Evaluation boards for PowerPC 405EP.
[qemu] / hw / ppc405_boards.c
1 /*
2  * QEMU PowerPC 405 evaluation boards emulation
3  * 
4  * Copyright (c) 2007 Jocelyn Mayer
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 #include "ppc405.h"
26
27 extern int loglevel;
28 extern FILE *logfile;
29
30 #define BIOS_FILENAME "ppc405_rom.bin"
31 #undef BIOS_SIZE
32 #define BIOS_SIZE (2048 * 1024)
33
34 #define KERNEL_LOAD_ADDR 0x00000000
35 #define INITRD_LOAD_ADDR 0x01800000
36
37 #define USE_FLASH_BIOS
38
39 #define DEBUG_BOARD_INIT
40
41 /*****************************************************************************/
42 /* PPC405EP reference board (IBM) */
43 /* Standalone board with:
44  * - PowerPC 405EP CPU
45  * - SDRAM (0x00000000)
46  * - Flash (0xFFF80000)
47  * - SRAM  (0xFFF00000)
48  * - NVRAM (0xF0000000)
49  * - FPGA  (0xF0300000)
50  */
51 typedef struct ref405ep_fpga_t ref405ep_fpga_t;
52 struct ref405ep_fpga_t {
53     uint32_t base;
54     uint8_t reg0;
55     uint8_t reg1;
56 };
57
58 static uint32_t ref405ep_fpga_readb (void *opaque, target_phys_addr_t addr)
59 {
60     ref405ep_fpga_t *fpga;
61     uint32_t ret;
62
63     fpga = opaque;
64     addr -= fpga->base;
65     switch (addr) {
66     case 0x0:
67         ret = fpga->reg0;
68         break;
69     case 0x1:
70         ret = fpga->reg1;
71         break;
72     default:
73         ret = 0;
74         break;
75     }
76
77     return ret;
78 }
79
80 static void ref405ep_fpga_writeb (void *opaque,
81                                   target_phys_addr_t addr, uint32_t value)
82 {
83     ref405ep_fpga_t *fpga;
84
85     fpga = opaque;
86     addr -= fpga->base;
87     switch (addr) {
88     case 0x0:
89         /* Read only */
90         break;
91     case 0x1:
92         fpga->reg1 = value;
93         break;
94     default:
95         break;
96     }
97 }
98
99 static uint32_t ref405ep_fpga_readw (void *opaque, target_phys_addr_t addr)
100 {
101     uint32_t ret;
102
103     ret = ref405ep_fpga_readb(opaque, addr) << 8;
104     ret |= ref405ep_fpga_readb(opaque, addr + 1);
105
106     return ret;
107 }
108
109 static void ref405ep_fpga_writew (void *opaque,
110                                   target_phys_addr_t addr, uint32_t value)
111 {
112     ref405ep_fpga_writeb(opaque, addr, (value >> 8) & 0xFF);
113     ref405ep_fpga_writeb(opaque, addr + 1, value & 0xFF);
114 }
115
116 static uint32_t ref405ep_fpga_readl (void *opaque, target_phys_addr_t addr)
117 {
118     uint32_t ret;
119
120     ret = ref405ep_fpga_readb(opaque, addr) << 24;
121     ret |= ref405ep_fpga_readb(opaque, addr + 1) << 16;
122     ret |= ref405ep_fpga_readb(opaque, addr + 2) << 8;
123     ret |= ref405ep_fpga_readb(opaque, addr + 3);
124
125     return ret;
126 }
127
128 static void ref405ep_fpga_writel (void *opaque,
129                                   target_phys_addr_t addr, uint32_t value)
130 {
131     ref405ep_fpga_writel(opaque, addr, (value >> 24) & 0xFF);
132     ref405ep_fpga_writel(opaque, addr + 1, (value >> 16) & 0xFF);
133     ref405ep_fpga_writel(opaque, addr + 2, (value >> 8) & 0xFF);
134     ref405ep_fpga_writeb(opaque, addr + 3, value & 0xFF);
135 }
136
137 static CPUReadMemoryFunc *ref405ep_fpga_read[] = {
138     &ref405ep_fpga_readb,
139     &ref405ep_fpga_readw,
140     &ref405ep_fpga_readl,
141 };
142
143 static CPUWriteMemoryFunc *ref405ep_fpga_write[] = {
144     &ref405ep_fpga_writeb,
145     &ref405ep_fpga_writew,
