#include <sys/cdefs.h>
__KERNEL_RCSID(0, "$NetBSD: virtio_mmio.c,v 1.15 2025/07/26 14:18:14 martin Exp $");
#include <sys/param.h>
#include <sys/systm.h>
#include <sys/kernel.h>
#include <sys/device.h>
#include <sys/mutex.h>
#define VIRTIO_PRIVATE
#include <dev/virtio/virtio_mmiovar.h>
#define VIRTIO_MMIO_MAGIC ('v' | 'i' << 8 | 'r' << 16 | 't' << 24)
#define VIRTIO_MMIO_MAGIC_VALUE 0x000
#define VIRTIO_MMIO_VERSION 0x004
#define VIRTIO_MMIO_DEVICE_ID 0x008
#define VIRTIO_MMIO_VENDOR_ID 0x00c
#define VIRTIO_MMIO_DEVICE_FEATURES 0x010
#define VIRTIO_MMIO_DEVICE_FEATURES_SEL 0x014
#define VIRTIO_MMIO_DRIVER_FEATURES 0x020
#define VIRTIO_MMIO_DRIVER_FEATURES_SEL 0x024
#define VIRTIO_MMIO_V1_GUEST_PAGE_SIZE 0x028
#define VIRTIO_MMIO_QUEUE_SEL 0x030
#define VIRTIO_MMIO_QUEUE_NUM_MAX 0x034
#define VIRTIO_MMIO_QUEUE_NUM 0x038
#define VIRTIO_MMIO_V1_QUEUE_ALIGN 0x03c
#define VIRTIO_MMIO_V1_QUEUE_PFN 0x040
#define VIRTIO_MMIO_QUEUE_READY 0x044
#define VIRTIO_MMIO_QUEUE_NOTIFY 0x050
#define VIRTIO_MMIO_INTERRUPT_STATUS 0x060
#define VIRTIO_MMIO_INTERRUPT_ACK 0x064
#define VIRTIO_MMIO_STATUS 0x070
#define VIRTIO_MMIO_V2_QUEUE_DESC_LOW 0x080
#define VIRTIO_MMIO_V2_QUEUE_DESC_HIGH 0x084
#define VIRTIO_MMIO_V2_QUEUE_AVAIL_LOW 0x090
#define VIRTIO_MMIO_V2_QUEUE_AVAIL_HIGH 0x094
#define VIRTIO_MMIO_V2_QUEUE_USED_LOW 0x0a0
#define VIRTIO_MMIO_V2_QUEUE_USED_HIGH 0x0a4
#define VIRTIO_MMIO_V2_CONFIG_GEN 0x0fc
#define VIRTIO_MMIO_CONFIG 0x100
#if (defined(__aarch64__) || defined(__arm__)) && BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
# define READ_ENDIAN LITTLE_ENDIAN
# define STRUCT_ENDIAN BIG_ENDIAN
#elif BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
# define READ_ENDIAN BIG_ENDIAN
# define STRUCT_ENDIAN BIG_ENDIAN
#else
# define READ_ENDIAN LITTLE_ENDIAN
# define STRUCT_ENDIAN LITTLE_ENDIAN
#endif
static void virtio_mmio_kick(struct virtio_softc *, uint16_t);
static uint16_t virtio_mmio_read_queue_size(struct virtio_softc *, uint16_t);
static void virtio_mmio_v1_setup_queue(struct virtio_softc *, uint16_t, uint64_t);
static void virtio_mmio_v2_setup_queue(struct virtio_softc *, uint16_t, uint64_t);
static int virtio_mmio_get_status(struct virtio_softc *);
static void virtio_mmio_set_status(struct virtio_softc *, int);
static void virtio_mmio_negotiate_features(struct virtio_softc *, uint64_t);
static int virtio_mmio_alloc_interrupts(struct virtio_softc *);
static void virtio_mmio_free_interrupts(struct virtio_softc *);
static int virtio_mmio_setup_interrupts(struct virtio_softc *, int);
static uint32_t
virtio_mmio_reg_read(struct virtio_mmio_softc *sc, bus_addr_t reg)
{
uint32_t val;
val = bus_space_read_4(sc->sc_iot, sc->sc_ioh, reg);
if (sc->sc_le_regs) {
val = le32toh(val);
}
return val;
}
static void
virtio_mmio_reg_write(struct virtio_mmio_softc *sc, bus_addr_t reg,
uint32_t val)
{
if (sc->sc_le_regs) {
val = htole32(val);
