fpga manager: Add Altera CvP driver
authorAnatolij Gustschin <agust@denx.de>
Wed, 14 Jun 2017 15:36:35 +0000 (10:36 -0500)
committerGreg Kroah-Hartman <gregkh@linuxfoundation.org>
Mon, 17 Jul 2017 15:26:15 +0000 (17:26 +0200)
Add FPGA manager driver for loading Arria-V/Cyclone-V/Stratix-V
and Arria-10 FPGAs via CvP.

Signed-off-by: Anatolij Gustschin <agust@denx.de>
Reviewed-by: Andy Shevchenko <andy.shevchenko@gmail.com>
Signed-off-by: Alan Tull <atull@kernel.org>
Signed-off-by: Greg Kroah-Hartman <gregkh@linuxfoundation.org>
Documentation/ABI/testing/sysfs-driver-altera-cvp [new file with mode: 0644]
drivers/fpga/Kconfig
drivers/fpga/Makefile
drivers/fpga/altera-cvp.c [new file with mode: 0644]

diff --git a/Documentation/ABI/testing/sysfs-driver-altera-cvp b/Documentation/ABI/testing/sysfs-driver-altera-cvp
new file mode 100644 (file)
index 0000000..8cde64a
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,8 @@
+What:          /sys/bus/pci/drivers/altera-cvp/chkcfg
+Date:          May 2017
+Kernel Version:        4.13
+Contact:       Anatolij Gustschin <agust@denx.de>
+Description:
+               Contains either 1 or 0 and controls if configuration
+               error checking in altera-cvp driver is turned on or
+               off.
index e0e2d6db669f5ff0dc19efbbc0b86cc4c2500e00..ad5448f718b3135fa3ea4cff9bec6a067a7ff1f1 100644 (file)
@@ -24,6 +24,13 @@ config FPGA_MGR_ICE40_SPI
        help
          FPGA manager driver support for Lattice iCE40 FPGAs over SPI.
 
+config FPGA_MGR_ALTERA_CVP
+       tristate "Altera Arria-V/Cyclone-V/Stratix-V CvP FPGA Manager"
+       depends on PCI
+       help
+         FPGA manager driver support for Arria-V, Cyclone-V, Stratix-V
+         and Arria 10 Altera FPGAs using the CvP interface over PCIe.
+
 config FPGA_MGR_ALTERA_PS_SPI
        tristate "Altera FPGA Passive Serial over SPI"
        depends on SPI
index e75d3570e26a95a5232d1c80941ccfa721620c92..e09895f0525b2f04f4720191c29e6f769eded0e9 100644 (file)
@@ -6,6 +6,7 @@
 obj-$(CONFIG_FPGA)                     += fpga-mgr.o
 
 # FPGA Manager Drivers
+obj-$(CONFIG_FPGA_MGR_ALTERA_CVP)      += altera-cvp.o
 obj-$(CONFIG_FPGA_MGR_ALTERA_PS_SPI)   += altera-ps-spi.o
 obj-$(CONFIG_FPGA_MGR_ICE40_SPI)       += ice40-spi.o
 obj-$(CONFIG_FPGA_MGR_SOCFPGA)         += socfpga.o
diff --git a/drivers/fpga/altera-cvp.c b/drivers/fpga/altera-cvp.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..08629ee
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,500 @@
+/*
+ * FPGA Manager Driver for Altera Arria/Cyclone/Stratix CvP
+ *
+ * Copyright (C) 2017 DENX Software Engineering
+ *
+ * Anatolij Gustschin <agust@denx.de>
+ *
+ * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
+ * it under the terms of the GNU General Public License as published by
+ * the Free Software Foundation; version 2 of the License.
+ *
+ * This program is distributed in the hope that it will be useful,
+ * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+ * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
+ * GNU General Public License for more details.
+ *
+ * Manage Altera FPGA firmware using PCIe CvP.
+ * Firmware must be in binary "rbf" format.