146     &ref405ep_fpga_writel,
147 };
148
149 static void ref405ep_fpga_reset (void *opaque)
150 {
151     ref405ep_fpga_t *fpga;
152
153     fpga = opaque;
154     fpga->reg0 = 0x00;
155     fpga->reg1 = 0x0F;
156 }
157
158 static void ref405ep_fpga_init (uint32_t base)
159 {
160     ref405ep_fpga_t *fpga;
161     int fpga_memory;
162
163     fpga = qemu_mallocz(sizeof(ref405ep_fpga_t));
164     if (fpga != NULL) {
165         fpga->base = base;
166         fpga_memory = cpu_register_io_memory(0, ref405ep_fpga_read,
167                                              ref405ep_fpga_write, fpga);
168         cpu_register_physical_memory(base, 0x00000100, fpga_memory);
169         ref405ep_fpga_reset(fpga);
170         qemu_register_reset(&ref405ep_fpga_reset, fpga);
171     }
172 }
173
174 static void ref405ep_init (int ram_size, int vga_ram_size, int boot_device,
175                            DisplayState *ds, const char **fd_filename, 
176                            int snapshot,
177                            const char *kernel_filename, 
178                            const char *kernel_cmdline,
179                            const char *initrd_filename,
180                            const char *cpu_model)
181 {
182     char buf[1024];
183     ppc4xx_bd_info_t bd;
184     CPUPPCState *env;
185     qemu_irq *pic;
186     ram_addr_t sram_offset, bios_offset, bdloc;
187     target_ulong ram_bases[2], ram_sizes[2];
188     target_ulong sram_size, bios_size;
189     //int phy_addr = 0;
190     //static int phy_addr = 1;
191     target_ulong kernel_base, kernel_size, initrd_base, initrd_size;
192     int linux_boot;
193     int fl_idx, fl_sectors, len;
194
195     /* XXX: fix this */
196     ram_bases[0] = 0x00000000;
197     ram_sizes[0] = 0x08000000;
198     ram_bases[1] = 0x00000000;
199     ram_sizes[1] = 0x00000000;
200     ram_size = 128 * 1024 * 1024;
201 #ifdef DEBUG_BOARD_INIT
202     printf("%s: register cpu\n", __func__);
203 #endif
204     env = ppc405ep_init(ram_bases, ram_sizes, 33333333, &pic, &sram_offset,
205                         kernel_filename == NULL ? 0 : 1);
206     /* allocate SRAM */
207 #ifdef DEBUG_BOARD_INIT
208     printf("%s: register SRAM at offset %08lx\n", __func__, sram_offset);
209 #endif
210     sram_size = 512 * 1024;
211     cpu_register_physical_memory(0xFFF00000, sram_size,
212                                  sram_offset | IO_MEM_RAM);
213     /* allocate and load BIOS */
214 #ifdef DEBUG_BOARD_INIT
215     printf("%s: register BIOS\n", __func__);
216 #endif
217     bios_offset = sram_offset + sram_size;
218     fl_idx = 0;
219 #ifdef USE_FLASH_BIOS
220     if (pflash_table[fl_idx] != NULL) {
221         bios_size = bdrv_getlength(pflash_table[fl_idx]);
222         fl_sectors = (bios_size + 65535) >> 16;
223 #ifdef DEBUG_BOARD_INIT
224         printf("Register parallel flash %d size " ADDRX " at offset %08lx "
225                " addr " ADDRX " '%s' %d\n",
226                fl_idx, bios_size, bios_offset, -bios_size,
227                bdrv_get_device_name(pflash_table[fl_idx]), fl_sectors);
228 #endif
229         pflash_register(-(bios_size), bios_offset, pflash_table[fl_idx],
230                         65536, fl_sectors, 2,
231                         0x0001, 0x22DA, 0x0000, 0x0000);
232         fl_idx++;
233     } else
234 #endif
235     {
236 #ifdef DEBUG_BOARD_INIT
237         printf("Load BIOS from file\n");
238 #endif