}
bus_space_write_4(sc->sc_iot, sc->sc_ioh, reg, val);
}
static void
virtio_mmio_v2_set_addr(struct virtio_mmio_softc *sc, bus_addr_t reg,
uint64_t addr)
{
virtio_mmio_reg_write(sc, reg, BUS_ADDR_LO32(addr));
virtio_mmio_reg_write(sc, reg + 4, BUS_ADDR_HI32(addr));
}
static const struct virtio_ops virtio_mmio_v1_ops = {
.kick = virtio_mmio_kick,
.read_queue_size = virtio_mmio_read_queue_size,
.setup_queue = virtio_mmio_v1_setup_queue,
.set_status = virtio_mmio_set_status,
.neg_features = virtio_mmio_negotiate_features,
.alloc_interrupts = virtio_mmio_alloc_interrupts,
.free_interrupts = virtio_mmio_free_interrupts,
.setup_interrupts = virtio_mmio_setup_interrupts,
};
static const struct virtio_ops virtio_mmio_v2_ops = {
.kick = virtio_mmio_kick,
.read_queue_size = virtio_mmio_read_queue_size,
.setup_queue = virtio_mmio_v2_setup_queue,
.set_status = virtio_mmio_set_status,
.neg_features = virtio_mmio_negotiate_features,
.alloc_interrupts = virtio_mmio_alloc_interrupts,
.free_interrupts = virtio_mmio_free_interrupts,
.setup_interrupts = virtio_mmio_setup_interrupts,
};
static uint16_t
virtio_mmio_read_queue_size(struct virtio_softc *vsc, uint16_t idx)
{
struct virtio_mmio_softc *sc = (struct virtio_mmio_softc *)vsc;
virtio_mmio_reg_write(sc, VIRTIO_MMIO_QUEUE_SEL, idx);
return virtio_mmio_reg_read(sc, VIRTIO_MMIO_QUEUE_NUM_MAX);
}
static void
virtio_mmio_v1_setup_queue(struct virtio_softc *vsc, uint16_t idx,
uint64_t addr)
{
struct virtio_mmio_softc *sc = (struct virtio_mmio_softc *)vsc;
virtio_mmio_reg_write(sc, VIRTIO_MMIO_QUEUE_SEL, idx);
virtio_mmio_reg_write(sc, VIRTIO_MMIO_QUEUE_NUM,
virtio_mmio_reg_read(sc, VIRTIO_MMIO_QUEUE_NUM_MAX));
virtio_mmio_reg_write(sc, VIRTIO_MMIO_V1_QUEUE_ALIGN,
VIRTIO_PAGE_SIZE);
virtio_mmio_reg_write(sc, VIRTIO_MMIO_V1_QUEUE_PFN,
addr / VIRTIO_PAGE_SIZE);
}
static void
virtio_mmio_v2_setup_queue(struct virtio_softc *vsc, uint16_t idx,
uint64_t addr)
{
struct virtio_mmio_softc *sc = (struct virtio_mmio_softc *)vsc;
struct virtqueue *vq;
virtio_mmio_reg_write(sc, VIRTIO_MMIO_QUEUE_SEL, idx);
if (addr == 0) {
virtio_mmio_reg_write(sc, VIRTIO_MMIO_QUEUE_READY, 0);
virtio_mmio_v2_set_addr(sc, VIRTIO_MMIO_V2_QUEUE_DESC_LOW, 0);
virtio_mmio_v2_set_addr(sc, VIRTIO_MMIO_V2_QUEUE_AVAIL_LOW, 0);
virtio_mmio_v2_set_addr(sc, VIRTIO_MMIO_V2_QUEUE_USED_LOW, 0);
} else {
vq = &vsc->sc_vqs[idx];
KASSERT(vq->vq_index == idx);
virtio_mmio_reg_write(sc, VIRTIO_MMIO_QUEUE_NUM,
virtio_mmio_reg_read(sc, VIRTIO_MMIO_QUEUE_NUM_MAX));
virtio_mmio_v2_set_addr(sc, VIRTIO_MMIO_V2_QUEUE_DESC_LOW,
addr);
virtio_mmio_v2_set_addr(sc, VIRTIO_MMIO_V2_QUEUE_AVAIL_LOW,
addr + vq->vq_availoffset);
virtio_mmio_v2_set_addr(sc, VIRTIO_MMIO_V2_QUEUE_USED_LOW,
addr + vq->vq_usedoffset);
virtio_mmio_reg_write(sc, VIRTIO_MMIO_QUEUE_READY, 1);
}
}
static int
virtio_mmio_get_status(struct virtio_softc *vsc)
{
