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 bool has_mtrr(void)
 227 {
 228         return cpuid_edx(0x00000001) & (1 << 12) ? true : false;
 229 }
 230
 231 static int build_vendor_name(char *vendor_name)
 232 {
 233         struct cpuid_result result;
 234         result = cpuid(0x00000000);
 235         unsigned int *name_as_ints = (unsigned int *)vendor_name;
 236
 237         name_as_ints[0] = result.ebx;
 238         name_as_ints[1] = result.edx;
 239         name_as_ints[2] = result.ecx;
 240
 241         return result.eax;
 242 }
 243
 244 static void identify_cpu(struct cpu_device_id *cpu)
 245 {
 246         char vendor_name[16];
 247         int i;
 248
 249         vendor_name[0] = '\0'; /* Unset */
 250         cpu->device = 0; /* fix gcc 4.4.4 warning */
 251
 252         /* Find the id and vendor_name */
 253         if (!has_cpuid()) {
 254                 /* Its a 486 if we can modify the AC flag */
 255                 if (flag_is_changeable_p(X86_EFLAGS_AC))
 256                         cpu->device = 0x00000400; /* 486 */
 257                 else
 258                         cpu->device = 0x00000300; /* 386 */
 259                 if ((cpu->device == 0x00000400) && test_cyrix_52div()) {
 260                         memcpy(vendor_name, "CyrixInstead", 13);
 261                         /* If we ever care we can enable cpuid here */
 262                 }
 263                 /* Detect NexGen with old hypercode */
 264                 else if (deep_magic_nexgen_probe())
 265                         memcpy(vendor_name, "NexGenDriven", 13);
 266         }
 267         if (has_cpuid()) {
 268                 int  cpuid_level;
 269
 270                 cpuid_level = build_vendor_name(vendor_name);
 271                 vendor_name[12] = '\0';
 272
 273                 /* Intel-defined flags: level 0x00000001 */
 274                 if (cpuid_level >= 0x00000001) {
 275                         cpu->device = cpuid_eax(0x00000001);
 276                 } else {
 277                         /* Have CPUID level 0 only unheard of */
 278                         cpu->device = 0x00000400;
 279                 }
 280         }
 281         cpu->vendor = X86_VENDOR_UNKNOWN;
 282         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(x86_vendors); i++) {
 283                 if (memcmp(vendor_name, x86_vendors[i].name, 12) == 0) {
 284                         cpu->vendor = x86_vendors[i].vendor;
 285                         break;
 286                 }
 287         }
 288 }
 289
 290 static inline void get_fms(struct cpuinfo_x86 *c, uint32_t tfms)
 291 {
 292         c->x86 = (tfms >> 8) & 0xf;
 293         c->x86_model = (tfms >> 4) & 0xf;
 294         c->x86_mask = tfms & 0xf;
 295         if (c->x86 == 0xf)
 296                 c->x86 += (tfms >> 20) & 0xff;
 297         if (c->x86 >= 0x6)
 298                 c->x86_model += ((tfms >> 16) & 0xF) << 4;
 299 }
 300
 301 int x86_cpu_init_f(void)
 302 {
 303         const u32 em_rst = ~X86_CR0_EM;
 304         const u32 mp_ne_set = X86_CR0_MP | X86_CR0_NE;
 305
 306         /* initialize FPU, reset EM, set MP and NE */
 307         asm ("fninit\n" \
 308              "movl %%cr0, %%eax\n" \
 309              "andl %0, %%eax\n" \
 310              "orl  %1, %%eax\n" \
 311              "movl %%eax, %%cr0\n" \
 312              : : "i" (em_rst), "i" (mp_ne_set) : "eax");
 313
 314         /* identify CPU via cpuid and store the decoded info into gd->arch */
 315         if (has_cpuid()) {
 316                 struct cpu_device_id cpu;
 317                 struct cpuinfo_x86 c;
 318
 319                 identify_cpu(&cpu);
 320                 get_fms(&c, cpu.device);
 321                 gd->arch.x86 = c.x86;
 322                 gd->arch.x86_vendor = cpu.vendor;
 323                 gd->arch.x86_model = c.x86_model;
 324                 gd->arch.x86_mask = c.x86_mask;
 325                 gd->arch.x86_device = cpu.device;