239         snprintf(buf, sizeof(buf), "%s/%s", bios_dir, BIOS_FILENAME);
240         bios_size = load_image(buf, phys_ram_base + bios_offset);
241         if (bios_size < 0 || bios_size > BIOS_SIZE) {
242             fprintf(stderr, "qemu: could not load PowerPC bios '%s'\n", buf);
243             exit(1);
244         }
245         bios_size = (bios_size + 0xfff) & ~0xfff;
246         cpu_register_physical_memory((uint32_t)(-bios_size), 
247                                      bios_size, bios_offset | IO_MEM_ROM);
248     }
249     bios_offset += bios_size;
250     /* Register FPGA */
251 #ifdef DEBUG_BOARD_INIT
252     printf("%s: register FPGA\n", __func__);
253 #endif
254     ref405ep_fpga_init(0xF0300000);
255     /* Register NVRAM */
256 #ifdef DEBUG_BOARD_INIT
257     printf("%s: register NVRAM\n", __func__);
258 #endif
259     m48t59_init(NULL, 0xF0000000, 0, 8192, 8);
260     /* Load kernel */
261     linux_boot = (kernel_filename != NULL);
262     if (linux_boot) {
263 #ifdef DEBUG_BOARD_INIT
264         printf("%s: load kernel\n", __func__);
265 #endif
266         memset(&bd, 0, sizeof(bd));
267         bd.bi_memstart = 0x00000000;
268         bd.bi_memsize = ram_size;
269         bd.bi_flashstart = -(bios_size);
270         bd.bi_flashsize = -bios_size;
271         bd.bi_flashoffset = 0;
272         bd.bi_sramstart = 0xFFF00000;
273         bd.bi_sramsize = sram_size;
274         bd.bi_bootflags = 0;
275         bd.bi_intfreq = 133333333;
276         bd.bi_busfreq = 33333333;
277         bd.bi_baudrate = 115200;
278         bd.bi_s_version[0] = 'Q';
279         bd.bi_s_version[1] = 'M';
280         bd.bi_s_version[2] = 'U';
281         bd.bi_s_version[3] = '\0';
282         bd.bi_r_version[0] = 'Q';
283         bd.bi_r_version[1] = 'E';
284         bd.bi_r_version[2] = 'M';
285         bd.bi_r_version[3] = 'U';
286         bd.bi_r_version[4] = '\0';
287         bd.bi_procfreq = 133333333;
288         bd.bi_plb_busfreq = 33333333;
289         bd.bi_pci_busfreq = 33333333;
290         bd.bi_opbfreq = 33333333;
291         bdloc = ppc405_set_bootinfo(env, &bd);
292         env->gpr[3] = bdloc;
293         kernel_base = KERNEL_LOAD_ADDR;
294         /* now we can load the kernel */
295         kernel_size = load_image(kernel_filename, phys_ram_base + kernel_base);
296         if (kernel_size < 0) {
297             fprintf(stderr, "qemu: could not load kernel '%s'\n", 
298                     kernel_filename);
299             exit(1);
300         }
301         printf("Load kernel size " TARGET_FMT_ld " at " TARGET_FMT_lx
302                " %02x %02x %02x %02x\n", kernel_size, kernel_base,
303                *(char *)(phys_ram_base + kernel_base),
304                *(char *)(phys_ram_base + kernel_base + 1),
305                *(char *)(phys_ram_base + kernel_base + 2),
306                *(char *)(phys_ram_base + kernel_base + 3));
307         /* load initrd */
308         if (initrd_filename) {
309             initrd_base = INITRD_LOAD_ADDR;
310             initrd_size = load_image(initrd_filename,
311                                      phys_ram_base + initrd_base);
312             if (initrd_size < 0) {
313                 fprintf(stderr, "qemu: could not load initial ram disk '%s'\n", 
314                         initrd_filename);
315                 exit(1);
316             }
317         } else {
318             initrd_base = 0;
319             initrd_size = 0;
320         }
321         env->gpr[4] = initrd_base;
