// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
/*
 * Cyrix MediaGX and NatSemi Geode Suspend Modulation
 * (C) 2002 Zwane Mwaikambo <zwane@commfireservices.com>
 * (C) 2002 Hiroshi Miura   <miura@da-cha.org>
 * All Rights Reserved
 *
 *      The author(s) of this software shall not be held liable for damages
 *      of any nature resulting due to the use of this software. This
 *      software is provided AS-IS with no warranties.
 *
 * Theoretical note:
 *
 * (see Geode(tm) CS5530 manual (rev.4.1) page.56)
 *
 * CPU frequency control on NatSemi Geode GX1/GXLV processor and CS55x0
 * are based on Suspend Modulation.
 *
 * Suspend Modulation works by asserting and de-asserting the SUSP# pin
 * to CPU(GX1/GXLV) for configurable durations. When asserting SUSP#
 * the CPU enters an idle state. GX1 stops its core clock when SUSP# is
 * asserted then power consumption is reduced.
 *
 * Suspend Modulation's OFF/ON duration are configurable
 * with 'Suspend Modulation OFF Count Register'
 * and 'Suspend Modulation ON Count Register'.
 * These registers are 8bit counters that represent the number of
 * 32us intervals which the SUSP# pin is asserted(ON)/de-asserted(OFF)
 * to the processor.
 *
 * These counters define a ratio which is the effective frequency
 * of operation of the system.
 *
 *          OFF Count
 * F_eff = Fgx * ----------------------
 *                 OFF Count + ON Count
 *
 * 0 <= On Count, Off Count <= 255
 *
 * From these limits, we can get register values
 *
 * off_duration + on_duration <= MAX_DURATION
 * on_duration = off_duration * (stock_freq - freq) / freq
 *
 *      off_duration  =  (freq * DURATION) / stock_freq
 *      on_duration = DURATION - off_duration
 *
 *---------------------------------------------------------------------------
 *
 * ChangeLog:
 * Dec. 12, 2003 Hiroshi Miura <miura@da-cha.org>
 *  - fix on/off register mistake
 *  - fix cpu_khz calc when it stops cpu modulation.
 *
 * Dec. 11, 2002 Hiroshi Miura <miura@da-cha.org>
 *  - rewrite for Cyrix MediaGX Cx5510/5520 and
 *    NatSemi Geode Cs5530(A).
 *
 * Jul. ??, 2002  Zwane Mwaikambo <zwane@commfireservices.com>
 *  - cs5530_mod patch for 2.4.19-rc1.
 *
 *---------------------------------------------------------------------------
 *
 * Todo
 * Test on machines with 5510, 5530, 5530A
 */

/************************************************************************
 *   Suspend Modulation - Definitions  *
 ************************************************************************/

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/smp.h>
#include <linux/cpufreq.h>
#include <linux/pci.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/slab.h>

#include <asm/cpu_device_id.h>
#include <asm/processor-cyrix.h>

/* PCI config registers, all at F0 */
#define PCI_PMER1 0x80 /* power management enable register 1 */
#define PCI_PMER2 0x81 /* power management enable register 2 */
#define PCI_PMER3 0x82 /* power management enable register 3 */
#define PCI_IRQTC 0x8c /* irq speedup timer counter register:typical 2 to 4ms */
#define PCI_VIDTC 0x8d /* video speedup timer counter register: typical 50 to 100ms */
#define PCI_MODOFF 0x94 /* suspend modulation OFF counter register, 1 = 32us */
#define PCI_MODON 0x95 /* suspend modulation ON counter register */
#define PCI_SUSCFG 0x96 /* suspend configuration register */

/* PMER1 bits */
#define GPM  (1<<0) /* global power management */
#define GIT  (1<<1) /* globally enable PM device idle timers */
#define GTR  (1<<2) /* globally enable IO traps */
#define IRQ_SPDUP (1<<3) /* disable clock throttle during interrupt handling */
#define VID_SPDUP (1<<4) /* disable clock throttle during vga video handling */

