_VENDOR_CENTAUR,   "CentaurHauls", },
79         { X86_VENDOR_RISE,      "RiseRiseRise", },
80         { X86_VENDOR_TRANSMETA, "GenuineTMx86", },
81         { X86_VENDOR_TRANSMETA, "TransmetaCPU", },
82         { X86_VENDOR_NSC,       "Geode by NSC", },
83         { X86_VENDOR_SIS,       "SiS SiS SiS ", },
84 };
85 #endif
86
87 static void load_ds(u32 segment)
88 {
89         asm volatile("movl %0, %%ds" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
90 }
91
92 static void load_es(u32 segment)
93 {
94         asm volatile("movl %0, %%es" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
95 }
96
97 static void load_fs(u32 segment)
98 {
99         asm volatile("movl %0, %%fs" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
100 }
101
102 static void load_gs(u32 segment)
103 {
104         asm volatile("movl %0, %%gs" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
105 }
106
107 static void load_ss(u32 segment)
108 {
109         asm volatile("movl %0, %%ss" : : "r" (segment * X86_GDT_ENTRY_SIZE));
110 }
111
112 static void load_gdt(const u64 *boot_gdt, u16 num_entries)
113 {
114         struct gdt_ptr gdt;
115
116         gdt.len = (num_entries * X86_GDT_ENTRY_SIZE) - 1;
117         gdt.ptr = (ulong)boot_gdt;
118
119         asm volatile("lgdtl %0\n" : : "m" (gdt));
120 }
121
122 void arch_setup_gd(gd_t *new_gd)
123 {
124         u64 *gdt_addr;
125
126         gdt_addr = new_gd->arch.gdt;
127
128         /*
129          * CS: code, read/execute, 4 GB, base 0
130          *
131          * Some OS (like VxWorks) requires GDT entry 1 to be the 32-bit CS
132          */
133         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_UNUSED] = GDT_ENTRY(0xc09b, 0, 0xfffff);
134         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_CS] = GDT_ENTRY(0xc09b, 0, 0xfffff);
135
136         /* DS: data, read/write, 4 GB, base 0 */
137         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS] = GDT_ENTRY(0xc093, 0, 0xfffff);
138
139         /*
140          * FS: data, read/write, sizeof (Global Data Pointer),
141          * base (Global Data Pointer)
142          */
143         new_gd->arch.gd_addr = new_gd;
144         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_32BIT_FS] = GDT_ENTRY(0x8093,
145                                         (ulong)&new_gd->arch.gd_addr,
146                                         sizeof(new_gd->arch.gd_addr) - 1);
147
148         /* 16-bit CS: code, read/execute, 64 kB, base 0 */
149         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_CS] = GDT_ENTRY(0x009b, 0, 0x0ffff);
150
151         /* 16-bit DS: data, read/write, 64 kB, base 0 */
152         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_DS] = GDT_ENTRY(0x0093, 0, 0x0ffff);
153
154         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_FLAT_CS] = GDT_ENTRY(0x809b, 0, 0xfffff);
155         gdt_addr[X86_GDT_ENTRY_16BIT_FLAT_DS] = GDT_ENTRY(0x8093, 0, 0xfffff);
156
157         load_gdt(gdt_addr, X86_GDT_NUM_ENTRIES);
158         load_ds(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
159         load_es(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
160         load_gs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
161         load_ss(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
162         load_fs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_FS);
163 }
164
165 #ifdef CONFIG_HAVE_FSP
166 /*
167  * Setup FSP execution environment GDT
168  *
169  * Per Intel FSP external architecture specification, before calling any FSP
170  * APIs, we need make sure the system is in flat 32-bit mode and both the code
171  * and data selectors should have full 4GB access range. Here we reuse the one
172  * we used in arch/x86/cpu/start16.S, and reload the segement registers.
173  */
174 void setup_fsp_gdt(void)
175 {
176         load_gdt((const u64 *)(gdt_rom + CONFIG_RESET_SEG_START), 4);
177         load_ds(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
178         load_ss(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
179         load_es(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
180         load_fs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
181         load_gs(X86_GDT_ENTRY_32BIT_DS);
182 }
183 #endif
184
185 /*
186  * Cyrix CPUs without cpuid or with cpuid not yet enabled can be detected
187  * by the fact that they preserve the flags across the division of 5/2.
