xref: /qemu/tests/qtest/microbit-test.c (revision 7ec543e4b9d3113f0f7afa49a474d7098abe29f0)
117ff8e18SSteffen Görtz /*
217ff8e18SSteffen Görtz  * QTest testcase for Microbit board using the Nordic Semiconductor nRF51 SoC.
317ff8e18SSteffen Görtz  *
417ff8e18SSteffen Görtz  * nRF51:
517ff8e18SSteffen Görtz  * Reference Manual: http://infocenter.nordicsemi.com/pdf/nRF51_RM_v3.0.pdf
617ff8e18SSteffen Görtz  * Product Spec: http://infocenter.nordicsemi.com/pdf/nRF51822_PS_v3.1.pdf
717ff8e18SSteffen Görtz  *
817ff8e18SSteffen Görtz  * Microbit Board: http://microbit.org/
917ff8e18SSteffen Görtz  *
1017ff8e18SSteffen Görtz  * Copyright 2018 Steffen Görtz <contrib@steffen-goertz.de>
1117ff8e18SSteffen Görtz  *
1217ff8e18SSteffen Görtz  * This code is licensed under the GPL version 2 or later.  See
1317ff8e18SSteffen Görtz  * the COPYING file in the top-level directory.
1417ff8e18SSteffen Görtz  */
1517ff8e18SSteffen Görtz 
1617ff8e18SSteffen Görtz 
1717ff8e18SSteffen Görtz #include "qemu/osdep.h"
1817ff8e18SSteffen Görtz #include "exec/hwaddr.h"
1917ff8e18SSteffen Görtz #include "libqtest.h"
2017ff8e18SSteffen Görtz 
2117ff8e18SSteffen Görtz #include "hw/arm/nrf51.h"
2217ff8e18SSteffen Görtz #include "hw/gpio/nrf51_gpio.h"
23*7ec543e4SSteffen Görtz #include "hw/timer/nrf51_timer.h"
2417ff8e18SSteffen Görtz 
2517ff8e18SSteffen Görtz static void test_nrf51_gpio(void)
2617ff8e18SSteffen Görtz {
2717ff8e18SSteffen Görtz     size_t i;
2817ff8e18SSteffen Görtz     uint32_t actual, expected;
2917ff8e18SSteffen Görtz 
3017ff8e18SSteffen Görtz     struct {
3117ff8e18SSteffen Görtz         hwaddr addr;
3217ff8e18SSteffen Görtz         uint32_t expected;
3317ff8e18SSteffen Görtz     } const reset_state[] = {
3417ff8e18SSteffen Görtz         {NRF51_GPIO_REG_OUT, 0x00000000}, {NRF51_GPIO_REG_OUTSET, 0x00000000},
3517ff8e18SSteffen Görtz         {NRF51_GPIO_REG_OUTCLR, 0x00000000}, {NRF51_GPIO_REG_IN, 0x00000000},
3617ff8e18SSteffen Görtz         {NRF51_GPIO_REG_DIR, 0x00000000}, {NRF51_GPIO_REG_DIRSET, 0x00000000},
3717ff8e18SSteffen Görtz         {NRF51_GPIO_REG_DIRCLR, 0x00000000}
3817ff8e18SSteffen Görtz     };
3917ff8e18SSteffen Görtz 
4017ff8e18SSteffen Görtz     /* Check reset state */
4117ff8e18SSteffen Görtz     for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(reset_state); i++) {
4217ff8e18SSteffen Görtz         expected = reset_state[i].expected;
4317ff8e18SSteffen Görtz         actual = readl(NRF51_GPIO_BASE + reset_state[i].addr);
4417ff8e18SSteffen Görtz         g_assert_cmpuint(actual, ==, expected);
4517ff8e18SSteffen Görtz     }
4617ff8e18SSteffen Görtz 
4717ff8e18SSteffen Görtz     for (i = 0; i < NRF51_GPIO_PINS; i++) {
4817ff8e18SSteffen Görtz         expected = 0x00000002;
4917ff8e18SSteffen Görtz         actual = readl(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_CNF_START + i * 4);
5017ff8e18SSteffen Görtz         g_assert_cmpuint(actual, ==, expected);
5117ff8e18SSteffen Görtz     }
5217ff8e18SSteffen Görtz 
5317ff8e18SSteffen Görtz     /* Check dir bit consistency between dir and cnf */
5417ff8e18SSteffen Görtz     /* Check set via DIRSET */
5517ff8e18SSteffen Görtz     expected = 0x80000001;
5617ff8e18SSteffen Görtz     writel(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_DIRSET, expected);
5717ff8e18SSteffen Görtz     actual = readl(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_DIR);