322         env->gpr[5] = initrd_size;
323         boot_device = 'm';
324         if (kernel_cmdline != NULL) {
325             len = strlen(kernel_cmdline);
326             bdloc -= ((len + 255) & ~255);
327             memcpy(phys_ram_base + bdloc, kernel_cmdline, len + 1);
328             env->gpr[6] = bdloc;
329             env->gpr[7] = bdloc + len;
330         } else {
331             env->gpr[6] = 0;
332             env->gpr[7] = 0;
333         }
334         env->nip = KERNEL_LOAD_ADDR;
335     } else {
336         kernel_base = 0;
337         kernel_size = 0;
338         initrd_base = 0;
339         initrd_size = 0;
340         bdloc = 0;
341     }
342 #ifdef DEBUG_BOARD_INIT
343     printf("%s: Done\n", __func__);
344 #endif
345     printf("bdloc %016lx %s\n",
346            (unsigned long)bdloc, (char *)(phys_ram_base + bdloc));
347 }
348
349 QEMUMachine ref405ep_machine = {
350     "ref405ep",
351     "ref405ep",
352     ref405ep_init,
353 };
354
355 /*****************************************************************************/
356 /* AMCC Taihu evaluation board */
357 /* - PowerPC 405EP processor
358  * - SDRAM               128 MB at 0x00000000
359  * - Boot flash          2 MB   at 0xFFE00000
360  * - Application flash   32 MB  at 0xFC000000
361  * - 2 serial ports
362  * - 2 ethernet PHY
363  * - 1 USB 1.1 device    0x50000000
364  * - 1 LCD display       0x50100000
365  * - 1 CPLD              0x50100000
366  * - 1 I2C EEPROM
367  * - 1 I2C thermal sensor
368  * - a set of LEDs
369  * - bit-bang SPI port using GPIOs
370  * - 1 EBC interface connector 0 0x50200000
371  * - 1 cardbus controller + expansion slot.
372  * - 1 PCI expansion slot.
373  */
374 typedef struct taihu_cpld_t taihu_cpld_t;
375 struct taihu_cpld_t {
376     uint32_t base;
377     uint8_t reg0;
378     uint8_t reg1;
379 };
380
381 static uint32_t taihu_cpld_readb (void *opaque, target_phys_addr_t addr)
382 {
383     taihu_cpld_t *cpld;
384     uint32_t ret;
385
386     cpld = opaque;
387     addr -= cpld->base;
388     switch (addr) {
389     case 0x0:
390         ret = cpld->reg0;
391         break;
392     case 0x1:
393         ret = cpld->reg1;
394         break;
395     default:
396         ret = 0;
397         break;
398     }
399
400     return ret;
401 }
402
403 static void taihu_cpld_writeb (void *opaque,
404                                target_phys_addr_t addr, uint32_t value)
405 {
406     taihu_cpld_t *cpld;
407
408     cpld = opaque;
409     addr -= cpld->base;
410     switch (addr) {
411     case 0x0:
412         /* Read only */
413         break;
414     case 0x1:
415         cpld->reg1 = value;
416         break;
417     default:
418         break;
419     }
420 }
421
422 static uint32_t taihu_cpld_readw (void *opaque, target_phys_addr_t addr)
423 {
424     uint32_t ret;
425
426     ret = taihu_cpld_readb(opaque, addr) << 8;
427     ret |= taihu_cpld_readb(opaque, addr + 1);
428
429     return ret;
430 }
431
432 static void taihu_cpld_writew (void *opaque,
433                                target_phys_addr_t addr, uint32_t value)
434 {
435     taihu_cpld_writeb(opaque, addr, (value >> 8) & 0xFF);
436     taihu_cpld_writeb(opaque, addr + 1, value & 0xFF);
437 }
438
439 static uint32_t taihu_cpld_readl (void *opaque, target_phys_addr_t addr)
440 {
441     uint32_t ret;
442
443     ret = taihu_cpld_readb(opaque, addr) << 24;
444     ret |= taihu_cpld_readb(opaque, addr + 1) << 16;