+ */
+
+#include <linux/delay.h>
+#include <linux/device.h>
+#include <linux/fpga/fpga-mgr.h>
+#include <linux/module.h>
+#include <linux/pci.h>
+#include <linux/sizes.h>
+
+#define CVP_BAR                0       /* BAR used for data transfer in memory mode */
+#define CVP_DUMMY_WR   244     /* dummy writes to clear CvP state machine */
+#define TIMEOUT_US     2000    /* CVP STATUS timeout for USERMODE polling */
+
+/* Vendor Specific Extended Capability Registers */
+#define VSE_PCIE_EXT_CAP_ID            0x200
+#define VSE_PCIE_EXT_CAP_ID_VAL                0x000b  /* 16bit */
+
+#define VSE_CVP_STATUS                 0x21c   /* 32bit */
+#define VSE_CVP_STATUS_CFG_RDY         BIT(18) /* CVP_CONFIG_READY */
+#define VSE_CVP_STATUS_CFG_ERR         BIT(19) /* CVP_CONFIG_ERROR */
+#define VSE_CVP_STATUS_CVP_EN          BIT(20) /* ctrl block is enabling CVP */
+#define VSE_CVP_STATUS_USERMODE                BIT(21) /* USERMODE */
+#define VSE_CVP_STATUS_CFG_DONE                BIT(23) /* CVP_CONFIG_DONE */
+#define VSE_CVP_STATUS_PLD_CLK_IN_USE  BIT(24) /* PLD_CLK_IN_USE */
+
+#define VSE_CVP_MODE_CTRL              0x220   /* 32bit */
+#define VSE_CVP_MODE_CTRL_CVP_MODE     BIT(0)  /* CVP (1) or normal mode (0) */
+#define VSE_CVP_MODE_CTRL_HIP_CLK_SEL  BIT(1) /* PMA (1) or fabric clock (0) */
+#define VSE_CVP_MODE_CTRL_NUMCLKS_OFF  8       /* NUMCLKS bits offset */
+#define VSE_CVP_MODE_CTRL_NUMCLKS_MASK GENMASK(15, 8)
+
+#define VSE_CVP_DATA                   0x228   /* 32bit */
+#define VSE_CVP_PROG_CTRL              0x22c   /* 32bit */
+#define VSE_CVP_PROG_CTRL_CONFIG       BIT(0)
+#define VSE_CVP_PROG_CTRL_START_XFER   BIT(1)
+
+#define VSE_UNCOR_ERR_STATUS           0x234   /* 32bit */
+#define VSE_UNCOR_ERR_CVP_CFG_ERR      BIT(5)  /* CVP_CONFIG_ERROR_LATCHED */
+
+#define DRV_NAME               "altera-cvp"
+#define ALTERA_CVP_MGR_NAME    "Altera CvP FPGA Manager"
+
+/* Optional CvP config error status check for debugging */
+static bool altera_cvp_chkcfg;
+
+struct altera_cvp_conf {
+       struct fpga_manager     *mgr;
+       struct pci_dev          *pci_dev;
+       void __iomem            *map;
+       void                    (*write_data)(struct altera_cvp_conf *, u32);
+       char                    mgr_name[64];
+       u8                      numclks;
+};
+
+static enum fpga_mgr_states altera_cvp_state(struct fpga_manager *mgr)
+{
+       struct altera_cvp_conf *conf = mgr->priv;
+       u32 status;
+
+       pci_read_config_dword(conf->pci_dev, VSE_CVP_STATUS, &status);
+
+       if (status & VSE_CVP_STATUS_CFG_DONE)
+               return FPGA_MGR_STATE_OPERATING;
+
+       if (status & VSE_CVP_STATUS_CVP_EN)
+               return FPGA_MGR_STATE_POWER_UP;
+
+       return FPGA_MGR_STATE_UNKNOWN;
+}
+
+static void altera_cvp_write_data_iomem(struct altera_cvp_conf *conf, u32 val)
+{
+       writel(val, conf->map);
+}
+
+static void altera_cvp_write_data_config(struct altera_cvp_conf *conf, u32 val)
+{
+       pci_write_config_dword(conf->pci_dev, VSE_CVP_DATA, val);
+}
+
+/* switches between CvP clock and internal clock */
+static void altera_cvp_dummy_write(struct altera_cvp_conf *conf)
+{
+       unsigned int i;
+       u32 val;
+
+       /* set 1 CVP clock cycle for every CVP Data Register Write */
+       pci_read_config_dword(conf->pci_dev, VSE_CVP_MODE_CTRL, &val);
+       val &= ~VSE_CVP_MODE_CTRL_NUMCLKS_MASK;
