// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * Analog Devices ADF4371 SPI Wideband Synthesizer driver
 *
 * Copyright 2019 Analog Devices Inc.
 */
#include "linux/dev_printk.h"
#include <linux/bitfield.h>
#include <linux/clk.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/err.h>
#include <linux/gcd.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/regmap.h>
#include <linux/sysfs.h>
#include <linux/spi/spi.h>

#include <linux/iio/iio.h>

/* Registers address macro */
#define ADF4371_REG(x)   (x)

/* ADF4371_REG0 */
#define ADF4371_ADDR_ASC_MSK  BIT(2)
#define ADF4371_ADDR_ASC(x)  FIELD_PREP(ADF4371_ADDR_ASC_MSK, x)
#define ADF4371_ADDR_ASC_R_MSK  BIT(5)
#define ADF4371_ADDR_ASC_R(x)  FIELD_PREP(ADF4371_ADDR_ASC_R_MSK, x)
#define ADF4371_RESET_CMD  0x81

/* ADF4371_REG17 */
#define ADF4371_FRAC2WORD_L_MSK  GENMASK(7, 1)
#define ADF4371_FRAC2WORD_L(x)  FIELD_PREP(ADF4371_FRAC2WORD_L_MSK, x)
#define ADF4371_FRAC1WORD_MSK  BIT(0)
#define ADF4371_FRAC1WORD(x)  FIELD_PREP(ADF4371_FRAC1WORD_MSK, x)

/* ADF4371_REG18 */
#define ADF4371_FRAC2WORD_H_MSK  GENMASK(6, 0)
#define ADF4371_FRAC2WORD_H(x)  FIELD_PREP(ADF4371_FRAC2WORD_H_MSK, x)

/* ADF4371_REG1A */
#define ADF4371_MOD2WORD_MSK  GENMASK(5, 0)
#define ADF4371_MOD2WORD(x)  FIELD_PREP(ADF4371_MOD2WORD_MSK, x)

/* ADF4371_REG22 */
#define ADF4371_REFIN_MODE_MASK  BIT(6)
#define ADF4371_REFIN_MODE(x)  FIELD_PREP(ADF4371_REFIN_MODE_MASK, x)
#define ADF4371_REF_DOUB_MASK  BIT(5)
#define ADF4371_REF_DOUB(x)  FIELD_PREP(ADF4371_REF_DOUB_MASK, x)\

/* ADF4371_REG24 */
#define ADF4371_RF_DIV_SEL_MSK  GENMASK(6, 4)
#define ADF4371_RF_DIV_SEL(x)  FIELD_PREP(ADF4371_RF_DIV_SEL_MSK, x)

/* ADF4371_REG25 */
#define ADF4371_MUTE_LD_MSK  BIT(7)
#define ADF4371_MUTE_LD(x)  FIELD_PREP(ADF4371_MUTE_LD_MSK, x)

/* ADF4371_REG32 */
#define ADF4371_TIMEOUT_MSK  GENMASK(1, 0)
#define ADF4371_TIMEOUT(x)  FIELD_PREP(ADF4371_TIMEOUT_MSK, x)

/* ADF4371_REG34 */
#define ADF4371_VCO_ALC_TOUT_MSK GENMASK(4, 0)
#define ADF4371_VCO_ALC_TOUT(x)  FIELD_PREP(ADF4371_VCO_ALC_TOUT_MSK, x)

/* Specifications */
#define ADF4371_MIN_VCO_FREQ  4000000000ULL /* 4000 MHz */
#define ADF4371_MAX_VCO_FREQ  8000000000ULL /* 8000 MHz */
#define ADF4371_MAX_OUT_RF8_FREQ ADF4371_MAX_VCO_FREQ /* Hz */
#define ADF4371_MIN_OUT_RF8_FREQ (ADF4371_MIN_VCO_FREQ / 64) /* Hz */
#define ADF4371_MAX_OUT_RF16_FREQ (ADF4371_MAX_VCO_FREQ * 2) /* Hz */
#define ADF4371_MIN_OUT_RF16_FREQ (ADF4371_MIN_VCO_FREQ * 2) /* Hz */
#define ADF4371_MAX_OUT_RF32_FREQ (ADF4371_MAX_VCO_FREQ * 4) /* Hz */
#define ADF4371_MIN_OUT_RF32_FREQ (ADF4371_MIN_VCO_FREQ * 4) /* Hz */