struct virtio_mmio_softc *sc = (struct virtio_mmio_softc *)vsc;
return virtio_mmio_reg_read(sc, VIRTIO_MMIO_STATUS);
}
static void
virtio_mmio_set_status(struct virtio_softc *vsc, int status)
{
struct virtio_mmio_softc *sc = (struct virtio_mmio_softc *)vsc;
int old = 0;
if (status != 0)
old = virtio_mmio_reg_read(sc, VIRTIO_MMIO_STATUS);
virtio_mmio_reg_write(sc, VIRTIO_MMIO_STATUS, status|old);
}
bool
virtio_mmio_common_probe_present(struct virtio_mmio_softc *sc)
{
uint32_t magic;
magic = bus_space_read_4(sc->sc_iot, sc->sc_ioh,
VIRTIO_MMIO_MAGIC_VALUE);
return (magic == VIRTIO_MMIO_MAGIC);
}
void
virtio_mmio_common_attach(struct virtio_mmio_softc *sc)
{
struct virtio_softc *vsc = &sc->sc_sc;
device_t self = vsc->sc_dev;
uint32_t id, magic;
int virtio_vers;
magic = bus_space_read_4(sc->sc_iot, sc->sc_ioh,
VIRTIO_MMIO_MAGIC_VALUE);
if (magic != VIRTIO_MMIO_MAGIC) {
if (magic == le32toh(VIRTIO_MMIO_MAGIC)) {
sc->sc_le_regs = true;
} else {
aprint_error_dev(vsc->sc_dev,
"wrong magic value 0x%08x; giving up\n", magic);
return;
}
}
vsc->sc_bus_endian = READ_ENDIAN;
vsc->sc_struct_endian = STRUCT_ENDIAN;
sc->sc_mmio_vers = virtio_mmio_reg_read(sc, VIRTIO_MMIO_VERSION);
switch (sc->sc_mmio_vers) {
case 1:
virtio_mmio_reg_write(sc,
VIRTIO_MMIO_V1_GUEST_PAGE_SIZE, VIRTIO_PAGE_SIZE);
vsc->sc_ops = &virtio_mmio_v1_ops;
virtio_vers = 0;
break;
case 2:
vsc->sc_ops = &virtio_mmio_v2_ops;
virtio_vers = 1;
break;
default:
aprint_error_dev(vsc->sc_dev,
"unknown version 0x%08x; giving up\n", sc->sc_mmio_vers);
return;
}
aprint_normal_dev(self, "VirtIO-MMIO-v%u\n", sc->sc_mmio_vers);
id = virtio_mmio_reg_read(sc, VIRTIO_MMIO_DEVICE_ID);
if (id == 0) {
return;
}
virtio_print_device_type(self, id, virtio_vers);
vsc->sc_devcfg_iosize = sc->sc_iosize - VIRTIO_MMIO_CONFIG;
vsc->sc_devcfg_iot = sc->sc_iot;
if (bus_space_subregion(sc->sc_iot, sc->sc_ioh,
VIRTIO_MMIO_CONFIG, vsc->sc_devcfg_iosize,
&vsc->sc_devcfg_ioh)) {
aprint_error_dev(self, "can't map config i/o space\n");
return;
}
virtio_device_reset(vsc);
virtio_mmio_set_status(vsc, VIRTIO_CONFIG_DEVICE_STATUS_ACK);
virtio_mmio_set_status(vsc, VIRTIO_CONFIG_DEVICE_STATUS_DRIVER);
vsc->sc_childdevid = id;
vsc->sc_child = NULL;
}
int
virtio_mmio_common_detach(struct virtio_mmio_softc *sc, int flags)
{
struct virtio_softc *vsc = &sc->sc_sc;
int r;
r = config_detach_children(vsc->sc_dev, flags);
if (r != 0)
return r;
KASSERT(vsc->sc_child == NULL);
KASSERT(vsc->sc_vqs == NULL);
KASSERT(sc->sc_ih == NULL);
if (sc->sc_iosize) {
bus_space_unmap(sc->sc_iot, sc->sc_ioh, sc->sc_iosize);
sc->sc_iosize = 0;
}
return 0;
}
static void
virtio_mmio_negotiate_features(struct virtio_softc *vsc, uint64_t
driver_features)
{
struct virtio_mmio_softc *sc = (struct virtio_mmio_softc *)vsc;
device_t self = vsc->sc_dev;
uint64_t saved_driver_features = driver_features;
uint64_t device_features, negotiated;
uint32_t device_status;
driver_features |= VIRTIO_F_VERSION_1;
