xref: /qemu/hw/timer/armv7m_systick.c (revision ff68dacbc786d76a754b2c522cf70e22887bc8a6)
1*ff68dacbSPeter Maydell /*
2*ff68dacbSPeter Maydell  * ARMv7M SysTick timer
3*ff68dacbSPeter Maydell  *
4*ff68dacbSPeter Maydell  * Copyright (c) 2006-2007 CodeSourcery.
5*ff68dacbSPeter Maydell  * Written by Paul Brook
6*ff68dacbSPeter Maydell  * Copyright (c) 2017 Linaro Ltd
7*ff68dacbSPeter Maydell  * Written by Peter Maydell
8*ff68dacbSPeter Maydell  *
9*ff68dacbSPeter Maydell  * This code is licensed under the GPL (version 2 or later).
10*ff68dacbSPeter Maydell  */
11*ff68dacbSPeter Maydell 
12*ff68dacbSPeter Maydell #include "qemu/osdep.h"
13*ff68dacbSPeter Maydell #include "hw/timer/armv7m_systick.h"
14*ff68dacbSPeter Maydell #include "qemu-common.h"
15*ff68dacbSPeter Maydell #include "hw/sysbus.h"
16*ff68dacbSPeter Maydell #include "qemu/timer.h"
17*ff68dacbSPeter Maydell #include "qemu/log.h"
18*ff68dacbSPeter Maydell #include "trace.h"
19*ff68dacbSPeter Maydell 
20*ff68dacbSPeter Maydell /* qemu timers run at 1GHz.   We want something closer to 1MHz.  */
21*ff68dacbSPeter Maydell #define SYSTICK_SCALE 1000ULL
22*ff68dacbSPeter Maydell 
23*ff68dacbSPeter Maydell #define SYSTICK_ENABLE    (1 << 0)
24*ff68dacbSPeter Maydell #define SYSTICK_TICKINT   (1 << 1)
25*ff68dacbSPeter Maydell #define SYSTICK_CLKSOURCE (1 << 2)
26*ff68dacbSPeter Maydell #define SYSTICK_COUNTFLAG (1 << 16)
27*ff68dacbSPeter Maydell 
28*ff68dacbSPeter Maydell int system_clock_scale;
29*ff68dacbSPeter Maydell 
30*ff68dacbSPeter Maydell /* Conversion factor from qemu timer to SysTick frequencies.  */
31*ff68dacbSPeter Maydell static inline int64_t systick_scale(SysTickState *s)
32*ff68dacbSPeter Maydell {
33*ff68dacbSPeter Maydell     if (s->control & SYSTICK_CLKSOURCE) {
34*ff68dacbSPeter Maydell         return system_clock_scale;
35*ff68dacbSPeter Maydell     } else {
36*ff68dacbSPeter Maydell         return 1000;
37*ff68dacbSPeter Maydell     }
38*ff68dacbSPeter Maydell }
39*ff68dacbSPeter Maydell 
40*ff68dacbSPeter Maydell static void systick_reload(SysTickState *s, int reset)
41*ff68dacbSPeter Maydell {
42*ff68dacbSPeter Maydell     /* The Cortex-M3 Devices Generic User Guide says that "When the
43*ff68dacbSPeter Maydell      * ENABLE bit is set to 1, the counter loads the RELOAD value from the
44*ff68dacbSPeter Maydell      * SYST RVR register and then counts down". So, we need to check the
45*ff68dacbSPeter Maydell      * ENABLE bit before reloading the value.
