more generic i8259 support
[qemu] / hw / pc.c
1 /*
2  * QEMU PC System Emulator
3  * 
4  * Copyright (c) 2003-2004 Fabrice Bellard
5  * 
6  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy
7  * of this software and associated documentation files (the "Software"), to deal
8  * in the Software without restriction, including without limitation the rights
9  * to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell
10  * copies of the Software, and to permit persons to whom the Software is
11  * furnished to do so, subject to the following conditions:
12  *
13  * The above copyright notice and this permission notice shall be included in
14  * all copies or substantial portions of the Software.
15  *
16  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
17  * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
18  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL
19  * THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
20  * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM,
21  * OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN
22  * THE SOFTWARE.
23  */
24 #include "vl.h"
25
26 /* output Bochs bios info messages */
27 //#define DEBUG_BIOS
28
29 #define BIOS_FILENAME "bios.bin"
30 #define VGABIOS_FILENAME "vgabios.bin"
31 #define VGABIOS_CIRRUS_FILENAME "vgabios-cirrus.bin"
32 #define LINUX_BOOT_FILENAME "linux_boot.bin"
33
34 #define KERNEL_LOAD_ADDR     0x00100000
35 #define INITRD_LOAD_ADDR     0x00400000
36 #define KERNEL_PARAMS_ADDR   0x00090000
37 #define KERNEL_CMDLINE_ADDR  0x00099000
38
39 int speaker_data_on;
40 int dummy_refresh_clock;
41 static fdctrl_t *floppy_controller;
42 static RTCState *rtc_state;
43 static PITState *pit;
44
45 static void ioport80_write(void *opaque, uint32_t addr, uint32_t data)
46 {
47 }
48
49 /* MSDOS compatibility mode FPU exception support */
50 /* XXX: add IGNNE support */
51 void cpu_set_ferr(CPUX86State *s)
52 {
53     pic_set_irq(13, 1);
54 }
55
56 static void ioportF0_write(void *opaque, uint32_t addr, uint32_t data)
57 {
58     pic_set_irq(13, 0);
59 }
60
61 /* TSC handling */
62
63 uint64_t cpu_get_tsc(CPUX86State *env)
64 {
65     return qemu_get_clock(vm_clock);
66 }
67
68 /* IRQ handling */
69 int cpu_get_pic_interrupt(CPUState *env)
70 {
71     int intno;
72
73 #ifdef TARGET_X86_64
74     intno = apic_get_interrupt(env);
75     if (intno >= 0) {
76         /* set irq request if a PIC irq is still pending */
77         /* XXX: improve that */
78         pic_update_irq(isa_pic); 
79         return intno;
80     }
81 #endif
82     /* read the irq from the PIC */
83     intno = pic_read_irq(isa_pic);
84     return intno;
85 }
86
87 static void pic_irq_request(void *opaque, int level)
88 {
89     if (level)
90         cpu_interrupt(cpu_single_env, CPU_INTERRUPT_HARD);
91     else
92         cpu_reset_interrupt(cpu_single_env, CPU_INTERRUPT_HARD);
93 }
94
95 /* PC cmos mappings */
96
97 #define REG_EQUIPMENT_BYTE          0x14
98 #define REG_IBM_CENTURY_BYTE        0x32
99 #define REG_IBM_PS2_CENTURY_BYTE    0x37
100
101
102 static inline int to_bcd(RTCState *s, int a)
103 {
104     return ((a / 10) << 4) | (a % 10);
105 }
106
107 static int cmos_get_fd_drive_type(int fd0)
108 {
109     int val;
110
111     switch (fd0) {
112     case 0:
113         /* 1.44 Mb 3"5 drive */
114         val = 4;
115         break;
116     case 1:
117         /* 2.88 Mb 3"5 drive */
118         val = 5;
119         break;
120     case 2:
121         /* 1.2 Mb 5"5 drive */