 326
 327                 gd->arch.has_mtrr = has_mtrr();
 328         }
 329
 330         return 0;
 331 }
 332
 333 void x86_enable_caches(void)
 334 {
 335         unsigned long cr0;
 336
 337         cr0 = read_cr0();
 338         cr0 &= ~(X86_CR0_NW | X86_CR0_CD);
 339         write_cr0(cr0);
 340         wbinvd();
 341 }
 342 void enable_caches(void) __attribute__((weak, alias("x86_enable_caches")));
 343
 344 void x86_disable_caches(void)
 345 {
 346         unsigned long cr0;
 347
 348         cr0 = read_cr0();
 349         cr0 |= X86_CR0_NW | X86_CR0_CD;
 350         wbinvd();
 351         write_cr0(cr0);
 352         wbinvd();
 353 }
 354 void disable_caches(void) __attribute__((weak, alias("x86_disable_caches")));
 355
 356 int x86_init_cache(void)
 357 {
 358         enable_caches();
 359
 360         return 0;
 361 }
 362 int init_cache(void) __attribute__((weak, alias("x86_init_cache")));
 363
 364 int do_reset(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[])
 365 {
 366         printf("resetting ...\n");
 367
 368         /* wait 50 ms */
 369         udelay(50000);
 370         disable_interrupts();
 371         reset_cpu(0);
 372
 373         /*NOTREACHED*/
 374         return 0;
 375 }
 376
 377 void  flush_cache(unsigned long dummy1, unsigned long dummy2)
 378 {
 379         asm("wbinvd\n");
 380 }
 381
 382 void __attribute__ ((regparm(0))) generate_gpf(void);
 383
 384 /* segment 0x70 is an arbitrary segment which does not exist */
 385 asm(".globl generate_gpf\n"
 386         ".hidden generate_gpf\n"
 387         ".type generate_gpf, @function\n"
 388         "generate_gpf:\n"
 389         "ljmp   $0x70, $0x47114711\n");
 390
 391 __weak void reset_cpu(ulong addr)
 392 {
 393         printf("Resetting using x86 Triple Fault\n");
 394         set_vector(13, generate_gpf);   /* general protection fault handler */
 395         set_vector(8, generate_gpf);    /* double fault handler */
 396         generate_gpf();                 /* start the show */
 397 }
 398
 399 int dcache_status(void)
 400 {
 401         return !(read_cr0() & 0x40000000);
 402 }
 403
 404 /* Define these functions to allow ehch-hcd to function */
 405 void flush_dcache_range(unsigned long start, unsigned long stop)
 406 {
 407 }
 408
 409 void invalidate_dcache_range(unsigned long start, unsigned long stop)
 410 {
 411 }
 412
 413 void dcache_enable(void)
 414 {
 415         enable_caches();
 416 }
 417
 418 void dcache_disable(void)
 419 {
 420         disable_caches();
 421 }
 422
 423 void icache_enable(void)
 424 {
 425 }
 426
 427 void icache_disable(void)
 428 {
 429 }
 430
 431 int icache_status(void)
 432 {
 433         return 1;
 434 }
 435
 436 void cpu_enable_paging_pae(ulong cr3)
 437 {
 438         __asm__ __volatile__(
 439                 /* Load the page table address */
 440                 "movl   %0, %%cr3\n"
 441                 /* Enable pae */
 442                 "movl   %%cr4, %%eax\n"
 443                 "orl    $0x00000020, %%eax\n"
 444                 "movl   %%eax, %%cr4\n"
 445                 /* Enable paging */
 446                 "movl   %%cr0, %%eax\n"
 447                 "orl    $0x80000000, %%eax\n"
 448                 "movl   %%eax, %%cr0\n"
 449                 :
 450                 : "r" (cr3)
 451                 : "eax");
 452 }
 453
 454 void cpu_disable_paging_pae(void)
 455 {
 456         /* Turn off paging */
 457         __asm__ __volatile__ (
 458                 /* Disable paging */
 459                 "movl   %%cr0, %%eax\n"
 460                 "andl   $0x7fffffff, %%eax\n"
 461                 "movl   %%eax, %%cr0\n"
 462                 /* Disable pae */
 463                 "movl   %%cr4, %%eax\n"
 464                 "andl   $0xffffffdf, %%eax\n"
 465                 "movl   %%eax, %%cr4\n"
 466                 :
 467                 :
 468                 : "eax");
 469 }
 470
