src/ata.c

   1 // Low level ATA disk access
   2 //
   3 // Copyright (C) 2008,2009  Kevin O'Connor <kevin@koconnor.net>
   4 // Copyright (C) 2002  MandrakeSoft S.A.
   5 //
   6 // This file may be distributed under the terms of the GNU LGPLv3 license.
   7
   8 #include "types.h" // u8
   9 #include "ioport.h" // inb
  10 #include "util.h" // dprintf
  11 #include "cmos.h" // inb_cmos
  12 #include "pic.h" // enable_hwirq
  13 #include "biosvar.h" // GET_EBDA
  14 #include "pci.h" // foreachpci
  15 #include "pci_ids.h" // PCI_CLASS_STORAGE_OTHER
  16 #include "pci_regs.h" // PCI_INTERRUPT_LINE
  17 #include "boot.h" // add_bcv_hd
  18 #include "disk.h" // struct ata_s
  19 #include "ata.h" // ATA_CB_STAT
  20
  21 #define IDE_TIMEOUT 32000 //32 seconds max for IDE ops
  22
  23 struct ata_channel_s ATA_channels[CONFIG_MAX_ATA_INTERFACES] VAR16VISIBLE;
  24
  25
  26 /****************************************************************
  27  * Helper functions
  28  ****************************************************************/
  29
  30 // Wait for the specified ide state
  31 static inline int
  32 await_ide(u8 mask, u8 flags, u16 base, u16 timeout)
  33 {
  34     u64 end = calc_future_tsc(timeout);
  35     for (;;) {
  36         u8 status = inb(base+ATA_CB_STAT);
  37         if ((status & mask) == flags)
  38             return status;
  39         if (check_time(end)) {
  40             dprintf(1, "IDE time out\n");
  41             return -1;
  42         }
  43         yield();
  44     }
  45 }
  46
  47 // Wait for the device to be not-busy.
  48 static int
  49 await_not_bsy(u16 base)
  50 {
  51     return await_ide(ATA_CB_STAT_BSY, 0, base, IDE_TIMEOUT);
  52 }
  53
  54 // Wait for the device to be ready.
  55 static int
  56 await_rdy(u16 base)
  57 {
  58     return await_ide(ATA_CB_STAT_RDY, ATA_CB_STAT_RDY, base, IDE_TIMEOUT);
  59 }
  60
  61 // Wait for ide state - pauses for one ata cycle first.
  62 static inline int
  63 pause_await_not_bsy(u16 iobase1, u16 iobase2)
  64 {
  65     // Wait one PIO transfer cycle.
  66     inb(iobase2 + ATA_CB_ASTAT);
  67
  68     return await_not_bsy(iobase1);
  69 }
  70
  71 // Wait for ide state - pause for 400ns first.
  72 static inline int
  73 ndelay_await_not_bsy(u16 iobase1)
  74 {
  75     ndelay(400);
  76     return await_not_bsy(iobase1);
  77 }
  78
  79 // Reset a drive
  80 static void
  81 ata_reset(struct drive_s *drive_g)
  82 {
  83     u8 ataid = GET_GLOBAL(drive_g->cntl_id);
  84     u8 channel = ataid / 2;
  85     u8 slave = ataid % 2;
  86     u16 iobase1 = GET_GLOBAL(ATA_channels[channel].iobase1);
  87     u16 iobase2 = GET_GLOBAL(ATA_channels[channel].iobase2);
  88
  89     dprintf(6, "ata_reset drive=%p\n", drive_g);
  90     // Pulse SRST
  91     outb(ATA_CB_DC_HD15 | ATA_CB_DC_NIEN | ATA_CB_DC_SRST, iobase2+ATA_CB_DC);
  92     udelay(5);
  93     outb(ATA_CB_DC_HD15 | ATA_CB_DC_NIEN, iobase2+ATA_CB_DC);
  94     msleep(2);
  95
  96     // wait for device to become not busy.
  97     int status = await_not_bsy(iobase1);
  98     if (status < 0)
  99         goto done;
 100     if (slave) {
 101         // Change device.
 102         u64 end = calc_future_tsc(IDE_TIMEOUT);
 103         for (;;) {
 104             outb(ATA_CB_DH_DEV1, iobase1 + ATA_CB_DH);
 105             status = ndelay_await_not_bsy(iobase1);
 106             if (status < 0)
 107                 goto done;
 108             if (inb(iobase1 + ATA_CB_DH) == ATA_CB_DH_DEV1)
 109                 break;
 110             // Change drive request failed to take effect - retry.
 111             if (check_time(end)) {
 112                 dprintf(1, "ata_reset slave time out\n");
 113                 goto done;
 114             }
 115         }
 116     } else {
 117         // QEMU doesn't reset dh on reset, so set it explicitly.
 118         outb(ATA_CB_DH_DEV0, iobase1 + ATA_CB_DH);
 119     }
 120
 121     // On a user-reset request, wait for RDY if it is an ATA device.
 122     u8 type=GET_GLOBAL(drive_g->type);
 123     if (type == DTYPE_ATA)
 124         status = await_rdy(iobase1);
 125
 126 done:
 127     // Enable interrupts
 128     outb(ATA_CB_DC_HD15, iobase2+ATA_CB_DC);
 129
 130     dprintf(6, "ata_reset exit status=%x\n", status);
 131 }
 132
 133 // Check for drive RDY for 16bit interface command.
