xref: /arm-trusted-firmware/drivers/mtd/nor/spi_nor.c (revision 91f16700b400a8c0651d24a598fc48ee2997a0d7)
1*91f16700Schasinglulu /*
2*91f16700Schasinglulu  * Copyright (c) 2019-2022, STMicroelectronics - All Rights Reserved
3*91f16700Schasinglulu  *
4*91f16700Schasinglulu  * SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
5*91f16700Schasinglulu  */
6*91f16700Schasinglulu 
7*91f16700Schasinglulu #include <assert.h>
8*91f16700Schasinglulu #include <errno.h>
9*91f16700Schasinglulu #include <stddef.h>
10*91f16700Schasinglulu 
11*91f16700Schasinglulu #include <common/debug.h>
12*91f16700Schasinglulu #include <drivers/delay_timer.h>
13*91f16700Schasinglulu #include <drivers/spi_nor.h>
14*91f16700Schasinglulu #include <lib/utils.h>
15*91f16700Schasinglulu 
16*91f16700Schasinglulu #define SR_WIP			BIT(0)	/* Write in progress */
17*91f16700Schasinglulu #define CR_QUAD_EN_SPAN		BIT(1)	/* Spansion Quad I/O */
18*91f16700Schasinglulu #define SR_QUAD_EN_MX		BIT(6)	/* Macronix Quad I/O */
19*91f16700Schasinglulu #define FSR_READY		BIT(7)	/* Device status, 0 = Busy, 1 = Ready */
20*91f16700Schasinglulu 
21*91f16700Schasinglulu /* Defined IDs for supported memories */
22*91f16700Schasinglulu #define SPANSION_ID		0x01U
23*91f16700Schasinglulu #define MACRONIX_ID		0xC2U
24*91f16700Schasinglulu #define MICRON_ID		0x2CU
25*91f16700Schasinglulu 
26*91f16700Schasinglulu #define BANK_SIZE		0x1000000U
27*91f16700Schasinglulu 
28*91f16700Schasinglulu #define SPI_READY_TIMEOUT_US	40000U
29*91f16700Schasinglulu 
30*91f16700Schasinglulu static struct nor_device nor_dev;
31*91f16700Schasinglulu 
32*91f16700Schasinglulu #pragma weak plat_get_nor_data
33*91f16700Schasinglulu int plat_get_nor_data(struct nor_device *device)
34*91f16700Schasinglulu {
35*91f16700Schasinglulu 	return 0;
36*91f16700Schasinglulu }
37*91f16700Schasinglulu 
38*91f16700Schasinglulu static int spi_nor_reg(uint8_t reg, uint8_t *buf, size_t len,
39*91f16700Schasinglulu 		       enum spi_mem_data_dir dir)
40*91f16700Schasinglulu {
41*91f16700Schasinglulu 	struct spi_mem_op op;
42*91f16700Schasinglulu 
43*91f16700Schasinglulu 	zeromem(&op, sizeof(struct spi_mem_op));
44*91f16700Schasinglulu 	op.cmd.opcode = reg;
45*91f16700Schasinglulu 	op.cmd.buswidth = SPI_MEM_BUSWIDTH_1_LINE;
46*91f16700Schasinglulu 	op.data.buswidth = SPI_MEM_BUSWIDTH_1_LINE;
47*91f16700Schasinglulu 	op.data.dir = dir;
48*91f16700Schasinglulu 	op.data.nbytes = len;
49*91f16700Schasinglulu 	op.data.buf = buf;
50*91f16700Schasinglulu 
51*91f16700Schasinglulu 	return spi_mem_exec_op(&op);
52*91f16700Schasinglulu }
53*91f16700Schasinglulu 
54*91f16700Schasinglulu static inline int spi_nor_read_id(uint8_t *id)
55*91f16700Schasinglulu {
56*91f16700Schasinglulu 	return spi_nor_reg(SPI_NOR_OP_READ_ID, id, 1U, SPI_MEM_DATA_IN);
57*91f16700Schasinglulu }
58*91f16700Schasinglulu 