122         val = 2;
123         break;
124     default:
125         val = 0;
126         break;
127     }
128     return val;
129 }
130
131 static void cmos_init_hd(int type_ofs, int info_ofs, BlockDriverState *hd) 
132 {
133     RTCState *s = rtc_state;
134     int cylinders, heads, sectors;
135     bdrv_get_geometry_hint(hd, &cylinders, &heads, &sectors);
136     rtc_set_memory(s, type_ofs, 47);
137     rtc_set_memory(s, info_ofs, cylinders);
138     rtc_set_memory(s, info_ofs + 1, cylinders >> 8);
139     rtc_set_memory(s, info_ofs + 2, heads);
140     rtc_set_memory(s, info_ofs + 3, 0xff);
141     rtc_set_memory(s, info_ofs + 4, 0xff);
142     rtc_set_memory(s, info_ofs + 5, 0xc0 | ((heads > 8) << 3));
143     rtc_set_memory(s, info_ofs + 6, cylinders);
144     rtc_set_memory(s, info_ofs + 7, cylinders >> 8);
145     rtc_set_memory(s, info_ofs + 8, sectors);
146 }
147
148 /* hd_table must contain 4 block drivers */
149 static void cmos_init(int ram_size, int boot_device, BlockDriverState **hd_table)
150 {
151     RTCState *s = rtc_state;
152     int val;
153     int fd0, fd1, nb;
154     time_t ti;
155     struct tm *tm;
156     int i;
157
158     /* set the CMOS date */
159     time(&ti);
160     if (rtc_utc)
161         tm = gmtime(&ti);
162     else
163         tm = localtime(&ti);
164     rtc_set_date(s, tm);
165
166     val = to_bcd(s, (tm->tm_year / 100) + 19);
167     rtc_set_memory(s, REG_IBM_CENTURY_BYTE, val);
168     rtc_set_memory(s, REG_IBM_PS2_CENTURY_BYTE, val);
169
170     /* various important CMOS locations needed by PC/Bochs bios */
171
172     /* memory size */
173     val = 640; /* base memory in K */
174     rtc_set_memory(s, 0x15, val);
175     rtc_set_memory(s, 0x16, val >> 8);
176
177     val = (ram_size / 1024) - 1024;
178     if (val > 65535)
179         val = 65535;
180     rtc_set_memory(s, 0x17, val);
181     rtc_set_memory(s, 0x18, val >> 8);
182     rtc_set_memory(s, 0x30, val);
183     rtc_set_memory(s, 0x31, val >> 8);
184
185     if (ram_size > (16 * 1024 * 1024))
186         val = (ram_size / 65536) - ((16 * 1024 * 1024) / 65536);
187     else
188         val = 0;
189     if (val > 65535)
190         val = 65535;
191     rtc_set_memory(s, 0x34, val);
192     rtc_set_memory(s, 0x35, val >> 8);
193     
194     switch(boot_device) {
195     case 'a':
196     case 'b':
197         rtc_set_memory(s, 0x3d, 0x01); /* floppy boot */
198         break;
199     default:
200     case 'c':
201         rtc_set_memory(s, 0x3d, 0x02); /* hard drive boot */
202         break;
203     case 'd':
204         rtc_set_memory(s, 0x3d, 0x03); /* CD-ROM boot */
205         break;
206     }
207
208     /* floppy type */
209
210     fd0 = fdctrl_get_drive_type(floppy_controller, 0);
211     fd1 = fdctrl_get_drive_type(floppy_controller, 1);
212
213     val = (cmos_get_fd_drive_type(fd0) << 4) | cmos_get_fd_drive_type(fd1);
214     rtc_set_memory(s, 0x10, val);
215     
216     val = 0;
217     nb = 0;
218     if (fd0 < 3)
219         nb++;
220     if (fd1 < 3)
221         nb++;
222     switch (nb) {
223     case 0:
224         break;
225     case 1:
226         val |= 0x01; /* 1 drive, ready for boot */
227         break;
228     case 2:
229         val |= 0x41; /* 2 drives, ready for boot */
230         break;
231     }
232     val |= 0x02; /* FPU is there */
233     val |= 0x04; /* PS/2 mouse installed */
234     rtc_set_memory(s, REG_EQUIPMENT_BYTE, val);
235
236     /* hard drives */
