Quelle  zynq-fpga.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
/*
 * Copyright (c) 2011-2015 Xilinx Inc.
 * Copyright (c) 2015, National Instruments Corp.
 *
 * FPGA Manager Driver for Xilinx Zynq, heavily based on xdevcfg driver
 * in their vendor tree.
 */

#include <linux/clk.h>
#include <linux/completion.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/dma-mapping.h>
#include <linux/fpga/fpga-mgr.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/iopoll.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/mfd/syscon.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/pm.h>
#include <linux/regmap.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/scatterlist.h>

/* Offsets into SLCR regmap */

/* FPGA Software Reset Control */
#define SLCR_FPGA_RST_CTRL_OFFSET 0x240
/* Level Shifters Enable */
#define SLCR_LVL_SHFTR_EN_OFFSET 0x900

/* Constant Definitions */

/* Control Register */
#define CTRL_OFFSET   0x00
/* Lock Register */
#define LOCK_OFFSET   0x04
/* Interrupt Status Register */
#define INT_STS_OFFSET   0x0c
/* Interrupt Mask Register */
#define INT_MASK_OFFSET   0x10
/* Status Register */
#define STATUS_OFFSET   0x14
/* DMA Source Address Register */
#define DMA_SRC_ADDR_OFFSET  0x18
/* DMA Destination Address Reg */
#define DMA_DST_ADDR_OFFSET  0x1c
/* DMA Source Transfer Length */
#define DMA_SRC_LEN_OFFSET  0x20
/* DMA Destination Transfer */
#define DMA_DEST_LEN_OFFSET  0x24
/* Unlock Register */
#define UNLOCK_OFFSET   0x34
/* Misc. Control Register */
#define MCTRL_OFFSET   0x80

/* Control Register Bit definitions */

/* Signal to reset FPGA */
#define CTRL_PCFG_PROG_B_MASK  BIT(30)
/* Enable PCAP for PR */
#define CTRL_PCAP_PR_MASK  BIT(27)
/* Enable PCAP */
#define CTRL_PCAP_MODE_MASK  BIT(26)
/* Lower rate to allow decrypt on the fly */
#define CTRL_PCAP_RATE_EN_MASK  BIT(25)
/* System booted in secure mode */
#define CTRL_SEC_EN_MASK  BIT(7)

/* Miscellaneous Control Register bit definitions */
/* Internal PCAP loopback */
#define MCTRL_PCAP_LPBK_MASK  BIT(4)

/* Status register bit definitions */

/* FPGA init status */
#define STATUS_DMA_Q_F   BIT(31)
#define STATUS_DMA_Q_E   BIT(30)
#define STATUS_PCFG_INIT_MASK  BIT(4)

/* Interrupt Status/Mask Register Bit definitions */
/* DMA command done */
#define IXR_DMA_DONE_MASK  BIT(13)
/* DMA and PCAP cmd done */
#define IXR_D_P_DONE_MASK  BIT(12)
 /* FPGA programmed */
#define IXR_PCFG_DONE_MASK  BIT(2)
#define IXR_ERROR_FLAGS_MASK  0x00F0C860
#define IXR_ALL_MASK   0xF8F7F87F

/* Miscellaneous constant values */

/* Invalid DMA addr */
#define DMA_INVALID_ADDRESS  GENMASK(31, 0)
/* Used to unlock the dev */
#define UNLOCK_MASK   0x757bdf0d
/* Timeout for polling reset bits */
#define INIT_POLL_TIMEOUT  2500000
/* Delay for polling reset bits */
#define INIT_POLL_DELAY   20
/* Signal this is the last DMA transfer, wait for the AXI and PCAP before
 * interrupting
 */
#define DMA_SRC_LAST_TRANSFER  1
/* Timeout for DMA completion */
#define DMA_TIMEOUT_MS   5000