#define ADF4371_MAX_FREQ_PFD  250000000UL /* Hz */
#define ADF4371_MAX_FREQ_REFIN  600000000UL /* Hz */
#define ADF4371_MAX_FREQ_REFIN_SE 500000000UL /* Hz */

#define ADF4371_MIN_CLKIN_DOUB_FREQ 10000000ULL /* Hz */
#define ADF4371_MAX_CLKIN_DOUB_FREQ 125000000ULL /* Hz */

/* MOD1 is a 24-bit primary modulus with fixed value of 2^25 */
#define ADF4371_MODULUS1  33554432ULL
/* MOD2 is the programmable, 14-bit auxiliary fractional modulus */
#define ADF4371_MAX_MODULUS2  BIT(14)

#define ADF4371_CHECK_RANGE(freq, range) \
 ((freq > ADF4371_MAX_ ## range) || (freq < ADF4371_MIN_ ## range))

enum {
 ADF4371_FREQ,
 ADF4371_POWER_DOWN,
 ADF4371_CHANNEL_NAME
};

enum {
 ADF4371_CH_RF8,
 ADF4371_CH_RFAUX8,
 ADF4371_CH_RF16,
 ADF4371_CH_RF32
};

enum adf4371_variant {
 ADF4371,
 ADF4372
};

struct adf4371_pwrdown {
 unsigned int reg;
 unsigned int bit;
};

static const char * const adf4371_ch_names[] = {
 "RF8x", "RFAUX8x", "RF16x", "RF32x"
};

static const struct adf4371_pwrdown adf4371_pwrdown_ch[4] = {
 [ADF4371_CH_RF8] = { ADF4371_REG(0x25), 2 },
 [ADF4371_CH_RFAUX8] = { ADF4371_REG(0x72), 3 },
 [ADF4371_CH_RF16] = { ADF4371_REG(0x25), 3 },
 [ADF4371_CH_RF32] = { ADF4371_REG(0x25), 4 },
};

static const struct reg_sequence adf4371_reg_defaults[] = {
 { ADF4371_REG(0x0),  0x18 },
 { ADF4371_REG(0x12), 0x40 },
 { ADF4371_REG(0x1E), 0x48 },
 { ADF4371_REG(0x20), 0x14 },
 { ADF4371_REG(0x22), 0x00 },
 { ADF4371_REG(0x23), 0x00 },
 { ADF4371_REG(0x24), 0x80 },
 { ADF4371_REG(0x25), 0x07 },
 { ADF4371_REG(0x27), 0xC5 },
 { ADF4371_REG(0x28), 0x83 },
 { ADF4371_REG(0x2C), 0x44 },
 { ADF4371_REG(0x2D), 0x11 },
 { ADF4371_REG(0x2E), 0x12 },
 { ADF4371_REG(0x2F), 0x94 },
 { ADF4371_REG(0x32), 0x04 },
 { ADF4371_REG(0x35), 0xFA },
 { ADF4371_REG(0x36), 0x30 },
 { ADF4371_REG(0x39), 0x07 },
 { ADF4371_REG(0x3A), 0x55 },
 { ADF4371_REG(0x3E), 0x0C },
 { ADF4371_REG(0x3F), 0x80 },
 { ADF4371_REG(0x40), 0x50 },
 { ADF4371_REG(0x41), 0x28 },
 { ADF4371_REG(0x47), 0xC0 },
 { ADF4371_REG(0x52), 0xF4 },
 { ADF4371_REG(0x70), 0x03 },
 { ADF4371_REG(0x71), 0x60 },
 { ADF4371_REG(0x72), 0x32 },
};

static const struct regmap_config adf4371_regmap_config = {
 .reg_bits = 16,
 .val_bits = 8,
 .read_flag_mask = BIT(7),
};

struct adf4371_chip_info {
 const char *name;
 unsigned int num_channels;
 const struct iio_chan_spec *channels;
};