5817ff8e18SSteffen Görtz     g_assert_cmpuint(actual, ==, expected);
5917ff8e18SSteffen Görtz     actual = readl(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_CNF_START) & 0x01;
6017ff8e18SSteffen Görtz     g_assert_cmpuint(actual, ==, 0x01);
6117ff8e18SSteffen Görtz     actual = readl(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_CNF_END) & 0x01;
6217ff8e18SSteffen Görtz     g_assert_cmpuint(actual, ==, 0x01);
6317ff8e18SSteffen Görtz 
6417ff8e18SSteffen Görtz     /* Check clear via DIRCLR */
6517ff8e18SSteffen Görtz     writel(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_DIRCLR, 0x80000001);
6617ff8e18SSteffen Görtz     actual = readl(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_DIR);
6717ff8e18SSteffen Görtz     g_assert_cmpuint(actual, ==, 0x00000000);
6817ff8e18SSteffen Görtz     actual = readl(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_CNF_START) & 0x01;
6917ff8e18SSteffen Görtz     g_assert_cmpuint(actual, ==, 0x00);
7017ff8e18SSteffen Görtz     actual = readl(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_CNF_END) & 0x01;
7117ff8e18SSteffen Görtz     g_assert_cmpuint(actual, ==, 0x00);
7217ff8e18SSteffen Görtz 
7317ff8e18SSteffen Görtz     /* Check set via DIR */
7417ff8e18SSteffen Görtz     expected = 0x80000001;
7517ff8e18SSteffen Görtz     writel(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_DIR, expected);
7617ff8e18SSteffen Görtz     actual = readl(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_DIR);
7717ff8e18SSteffen Görtz     g_assert_cmpuint(actual, ==, expected);
7817ff8e18SSteffen Görtz     actual = readl(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_CNF_START) & 0x01;
7917ff8e18SSteffen Görtz     g_assert_cmpuint(actual, ==, 0x01);
8017ff8e18SSteffen Görtz     actual = readl(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_CNF_END) & 0x01;
8117ff8e18SSteffen Görtz     g_assert_cmpuint(actual, ==, 0x01);
8217ff8e18SSteffen Görtz 
8317ff8e18SSteffen Görtz     /* Reset DIR */
8417ff8e18SSteffen Görtz     writel(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_DIR, 0x00000000);
8517ff8e18SSteffen Görtz 
8617ff8e18SSteffen Görtz     /* Check Input propagates */
8717ff8e18SSteffen Görtz     writel(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_CNF_START, 0x00);
8817ff8e18SSteffen Görtz     qtest_set_irq_in(global_qtest, "/machine/nrf51", "unnamed-gpio-in", 0, 0);
8917ff8e18SSteffen Görtz     actual = readl(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_IN) & 0x01;
9017ff8e18SSteffen Görtz     g_assert_cmpuint(actual, ==, 0x00);
9117ff8e18SSteffen Görtz     qtest_set_irq_in(global_qtest, "/machine/nrf51", "unnamed-gpio-in", 0, 1);
9217ff8e18SSteffen Görtz     actual = readl(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_IN) & 0x01;
9317ff8e18SSteffen Görtz     g_assert_cmpuint(actual, ==, 0x01);
9417ff8e18SSteffen Görtz     qtest_set_irq_in(global_qtest, "/machine/nrf51", "unnamed-gpio-in", 0, -1);
9517ff8e18SSteffen Görtz     actual = readl(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_IN) & 0x01;
9617ff8e18SSteffen Görtz     g_assert_cmpuint(actual, ==, 0x01);
9717ff8e18SSteffen Görtz     writel(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_CNF_START, 0x02);
9817ff8e18SSteffen Görtz 
9917ff8e18SSteffen Görtz     /* Check pull-up working */