445     ret |= taihu_cpld_readb(opaque, addr + 2) << 8;
446     ret |= taihu_cpld_readb(opaque, addr + 3);
447
448     return ret;
449 }
450
451 static void taihu_cpld_writel (void *opaque,
452                                target_phys_addr_t addr, uint32_t value)
453 {
454     taihu_cpld_writel(opaque, addr, (value >> 24) & 0xFF);
455     taihu_cpld_writel(opaque, addr + 1, (value >> 16) & 0xFF);
456     taihu_cpld_writel(opaque, addr + 2, (value >> 8) & 0xFF);
457     taihu_cpld_writeb(opaque, addr + 3, value & 0xFF);
458 }
459
460 static CPUReadMemoryFunc *taihu_cpld_read[] = {
461     &taihu_cpld_readb,
462     &taihu_cpld_readw,
463     &taihu_cpld_readl,
464 };
465
466 static CPUWriteMemoryFunc *taihu_cpld_write[] = {
467     &taihu_cpld_writeb,
468     &taihu_cpld_writew,
469     &taihu_cpld_writel,
470 };
471
472 static void taihu_cpld_reset (void *opaque)
473 {
474     taihu_cpld_t *cpld;
475
476     cpld = opaque;
477     cpld->reg0 = 0x01;
478     cpld->reg1 = 0x80;
479 }
480
481 static void taihu_cpld_init (uint32_t base)
482 {
483     taihu_cpld_t *cpld;
484     int cpld_memory;
485
486     cpld = qemu_mallocz(sizeof(taihu_cpld_t));
487     if (cpld != NULL) {
488         cpld->base = base;
489         cpld_memory = cpu_register_io_memory(0, taihu_cpld_read,
490                                              taihu_cpld_write, cpld);
491         cpu_register_physical_memory(base, 0x00000100, cpld_memory);
492         taihu_cpld_reset(cpld);
493         qemu_register_reset(&taihu_cpld_reset, cpld);
494     }
495 }
496
497 static void taihu_405ep_init(int ram_size, int vga_ram_size, int boot_device,
498                              DisplayState *ds, const char **fd_filename, 
499                              int snapshot,
500                              const char *kernel_filename, 
501                              const char *kernel_cmdline,
502                              const char *initrd_filename,
503                              const char *cpu_model)
504 {
505     char buf[1024];
506     CPUPPCState *env;
507     qemu_irq *pic;
508     ram_addr_t bios_offset;
509     target_ulong ram_bases[2], ram_sizes[2];
510     target_ulong bios_size;
511     target_ulong kernel_base, kernel_size, initrd_base, initrd_size;
512     int linux_boot;
513     int fl_idx, fl_sectors;
514     
515     /* RAM is soldered to the board so the size cannot be changed */
516     ram_bases[0] = 0x00000000;
517     ram_sizes[0] = 0x04000000;
518     ram_bases[1] = 0x04000000;
519     ram_sizes[1] = 0x04000000;
520 #ifdef DEBUG_BOARD_INIT
521     printf("%s: register cpu\n", __func__);
522 #endif
523     env = ppc405ep_init(ram_bases, ram_sizes, 33333333, &pic, &bios_offset,
524                         kernel_filename == NULL ? 0 : 1);
525     /* allocate and load BIOS */
526 #ifdef DEBUG_BOARD_INIT
527     printf("%s: register BIOS\n", __func__);
528 #endif
529     fl_idx = 0;
530 #if defined(USE_FLASH_BIOS)
531     if (pflash_table[fl_idx] != NULL) {
532         bios_size = bdrv_getlength(pflash_table[fl_idx]);
533         /* XXX: should check that size is 2MB */
534         //        bios_size = 2 * 1024 * 1024;
535         fl_sectors = (bios_size + 65535) >> 16;
536 #ifdef DEBUG_BOARD_INIT
537         printf("Register parallel flash %d size " ADDRX " at offset %08lx "
538                " addr " ADDRX " '%s' %d\n",
539                fl_idx, bios_size, bios_offset, -bios_size,
