0.7.1-alt1
[qemu] / qemu / hw / pc.c
1 /*
2  * QEMU PC System Emulator
3  * 
4  * Copyright (c) 2003-2004 Fabrice Bellard
5  * 
6  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy
7  * of this software and associated documentation files (the "Software"), to deal
8  * in the Software without restriction, including without limitation the rights
9  * to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell
10  * copies of the Software, and to permit persons to whom the Software is
11  * furnished to do so, subject to the following conditions:
12  *
13  * The above copyright notice and this permission notice shall be included in
14  * all copies or substantial portions of the Software.
15  *
16  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
17  * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
18  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL
19  * THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
20  * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM,
21  * OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN
22  * THE SOFTWARE.
23  */
24 #include "vl.h"
25
26 /* output Bochs bios info messages */
27 //#define DEBUG_BIOS
28
29 #define BIOS_FILENAME "bios.bin"
30 #define VGABIOS_FILENAME "vgabios.bin"
31 #define VGABIOS_CIRRUS_FILENAME "vgabios-cirrus.bin"
32 #define LINUX_BOOT_FILENAME "linux_boot.bin"
33
34 #define KERNEL_LOAD_ADDR     0x00100000
35 #define INITRD_LOAD_ADDR     0x00400000
36 #define KERNEL_PARAMS_ADDR   0x00090000
37 #define KERNEL_CMDLINE_ADDR  0x00099000
38
39 int speaker_data_on;
40 int dummy_refresh_clock;
41 static fdctrl_t *floppy_controller;
42 static RTCState *rtc_state;
43 static PITState *pit;
44 static IOAPICState *ioapic;
45
46 static void ioport80_write(void *opaque, uint32_t addr, uint32_t data)
47 {
48 }
49
50 /* MSDOS compatibility mode FPU exception support */
51 /* XXX: add IGNNE support */
52 void cpu_set_ferr(CPUX86State *s)
53 {
54     pic_set_irq(13, 1);
55 }
56
57 static void ioportF0_write(void *opaque, uint32_t addr, uint32_t data)
58 {
59     pic_set_irq(13, 0);
60 }
61
62 /* TSC handling */
63
64 uint64_t cpu_get_tsc(CPUX86State *env)
65 {
66     return qemu_get_clock(vm_clock);
67 }
68
69 /* IRQ handling */
70 int cpu_get_pic_interrupt(CPUState *env)
71 {
72     int intno;
73
74     intno = apic_get_interrupt(env);
75     if (intno >= 0) {
76         /* set irq request if a PIC irq is still pending */
77         /* XXX: improve that */
78         pic_update_irq(isa_pic); 
79         return intno;
80     }
81     /* read the irq from the PIC */
82     intno = pic_read_irq(isa_pic);
83     return intno;
84 }
85
86 static void pic_irq_request(void *opaque, int level)
87 {
88     if (level)
89         cpu_interrupt(cpu_single_env, CPU_INTERRUPT_HARD);
90     else
91         cpu_reset_interrupt(cpu_single_env, CPU_INTERRUPT_HARD);
92 }
93
94 /* PC cmos mappings */
95
96 #define REG_EQUIPMENT_BYTE          0x14
97 #define REG_IBM_CENTURY_BYTE        0x32
98 #define REG_IBM_PS2_CENTURY_BYTE    0x37
99
100
101 static inline int to_bcd(RTCState *s, int a)
102 {
103     return ((a / 10) << 4) | (a % 10);
104 }
105
106 static int cmos_get_fd_drive_type(int fd0)
107 {
108     int val;
109
110     switch (fd0) {
111     case 0:
112         /* 1.44 Mb 3"5 drive */
113         val = 4;
114         break;
115     case 1:
116         /* 2.88 Mb 3"5 drive */
117         val = 5;
118         break;
119     case 2:
120         /* 1.2 Mb 5"5 drive */
121         val = 2;
