palacios/src/devices/8254.c

   1 /*
   2  * This file is part of the Palacios Virtual Machine Monitor developed
   3  * by the V3VEE Project with funding from the United States National
   4  * Science Foundation and the Department of Energy.
   5  *
   6  * The V3VEE Project is a joint project between Northwestern University
   7  * and the University of New Mexico.  You can find out more at
   8  * http://www.v3vee.org
   9  *
  10  * Copyright (c) 2008, Jack Lange <jarusl@cs.northwestern.edu>
  11  * Copyright (c) 2008, The V3VEE Project <http://www.v3vee.org>
  12  * All rights reserved.
  13  *
  14  * Author: Jack Lange <jarusl@cs.northwestern.edu>
  15  *
  16  * This is free software.  You are permitted to use,
  17  * redistribute, and modify it as specified in the file "V3VEE_LICENSE".
  18  */
  19
  20 #include <devices/8254.h>
  21 #include <palacios/vmm.h>
  22 #include <palacios/vmm_time.h>
  23 #include <palacios/vmm_util.h>
  24 #include <palacios/vmm_intr.h>
  25
  26
  27
  28 #ifndef DEBUG_PIT
  29 #undef PrintDebug
  30 #define PrintDebug(fmt, args...)
  31 #endif
  32
  33
  34
  35 // constants
  36 #define OSC_HZ 1193182
  37
  38
  39 /* The 8254 has three counters and one control port */
  40 #define CHANNEL0_PORT 0x40
  41 #define CHANNEL1_PORT 0x41
  42 #define CHANNEL2_PORT 0x42
  43 #define COMMAND_PORT 0x43
  44
  45
  46 #define PIT_INTR_NUM 0
  47
  48 /* The order of these typedefs is important because the numerical values correspond to the
  49  * values coming from the io ports
  50  */
  51 typedef enum {NOT_RUNNING, PENDING, RUNNING} channel_run_state_t;
  52 typedef enum {NOT_WAITING, WAITING_LOBYTE, WAITING_HIBYTE} channel_access_state_t;
  53 typedef enum {LATCH_COUNT, LOBYTE_ONLY, HIBYTE_ONLY, LOBYTE_HIBYTE} channel_access_mode_t;
  54 typedef enum {IRQ_ON_TERM_CNT, ONE_SHOT, RATE_GEN, SQR_WAVE, SW_STROBE, HW_STROBE} channel_op_mode_t;
  55
  56
  57 struct channel {
  58   channel_access_mode_t access_mode;
  59   channel_access_state_t access_state;
  60   channel_run_state_t run_state;
  61
  62   channel_op_mode_t op_mode;
  63
  64
  65   // Time til interrupt trigger
  66
  67   ushort_t counter;
  68   ushort_t reload_value;
  69
  70   ushort_t latched_value;
  71
  72   enum {NOTLATCHED, LATCHED} latch_state;
  73
  74   enum {LSB, MSB} read_state;
  75
  76   uint_t output_pin : 1;
  77   uint_t gate_input_pin : 1;
  78 };
  79
  80
  81 struct pit {
  82
  83   ullong_t pit_counter;
  84   ullong_t pit_reload;
  85
  86
  87   struct channel ch_0;
  88   struct channel ch_1;
  89   struct channel ch_2;
  90 };
  91
  92
  93 struct pit_cmd_word {
  94   uint_t bcd_mode    : 1;
  95   uint_t op_mode     : 3;
  96   uint_t access_mode : 2;
  97   uint_t channel     : 2;
  98 };
  99
 100 struct pit_rdb_cmd_word {
 101   uint_t rsvd         : 1; // SBZ
 102   uint_t ch_0         : 1;
 103   uint_t ch_1         : 1;
 104   uint_t ch_2         : 1;
 105   uint_t latch_status : 1;
 106   uint_t latch_count  : 1;
 107   uint_t readback_cmd : 2; // Must Be 0x3
 108 };
 109
 110 struct pit_rdb_status_word {
 111   uint_t bcd_mode     : 1;
 112   uint_t op_mode      : 3;
 113   uint_t access_mode  : 2;
 114   uint_t null_count   : 1;
 115   uint_t pin_state    : 1;
 116 };
 117
 118
 119
 120 /*
 121  * This should call out to handle_SQR_WAVE_tics, etc...