10017ff8e18SSteffen Görtz     qtest_set_irq_in(global_qtest, "/machine/nrf51", "unnamed-gpio-in", 0, 0);
10117ff8e18SSteffen Görtz     writel(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_CNF_START, 0b0000);
10217ff8e18SSteffen Görtz     actual = readl(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_IN) & 0x01;
10317ff8e18SSteffen Görtz     g_assert_cmpuint(actual, ==, 0x00);
10417ff8e18SSteffen Görtz     writel(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_CNF_START, 0b1110);
10517ff8e18SSteffen Görtz     actual = readl(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_IN) & 0x01;
10617ff8e18SSteffen Görtz     g_assert_cmpuint(actual, ==, 0x01);
10717ff8e18SSteffen Görtz     writel(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_CNF_START, 0x02);
10817ff8e18SSteffen Görtz 
10917ff8e18SSteffen Görtz     /* Check pull-down working */
11017ff8e18SSteffen Görtz     qtest_set_irq_in(global_qtest, "/machine/nrf51", "unnamed-gpio-in", 0, 1);
11117ff8e18SSteffen Görtz     writel(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_CNF_START, 0b0000);
11217ff8e18SSteffen Görtz     actual = readl(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_IN) & 0x01;
11317ff8e18SSteffen Görtz     g_assert_cmpuint(actual, ==, 0x01);
11417ff8e18SSteffen Görtz     writel(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_CNF_START, 0b0110);
11517ff8e18SSteffen Görtz     actual = readl(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_IN) & 0x01;
11617ff8e18SSteffen Görtz     g_assert_cmpuint(actual, ==, 0x00);
11717ff8e18SSteffen Görtz     writel(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_CNF_START, 0x02);
11817ff8e18SSteffen Görtz     qtest_set_irq_in(global_qtest, "/machine/nrf51", "unnamed-gpio-in", 0, -1);
11917ff8e18SSteffen Görtz 
12017ff8e18SSteffen Görtz     /* Check Output propagates */
12117ff8e18SSteffen Görtz     irq_intercept_out("/machine/nrf51");
12217ff8e18SSteffen Görtz     writel(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_CNF_START, 0b0011);
12317ff8e18SSteffen Görtz     writel(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_OUTSET, 0x01);
12417ff8e18SSteffen Görtz     g_assert_true(get_irq(0));
12517ff8e18SSteffen Görtz     writel(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_OUTCLR, 0x01);
12617ff8e18SSteffen Görtz     g_assert_false(get_irq(0));
12717ff8e18SSteffen Görtz 
12817ff8e18SSteffen Görtz     /* Check self-stimulation */
12917ff8e18SSteffen Görtz     writel(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_CNF_START, 0b01);
13017ff8e18SSteffen Görtz     writel(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_OUTSET, 0x01);
13117ff8e18SSteffen Görtz     actual = readl(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_IN) & 0x01;
13217ff8e18SSteffen Görtz     g_assert_cmpuint(actual, ==, 0x01);
13317ff8e18SSteffen Görtz 
13417ff8e18SSteffen Görtz     writel(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_OUTCLR, 0x01);
13517ff8e18SSteffen Görtz     actual = readl(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_IN) & 0x01;
13617ff8e18SSteffen Görtz     g_assert_cmpuint(actual, ==, 0x00);
13717ff8e18SSteffen Görtz 
13817ff8e18SSteffen Görtz     /*
13917ff8e18SSteffen Görtz      * Check short-circuit - generates an guest_error which must be checked
14017ff8e18SSteffen Görtz      * manually as long as qtest can not scan qemu_log messages
14117ff8e18SSteffen Görtz      */