237
238     rtc_set_memory(s, 0x12, (hd_table[0] ? 0xf0 : 0) | (hd_table[1] ? 0x0f : 0));
239     if (hd_table[0])
240         cmos_init_hd(0x19, 0x1b, hd_table[0]);
241     if (hd_table[1]) 
242         cmos_init_hd(0x1a, 0x24, hd_table[1]);
243
244     val = 0;
245     for (i = 0; i < 4; i++) {
246         if (hd_table[i]) {
247             int cylinders, heads, sectors, translation;
248             /* NOTE: bdrv_get_geometry_hint() returns the physical
249                 geometry.  It is always such that: 1 <= sects <= 63, 1
250                 <= heads <= 16, 1 <= cylinders <= 16383. The BIOS
251                 geometry can be different if a translation is done. */
252             translation = bdrv_get_translation_hint(hd_table[i]);
253             if (translation == BIOS_ATA_TRANSLATION_AUTO) {
254                 bdrv_get_geometry_hint(hd_table[i], &cylinders, &heads, &sectors);
255                 if (cylinders <= 1024 && heads <= 16 && sectors <= 63) {
256                     /* No translation. */
257                     translation = 0;
258                 } else {
259                     /* LBA translation. */
260                     translation = 1;
261                 }
262             } else {
263                 translation--;
264             }
265             val |= translation << (i * 2);
266         }
267     }
268     rtc_set_memory(s, 0x39, val);
269
270     /* Disable check of 0x55AA signature on the last two bytes of
271        first sector of disk. XXX: make it the default ? */
272     //    rtc_set_memory(s, 0x38, 1);
273 }
274
275 static void speaker_ioport_write(void *opaque, uint32_t addr, uint32_t val)
276 {
277     speaker_data_on = (val >> 1) & 1;
278     pit_set_gate(pit, 2, val & 1);
279 }
280
281 static uint32_t speaker_ioport_read(void *opaque, uint32_t addr)
282 {
283     int out;
284     out = pit_get_out(pit, 2, qemu_get_clock(vm_clock));
285     dummy_refresh_clock ^= 1;
286     return (speaker_data_on << 1) | pit_get_gate(pit, 2) | (out << 5) |
287       (dummy_refresh_clock << 4);
288 }
289
290 static void ioport92_write(void *opaque, uint32_t addr, uint32_t val)
291 {
292     cpu_x86_set_a20(cpu_single_env, (val >> 1) & 1);
293     /* XXX: bit 0 is fast reset */
294 }
295
296 static uint32_t ioport92_read(void *opaque, uint32_t addr)
297 {
298     return ((cpu_single_env->a20_mask >> 20) & 1) << 1;
299 }
300
301 /***********************************************************/
302 /* Bochs BIOS debug ports */
303
304 void bochs_bios_write(void *opaque, uint32_t addr, uint32_t val)
305 {
306     static const char shutdown_str[8] = "Shutdown";
307     static int shutdown_index = 0;
308     
309     switch(addr) {
310         /* Bochs BIOS messages */
311     case 0x400:
312     case 0x401:
313         fprintf(stderr, "BIOS panic at rombios.c, line %d\n", val);
314         exit(1);
315     case 0x402:
316     case 0x403:
317 #ifdef DEBUG_BIOS
318         fprintf(stderr, "%c", val);
319 #endif
320         break;
321     case 0x8900:
322         /* same as Bochs power off */
323         if (val == shutdown_str[shutdown_index]) {
324             shutdown_index++;
325             if (shutdown_index == 8) {
326                 shutdown_index = 0;
327                 qemu_system_shutdown_request();
328             }
329         } else {
330             shutdown_index = 0;
331         }
332         break;
333
334         /* LGPL'ed VGA BIOS messages */
335     case 0x501:
