xref: /openbmc/qemu/hw/timer/armv7m_systick.c (revision 64552b6be4758d3a774f7787b294543ccebd5358)
1ff68dacbSPeter Maydell /*
2ff68dacbSPeter Maydell  * ARMv7M SysTick timer
3ff68dacbSPeter Maydell  *
4ff68dacbSPeter Maydell  * Copyright (c) 2006-2007 CodeSourcery.
5ff68dacbSPeter Maydell  * Written by Paul Brook
6ff68dacbSPeter Maydell  * Copyright (c) 2017 Linaro Ltd
7ff68dacbSPeter Maydell  * Written by Peter Maydell
8ff68dacbSPeter Maydell  *
9ff68dacbSPeter Maydell  * This code is licensed under the GPL (version 2 or later).
10ff68dacbSPeter Maydell  */
11ff68dacbSPeter Maydell 
12ff68dacbSPeter Maydell #include "qemu/osdep.h"
13ff68dacbSPeter Maydell #include "hw/timer/armv7m_systick.h"
14*64552b6bSMarkus Armbruster #include "hw/irq.h"
15ff68dacbSPeter Maydell #include "hw/sysbus.h"
16ff68dacbSPeter Maydell #include "qemu/timer.h"
17ff68dacbSPeter Maydell #include "qemu/log.h"
180b8fa32fSMarkus Armbruster #include "qemu/module.h"
19ff68dacbSPeter Maydell #include "trace.h"
20ff68dacbSPeter Maydell 
21ff68dacbSPeter Maydell /* qemu timers run at 1GHz.   We want something closer to 1MHz.  */
22ff68dacbSPeter Maydell #define SYSTICK_SCALE 1000ULL
23ff68dacbSPeter Maydell 
24ff68dacbSPeter Maydell #define SYSTICK_ENABLE    (1 << 0)
25ff68dacbSPeter Maydell #define SYSTICK_TICKINT   (1 << 1)
26ff68dacbSPeter Maydell #define SYSTICK_CLKSOURCE (1 << 2)
27ff68dacbSPeter Maydell #define SYSTICK_COUNTFLAG (1 << 16)
28ff68dacbSPeter Maydell 
29ff68dacbSPeter Maydell int system_clock_scale;
30ff68dacbSPeter Maydell 
31ff68dacbSPeter Maydell /* Conversion factor from qemu timer to SysTick frequencies.  */
32ff68dacbSPeter Maydell static inline int64_t systick_scale(SysTickState *s)
33ff68dacbSPeter Maydell {
34ff68dacbSPeter Maydell     if (s->control & SYSTICK_CLKSOURCE) {
35ff68dacbSPeter Maydell         return system_clock_scale;
36ff68dacbSPeter Maydell     } else {
37ff68dacbSPeter Maydell         return 1000;
38ff68dacbSPeter Maydell     }
39ff68dacbSPeter Maydell }
40ff68dacbSPeter Maydell 
41ff68dacbSPeter Maydell static void systick_reload(SysTickState *s, int reset)
42ff68dacbSPeter Maydell {
43ff68dacbSPeter Maydell     /* The Cortex-M3 Devices Generic User Guide says that "When the
44ff68dacbSPeter Maydell      * ENABLE bit is set to 1, the counter loads the RELOAD value from the
45ff68dacbSPeter Maydell      * SYST RVR register and then counts down". So, we need to check the
46ff68dacbSPeter Maydell      * ENABLE bit before reloading the value.
