// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
/*
 * i2c-algo-bit.c: i2c driver algorithms for bit-shift adapters
 *
 *   Copyright (C) 1995-2000 Simon G. Vogl
 *
 * With some changes from Frodo Looijaard <frodol@dds.nl>, Kyösti Mälkki
 * <kmalkki@cc.hut.fi> and Jean Delvare <jdelvare@suse.de>
 */

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/i2c-algo-bit.h>


/* ----- global defines ----------------------------------------------- */

#ifdef DEBUG
#define bit_dbg(level, dev, format, args...) \
 do { \
  if (i2c_debug >= level) \
   dev_dbg(dev, format, ##args); \
 } while (0)
#else
#define bit_dbg(level, dev, format, args...) \
 do {} while (0)
#endif /* DEBUG */

/* ----- global variables --------------------------------------------- */

static int bit_test; /* see if the line-setting functions work */
module_param(bit_test, int, S_IRUGO);
MODULE_PARM_DESC(bit_test, "lines testing - 0 off; 1 report; 2 fail if stuck");

#ifdef DEBUG
static int i2c_debug = 1;
module_param(i2c_debug, int, S_IRUGO | S_IWUSR);
MODULE_PARM_DESC(i2c_debug,
   "debug level - 0 off; 1 normal; 2 verbose; 3 very verbose");
#endif

/* --- setting states on the bus with the right timing: --------------- */

#define setsda(adap, val) adap->setsda(adap->data, val)
#define setscl(adap, val) adap->setscl(adap->data, val)
#define getsda(adap)  adap->getsda(adap->data)
#define getscl(adap)  adap->getscl(adap->data)

static inline void sdalo(struct i2c_algo_bit_data *adap)
{
 setsda(adap, 0);
 udelay((adap->udelay + 1) / 2);
}

static inline void sdahi(struct i2c_algo_bit_data *adap)
{
 setsda(adap, 1);
 udelay((adap->udelay + 1) / 2);
}

static inline void scllo(struct i2c_algo_bit_data *adap)
{
 setscl(adap, 0);
 udelay(adap->udelay / 2);
}

/*
 * Raise scl line, and do checking for delays. This is necessary for slower
 * devices.
 */
static int sclhi(struct i2c_algo_bit_data *adap)
{
 unsigned long start;

 setscl(adap, 1);

 /* Not all adapters have scl sense line... */
 if (!adap->getscl)
  goto done;

 start = jiffies;
 while (!getscl(adap)) {
  /* This hw knows how to read the clock line, so we wait
   * until it actually gets high.  This is safer as some
   * chips may hold it low ("clock stretching") while they
   * are processing data internally.
 */
  if (time_after(jiffies, start + adap->timeout)) {
   /* Test one last time, as we may have been preempted
    * between last check and timeout test.
 */
   if (getscl(adap))
    break;
   return -ETIMEDOUT;
  }
  cpu_relax();
 }
#ifdef DEBUG
 if (jiffies != start && i2c_debug >= 3)
  pr_debug("i2c-algo-bit: needed %ld jiffies for SCL to go high\n",
    jiffies - start);
#endif

done:
 udelay(adap->udelay);
 return 0;
}


/* --- other auxiliary functions -------------------------------------- */
static void i2c_start(struct i2c_algo_bit_data *adap)
{
 /* assert: scl, sda are high */
 setsda(adap, 0);
 udelay(adap->udelay);
 scllo(adap);
}

static void i2c_repstart(struct i2c_algo_bit_data *adap)
{
 /* assert: scl is low */
 sdahi(adap);
 sclhi(adap);
 setsda(adap, 0);
 udelay(adap->udelay);
 scllo(adap);
}


static void i2c_stop(struct i2c_algo_bit_data *adap)
{
 /* assert: scl is low */
 sdalo(adap);
 sclhi(adap);
 setsda(adap, 1);
 udelay(adap->udelay);
}



/* send a byte without start cond., look for arbitration,
   check ackn. from slave */
/* returns:
 * 1 if the device acknowledged
 * 0 if the device did not ack
 * -ETIMEDOUT if an error occurred (while raising the scl line)
 */
static int i2c_outb(struct i2c_adapter *i2c_adap, unsigned char c)
{
 int i;
 int sb;
 int ack;
 struct i2c_algo_bit_data *adap = i2c_adap->algo_data;