59*91f16700Schasinglulu static inline int spi_nor_read_cr(uint8_t *cr)
60*91f16700Schasinglulu {
61*91f16700Schasinglulu 	return spi_nor_reg(SPI_NOR_OP_READ_CR, cr, 1U, SPI_MEM_DATA_IN);
62*91f16700Schasinglulu }
63*91f16700Schasinglulu 
64*91f16700Schasinglulu static inline int spi_nor_read_sr(uint8_t *sr)
65*91f16700Schasinglulu {
66*91f16700Schasinglulu 	return spi_nor_reg(SPI_NOR_OP_READ_SR, sr, 1U, SPI_MEM_DATA_IN);
67*91f16700Schasinglulu }
68*91f16700Schasinglulu 
69*91f16700Schasinglulu static inline int spi_nor_read_fsr(uint8_t *fsr)
70*91f16700Schasinglulu {
71*91f16700Schasinglulu 	return spi_nor_reg(SPI_NOR_OP_READ_FSR, fsr, 1U, SPI_MEM_DATA_IN);
72*91f16700Schasinglulu }
73*91f16700Schasinglulu 
74*91f16700Schasinglulu static inline int spi_nor_write_en(void)
75*91f16700Schasinglulu {
76*91f16700Schasinglulu 	return spi_nor_reg(SPI_NOR_OP_WREN, NULL, 0U, SPI_MEM_DATA_OUT);
77*91f16700Schasinglulu }
78*91f16700Schasinglulu 
79*91f16700Schasinglulu /*
80*91f16700Schasinglulu  * Check if device is ready.
81*91f16700Schasinglulu  *
82*91f16700Schasinglulu  * Return 0 if ready, 1 if busy or a negative error code otherwise
83*91f16700Schasinglulu  */
84*91f16700Schasinglulu static int spi_nor_ready(void)
85*91f16700Schasinglulu {
86*91f16700Schasinglulu 	uint8_t sr;
87*91f16700Schasinglulu 	int ret;
88*91f16700Schasinglulu 
89*91f16700Schasinglulu 	ret = spi_nor_read_sr(&sr);
90*91f16700Schasinglulu 	if (ret != 0) {
91*91f16700Schasinglulu 		return ret;
92*91f16700Schasinglulu 	}
93*91f16700Schasinglulu 
94*91f16700Schasinglulu 	if ((nor_dev.flags & SPI_NOR_USE_FSR) != 0U) {
95*91f16700Schasinglulu 		uint8_t fsr;
96*91f16700Schasinglulu 
97*91f16700Schasinglulu 		ret = spi_nor_read_fsr(&fsr);
98*91f16700Schasinglulu 		if (ret != 0) {
99*91f16700Schasinglulu 			return ret;
100*91f16700Schasinglulu 		}
101*91f16700Schasinglulu 
102*91f16700Schasinglulu 		return (((fsr & FSR_READY) != 0U) && ((sr & SR_WIP) == 0U)) ?
103*91f16700Schasinglulu 			0 : 1;
104*91f16700Schasinglulu 	}
105*91f16700Schasinglulu 
106*91f16700Schasinglulu 	return (((sr & SR_WIP) == 0U) ? 0 : 1);
107*91f16700Schasinglulu }
108*91f16700Schasinglulu 
109*91f16700Schasinglulu static int spi_nor_wait_ready(void)
110*91f16700Schasinglulu {
111*91f16700Schasinglulu 	int ret;
112*91f16700Schasinglulu 	uint64_t timeout = timeout_init_us(SPI_READY_TIMEOUT_US);
113*91f16700Schasinglulu 
114*91f16700Schasinglulu 	while (!timeout_elapsed(timeout)) {
115*91f16700Schasinglulu 		ret = spi_nor_ready();
116*91f16700Schasinglulu 		if (ret <= 0) {
117*91f16700Schasinglulu 			return ret;
118*91f16700Schasinglulu 		}
119*91f16700Schasinglulu 	}
120*91f16700Schasinglulu 
121*91f16700Schasinglulu 	return -ETIMEDOUT;
122*91f16700Schasinglulu }
123*91f16700Schasinglulu 
124*91f16700Schasinglulu static int spi_nor_macronix_quad_enable(void)