122         break;
123     default:
124         val = 0;
125         break;
126     }
127     return val;
128 }
129
130 static void cmos_init_hd(int type_ofs, int info_ofs, BlockDriverState *hd) 
131 {
132     RTCState *s = rtc_state;
133     int cylinders, heads, sectors;
134     bdrv_get_geometry_hint(hd, &cylinders, &heads, &sectors);
135     rtc_set_memory(s, type_ofs, 47);
136     rtc_set_memory(s, info_ofs, cylinders);
137     rtc_set_memory(s, info_ofs + 1, cylinders >> 8);
138     rtc_set_memory(s, info_ofs + 2, heads);
139     rtc_set_memory(s, info_ofs + 3, 0xff);
140     rtc_set_memory(s, info_ofs + 4, 0xff);
141     rtc_set_memory(s, info_ofs + 5, 0xc0 | ((heads > 8) << 3));
142     rtc_set_memory(s, info_ofs + 6, cylinders);
143     rtc_set_memory(s, info_ofs + 7, cylinders >> 8);
144     rtc_set_memory(s, info_ofs + 8, sectors);
145 }
146
147 /* hd_table must contain 4 block drivers */
148 static void cmos_init(int ram_size, int boot_device, BlockDriverState **hd_table)
149 {
150     RTCState *s = rtc_state;
151     int val;
152     int fd0, fd1, nb;
153     time_t ti;
154     struct tm *tm;
155     int i;
156
157     /* set the CMOS date */
158     time(&ti);
159     if (rtc_utc)
160         tm = gmtime(&ti);
161     else
162         tm = localtime(&ti);
163     rtc_set_date(s, tm);
164
165     val = to_bcd(s, (tm->tm_year / 100) + 19);
166     rtc_set_memory(s, REG_IBM_CENTURY_BYTE, val);
167     rtc_set_memory(s, REG_IBM_PS2_CENTURY_BYTE, val);
168
169     /* various important CMOS locations needed by PC/Bochs bios */
170
171     /* memory size */
172     val = 640; /* base memory in K */
173     rtc_set_memory(s, 0x15, val);
174     rtc_set_memory(s, 0x16, val >> 8);
175
176     val = (ram_size / 1024) - 1024;
177     if (val > 65535)
178         val = 65535;
179     rtc_set_memory(s, 0x17, val);
180     rtc_set_memory(s, 0x18, val >> 8);
181     rtc_set_memory(s, 0x30, val);
182     rtc_set_memory(s, 0x31, val >> 8);
183
184     if (ram_size > (16 * 1024 * 1024))
185         val = (ram_size / 65536) - ((16 * 1024 * 1024) / 65536);
186     else
187         val = 0;
188     if (val > 65535)
189         val = 65535;
190     rtc_set_memory(s, 0x34, val);
191     rtc_set_memory(s, 0x35, val >> 8);
192     
193     switch(boot_device) {
194     case 'a':
195     case 'b':
196         rtc_set_memory(s, 0x3d, 0x01); /* floppy boot */
197         break;
198     default:
199     case 'c':
200         rtc_set_memory(s, 0x3d, 0x02); /* hard drive boot */
201         break;
202     case 'd':
203         rtc_set_memory(s, 0x3d, 0x03); /* CD-ROM boot */
204         break;
205     }
206
207     /* floppy type */
208
209     fd0 = fdctrl_get_drive_type(floppy_controller, 0);
210     fd1 = fdctrl_get_drive_type(floppy_controller, 1);
211
212     val = (cmos_get_fd_drive_type(fd0) << 4) | cmos_get_fd_drive_type(fd1);
213     rtc_set_memory(s, 0x10, val);
214     
215     val = 0;
216     nb = 0;
217     if (fd0 < 3)
218         nb++;
219     if (fd1 < 3)
220         nb++;
221     switch (nb) {
222     case 0:
223         break;
224     case 1:
225         val |= 0x01; /* 1 drive, ready for boot */
226         break;
227     case 2:
228         val |= 0x41; /* 2 drives, ready for boot */
229         break;
230     }
231     val |= 0x02; /* FPU is there */
232     val |= 0x04; /* PS/2 mouse installed */
233     rtc_set_memory(s, REG_EQUIPMENT_BYTE, val);
234
235     /* hard drives */
236
237     rtc_set_memory(s, 0x12, (hd_table[0] ? 0xf0 : 0) | (hd_table[1] ? 0x0f : 0));