188  * PII and PPro exhibit this behavior too, but they have cpuid available.
189  */
190
191 /*
192  * Perform the Cyrix 5/2 test. A Cyrix won't change
193  * the flags, while other 486 chips will.
194  */
195 static inline int test_cyrix_52div(void)
196 {
197         unsigned int test;
198
199         __asm__ __volatile__(
200              "sahf\n\t"         /* clear flags (%eax = 0x0005) */
201              "div %b2\n\t"      /* divide 5 by 2 */
202              "lahf"             /* store flags into %ah */
203              : "=a" (test)
204              : "0" (5), "q" (2)
205              : "cc");
206
207         /* AH is 0x02 on Cyrix after the divide.. */
208         return (unsigned char) (test >> 8) == 0x02;
209 }
210
211 #ifndef CONFIG_TPL_BUILD
212 /*
213  *      Detect a NexGen CPU running without BIOS hypercode new enough
214  *      to have CPUID. (Thanks to Herbert Oppmann)
215  */
216 static int deep_magic_nexgen_probe(void)
217 {
218         int ret;
219
220         __asm__ __volatile__ (
221                 "       movw    $0x5555, %%ax\n"
222                 "       xorw    %%dx,%%dx\n"
223                 "       movw    $2, %%cx\n"
224                 "       divw    %%cx\n"
225                 "       movl    $0, %%eax\n"
226                 "       jnz     1f\n"
227                 "       movl    $1, %%eax\n"
228                 "1:\n"
229                 : "=a" (ret) : : "cx", "dx");
230         return  ret;
231 }
232 #endif
233
234 static bool has_cpuid(void)
235 {
236         return flag_is_changeable_p(X86_EFLAGS_ID);
237 }
238
239 static bool has_mtrr(void)
240 {
241         return cpuid_edx(0x00000001) & (1 << 12) ? true : false;
242 }
243
244 #ifndef CONFIG_TPL_BUILD
245 static int build_vendor_name(char *vendor_name)
246 {
247         struct cpuid_result result;
248         result = cpuid(0x00000000);
249         unsigned int *name_as_ints = (unsigned int *)vendor_name;
250
251         name_as_ints[0] = result.ebx;
252         name_as_ints[1] = result.edx;
253         name_as_ints[2] = result.ecx;
254
255         return result.eax;
256 }
257 #endif
258
259 static void identify_cpu(struct cpu_device_id *cpu)
260 {
261         cpu->device = 0; /* fix gcc 4.4.4 warning */
262
263         /*
264          * Do a quick and dirty check to save space - Intel and AMD only and
265          * just the vendor. This is enough for most TPL code.
266          */
267         if (spl_phase() == PHASE_TPL) {
268                 struct cpuid_result result;
269
270                 result = cpuid(0x00000000);
271                 switch (result.ecx >> 24) {
272                 case 'l': /* GenuineIntel */
273                         cpu->vendor = X86_VENDOR_INTEL;
274                         break;
275                 case 'D': /* AuthenticAMD */
276                         cpu->vendor = X86_VENDOR_AMD;
277                         break;
278                 default:
279                         cpu->vendor = X86_VENDOR_ANY;
280                         break;
281                 }
282                 return;
283         }
284
285 /* gcc 7.3 does not want to drop x86_vendors, so use #ifdef */
286 #ifndef CONFIG_TPL_BUILD
287         char vendor_name[16];
288         int i;
289
290         vendor_name[0] = '\0'; /* Unset */
291
292         /* Find the id and vendor_name */
293         if (!has_cpuid()) {
294                 /* Its a 486 if we can modify the AC flag */
295                 if (flag_is_changeable_p(X86_EFLAGS_AC))
296                         cpu->device = 0x00000400; /* 486 */
297                 else
298                         cpu->device = 0x00000300; /* 386 */
299                 if ((cpu->device == 0x00000400) && test_cyrix_52div()) {
300                         memcpy(vendor_name, "CyrixInstead", 13);