125*91f16700Schasinglulu {
126*91f16700Schasinglulu 	uint8_t sr;
127*91f16700Schasinglulu 	int ret;
128*91f16700Schasinglulu 
129*91f16700Schasinglulu 	ret = spi_nor_read_sr(&sr);
130*91f16700Schasinglulu 	if (ret != 0) {
131*91f16700Schasinglulu 		return ret;
132*91f16700Schasinglulu 	}
133*91f16700Schasinglulu 
134*91f16700Schasinglulu 	if ((sr & SR_QUAD_EN_MX) != 0U) {
135*91f16700Schasinglulu 		return 0;
136*91f16700Schasinglulu 	}
137*91f16700Schasinglulu 
138*91f16700Schasinglulu 	ret = spi_nor_write_en();
139*91f16700Schasinglulu 	if (ret != 0) {
140*91f16700Schasinglulu 		return ret;
141*91f16700Schasinglulu 	}
142*91f16700Schasinglulu 
143*91f16700Schasinglulu 	sr |= SR_QUAD_EN_MX;
144*91f16700Schasinglulu 	ret = spi_nor_reg(SPI_NOR_OP_WRSR, &sr, 1U, SPI_MEM_DATA_OUT);
145*91f16700Schasinglulu 	if (ret != 0) {
146*91f16700Schasinglulu 		return ret;
147*91f16700Schasinglulu 	}
148*91f16700Schasinglulu 
149*91f16700Schasinglulu 	ret = spi_nor_wait_ready();
150*91f16700Schasinglulu 	if (ret != 0) {
151*91f16700Schasinglulu 		return ret;
152*91f16700Schasinglulu 	}
153*91f16700Schasinglulu 
154*91f16700Schasinglulu 	ret = spi_nor_read_sr(&sr);
155*91f16700Schasinglulu 	if ((ret != 0) || ((sr & SR_QUAD_EN_MX) == 0U)) {
156*91f16700Schasinglulu 		return -EINVAL;
157*91f16700Schasinglulu 	}
158*91f16700Schasinglulu 
159*91f16700Schasinglulu 	return 0;
160*91f16700Schasinglulu }
161*91f16700Schasinglulu 
162*91f16700Schasinglulu static int spi_nor_write_sr_cr(uint8_t *sr_cr)
163*91f16700Schasinglulu {
164*91f16700Schasinglulu 	int ret;
165*91f16700Schasinglulu 
166*91f16700Schasinglulu 	ret = spi_nor_write_en();
167*91f16700Schasinglulu 	if (ret != 0) {
168*91f16700Schasinglulu 		return ret;
169*91f16700Schasinglulu 	}
170*91f16700Schasinglulu 
171*91f16700Schasinglulu 	ret = spi_nor_reg(SPI_NOR_OP_WRSR, sr_cr, 2U, SPI_MEM_DATA_OUT);
172*91f16700Schasinglulu 	if (ret != 0) {
173*91f16700Schasinglulu 		return -EINVAL;
174*91f16700Schasinglulu 	}
175*91f16700Schasinglulu 
176*91f16700Schasinglulu 	ret = spi_nor_wait_ready();
177*91f16700Schasinglulu 	if (ret != 0) {
178*91f16700Schasinglulu 		return ret;
179*91f16700Schasinglulu 	}
180*91f16700Schasinglulu 
181*91f16700Schasinglulu 	return 0;
182*91f16700Schasinglulu }
183*91f16700Schasinglulu 
184*91f16700Schasinglulu static int spi_nor_quad_enable(void)
185*91f16700Schasinglulu {
186*91f16700Schasinglulu 	uint8_t sr_cr[2];
187*91f16700Schasinglulu 	int ret;
188*91f16700Schasinglulu 
189*91f16700Schasinglulu 	ret = spi_nor_read_cr(&sr_cr[1]);
190*91f16700Schasinglulu 	if (ret != 0) {
191*91f16700Schasinglulu 		return ret;
192*91f16700Schasinglulu 	}
193*91f16700Schasinglulu 
194*91f16700Schasinglulu 	if ((sr_cr[1] & CR_QUAD_EN_SPAN) != 0U) {
195*91f16700Schasinglulu 		return 0;
196*91f16700Schasinglulu 	}
