/* $NetBSD: gpiosim.c,v 1.26 2023/11/24 15:13:35 brad Exp $ */
/*      $OpenBSD: gpiosim.c,v 1.1 2008/11/23 18:46:49 mbalmer Exp $     */

/*
* Copyright (c) 2007 - 2011, 2013 Marc Balmer <[email protected]>
* All rights reserved.
*
* Permission to use, copy, modify, and distribute this software for any
* purpose with or without fee is hereby granted, provided that the above
* copyright notice and this permission notice appear in all copies.
*
* THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS" AND THE AUTHOR DISCLAIMS ALL WARRANTIES
* WITH REGARD TO THIS SOFTWARE INCLUDING ALL IMPLIED WARRANTIES OF
* MERCHANTABILITY AND FITNESS. IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR
* ANY SPECIAL, DIRECT, INDIRECT, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES OR ANY DAMAGES
* WHATSOEVER RESULTING FROM LOSS OF MIND, USE, DATA OR PROFITS, WHETHER IN
* AN ACTION OF CONTRACT, NEGLIGENCE OR OTHER TORTIOUS ACTION, ARISING OUT
* OF OR IN CONNECTION WITH THE USE OR PERFORMANCE OF THIS SOFTWARE.
*/

/* 64 bit wide GPIO simulator  */

#include <sys/param.h>
#include <sys/systm.h>
#include <sys/device.h>
#include <sys/gpio.h>
#include <sys/malloc.h>
#include <sys/module.h>
#include <sys/sysctl.h>
#include <sys/ioccom.h>
#include <dev/gpio/gpiovar.h>
#include <sys/callout.h>
#include <sys/workqueue.h>

#include "gpiosim.h"
#include "ioconf.h"

#define GPIOSIM_NPINS   64

struct gpiosim_irq {
       int (*sc_gpio_irqfunc)(void *);
       void *sc_gpio_irqarg;
       int sc_gpio_irqmode;
       bool sc_gpio_irqtriggered;
};

struct gpiosim_softc {
       device_t                sc_dev;
       device_t                sc_gdev;        /* gpio that attaches here */
       uint64_t                sc_state;
       struct gpio_chipset_tag sc_gpio_gc;
       gpio_pin_t              sc_gpio_pins[GPIOSIM_NPINS];
       struct gpiosim_irq      sc_gpio_irqs[GPIOSIM_NPINS];

       struct sysctllog        *sc_log;
       struct workqueue        *sc_wq;
       callout_t               sc_co;
       bool                    sc_co_init;
       bool                    sc_co_running;
       int                     sc_ms;
       kmutex_t                sc_intr_mutex;
};

static int      gpiosim_match(device_t, cfdata_t, void *);
static void     gpiosim_attach(device_t, device_t, void *);
static int      gpiosim_detach(device_t, int);
static int      gpiosim_sysctl(SYSCTLFN_PROTO);
static int      gpiosim_ms_sysctl(SYSCTLFN_PROTO);

static int      gpiosim_pin_read(void *, int);
static void     gpiosim_pin_write(void *, int, int);
static void     gpiosim_pin_ctl(void *, int, int);

static void *   gpiosim_intr_establish(void *, int, int, int,
   int (*)(void *), void *);
static void     gpiosim_intr_disestablish(void *, void *);
static bool     gpiosim_gpio_intrstr(void *, int, int, char *, size_t);

void            gpiosim_wq(struct work *, void *);
void            gpiosim_co(void *);

CFATTACH_DECL_NEW(gpiosim, sizeof(struct gpiosim_softc), gpiosim_match,
   gpiosim_attach, gpiosim_detach, NULL);

int gpiosim_work;

#ifndef GPIOSIM_MS
#define GPIOSIM_MS 1000
#endif

static int
gpiosim_match(device_t parent, cfdata_t match, void *aux)
{
       return 1;
}

void
gpiosimattach(int num __unused)
{
       cfdata_t cf;
       int n, err;

       err = config_cfattach_attach(gpiosim_cd.cd_name, &gpiosim_ca);
       if (err)
               printf("%s: unable to register cfattach\n", gpiosim_cd.cd_name);

       for (n = 0; n < NGPIOSIM; n++) {
               cf = malloc(sizeof(*cf), M_DEVBUF, M_WAITOK);
               cf->cf_name = "gpiosim";
               cf->cf_atname = "gpiosim";
               cf->cf_unit = n;
               cf->cf_fstate = FSTATE_NOTFOUND;
               config_attach_pseudo(cf);
       }
}

static void
gpiosim_attach(device_t parent, device_t self, void *aux)
{
       struct gpiosim_softc *sc = device_private(self);
       struct gpiobus_attach_args gba;
       const struct sysctlnode *node;
       int i;
       int error = 0;

       sc->sc_dev = self;

       printf("%s", device_xname(sc->sc_dev));