+       val |= 1 << VSE_CVP_MODE_CTRL_NUMCLKS_OFF;
+       pci_write_config_dword(conf->pci_dev, VSE_CVP_MODE_CTRL, val);
+
+       for (i = 0; i < CVP_DUMMY_WR; i++)
+               conf->write_data(conf, 0); /* dummy data, could be any value */
+}
+
+static int altera_cvp_wait_status(struct altera_cvp_conf *conf, u32 status_mask,
+                                 u32 status_val, int timeout_us)
+{
+       unsigned int retries;
+       u32 val;
+
+       retries = timeout_us / 10;
+       if (timeout_us % 10)
+               retries++;
+
+       do {
+               pci_read_config_dword(conf->pci_dev, VSE_CVP_STATUS, &val);
+               if ((val & status_mask) == status_val)
+                       return 0;
+
+               /* use small usleep value to re-check and break early */
+               usleep_range(10, 11);
+       } while (--retries);
+
+       return -ETIMEDOUT;
+}
+
+static int altera_cvp_teardown(struct fpga_manager *mgr,
+                              struct fpga_image_info *info)
+{
+       struct altera_cvp_conf *conf = mgr->priv;
+       struct pci_dev *pdev = conf->pci_dev;
+       int ret;
+       u32 val;
+
+       /* STEP 12 - reset START_XFER bit */
+       pci_read_config_dword(pdev, VSE_CVP_PROG_CTRL, &val);
+       val &= ~VSE_CVP_PROG_CTRL_START_XFER;
+       pci_write_config_dword(pdev, VSE_CVP_PROG_CTRL, val);
+
+       /* STEP 13 - reset CVP_CONFIG bit */
+       val &= ~VSE_CVP_PROG_CTRL_CONFIG;
+       pci_write_config_dword(pdev, VSE_CVP_PROG_CTRL, val);
+
+       /*
+        * STEP 14
+        * - set CVP_NUMCLKS to 1 and then issue CVP_DUMMY_WR dummy
+        *   writes to the HIP
+        */
+       altera_cvp_dummy_write(conf); /* from CVP clock to internal clock */
+
+       /* STEP 15 - poll CVP_CONFIG_READY bit for 0 with 10us timeout */
+       ret = altera_cvp_wait_status(conf, VSE_CVP_STATUS_CFG_RDY, 0, 10);
+       if (ret)
+               dev_err(&mgr->dev, "CFG_RDY == 0 timeout\n");
+
+       return ret;
+}
+
+static int altera_cvp_write_init(struct fpga_manager *mgr,
+                                struct fpga_image_info *info,
+                                const char *buf, size_t count)
+{
+       struct altera_cvp_conf *conf = mgr->priv;
+       struct pci_dev *pdev = conf->pci_dev;
+       u32 iflags, val;
+       int ret;
+
+       iflags = info ? info->flags : 0;
+
+       if (iflags & FPGA_MGR_PARTIAL_RECONFIG) {
+               dev_err(&mgr->dev, "Partial reconfiguration not supported.\n");
+               return -EINVAL;
+       }
+
+       /* Determine allowed clock to data ratio */
+       if (iflags & FPGA_MGR_COMPRESSED_BITSTREAM)
+               conf->numclks = 8; /* ratio for all compressed images */
+       else if (iflags & FPGA_MGR_ENCRYPTED_BITSTREAM)
+               conf->numclks = 4; /* for uncompressed and encrypted images */
+       else
+               conf->numclks = 1; /* for uncompressed and unencrypted images */
+
+       /* STEP 1 - read CVP status and check CVP_EN flag */
+       pci_read_config_dword(pdev, VSE_CVP_STATUS, &val);
+       if (!(val & VSE_CVP_STATUS_CVP_EN)) {
+               dev_err(&mgr->dev, "CVP mode off: 0x%04x\n", val);
+               return -ENODEV;
+       }
+
+       if (val & VSE_CVP_STATUS_CFG_RDY) {
+               dev_warn(&mgr->dev, "CvP already started, teardown first\n");
+               ret = altera_cvp_teardown(mgr, info);
+               if (ret)