336     case 0x502:
337         fprintf(stderr, "VGA BIOS panic, line %d\n", val);
338         exit(1);
339     case 0x500:
340     case 0x503:
341 #ifdef DEBUG_BIOS
342         fprintf(stderr, "%c", val);
343 #endif
344         break;
345     }
346 }
347
348 void bochs_bios_init(void)
349 {
350     register_ioport_write(0x400, 1, 2, bochs_bios_write, NULL);
351     register_ioport_write(0x401, 1, 2, bochs_bios_write, NULL);
352     register_ioport_write(0x402, 1, 1, bochs_bios_write, NULL);
353     register_ioport_write(0x403, 1, 1, bochs_bios_write, NULL);
354     register_ioport_write(0x8900, 1, 1, bochs_bios_write, NULL);
355
356     register_ioport_write(0x501, 1, 2, bochs_bios_write, NULL);
357     register_ioport_write(0x502, 1, 2, bochs_bios_write, NULL);
358     register_ioport_write(0x500, 1, 1, bochs_bios_write, NULL);
359     register_ioport_write(0x503, 1, 1, bochs_bios_write, NULL);
360 }
361
362
363 int load_kernel(const char *filename, uint8_t *addr, 
364                 uint8_t *real_addr)
365 {
366     int fd, size;
367     int setup_sects;
368
369     fd = open(filename, O_RDONLY | O_BINARY);
370     if (fd < 0)
371         return -1;
372
373     /* load 16 bit code */
374     if (read(fd, real_addr, 512) != 512)
375         goto fail;
376     setup_sects = real_addr[0x1F1];
377     if (!setup_sects)
378         setup_sects = 4;
379     if (read(fd, real_addr + 512, setup_sects * 512) != 
380         setup_sects * 512)
381         goto fail;
382     
383     /* load 32 bit code */
384     size = read(fd, addr, 16 * 1024 * 1024);
385     if (size < 0)
386         goto fail;
387     close(fd);
388     return size;
389  fail:
390     close(fd);
391     return -1;
392 }
393
394 static const int ide_iobase[2] = { 0x1f0, 0x170 };
395 static const int ide_iobase2[2] = { 0x3f6, 0x376 };
396 static const int ide_irq[2] = { 14, 15 };
397
398 #define NE2000_NB_MAX 6
399
400 static int ne2000_io[NE2000_NB_MAX] = { 0x300, 0x320, 0x340, 0x360, 0x280, 0x380 };
401 static int ne2000_irq[NE2000_NB_MAX] = { 9, 10, 11, 3, 4, 5 };
402
403 static int serial_io[MAX_SERIAL_PORTS] = { 0x3f8, 0x2f8, 0x3e8, 0x2e8 };
404 static int serial_irq[MAX_SERIAL_PORTS] = { 4, 3, 4, 3 };
405
406 static int parallel_io[MAX_PARALLEL_PORTS] = { 0x378, 0x278, 0x3bc };
407 static int parallel_irq[MAX_PARALLEL_PORTS] = { 7, 7, 7 };
408
409 /* PC hardware initialisation */
410 static void pc_init1(int ram_size, int vga_ram_size, int boot_device,
411                      DisplayState *ds, const char **fd_filename, int snapshot,
412                      const char *kernel_filename, const char *kernel_cmdline,
413                      const char *initrd_filename)
414 {
415     char buf[1024];
416     int ret, linux_boot, initrd_size, i, nb_nics1;
417     unsigned long bios_offset, vga_bios_offset;
418     int bios_size, isa_bios_size;
419     PCIBus *pci_bus;
420     
421     linux_boot = (kernel_filename != NULL);
422
423     /* allocate RAM */
424     cpu_register_physical_memory(0, ram_size, 0);
425
426     /* BIOS load */
427     bios_offset = ram_size + vga_ram_size;
428     vga_bios_offset = bios_offset + 256 * 1024;
429
430     snprintf(buf, sizeof(buf), "%s/%s", bios_dir, BIOS_FILENAME);
431     bios_size = get_image_size(buf);
432     if (bios_size <= 0 || 
433         (bios_size % 65536) != 0 ||
434         bios_size > (256 * 1024)) {
435         goto bios_error;
436     }
437     ret = load_image(buf, phys_ram_base + bios_offset);