 471 static bool can_detect_long_mode(void)
 472 {
 473         return cpuid_eax(0x80000000) > 0x80000000UL;
 474 }
 475
 476 static bool has_long_mode(void)
 477 {
 478         return cpuid_edx(0x80000001) & (1 << 29) ? true : false;
 479 }
 480
 481 int cpu_has_64bit(void)
 482 {
 483         return has_cpuid() && can_detect_long_mode() &&
 484                 has_long_mode();
 485 }
 486
 487 const char *cpu_vendor_name(int vendor)
 488 {
 489         const char *name;
 490         name = "<invalid cpu vendor>";
 491         if ((vendor < (ARRAY_SIZE(x86_vendor_name))) &&
 492             (x86_vendor_name[vendor] != 0))
 493                 name = x86_vendor_name[vendor];
 494
 495         return name;
 496 }
 497
 498 char *cpu_get_name(char *name)
 499 {
 500         unsigned int *name_as_ints = (unsigned int *)name;
 501         struct cpuid_result regs;
 502         char *ptr;
 503         int i;
 504
 505         /* This bit adds up to 48 bytes */
 506         for (i = 0; i < 3; i++) {
 507                 regs = cpuid(0x80000002 + i);
 508                 name_as_ints[i * 4 + 0] = regs.eax;
 509                 name_as_ints[i * 4 + 1] = regs.ebx;
 510                 name_as_ints[i * 4 + 2] = regs.ecx;
 511                 name_as_ints[i * 4 + 3] = regs.edx;
 512         }
 513         name[CPU_MAX_NAME_LEN - 1] = '\0';
 514
 515         /* Skip leading spaces. */
 516         ptr = name;
 517         while (*ptr == ' ')
 518                 ptr++;
 519
 520         return ptr;
 521 }
 522
 523 int default_print_cpuinfo(void)
 524 {
 525         printf("CPU: %s, vendor %s, device %xh\n",
 526                cpu_has_64bit() ? "x86_64" : "x86",
 527                cpu_vendor_name(gd->arch.x86_vendor), gd->arch.x86_device);
 528
 529         return 0;
 530 }
 531
 532 #define PAGETABLE_SIZE          (6 * 4096)
 533
 534 /**
 535  * build_pagetable() - build a flat 4GiB page table structure for 64-bti mode
 536  *
 537  * @pgtable: Pointer to a 24iKB block of memory
 538  */
 539 static void build_pagetable(uint32_t *pgtable)
 540 {
 541         uint i;
 542
 543         memset(pgtable, '\0', PAGETABLE_SIZE);
 544
 545         /* Level 4 needs a single entry */
 546         pgtable[0] = (uint32_t)&pgtable[1024] + 7;
 547
 548         /* Level 3 has one 64-bit entry for each GiB of memory */
 549         for (i = 0; i < 4; i++) {
 550                 pgtable[1024 + i * 2] = (uint32_t)&pgtable[2048] +
 551                                                         0x1000 * i + 7;
 552         }
 553
 554         /* Level 2 has 2048 64-bit entries, each repesenting 2MiB */
 555         for (i = 0; i < 2048; i++)
 556                 pgtable[2048 + i * 2] = 0x183 + (i << 21UL);
 557 }
 558
 559 int cpu_jump_to_64bit(ulong setup_base, ulong target)
 560 {
 561         uint32_t *pgtable;
 562
 563         pgtable = memalign(4096, PAGETABLE_SIZE);
 564         if (!pgtable)
 565                 return -ENOMEM;
 566
 567         build_pagetable(pgtable);
 568         cpu_call64((ulong)pgtable, setup_base, target);
 569         free(pgtable);
 570
 571         return -EFAULT;
 572 }
 573
 574 void show_boot_progress(int val)
 575 {
 576 #if MIN_PORT80_KCLOCKS_DELAY
 577         /*
 578          * Scale the time counter reading to avoid using 64 bit arithmetics.
 579          * Can't use get_timer() here becuase it could be not yet
 580          * initialized or even implemented.
 581          */
 582         if (!gd->arch.tsc_prev) {
 583                 gd->arch.tsc_base_kclocks = rdtsc() / 1000;
 584                 gd->arch.tsc_prev = 0;
 585         } else {
 586                 uint32_t now;
 587
 588                 do {
 589                         now = rdtsc() / 1000 - gd->arch.tsc_base_kclocks;
 590                 } while (now < (gd->arch.tsc_prev + MIN_PORT80_KCLOCKS_DELAY));
 591                 gd->arch.tsc_prev = now;
 592         }
 593 #endif
 594         outb(val, POST_PORT);
 595 }