/* SUSCFG bits */
#define SUSMOD  (1<<0) /* enable/disable suspend modulation */
/* the below is supported only with cs5530 (after rev.1.2)/cs5530A */
#define SMISPDUP (1<<1) /* select how SMI re-enable suspend modulation: */
    /* IRQTC timer or read SMI speedup disable reg.(F1BAR[08-09h]) */
#define SUSCFG  (1<<2) /* enable powering down a GXLV processor. "Special 3Volt Suspend" mode */
/* the below is supported only with cs5530A */
#define PWRSVE_ISA (1<<3) /* stop ISA clock  */
#define PWRSVE  (1<<4) /* active idle */

struct gxfreq_params {
 u8 on_duration;
 u8 off_duration;
 u8 pci_suscfg;
 u8 pci_pmer1;
 u8 pci_pmer2;
 struct pci_dev *cs55x0;
};

static struct gxfreq_params *gx_params;
static int stock_freq;

/* PCI bus clock - defaults to 30.000 if cpu_khz is not available */
static int pci_busclk;
module_param(pci_busclk, int, 0444);

/* maximum duration for which the cpu may be suspended
 * (32us * MAX_DURATION). If no parameter is given, this defaults
 * to 255.
 * Note that this leads to a maximum of 8 ms(!) where the CPU clock
 * is suspended -- processing power is just 0.39% of what it used to be,
 * though. 781.25 kHz(!) for a 200 MHz processor -- wow. */
static int max_duration = 255;
module_param(max_duration, int, 0444);

/* For the default policy, we want at least some processing power
 * - let's say 5%. (min = maxfreq / POLICY_MIN_DIV)
 */
#define POLICY_MIN_DIV 20


/**
 * we can detect a core multiplier from dir0_lsb
 * from GX1 datasheet p.56,
 * MULT[3:0]:
 * 0000 = SYSCLK multiplied by 4 (test only)
 * 0001 = SYSCLK multiplied by 10
 * 0010 = SYSCLK multiplied by 4
 * 0011 = SYSCLK multiplied by 6
 * 0100 = SYSCLK multiplied by 9
 * 0101 = SYSCLK multiplied by 5
 * 0110 = SYSCLK multiplied by 7
 * 0111 = SYSCLK multiplied by 8
 *              of 33.3MHz
 **/
static int gx_freq_mult[16] = {
  4, 10, 4, 6, 9, 5, 7, 8,
  0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
};


/****************************************************************
 * Low Level chipset interface    *
 ****************************************************************/
static struct pci_device_id gx_chipset_tbl[] __initdata = {
 { PCI_VDEVICE(CYRIX, PCI_DEVICE_ID_CYRIX_5530_LEGACY), },
 { PCI_VDEVICE(CYRIX, PCI_DEVICE_ID_CYRIX_5520), },
 { PCI_VDEVICE(CYRIX, PCI_DEVICE_ID_CYRIX_5510), },
 { 0, },
};
MODULE_DEVICE_TABLE(pci, gx_chipset_tbl);

static void gx_write_byte(int reg, int value)
{
 pci_write_config_byte(gx_params->cs55x0, reg, value);
}

/**
 * gx_detect_chipset:
 *
 **/
static struct pci_dev * __init gx_detect_chipset(void)
{
 struct pci_dev *gx_pci = NULL;

 /* detect which companion chip is used */
 for_each_pci_dev(gx_pci) {
  if ((pci_match_id(gx_chipset_tbl, gx_pci)) != NULL)
   return gx_pci;
 }

 pr_debug("error: no supported chipset found!\n");
 return NULL;
}

/**
 * gx_get_cpuspeed:
 *
 * Finds out at which efficient frequency the Cyrix MediaGX/NatSemi
 * Geode CPU runs.
 */
static unsigned int gx_get_cpuspeed(unsigned int cpu)
{
 if ((gx_params->pci_suscfg & SUSMOD) == 0)
  return stock_freq;

 return (stock_freq * gx_params->off_duration)
  / (gx_params->on_duration + gx_params->off_duration);
}

/**
 *      gx_validate_speed:
 *      determine current cpu speed
 *
 **/

static unsigned int gx_validate_speed(unsigned int khz, u8 *on_duration,
  u8 *off_duration)
{
 unsigned int i;
 u8 tmp_on, tmp_off;
 int old_tmp_freq = stock_freq;
 int tmp_freq;