 /* assert: scl is low */
 for (i = 7; i >= 0; i--) {
  sb = (c >> i) & 1;
  setsda(adap, sb);
  udelay((adap->udelay + 1) / 2);
  if (sclhi(adap) < 0) { /* timed out */
   bit_dbg(1, &i2c_adap->dev,
    "i2c_outb: 0x%02x, timeout at bit #%d\n",
    (int)c, i);
   return -ETIMEDOUT;
  }
  /* FIXME do arbitration here:
   * if (sb && !getsda(adap)) -> ouch! Get out of here.
   *
   * Report a unique code, so higher level code can retry
   * the whole (combined) message and *NOT* issue STOP.
 */
  scllo(adap);
 }
 sdahi(adap);
 if (sclhi(adap) < 0) { /* timeout */
  bit_dbg(1, &i2c_adap->dev,
   "i2c_outb: 0x%02x, timeout at ack\n", (int)c);
  return -ETIMEDOUT;
 }

 /* read ack: SDA should be pulled down by slave, or it may
  * NAK (usually to report problems with the data we wrote).
  * Always report ACK if SDA is write-only.
 */
 ack = !adap->getsda || !getsda(adap);    /* ack: sda is pulled low -> success */
 bit_dbg(2, &i2c_adap->dev, "i2c_outb: 0x%02x %s\n", (int)c,
  ack ? "A" : "NA");

 scllo(adap);
 return ack;
 /* assert: scl is low (sda undef) */
}


static int i2c_inb(struct i2c_adapter *i2c_adap)
{
 /* read byte via i2c port, without start/stop sequence */
 /* acknowledge is sent in i2c_read. */
 int i;
 unsigned char indata = 0;
 struct i2c_algo_bit_data *adap = i2c_adap->algo_data;

 /* assert: scl is low */
 sdahi(adap);
 for (i = 0; i < 8; i++) {
  if (sclhi(adap) < 0) { /* timeout */
   bit_dbg(1, &i2c_adap->dev,
    "i2c_inb: timeout at bit #%d\n",
    7 - i);
   return -ETIMEDOUT;
  }
  indata *= 2;
  if (getsda(adap))
   indata |= 0x01;
  setscl(adap, 0);
  udelay(i == 7 ? adap->udelay / 2 : adap->udelay);
 }
 /* assert: scl is low */
 return indata;
}

/*
 * Sanity check for the adapter hardware - check the reaction of
 * the bus lines only if it seems to be idle.
 */
static int test_bus(struct i2c_adapter *i2c_adap)
{
 struct i2c_algo_bit_data *adap = i2c_adap->algo_data;
 const char *name = i2c_adap->name;
 int scl, sda, ret;

 if (adap->pre_xfer) {
  ret = adap->pre_xfer(i2c_adap);
  if (ret < 0)
   return -ENODEV;
 }

 if (adap->getsda == NULL)
  pr_info("%s: SDA is write-only, testing not possible\n", name);
 if (adap->getscl == NULL)
  pr_info("%s: SCL is write-only, testing not possible\n", name);

 sda = adap->getsda ? getsda(adap) : 1;
 scl = adap->getscl ? getscl(adap) : 1;
 if (!scl || !sda) {
  pr_warn("%s: bus seems to be busy (scl=%d, sda=%d)\n", name, scl, sda);
  goto bailout;
 }

 sdalo(adap);
 if (adap->getsda && getsda(adap)) {
  pr_warn("%s: SDA stuck high!\n", name);
  goto bailout;
 }
 if (adap->getscl && !getscl(adap)) {
  pr_warn("%s: SCL unexpected low while pulling SDA low!\n", name);
  goto bailout;
 }

 sdahi(adap);
 if (adap->getsda && !getsda(adap)) {
  pr_warn("%s: SDA stuck low!\n", name);
  goto bailout;
 }
 if (adap->getscl && !getscl(adap)) {
  pr_warn("%s: SCL unexpected low while pulling SDA high!\n", name);
  goto bailout;
 }