301                         /* If we ever care we can enable cpuid here */
302                 }
303                 /* Detect NexGen with old hypercode */
304                 else if (deep_magic_nexgen_probe())
305                         memcpy(vendor_name, "NexGenDriven", 13);
306         } else {
307                 int cpuid_level;
308
309                 cpuid_level = build_vendor_name(vendor_name);
310                 vendor_name[12] = '\0';
311
312                 /* Intel-defined flags: level 0x00000001 */
313                 if (cpuid_level >= 0x00000001) {
314                         cpu->device = cpuid_eax(0x00000001);
315                 } else {
316                         /* Have CPUID level 0 only unheard of */
317                         cpu->device = 0x00000400;
318                 }
319         }
320         cpu->vendor = X86_VENDOR_UNKNOWN;
321         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(x86_vendors); i++) {
322                 if (memcmp(vendor_name, x86_vendors[i].name, 12) == 0) {
323                         cpu->vendor = x86_vendors[i].vendor;
324                         break;
325                 }
326         }
327 #endif
328 }
329
330 static inline void get_fms(struct cpuinfo_x86 *c, uint32_t tfms)
331 {
332         c->x86 = (tfms >> 8) & 0xf;
333         c->x86_model = (tfms >> 4) & 0xf;
334         c->x86_mask = tfms & 0xf;
335         if (c->x86 == 0xf)
336                 c->x86 += (tfms >> 20) & 0xff;
337         if (c->x86 >= 0x6)
338                 c->x86_model += ((tfms >> 16) & 0xF) << 4;
339 }
340
341 u32 cpu_get_family_model(void)
342 {
343         return gd->arch.x86_device & 0x0fff0ff0;
344 }
345
346 u32 cpu_get_stepping(void)
347 {
348         return gd->arch.x86_mask;
349 }
350
351 /* initialise FPU, reset EM, set MP and NE */
352 static void setup_cpu_features(void)
353 {
354         const u32 em_rst = ~X86_CR0_EM;
355         const u32 mp_ne_set = X86_CR0_MP | X86_CR0_NE;
356
357         asm ("fninit\n" \
358         "movl %%cr0, %%eax\n" \
359         "andl %0, %%eax\n" \
360         "orl  %1, %%eax\n" \
361         "movl %%eax, %%cr0\n" \
362         : : "i" (em_rst), "i" (mp_ne_set) : "eax");
363 }
364
365 static void setup_identity(void)
366 {
367         /* identify CPU via cpuid and store the decoded info into gd->arch */
368         if (has_cpuid()) {
369                 struct cpu_device_id cpu;
370                 struct cpuinfo_x86 c;
371
372                 identify_cpu(&cpu);
373                 get_fms(&c, cpu.device);
374                 gd->arch.x86 = c.x86;
375                 gd->arch.x86_vendor = cpu.vendor;
376                 gd->arch.x86_model = c.x86_model;
377                 gd->arch.x86_mask = c.x86_mask;
378                 gd->arch.x86_device = cpu.device;
379
380                 gd->arch.has_mtrr = has_mtrr();
381         }
382 }
383
384 /* Don't allow PCI region 3 to use memory in the 2-4GB memory hole */
385 static void setup_pci_ram_top(void)
386 {
387         gd->pci_ram_top = 0x80000000U;
388 }
389
390 static void setup_mtrr(void)
391 {
392         u64 mtrr_cap;
393
394         /* Configure fixed range MTRRs for some legacy regions */
395         if (!gd->arch.has_mtrr)
396                 return;
397
398         mtrr_cap = native_read_msr(MTRR_CAP_MSR);
399         if (mtrr_cap & MTRR_CAP_FIX) {
400                 /* Mark the VGA RAM area as uncacheable */
401                 native_write_msr(MTRR_FIX_16K_A0000_MSR,
402                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_UNCACHEABLE),
403                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_UNCACHEABLE));
404
405                 /*
406                  * Mark the PCI ROM area as cacheable to improve ROM
407                  * execution performance.