       /* initialize pin array */
       for (i = 0; i < GPIOSIM_NPINS; i++) {
               sc->sc_gpio_pins[i].pin_num = i;
               sc->sc_gpio_pins[i].pin_caps = GPIO_PIN_INPUT |
                   GPIO_PIN_OUTPUT | GPIO_PIN_OPENDRAIN |
                   GPIO_PIN_PULLUP | GPIO_PIN_PULLDOWN |
                   GPIO_PIN_INVIN | GPIO_PIN_INVOUT;

               /* Set up what interrupt types are allowed */
               sc->sc_gpio_pins[i].pin_intrcaps =
                   GPIO_INTR_POS_EDGE |
                   GPIO_INTR_NEG_EDGE |
                   GPIO_INTR_DOUBLE_EDGE |
                   GPIO_INTR_HIGH_LEVEL |
                   GPIO_INTR_LOW_LEVEL |
                   GPIO_INTR_MPSAFE;
               sc->sc_gpio_irqs[i].sc_gpio_irqfunc = NULL;
               sc->sc_gpio_irqs[i].sc_gpio_irqarg = NULL;
               sc->sc_gpio_irqs[i].sc_gpio_irqmode = 0;
               sc->sc_gpio_irqs[i].sc_gpio_irqtriggered = false;

               /* read initial state */
               sc->sc_gpio_pins[i].pin_flags = GPIO_PIN_INPUT;
       }

       sc->sc_state = 0;
       sc->sc_ms = GPIOSIM_MS;
       sc->sc_co_init = false;

       mutex_init(&sc->sc_intr_mutex, MUTEX_DEFAULT, IPL_VM);

       /* create controller tag */
       sc->sc_gpio_gc.gp_cookie = sc;
       sc->sc_gpio_gc.gp_pin_read = gpiosim_pin_read;
       sc->sc_gpio_gc.gp_pin_write = gpiosim_pin_write;
       sc->sc_gpio_gc.gp_pin_ctl = gpiosim_pin_ctl;
       sc->sc_gpio_gc.gp_intr_establish = gpiosim_intr_establish;
       sc->sc_gpio_gc.gp_intr_disestablish = gpiosim_intr_disestablish;
       sc->sc_gpio_gc.gp_intr_str = gpiosim_gpio_intrstr;

       /* gba.gba_name = "gpio"; */
       gba.gba_gc = &sc->sc_gpio_gc;
       gba.gba_pins = sc->sc_gpio_pins;
       gba.gba_npins = GPIOSIM_NPINS;

       if (!pmf_device_register(self, NULL, NULL))
               aprint_error_dev(self, "couldn't establish power handler\n");

       sysctl_createv(&sc->sc_log, 0, NULL, &node,
           0,
           CTLTYPE_NODE, device_xname(sc->sc_dev),
           SYSCTL_DESCR("GPIO simulator"),
           NULL, 0, NULL, 0,
           CTL_HW, CTL_CREATE, CTL_EOL);

       if (node == NULL) {
               aprint_error(": can't create sysctl node\n");
               return;
       }

       sysctl_createv(&sc->sc_log, 0, &node, NULL,
           CTLFLAG_READWRITE,
           CTLTYPE_QUAD, "value",
           SYSCTL_DESCR("Current GPIO simulator value"),
           gpiosim_sysctl, 0, (void *)sc, 0,
           CTL_CREATE, CTL_EOL);

       sysctl_createv(&sc->sc_log, 0, &node, NULL,
           CTLFLAG_READWRITE,
           CTLTYPE_INT, "ms",
           SYSCTL_DESCR("Number of ms for level interrupts"),
           gpiosim_ms_sysctl, 0, &sc->sc_ms, 0,
           CTL_CREATE, CTL_EOL);