/* Masks for controlling stuff in SLCR */
/* Disable all Level shifters */
#define LVL_SHFTR_DISABLE_ALL_MASK 0x0
/* Enable Level shifters from PS to PL */
#define LVL_SHFTR_ENABLE_PS_TO_PL 0xa
/* Enable Level shifters from PL to PS */
#define LVL_SHFTR_ENABLE_PL_TO_PS 0xf
/* Enable global resets */
#define FPGA_RST_ALL_MASK  0xf
/* Disable global resets */
#define FPGA_RST_NONE_MASK  0x0

struct zynq_fpga_priv {
 int irq;
 struct clk *clk;

 void __iomem *io_base;
 struct regmap *slcr;

 spinlock_t dma_lock;
 unsigned int dma_elm;
 unsigned int dma_nelms;
 struct scatterlist *cur_sg;

 struct completion dma_done;
};

static inline void zynq_fpga_write(struct zynq_fpga_priv *priv, u32 offset,
       u32 val)
{
 writel(val, priv->io_base + offset);
}

static inline u32 zynq_fpga_read(const struct zynq_fpga_priv *priv,
     u32 offset)
{
 return readl(priv->io_base + offset);
}

#define zynq_fpga_poll_timeout(priv, addr, val, cond, sleep_us, timeout_us) \
 readl_poll_timeout(priv->io_base + addr, val, cond, sleep_us, \
      timeout_us)

/* Cause the specified irq mask bits to generate IRQs */
static inline void zynq_fpga_set_irq(struct zynq_fpga_priv *priv, u32 enable)
{
 zynq_fpga_write(priv, INT_MASK_OFFSET, ~enable);
}

/* Must be called with dma_lock held */
static void zynq_step_dma(struct zynq_fpga_priv *priv)
{
 u32 addr;
 u32 len;
 bool first;

 first = priv->dma_elm == 0;
 while (priv->cur_sg) {
  /* Feed the DMA queue until it is full. */
  if (zynq_fpga_read(priv, STATUS_OFFSET) & STATUS_DMA_Q_F)
   break;

  addr = sg_dma_address(priv->cur_sg);
  len = sg_dma_len(priv->cur_sg);
  if (priv->dma_elm + 1 == priv->dma_nelms) {
   /* The last transfer waits for the PCAP to finish too,
 * notice this also changes the irq_mask to ignore
 * IXR_DMA_DONE_MASK which ensures we do not trigger
 * the completion too early.
 */
   addr |= DMA_SRC_LAST_TRANSFER;
   priv->cur_sg = NULL;
  } else {
   priv->cur_sg = sg_next(priv->cur_sg);
   priv->dma_elm++;
  }

  zynq_fpga_write(priv, DMA_SRC_ADDR_OFFSET, addr);
  zynq_fpga_write(priv, DMA_DST_ADDR_OFFSET, DMA_INVALID_ADDRESS);
  zynq_fpga_write(priv, DMA_SRC_LEN_OFFSET, len / 4);
  zynq_fpga_write(priv, DMA_DEST_LEN_OFFSET, 0);
 }

 /* Once the first transfer is queued we can turn on the ISR, future
 * calls to zynq_step_dma will happen from the ISR context. The
 * dma_lock spinlock guarantees this handover is done coherently, the
 * ISR enable is put at the end to avoid another CPU spinning in the
 * ISR on this lock.
 */
 if (first && priv->cur_sg) {
  zynq_fpga_set_irq(priv,
      IXR_DMA_DONE_MASK | IXR_ERROR_FLAGS_MASK);
 } else if (!priv->cur_sg) {
  /* The last transfer changes to DMA & PCAP mode since we do
 * not want to continue until everything has been flushed into
 * the PCAP.
 */
  zynq_fpga_set_irq(priv,
      IXR_D_P_DONE_MASK | IXR_ERROR_FLAGS_MASK);
 }
}

static irqreturn_t zynq_fpga_isr(int irq, void *data)
{
 struct zynq_fpga_priv *priv = data;
 u32 intr_status;