238     if (hd_table[0])
239         cmos_init_hd(0x19, 0x1b, hd_table[0]);
240     if (hd_table[1]) 
241         cmos_init_hd(0x1a, 0x24, hd_table[1]);
242
243     val = 0;
244     for (i = 0; i < 4; i++) {
245         if (hd_table[i]) {
246             int cylinders, heads, sectors, translation;
247             /* NOTE: bdrv_get_geometry_hint() returns the physical
248                 geometry.  It is always such that: 1 <= sects <= 63, 1
249                 <= heads <= 16, 1 <= cylinders <= 16383. The BIOS
250                 geometry can be different if a translation is done. */
251             translation = bdrv_get_translation_hint(hd_table[i]);
252             if (translation == BIOS_ATA_TRANSLATION_AUTO) {
253                 bdrv_get_geometry_hint(hd_table[i], &cylinders, &heads, &sectors);
254                 if (cylinders <= 1024 && heads <= 16 && sectors <= 63) {
255                     /* No translation. */
256                     translation = 0;
257                 } else {
258                     /* LBA translation. */
259                     translation = 1;
260                 }
261             } else {
262                 translation--;
263             }
264             val |= translation << (i * 2);
265         }
266     }
267     rtc_set_memory(s, 0x39, val);
268
269     /* Disable check of 0x55AA signature on the last two bytes of
270        first sector of disk. XXX: make it the default ? */
271     //    rtc_set_memory(s, 0x38, 1);
272 }
273
274 static void speaker_ioport_write(void *opaque, uint32_t addr, uint32_t val)
275 {
276     speaker_data_on = (val >> 1) & 1;
277     pit_set_gate(pit, 2, val & 1);
278 }
279
280 static uint32_t speaker_ioport_read(void *opaque, uint32_t addr)
281 {
282     int out;
283     out = pit_get_out(pit, 2, qemu_get_clock(vm_clock));
284     dummy_refresh_clock ^= 1;
285     return (speaker_data_on << 1) | pit_get_gate(pit, 2) | (out << 5) |
286       (dummy_refresh_clock << 4);
287 }
288
289 static void ioport92_write(void *opaque, uint32_t addr, uint32_t val)
290 {
291     cpu_x86_set_a20(cpu_single_env, (val >> 1) & 1);
292     /* XXX: bit 0 is fast reset */
293 }
294
295 static uint32_t ioport92_read(void *opaque, uint32_t addr)
296 {
297     return ((cpu_single_env->a20_mask >> 20) & 1) << 1;
298 }
299
300 /***********************************************************/
301 /* Bochs BIOS debug ports */
302
303 void bochs_bios_write(void *opaque, uint32_t addr, uint32_t val)
304 {
305     static const char shutdown_str[8] = "Shutdown";
306     static int shutdown_index = 0;
307     
308     switch(addr) {
309         /* Bochs BIOS messages */
310     case 0x400:
311     case 0x401:
312         fprintf(stderr, "BIOS panic at rombios.c, line %d\n", val);
313         exit(1);
314     case 0x402:
315     case 0x403:
316 #ifdef DEBUG_BIOS
317         fprintf(stderr, "%c", val);
318 #endif
319         break;
320     case 0x8900:
321         /* same as Bochs power off */
322         if (val == shutdown_str[shutdown_index]) {
323             shutdown_index++;
324             if (shutdown_index == 8) {
325                 shutdown_index = 0;
326                 qemu_system_shutdown_request();
327             }
328         } else {
329             shutdown_index = 0;
330         }
331         break;
332
333         /* LGPL'ed VGA BIOS messages */
334     case 0x501:
335     case 0x502:
336         fprintf(stderr, "VGA BIOS panic, line %d\n", val);