408                  */
409                 native_write_msr(MTRR_FIX_4K_C0000_MSR,
410                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK),
411                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK));
412                 native_write_msr(MTRR_FIX_4K_C8000_MSR,
413                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK),
414                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK));
415                 native_write_msr(MTRR_FIX_4K_D0000_MSR,
416                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK),
417                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK));
418                 native_write_msr(MTRR_FIX_4K_D8000_MSR,
419                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK),
420                                  MTRR_FIX_TYPE(MTRR_TYPE_WRBACK));
421
422                 /* Enable the fixed range MTRRs */
423                 msr_setbits_64(MTRR_DEF_TYPE_MSR, MTRR_DEF_TYPE_FIX_EN);
424         }
425 }
426
427 int x86_cpu_init_tpl(void)
428 {
429         setup_cpu_features();
430         setup_identity();
431
432         return 0;
433 }
434
435 int x86_cpu_init_f(void)
436 {
437         if (ll_boot_init())
438                 setup_cpu_features();
439         setup_identity();
440         setup_mtrr();
441         setup_pci_ram_top();
442
443         /* Set up the i8254 timer if required */
444         if (IS_ENABLED(CONFIG_I8254_TIMER))
445                 i8254_init();
446
447         return 0;
448 }
449
450 int x86_cpu_reinit_f(void)
451 {
452         setup_identity();
453         setup_pci_ram_top();
454
455         return 0;
456 }
457
458 void x86_enable_caches(void)
459 {
460         unsigned long cr0;
461
462         cr0 = read_cr0();
463         cr0 &= ~(X86_CR0_NW | X86_CR0_CD);
464         write_cr0(cr0);
465         wbinvd();
466 }
467 void enable_caches(void) __attribute__((weak, alias("x86_enable_caches")));
468
469 void x86_disable_caches(void)
470 {
471         unsigned long cr0;
472
473         cr0 = read_cr0();
474         cr0 |= X86_CR0_NW | X86_CR0_CD;
475         wbinvd();
476         write_cr0(cr0);
477         wbinvd();
478 }
479 void disable_caches(void) __attribute__((weak, alias("x86_disable_caches")));
480
481 int dcache_status(void)
482 {
483         return !(read_cr0() & X86_CR0_CD);
484 }
485
486 void cpu_enable_paging_pae(ulong cr3)
487 {
488         __asm__ __volatile__(
489                 /* Load the page table address */
490                 "movl   %0, %%cr3\n"
491                 /* Enable pae */
492                 "movl   %%cr4, %%eax\n"
493                 "orl    $0x00000020, %%eax\n"
494                 "movl   %%eax, %%cr4\n"
495                 /* Enable paging */
496                 "movl   %%cr0, %%eax\n"
497                 "orl    $0x80000000, %%eax\n"
498                 "movl   %%eax, %%cr0\n"
499                 :
500                 : "r" (cr3)
501                 : "eax");
502 }
503
504 void cpu_disable_paging_pae(void)
505 {
506         /* Turn off paging */
507         __asm__ __volatile__ (
508                 /* Disable paging */
509                 "movl   %%cr0, %%eax\n"
510                 "andl   $0x7fffffff, %%eax\n"
511                 "movl   %%eax, %%cr0\n"
512                 /* Disable pae */
513                 "movl   %%cr4, %%eax\n"
514                 "andl   $0xffffffdf, %%eax\n"
515                 "movl   %%eax, %%cr4\n"
516                 :
517                 :
518                 : "eax");
519 }
520
521 static bool can_detect_long_mode(void)
522 {
523         return cpuid_eax(0x80000000) > 0x80000000UL;
524 }
525
526 static bool has_long_mode(void)
527 {
528         return cpuid_edx(0x80000001) & (1 << 29) ? true : false;
529 }
530
531 int cpu_has_64bit(void)
532 {
533         return has_cpuid() && can_detect_long_mode() &&
534                 has_long_mode();
535 }
536