 /* If anything other than DMA completion is reported stop and hand
 * control back to zynq_fpga_ops_write, something went wrong,
 * otherwise progress the DMA.
 */
 spin_lock(&priv->dma_lock);
 intr_status = zynq_fpga_read(priv, INT_STS_OFFSET);
 if (!(intr_status & IXR_ERROR_FLAGS_MASK) &&
     (intr_status & IXR_DMA_DONE_MASK) && priv->cur_sg) {
  zynq_fpga_write(priv, INT_STS_OFFSET, IXR_DMA_DONE_MASK);
  zynq_step_dma(priv);
  spin_unlock(&priv->dma_lock);
  return IRQ_HANDLED;
 }
 spin_unlock(&priv->dma_lock);

 zynq_fpga_set_irq(priv, 0);
 complete(&priv->dma_done);

 return IRQ_HANDLED;
}

/* Sanity check the proposed bitstream. It must start with the sync word in
 * the correct byte order, and be dword aligned. The input is a Xilinx .bin
 * file with every 32 bit quantity swapped.
 */
static bool zynq_fpga_has_sync(const u8 *buf, size_t count)
{
 for (; count >= 4; buf += 4, count -= 4)
  if (buf[0] == 0x66 && buf[1] == 0x55 && buf[2] == 0x99 &&
      buf[3] == 0xaa)
   return true;
 return false;
}

static int zynq_fpga_ops_write_init(struct fpga_manager *mgr,
        struct fpga_image_info *info,
        const char *buf, size_t count)
{
 struct zynq_fpga_priv *priv;
 u32 ctrl, status;
 int err;

 priv = mgr->priv;

 err = clk_enable(priv->clk);
 if (err)
  return err;

 /* check if bitstream is encrypted & and system's still secure */
 if (info->flags & FPGA_MGR_ENCRYPTED_BITSTREAM) {
  ctrl = zynq_fpga_read(priv, CTRL_OFFSET);
  if (!(ctrl & CTRL_SEC_EN_MASK)) {
   dev_err(&mgr->dev,
    "System not secure, can't use encrypted bitstreams\n");
   err = -EINVAL;
   goto out_err;
  }
 }

 /* don't globally reset PL if we're doing partial reconfig */
 if (!(info->flags & FPGA_MGR_PARTIAL_RECONFIG)) {
  if (!zynq_fpga_has_sync(buf, count)) {
   dev_err(&mgr->dev,
    "Invalid bitstream, could not find a sync word. Bitstream must be a byte swapped .bin file\n");
   err = -EINVAL;
   goto out_err;
  }

  /* assert AXI interface resets */
  regmap_write(priv->slcr, SLCR_FPGA_RST_CTRL_OFFSET,
        FPGA_RST_ALL_MASK);

  /* disable all level shifters */
  regmap_write(priv->slcr, SLCR_LVL_SHFTR_EN_OFFSET,
        LVL_SHFTR_DISABLE_ALL_MASK);
  /* enable level shifters from PS to PL */
  regmap_write(priv->slcr, SLCR_LVL_SHFTR_EN_OFFSET,
        LVL_SHFTR_ENABLE_PS_TO_PL);

  /* create a rising edge on PCFG_INIT. PCFG_INIT follows
 * PCFG_PROG_B, so we need to poll it after setting PCFG_PROG_B
 * to make sure the rising edge actually happens.
 * Note: PCFG_PROG_B is low active, sequence as described in
 * UG585 v1.10 page 211
 */
  ctrl = zynq_fpga_read(priv, CTRL_OFFSET);
  ctrl |= CTRL_PCFG_PROG_B_MASK;

  zynq_fpga_write(priv, CTRL_OFFSET, ctrl);

  err = zynq_fpga_poll_timeout(priv, STATUS_OFFSET, status,
          status & STATUS_PCFG_INIT_MASK,
          INIT_POLL_DELAY,
          INIT_POLL_TIMEOUT);
  if (err) {
   dev_err(&mgr->dev, "Timeout waiting for PCFG_INIT\n");
   goto out_err;
  }

  ctrl = zynq_fpga_read(priv, CTRL_OFFSET);
  ctrl &= ~CTRL_PCFG_PROG_B_MASK;