337         exit(1);
338     case 0x500:
339     case 0x503:
340 #ifdef DEBUG_BIOS
341         fprintf(stderr, "%c", val);
342 #endif
343         break;
344     }
345 }
346
347 void bochs_bios_init(void)
348 {
349     register_ioport_write(0x400, 1, 2, bochs_bios_write, NULL);
350     register_ioport_write(0x401, 1, 2, bochs_bios_write, NULL);
351     register_ioport_write(0x402, 1, 1, bochs_bios_write, NULL);
352     register_ioport_write(0x403, 1, 1, bochs_bios_write, NULL);
353     register_ioport_write(0x8900, 1, 1, bochs_bios_write, NULL);
354
355     register_ioport_write(0x501, 1, 2, bochs_bios_write, NULL);
356     register_ioport_write(0x502, 1, 2, bochs_bios_write, NULL);
357     register_ioport_write(0x500, 1, 1, bochs_bios_write, NULL);
358     register_ioport_write(0x503, 1, 1, bochs_bios_write, NULL);
359 }
360
361
362 int load_kernel(const char *filename, uint8_t *addr, 
363                 uint8_t *real_addr)
364 {
365     int fd, size;
366     int setup_sects;
367
368     fd = open(filename, O_RDONLY | O_BINARY);
369     if (fd < 0)
370         return -1;
371
372     /* load 16 bit code */
373     if (read(fd, real_addr, 512) != 512)
374         goto fail;
375     setup_sects = real_addr[0x1F1];
376     if (!setup_sects)
377         setup_sects = 4;
378     if (read(fd, real_addr + 512, setup_sects * 512) != 
379         setup_sects * 512)
380         goto fail;
381     
382     /* load 32 bit code */
383     size = read(fd, addr, 16 * 1024 * 1024);
384     if (size < 0)
385         goto fail;
386     close(fd);
387     return size;
388  fail:
389     close(fd);
390     return -1;
391 }
392
393 static const int ide_iobase[2] = { 0x1f0, 0x170 };
394 static const int ide_iobase2[2] = { 0x3f6, 0x376 };
395 static const int ide_irq[2] = { 14, 15 };
396
397 #define NE2000_NB_MAX 6
398
399 static int ne2000_io[NE2000_NB_MAX] = { 0x300, 0x320, 0x340, 0x360, 0x280, 0x380 };
400 static int ne2000_irq[NE2000_NB_MAX] = { 9, 10, 11, 3, 4, 5 };
401
402 static int serial_io[MAX_SERIAL_PORTS] = { 0x3f8, 0x2f8, 0x3e8, 0x2e8 };
403 static int serial_irq[MAX_SERIAL_PORTS] = { 4, 3, 4, 3 };
404
405 static int parallel_io[MAX_PARALLEL_PORTS] = { 0x378, 0x278, 0x3bc };
406 static int parallel_irq[MAX_PARALLEL_PORTS] = { 7, 7, 7 };
407
408 /* PC hardware initialisation */
409 static void pc_init1(int ram_size, int vga_ram_size, int boot_device,
410                      DisplayState *ds, const char **fd_filename, int snapshot,
411                      const char *kernel_filename, const char *kernel_cmdline,
412                      const char *initrd_filename)
413 {
414     char buf[1024];
415     int ret, linux_boot, initrd_size, i, nb_nics1;
416     unsigned long bios_offset, vga_bios_offset;
417     int bios_size, isa_bios_size;
418     PCIBus *pci_bus;
419
420     linux_boot = (kernel_filename != NULL);
421
422     /* allocate RAM */
423     cpu_register_physical_memory(0, ram_size, 0);
424
425     /* BIOS load */
426     bios_offset = ram_size + vga_ram_size;
427     vga_bios_offset = bios_offset + 256 * 1024;
428
429     snprintf(buf, sizeof(buf), "%s/%s", bios_dir, BIOS_FILENAME);
430     bios_size = get_image_size(buf);
431     if (bios_size <= 0 || 
432         (bios_size % 65536) != 0 ||
433         bios_size > (256 * 1024)) {
434         goto bios_error;
435     }
436     ret = load_image(buf, phys_ram_base + bios_offset);
437     if (ret != bios_size) {
438     bios_error:
439         fprintf(stderr, "qemu: could not load PC bios '%s'\n", buf);