 *off_duration = 1;
 *on_duration = 0;

 for (i = max_duration; i > 0; i--) {
  tmp_off = ((khz * i) / stock_freq) & 0xff;
  tmp_on = i - tmp_off;
  tmp_freq = (stock_freq * tmp_off) / i;
  /* if this relation is closer to khz, use this. If it's equal,
 * prefer it, too - lower latency */
  if (abs(tmp_freq - khz) <= abs(old_tmp_freq - khz)) {
   *on_duration = tmp_on;
   *off_duration = tmp_off;
   old_tmp_freq = tmp_freq;
  }
 }

 return old_tmp_freq;
}


/**
 * gx_set_cpuspeed:
 * set cpu speed in khz.
 **/

static void gx_set_cpuspeed(struct cpufreq_policy *policy, unsigned int khz)
{
 u8 suscfg, pmer1;
 unsigned int new_khz;
 unsigned long flags;
 struct cpufreq_freqs freqs;

 freqs.old = gx_get_cpuspeed(0);

 new_khz = gx_validate_speed(khz, &gx_params->on_duration,
   &gx_params->off_duration);

 freqs.new = new_khz;

 cpufreq_freq_transition_begin(policy, &freqs);
 local_irq_save(flags);

 if (new_khz != stock_freq) {
  /* if new khz == 100% of CPU speed, it is special case */
  switch (gx_params->cs55x0->device) {
  case PCI_DEVICE_ID_CYRIX_5530_LEGACY:
   pmer1 = gx_params->pci_pmer1 | IRQ_SPDUP | VID_SPDUP;
   /* FIXME: need to test other values -- Zwane,Miura */
   /* typical 2 to 4ms */
   gx_write_byte(PCI_IRQTC, 4);
   /* typical 50 to 100ms */
   gx_write_byte(PCI_VIDTC, 100);
   gx_write_byte(PCI_PMER1, pmer1);

   if (gx_params->cs55x0->revision < 0x10) {
    /* CS5530(rev 1.2, 1.3) */
    suscfg = gx_params->pci_suscfg|SUSMOD;
   } else {
    /* CS5530A,B.. */
    suscfg = gx_params->pci_suscfg|SUSMOD|PWRSVE;
   }
   break;
  case PCI_DEVICE_ID_CYRIX_5520:
  case PCI_DEVICE_ID_CYRIX_5510:
   suscfg = gx_params->pci_suscfg | SUSMOD;
   break;
  default:
   local_irq_restore(flags);
   pr_debug("fatal: try to set unknown chipset.\n");
   return;
  }
 } else {
  suscfg = gx_params->pci_suscfg & ~(SUSMOD);
  gx_params->off_duration = 0;
  gx_params->on_duration = 0;
  pr_debug("suspend modulation disabled: cpu runs 100%% speed.\n");
 }

 gx_write_byte(PCI_MODOFF, gx_params->off_duration);
 gx_write_byte(PCI_MODON, gx_params->on_duration);

 gx_write_byte(PCI_SUSCFG, suscfg);
 pci_read_config_byte(gx_params->cs55x0, PCI_SUSCFG, &suscfg);

 local_irq_restore(flags);

 gx_params->pci_suscfg = suscfg;

 cpufreq_freq_transition_end(policy, &freqs, 0);

 pr_debug("suspend modulation w/ duration of ON:%d us, OFF:%d us\n",
  gx_params->on_duration * 32, gx_params->off_duration * 32);
 pr_debug("suspend modulation w/ clock speed: %d kHz.\n", freqs.new);
}

/****************************************************************
 *             High level functions                             *
 ****************************************************************/

/*
 * cpufreq_gx_verify: test if frequency range is valid
 *
 * This function checks if a given frequency range in kHz is valid
 *      for the hardware supported by the driver.
 */

static int cpufreq_gx_verify(struct cpufreq_policy_data *policy)
{
 unsigned int tmp_freq = 0;
 u8 tmp1, tmp2;

 if (!stock_freq || !policy)
  return -EINVAL;

 policy->cpu = 0;
 cpufreq_verify_within_limits(policy, (stock_freq / max_duration),
   stock_freq);

 /* it needs to be assured that at least one supported frequency is
  * within policy->min and policy->max. If it is not, policy->max
  * needs to be increased until one frequency is supported.
  * policy->min may not be decreased, though. This way we guarantee a
  * specific processing capacity.
 */
 tmp_freq = gx_validate_speed(policy->min, &tmp1, &tmp2);
 if (tmp_freq < policy->min)
  tmp_freq += stock_freq / max_duration;
 policy->min = tmp_freq;
 if (policy->min > policy->max)
  policy->max = tmp_freq;
 tmp_freq = gx_validate_speed(policy->max, &tmp1, &tmp2);
 if (tmp_freq > policy->max)
  tmp_freq -= stock_freq / max_duration;
 policy->max = tmp_freq;
 if (policy->max < policy->min)
  policy->max = policy->min;
 cpufreq_verify_within_limits(policy, (stock_freq / max_duration),
   stock_freq);