  zynq_fpga_write(priv, CTRL_OFFSET, ctrl);

  err = zynq_fpga_poll_timeout(priv, STATUS_OFFSET, status,
          !(status & STATUS_PCFG_INIT_MASK),
          INIT_POLL_DELAY,
          INIT_POLL_TIMEOUT);
  if (err) {
   dev_err(&mgr->dev, "Timeout waiting for !PCFG_INIT\n");
   goto out_err;
  }

  ctrl = zynq_fpga_read(priv, CTRL_OFFSET);
  ctrl |= CTRL_PCFG_PROG_B_MASK;

  zynq_fpga_write(priv, CTRL_OFFSET, ctrl);

  err = zynq_fpga_poll_timeout(priv, STATUS_OFFSET, status,
          status & STATUS_PCFG_INIT_MASK,
          INIT_POLL_DELAY,
          INIT_POLL_TIMEOUT);
  if (err) {
   dev_err(&mgr->dev, "Timeout waiting for PCFG_INIT\n");
   goto out_err;
  }
 }

 /* set configuration register with following options:
 * - enable PCAP interface
 * - set throughput for maximum speed (if bistream not encrypted)
 * - set CPU in user mode
 */
 ctrl = zynq_fpga_read(priv, CTRL_OFFSET);
 if (info->flags & FPGA_MGR_ENCRYPTED_BITSTREAM)
  zynq_fpga_write(priv, CTRL_OFFSET,
    (CTRL_PCAP_PR_MASK | CTRL_PCAP_MODE_MASK
     | CTRL_PCAP_RATE_EN_MASK | ctrl));
 else
  zynq_fpga_write(priv, CTRL_OFFSET,
    (CTRL_PCAP_PR_MASK | CTRL_PCAP_MODE_MASK
     | ctrl));


 /* We expect that the command queue is empty right now. */
 status = zynq_fpga_read(priv, STATUS_OFFSET);
 if ((status & STATUS_DMA_Q_F) ||
     (status & STATUS_DMA_Q_E) != STATUS_DMA_Q_E) {
  dev_err(&mgr->dev, "DMA command queue not right\n");
  err = -EBUSY;
  goto out_err;
 }

 /* ensure internal PCAP loopback is disabled */
 ctrl = zynq_fpga_read(priv, MCTRL_OFFSET);
 zynq_fpga_write(priv, MCTRL_OFFSET, (~MCTRL_PCAP_LPBK_MASK & ctrl));

 clk_disable(priv->clk);

 return 0;

out_err:
 clk_disable(priv->clk);

 return err;
}

static int zynq_fpga_ops_write(struct fpga_manager *mgr, struct sg_table *sgt)
{
 struct zynq_fpga_priv *priv;
 const char *why;
 int err;
 u32 intr_status;
 unsigned long time_left;
 unsigned long flags;
 struct scatterlist *sg;
 int i;

 priv = mgr->priv;

 /* The hardware can only DMA multiples of 4 bytes, and it requires the
 * starting addresses to be aligned to 64 bits (UG585 pg 212).
 */
 for_each_sg(sgt->sgl, sg, sgt->nents, i) {
  if ((sg->offset % 8) || (sg->length % 4)) {
   dev_err(&mgr->dev,
       "Invalid bitstream, chunks must be aligned\n");
   return -EINVAL;
  }
 }

 err = dma_map_sgtable(mgr->dev.parent, sgt, DMA_TO_DEVICE, 0);
 if (err) {
  dev_err(&mgr->dev, "Unable to DMA map (TO_DEVICE)\n");
  return err;
 }
 priv->dma_nelms = sgt->nents;

 /* enable clock */
 err = clk_enable(priv->clk);
 if (err)
  goto out_free;

 zynq_fpga_write(priv, INT_STS_OFFSET, IXR_ALL_MASK);
 reinit_completion(&priv->dma_done);