 134 static int
 135 isready(struct drive_s *drive_g)
 136 {
 137     // Read the status from controller
 138     u8 ataid = GET_GLOBAL(drive_g->cntl_id);
 139     u8 channel = ataid / 2;
 140     u16 iobase1 = GET_GLOBAL(ATA_channels[channel].iobase1);
 141     u8 status = inb(iobase1 + ATA_CB_STAT);
 142     if ((status & (ATA_CB_STAT_BSY|ATA_CB_STAT_RDY)) == ATA_CB_STAT_RDY)
 143         return DISK_RET_SUCCESS;
 144     return DISK_RET_ENOTREADY;
 145 }
 146
 147 // Default 16bit command demuxer for ATA and ATAPI devices.
 148 static int
 149 process_ata_misc_op(struct disk_op_s *op)
 150 {
 151     if (!CONFIG_ATA)
 152         return 0;
 153
 154     switch (op->command) {
 155     case CMD_RESET:
 156         ata_reset(op->drive_g);
 157         return DISK_RET_SUCCESS;
 158     case CMD_ISREADY:
 159         return isready(op->drive_g);
 160     case CMD_FORMAT:
 161     case CMD_VERIFY:
 162     case CMD_SEEK:
 163         return DISK_RET_SUCCESS;
 164     default:
 165         op->count = 0;
 166         return DISK_RET_EPARAM;
 167     }
 168 }
 169
 170
 171 /****************************************************************
 172  * ATA send command
 173  ****************************************************************/
 174
 175 struct ata_pio_command {
 176     u8 feature;
 177     u8 sector_count;
 178     u8 lba_low;
 179     u8 lba_mid;
 180     u8 lba_high;
 181     u8 device;
 182     u8 command;
 183
 184     u8 feature2;
 185     u8 sector_count2;
 186     u8 lba_low2;
 187     u8 lba_mid2;
 188     u8 lba_high2;
 189 };
 190
 191 // Send an ata command to the drive.
 192 static int
 193 send_cmd(struct drive_s *drive_g, struct ata_pio_command *cmd)
 194 {
 195     u8 ataid = GET_GLOBAL(drive_g->cntl_id);
 196     u8 channel = ataid / 2;
 197     u8 slave = ataid % 2;
 198     u16 iobase1 = GET_GLOBAL(ATA_channels[channel].iobase1);
 199
 200     // Select device
 201     int status = await_not_bsy(iobase1);
 202     if (status < 0)
 203         return status;
 204     u8 newdh = ((cmd->device & ~ATA_CB_DH_DEV1)
 205                 | (slave ? ATA_CB_DH_DEV1 : ATA_CB_DH_DEV0));
 206     u8 olddh = inb(iobase1 + ATA_CB_DH);
 207     outb(newdh, iobase1 + ATA_CB_DH);
 208     if ((olddh ^ newdh) & (1<<4)) {
 209         // Was a device change - wait for device to become not busy.
 210         status = ndelay_await_not_bsy(iobase1);
 211         if (status < 0)
 212             return status;
 213     }
 214
 215     // Check for ATA_CMD_(READ|WRITE)_(SECTORS|DMA)_EXT commands.
 216     if ((cmd->command & ~0x11) == ATA_CMD_READ_SECTORS_EXT) {
 217         outb(cmd->feature2, iobase1 + ATA_CB_FR);
 218         outb(cmd->sector_count2, iobase1 + ATA_CB_SC);
 219         outb(cmd->lba_low2, iobase1 + ATA_CB_SN);
 220         outb(cmd->lba_mid2, iobase1 + ATA_CB_CL);
 221         outb(cmd->lba_high2, iobase1 + ATA_CB_CH);
 222     }
 223     outb(cmd->feature, iobase1 + ATA_CB_FR);
 224     outb(cmd->sector_count, iobase1 + ATA_CB_SC);
 225     outb(cmd->lba_low, iobase1 + ATA_CB_SN);
 226     outb(cmd->lba_mid, iobase1 + ATA_CB_CL);
 227     outb(cmd->lba_high, iobase1 + ATA_CB_CH);
 228     outb(cmd->command, iobase1 + ATA_CB_CMD);
 229
 230     return 0;
 231 }
 232
 233 // Wait for data after calling 'send_cmd'.
 234 static int
 235 ata_wait_data(u16 iobase1)
 236 {
 237     int status = ndelay_await_not_bsy(iobase1);
 238     if (status < 0)
 239         return status;
 240
 241     if (status & ATA_CB_STAT_ERR) {
 242         dprintf(6, "send_cmd : read error (status=%02x err=%02x)\n"
 243                 , status, inb(iobase1 + ATA_CB_ERR));
 244         return -4;
 245     }
 246     if (!(status & ATA_CB_STAT_DRQ)) {
 247         dprintf(6, "send_cmd : DRQ not set (status %02x)\n", status);
 248         return -5;
 249     }
 250
 251     return 0;
 252 }
 253
 254 // Send an ata command that does not transfer any further data.