14217ff8e18SSteffen Görtz     writel(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_CNF_START, 0b01);
14317ff8e18SSteffen Görtz     writel(NRF51_GPIO_BASE + NRF51_GPIO_REG_OUTSET, 0x01);
14417ff8e18SSteffen Görtz     qtest_set_irq_in(global_qtest, "/machine/nrf51", "unnamed-gpio-in", 0, 0);
14517ff8e18SSteffen Görtz }
14617ff8e18SSteffen Görtz 
147*7ec543e4SSteffen Görtz static void timer_task(hwaddr task)
148*7ec543e4SSteffen Görtz {
149*7ec543e4SSteffen Görtz     writel(NRF51_TIMER_BASE + task, NRF51_TRIGGER_TASK);
150*7ec543e4SSteffen Görtz }
151*7ec543e4SSteffen Görtz 
152*7ec543e4SSteffen Görtz static void timer_clear_event(hwaddr event)
153*7ec543e4SSteffen Görtz {
154*7ec543e4SSteffen Görtz     writel(NRF51_TIMER_BASE + event, NRF51_EVENT_CLEAR);
155*7ec543e4SSteffen Görtz }
156*7ec543e4SSteffen Görtz 
157*7ec543e4SSteffen Görtz static void timer_set_bitmode(uint8_t mode)
158*7ec543e4SSteffen Görtz {
159*7ec543e4SSteffen Görtz     writel(NRF51_TIMER_BASE + NRF51_TIMER_REG_BITMODE, mode);
160*7ec543e4SSteffen Görtz }
161*7ec543e4SSteffen Görtz 
162*7ec543e4SSteffen Görtz static void timer_set_prescaler(uint8_t prescaler)
163*7ec543e4SSteffen Görtz {
164*7ec543e4SSteffen Görtz     writel(NRF51_TIMER_BASE + NRF51_TIMER_REG_PRESCALER, prescaler);
165*7ec543e4SSteffen Görtz }
166*7ec543e4SSteffen Görtz 
167*7ec543e4SSteffen Görtz static void timer_set_cc(size_t idx, uint32_t value)
168*7ec543e4SSteffen Görtz {
169*7ec543e4SSteffen Görtz     writel(NRF51_TIMER_BASE + NRF51_TIMER_REG_CC0 + idx * 4, value);
170*7ec543e4SSteffen Görtz }
171*7ec543e4SSteffen Görtz 
172*7ec543e4SSteffen Görtz static void timer_assert_events(uint32_t ev0, uint32_t ev1, uint32_t ev2,
173*7ec543e4SSteffen Görtz                                 uint32_t ev3)
174*7ec543e4SSteffen Görtz {
175*7ec543e4SSteffen Görtz     g_assert(readl(NRF51_TIMER_BASE + NRF51_TIMER_EVENT_COMPARE_0) == ev0);
176*7ec543e4SSteffen Görtz     g_assert(readl(NRF51_TIMER_BASE + NRF51_TIMER_EVENT_COMPARE_1) == ev1);
177*7ec543e4SSteffen Görtz     g_assert(readl(NRF51_TIMER_BASE + NRF51_TIMER_EVENT_COMPARE_2) == ev2);
178*7ec543e4SSteffen Görtz     g_assert(readl(NRF51_TIMER_BASE + NRF51_TIMER_EVENT_COMPARE_3) == ev3);
179*7ec543e4SSteffen Görtz }
180*7ec543e4SSteffen Görtz 
181*7ec543e4SSteffen Görtz static void test_nrf51_timer(void)
182*7ec543e4SSteffen Görtz {
183*7ec543e4SSteffen Görtz     uint32_t steps_to_overflow = 408;
184*7ec543e4SSteffen Görtz 
185*7ec543e4SSteffen Görtz     /* Compare Match */
186*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_task(NRF51_TIMER_TASK_STOP);
187*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_task(NRF51_TIMER_TASK_CLEAR);
188*7ec543e4SSteffen Görtz 
189*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_clear_event(NRF51_TIMER_EVENT_COMPARE_0);
190*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_clear_event(NRF51_TIMER_EVENT_COMPARE_1);
191*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_clear_event(NRF51_TIMER_EVENT_COMPARE_2);
192*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_clear_event(NRF51_TIMER_EVENT_COMPARE_3);
193*7ec543e4SSteffen Görtz 
194*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_set_bitmode(NRF51_TIMER_WIDTH_16); /* 16 MHz Timer */
195*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_set_prescaler(0);
196*7ec543e4SSteffen Görtz     /* Swept over in first step */