197*91f16700Schasinglulu 
198*91f16700Schasinglulu 	sr_cr[1] |= CR_QUAD_EN_SPAN;
199*91f16700Schasinglulu 	ret = spi_nor_read_sr(&sr_cr[0]);
200*91f16700Schasinglulu 	if (ret != 0) {
201*91f16700Schasinglulu 		return ret;
202*91f16700Schasinglulu 	}
203*91f16700Schasinglulu 
204*91f16700Schasinglulu 	ret = spi_nor_write_sr_cr(sr_cr);
205*91f16700Schasinglulu 	if (ret != 0) {
206*91f16700Schasinglulu 		return ret;
207*91f16700Schasinglulu 	}
208*91f16700Schasinglulu 
209*91f16700Schasinglulu 	ret = spi_nor_read_cr(&sr_cr[1]);
210*91f16700Schasinglulu 	if ((ret != 0) || ((sr_cr[1] & CR_QUAD_EN_SPAN) == 0U)) {
211*91f16700Schasinglulu 		return -EINVAL;
212*91f16700Schasinglulu 	}
213*91f16700Schasinglulu 
214*91f16700Schasinglulu 	return 0;
215*91f16700Schasinglulu }
216*91f16700Schasinglulu 
217*91f16700Schasinglulu static int spi_nor_clean_bar(void)
218*91f16700Schasinglulu {
219*91f16700Schasinglulu 	int ret;
220*91f16700Schasinglulu 
221*91f16700Schasinglulu 	if (nor_dev.selected_bank == 0U) {
222*91f16700Schasinglulu 		return 0;
223*91f16700Schasinglulu 	}
224*91f16700Schasinglulu 
225*91f16700Schasinglulu 	nor_dev.selected_bank = 0U;
226*91f16700Schasinglulu 
227*91f16700Schasinglulu 	ret = spi_nor_write_en();
228*91f16700Schasinglulu 	if (ret != 0) {
229*91f16700Schasinglulu 		return ret;
230*91f16700Schasinglulu 	}
231*91f16700Schasinglulu 
232*91f16700Schasinglulu 	return spi_nor_reg(nor_dev.bank_write_cmd, &nor_dev.selected_bank,
233*91f16700Schasinglulu 			   1U, SPI_MEM_DATA_OUT);
234*91f16700Schasinglulu }
235*91f16700Schasinglulu 
236*91f16700Schasinglulu static int spi_nor_write_bar(uint32_t offset)
237*91f16700Schasinglulu {
238*91f16700Schasinglulu 	uint8_t selected_bank = offset / BANK_SIZE;
239*91f16700Schasinglulu 	int ret;
240*91f16700Schasinglulu 
241*91f16700Schasinglulu 	if (selected_bank == nor_dev.selected_bank) {
242*91f16700Schasinglulu 		return 0;
243*91f16700Schasinglulu 	}
244*91f16700Schasinglulu 
245*91f16700Schasinglulu 	ret = spi_nor_write_en();
246*91f16700Schasinglulu 	if (ret != 0) {
247*91f16700Schasinglulu 		return ret;
248*91f16700Schasinglulu 	}
249*91f16700Schasinglulu 
250*91f16700Schasinglulu 	ret = spi_nor_reg(nor_dev.bank_write_cmd, &selected_bank,
251*91f16700Schasinglulu 			  1U, SPI_MEM_DATA_OUT);
252*91f16700Schasinglulu 	if (ret != 0) {
253*91f16700Schasinglulu 		return ret;
254*91f16700Schasinglulu 	}
255*91f16700Schasinglulu 
256*91f16700Schasinglulu 	nor_dev.selected_bank = selected_bank;
257*91f16700Schasinglulu 
258*91f16700Schasinglulu 	return 0;
259*91f16700Schasinglulu }
260*91f16700Schasinglulu 
261*91f16700Schasinglulu static int spi_nor_read_bar(void)
262*91f16700Schasinglulu {
263*91f16700Schasinglulu 	uint8_t selected_bank = 0U;
264*91f16700Schasinglulu 	int ret;
265*91f16700Schasinglulu 