 122  */
 123 // Returns true if the the output signal changed state
 124 static int handle_crystal_tics(struct vm_device * dev, struct channel * ch, uint_t oscillations) {
 125   uint_t channel_cycles = 0;
 126   uint_t output_changed = 0;
 127
 128   // PrintDebug("8254 PIT: %d crystal tics\n", oscillations);
 129   if (ch->run_state == PENDING) {
 130     oscillations--;
 131     ch->counter = ch->reload_value;
 132
 133     if (ch->op_mode == SQR_WAVE) {
 134       ch->counter -= ch->counter % 2;
 135     }
 136
 137     ch->run_state = RUNNING;
 138   } else if (ch->run_state != RUNNING) {
 139     return output_changed;
 140   }
 141
 142   /*
 143   PrintDebug("8254 PIT: Channel Run State = %d, counter=", ch->run_state);
 144   PrintTraceLL(ch->counter);
 145   PrintDebug("\n");
 146   */
 147   if (ch->op_mode == SQR_WAVE) {
 148     oscillations *= 2;
 149   }
 150
 151   if (ch->counter > oscillations) {
 152     ch->counter -= oscillations;
 153     return output_changed;
 154   } else {
 155     ushort_t reload_val = ch->reload_value;
 156     oscillations -= ch->counter;
 157     ch->counter = 0;
 158     channel_cycles = 1;
 159
 160
 161     if (ch->op_mode == SQR_WAVE) {
 162       reload_val -= reload_val % 2;
 163     }
 164
 165     channel_cycles += oscillations / reload_val;
 166     oscillations = oscillations % reload_val;
 167
 168     ch->counter = reload_val - oscillations;
 169   }
 170
 171   //  PrintDebug("8254 PIT: Channel Cycles: %d\n", channel_cycles);
 172
 173
 174
 175   switch (ch->op_mode) {
 176   case IRQ_ON_TERM_CNT:
 177     if ((channel_cycles > 0) && (ch->output_pin == 0)) {
 178       ch->output_pin = 1;
 179       output_changed = 1;
 180     }
 181     break;
 182   case ONE_SHOT:
 183     if ((channel_cycles > 0) && (ch->output_pin == 0)) {
 184       ch->output_pin = 1;
 185       output_changed = 1;
 186     }
 187     break;
 188   case RATE_GEN:
 189     // See the data sheet: we ignore the output pin cycle...
 190     if (channel_cycles > 0) {
 191       output_changed = 1;
 192     }
 193     break;
 194   case SQR_WAVE:
 195     ch->output_pin = (ch->output_pin + 1) % 2;
 196
 197     if (ch->output_pin == 1) {
 198       output_changed = 1;
 199     }
 200
 201     break;
 202   case SW_STROBE:
 203     return -1;
 204     break;
 205   case HW_STROBE:
 206     return -1;
 207     break;
 208   default:
 209     break;
 210   }
 211
 212   return output_changed;
 213 }
 214
 215
 216
 217 static void pit_update_time(ullong_t cpu_cycles, ullong_t cpu_freq, void * private_data) {
 218   struct vm_device * dev = (struct vm_device *)private_data;
 219   struct pit * state = (struct pit *)dev->private_data;
 220   //  ullong_t tmp_ctr = state->pit_counter;
 221   ullong_t tmp_cycles;
 222   uint_t oscillations = 0;
 223
 224
 225   /*
 226     PrintDebug("updating cpu_cycles=");
 227     PrintTraceLL(cpu_cycles);
 228     PrintDebug("\n");
 229
 230     PrintDebug("pit_counter=");
 231     PrintTraceLL(state->pit_counter);
 232     PrintDebug("\n");
 233
 234     PrintDebug("pit_reload=");
 235     PrintTraceLL(state->pit_reload);
 236     PrintDebug("\n");
 237   */
 238
 239   if (state->pit_counter > cpu_cycles) {
 240     // Easy...