struct adf4371_state {
 struct spi_device *spi;
 struct regmap *regmap;
 /*
  * Lock for accessing device registers. Some operations require
  * multiple consecutive R/W operations, during which the device
  * shouldn't be interrupted. The buffers are also shared across
  * all operations so need to be protected on stand alone reads and
  * writes.
 */
 struct mutex lock;
 const struct adf4371_chip_info *chip_info;
 unsigned long clkin_freq;
 unsigned long fpfd;
 unsigned int integer;
 unsigned int fract1;
 unsigned int fract2;
 unsigned int mod2;
 unsigned int rf_div_sel;
 unsigned int ref_div_factor;
 bool ref_diff_en;
 u8 buf[10] __aligned(IIO_DMA_MINALIGN);
};

static unsigned long long adf4371_pll_fract_n_get_rate(struct adf4371_state *st,
             u32 channel)
{
 unsigned long long val, tmp;
 unsigned int ref_div_sel;

 val = (((u64)st->integer * ADF4371_MODULUS1) + st->fract1) * st->fpfd;
 tmp = (u64)st->fract2 * st->fpfd;
 do_div(tmp, st->mod2);
 val += tmp + ADF4371_MODULUS1 / 2;

 if (channel == ADF4371_CH_RF8 || channel == ADF4371_CH_RFAUX8)
  ref_div_sel = st->rf_div_sel;
 else
  ref_div_sel = 0;

 do_div(val, ADF4371_MODULUS1 * (1 << ref_div_sel));

 if (channel == ADF4371_CH_RF16)
  val <<= 1;
 else if (channel == ADF4371_CH_RF32)
  val <<= 2;

 return val;
}

static void adf4371_pll_fract_n_compute(unsigned long long vco,
           unsigned long long pfd,
           unsigned int *integer,
           unsigned int *fract1,
           unsigned int *fract2,
           unsigned int *mod2)
{
 unsigned long long tmp;
 u32 gcd_div;

 tmp = do_div(vco, pfd);
 tmp = tmp * ADF4371_MODULUS1;
 *fract2 = do_div(tmp, pfd);

 *integer = vco;
 *fract1 = tmp;

 *mod2 = pfd;

 while (*mod2 > ADF4371_MAX_MODULUS2) {
  *mod2 >>= 1;
  *fract2 >>= 1;
 }

 gcd_div = gcd(*fract2, *mod2);
 *mod2 /= gcd_div;
 *fract2 /= gcd_div;
}

static int adf4371_set_freq(struct adf4371_state *st, unsigned long long freq,
       unsigned int channel)
{
 u32 cp_bleed;
 u8 int_mode = 0;
 int ret;

 switch (channel) {
 case ADF4371_CH_RF8:
 case ADF4371_CH_RFAUX8:
  if (ADF4371_CHECK_RANGE(freq, OUT_RF8_FREQ))
   return -EINVAL;

  st->rf_div_sel = 0;

  while (freq < ADF4371_MIN_VCO_FREQ) {
   freq <<= 1;
   st->rf_div_sel++;
  }
  break;
 case ADF4371_CH_RF16:
  /* ADF4371 RF16 8000...16000 MHz */
  if (ADF4371_CHECK_RANGE(freq, OUT_RF16_FREQ))
   return -EINVAL;

  freq >>= 1;
  break;
 case ADF4371_CH_RF32:
  /* ADF4371 RF32 16000...32000 MHz */
  if (ADF4371_CHECK_RANGE(freq, OUT_RF32_FREQ))
   return -EINVAL;

  freq >>= 2;
  break;
 default:
  return -EINVAL;
 }

 adf4371_pll_fract_n_compute(freq, st->fpfd, &st->integer, &st->fract1,
        &st->fract2, &st->mod2);
 st->buf[0] = st->integer >> 8;
 st->buf[1] = 0x40; /* REG12 default */
 st->buf[2] = 0x00;
 st->buf[3] = st->fract1 & 0xFF;
 st->buf[4] = st->fract1 >> 8;
 st->buf[5] = st->fract1 >> 16;
 st->buf[6] = ADF4371_FRAC2WORD_L(st->fract2 & 0x7F) |
       ADF4371_FRAC1WORD(st->fract1 >> 24);
 st->buf[7] = ADF4371_FRAC2WORD_H(st->fract2 >> 7);
 st->buf[8] = st->mod2 & 0xFF;
 st->buf[9] = ADF4371_MOD2WORD(st->mod2 >> 8);