vsc->sc_active_features = 0;
virtio_mmio_reg_write(sc, VIRTIO_MMIO_DEVICE_FEATURES_SEL, 0);
device_features = virtio_mmio_reg_read(sc, VIRTIO_MMIO_DEVICE_FEATURES);
virtio_mmio_reg_write(sc, VIRTIO_MMIO_DEVICE_FEATURES_SEL, 1);
device_features |= (uint64_t)
virtio_mmio_reg_read(sc, VIRTIO_MMIO_DEVICE_FEATURES) << 32;
if (device_features & VIRTIO_F_VERSION_1) {
driver_features &= ~VIRTIO_F_NOTIFY_ON_EMPTY;
} else {
if (sc->sc_mmio_vers >= 2) {
aprint_error_dev(self, "MMIO-v%u requires version 1\n",
sc->sc_mmio_vers);
virtio_mmio_set_status(vsc,
VIRTIO_CONFIG_DEVICE_STATUS_FAILED);
return;
}
if (saved_driver_features & VIRTIO_F_VERSION_1) {
aprint_error_dev(self, "device rejected version 1\n");
virtio_mmio_set_status(vsc,
VIRTIO_CONFIG_DEVICE_STATUS_FAILED);
return;
}
}
negotiated = device_features & driver_features;
virtio_mmio_reg_write(sc, VIRTIO_MMIO_DRIVER_FEATURES_SEL, 0);
virtio_mmio_reg_write(sc, VIRTIO_MMIO_DRIVER_FEATURES,
(uint32_t)negotiated);
virtio_mmio_reg_write(sc, VIRTIO_MMIO_DRIVER_FEATURES_SEL, 1);
virtio_mmio_reg_write(sc, VIRTIO_MMIO_DRIVER_FEATURES,
(uint32_t)(negotiated >> 32));
if (device_features & VIRTIO_F_VERSION_1) {
virtio_mmio_set_status(vsc,
VIRTIO_CONFIG_DEVICE_STATUS_FEATURES_OK);
device_status = virtio_mmio_get_status(vsc);
if ((device_status &
VIRTIO_CONFIG_DEVICE_STATUS_FEATURES_OK) == 0) {
aprint_error_dev(self, "feature negotiation failed\n");
virtio_mmio_set_status(vsc,
VIRTIO_CONFIG_DEVICE_STATUS_FAILED);
return;
}
}
if (negotiated & VIRTIO_F_VERSION_1) {
vsc->sc_bus_endian = LITTLE_ENDIAN;
vsc->sc_struct_endian = LITTLE_ENDIAN;
vsc->sc_version_1 = true;
}
vsc->sc_active_features = negotiated;
}
int
virtio_mmio_intr(void *arg)
{
struct virtio_mmio_softc *sc = arg;
struct virtio_softc *vsc = &sc->sc_sc;
int isr, r = 0;
isr = virtio_mmio_reg_read(sc, VIRTIO_MMIO_INTERRUPT_STATUS);
virtio_mmio_reg_write(sc, VIRTIO_MMIO_INTERRUPT_ACK, isr);
if ((isr & VIRTIO_CONFIG_ISR_CONFIG_CHANGE) &&
(vsc->sc_config_change != NULL))
r = (vsc->sc_config_change)(vsc);
if ((isr & VIRTIO_CONFIG_ISR_QUEUE_INTERRUPT) &&
(vsc->sc_intrhand != NULL)) {
if (vsc->sc_soft_ih != NULL)
softint_schedule(vsc->sc_soft_ih);
else
r |= (vsc->sc_intrhand)(vsc);
}
return r;
}
static void
virtio_mmio_kick(struct virtio_softc *vsc, uint16_t idx)
{
struct virtio_mmio_softc *sc = (struct virtio_mmio_softc *)vsc;
virtio_mmio_reg_write(sc, VIRTIO_MMIO_QUEUE_NOTIFY, idx);
}
static int
virtio_mmio_alloc_interrupts(struct virtio_softc *vsc)
{
struct virtio_mmio_softc * const sc = (struct virtio_mmio_softc *)vsc;
return sc->sc_alloc_interrupts(sc);
}
static void
virtio_mmio_free_interrupts(struct virtio_softc *vsc)
{
struct virtio_mmio_softc * const sc = (struct virtio_mmio_softc *)vsc;
sc->sc_free_interrupts(sc);
}
static int
virtio_mmio_setup_interrupts(struct virtio_softc *vsc __unused,
int reinit __unused)
{
return 0;
}