 241     state->pit_counter -= cpu_cycles;
 242   } else {
 243
 244     // Take off the first part
 245     cpu_cycles -= state->pit_counter;
 246     state->pit_counter = 0;
 247     oscillations = 1;
 248
 249     if (cpu_cycles > state->pit_reload) {
 250       // how many full oscillations
 251       tmp_cycles = cpu_cycles;
 252
 253       cpu_cycles = do_divll(tmp_cycles, state->pit_reload);
 254
 255       oscillations += tmp_cycles;
 256     }
 257
 258     // update counter with remainder (mod reload)
 259     state->pit_counter = state->pit_reload - cpu_cycles;
 260
 261     //PrintDebug("8254 PIT: Handling %d crystal tics\n", oscillations);
 262     if (handle_crystal_tics(dev, &(state->ch_0), oscillations) == 1) {
 263       // raise interrupt
 264       PrintDebug("8254 PIT: Injecting Timer interrupt to guest\n");
 265       v3_raise_irq(dev->vm, 0);
 266     }
 267
 268     //handle_crystal_tics(dev, &(state->ch_1), oscillations);
 269     //handle_crystal_tics(dev, &(state->ch_2), oscillations);
 270   }
 271
 272
 273
 274
 275   return;
 276 }
 277
 278
 279
 280 /* This should call out to handle_SQR_WAVE_write, etc...
 281  */
 282 static int handle_channel_write(struct channel * ch, char val) {
 283
 284     switch (ch->access_state) {
 285     case WAITING_HIBYTE:
 286       {
 287         ushort_t tmp_val = ((ushort_t)val) << 8;
 288         ch->reload_value &= 0x00ff;
 289         ch->reload_value |= tmp_val;
 290
 291
 292         if ((ch->op_mode != RATE_GEN) || (ch->run_state != RUNNING)){
 293           ch->run_state = PENDING;
 294         }
 295
 296         if (ch->access_mode == LOBYTE_HIBYTE) {
 297           ch->access_state = WAITING_LOBYTE;
 298         }
 299
 300         PrintDebug("8254 PIT: updated channel counter: %d\n", ch->reload_value);
 301         PrintDebug("8254 PIT: Channel Run State=%d\n", ch->run_state);
 302         break;
 303       }
 304     case WAITING_LOBYTE:
 305       ch->reload_value &= 0xff00;
 306       ch->reload_value |= val;
 307
 308       if (ch->access_mode == LOBYTE_HIBYTE) {
 309         ch->access_state = WAITING_HIBYTE;
 310       } else if ((ch->op_mode != RATE_GEN) || (ch->run_state != RUNNING)) {
 311         ch->run_state = PENDING;
 312       }
 313
 314       PrintDebug("8254 PIT: updated channel counter: %d\n", ch->reload_value);
 315       PrintDebug("8254 PIT: Channel Run State=%d\n", ch->run_state);
 316       break;
 317     default:
 318       return -1;
 319     }
 320
 321
 322     switch (ch->op_mode) {
 323     case IRQ_ON_TERM_CNT:
 324       ch->output_pin = 0;
 325       break;
 326     case ONE_SHOT:
 327       ch->output_pin = 1;
 328       break;
 329     case RATE_GEN:
 330       ch->output_pin = 1;
 331       break;
 332     case SQR_WAVE:
 333       ch->output_pin = 1;
 334       break;
 335     default:
 336       return -1;
 337       break;
 338     }
 339
 340
 341   return 0;
 342 }
 343
 344
 345 static int handle_channel_read(struct channel * ch, char * val) {
 346
 347   ushort_t * myval;
 348
 349   if (ch->latch_state == NOTLATCHED) {
 350     myval = &(ch->counter);
 351   } else {
 352     myval = &(ch->latched_value);
 353   }
 354
 355   if (ch->read_state == LSB) {
 356     *val = ((char*)myval)[0];  // little endian
 357     ch->read_state = MSB;
 358   } else {
 359     *val = ((char*)myval)[1];