440         exit(1);
441     }
442
443     /* VGA BIOS load */
444     if (cirrus_vga_enabled) {
445         snprintf(buf, sizeof(buf), "%s/%s", bios_dir, VGABIOS_CIRRUS_FILENAME);
446     } else {
447         snprintf(buf, sizeof(buf), "%s/%s", bios_dir, VGABIOS_FILENAME);
448     }
449     ret = load_image(buf, phys_ram_base + vga_bios_offset);
450     
451     /* setup basic memory access */
452     cpu_register_physical_memory(0xc0000, 0x10000, 
453                                  vga_bios_offset | IO_MEM_ROM);
454
455     /* map the last 128KB of the BIOS in ISA space */
456     isa_bios_size = bios_size;
457     if (isa_bios_size > (128 * 1024))
458         isa_bios_size = 128 * 1024;
459     cpu_register_physical_memory(0xd0000, (192 * 1024) - isa_bios_size, 
460                                  IO_MEM_UNASSIGNED);
461     cpu_register_physical_memory(0x100000 - isa_bios_size, 
462                                  isa_bios_size, 
463                                  (bios_offset + bios_size - isa_bios_size) | IO_MEM_ROM);
464     /* map all the bios at the top of memory */
465     cpu_register_physical_memory((uint32_t)(-bios_size), 
466                                  bios_size, bios_offset | IO_MEM_ROM);
467     
468     bochs_bios_init();
469
470     if (linux_boot) {
471         uint8_t bootsect[512];
472         uint8_t old_bootsect[512];
473
474         if (bs_table[0] == NULL) {
475             fprintf(stderr, "A disk image must be given for 'hda' when booting a Linux kernel\n");
476             exit(1);
477         }
478         snprintf(buf, sizeof(buf), "%s/%s", bios_dir, LINUX_BOOT_FILENAME);
479         ret = load_image(buf, bootsect);
480         if (ret != sizeof(bootsect)) {
481             fprintf(stderr, "qemu: could not load linux boot sector '%s'\n",
482                     buf);
483             exit(1);
484         }
485
486         if (bdrv_read(bs_table[0], 0, old_bootsect, 1) >= 0) {
487             /* copy the MSDOS partition table */
488             memcpy(bootsect + 0x1be, old_bootsect + 0x1be, 0x40);
489         }
490
491         bdrv_set_boot_sector(bs_table[0], bootsect, sizeof(bootsect));
492
493         /* now we can load the kernel */
494         ret = load_kernel(kernel_filename, 
495                           phys_ram_base + KERNEL_LOAD_ADDR,
496                           phys_ram_base + KERNEL_PARAMS_ADDR);
497         if (ret < 0) {
498             fprintf(stderr, "qemu: could not load kernel '%s'\n", 
499                     kernel_filename);
500             exit(1);
501         }
502         
503         /* load initrd */
504         initrd_size = 0;
505         if (initrd_filename) {
506             initrd_size = load_image(initrd_filename, phys_ram_base + INITRD_LOAD_ADDR);
507             if (initrd_size < 0) {
508                 fprintf(stderr, "qemu: could not load initial ram disk '%s'\n", 
509                         initrd_filename);
510                 exit(1);
511             }
512         }
513         if (initrd_size > 0) {
514             stl_raw(phys_ram_base + KERNEL_PARAMS_ADDR + 0x218, INITRD_LOAD_ADDR);
515             stl_raw(phys_ram_base + KERNEL_PARAMS_ADDR + 0x21c, initrd_size);
516         }
517         pstrcpy(phys_ram_base + KERNEL_CMDLINE_ADDR, 4096,
518                 kernel_cmdline);
519         stw_raw(phys_ram_base + KERNEL_PARAMS_ADDR + 0x20, 0xA33F);
520         stw_raw(phys_ram_base + KERNEL_PARAMS_ADDR + 0x22,
521                 KERNEL_CMDLINE_ADDR - KERNEL_PARAMS_ADDR);