540                bdrv_get_device_name(pflash_table[fl_idx]), fl_sectors);
541 #endif
542         pflash_register(-(bios_size), bios_offset, pflash_table[fl_idx],
543                         65536, fl_sectors, 4,
544                         0x0001, 0x22DA, 0x0000, 0x0000);
545         fl_idx++;
546     } else
547 #endif
548     {
549 #ifdef DEBUG_BOARD_INIT
550         printf("Load BIOS from file\n");
551 #endif
552         snprintf(buf, sizeof(buf), "%s/%s", bios_dir, BIOS_FILENAME);
553         bios_size = load_image(buf, phys_ram_base + bios_offset);
554         if (bios_size < 0 || bios_size > BIOS_SIZE) {
555             fprintf(stderr, "qemu: could not load PowerPC bios '%s'\n", buf);
556             exit(1);
557         }
558         bios_size = (bios_size + 0xfff) & ~0xfff;
559         cpu_register_physical_memory((uint32_t)(-bios_size), 
560                                      bios_size, bios_offset | IO_MEM_ROM);
561     }
562     bios_offset += bios_size;
563     /* Register Linux flash */
564     if (pflash_table[fl_idx] != NULL) {
565         bios_size = bdrv_getlength(pflash_table[fl_idx]);
566         /* XXX: should check that size is 32MB */
567         bios_size = 32 * 1024 * 1024;
568         fl_sectors = (bios_size + 65535) >> 16;
569 #ifdef DEBUG_BOARD_INIT
570         printf("Register parallel flash %d size " ADDRX " at offset %08lx "
571                " addr " ADDRX " '%s'\n",
572                fl_idx, bios_size, bios_offset, (target_ulong)0xfc000000,
573                bdrv_get_device_name(pflash_table[fl_idx]));
574 #endif
575         pflash_register(0xfc000000, bios_offset, pflash_table[fl_idx],
576                         65536, fl_sectors, 4,
577                         0x0001, 0x22DA, 0x0000, 0x0000);
578         fl_idx++;
579     }
580     /* Register CLPD & LCD display */
581 #ifdef DEBUG_BOARD_INIT
582     printf("%s: register CPLD\n", __func__);
583 #endif
584     taihu_cpld_init(0x50100000);
585     /* Load kernel */
586     linux_boot = (kernel_filename != NULL);
587     if (linux_boot) {
588 #ifdef DEBUG_BOARD_INIT
589         printf("%s: load kernel\n", __func__);
590 #endif
591         kernel_base = KERNEL_LOAD_ADDR;
592         /* now we can load the kernel */
593         kernel_size = load_image(kernel_filename, phys_ram_base + kernel_base);
594         if (kernel_size < 0) {
595             fprintf(stderr, "qemu: could not load kernel '%s'\n", 
596                     kernel_filename);
597             exit(1);
598         }
599         /* load initrd */
600         if (initrd_filename) {
601             initrd_base = INITRD_LOAD_ADDR;
602             initrd_size = load_image(initrd_filename,
603                                      phys_ram_base + initrd_base);
604             if (initrd_size < 0) {
605                 fprintf(stderr,
606                         "qemu: could not load initial ram disk '%s'\n", 
607                         initrd_filename);
608                 exit(1);
609             }
610         } else {
611             initrd_base = 0;
612             initrd_size = 0;
613         }
614         boot_device = 'm';
615     } else {
616         kernel_base = 0;
617         kernel_size = 0;
618         initrd_base = 0;
619         initrd_size = 0;
620     }
621 #ifdef DEBUG_BOARD_INIT
622     printf("%s: Done\n", __func__);
623 #endif
624 }
625
626 QEMUMachine taihu_machine = {
627     "taihu",
628     "taihu",
629     taihu_405ep_init,
630 };