 360     ch->read_state = LSB;
 361     if (ch->latch_state == LATCHED) {
 362       ch->latch_state = NOTLATCHED;
 363     }
 364   }
 365
 366   return 0;
 367
 368 }
 369
 370
 371
 372
 373
 374 static int handle_channel_cmd(struct channel * ch, struct pit_cmd_word cmd) {
 375   ch->op_mode = cmd.op_mode;
 376   ch->access_mode = cmd.access_mode;
 377
 378
 379
 380
 381   switch (cmd.access_mode) {
 382   case LATCH_COUNT:
 383     if (ch->latch_state == NOTLATCHED) {
 384       ch->latched_value = ch->counter;
 385       ch->latch_state = LATCHED;
 386     }
 387     break;
 388   case HIBYTE_ONLY:
 389     ch->access_state = WAITING_HIBYTE;
 390     break;
 391   case LOBYTE_ONLY:
 392   case LOBYTE_HIBYTE:
 393     ch->access_state = WAITING_LOBYTE;
 394     break;
 395   }
 396
 397
 398   switch (cmd.op_mode) {
 399   case IRQ_ON_TERM_CNT:
 400     ch->output_pin = 0;
 401     break;
 402   case ONE_SHOT:
 403     ch->output_pin = 1;
 404     break;
 405   case RATE_GEN:
 406     ch->output_pin = 1;
 407     break;
 408   case SQR_WAVE:
 409     ch->output_pin = 1;
 410     break;
 411   default:
 412     return -1;
 413   }
 414
 415   return 0;
 416
 417 }
 418
 419
 420
 421
 422 static int pit_read_channel(ushort_t port, void * dst, uint_t length, struct vm_device * dev) {
 423   struct pit * state = (struct pit *)dev->private_data;
 424   char * val = (char *)dst;
 425
 426   if (length != 1) {
 427     PrintError("8254 PIT: Invalid Read Write length \n");
 428     return -1;
 429   }
 430
 431   PrintDebug("8254 PIT: Read of PIT Channel %d\n", port - CHANNEL0_PORT);
 432
 433   switch (port) {
 434   case CHANNEL0_PORT:
 435     if (handle_channel_read(&(state->ch_0), val) == -1) {
 436       return -1;
 437     }
 438     break;
 439   case CHANNEL1_PORT:
 440     if (handle_channel_read(&(state->ch_1), val) == -1) {
 441       return -1;
 442     }
 443     break;
 444   case CHANNEL2_PORT:
 445     if (handle_channel_read(&(state->ch_2), val) == -1) {
 446       return -1;
 447     }
 448     break;
 449   default:
 450     PrintError("8254 PIT: Read from invalid port (%d)\n", port);
 451     return -1;
 452   }
 453
 454   return length;
 455 }
 456
 457
 458
 459 static int pit_write_channel(ushort_t port, void * src, uint_t length, struct vm_device * dev) {
 460   struct pit * state = (struct pit *)dev->private_data;
 461   char val = *(char *)src;
 462
 463   if (length != 1) {
 464     PrintError("8254 PIT: Invalid Write Length\n");
 465     return -1;
 466   }
 467
 468   PrintDebug("8254 PIT: Write to PIT Channel %d (%x)\n", port - CHANNEL0_PORT, *(char*)src);
 469
 470
 471   switch (port) {
 472   case CHANNEL0_PORT:
 473     if (handle_channel_write(&(state->ch_0), val) == -1) {
 474       return -1;
 475     }
 476     break;
 477   case CHANNEL1_PORT:
 478     if (handle_channel_write(&(state->ch_1), val) == -1) {
 479       return -1;
 480     }
 481     break;
 482   case CHANNEL2_PORT:
 483     if (handle_channel_write(&(state->ch_2), val) == -1) {
 484       return -1;
 485     }
 486     break;
 487   default:
 488     PrintError("8254 PIT: Write to invalid port (%d)\n", port);
 489     return -1;
 490   }
 491
 492   return length;
 493 }
 494
 495
 496
 497
 498 static int pit_write_command(ushort_t port, void * src, uint_t length, struct vm_device * dev) {
 499   struct pit * state = (struct pit *)dev->private_data;