+                       return ret;
+       }
+
+       /*
+        * STEP 2
+        * - set HIP_CLK_SEL and CVP_MODE (must be set in the order mentioned)
+        */
+       /* switch from fabric to PMA clock */
+       pci_read_config_dword(pdev, VSE_CVP_MODE_CTRL, &val);
+       val |= VSE_CVP_MODE_CTRL_HIP_CLK_SEL;
+       pci_write_config_dword(pdev, VSE_CVP_MODE_CTRL, val);
+
+       /* set CVP mode */
+       pci_read_config_dword(pdev, VSE_CVP_MODE_CTRL, &val);
+       val |= VSE_CVP_MODE_CTRL_CVP_MODE;
+       pci_write_config_dword(pdev, VSE_CVP_MODE_CTRL, val);
+
+       /*
+        * STEP 3
+        * - set CVP_NUMCLKS to 1 and issue CVP_DUMMY_WR dummy writes to the HIP
+        */
+       altera_cvp_dummy_write(conf);
+
+       /* STEP 4 - set CVP_CONFIG bit */
+       pci_read_config_dword(pdev, VSE_CVP_PROG_CTRL, &val);
+       /* request control block to begin transfer using CVP */
+       val |= VSE_CVP_PROG_CTRL_CONFIG;
+       pci_write_config_dword(pdev, VSE_CVP_PROG_CTRL, val);
+
+       /* STEP 5 - poll CVP_CONFIG READY for 1 with 10us timeout */
+       ret = altera_cvp_wait_status(conf, VSE_CVP_STATUS_CFG_RDY,
+                                    VSE_CVP_STATUS_CFG_RDY, 10);
+       if (ret) {
+               dev_warn(&mgr->dev, "CFG_RDY == 1 timeout\n");
+               return ret;
+       }
+
+       /*
+        * STEP 6
+        * - set CVP_NUMCLKS to 1 and issue CVP_DUMMY_WR dummy writes to the HIP
+        */
+       altera_cvp_dummy_write(conf);
+
+       /* STEP 7 - set START_XFER */
+       pci_read_config_dword(pdev, VSE_CVP_PROG_CTRL, &val);
+       val |= VSE_CVP_PROG_CTRL_START_XFER;
+       pci_write_config_dword(pdev, VSE_CVP_PROG_CTRL, val);
+
+       /* STEP 8 - start transfer (set CVP_NUMCLKS for bitstream) */
+       pci_read_config_dword(pdev, VSE_CVP_MODE_CTRL, &val);
+       val &= ~VSE_CVP_MODE_CTRL_NUMCLKS_MASK;
+       val |= conf->numclks << VSE_CVP_MODE_CTRL_NUMCLKS_OFF;
+       pci_write_config_dword(pdev, VSE_CVP_MODE_CTRL, val);
+
+       return 0;
+}
+
+static inline int altera_cvp_chk_error(struct fpga_manager *mgr, size_t bytes)
+{
+       struct altera_cvp_conf *conf = mgr->priv;
+       u32 val;
+
+       /* STEP 10 (optional) - check CVP_CONFIG_ERROR flag */
+       pci_read_config_dword(conf->pci_dev, VSE_CVP_STATUS, &val);
+       if (val & VSE_CVP_STATUS_CFG_ERR) {
+               dev_err(&mgr->dev, "CVP_CONFIG_ERROR after %zu bytes!\n",
+                       bytes);
+               return -EPROTO;
+       }
+       return 0;
+}
+
+static int altera_cvp_write(struct fpga_manager *mgr, const char *buf,
+                           size_t count)
+{
+       struct altera_cvp_conf *conf = mgr->priv;
+       const u32 *data;
+       size_t done, remaining;
+       int status = 0;
+       u32 mask;
+
+       /* STEP 9 - write 32-bit data from RBF file to CVP data register */
+       data = (u32 *)buf;
+       remaining = count;
+       done = 0;
+
+       while (remaining >= 4) {
+               conf->write_data(conf, *data++);
+               done += 4;
+               remaining -= 4;
+
+               /*
+                * STEP 10 (optional) and STEP 11
+                * - check error flag
+                * - loop until data transfer completed
+                * Config images can be huge (more than 40 MiB), so
+                * only check after a new 4k data block has been written.