 255 int
 256 ata_cmd_nondata(struct drive_s *drive_g, struct ata_pio_command *cmd)
 257 {
 258     u8 ataid = GET_GLOBAL(drive_g->cntl_id);
 259     u8 channel = ataid / 2;
 260     u16 iobase1 = GET_GLOBAL(ATA_channels[channel].iobase1);
 261     u16 iobase2 = GET_GLOBAL(ATA_channels[channel].iobase2);
 262
 263     // Disable interrupts
 264     outb(ATA_CB_DC_HD15 | ATA_CB_DC_NIEN, iobase2 + ATA_CB_DC);
 265
 266     int ret = send_cmd(drive_g, cmd);
 267     if (ret)
 268         goto fail;
 269     ret = ndelay_await_not_bsy(iobase1);
 270     if (ret < 0)
 271         goto fail;
 272
 273     if (ret & ATA_CB_STAT_ERR) {
 274         dprintf(6, "nondata cmd : read error (status=%02x err=%02x)\n"
 275                 , ret, inb(iobase1 + ATA_CB_ERR));
 276         ret = -4;
 277         goto fail;
 278     }
 279     if (ret & ATA_CB_STAT_DRQ) {
 280         dprintf(6, "nondata cmd : DRQ set (status %02x)\n", ret);
 281         ret = -5;
 282         goto fail;
 283     }
 284
 285 fail:
 286     // Enable interrupts
 287     outb(ATA_CB_DC_HD15, iobase2+ATA_CB_DC);
 288
 289     return ret;
 290 }
 291
 292
 293 /****************************************************************
 294  * ATA PIO transfers
 295  ****************************************************************/
 296
 297 // Transfer 'op->count' blocks (of 'blocksize' bytes) to/from drive
 298 // 'op->drive_g'.
 299 static int
 300 ata_pio_transfer(struct disk_op_s *op, int iswrite, int blocksize)
 301 {
 302     dprintf(16, "ata_pio_transfer id=%p write=%d count=%d bs=%d buf=%p\n"
 303             , op->drive_g, iswrite, op->count, blocksize, op->buf_fl);
 304
 305     u8 ataid = GET_GLOBAL(op->drive_g->cntl_id);
 306     u8 channel = ataid / 2;
 307     u16 iobase1 = GET_GLOBAL(ATA_channels[channel].iobase1);
 308     u16 iobase2 = GET_GLOBAL(ATA_channels[channel].iobase2);
 309     int count = op->count;
 310     void *buf_fl = op->buf_fl;
 311     int status;
 312     for (;;) {
 313         if (iswrite) {
 314             // Write data to controller
 315             dprintf(16, "Write sector id=%p dest=%p\n", op->drive_g, buf_fl);
 316             if (CONFIG_ATA_PIO32)
 317                 outsl_fl(iobase1, buf_fl, blocksize / 4);
 318             else
 319                 outsw_fl(iobase1, buf_fl, blocksize / 2);
 320         } else {
 321             // Read data from controller
 322             dprintf(16, "Read sector id=%p dest=%p\n", op->drive_g, buf_fl);
 323             if (CONFIG_ATA_PIO32)
 324                 insl_fl(iobase1, buf_fl, blocksize / 4);
 325             else
 326                 insw_fl(iobase1, buf_fl, blocksize / 2);
 327         }
 328         buf_fl += blocksize;
 329
 330         status = pause_await_not_bsy(iobase1, iobase2);
 331         if (status < 0) {
 332             // Error
 333             op->count -= count;
 334             return status;
 335         }
 336
 337         count--;
 338         if (!count)
 339             break;
 340         status &= (ATA_CB_STAT_BSY | ATA_CB_STAT_DRQ | ATA_CB_STAT_ERR);
 341         if (status != ATA_CB_STAT_DRQ) {
 342             dprintf(6, "ata_pio_transfer : more sectors left (status %02x)\n"
 343                     , status);
 344             op->count -= count;
 345             return -6;
 346         }
 347     }
 348
 349     status &= (ATA_CB_STAT_BSY | ATA_CB_STAT_DF | ATA_CB_STAT_DRQ
 350                | ATA_CB_STAT_ERR);
 351     if (!iswrite)
 352         status &= ~ATA_CB_STAT_DF;
 353     if (status != 0) {
 354         dprintf(6, "ata_pio_transfer : no sectors left (status %02x)\n", status);
 355         return -7;
 356     }
 357
 358     return 0;
 359 }
 360
 361
 362 /****************************************************************
 363  * ATA DMA transfers
 364  ****************************************************************/
 365
 366 #define BM_CMD    0
 367 #define  BM_CMD_MEMWRITE  0x08
 368 #define  BM_CMD_START     0x01
 369 #define BM_STATUS 2
 370 #define  BM_STATUS_IRQ    0x04
 371 #define  BM_STATUS_ERROR  0x02
 372 #define  BM_STATUS_ACTIVE 0x01
 373 #define BM_TABLE  4
 374
 375 struct sff_dma_prd {
 376     u32 buf_fl;
 377     u32 count;
 378 };
 379
 380 // Check if DMA available and setup transfer if so.
 381 static int
 382 ata_try_dma(struct disk_op_s *op, int iswrite, int blocksize)
 383 {
 384     u32 dest = (u32)op->buf_fl;
 385     if (dest & 1)
 386         // Need minimum alignment of 1.
 387         return -1;
 388     u8 ataid = GET_GLOBAL(op->drive_g->cntl_id);
 389     u8 channel = ataid / 2;
 390     u16 iomaster = GET_GLOBAL(ATA_channels[channel].iomaster);
 391     if (! iomaster)
 392         return -1;
 393     u32 bytes = op->count * blocksize;
 394     if (! bytes)
 395         return -1;
 396
 397     // Build PRD dma structure.
 398     struct sff_dma_prd *dma = MAKE_FLATPTR(
 399         get_ebda_seg()
 400         , (void*)offsetof(struct extended_bios_data_area_s, extra_stack));
 401     struct sff_dma_prd *origdma = dma;
 402     while (bytes) {
 403         if (dma >= &origdma[16])
 404             // Too many descriptors..