 scllo(adap);
 if (adap->getscl && getscl(adap)) {
  pr_warn("%s: SCL stuck high!\n", name);
  goto bailout;
 }
 if (adap->getsda && !getsda(adap)) {
  pr_warn("%s: SDA unexpected low while pulling SCL low!\n", name);
  goto bailout;
 }

 sclhi(adap);
 if (adap->getscl && !getscl(adap)) {
  pr_warn("%s: SCL stuck low!\n", name);
  goto bailout;
 }
 if (adap->getsda && !getsda(adap)) {
  pr_warn("%s: SDA unexpected low while pulling SCL high!\n", name);
  goto bailout;
 }

 if (adap->post_xfer)
  adap->post_xfer(i2c_adap);

 pr_info("%s: Test OK\n", name);
 return 0;
bailout:
 sdahi(adap);
 sclhi(adap);

 if (adap->post_xfer)
  adap->post_xfer(i2c_adap);

 return -ENODEV;
}

/* ----- Utility functions
 */

/* try_address tries to contact a chip for a number of
 * times before it gives up.
 * return values:
 * 1 chip answered
 * 0 chip did not answer
 * -x transmission error
 */
static int try_address(struct i2c_adapter *i2c_adap,
         unsigned char addr, int retries)
{
 struct i2c_algo_bit_data *adap = i2c_adap->algo_data;
 int i, ret = 0;

 for (i = 0; i <= retries; i++) {
  ret = i2c_outb(i2c_adap, addr);
  if (ret == 1 || i == retries)
   break;
  bit_dbg(3, &i2c_adap->dev, "emitting stop condition\n");
  i2c_stop(adap);
  udelay(adap->udelay);
  yield();
  bit_dbg(3, &i2c_adap->dev, "emitting start condition\n");
  i2c_start(adap);
 }
 if (i && ret)
  bit_dbg(1, &i2c_adap->dev,
   "Used %d tries to %s client at 0x%02x: %s\n", i + 1,
   addr & 1 ? "read from" : "write to", addr >> 1,
   ret == 1 ? "success" : "failed, timeout?");
 return ret;
}

static int sendbytes(struct i2c_adapter *i2c_adap, struct i2c_msg *msg)
{
 const unsigned char *temp = msg->buf;
 int count = msg->len;
 unsigned short nak_ok = msg->flags & I2C_M_IGNORE_NAK;
 int retval;
 int wrcount = 0;

 while (count > 0) {
  retval = i2c_outb(i2c_adap, *temp);

  /* OK/ACK; or ignored NAK */
  if ((retval > 0) || (nak_ok && (retval == 0))) {
   count--;
   temp++;
   wrcount++;

  /* A slave NAKing the master means the slave didn't like
   * something about the data it saw.  For example, maybe
   * the SMBus PEC was wrong.
 */
  } else if (retval == 0) {
   dev_err(&i2c_adap->dev, "sendbytes: NAK bailout.\n");
   return -EIO;

  /* Timeout; or (someday) lost arbitration
   *
   * FIXME Lost ARB implies retrying the transaction from
   * the first message, after the "winning" master issues
   * its STOP.  As a rule, upper layer code has no reason
   * to know or care about this ... it is *NOT* an error.
 */
  } else {
   dev_err(&i2c_adap->dev, "sendbytes: error %d\n",
     retval);
   return retval;
  }
 }
 return wrcount;
}

static int acknak(struct i2c_adapter *i2c_adap, int is_ack)
{
 struct i2c_algo_bit_data *adap = i2c_adap->algo_data;

 /* assert: sda is high */
 if (is_ack)  /* send ack */
  setsda(adap, 0);
 udelay((adap->udelay + 1) / 2);
 if (sclhi(adap) < 0) { /* timeout */
  dev_err(&i2c_adap->dev, "readbytes: ack/nak timeout\n");
  return -ETIMEDOUT;
 }
 scllo(adap);
 return 0;
}

static int readbytes(struct i2c_adapter *i2c_adap, struct i2c_msg *msg)
{
 int inval;
 int rdcount = 0; /* counts bytes read */
 unsigned char *temp = msg->buf;
 int count = msg->len;
 const unsigned flags = msg->flags;
 struct i2c_algo_bit_data *adap = i2c_adap->algo_data;

 if (!adap->getsda)
  return -EOPNOTSUPP;

 while (count > 0) {
  inval = i2c_inb(i2c_adap);
  if (inval >= 0) {
   *temp = inval;
   rdcount++;
  } else {   /* read timed out */
   break;
  }

  temp++;
  count--;