+                * This reduces the number of checks and speeds up the
+                * configuration process.
+                */
+               if (altera_cvp_chkcfg && !(done % SZ_4K)) {
+                       status = altera_cvp_chk_error(mgr, done);
+                       if (status < 0)
+                               return status;
+               }
+       }
+
+       /* write up to 3 trailing bytes, if any */
+       mask = BIT(remaining * 8) - 1;
+       if (mask)
+               conf->write_data(conf, *data & mask);
+
+       if (altera_cvp_chkcfg)
+               status = altera_cvp_chk_error(mgr, count);
+
+       return status;
+}
+
+static int altera_cvp_write_complete(struct fpga_manager *mgr,
+                                    struct fpga_image_info *info)
+{
+       struct altera_cvp_conf *conf = mgr->priv;
+       struct pci_dev *pdev = conf->pci_dev;
+       int ret;
+       u32 mask;
+       u32 val;
+
+       ret = altera_cvp_teardown(mgr, info);
+       if (ret)
+               return ret;
+
+       /* STEP 16 - check CVP_CONFIG_ERROR_LATCHED bit */
+       pci_read_config_dword(pdev, VSE_UNCOR_ERR_STATUS, &val);
+       if (val & VSE_UNCOR_ERR_CVP_CFG_ERR) {
+               dev_err(&mgr->dev, "detected CVP_CONFIG_ERROR_LATCHED!\n");
+               return -EPROTO;
+       }
+
+       /* STEP 17 - reset CVP_MODE and HIP_CLK_SEL bit */
+       pci_read_config_dword(pdev, VSE_CVP_MODE_CTRL, &val);
+       val &= ~VSE_CVP_MODE_CTRL_HIP_CLK_SEL;
+       val &= ~VSE_CVP_MODE_CTRL_CVP_MODE;
+       pci_write_config_dword(pdev, VSE_CVP_MODE_CTRL, val);
+
+       /* STEP 18 - poll PLD_CLK_IN_USE and USER_MODE bits */
+       mask = VSE_CVP_STATUS_PLD_CLK_IN_USE | VSE_CVP_STATUS_USERMODE;
+       ret = altera_cvp_wait_status(conf, mask, mask, TIMEOUT_US);
+       if (ret)
+               dev_err(&mgr->dev, "PLD_CLK_IN_USE|USERMODE timeout\n");
+
+       return ret;
+}
+
+static const struct fpga_manager_ops altera_cvp_ops = {
+       .state          = altera_cvp_state,
+       .write_init     = altera_cvp_write_init,
+       .write          = altera_cvp_write,
+       .write_complete = altera_cvp_write_complete,
+};
+
+static ssize_t show_chkcfg(struct device_driver *dev, char *buf)
+{
+       return snprintf(buf, 3, "%d\n", altera_cvp_chkcfg);
+}
+
+static ssize_t store_chkcfg(struct device_driver *drv, const char *buf,
+                           size_t count)
+{
+       int ret;
+
+       ret = kstrtobool(buf, &altera_cvp_chkcfg);
+       if (ret)
+               return ret;
+
+       return count;
+}
+
+static DRIVER_ATTR(chkcfg, 0600, show_chkcfg, store_chkcfg);
+
+static int altera_cvp_probe(struct pci_dev *pdev,
+                           const struct pci_device_id *dev_id);
+static void altera_cvp_remove(struct pci_dev *pdev);
+
+#define PCI_VENDOR_ID_ALTERA   0x1172
+
+static struct pci_device_id altera_cvp_id_tbl[] = {
+       { PCI_VDEVICE(ALTERA, PCI_ANY_ID) },
+       { }
+};
+MODULE_DEVICE_TABLE(pci, altera_cvp_id_tbl);
+
+static struct pci_driver altera_cvp_driver = {
+       .name   = DRV_NAME,
+       .id_table = altera_cvp_id_tbl,
+       .probe  = altera_cvp_probe,
+       .remove = altera_cvp_remove,
+};
+
+static int altera_cvp_probe(struct pci_dev *pdev,
+                           const struct pci_device_id *dev_id)
+{
+       struct altera_cvp_conf *conf;
+       u16 cmd, val;
+       int ret;
+
+       /*
+        * First check if this is the expected FPGA device. PCI config
+        * space access works without enabling the PCI device, memory
+        * space access is enabled further down.