47ff68dacbSPeter Maydell      */
48ff68dacbSPeter Maydell     trace_systick_reload();
49ff68dacbSPeter Maydell 
50ff68dacbSPeter Maydell     if ((s->control & SYSTICK_ENABLE) == 0) {
51ff68dacbSPeter Maydell         return;
52ff68dacbSPeter Maydell     }
53ff68dacbSPeter Maydell 
54ff68dacbSPeter Maydell     if (reset) {
55ff68dacbSPeter Maydell         s->tick = qemu_clock_get_ns(QEMU_CLOCK_VIRTUAL);
56ff68dacbSPeter Maydell     }
57ff68dacbSPeter Maydell     s->tick += (s->reload + 1) * systick_scale(s);
58ff68dacbSPeter Maydell     timer_mod(s->timer, s->tick);
59ff68dacbSPeter Maydell }
60ff68dacbSPeter Maydell 
61ff68dacbSPeter Maydell static void systick_timer_tick(void *opaque)
62ff68dacbSPeter Maydell {
63ff68dacbSPeter Maydell     SysTickState *s = (SysTickState *)opaque;
64ff68dacbSPeter Maydell 
65ff68dacbSPeter Maydell     trace_systick_timer_tick();
66ff68dacbSPeter Maydell 
67ff68dacbSPeter Maydell     s->control |= SYSTICK_COUNTFLAG;
68ff68dacbSPeter Maydell     if (s->control & SYSTICK_TICKINT) {
69ff68dacbSPeter Maydell         /* Tell the NVIC to pend the SysTick exception */
70ff68dacbSPeter Maydell         qemu_irq_pulse(s->irq);
71ff68dacbSPeter Maydell     }
72ff68dacbSPeter Maydell     if (s->reload == 0) {
73ff68dacbSPeter Maydell         s->control &= ~SYSTICK_ENABLE;
74ff68dacbSPeter Maydell     } else {
75ff68dacbSPeter Maydell         systick_reload(s, 0);
76ff68dacbSPeter Maydell     }
77ff68dacbSPeter Maydell }
78ff68dacbSPeter Maydell 
799bed521eSPeter Maydell static MemTxResult systick_read(void *opaque, hwaddr addr, uint64_t *data,
809bed521eSPeter Maydell                                 unsigned size, MemTxAttrs attrs)
81ff68dacbSPeter Maydell {
82ff68dacbSPeter Maydell     SysTickState *s = opaque;
83ff68dacbSPeter Maydell     uint32_t val;
84ff68dacbSPeter Maydell 
859bed521eSPeter Maydell     if (attrs.user) {
869bed521eSPeter Maydell         /* Generate BusFault for unprivileged accesses */
879bed521eSPeter Maydell         return MEMTX_ERROR;
889bed521eSPeter Maydell     }
899bed521eSPeter Maydell 
90ff68dacbSPeter Maydell     switch (addr) {
91ff68dacbSPeter Maydell     case 0x0: /* SysTick Control and Status.  */
92ff68dacbSPeter Maydell         val = s->control;
93ff68dacbSPeter Maydell         s->control &= ~SYSTICK_COUNTFLAG;
94ff68dacbSPeter Maydell         break;
95ff68dacbSPeter Maydell     case 0x4: /* SysTick Reload Value.  */
96ff68dacbSPeter Maydell         val = s->reload;
97ff68dacbSPeter Maydell         break;
98ff68dacbSPeter Maydell     case 0x8: /* SysTick Current Value.  */
99ff68dacbSPeter Maydell     {
100ff68dacbSPeter Maydell         int64_t t;
101ff68dacbSPeter Maydell 
102ff68dacbSPeter Maydell         if ((s->control & SYSTICK_ENABLE) == 0) {
103ff68dacbSPeter Maydell             val = 0;
104ff68dacbSPeter Maydell             break;
105ff68dacbSPeter Maydell         }
106ff68dacbSPeter Maydell         t = qemu_clock_get_ns(QEMU_CLOCK_VIRTUAL);
107ff68dacbSPeter Maydell         if (t >= s->tick) {
108ff68dacbSPeter Maydell             val = 0;
109ff68dacbSPeter Maydell             break;
110ff68dacbSPeter Maydell         }
111ff68dacbSPeter Maydell         val = ((s->tick - (t + 1)) / systick_scale(s)) + 1;
112ff68dacbSPeter Maydell         /* The interrupt in triggered when the timer reaches zero.