 /* zynq_step_dma will turn on interrupts */
 spin_lock_irqsave(&priv->dma_lock, flags);
 priv->dma_elm = 0;
 priv->cur_sg = sgt->sgl;
 zynq_step_dma(priv);
 spin_unlock_irqrestore(&priv->dma_lock, flags);

 time_left = wait_for_completion_timeout(&priv->dma_done,
      msecs_to_jiffies(DMA_TIMEOUT_MS));

 spin_lock_irqsave(&priv->dma_lock, flags);
 zynq_fpga_set_irq(priv, 0);
 priv->cur_sg = NULL;
 spin_unlock_irqrestore(&priv->dma_lock, flags);

 intr_status = zynq_fpga_read(priv, INT_STS_OFFSET);
 zynq_fpga_write(priv, INT_STS_OFFSET, IXR_ALL_MASK);

 /* There doesn't seem to be a way to force cancel any DMA, so if
 * something went wrong we are relying on the hardware to have halted
 * the DMA before we get here, if there was we could use
 * wait_for_completion_interruptible too.
 */

 if (intr_status & IXR_ERROR_FLAGS_MASK) {
  why = "DMA reported error";
  err = -EIO;
  goto out_report;
 }

 if (priv->cur_sg ||
     !((intr_status & IXR_D_P_DONE_MASK) == IXR_D_P_DONE_MASK)) {
  if (time_left == 0)
   why = "DMA timed out";
  else
   why = "DMA did not complete";
  err = -EIO;
  goto out_report;
 }

 err = 0;
 goto out_clk;

out_report:
 dev_err(&mgr->dev,
  "%s: INT_STS:0x%x CTRL:0x%x LOCK:0x%x INT_MASK:0x%x STATUS:0x%x MCTRL:0x%x\n",
  why,
  intr_status,
  zynq_fpga_read(priv, CTRL_OFFSET),
  zynq_fpga_read(priv, LOCK_OFFSET),
  zynq_fpga_read(priv, INT_MASK_OFFSET),
  zynq_fpga_read(priv, STATUS_OFFSET),
  zynq_fpga_read(priv, MCTRL_OFFSET));

out_clk:
 clk_disable(priv->clk);

out_free:
 dma_unmap_sgtable(mgr->dev.parent, sgt, DMA_TO_DEVICE, 0);
 return err;
}

static int zynq_fpga_ops_write_complete(struct fpga_manager *mgr,
     struct fpga_image_info *info)
{
 struct zynq_fpga_priv *priv = mgr->priv;
 int err;
 u32 intr_status;

 err = clk_enable(priv->clk);
 if (err)
  return err;

 err = zynq_fpga_poll_timeout(priv, INT_STS_OFFSET, intr_status,
         intr_status & IXR_PCFG_DONE_MASK,
         INIT_POLL_DELAY,
         INIT_POLL_TIMEOUT);

 /* Release 'PR' control back to the ICAP */
 zynq_fpga_write(priv, CTRL_OFFSET,
   zynq_fpga_read(priv, CTRL_OFFSET) & ~CTRL_PCAP_PR_MASK);

 clk_disable(priv->clk);

 if (err)
  return err;

 /* for the partial reconfig case we didn't touch the level shifters */
 if (!(info->flags & FPGA_MGR_PARTIAL_RECONFIG)) {
  /* enable level shifters from PL to PS */
  regmap_write(priv->slcr, SLCR_LVL_SHFTR_EN_OFFSET,
        LVL_SHFTR_ENABLE_PL_TO_PS);

  /* deassert AXI interface resets */
  regmap_write(priv->slcr, SLCR_FPGA_RST_CTRL_OFFSET,
        FPGA_RST_NONE_MASK);
 }

 return 0;
}

static enum fpga_mgr_states zynq_fpga_ops_state(struct fpga_manager *mgr)
{
 int err;
 u32 intr_status;
 struct zynq_fpga_priv *priv;

 priv = mgr->priv;

 err = clk_enable(priv->clk);
 if (err)
  return FPGA_MGR_STATE_UNKNOWN;

 intr_status = zynq_fpga_read(priv, INT_STS_OFFSET);
 clk_disable(priv->clk);