266*91f16700Schasinglulu 	ret = spi_nor_reg(nor_dev.bank_read_cmd, &selected_bank,
267*91f16700Schasinglulu 			  1U, SPI_MEM_DATA_IN);
268*91f16700Schasinglulu 	if (ret != 0) {
269*91f16700Schasinglulu 		return ret;
270*91f16700Schasinglulu 	}
271*91f16700Schasinglulu 
272*91f16700Schasinglulu 	nor_dev.selected_bank = selected_bank;
273*91f16700Schasinglulu 
274*91f16700Schasinglulu 	return 0;
275*91f16700Schasinglulu }
276*91f16700Schasinglulu 
277*91f16700Schasinglulu int spi_nor_read(unsigned int offset, uintptr_t buffer, size_t length,
278*91f16700Schasinglulu 		 size_t *length_read)
279*91f16700Schasinglulu {
280*91f16700Schasinglulu 	size_t remain_len;
281*91f16700Schasinglulu 	int ret;
282*91f16700Schasinglulu 
283*91f16700Schasinglulu 	*length_read = 0U;
284*91f16700Schasinglulu 	nor_dev.read_op.addr.val = offset;
285*91f16700Schasinglulu 	nor_dev.read_op.data.buf = (void *)buffer;
286*91f16700Schasinglulu 
287*91f16700Schasinglulu 	VERBOSE("%s offset %u length %zu\n", __func__, offset, length);
288*91f16700Schasinglulu 
289*91f16700Schasinglulu 	while (length != 0U) {
290*91f16700Schasinglulu 		if ((nor_dev.flags & SPI_NOR_USE_BANK) != 0U) {
291*91f16700Schasinglulu 			ret = spi_nor_write_bar(nor_dev.read_op.addr.val);
292*91f16700Schasinglulu 			if (ret != 0) {
293*91f16700Schasinglulu 				return ret;
294*91f16700Schasinglulu 			}
295*91f16700Schasinglulu 
296*91f16700Schasinglulu 			remain_len = (BANK_SIZE * (nor_dev.selected_bank + 1)) -
297*91f16700Schasinglulu 				nor_dev.read_op.addr.val;
298*91f16700Schasinglulu 			nor_dev.read_op.data.nbytes = MIN(length, remain_len);
299*91f16700Schasinglulu 		} else {
300*91f16700Schasinglulu 			nor_dev.read_op.data.nbytes = length;
301*91f16700Schasinglulu 		}
302*91f16700Schasinglulu 
303*91f16700Schasinglulu 		ret = spi_mem_exec_op(&nor_dev.read_op);
304*91f16700Schasinglulu 		if (ret != 0) {
305*91f16700Schasinglulu 			spi_nor_clean_bar();
306*91f16700Schasinglulu 			return ret;
307*91f16700Schasinglulu 		}
308*91f16700Schasinglulu 
309*91f16700Schasinglulu 		length -= nor_dev.read_op.data.nbytes;
310*91f16700Schasinglulu 		nor_dev.read_op.addr.val += nor_dev.read_op.data.nbytes;
311*91f16700Schasinglulu 		nor_dev.read_op.data.buf += nor_dev.read_op.data.nbytes;
312*91f16700Schasinglulu 		*length_read += nor_dev.read_op.data.nbytes;
313*91f16700Schasinglulu 	}
314*91f16700Schasinglulu 
315*91f16700Schasinglulu 	if ((nor_dev.flags & SPI_NOR_USE_BANK) != 0U) {
316*91f16700Schasinglulu 		ret = spi_nor_clean_bar();
317*91f16700Schasinglulu 		if (ret != 0) {
318*91f16700Schasinglulu 			return ret;
319*91f16700Schasinglulu 		}
320*91f16700Schasinglulu 	}
321*91f16700Schasinglulu 
322*91f16700Schasinglulu 	return 0;
323*91f16700Schasinglulu }
324*91f16700Schasinglulu 
325*91f16700Schasinglulu int spi_nor_init(unsigned long long *size, unsigned int *erase_size)