       error = workqueue_create(&sc->sc_wq,
           "gsimwq",
           gpiosim_wq,
           sc,
           PRI_NONE,
           IPL_VM,
           WQ_MPSAFE);
       if (error != 0) {
               aprint_error(": can't create workqueue for interrupts\n");
               return;
       }

       callout_init(&sc->sc_co, CALLOUT_MPSAFE);
       callout_setfunc(&sc->sc_co, gpiosim_co, sc);
       sc->sc_co_running = false;
       sc->sc_co_init = true;

       aprint_normal(": simulating %d pins\n", GPIOSIM_NPINS);
       sc->sc_gdev = config_found(self, &gba, gpiobus_print, CFARGS_NONE);
}

static int
gpiosim_detach(device_t self, int flags)
{
       struct gpiosim_softc *sc = device_private(self);
       int error;

       /* Detach the gpio driver that attached here */
       error = config_detach_children(self, flags);
       if (error)
               return error;

       pmf_device_deregister(self);

       if (sc->sc_log != NULL) {
               sysctl_teardown(&sc->sc_log);
               sc->sc_log = NULL;
       }

       /* Destroy the workqueue, hope that it is empty */
       if (sc->sc_wq != NULL) {
               workqueue_destroy(sc->sc_wq);
       }

       sc->sc_co_running = false;

       /* Destroy any callouts */
       if (sc->sc_co_init) {
               callout_halt(&sc->sc_co, NULL);
               callout_destroy(&sc->sc_co);
       }
       return 0;
}

static int
gpiosim_sysctl(SYSCTLFN_ARGS)
{
       struct sysctlnode node;
       struct gpiosim_softc *sc;
       uint64_t val, error;
       uint64_t previous_val;
       int i;
       struct gpiosim_irq *irq;
       int t = 0;

       node = *rnode;
       sc = node.sysctl_data;

       node.sysctl_data = &val;

       val = sc->sc_state;
       error = sysctl_lookup(SYSCTLFN_CALL(&node));
       if (error || newp == NULL)
               return error;

       mutex_enter(&sc->sc_intr_mutex);
       previous_val = sc->sc_state;
       sc->sc_state = val;
       for (i = 0; i < GPIOSIM_NPINS; i++) {
               irq = &sc->sc_gpio_irqs[i];
               /* Simulate edge interrupts ... */
               if ((previous_val & (1LL << i)) == 0 && (sc->sc_state & (1LL << i)) &&
                   irq->sc_gpio_irqfunc != NULL &&
                   (irq->sc_gpio_irqmode & (GPIO_INTR_POS_EDGE | GPIO_INTR_DOUBLE_EDGE))) {
                       irq->sc_gpio_irqtriggered = true;
                       t++;
               }
               if ((previous_val & (1LL << i)) && (sc->sc_state & (1LL << i)) == 0 &&
                   irq->sc_gpio_irqfunc != NULL &&
                   (irq->sc_gpio_irqmode & (GPIO_INTR_NEG_EDGE | GPIO_INTR_DOUBLE_EDGE))) {
                       irq->sc_gpio_irqtriggered = true;
                       t++;
               }
               /* Simulate level interrupts ... */
               if ((sc->sc_state & (1LL << i)) && irq->sc_gpio_irqfunc != NULL &&
                   (irq->sc_gpio_irqmode & GPIO_INTR_HIGH_LEVEL)) {
                       irq->sc_gpio_irqtriggered = true;
               }
               if ((sc->sc_state & (1LL << i)) == 0 && irq->sc_gpio_irqfunc != NULL &&
                   (irq->sc_gpio_irqmode & GPIO_INTR_LOW_LEVEL)) {
                       irq->sc_gpio_irqtriggered = true;
               }
               if ((sc->sc_state & (1LL << i)) && irq->sc_gpio_irqfunc != NULL &&
                   (irq->sc_gpio_irqmode & GPIO_INTR_LOW_LEVEL)) {
                       irq->sc_gpio_irqtriggered = false;
               }
               if ((sc->sc_state & (1LL << i)) == 0 && irq->sc_gpio_irqfunc != NULL &&
                   (irq->sc_gpio_irqmode & GPIO_INTR_HIGH_LEVEL)) {
                       irq->sc_gpio_irqtriggered = false;
               }
       }
       mutex_exit(&sc->sc_intr_mutex);

       if (t > 0) {
               workqueue_enqueue(sc->sc_wq, (struct work *)&gpiosim_work, NULL);
       }

       return 0;
}

int
gpiosim_ms_sysctl(SYSCTLFN_ARGS)
{
       int error, t;
       struct sysctlnode node;

       node = *rnode;
       t = *(int*)rnode->sysctl_data;
       node.sysctl_data = &t;
       error = sysctl_lookup(SYSCTLFN_CALL(&node));
       if (error || newp == NULL)
               return (error);