 405             return -1;
 406         u32 count = bytes;
 407         if (count > 0x10000)
 408             count = 0x10000;
 409         u32 max = 0x10000 - (dest & 0xffff);
 410         if (count > max)
 411             count = max;
 412
 413         SET_FLATPTR(dma->buf_fl, dest);
 414         bytes -= count;
 415         if (!bytes)
 416             // Last descriptor.
 417             count |= 1<<31;
 418         dprintf(16, "dma@%p: %08x %08x\n", dma, dest, count);
 419         dest += count;
 420         SET_FLATPTR(dma->count, count);
 421         dma++;
 422     }
 423
 424     // Program bus-master controller.
 425     outl((u32)origdma, iomaster + BM_TABLE);
 426     u8 oldcmd = inb(iomaster + BM_CMD) & ~(BM_CMD_MEMWRITE|BM_CMD_START);
 427     outb(oldcmd | (iswrite ? 0x00 : BM_CMD_MEMWRITE), iomaster + BM_CMD);
 428     outb(BM_STATUS_ERROR|BM_STATUS_IRQ, iomaster + BM_STATUS);
 429
 430     return 0;
 431 }
 432
 433 // Transfer data using DMA.
 434 static int
 435 ata_dma_transfer(struct disk_op_s *op)
 436 {
 437     dprintf(16, "ata_dma_transfer id=%p buf=%p\n"
 438             , op->drive_g, op->buf_fl);
 439
 440     u8 ataid = GET_GLOBAL(op->drive_g->cntl_id);
 441     u8 channel = ataid / 2;
 442     u16 iomaster = GET_GLOBAL(ATA_channels[channel].iomaster);
 443
 444     // Start bus-master controller.
 445     u8 oldcmd = inb(iomaster + BM_CMD);
 446     outb(oldcmd | BM_CMD_START, iomaster + BM_CMD);
 447
 448     u64 end = calc_future_tsc(IDE_TIMEOUT);
 449     u8 status;
 450     for (;;) {
 451         status = inb(iomaster + BM_STATUS);
 452         if (status & BM_STATUS_IRQ)
 453             break;
 454         // Transfer in progress
 455         if (check_time(end)) {
 456             // Timeout.
 457             dprintf(1, "IDE DMA timeout\n");
 458             break;
 459         }
 460         yield();
 461     }
 462     outb(oldcmd & ~BM_CMD_START, iomaster + BM_CMD);
 463
 464     u16 iobase1 = GET_GLOBAL(ATA_channels[channel].iobase1);
 465     u16 iobase2 = GET_GLOBAL(ATA_channels[channel].iobase2);
 466     int idestatus = pause_await_not_bsy(iobase1, iobase2);
 467
 468     if ((status & (BM_STATUS_IRQ|BM_STATUS_ACTIVE)) == BM_STATUS_IRQ
 469         && idestatus >= 0x00
 470         && (idestatus & (ATA_CB_STAT_BSY | ATA_CB_STAT_DF | ATA_CB_STAT_DRQ
 471                          | ATA_CB_STAT_ERR)) == 0x00)
 472         // Success.
 473         return 0;
 474
 475     dprintf(6, "IDE DMA error (dma=%x ide=%x/%x/%x)\n", status, idestatus
 476             , inb(iobase2 + ATA_CB_ASTAT), inb(iobase1 + ATA_CB_ERR));
 477     op->count = 0;
 478     return -1;
 479 }
 480
 481
 482 /****************************************************************
 483  * ATA hard drive functions
 484  ****************************************************************/
 485
 486 // Transfer data to harddrive using PIO protocol.
 487 static int
 488 ata_pio_cmd_data(struct disk_op_s *op, int iswrite, struct ata_pio_command *cmd)
 489 {
 490     u8 ataid = GET_GLOBAL(op->drive_g->cntl_id);
 491     u8 channel = ataid / 2;
 492     u16 iobase1 = GET_GLOBAL(ATA_channels[channel].iobase1);
 493     u16 iobase2 = GET_GLOBAL(ATA_channels[channel].iobase2);
 494
 495     // Disable interrupts
 496     outb(ATA_CB_DC_HD15 | ATA_CB_DC_NIEN, iobase2 + ATA_CB_DC);
 497
 498     int ret = send_cmd(op->drive_g, cmd);
 499     if (ret)
 500         goto fail;
 501     ret = ata_wait_data(iobase1);
 502     if (ret)
 503         goto fail;
 504     ret = ata_pio_transfer(op, iswrite, DISK_SECTOR_SIZE);
 505
 506 fail:
 507     // Enable interrupts
 508     outb(ATA_CB_DC_HD15, iobase2+ATA_CB_DC);
 509     return ret;
 510 }
 511
 512 // Transfer data to harddrive using DMA protocol.
 513 static int
 514 ata_dma_cmd_data(struct disk_op_s *op, struct ata_pio_command *cmd)
 515 {
 516     int ret = send_cmd(op->drive_g, cmd);
 517     if (ret)
 518         return ret;
 519     return ata_dma_transfer(op);
 520 }
 521
 522 // Read/write count blocks from a harddrive.