 ret = regmap_bulk_write(st->regmap, ADF4371_REG(0x11), st->buf, 10);
 if (ret < 0)
  return ret;
 /*
  * The R counter allows the input reference frequency to be
  * divided down to produce the reference clock to the PFD
 */
 ret = regmap_write(st->regmap, ADF4371_REG(0x1F), st->ref_div_factor);
 if (ret < 0)
  return ret;

 ret = regmap_update_bits(st->regmap, ADF4371_REG(0x24),
     ADF4371_RF_DIV_SEL_MSK,
     ADF4371_RF_DIV_SEL(st->rf_div_sel));
 if (ret < 0)
  return ret;

 cp_bleed = DIV_ROUND_UP(400 * 1750, st->integer * 375);
 cp_bleed = clamp(cp_bleed, 1U, 255U);
 ret = regmap_write(st->regmap, ADF4371_REG(0x26), cp_bleed);
 if (ret < 0)
  return ret;
 /*
  * Set to 1 when in INT mode (when FRAC1 = FRAC2 = 0),
  * and set to 0 when in FRAC mode.
 */
 if (st->fract1 == 0 && st->fract2 == 0)
  int_mode = 0x01;

 ret = regmap_write(st->regmap, ADF4371_REG(0x2B), int_mode);
 if (ret < 0)
  return ret;

 return regmap_write(st->regmap, ADF4371_REG(0x10), st->integer & 0xFF);
}

static ssize_t adf4371_read(struct iio_dev *indio_dev,
       uintptr_t private,
       const struct iio_chan_spec *chan,
       char *buf)
{
 struct adf4371_state *st = iio_priv(indio_dev);
 unsigned long long val = 0;
 unsigned int readval, reg, bit;
 int ret;

 switch ((u32)private) {
 case ADF4371_FREQ:
  val = adf4371_pll_fract_n_get_rate(st, chan->channel);
  ret = regmap_read(st->regmap, ADF4371_REG(0x7C), &readval);
  if (ret < 0)
   break;

  if (readval == 0x00) {
   dev_dbg(&st->spi->dev, "PLL un-locked\n");
   ret = -EBUSY;
  }
  break;
 case ADF4371_POWER_DOWN:
  reg = adf4371_pwrdown_ch[chan->channel].reg;
  bit = adf4371_pwrdown_ch[chan->channel].bit;

  ret = regmap_read(st->regmap, reg, &readval);
  if (ret < 0)
   break;

  val = !(readval & BIT(bit));
  break;
 case ADF4371_CHANNEL_NAME:
  return sprintf(buf, "%s\n", adf4371_ch_names[chan->channel]);
 default:
  ret = -EINVAL;
  val = 0;
  break;
 }

 return ret < 0 ? ret : sprintf(buf, "%llu\n", val);
}

static ssize_t adf4371_write(struct iio_dev *indio_dev,
        uintptr_t private,
        const struct iio_chan_spec *chan,
        const char *buf, size_t len)
{
 struct adf4371_state *st = iio_priv(indio_dev);
 unsigned long long freq;
 bool power_down;
 unsigned int bit, readval, reg;
 int ret;

 mutex_lock(&st->lock);
 switch ((u32)private) {
 case ADF4371_FREQ:
  ret = kstrtoull(buf, 10, &freq);
  if (ret)
   break;

  ret = adf4371_set_freq(st, freq, chan->channel);
  break;
 case ADF4371_POWER_DOWN:
  ret = kstrtobool(buf, &power_down);
  if (ret)
   break;

  reg = adf4371_pwrdown_ch[chan->channel].reg;
  bit = adf4371_pwrdown_ch[chan->channel].bit;
  ret = regmap_read(st->regmap, reg, &readval);
  if (ret < 0)
   break;

  readval &= ~BIT(bit);
  readval |= (!power_down << bit);

  ret = regmap_write(st->regmap, reg, readval);
  break;
 default:
  ret = -EINVAL;
  break;
 }
 mutex_unlock(&st->lock);

 return ret ? ret : len;
}

#define _ADF4371_EXT_INFO(_name, _ident) { \
  .name = _name, \
  .read = adf4371_read, \
  .write = adf4371_write, \
  .private = _ident, \
  .shared = IIO_SEPARATE, \
}

static const struct iio_chan_spec_ext_info adf4371_ext_info[] = {
 /*
  * Ideally we use IIO_CHAN_INFO_FREQUENCY, but there are
  * values > 2^32 in order to support the entire frequency range
  * in Hz. Using scale is a bit ugly.
 */
 _ADF4371_EXT_INFO("frequency", ADF4371_FREQ),
 _ADF4371_EXT_INFO("powerdown", ADF4371_POWER_DOWN),
 _ADF4371_EXT_INFO("name", ADF4371_CHANNEL_NAME),
 { }
};