+        */
+       pci_read_config_word(pdev, VSE_PCIE_EXT_CAP_ID, &val);
+       if (val != VSE_PCIE_EXT_CAP_ID_VAL) {
+               dev_err(&pdev->dev, "Wrong EXT_CAP_ID value 0x%x\n", val);
+               return -ENODEV;
+       }
+
+       conf = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*conf), GFP_KERNEL);
+       if (!conf)
+               return -ENOMEM;
+
+       /*
+        * Enable memory BAR access. We cannot use pci_enable_device() here
+        * because it will make the driver unusable with FPGA devices that
+        * have additional big IOMEM resources (e.g. 4GiB BARs) on 32-bit
+        * platform. Such BARs will not have an assigned address range and
+        * pci_enable_device() will fail, complaining about not claimed BAR,
+        * even if the concerned BAR is not needed for FPGA configuration
+        * at all. Thus, enable the device via PCI config space command.
+        */
+       pci_read_config_word(pdev, PCI_COMMAND, &cmd);
+       if (!(cmd & PCI_COMMAND_MEMORY)) {
+               cmd |= PCI_COMMAND_MEMORY;
+               pci_write_config_word(pdev, PCI_COMMAND, cmd);
+       }
+
+       ret = pci_request_region(pdev, CVP_BAR, "CVP");
+       if (ret) {
+               dev_err(&pdev->dev, "Requesting CVP BAR region failed\n");
+               goto err_disable;
+       }
+
+       conf->pci_dev = pdev;
+       conf->write_data = altera_cvp_write_data_iomem;
+
+       conf->map = pci_iomap(pdev, CVP_BAR, 0);
+       if (!conf->map) {
+               dev_warn(&pdev->dev, "Mapping CVP BAR failed\n");
+               conf->write_data = altera_cvp_write_data_config;
+       }
+
+       snprintf(conf->mgr_name, sizeof(conf->mgr_name), "%s @%s",
+                ALTERA_CVP_MGR_NAME, pci_name(pdev));
+
+       ret = fpga_mgr_register(&pdev->dev, conf->mgr_name,
+                               &altera_cvp_ops, conf);
+       if (ret)
+               goto err_unmap;
+
+       ret = driver_create_file(&altera_cvp_driver.driver,
+                                &driver_attr_chkcfg);
+       if (ret) {
+               dev_err(&pdev->dev, "Can't create sysfs chkcfg file\n");
+               fpga_mgr_unregister(&pdev->dev);
+               goto err_unmap;
+       }
+
+       return 0;
+
+err_unmap:
+       pci_iounmap(pdev, conf->map);
+       pci_release_region(pdev, CVP_BAR);
+err_disable:
+       cmd &= ~PCI_COMMAND_MEMORY;
+       pci_write_config_word(pdev, PCI_COMMAND, cmd);
+       return ret;
+}
+
+static void altera_cvp_remove(struct pci_dev *pdev)
+{
+       struct fpga_manager *mgr = pci_get_drvdata(pdev);
+       struct altera_cvp_conf *conf = mgr->priv;
+       u16 cmd;
+
+       driver_remove_file(&altera_cvp_driver.driver, &driver_attr_chkcfg);
+       fpga_mgr_unregister(&pdev->dev);
+       pci_iounmap(pdev, conf->map);
+       pci_release_region(pdev, CVP_BAR);
+       pci_read_config_word(pdev, PCI_COMMAND, &cmd);
+       cmd &= ~PCI_COMMAND_MEMORY;
+       pci_write_config_word(pdev, PCI_COMMAND, cmd);
+}
+
+module_pci_driver(altera_cvp_driver);
+
+MODULE_LICENSE("GPL v2");
+MODULE_AUTHOR("Anatolij Gustschin <agust@denx.de>");
+MODULE_DESCRIPTION("Module to load Altera FPGA over CvP");