537 #define PAGETABLE_BASE          0x80000
538 #define PAGETABLE_SIZE          (6 * 4096)
539
540 /**
541  * build_pagetable() - build a flat 4GiB page table structure for 64-bti mode
542  *
543  * @pgtable: Pointer to a 24iKB block of memory
544  */
545 static void build_pagetable(uint32_t *pgtable)
546 {
547         uint i;
548
549         memset(pgtable, '\0', PAGETABLE_SIZE);
550
551         /* Level 4 needs a single entry */
552         pgtable[0] = (ulong)&pgtable[1024] + 7;
553
554         /* Level 3 has one 64-bit entry for each GiB of memory */
555         for (i = 0; i < 4; i++)
556                 pgtable[1024 + i * 2] = (ulong)&pgtable[2048] + 0x1000 * i + 7;
557
558         /* Level 2 has 2048 64-bit entries, each repesenting 2MiB */
559         for (i = 0; i < 2048; i++)
560                 pgtable[2048 + i * 2] = 0x183 + (i << 21UL);
561 }
562
563 int cpu_jump_to_64bit(ulong setup_base, ulong target)
564 {
565         uint32_t *pgtable;
566
567         pgtable = memalign(4096, PAGETABLE_SIZE);
568         if (!pgtable)
569                 return -ENOMEM;
570
571         build_pagetable(pgtable);
572         cpu_call64((ulong)pgtable, setup_base, target);
573         free(pgtable);
574
575         return -EFAULT;
576 }
577
578 /*
579  * Jump from SPL to U-Boot
580  *
581  * This function is work-in-progress with many issues to resolve.
582  *
583  * It works by setting up several regions:
584  *   ptr      - a place to put the code that jumps into 64-bit mode
585  *   gdt      - a place to put the global descriptor table
586  *   pgtable  - a place to put the page tables
587  *
588  * The cpu_call64() code is copied from ROM and then manually patched so that
589  * it has the correct GDT address in RAM. U-Boot is copied from ROM into
590  * its pre-relocation address. Then we jump to the cpu_call64() code in RAM,
591  * which changes to 64-bit mode and starts U-Boot.
592  */
593 int cpu_jump_to_64bit_uboot(ulong target)
594 {
595         typedef void (*func_t)(ulong pgtable, ulong setup_base, ulong target);
596         uint32_t *pgtable;
597         func_t func;
598         char *ptr;
599
600         pgtable = (uint32_t *)PAGETABLE_BASE;
601
602         build_pagetable(pgtable);
603
604         extern long call64_stub_size;
605         ptr = malloc(call64_stub_size);
606         if (!ptr) {
607                 printf("Failed to allocate the cpu_call64 stub\n");
608                 return -ENOMEM;
609         }
610         memcpy(ptr, cpu_call64, call64_stub_size);
611
612         func = (func_t)ptr;
613
614         /*
615          * Copy U-Boot from ROM
616          * TODO(sjg@chromium.org): Figure out a way to get the text base
617          * correctly here, and in the device-tree binman definition.
618          *
619          * Also consider using FIT so we get the correct image length and
620          * parameters.
621          */
622         memcpy((char *)target, (char *)0xfff00000, 0x100000);
623
624         /* Jump to U-Boot */
625         func((ulong)pgtable, 0, (ulong)target);
626
627         return -EFAULT;
628 }
629
630 #ifdef CONFIG_SMP
631 static int enable_smis(struct udevice *cpu, void *unused)
632 {
633         return 0;
634 }
635
636 static struct mp_flight_record mp_steps[] = {
637         MP_FR_BLOCK_APS(mp_init_cpu, NULL, mp_init_cpu, NULL),
638         /* Wait for APs to finish initialization before proceeding */
639         MP_FR_BLOCK_APS(NULL, NULL, enable_smis, NULL),
640 };
641
642 int x86_mp_init(void)
643 {
644         struct mp_params mp_params;
645
646         mp_params.parallel_microcode_load = 0,
647         mp_params.flight_plan = &mp_steps[0];
648         mp_params.num_records = ARRAY_SIZE(mp_steps);
649         mp_params.microcode_pointer = 0;
650
651         if (mp_init(&mp_params)) {
652                 printf("Warning: MP init failure\n");
653                 return -EIO;
654         }
655
656         return 0;
657 }
658 #endif