326*91f16700Schasinglulu {
327*91f16700Schasinglulu 	int ret;
328*91f16700Schasinglulu 	uint8_t id;
329*91f16700Schasinglulu 
330*91f16700Schasinglulu 	/* Default read command used */
331*91f16700Schasinglulu 	nor_dev.read_op.cmd.opcode = SPI_NOR_OP_READ;
332*91f16700Schasinglulu 	nor_dev.read_op.cmd.buswidth = SPI_MEM_BUSWIDTH_1_LINE;
333*91f16700Schasinglulu 	nor_dev.read_op.addr.nbytes = 3U;
334*91f16700Schasinglulu 	nor_dev.read_op.addr.buswidth = SPI_MEM_BUSWIDTH_1_LINE;
335*91f16700Schasinglulu 	nor_dev.read_op.data.buswidth = SPI_MEM_BUSWIDTH_1_LINE;
336*91f16700Schasinglulu 	nor_dev.read_op.data.dir = SPI_MEM_DATA_IN;
337*91f16700Schasinglulu 
338*91f16700Schasinglulu 	if (plat_get_nor_data(&nor_dev) != 0) {
339*91f16700Schasinglulu 		return -EINVAL;
340*91f16700Schasinglulu 	}
341*91f16700Schasinglulu 
342*91f16700Schasinglulu 	assert(nor_dev.size != 0U);
343*91f16700Schasinglulu 
344*91f16700Schasinglulu 	if (nor_dev.size > BANK_SIZE) {
345*91f16700Schasinglulu 		nor_dev.flags |= SPI_NOR_USE_BANK;
346*91f16700Schasinglulu 	}
347*91f16700Schasinglulu 
348*91f16700Schasinglulu 	*size = nor_dev.size;
349*91f16700Schasinglulu 
350*91f16700Schasinglulu 	ret = spi_nor_read_id(&id);
351*91f16700Schasinglulu 	if (ret != 0) {
352*91f16700Schasinglulu 		return ret;
353*91f16700Schasinglulu 	}
354*91f16700Schasinglulu 
355*91f16700Schasinglulu 	if ((nor_dev.flags & SPI_NOR_USE_BANK) != 0U) {
356*91f16700Schasinglulu 		switch (id) {
357*91f16700Schasinglulu 		case SPANSION_ID:
358*91f16700Schasinglulu 			nor_dev.bank_read_cmd = SPINOR_OP_BRRD;
359*91f16700Schasinglulu 			nor_dev.bank_write_cmd = SPINOR_OP_BRWR;
360*91f16700Schasinglulu 			break;
361*91f16700Schasinglulu 		default:
362*91f16700Schasinglulu 			nor_dev.bank_read_cmd = SPINOR_OP_RDEAR;
363*91f16700Schasinglulu 			nor_dev.bank_write_cmd = SPINOR_OP_WREAR;
364*91f16700Schasinglulu 			break;
365*91f16700Schasinglulu 		}
366*91f16700Schasinglulu 	}
367*91f16700Schasinglulu 
368*91f16700Schasinglulu 	if (nor_dev.read_op.data.buswidth == 4U) {
369*91f16700Schasinglulu 		switch (id) {
370*91f16700Schasinglulu 		case MACRONIX_ID:
371*91f16700Schasinglulu 			INFO("Enable Macronix quad support\n");
372*91f16700Schasinglulu 			ret = spi_nor_macronix_quad_enable();
373*91f16700Schasinglulu 			break;
374*91f16700Schasinglulu 		case MICRON_ID:
375*91f16700Schasinglulu 			break;
376*91f16700Schasinglulu 		default:
377*91f16700Schasinglulu 			ret = spi_nor_quad_enable();
378*91f16700Schasinglulu 			break;
379*91f16700Schasinglulu 		}
380*91f16700Schasinglulu 	}
381*91f16700Schasinglulu 
382*91f16700Schasinglulu 	if ((ret == 0) && ((nor_dev.flags & SPI_NOR_USE_BANK) != 0U)) {
383*91f16700Schasinglulu 		ret = spi_nor_read_bar();
384*91f16700Schasinglulu 	}
385*91f16700Schasinglulu 
386*91f16700Schasinglulu 	return ret;
387*91f16700Schasinglulu }
388