       /* Make sure that this can not be zero */
       if (t < 1)
               return (EINVAL);

       *(int*)rnode->sysctl_data = t;

       return (0);
}

/* Interrupts though the read and write path are not simulated,
* that is, an interrupt on the setting of an output or an
* interrupt on a pin read.  It is not at all clear that it makes
* any sense to do any of that, although real hardware in some cases
* might trigger an interrupt on an output pin.
*/

static int
gpiosim_pin_read(void *arg, int pin)
{
       struct gpiosim_softc *sc = arg;

       if (sc->sc_state & (1LL << pin))
               return GPIO_PIN_HIGH;
       else
               return GPIO_PIN_LOW;
}

static void
gpiosim_pin_write(void *arg, int pin, int value)
{
       struct gpiosim_softc *sc = arg;

       if (value == 0)
               sc->sc_state &= ~(1LL << pin);
       else
               sc->sc_state |= (1LL << pin);
}

static void
gpiosim_pin_ctl(void *arg, int pin, int flags)
{
       struct gpiosim_softc *sc = arg;

       sc->sc_gpio_pins[pin].pin_flags = flags;
}

static void *
gpiosim_intr_establish(void *vsc, int pin, int ipl, int irqmode,
   int (*func)(void *), void *arg)
{
       struct gpiosim_softc * const sc = vsc;
       struct gpiosim_irq *irq;

       mutex_enter(&sc->sc_intr_mutex);
       irq = &sc->sc_gpio_irqs[pin];
       irq->sc_gpio_irqfunc = func;
       irq->sc_gpio_irqmode = irqmode;
       irq->sc_gpio_irqarg = arg;

       /* The first level interrupt starts the callout if it is not running */
       if (((irqmode & GPIO_INTR_HIGH_LEVEL) ||
           (irqmode & GPIO_INTR_LOW_LEVEL)) &&
           (sc->sc_co_running == false)) {
               callout_schedule(&sc->sc_co, mstohz(sc->sc_ms));
               sc->sc_co_running = true;
       }

       /* Level interrupts can start as soon as a IRQ handler is installed */
       if (((irqmode & GPIO_INTR_HIGH_LEVEL) && (sc->sc_state & (1LL << pin))) ||
           ((irqmode & GPIO_INTR_LOW_LEVEL) && ((sc->sc_state & (1LL << pin)) == 0))) {
               irq->sc_gpio_irqtriggered = true;
       }

       mutex_exit(&sc->sc_intr_mutex);

       return(irq);
}

static void
gpiosim_intr_disestablish(void *vsc, void *ih)
{
       struct gpiosim_softc * const sc = vsc;
       struct gpiosim_irq *irq = ih;
       struct gpiosim_irq *lirq;
       int i;
       bool has_level = false;

       mutex_enter(&sc->sc_intr_mutex);
       irq->sc_gpio_irqfunc = NULL;
       irq->sc_gpio_irqmode = 0;
       irq->sc_gpio_irqarg = NULL;
       irq->sc_gpio_irqtriggered = false;

       /* Check for any level interrupts and stop the callout
        * if there are none.
        */
       for (i = 0;i < GPIOSIM_NPINS; i++) {
               lirq = &sc->sc_gpio_irqs[i];
               if (lirq->sc_gpio_irqmode & (GPIO_INTR_HIGH_LEVEL | GPIO_INTR_LOW_LEVEL)) {
                       has_level = true;
                       break;
               }
       }
       if (has_level == false) {
               sc->sc_co_running = false;
       }
       mutex_exit(&sc->sc_intr_mutex);
}

static bool
gpiosim_gpio_intrstr(void *vsc, int pin, int irqmode, char *buf, size_t buflen)
{

       if (pin < 0 || pin >= GPIOSIM_NPINS)
               return (false);

       snprintf(buf, buflen, "GPIO %d", pin);

       return (true);
}

/* The workqueue handles edge the simulation of edge interrupts */
void
gpiosim_wq(struct work *wk, void *arg)
{
       struct gpiosim_softc *sc = arg;
       struct gpiosim_irq *irq;
       int i;