#define ADF4371_CHANNEL(index) { \
  .type = IIO_ALTVOLTAGE, \
  .output = 1, \
  .channel = index, \
  .ext_info = adf4371_ext_info, \
  .indexed = 1, \
 }

static const struct iio_chan_spec adf4371_chan[] = {
 ADF4371_CHANNEL(ADF4371_CH_RF8),
 ADF4371_CHANNEL(ADF4371_CH_RFAUX8),
 ADF4371_CHANNEL(ADF4371_CH_RF16),
 ADF4371_CHANNEL(ADF4371_CH_RF32),
};

static const struct adf4371_chip_info adf4371_chip_info = {
 .name = "adf4371",
 .channels = adf4371_chan,
 .num_channels = 4,
};

static const struct adf4371_chip_info adf4372_chip_info = {
 .name = "adf4372",
 .channels = adf4371_chan,
 .num_channels = 3,
};

static int adf4371_reg_access(struct iio_dev *indio_dev,
         unsigned int reg,
         unsigned int writeval,
         unsigned int *readval)
{
 struct adf4371_state *st = iio_priv(indio_dev);

 if (readval)
  return regmap_read(st->regmap, reg, readval);
 else
  return regmap_write(st->regmap, reg, writeval);
}

static const struct iio_info adf4371_info = {
 .debugfs_reg_access = &adf4371_reg_access,
};

static int adf4371_setup(struct adf4371_state *st)
{
 unsigned int synth_timeout = 2, timeout = 1, vco_alc_timeout = 1;
 unsigned int vco_band_div, tmp, ref_doubler_en = 0;
 int ret;

 /* Perform a software reset */
 ret = regmap_write(st->regmap, ADF4371_REG(0x0), ADF4371_RESET_CMD);
 if (ret < 0)
  return ret;

 ret = regmap_multi_reg_write(st->regmap, adf4371_reg_defaults,
         ARRAY_SIZE(adf4371_reg_defaults));
 if (ret < 0)
  return ret;

 /* Mute to Lock Detect */
 if (device_property_read_bool(&st->spi->dev, "adi,mute-till-lock-en")) {
  ret = regmap_update_bits(st->regmap, ADF4371_REG(0x25),
      ADF4371_MUTE_LD_MSK,
      ADF4371_MUTE_LD(1));
  if (ret < 0)
   return ret;
 }

 /* Set address in ascending order, so the bulk_write() will work */
 ret = regmap_update_bits(st->regmap, ADF4371_REG(0x0),
     ADF4371_ADDR_ASC_MSK | ADF4371_ADDR_ASC_R_MSK,
     ADF4371_ADDR_ASC(1) | ADF4371_ADDR_ASC_R(1));
 if (ret < 0)
  return ret;

 if ((st->ref_diff_en && st->clkin_freq > ADF4371_MAX_FREQ_REFIN) ||
     (!st->ref_diff_en && st->clkin_freq > ADF4371_MAX_FREQ_REFIN_SE))
  return -EINVAL;

 if (st->clkin_freq < ADF4371_MAX_CLKIN_DOUB_FREQ &&
     st->clkin_freq > ADF4371_MIN_CLKIN_DOUB_FREQ)
  ref_doubler_en = 1;

 ret = regmap_update_bits(st->regmap,  ADF4371_REG(0x22),
     ADF4371_REF_DOUB_MASK |
     ADF4371_REFIN_MODE_MASK,
     ADF4371_REF_DOUB(ref_doubler_en) |
     ADF4371_REFIN_MODE(st->ref_diff_en));
 if (ret < 0)
  return ret;