 return 0;
}

/*
 *      cpufreq_gx_target:
 *
 */
static int cpufreq_gx_target(struct cpufreq_policy *policy,
        unsigned int target_freq,
        unsigned int relation)
{
 u8 tmp1, tmp2;
 unsigned int tmp_freq;

 if (!stock_freq || !policy)
  return -EINVAL;

 policy->cpu = 0;

 tmp_freq = gx_validate_speed(target_freq, &tmp1, &tmp2);
 while (tmp_freq < policy->min) {
  tmp_freq += stock_freq / max_duration;
  tmp_freq = gx_validate_speed(tmp_freq, &tmp1, &tmp2);
 }
 while (tmp_freq > policy->max) {
  tmp_freq -= stock_freq / max_duration;
  tmp_freq = gx_validate_speed(tmp_freq, &tmp1, &tmp2);
 }

 gx_set_cpuspeed(policy, tmp_freq);

 return 0;
}

static int cpufreq_gx_cpu_init(struct cpufreq_policy *policy)
{
 unsigned int maxfreq;

 if (!policy || policy->cpu != 0)
  return -ENODEV;

 /* determine maximum frequency */
 if (pci_busclk)
  maxfreq = pci_busclk * gx_freq_mult[getCx86(CX86_DIR1) & 0x0f];
 else if (cpu_khz)
  maxfreq = cpu_khz;
 else
  maxfreq = 30000 * gx_freq_mult[getCx86(CX86_DIR1) & 0x0f];

 stock_freq = maxfreq;

 pr_debug("cpu max frequency is %d.\n", maxfreq);

 /* setup basic struct for cpufreq API */
 policy->cpu = 0;

 if (max_duration < POLICY_MIN_DIV)
  policy->min = maxfreq / max_duration;
 else
  policy->min = maxfreq / POLICY_MIN_DIV;
 policy->max = maxfreq;
 policy->cpuinfo.min_freq = maxfreq / max_duration;
 policy->cpuinfo.max_freq = maxfreq;

 return 0;
}

/*
 * cpufreq_gx_init:
 *   MediaGX/Geode GX initialize cpufreq driver
 */
static struct cpufreq_driver gx_suspmod_driver = {
 .flags  = CPUFREQ_NO_AUTO_DYNAMIC_SWITCHING,
 .get  = gx_get_cpuspeed,
 .verify  = cpufreq_gx_verify,
 .target  = cpufreq_gx_target,
 .init  = cpufreq_gx_cpu_init,
 .name  = "gx-suspmod",
};

static int __init cpufreq_gx_init(void)
{
 int ret;
 struct gxfreq_params *params;
 struct pci_dev *gx_pci;

 /* Test if we have the right hardware */
 gx_pci = gx_detect_chipset();
 if (gx_pci == NULL)
  return -ENODEV;

 /* check whether module parameters are sane */
 if (max_duration > 0xff)
  max_duration = 0xff;

 pr_debug("geode suspend modulation available.\n");

 params = kzalloc(sizeof(*params), GFP_KERNEL);
 if (params == NULL)
  return -ENOMEM;

 params->cs55x0 = gx_pci;
 gx_params = params;

 /* keep cs55x0 configurations */
 pci_read_config_byte(params->cs55x0, PCI_SUSCFG, &(params->pci_suscfg));
 pci_read_config_byte(params->cs55x0, PCI_PMER1, &(params->pci_pmer1));
 pci_read_config_byte(params->cs55x0, PCI_PMER2, &(params->pci_pmer2));
 pci_read_config_byte(params->cs55x0, PCI_MODON, &(params->on_duration));
 pci_read_config_byte(params->cs55x0, PCI_MODOFF,
   &(params->off_duration));

 ret = cpufreq_register_driver(&gx_suspmod_driver);
 if (ret) {
  kfree(params);
  return ret;                   /* register error! */
 }

 return 0;
}

static void __exit cpufreq_gx_exit(void)
{
 cpufreq_unregister_driver(&gx_suspmod_driver);
 pci_dev_put(gx_params->cs55x0);
 kfree(gx_params);
}

MODULE_AUTHOR("Hiroshi Miura <miura@da-cha.org>");
MODULE_DESCRIPTION("Cpufreq driver for Cyrix MediaGX and NatSemi Geode");
MODULE_LICENSE("GPL");

module_init(cpufreq_gx_init);
module_exit(cpufreq_gx_exit);