 if (intr_status & IXR_PCFG_DONE_MASK)
  return FPGA_MGR_STATE_OPERATING;

 return FPGA_MGR_STATE_UNKNOWN;
}

static const struct fpga_manager_ops zynq_fpga_ops = {
 .initial_header_size = 128,
 .state = zynq_fpga_ops_state,
 .write_init = zynq_fpga_ops_write_init,
 .write_sg = zynq_fpga_ops_write,
 .write_complete = zynq_fpga_ops_write_complete,
};

static int zynq_fpga_probe(struct platform_device *pdev)
{
 struct device *dev = &pdev->dev;
 struct zynq_fpga_priv *priv;
 struct fpga_manager *mgr;
 int err;

 priv = devm_kzalloc(dev, sizeof(*priv), GFP_KERNEL);
 if (!priv)
  return -ENOMEM;
 spin_lock_init(&priv->dma_lock);

 priv->io_base = devm_platform_ioremap_resource(pdev, 0);
 if (IS_ERR(priv->io_base))
  return PTR_ERR(priv->io_base);

 priv->slcr = syscon_regmap_lookup_by_phandle(dev->of_node,
  "syscon");
 if (IS_ERR(priv->slcr)) {
  dev_err(dev, "unable to get zynq-slcr regmap\n");
  return PTR_ERR(priv->slcr);
 }

 init_completion(&priv->dma_done);

 priv->irq = platform_get_irq(pdev, 0);
 if (priv->irq < 0)
  return priv->irq;

 priv->clk = devm_clk_get(dev, "ref_clk");
 if (IS_ERR(priv->clk))
  return dev_err_probe(dev, PTR_ERR(priv->clk),
         "input clock not found\n");

 err = clk_prepare_enable(priv->clk);
 if (err) {
  dev_err(dev, "unable to enable clock\n");
  return err;
 }

 /* unlock the device */
 zynq_fpga_write(priv, UNLOCK_OFFSET, UNLOCK_MASK);

 zynq_fpga_set_irq(priv, 0);
 zynq_fpga_write(priv, INT_STS_OFFSET, IXR_ALL_MASK);
 err = devm_request_irq(dev, priv->irq, zynq_fpga_isr, 0, dev_name(dev),
          priv);
 if (err) {
  dev_err(dev, "unable to request IRQ\n");
  clk_disable_unprepare(priv->clk);
  return err;
 }

 clk_disable(priv->clk);

 mgr = fpga_mgr_register(dev, "Xilinx Zynq FPGA Manager",
    &zynq_fpga_ops, priv);
 if (IS_ERR(mgr)) {
  dev_err(dev, "unable to register FPGA manager\n");
  clk_unprepare(priv->clk);
  return PTR_ERR(mgr);
 }

 platform_set_drvdata(pdev, mgr);

 return 0;
}

static void zynq_fpga_remove(struct platform_device *pdev)
{
 struct zynq_fpga_priv *priv;
 struct fpga_manager *mgr;

 mgr = platform_get_drvdata(pdev);
 priv = mgr->priv;

 fpga_mgr_unregister(mgr);

 clk_unprepare(priv->clk);
}

#ifdef CONFIG_OF
static const struct of_device_id zynq_fpga_of_match[] = {
 { .compatible = "xlnx,zynq-devcfg-1.0", },
 {},
};

MODULE_DEVICE_TABLE(of, zynq_fpga_of_match);
#endif

static struct platform_driver zynq_fpga_driver = {
 .probe = zynq_fpga_probe,
 .remove = zynq_fpga_remove,
 .driver = {
  .name = "zynq_fpga_manager",
  .of_match_table = of_match_ptr(zynq_fpga_of_match),
 },
};

module_platform_driver(zynq_fpga_driver);

MODULE_AUTHOR("Moritz Fischer ");
MODULE_AUTHOR("Michal Simek ");
MODULE_DESCRIPTION("Xilinx Zynq FPGA Manager");
MODULE_LICENSE("GPL v2");