 523 static int
 524 ata_readwrite(struct disk_op_s *op, int iswrite)
 525 {
 526     u64 lba = op->lba;
 527
 528     int usepio = ata_try_dma(op, iswrite, DISK_SECTOR_SIZE);
 529
 530     struct ata_pio_command cmd;
 531     memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
 532
 533     if (op->count >= (1<<8) || lba + op->count >= (1<<28)) {
 534         cmd.sector_count2 = op->count >> 8;
 535         cmd.lba_low2 = lba >> 24;
 536         cmd.lba_mid2 = lba >> 32;
 537         cmd.lba_high2 = lba >> 40;
 538         lba &= 0xffffff;
 539
 540         if (usepio)
 541             cmd.command = (iswrite ? ATA_CMD_WRITE_SECTORS_EXT
 542                            : ATA_CMD_READ_SECTORS_EXT);
 543         else
 544             cmd.command = (iswrite ? ATA_CMD_WRITE_DMA_EXT
 545                            : ATA_CMD_READ_DMA_EXT);
 546     } else {
 547         if (usepio)
 548             cmd.command = (iswrite ? ATA_CMD_WRITE_SECTORS
 549                            : ATA_CMD_READ_SECTORS);
 550         else
 551             cmd.command = (iswrite ? ATA_CMD_WRITE_DMA
 552                            : ATA_CMD_READ_DMA);
 553     }
 554
 555     cmd.sector_count = op->count;
 556     cmd.lba_low = lba;
 557     cmd.lba_mid = lba >> 8;
 558     cmd.lba_high = lba >> 16;
 559     cmd.device = ((lba >> 24) & 0xf) | ATA_CB_DH_LBA;
 560
 561     int ret;
 562     if (usepio)
 563         ret = ata_pio_cmd_data(op, iswrite, &cmd);
 564     else
 565         ret = ata_dma_cmd_data(op, &cmd);
 566     if (ret)
 567         return DISK_RET_EBADTRACK;
 568     return DISK_RET_SUCCESS;
 569 }
 570
 571 // 16bit command demuxer for ATA harddrives.
 572 int
 573 process_ata_op(struct disk_op_s *op)
 574 {
 575     if (!CONFIG_ATA)
 576         return 0;
 577
 578     switch (op->command) {
 579     case CMD_READ:
 580         return ata_readwrite(op, 0);
 581     case CMD_WRITE:
 582         return ata_readwrite(op, 1);
 583     default:
 584         return process_ata_misc_op(op);
 585     }
 586 }
 587
 588
 589 /****************************************************************
 590  * ATAPI functions
 591  ****************************************************************/
 592
 593 // Low-level atapi command transmit function.
 594 static int
 595 atapi_cmd_data(struct disk_op_s *op, u8 *cmdbuf, u8 cmdlen, u16 blocksize)
 596 {
 597     u8 ataid = GET_GLOBAL(op->drive_g->cntl_id);
 598     u8 channel = ataid / 2;
 599     u16 iobase1 = GET_GLOBAL(ATA_channels[channel].iobase1);
 600     u16 iobase2 = GET_GLOBAL(ATA_channels[channel].iobase2);
 601
 602     struct ata_pio_command cmd;
 603     memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
 604     cmd.lba_mid = blocksize;
 605     cmd.lba_high = blocksize >> 8;
 606     cmd.command = ATA_CMD_PACKET;
 607
 608     // Disable interrupts
 609     outb(ATA_CB_DC_HD15 | ATA_CB_DC_NIEN, iobase2 + ATA_CB_DC);
 610
 611     int ret = send_cmd(op->drive_g, &cmd);
 612     if (ret)
 613         goto fail;
 614     ret = ata_wait_data(iobase1);
 615     if (ret)
 616         goto fail;
 617
 618     // Send command to device
 619     outsw_fl(iobase1, MAKE_FLATPTR(GET_SEG(SS), cmdbuf), cmdlen / 2);
 620
 621     int status = pause_await_not_bsy(iobase1, iobase2);
 622     if (status < 0) {
 623         ret = status;
 624         goto fail;
 625     }
 626
 627     if (status & ATA_CB_STAT_ERR) {
 628         u8 err = inb(iobase1 + ATA_CB_ERR);
 629         // skip "Not Ready"
 630         if (err != 0x20)
 631             dprintf(6, "send_atapi_cmd : read error (status=%02x err=%02x)\n"
 632                     , status, err);
 633         ret = -2;
 634         goto fail;
 635     }
 636     if (!(status & ATA_CB_STAT_DRQ)) {
 637         dprintf(6, "send_atapi_cmd : DRQ not set (status %02x)\n", status);
 638         ret = -3;
 639         goto fail;
 640     }
 641
 642     ret = ata_pio_transfer(op, 0, blocksize);
 643
 644 fail:
 645     // Enable interrupts
 646     outb(ATA_CB_DC_HD15, iobase2+ATA_CB_DC);
 647     return ret;
 648 }
 649
 650 // Read sectors from the cdrom.
 651 int
 652 cdrom_read(struct disk_op_s *op)
 653 {
 654     u8 atacmd[12];
 655     memset(atacmd, 0, sizeof(atacmd));
 656     atacmd[0]=0x28;                         // READ command
 657     atacmd[7]=(op->count & 0xff00) >> 8;    // Sectors
 658     atacmd[8]=(op->count & 0x00ff);
 659     atacmd[2]=(op->lba & 0xff000000) >> 24; // LBA
 660     atacmd[3]=(op->lba & 0x00ff0000) >> 16;
 661     atacmd[4]=(op->lba & 0x0000ff00) >> 8;
 662     atacmd[5]=(op->lba & 0x000000ff);
 663
 664     return atapi_cmd_data(op, atacmd, sizeof(atacmd), CDROM_SECTOR_SIZE);
 665 }
 666
 667 // 16bit command demuxer for ATAPI cdroms.