438     if (ret != bios_size) {
439     bios_error:
440         fprintf(stderr, "qemu: could not load PC bios '%s'\n", buf);
441         exit(1);
442     }
443
444     /* VGA BIOS load */
445     if (cirrus_vga_enabled) {
446         snprintf(buf, sizeof(buf), "%s/%s", bios_dir, VGABIOS_CIRRUS_FILENAME);
447     } else {
448         snprintf(buf, sizeof(buf), "%s/%s", bios_dir, VGABIOS_FILENAME);
449     }
450     ret = load_image(buf, phys_ram_base + vga_bios_offset);
451     
452     /* setup basic memory access */
453     cpu_register_physical_memory(0xc0000, 0x10000, 
454                                  vga_bios_offset | IO_MEM_ROM);
455
456     /* map the last 128KB of the BIOS in ISA space */
457     isa_bios_size = bios_size;
458     if (isa_bios_size > (128 * 1024))
459         isa_bios_size = 128 * 1024;
460     cpu_register_physical_memory(0xd0000, (192 * 1024) - isa_bios_size, 
461                                  IO_MEM_UNASSIGNED);
462     cpu_register_physical_memory(0x100000 - isa_bios_size, 
463                                  isa_bios_size, 
464                                  (bios_offset + bios_size - isa_bios_size) | IO_MEM_ROM);
465     /* map all the bios at the top of memory */
466     cpu_register_physical_memory((uint32_t)(-bios_size), 
467                                  bios_size, bios_offset | IO_MEM_ROM);
468     
469     bochs_bios_init();
470
471     if (linux_boot) {
472         uint8_t bootsect[512];
473         uint8_t old_bootsect[512];
474
475         if (bs_table[0] == NULL) {
476             fprintf(stderr, "A disk image must be given for 'hda' when booting a Linux kernel\n");
477             exit(1);
478         }
479         snprintf(buf, sizeof(buf), "%s/%s", bios_dir, LINUX_BOOT_FILENAME);
480         ret = load_image(buf, bootsect);
481         if (ret != sizeof(bootsect)) {
482             fprintf(stderr, "qemu: could not load linux boot sector '%s'\n",
483                     buf);
484             exit(1);
485         }
486
487         if (bdrv_read(bs_table[0], 0, old_bootsect, 1) >= 0) {
488             /* copy the MSDOS partition table */
489             memcpy(bootsect + 0x1be, old_bootsect + 0x1be, 0x40);
490         }
491
492         bdrv_set_boot_sector(bs_table[0], bootsect, sizeof(bootsect));
493
494         /* now we can load the kernel */
495         ret = load_kernel(kernel_filename, 
496                           phys_ram_base + KERNEL_LOAD_ADDR,
497                           phys_ram_base + KERNEL_PARAMS_ADDR);
498         if (ret < 0) {
499             fprintf(stderr, "qemu: could not load kernel '%s'\n", 
500                     kernel_filename);
501             exit(1);
502         }
503         
504         /* load initrd */
505         initrd_size = 0;
506         if (initrd_filename) {
507             initrd_size = load_image(initrd_filename, phys_ram_base + INITRD_LOAD_ADDR);
508             if (initrd_size < 0) {
509                 fprintf(stderr, "qemu: could not load initial ram disk '%s'\n", 
510                         initrd_filename);
511                 exit(1);
512             }
513         }
514         if (initrd_size > 0) {
515             stl_raw(phys_ram_base + KERNEL_PARAMS_ADDR + 0x218, INITRD_LOAD_ADDR);
516             stl_raw(phys_ram_base + KERNEL_PARAMS_ADDR + 0x21c, initrd_size);
517         }
518         pstrcpy(phys_ram_base + KERNEL_CMDLINE_ADDR, 4096,
519                 kernel_cmdline);
520         stw_raw(phys_ram_base + KERNEL_PARAMS_ADDR + 0x20, 0xA33F);