 /*
  * Calculate and maximize PFD frequency
  * fPFD = REFIN × ((1 + D)/(R × (1 + T)))
  * Where D is the REFIN doubler bit, T is the reference divide by 2,
  * R is the reference division factor
  * TODO: it is assumed D and T equal 0.
 */
 do {
  st->ref_div_factor++;
  st->fpfd = st->clkin_freq * (1 + ref_doubler_en) /
      st->ref_div_factor;
 } while (st->fpfd > ADF4371_MAX_FREQ_PFD);

 /* Calculate Timeouts */
 vco_band_div = DIV_ROUND_UP(st->fpfd, 2400000U);

 tmp = DIV_ROUND_CLOSEST(st->fpfd, 1000000U);
 do {
  timeout++;
  if (timeout > 1023) {
   timeout = 2;
   synth_timeout++;
  }
 } while (synth_timeout * 1024 + timeout <= 20 * tmp);

 do {
  vco_alc_timeout++;
 } while (vco_alc_timeout * 1024 - timeout <= 50 * tmp);

 st->buf[0] = vco_band_div;
 st->buf[1] = timeout & 0xFF;
 st->buf[2] = ADF4371_TIMEOUT(timeout >> 8) | 0x04;
 st->buf[3] = synth_timeout;
 st->buf[4] = ADF4371_VCO_ALC_TOUT(vco_alc_timeout);

 return regmap_bulk_write(st->regmap, ADF4371_REG(0x30), st->buf, 5);
}

static int adf4371_probe(struct spi_device *spi)
{
 struct iio_dev *indio_dev;
 struct adf4371_state *st;
 struct regmap *regmap;
 struct clk *clkin;
 int ret;

 indio_dev = devm_iio_device_alloc(&spi->dev, sizeof(*st));
 if (!indio_dev)
  return -ENOMEM;

 regmap = devm_regmap_init_spi(spi, &adf4371_regmap_config);
 if (IS_ERR(regmap))
  return dev_err_probe(&spi->dev, PTR_ERR(regmap),
         "Error initializing spi regmap\n");

 st = iio_priv(indio_dev);
 st->spi = spi;
 st->regmap = regmap;
 mutex_init(&st->lock);

 st->chip_info = spi_get_device_match_data(spi);
 if (!st->chip_info)
  return -ENODEV;

 indio_dev->name = st->chip_info->name;
 indio_dev->info = &adf4371_info;
 indio_dev->modes = INDIO_DIRECT_MODE;
 indio_dev->channels = st->chip_info->channels;
 indio_dev->num_channels = st->chip_info->num_channels;

 st->ref_diff_en = false;

 clkin = devm_clk_get_enabled(&spi->dev, "clkin");
 if (IS_ERR(clkin)) {
  clkin = devm_clk_get_enabled(&spi->dev, "clkin-diff");
  if (IS_ERR(clkin))
   return dev_err_probe(&spi->dev, PTR_ERR(clkin),
         "Failed to get clkin/clkin-diff\n");
  st->ref_diff_en = true;
 }

 st->clkin_freq = clk_get_rate(clkin);

 ret = adf4371_setup(st);
 if (ret < 0)
  return dev_err_probe(&spi->dev, ret, "ADF4371 setup failed\n");

 return devm_iio_device_register(&spi->dev, indio_dev);
}

static const struct spi_device_id adf4371_id_table[] = {
 { "adf4371", (kernel_ulong_t)&adf4371_chip_info },
 { "adf4372", (kernel_ulong_t)&adf4372_chip_info },
 { }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(spi, adf4371_id_table);

static const struct of_device_id adf4371_of_match[] = {
 { .compatible = "adi,adf4371", .data = &adf4371_chip_info },
 { .compatible = "adi,adf4372", .data = &adf4372_chip_info},
 { }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, adf4371_of_match);

static struct spi_driver adf4371_driver = {
 .driver = {
  .name = "adf4371",
  .of_match_table = adf4371_of_match,
 },
 .probe = adf4371_probe,
 .id_table = adf4371_id_table,
};
module_spi_driver(adf4371_driver);

MODULE_AUTHOR("Stefan Popa <stefan.popa@analog.com>");
MODULE_DESCRIPTION("Analog Devices ADF4371 SPI PLL");
MODULE_LICENSE("GPL");