 668 int
 669 process_atapi_op(struct disk_op_s *op)
 670 {
 671     int ret;
 672     switch (op->command) {
 673     case CMD_READ:
 674         ret = cdrom_read(op);
 675         if (ret)
 676             return DISK_RET_EBADTRACK;
 677         return DISK_RET_SUCCESS;
 678     case CMD_FORMAT:
 679     case CMD_WRITE:
 680         return DISK_RET_EWRITEPROTECT;
 681     default:
 682         return process_ata_misc_op(op);
 683     }
 684 }
 685
 686 // Send a simple atapi command to a drive.
 687 int
 688 ata_cmd_packet(struct drive_s *drive_g, u8 *cmdbuf, u8 cmdlen
 689                , u32 length, void *buf_fl)
 690 {
 691     struct disk_op_s dop;
 692     memset(&dop, 0, sizeof(dop));
 693     dop.drive_g = drive_g;
 694     dop.count = 1;
 695     dop.buf_fl = buf_fl;
 696
 697     return atapi_cmd_data(&dop, cmdbuf, cmdlen, length);
 698 }
 699
 700
 701 /****************************************************************
 702  * ATA detect and init
 703  ****************************************************************/
 704
 705 // Send an identify device or identify device packet command.
 706 static int
 707 send_ata_identity(struct drive_s *drive_g, u16 *buffer, int command)
 708 {
 709     memset(buffer, 0, DISK_SECTOR_SIZE);
 710
 711     struct disk_op_s dop;
 712     memset(&dop, 0, sizeof(dop));
 713     dop.drive_g = drive_g;
 714     dop.count = 1;
 715     dop.lba = 1;
 716     dop.buf_fl = MAKE_FLATPTR(GET_SEG(SS), buffer);
 717
 718     struct ata_pio_command cmd;
 719     memset(&cmd, 0, sizeof(cmd));
 720     cmd.command = command;
 721
 722     return ata_pio_cmd_data(&dop, 0, &cmd);
 723 }
 724
 725 // Extract the ATA/ATAPI version info.
 726 static int
 727 extract_version(u16 *buffer)
 728 {
 729     // Extract ATA/ATAPI version.
 730     u16 ataversion = buffer[80];
 731     u8 version;
 732     for (version=15; version>0; version--)
 733         if (ataversion & (1<<version))
 734             break;
 735     return version;
 736 }
 737
 738 // Extract common information from IDENTIFY commands.
 739 static void
 740 extract_identify(struct drive_s *drive_g, u16 *buffer)
 741 {
 742     dprintf(3, "Identify w0=%x w2=%x\n", buffer[0], buffer[2]);
 743
 744     // Read model name
 745     char *model = drive_g->model;
 746     int maxsize = ARRAY_SIZE(drive_g->model);
 747     int i;
 748     for (i=0; i<maxsize/2; i++) {
 749         u16 v = buffer[27+i];
 750         model[i*2] = v >> 8;
 751         model[i*2+1] = v & 0xff;
 752     }
 753     model[maxsize-1] = 0x00;
 754
 755     // Trim trailing spaces from model name.
 756     for (i=maxsize-2; i>0 && model[i] == 0x20; i--)
 757         model[i] = 0x00;
 758
 759     // Common flags.
 760     SET_GLOBAL(drive_g->removable, (buffer[0] & 0x80) ? 1 : 0);
 761     SET_GLOBAL(drive_g->cntl_info, extract_version(buffer));
 762 }
 763
 764 // Print out a description of the given atapi drive.
 765 void
 766 describe_atapi(struct drive_s *drive_g)
 767 {
 768     u8 ataid = drive_g->cntl_id;
 769     u8 channel = ataid / 2;
 770     u8 slave = ataid % 2;
 771     u8 version = drive_g->cntl_info;
 772     int iscd = drive_g->floppy_type;
 773     printf("ata%d-%d: %s ATAPI-%d %s", channel, slave
 774            , drive_g->model, version
 775            , (iscd ? "CD-Rom/DVD-Rom" : "Device"));
 776 }
 777
 778 // Detect if the given drive is an atapi - initialize it if so.
 779 static struct drive_s *
 780 init_drive_atapi(struct drive_s *dummy, u16 *buffer)
 781 {
 782     // Send an IDENTIFY_DEVICE_PACKET command to device
 783     int ret = send_ata_identity(dummy, buffer, ATA_CMD_IDENTIFY_PACKET_DEVICE);
 784     if (ret)
 785         return NULL;
 786
 787     // Success - setup as ATAPI.
 788     struct drive_s *drive_g = allocDrive();
 789     if (! drive_g)
 790         return NULL;
 791     SET_GLOBAL(drive_g->cntl_id, dummy->cntl_id);
 792     extract_identify(drive_g, buffer);
 793     SET_GLOBAL(drive_g->type, DTYPE_ATAPI);
 794     SET_GLOBAL(drive_g->blksize, CDROM_SECTOR_SIZE);
 795     SET_GLOBAL(drive_g->sectors, (u64)-1);
 796     u8 iscd = ((buffer[0] >> 8) & 0x1f) == 0x05;
 797     SET_GLOBAL(drive_g->floppy_type, iscd);
 798
 799     // fill cdidmap
 800     if (iscd)
 801         map_cd_drive(drive_g);
 802
 803     return drive_g;
 804 }
 805
 806 // Print out a description of the given ata drive.