       mutex_enter(&sc->sc_intr_mutex);
       for (i = 0; i < GPIOSIM_NPINS; i++) {
               irq = &sc->sc_gpio_irqs[i];
               if (irq->sc_gpio_irqtriggered &&
                   irq->sc_gpio_irqfunc != NULL &&
                   (irq->sc_gpio_irqmode & (GPIO_INTR_POS_EDGE | GPIO_INTR_NEG_EDGE | GPIO_INTR_DOUBLE_EDGE))) {
                       (*irq->sc_gpio_irqfunc)(irq->sc_gpio_irqarg);
                       irq->sc_gpio_irqtriggered = false;
               }
       }
       mutex_exit(&sc->sc_intr_mutex);
}

/* This runs as long as there are level interrupts to simulate */
void
gpiosim_co(void *arg)
{
       struct gpiosim_softc *sc = arg;
       struct gpiosim_irq *irq;
       int i;

       mutex_enter(&sc->sc_intr_mutex);
       for (i = 0; i < GPIOSIM_NPINS; i++) {
               irq = &sc->sc_gpio_irqs[i];
               if (irq->sc_gpio_irqtriggered &&
                   irq->sc_gpio_irqfunc != NULL &&
                   (irq->sc_gpio_irqmode & (GPIO_INTR_HIGH_LEVEL | GPIO_INTR_LOW_LEVEL))) {
                       (*irq->sc_gpio_irqfunc)(irq->sc_gpio_irqarg);
               }
       }
       mutex_exit(&sc->sc_intr_mutex);

       if (sc->sc_co_running == true) {
               callout_schedule(&sc->sc_co, mstohz(sc->sc_ms));
       }
}


MODULE(MODULE_CLASS_DRIVER, gpiosim, "gpio");

#ifdef _MODULE
static const struct cfiattrdata gpiobus_iattrdata = {
       "gpiobus", 0, { { NULL, NULL, 0 }, }
};
static const struct cfiattrdata *const gpiosim_attrs[] = {
       &gpiobus_iattrdata, NULL
};
CFDRIVER_DECL(gpiosim, DV_DULL, gpiosim_attrs);
extern struct cfattach gpiosim_ca;
static int gpiosimloc[] = {
       -1,
       -1,
       -1
};
static struct cfdata gpiosim_cfdata[] = {
       {
               .cf_name = "gpiosim",
               .cf_atname = "gpiosim",
               .cf_unit = 0,
               .cf_fstate = FSTATE_STAR,
               .cf_loc = gpiosimloc,
               .cf_flags = 0,
               .cf_pspec = NULL,
       },
       { NULL, NULL, 0, FSTATE_NOTFOUND, NULL, 0, NULL }
};
#endif

static int
gpiosim_modcmd(modcmd_t cmd, void *opaque)
{
#ifdef _MODULE
       int error = 0;
#endif
       switch (cmd) {
       case MODULE_CMD_INIT:
#ifdef _MODULE
               error = config_cfdriver_attach(&gpiosim_cd);
               if (error)
                       return error;

               error = config_cfattach_attach(gpiosim_cd.cd_name,
                   &gpiosim_ca);
               if (error) {
                       config_cfdriver_detach(&gpiosim_cd);
                       aprint_error("%s: unable to register cfattach\n",
                           gpiosim_cd.cd_name);
                       return error;
               }
               error = config_cfdata_attach(gpiosim_cfdata, 1);
               if (error) {
                       config_cfattach_detach(gpiosim_cd.cd_name,
                           &gpiosim_ca);
                       config_cfdriver_detach(&gpiosim_cd);
                       aprint_error("%s: unable to register cfdata\n",
                           gpiosim_cd.cd_name);
                       return error;
               }
               config_attach_pseudo(gpiosim_cfdata);
#endif
               return 0;
       case MODULE_CMD_FINI:
#ifdef _MODULE
               error = config_cfdata_detach(gpiosim_cfdata);
               if (error)
                       return error;

               config_cfattach_detach(gpiosim_cd.cd_name, &gpiosim_ca);
               config_cfdriver_detach(&gpiosim_cd);
#endif
               return 0;
       case MODULE_CMD_AUTOUNLOAD:
               /* no auto-unload */
               return EBUSY;
       default:
               return ENOTTY;
       }
}