197*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_set_cc(0, 2);
198*7ec543e4SSteffen Görtz     /* Barely miss on first step */
199*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_set_cc(1, 162);
200*7ec543e4SSteffen Görtz     /* Spot on on third step */
201*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_set_cc(2, 480);
202*7ec543e4SSteffen Görtz 
203*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_assert_events(0, 0, 0, 0);
204*7ec543e4SSteffen Görtz 
205*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_task(NRF51_TIMER_TASK_START);
206*7ec543e4SSteffen Görtz     clock_step(10000);
207*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_assert_events(1, 0, 0, 0);
208*7ec543e4SSteffen Görtz 
209*7ec543e4SSteffen Görtz     /* Swept over on first overflow */
210*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_set_cc(3, 114);
211*7ec543e4SSteffen Görtz 
212*7ec543e4SSteffen Görtz     clock_step(10000);
213*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_assert_events(1, 1, 0, 0);
214*7ec543e4SSteffen Görtz 
215*7ec543e4SSteffen Görtz     clock_step(10000);
216*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_assert_events(1, 1, 1, 0);
217*7ec543e4SSteffen Görtz 
218*7ec543e4SSteffen Görtz     /* Wrap time until internal counter overflows */
219*7ec543e4SSteffen Görtz     while (steps_to_overflow--) {
220*7ec543e4SSteffen Görtz         timer_assert_events(1, 1, 1, 0);
221*7ec543e4SSteffen Görtz         clock_step(10000);
222*7ec543e4SSteffen Görtz     }
223*7ec543e4SSteffen Görtz 
224*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_assert_events(1, 1, 1, 1);
225*7ec543e4SSteffen Görtz 
226*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_clear_event(NRF51_TIMER_EVENT_COMPARE_0);
227*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_clear_event(NRF51_TIMER_EVENT_COMPARE_1);
228*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_clear_event(NRF51_TIMER_EVENT_COMPARE_2);
229*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_clear_event(NRF51_TIMER_EVENT_COMPARE_3);
230*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_assert_events(0, 0, 0, 0);
231*7ec543e4SSteffen Görtz 
232*7ec543e4SSteffen Görtz     timer_task(NRF51_TIMER_TASK_STOP);
233*7ec543e4SSteffen Görtz 
234*7ec543e4SSteffen Görtz     /* Test Proposal: Stop/Shutdown */
235*7ec543e4SSteffen Görtz     /* Test Proposal: Shortcut Compare -> Clear */
236*7ec543e4SSteffen Görtz     /* Test Proposal: Shortcut Compare -> Stop */
237*7ec543e4SSteffen Görtz     /* Test Proposal: Counter Mode */
238*7ec543e4SSteffen Görtz }
239*7ec543e4SSteffen Görtz 
24017ff8e18SSteffen Görtz int main(int argc, char **argv)
24117ff8e18SSteffen Görtz {
24217ff8e18SSteffen Görtz     int ret;
24317ff8e18SSteffen Görtz 
24417ff8e18SSteffen Görtz     g_test_init(&argc, &argv, NULL);
24517ff8e18SSteffen Görtz 
24617ff8e18SSteffen Görtz     global_qtest = qtest_initf("-machine microbit");
24717ff8e18SSteffen Görtz 
24817ff8e18SSteffen Görtz     qtest_add_func("/microbit/nrf51/gpio", test_nrf51_gpio);
249*7ec543e4SSteffen Görtz     qtest_add_func("/microbit/nrf51/timer", test_nrf51_timer);
25017ff8e18SSteffen Görtz 
25117ff8e18SSteffen Görtz     ret = g_test_run();
25217ff8e18SSteffen Görtz 
25317ff8e18SSteffen Görtz     qtest_quit(global_qtest);
25417ff8e18SSteffen Görtz     return ret;
25517ff8e18SSteffen Görtz }
256