 500   struct pit_cmd_word * cmd = (struct pit_cmd_word *)src;
 501
 502   PrintDebug("8254 PIT: Write to PIT Command port\n");
 503   PrintDebug("8254 PIT: Writing to channel %d (access_mode = %d, op_mode = %d)\n", cmd->channel, cmd->access_mode, cmd->op_mode);
 504   if (length != 1) {
 505     PrintError("8254 PIT: Write of Invalid length to command port\n");
 506     return -1;
 507   }
 508
 509   switch (cmd->channel) {
 510   case 0:
 511     if (handle_channel_cmd(&(state->ch_0), *cmd) == -1) {
 512       return -1;
 513     }
 514     break;
 515   case 1:
 516     if (handle_channel_cmd(&(state->ch_1), *cmd) == -1) {
 517       return -1;
 518     }
 519     break;
 520   case 2:
 521     if (handle_channel_cmd(&(state->ch_2), *cmd) == -1) {
 522       return -1;
 523     }
 524     break;
 525   case 3:
 526     // Read Back command
 527     return -1;
 528     break;
 529   default:
 530     break;
 531   }
 532
 533
 534   return length;
 535 }
 536
 537
 538
 539
 540 static struct vm_timer_ops timer_ops = {
 541   .update_time = pit_update_time,
 542 };
 543
 544
 545 static void init_channel(struct channel * ch) {
 546   ch->run_state = NOT_RUNNING;
 547   ch->access_state = NOT_WAITING;
 548   ch->access_mode = 0;
 549   ch->op_mode = 0;
 550
 551   ch->counter = 0;
 552   ch->reload_value = 0;
 553   ch->output_pin = 0;
 554   ch->gate_input_pin = 0;
 555
 556   ch->latched_value = 0;
 557   ch->latch_state = NOTLATCHED;
 558   ch->read_state = LSB;
 559
 560   return;
 561 }
 562
 563
 564 static int pit_init(struct vm_device * dev) {
 565   struct pit * state = (struct pit *)dev->private_data;
 566   uint_t cpu_khz = V3_CPU_KHZ();
 567   ullong_t reload_val = (ullong_t)cpu_khz * 1000;
 568
 569   dev_hook_io(dev, CHANNEL0_PORT, &pit_read_channel, &pit_write_channel);
 570   dev_hook_io(dev, CHANNEL1_PORT, &pit_read_channel, &pit_write_channel);
 571   dev_hook_io(dev, CHANNEL2_PORT, &pit_read_channel, &pit_write_channel);
 572   dev_hook_io(dev, COMMAND_PORT, NULL, &pit_write_command);
 573
 574 #ifdef DEBUG_PIT
 575   PrintDebug("8254 PIT: OSC_HZ=%d, reload_val=", OSC_HZ);
 576   PrintTraceLL(reload_val);
 577   PrintDebug("\n");
 578 #endif
 579
 580   v3_add_timer(dev->vm, &timer_ops, dev);
 581
 582   // Get cpu frequency and calculate the global pit oscilattor counter/cycle
 583
 584   do_divll(reload_val, OSC_HZ);
 585   state->pit_counter = reload_val;
 586   state->pit_reload = reload_val;
 587
 588
 589
 590   init_channel(&(state->ch_0));
 591   init_channel(&(state->ch_1));
 592   init_channel(&(state->ch_2));
 593
 594 #ifdef DEBUG_PIT
 595   PrintDebug("8254 PIT: CPU MHZ=%d -- pit count=", cpu_khz / 1000);
 596   PrintTraceLL(state->pit_counter);
 597   PrintDebug("\n");
 598 #endif
 599
 600   return 0;
 601 }
 602
 603 static int pit_deinit(struct vm_device * dev) {
 604
 605   return 0;
 606 }
 607
 608
 609 static struct vm_device_ops dev_ops = {
 610   .init = pit_init,
 611   .deinit = pit_deinit,
 612   .reset = NULL,
 613   .start = NULL,
 614   .stop = NULL,
 615
 616 };
 617
 618
 619 struct vm_device * create_pit() {
 620   struct pit * pit_state = NULL;
 621   pit_state = (struct pit *)V3_Malloc(sizeof(struct pit));
 622   V3_ASSERT(pit_state != NULL);
 623
 624   struct vm_device * dev = create_device("PIT", &dev_ops, pit_state);
 625
 626   return dev;
 627 }