113ff68dacbSPeter Maydell            However the counter is not reloaded until the next clock
114ff68dacbSPeter Maydell            tick.  This is a hack to return zero during the first tick.  */
115ff68dacbSPeter Maydell         if (val > s->reload) {
116ff68dacbSPeter Maydell             val = 0;
117ff68dacbSPeter Maydell         }
118ff68dacbSPeter Maydell         break;
119ff68dacbSPeter Maydell     }
120ff68dacbSPeter Maydell     case 0xc: /* SysTick Calibration Value.  */
121ff68dacbSPeter Maydell         val = 10000;
122ff68dacbSPeter Maydell         break;
123ff68dacbSPeter Maydell     default:
124ff68dacbSPeter Maydell         val = 0;
125ff68dacbSPeter Maydell         qemu_log_mask(LOG_GUEST_ERROR,
126ff68dacbSPeter Maydell                       "SysTick: Bad read offset 0x%" HWADDR_PRIx "\n", addr);
127ff68dacbSPeter Maydell         break;
128ff68dacbSPeter Maydell     }
129ff68dacbSPeter Maydell 
130ff68dacbSPeter Maydell     trace_systick_read(addr, val, size);
1319bed521eSPeter Maydell     *data = val;
1329bed521eSPeter Maydell     return MEMTX_OK;
133ff68dacbSPeter Maydell }
134ff68dacbSPeter Maydell 
1359bed521eSPeter Maydell static MemTxResult systick_write(void *opaque, hwaddr addr,
1369bed521eSPeter Maydell                                  uint64_t value, unsigned size,
1379bed521eSPeter Maydell                                  MemTxAttrs attrs)
138ff68dacbSPeter Maydell {
139ff68dacbSPeter Maydell     SysTickState *s = opaque;
140ff68dacbSPeter Maydell 
1419bed521eSPeter Maydell     if (attrs.user) {
1429bed521eSPeter Maydell         /* Generate BusFault for unprivileged accesses */
1439bed521eSPeter Maydell         return MEMTX_ERROR;
1449bed521eSPeter Maydell     }
1459bed521eSPeter Maydell 
146ff68dacbSPeter Maydell     trace_systick_write(addr, value, size);
147ff68dacbSPeter Maydell 
148ff68dacbSPeter Maydell     switch (addr) {
149ff68dacbSPeter Maydell     case 0x0: /* SysTick Control and Status.  */
150ff68dacbSPeter Maydell     {
151ff68dacbSPeter Maydell         uint32_t oldval = s->control;
152ff68dacbSPeter Maydell 
153ff68dacbSPeter Maydell         s->control &= 0xfffffff8;
154ff68dacbSPeter Maydell         s->control |= value & 7;
155ff68dacbSPeter Maydell         if ((oldval ^ value) & SYSTICK_ENABLE) {
156ff68dacbSPeter Maydell             int64_t now = qemu_clock_get_ns(QEMU_CLOCK_VIRTUAL);
157ff68dacbSPeter Maydell             if (value & SYSTICK_ENABLE) {
158ff68dacbSPeter Maydell                 if (s->tick) {
159ff68dacbSPeter Maydell                     s->tick += now;
160ff68dacbSPeter Maydell                     timer_mod(s->timer, s->tick);
161ff68dacbSPeter Maydell                 } else {
162ff68dacbSPeter Maydell                     systick_reload(s, 1);
163ff68dacbSPeter Maydell                 }
164ff68dacbSPeter Maydell             } else {
165ff68dacbSPeter Maydell                 timer_del(s->timer);
166ff68dacbSPeter Maydell                 s->tick -= now;
167ff68dacbSPeter Maydell                 if (s->tick < 0) {
168ff68dacbSPeter Maydell                     s->tick = 0;
169ff68dacbSPeter Maydell                 }
170ff68dacbSPeter Maydell             }
171ff68dacbSPeter Maydell         } else if ((oldval ^ value) & SYSTICK_CLKSOURCE) {
172ff68dacbSPeter Maydell             /* This is a hack. Force the timer to be reloaded
173ff68dacbSPeter Maydell                when the reference clock is changed.  */
174ff68dacbSPeter Maydell             systick_reload(s, 1);
175ff68dacbSPeter Maydell         }
176ff68dacbSPeter Maydell         break;
177ff68dacbSPeter Maydell     }
178ff68dacbSPeter Maydell     case 0x4: /* SysTick Reload Value.  */
179ff68dacbSPeter Maydell         s->reload = value;
180ff68dacbSPeter Maydell         break;
181ff68dacbSPeter Maydell     case 0x8: /* SysTick Current Value.  Writes reload the timer.  */