 807 void
 808 describe_ata(struct drive_s *drive_g)
 809 {
 810     u8 ataid = drive_g->cntl_id;
 811     u8 channel = ataid / 2;
 812     u8 slave = ataid % 2;
 813     u64 sectors = drive_g->sectors;
 814     u8 version = drive_g->cntl_info;
 815     char *model = drive_g->model;
 816     printf("ata%d-%d: %s ATA-%d Hard-Disk", channel, slave, model, version);
 817     u64 sizeinmb = sectors >> 11;
 818     if (sizeinmb < (1 << 16))
 819         printf(" (%u MiBytes)", (u32)sizeinmb);
 820     else
 821         printf(" (%u GiBytes)", (u32)(sizeinmb >> 10));
 822 }
 823
 824 // Detect if the given drive is a regular ata drive - initialize it if so.
 825 static struct drive_s *
 826 init_drive_ata(struct drive_s *dummy, u16 *buffer)
 827 {
 828     // Send an IDENTIFY_DEVICE command to device
 829     int ret = send_ata_identity(dummy, buffer, ATA_CMD_IDENTIFY_DEVICE);
 830     if (ret)
 831         return NULL;
 832
 833     // Success - setup as ATA.
 834     struct drive_s *drive_g = allocDrive();
 835     if (! drive_g)
 836         return NULL;
 837     SET_GLOBAL(drive_g->cntl_id, dummy->cntl_id);
 838     extract_identify(drive_g, buffer);
 839     SET_GLOBAL(drive_g->type, DTYPE_ATA);
 840     SET_GLOBAL(drive_g->blksize, DISK_SECTOR_SIZE);
 841
 842     SET_GLOBAL(drive_g->pchs.cylinders, buffer[1]);
 843     SET_GLOBAL(drive_g->pchs.heads, buffer[3]);
 844     SET_GLOBAL(drive_g->pchs.spt, buffer[6]);
 845
 846     u64 sectors;
 847     if (buffer[83] & (1 << 10)) // word 83 - lba48 support
 848         sectors = *(u64*)&buffer[100]; // word 100-103
 849     else
 850         sectors = *(u32*)&buffer[60]; // word 60 and word 61
 851     SET_GLOBAL(drive_g->sectors, sectors);
 852
 853     // Setup disk geometry translation.
 854     setup_translation(drive_g);
 855
 856     // Register with bcv system.
 857     add_bcv_internal(drive_g);
 858
 859     return drive_g;
 860 }
 861
 862 static u64 SpinupEnd;
 863
 864 // Wait for non-busy status and check for "floating bus" condition.
 865 static int
 866 powerup_await_non_bsy(u16 base)
 867 {
 868     u8 orstatus = 0;
 869     u8 status;
 870     for (;;) {
 871         status = inb(base+ATA_CB_STAT);
 872         if (!(status & ATA_CB_STAT_BSY))
 873             break;
 874         orstatus |= status;
 875         if (orstatus == 0xff) {
 876             dprintf(1, "powerup IDE floating\n");
 877             return orstatus;
 878         }
 879         if (check_time(SpinupEnd)) {
 880             dprintf(1, "powerup IDE time out\n");
 881             return -1;
 882         }
 883         yield();
 884     }
 885     dprintf(6, "powerup iobase=%x st=%x\n", base, status);
 886     return status;
 887 }
 888
 889 // Detect any drives attached to a given controller.
 890 static void
 891 ata_detect(void *data)
 892 {
 893     struct ata_channel_s *atachannel = data;
 894     int startid = (atachannel - ATA_channels) * 2;
 895     struct drive_s dummy;
 896     memset(&dummy, 0, sizeof(dummy));
 897     // Device detection
 898     int ataid, last_reset_ataid=-1;
 899     for (ataid=startid; ataid<startid+2; ataid++) {
 900         u8 channel = ataid / 2;
 901         u8 slave = ataid % 2;
 902
 903         u16 iobase1 = GET_GLOBAL(ATA_channels[channel].iobase1);
 904         if (!iobase1)
 905             break;
 906
 907         // Wait for not-bsy.
 908         int status = powerup_await_non_bsy(iobase1);
 909         if (status < 0)
 910             continue;
 911         u8 newdh = slave ? ATA_CB_DH_DEV1 : ATA_CB_DH_DEV0;
 912         outb(newdh, iobase1+ATA_CB_DH);
 913         ndelay(400);
 914         status = powerup_await_non_bsy(iobase1);
 915         if (status < 0)
 916             continue;
 917
 918         // Check if ioport registers look valid.
 919         outb(newdh, iobase1+ATA_CB_DH);
 920         u8 dh = inb(iobase1+ATA_CB_DH);
 921         outb(0x55, iobase1+ATA_CB_SC);
 922         outb(0xaa, iobase1+ATA_CB_SN);
 923         u8 sc = inb(iobase1+ATA_CB_SC);
 924         u8 sn = inb(iobase1+ATA_CB_SN);
 925         dprintf(6, "ata_detect ataid=%d sc=%x sn=%x dh=%x\n"
 926                 , ataid, sc, sn, dh);
 927         if (sc != 0x55 || sn != 0xaa || dh != newdh)
 928             continue;
 929
 930         // Prepare new drive.
 931         dummy.cntl_id = ataid;
 932
 933         // reset the channel
 934         if (slave && ataid == last_reset_ataid + 1) {
 935             // The drive was just reset - no need to reset it again.
 936         } else {
 937             ata_reset(&dummy);
 938             last_reset_ataid = ataid;
 939         }
 940
 941         // check for ATAPI
 942         u16 buffer[256];
 943         struct drive_s *drive_g = init_drive_atapi(&dummy, buffer);
 944         if (!drive_g) {
 945             // Didn't find an ATAPI drive - look for ATA drive.