521         stw_raw(phys_ram_base + KERNEL_PARAMS_ADDR + 0x22,
522                 KERNEL_CMDLINE_ADDR - KERNEL_PARAMS_ADDR);
523         /* loader type */
524         stw_raw(phys_ram_base + KERNEL_PARAMS_ADDR + 0x210, 0x01);
525     }
526
527     if (pci_enabled) {
528         pci_bus = i440fx_init();
529         piix3_init(pci_bus);
530     } else {
531         pci_bus = NULL;
532     }
533
534     /* init basic PC hardware */
535     register_ioport_write(0x80, 1, 1, ioport80_write, NULL);
536
537     register_ioport_write(0xf0, 1, 1, ioportF0_write, NULL);
538
539     if (cirrus_vga_enabled) {
540         if (pci_enabled) {
541             pci_cirrus_vga_init(pci_bus, 
542                                 ds, phys_ram_base + ram_size, ram_size, 
543                                 vga_ram_size);
544         } else {
545             isa_cirrus_vga_init(ds, phys_ram_base + ram_size, ram_size, 
546                                 vga_ram_size);
547         }
548     } else {
549         vga_initialize(pci_bus, ds, phys_ram_base + ram_size, ram_size, 
550                        vga_ram_size);
551     }
552
553     rtc_state = rtc_init(0x70, 8);
554     register_ioport_read(0x61, 1, 1, speaker_ioport_read, NULL);
555     register_ioport_write(0x61, 1, 1, speaker_ioport_write, NULL);
556
557     register_ioport_read(0x92, 1, 1, ioport92_read, NULL);
558     register_ioport_write(0x92, 1, 1, ioport92_write, NULL);
559
560     if (pci_enabled)
561         apic_init(cpu_single_env);
562     isa_pic = pic_init(pic_irq_request, cpu_single_env);
563     pit = pit_init(0x40, 0);
564
565     for(i = 0; i < MAX_SERIAL_PORTS; i++) {
566         if (serial_hds[i]) {
567             serial_init(serial_io[i], serial_irq[i], serial_hds[i]);
568         }
569     }
570
571     for(i = 0; i < MAX_PARALLEL_PORTS; i++) {
572         if (parallel_hds[i]) {
573             parallel_init(parallel_io[i], parallel_irq[i], parallel_hds[i]);
574         }
575     }
576
577     if (pci_enabled) {
578         for(i = 0; i < nb_nics; i++) {
579             pci_ne2000_init(pci_bus, &nd_table[i]);
580         }
581         pci_piix3_ide_init(pci_bus, bs_table);
582     } else {
583         nb_nics1 = nb_nics;
584         if (nb_nics1 > NE2000_NB_MAX)
585             nb_nics1 = NE2000_NB_MAX;
586         for(i = 0; i < nb_nics1; i++) {
587             isa_ne2000_init(ne2000_io[i], ne2000_irq[i], &nd_table[i]);
588         }
589
590         for(i = 0; i < 2; i++) {
591             isa_ide_init(ide_iobase[i], ide_iobase2[i], ide_irq[i],
592                          bs_table[2 * i], bs_table[2 * i + 1]);
593         }
594     }
595
596     kbd_init();
597     DMA_init(0);
598
599     if (audio_enabled) {
600         AUD_init();
601 #ifdef USE_SB16
602         if (sb16_enabled)
603             SB16_init ();
604 #endif
605 #ifdef CONFIG_ADLIB
606         if (adlib_enabled)
607             Adlib_init ();
608 #endif
609 #ifdef USE_GUS
610         if (gus_enabled)
611             GUS_init ();
612 #endif
613     }
614
615     floppy_controller = fdctrl_init(6, 2, 0, 0x3f0, fd_table);
616
617     cmos_init(ram_size, boot_device, bs_table);
618
619     /* must be done after all PCI devices are instanciated */
620     /* XXX: should be done in the Bochs BIOS */
621     if (pci_enabled) {
622         pci_bios_init();
623     }
624 }
625
626 QEMUMachine pc_machine = {
627     "pc",
628     "Standard PC",
629     pc_init1,
630 };