182ff68dacbSPeter Maydell         systick_reload(s, 1);
183ff68dacbSPeter Maydell         s->control &= ~SYSTICK_COUNTFLAG;
184ff68dacbSPeter Maydell         break;
185ff68dacbSPeter Maydell     default:
186ff68dacbSPeter Maydell         qemu_log_mask(LOG_GUEST_ERROR,
187ff68dacbSPeter Maydell                       "SysTick: Bad write offset 0x%" HWADDR_PRIx "\n", addr);
188ff68dacbSPeter Maydell     }
1899bed521eSPeter Maydell     return MEMTX_OK;
190ff68dacbSPeter Maydell }
191ff68dacbSPeter Maydell 
192ff68dacbSPeter Maydell static const MemoryRegionOps systick_ops = {
1939bed521eSPeter Maydell     .read_with_attrs = systick_read,
1949bed521eSPeter Maydell     .write_with_attrs = systick_write,
195ff68dacbSPeter Maydell     .endianness = DEVICE_NATIVE_ENDIAN,
196ff68dacbSPeter Maydell     .valid.min_access_size = 4,
197ff68dacbSPeter Maydell     .valid.max_access_size = 4,
198ff68dacbSPeter Maydell };
199ff68dacbSPeter Maydell 
200ff68dacbSPeter Maydell static void systick_reset(DeviceState *dev)
201ff68dacbSPeter Maydell {
202ff68dacbSPeter Maydell     SysTickState *s = SYSTICK(dev);
203ff68dacbSPeter Maydell 
204ff68dacbSPeter Maydell     s->control = 0;
205ff68dacbSPeter Maydell     s->reload = 0;
206ff68dacbSPeter Maydell     s->tick = 0;
207ff68dacbSPeter Maydell     timer_del(s->timer);
208ff68dacbSPeter Maydell }
209ff68dacbSPeter Maydell 
210ff68dacbSPeter Maydell static void systick_instance_init(Object *obj)
211ff68dacbSPeter Maydell {
212ff68dacbSPeter Maydell     SysBusDevice *sbd = SYS_BUS_DEVICE(obj);
213ff68dacbSPeter Maydell     SysTickState *s = SYSTICK(obj);
214ff68dacbSPeter Maydell 
215ff68dacbSPeter Maydell     memory_region_init_io(&s->iomem, obj, &systick_ops, s, "systick", 0xe0);
216ff68dacbSPeter Maydell     sysbus_init_mmio(sbd, &s->iomem);
217ff68dacbSPeter Maydell     sysbus_init_irq(sbd, &s->irq);
218ff68dacbSPeter Maydell     s->timer = timer_new_ns(QEMU_CLOCK_VIRTUAL, systick_timer_tick, s);
219ff68dacbSPeter Maydell }
220ff68dacbSPeter Maydell 
221ff68dacbSPeter Maydell static const VMStateDescription vmstate_systick = {
222ff68dacbSPeter Maydell     .name = "armv7m_systick",
223ff68dacbSPeter Maydell     .version_id = 1,
224ff68dacbSPeter Maydell     .minimum_version_id = 1,
225ff68dacbSPeter Maydell     .fields = (VMStateField[]) {
226ff68dacbSPeter Maydell         VMSTATE_UINT32(control, SysTickState),
227ff68dacbSPeter Maydell         VMSTATE_UINT32(reload, SysTickState),
228ff68dacbSPeter Maydell         VMSTATE_INT64(tick, SysTickState),
229ff68dacbSPeter Maydell         VMSTATE_TIMER_PTR(timer, SysTickState),
230ff68dacbSPeter Maydell         VMSTATE_END_OF_LIST()
231ff68dacbSPeter Maydell     }
232ff68dacbSPeter Maydell };
233ff68dacbSPeter Maydell 
234ff68dacbSPeter Maydell static void systick_class_init(ObjectClass *klass, void *data)
235ff68dacbSPeter Maydell {
236ff68dacbSPeter Maydell     DeviceClass *dc = DEVICE_CLASS(klass);
237ff68dacbSPeter Maydell 
238ff68dacbSPeter Maydell     dc->vmsd = &vmstate_systick;
239ff68dacbSPeter Maydell     dc->reset = systick_reset;
240ff68dacbSPeter Maydell }
241ff68dacbSPeter Maydell 
242ff68dacbSPeter Maydell static const TypeInfo armv7m_systick_info = {
243ff68dacbSPeter Maydell     .name = TYPE_SYSTICK,
244ff68dacbSPeter Maydell     .parent = TYPE_SYS_BUS_DEVICE,
245ff68dacbSPeter Maydell     .instance_init = systick_instance_init,
246ff68dacbSPeter Maydell     .instance_size = sizeof(SysTickState),
247ff68dacbSPeter Maydell     .class_init = systick_class_init,
248ff68dacbSPeter Maydell };
249ff68dacbSPeter Maydell 
250ff68dacbSPeter Maydell static void armv7m_systick_register_types(void)
251ff68dacbSPeter Maydell {
252ff68dacbSPeter Maydell     type_register_static(&armv7m_systick_info);
253ff68dacbSPeter Maydell }
254ff68dacbSPeter Maydell 
255ff68dacbSPeter Maydell type_init(armv7m_systick_register_types)
256