46*ff68dacbSPeter Maydell      */
47*ff68dacbSPeter Maydell     trace_systick_reload();
48*ff68dacbSPeter Maydell 
49*ff68dacbSPeter Maydell     if ((s->control & SYSTICK_ENABLE) == 0) {
50*ff68dacbSPeter Maydell         return;
51*ff68dacbSPeter Maydell     }
52*ff68dacbSPeter Maydell 
53*ff68dacbSPeter Maydell     if (reset) {
54*ff68dacbSPeter Maydell         s->tick = qemu_clock_get_ns(QEMU_CLOCK_VIRTUAL);
55*ff68dacbSPeter Maydell     }
56*ff68dacbSPeter Maydell     s->tick += (s->reload + 1) * systick_scale(s);
57*ff68dacbSPeter Maydell     timer_mod(s->timer, s->tick);
58*ff68dacbSPeter Maydell }
59*ff68dacbSPeter Maydell 
60*ff68dacbSPeter Maydell static void systick_timer_tick(void *opaque)
61*ff68dacbSPeter Maydell {
62*ff68dacbSPeter Maydell     SysTickState *s = (SysTickState *)opaque;
63*ff68dacbSPeter Maydell 
64*ff68dacbSPeter Maydell     trace_systick_timer_tick();
65*ff68dacbSPeter Maydell 
66*ff68dacbSPeter Maydell     s->control |= SYSTICK_COUNTFLAG;
67*ff68dacbSPeter Maydell     if (s->control & SYSTICK_TICKINT) {
68*ff68dacbSPeter Maydell         /* Tell the NVIC to pend the SysTick exception */
69*ff68dacbSPeter Maydell         qemu_irq_pulse(s->irq);
70*ff68dacbSPeter Maydell     }
71*ff68dacbSPeter Maydell     if (s->reload == 0) {
72*ff68dacbSPeter Maydell         s->control &= ~SYSTICK_ENABLE;
73*ff68dacbSPeter Maydell     } else {
74*ff68dacbSPeter Maydell         systick_reload(s, 0);
75*ff68dacbSPeter Maydell     }
76*ff68dacbSPeter Maydell }
77*ff68dacbSPeter Maydell 
78*ff68dacbSPeter Maydell static uint64_t systick_read(void *opaque, hwaddr addr, unsigned size)
79*ff68dacbSPeter Maydell {
80*ff68dacbSPeter Maydell     SysTickState *s = opaque;
81*ff68dacbSPeter Maydell     uint32_t val;
82*ff68dacbSPeter Maydell 
83*ff68dacbSPeter Maydell     switch (addr) {
84*ff68dacbSPeter Maydell     case 0x0: /* SysTick Control and Status.  */
85*ff68dacbSPeter Maydell         val = s->control;
86*ff68dacbSPeter Maydell         s->control &= ~SYSTICK_COUNTFLAG;
87*ff68dacbSPeter Maydell         break;
88*ff68dacbSPeter Maydell     case 0x4: /* SysTick Reload Value.  */
89*ff68dacbSPeter Maydell         val = s->reload;
90*ff68dacbSPeter Maydell         break;
91*ff68dacbSPeter Maydell     case 0x8: /* SysTick Current Value.  */
92*ff68dacbSPeter Maydell     {
93*ff68dacbSPeter Maydell         int64_t t;
94*ff68dacbSPeter Maydell 
95*ff68dacbSPeter Maydell         if ((s->control & SYSTICK_ENABLE) == 0) {
96*ff68dacbSPeter Maydell             val = 0;
97*ff68dacbSPeter Maydell             break;
98*ff68dacbSPeter Maydell         }
99*ff68dacbSPeter Maydell         t = qemu_clock_get_ns(QEMU_CLOCK_VIRTUAL);
100*ff68dacbSPeter Maydell         if (t >= s->tick) {
101*ff68dacbSPeter Maydell             val = 0;
102*ff68dacbSPeter Maydell             break;
103*ff68dacbSPeter Maydell         }
104*ff68dacbSPeter Maydell         val = ((s->tick - (t + 1)) / systick_scale(s)) + 1;
105*ff68dacbSPeter Maydell         /* The interrupt in triggered when the timer reaches zero.