 946             u8 st = inb(iobase1+ATA_CB_STAT);
 947             if (!st)
 948                 // Status not set - can't be a valid drive.
 949                 continue;
 950
 951             // Wait for RDY.
 952             int ret = await_rdy(iobase1);
 953             if (ret < 0)
 954                 continue;
 955
 956             // check for ATA.
 957             drive_g = init_drive_ata(&dummy, buffer);
 958             if (!drive_g)
 959                 // No ATA drive found
 960                 continue;
 961         }
 962
 963         u16 resetresult = buffer[93];
 964         dprintf(6, "ata_detect resetresult=%04x\n", resetresult);
 965         if (!slave && (resetresult & 0xdf61) == 0x4041)
 966             // resetresult looks valid and device 0 is responding to
 967             // device 1 requests - device 1 must not be present - skip
 968             // detection.
 969             ataid++;
 970     }
 971 }
 972
 973 // Initialize an ata controller and detect its drives.
 974 static void
 975 init_controller(struct ata_channel_s *atachannel
 976                 , int bdf, int irq, u32 port1, u32 port2, u32 master)
 977 {
 978     SET_GLOBAL(atachannel->irq, irq);
 979     SET_GLOBAL(atachannel->pci_bdf, bdf);
 980     SET_GLOBAL(atachannel->iobase1, port1);
 981     SET_GLOBAL(atachannel->iobase2, port2);
 982     SET_GLOBAL(atachannel->iomaster, master);
 983     dprintf(1, "ATA controller %d at %x/%x/%x (irq %d dev %x)\n"
 984             , atachannel - ATA_channels, port1, port2, master, irq, bdf);
 985     run_thread(ata_detect, atachannel);
 986 }
 987
 988 #define IRQ_ATA1 14
 989 #define IRQ_ATA2 15
 990
 991 // Locate and init ata controllers.
 992 static void
 993 ata_init(void)
 994 {
 995     // Scan PCI bus for ATA adapters
 996     int count=0, pcicount=0;
 997     int bdf, max;
 998     foreachpci(bdf, max) {
 999         pcicount++;
1000         if (pci_config_readw(bdf, PCI_CLASS_DEVICE) != PCI_CLASS_STORAGE_IDE)
1001             continue;
1002         if (count >= ARRAY_SIZE(ATA_channels))
1003             break;
1004
1005         u8 pciirq = pci_config_readb(bdf, PCI_INTERRUPT_LINE);
1006         u8 prog_if = pci_config_readb(bdf, PCI_CLASS_PROG);
1007         int master = 0;
1008         if (prog_if & 0x80) {
1009             // Check for bus-mastering.
1010             u32 bar = pci_config_readl(bdf, PCI_BASE_ADDRESS_4);
1011             if (bar & PCI_BASE_ADDRESS_SPACE_IO) {
1012                 master = bar & PCI_BASE_ADDRESS_IO_MASK;
1013                 pci_config_maskw(bdf, PCI_COMMAND, 0, PCI_COMMAND_MASTER);
1014             }
1015         }
1016
1017         u32 port1, port2, irq;
1018         if (prog_if & 1) {
1019             port1 = pci_config_readl(bdf, PCI_BASE_ADDRESS_0) & ~3;
1020             port2 = pci_config_readl(bdf, PCI_BASE_ADDRESS_1) & ~3;
1021             irq = pciirq;
1022         } else {
1023             port1 = PORT_ATA1_CMD_BASE;
1024             port2 = PORT_ATA1_CTRL_BASE;
1025             irq = IRQ_ATA1;
1026         }
1027         init_controller(&ATA_channels[count], bdf, irq, port1, port2, master);
1028         count++;
1029
1030         if (prog_if & 4) {
1031             port1 = pci_config_readl(bdf, PCI_BASE_ADDRESS_2) & ~3;
1032             port2 = pci_config_readl(bdf, PCI_BASE_ADDRESS_3) & ~3;
1033             irq = pciirq;
1034         } else {
1035             port1 = PORT_ATA2_CMD_BASE;
1036             port2 = PORT_ATA2_CTRL_BASE;
1037             irq = IRQ_ATA2;
1038         }
1039         init_controller(&ATA_channels[count], bdf, irq, port1, port2
1040                         , master ? master + 8 : 0);
1041         count++;
1042     }
1043
1044     if (!CONFIG_COREBOOT && !pcicount && ARRAY_SIZE(ATA_channels) >= 2) {
1045         // No PCI devices found - probably a QEMU "-M isapc" machine.
1046         // Try using ISA ports for ATA controllers.
1047         init_controller(&ATA_channels[0], -1, IRQ_ATA1
1048                         , PORT_ATA1_CMD_BASE, PORT_ATA1_CTRL_BASE, 0);
1049         init_controller(&ATA_channels[1], -1, IRQ_ATA2
1050                         , PORT_ATA2_CMD_BASE, PORT_ATA2_CTRL_BASE, 0);
1051     }
1052 }
1053
1054 void
1055 ata_setup(void)
1056 {
1057     if (!CONFIG_ATA)
1058         return;
1059
1060     dprintf(3, "init hard drives\n");
1061
1062     SpinupEnd = calc_future_tsc(IDE_TIMEOUT);
1063     ata_init();
1064
1065     SET_BDA(disk_control_byte, 0xc0);
1066
1067     enable_hwirq(14, entry_76);
1068 }