522         /* loader type */
523         stw_raw(phys_ram_base + KERNEL_PARAMS_ADDR + 0x210, 0x01);
524     }
525
526     if (pci_enabled) {
527         pci_bus = i440fx_init();
528         piix3_init(pci_bus);
529     } else {
530         pci_bus = NULL;
531     }
532
533     /* init basic PC hardware */
534     register_ioport_write(0x80, 1, 1, ioport80_write, NULL);
535
536     register_ioport_write(0xf0, 1, 1, ioportF0_write, NULL);
537
538     if (cirrus_vga_enabled) {
539         if (pci_enabled) {
540             pci_cirrus_vga_init(pci_bus, 
541                                 ds, phys_ram_base + ram_size, ram_size, 
542                                 vga_ram_size);
543         } else {
544             isa_cirrus_vga_init(ds, phys_ram_base + ram_size, ram_size, 
545                                 vga_ram_size);
546         }
547     } else {
548         vga_initialize(pci_bus, ds, phys_ram_base + ram_size, ram_size, 
549                        vga_ram_size, 0, 0);
550     }
551
552     rtc_state = rtc_init(0x70, 8);
553     register_ioport_read(0x61, 1, 1, speaker_ioport_read, NULL);
554     register_ioport_write(0x61, 1, 1, speaker_ioport_write, NULL);
555
556     register_ioport_read(0x92, 1, 1, ioport92_read, NULL);
557     register_ioport_write(0x92, 1, 1, ioport92_write, NULL);
558
559     if (pci_enabled) {
560         apic_init(cpu_single_env);
561         ioapic = ioapic_init();
562     }
563     isa_pic = pic_init(pic_irq_request, cpu_single_env);
564     pit = pit_init(0x40, 0);
565     if (pci_enabled) {
566         pic_set_alt_irq_func(isa_pic, ioapic_set_irq, ioapic);
567     }
568
569     for(i = 0; i < MAX_SERIAL_PORTS; i++) {
570         if (serial_hds[i]) {
571             serial_init(serial_io[i], serial_irq[i], serial_hds[i]);
572         }
573     }
574
575     for(i = 0; i < MAX_PARALLEL_PORTS; i++) {
576         if (parallel_hds[i]) {
577             parallel_init(parallel_io[i], parallel_irq[i], parallel_hds[i]);
578         }
579     }
580
581     if (pci_enabled) {
582         for(i = 0; i < nb_nics; i++) {
583             pci_ne2000_init(pci_bus, &nd_table[i]);
584         }
585         pci_piix3_ide_init(pci_bus, bs_table);
586     } else {
587         nb_nics1 = nb_nics;
588         if (nb_nics1 > NE2000_NB_MAX)
589             nb_nics1 = NE2000_NB_MAX;
590         for(i = 0; i < nb_nics1; i++) {
591             isa_ne2000_init(ne2000_io[i], ne2000_irq[i], &nd_table[i]);
592         }
593
594         for(i = 0; i < 2; i++) {
595             isa_ide_init(ide_iobase[i], ide_iobase2[i], ide_irq[i],
596                          bs_table[2 * i], bs_table[2 * i + 1]);
597         }
598     }
599
600     kbd_init();
601     DMA_init(0);
602
603     if (audio_enabled) {
604         AUD_init();
605 #ifdef USE_SB16
606         if (sb16_enabled)
607             SB16_init ();
608 #endif
609 #ifdef CONFIG_ADLIB
610         if (adlib_enabled)
611             Adlib_init ();
612 #endif
613 #ifdef USE_GUS
614         if (gus_enabled)
615             GUS_init ();
616 #endif
617     }
618
619     floppy_controller = fdctrl_init(6, 2, 0, 0x3f0, fd_table);
620
621     cmos_init(ram_size, boot_device, bs_table);
622
623     /* must be done after all PCI devices are instanciated */
624     /* XXX: should be done in the Bochs BIOS */
625     if (pci_enabled) {
626         pci_bios_init();
627     }
628 }
629
630 QEMUMachine pc_machine = {
631     "pc",
632     "Standard PC",
633     pc_init1,
634 };