106*ff68dacbSPeter Maydell            However the counter is not reloaded until the next clock
107*ff68dacbSPeter Maydell            tick.  This is a hack to return zero during the first tick.  */
108*ff68dacbSPeter Maydell         if (val > s->reload) {
109*ff68dacbSPeter Maydell             val = 0;
110*ff68dacbSPeter Maydell         }
111*ff68dacbSPeter Maydell         break;
112*ff68dacbSPeter Maydell     }
113*ff68dacbSPeter Maydell     case 0xc: /* SysTick Calibration Value.  */
114*ff68dacbSPeter Maydell         val = 10000;
115*ff68dacbSPeter Maydell         break;
116*ff68dacbSPeter Maydell     default:
117*ff68dacbSPeter Maydell         val = 0;
118*ff68dacbSPeter Maydell         qemu_log_mask(LOG_GUEST_ERROR,
119*ff68dacbSPeter Maydell                       "SysTick: Bad read offset 0x%" HWADDR_PRIx "\n", addr);
120*ff68dacbSPeter Maydell         break;
121*ff68dacbSPeter Maydell     }
122*ff68dacbSPeter Maydell 
123*ff68dacbSPeter Maydell     trace_systick_read(addr, val, size);
124*ff68dacbSPeter Maydell     return val;
125*ff68dacbSPeter Maydell }
126*ff68dacbSPeter Maydell 
127*ff68dacbSPeter Maydell static void systick_write(void *opaque, hwaddr addr,
128*ff68dacbSPeter Maydell                           uint64_t value, unsigned size)
129*ff68dacbSPeter Maydell {
130*ff68dacbSPeter Maydell     SysTickState *s = opaque;
131*ff68dacbSPeter Maydell 
132*ff68dacbSPeter Maydell     trace_systick_write(addr, value, size);
133*ff68dacbSPeter Maydell 
134*ff68dacbSPeter Maydell     switch (addr) {
135*ff68dacbSPeter Maydell     case 0x0: /* SysTick Control and Status.  */
136*ff68dacbSPeter Maydell     {
137*ff68dacbSPeter Maydell         uint32_t oldval = s->control;
138*ff68dacbSPeter Maydell 
139*ff68dacbSPeter Maydell         s->control &= 0xfffffff8;
140*ff68dacbSPeter Maydell         s->control |= value & 7;
141*ff68dacbSPeter Maydell         if ((oldval ^ value) & SYSTICK_ENABLE) {
142*ff68dacbSPeter Maydell             int64_t now = qemu_clock_get_ns(QEMU_CLOCK_VIRTUAL);
143*ff68dacbSPeter Maydell             if (value & SYSTICK_ENABLE) {
144*ff68dacbSPeter Maydell                 if (s->tick) {
145*ff68dacbSPeter Maydell                     s->tick += now;
146*ff68dacbSPeter Maydell                     timer_mod(s->timer, s->tick);
147*ff68dacbSPeter Maydell                 } else {
148*ff68dacbSPeter Maydell                     systick_reload(s, 1);
149*ff68dacbSPeter Maydell                 }
150*ff68dacbSPeter Maydell             } else {
151*ff68dacbSPeter Maydell                 timer_del(s->timer);
152*ff68dacbSPeter Maydell                 s->tick -= now;
153*ff68dacbSPeter Maydell                 if (s->tick < 0) {
154*ff68dacbSPeter Maydell                     s->tick = 0;
155*ff68dacbSPeter Maydell                 }
156*ff68dacbSPeter Maydell             }
157*ff68dacbSPeter Maydell         } else if ((oldval ^ value) & SYSTICK_CLKSOURCE) {
158*ff68dacbSPeter Maydell             /* This is a hack. Force the timer to be reloaded
159*ff68dacbSPeter Maydell                when the reference clock is changed.  */
160*ff68dacbSPeter Maydell             systick_reload(s, 1);
161*ff68dacbSPeter Maydell         }
162*ff68dacbSPeter Maydell         break;
163*ff68dacbSPeter Maydell     }
164*ff68dacbSPeter Maydell     case 0x4: /* SysTick Reload Value.  */
165*ff68dacbSPeter Maydell         s->reload = value;
166*ff68dacbSPeter Maydell         break;
167*ff68dacbSPeter Maydell     case 0x8: /* SysTick Current Value.  Writes reload the timer.  */
168*ff68dacbSPeter Maydell         systick_reload(s, 1);
169*ff68dacbSPeter Maydell         s->control &= ~SYSTICK_COUNTFLAG;
170*ff68dacbSPeter Maydell         break;
171*ff68dacbSPeter Maydell     default:
172*ff68dacbSPeter Maydell         qemu_log_mask(LOG_GUEST_ERROR,
173*ff68dacbSPeter Maydell                       "SysTick: Bad write offset 0x%" HWADDR_PRIx "\n", addr);
174*ff68dacbSPeter Maydell     }
175*ff68dacbSPeter Maydell }
176*ff68dacbSPeter Maydell 
177*ff68dacbSPeter Maydell static const MemoryRegionOps systick_ops = {
178*ff68dacbSPeter Maydell     .read = systick_read,
179*ff68dacbSPeter Maydell     .write = systick_write,
180*ff68dacbSPeter Maydell     .endianness = DEVICE_NATIVE_ENDIAN,
181*ff68dacbSPeter Maydell     .valid.min_access_size = 4,
182*ff68dacbSPeter Maydell     .valid.max_access_size = 4,
183*ff68dacbSPeter Maydell };
184*ff68dacbSPeter Maydell 
185*ff68dacbSPeter Maydell static void systick_reset(DeviceState *dev)
186*ff68dacbSPeter Maydell {
187*ff68dacbSPeter Maydell     SysTickState *s = SYSTICK(dev);
188*ff68dacbSPeter Maydell 
189*ff68dacbSPeter Maydell     s->control = 0;
190*ff68dacbSPeter Maydell     s->reload = 0;
191*ff68dacbSPeter Maydell     s->tick = 0;
192*ff68dacbSPeter Maydell     timer_del(s->timer);
193*ff68dacbSPeter Maydell }
194*ff68dacbSPeter Maydell 
195*ff68dacbSPeter Maydell static void systick_instance_init(Object *obj)
196*ff68dacbSPeter Maydell {
197*ff68dacbSPeter Maydell     SysBusDevice *sbd = SYS_BUS_DEVICE(obj);
198*ff68dacbSPeter Maydell     SysTickState *s = SYSTICK(obj);
199*ff68dacbSPeter Maydell 
200*ff68dacbSPeter Maydell     memory_region_init_io(&s->iomem, obj, &systick_ops, s, "systick", 0xe0);
201*ff68dacbSPeter Maydell     sysbus_init_mmio(sbd, &s->iomem);
202*ff68dacbSPeter Maydell     sysbus_init_irq(sbd, &s->irq);
203*ff68dacbSPeter Maydell     s->timer = timer_new_ns(QEMU_CLOCK_VIRTUAL, systick_timer_tick, s);
204*ff68dacbSPeter Maydell }
205*ff68dacbSPeter Maydell 
206*ff68dacbSPeter Maydell static const VMStateDescription vmstate_systick = {
207*ff68dacbSPeter Maydell     .name = "armv7m_systick",
208*ff68dacbSPeter Maydell     .version_id = 1,
209*ff68dacbSPeter Maydell     .minimum_version_id = 1,
210*ff68dacbSPeter Maydell     .fields = (VMStateField[]) {
211*ff68dacbSPeter Maydell         VMSTATE_UINT32(control, SysTickState),
212*ff68dacbSPeter Maydell         VMSTATE_UINT32(reload, SysTickState),
213*ff68dacbSPeter Maydell         VMSTATE_INT64(tick, SysTickState),
214*ff68dacbSPeter Maydell         VMSTATE_TIMER_PTR(timer, SysTickState),
215*ff68dacbSPeter Maydell         VMSTATE_END_OF_LIST()
216*ff68dacbSPeter Maydell     }
217*ff68dacbSPeter Maydell };
218*ff68dacbSPeter Maydell 
219*ff68dacbSPeter Maydell static void systick_class_init(ObjectClass *klass, void *data)
220*ff68dacbSPeter Maydell {
221*ff68dacbSPeter Maydell     DeviceClass *dc = DEVICE_CLASS(klass);
222*ff68dacbSPeter Maydell 
223*ff68dacbSPeter Maydell     dc->vmsd = &vmstate_systick;
224*ff68dacbSPeter Maydell     dc->reset = systick_reset;
225*ff68dacbSPeter Maydell }
226*ff68dacbSPeter Maydell 
227*ff68dacbSPeter Maydell static const TypeInfo armv7m_systick_info = {
228*ff68dacbSPeter Maydell     .name = TYPE_SYSTICK,
229*ff68dacbSPeter Maydell     .parent = TYPE_SYS_BUS_DEVICE,
230*ff68dacbSPeter Maydell     .instance_init = systick_instance_init,
231*ff68dacbSPeter Maydell     .instance_size = sizeof(SysTickState),
232*ff68dacbSPeter Maydell     .class_init = systick_class_init,
233*ff68dacbSPeter Maydell };
234*ff68dacbSPeter Maydell 
235*ff68dacbSPeter Maydell static void armv7m_systick_register_types(void)
236*ff68dacbSPeter Maydell {
237*ff68dacbSPeter Maydell     type_register_static(&armv7m_systick_info);
238*ff68dacbSPeter Maydell }
239*ff68dacbSPeter Maydell 
240*ff68dacbSPeter Maydell type_init(armv7m_systick_register_types)
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