  /* Some SMBus transactions require that we receive the
   transaction length as the first read byte. */
  if (rdcount == 1 && (flags & I2C_M_RECV_LEN)) {
   if (inval <= 0 || inval > I2C_SMBUS_BLOCK_MAX) {
    if (!(flags & I2C_M_NO_RD_ACK))
     acknak(i2c_adap, 0);
    dev_err(&i2c_adap->dev,
     "readbytes: invalid block length (%d)\n",
     inval);
    return -EPROTO;
   }
   /* The original count value accounts for the extra
      bytes, that is, either 1 for a regular transaction,
   or 2 for a PEC transaction. */
   count += inval;
   msg->len += inval;
  }

  bit_dbg(2, &i2c_adap->dev, "readbytes: 0x%02x %s\n",
   inval,
   (flags & I2C_M_NO_RD_ACK)
    ? "(no ack/nak)"
    : (count ? "A" : "NA"));

  if (!(flags & I2C_M_NO_RD_ACK)) {
   inval = acknak(i2c_adap, count);
   if (inval < 0)
    return inval;
  }
 }
 return rdcount;
}

/* doAddress initiates the transfer by generating the start condition (in
 * try_address) and transmits the address in the necessary format to handle
 * reads, writes as well as 10bit-addresses.
 * returns:
 *  0 everything went okay, the chip ack'ed, or IGNORE_NAK flag was set
 * -x an error occurred (like: -ENXIO if the device did not answer, or
 * -ETIMEDOUT, for example if the lines are stuck...)
 */
static int bit_doAddress(struct i2c_adapter *i2c_adap, struct i2c_msg *msg)
{
 unsigned short flags = msg->flags;
 unsigned short nak_ok = msg->flags & I2C_M_IGNORE_NAK;
 struct i2c_algo_bit_data *adap = i2c_adap->algo_data;

 unsigned char addr;
 int ret, retries;

 retries = nak_ok ? 0 : i2c_adap->retries;

 if (flags & I2C_M_TEN) {
  /* a ten bit address */
  addr = 0xf0 | ((msg->addr >> 7) & 0x06);
  bit_dbg(2, &i2c_adap->dev, "addr0: %d\n", addr);
  /* try extended address code...*/
  ret = try_address(i2c_adap, addr, retries);
  if ((ret != 1) && !nak_ok)  {
   dev_err(&i2c_adap->dev,
    "died at extended address code\n");
   return -ENXIO;
  }
  /* the remaining 8 bit address */
  ret = i2c_outb(i2c_adap, msg->addr & 0xff);
  if ((ret != 1) && !nak_ok) {
   /* the chip did not ack / xmission error occurred */
   dev_err(&i2c_adap->dev, "died at 2nd address code\n");
   return -ENXIO;
  }
  if (flags & I2C_M_RD) {
   bit_dbg(3, &i2c_adap->dev,
    "emitting repeated start condition\n");
   i2c_repstart(adap);
   /* okay, now switch into reading mode */
   addr |= 0x01;
   ret = try_address(i2c_adap, addr, retries);
   if ((ret != 1) && !nak_ok) {
    dev_err(&i2c_adap->dev,
     "died at repeated address code\n");
    return -EIO;
   }
  }
 } else {  /* normal 7bit address */
  addr = i2c_8bit_addr_from_msg(msg);
  if (flags & I2C_M_REV_DIR_ADDR)
   addr ^= 1;
  ret = try_address(i2c_adap, addr, retries);
  if ((ret != 1) && !nak_ok)
   return -ENXIO;
 }

 return 0;
}

static int bit_xfer(struct i2c_adapter *i2c_adap,
      struct i2c_msg msgs[], int num)
{
 struct i2c_msg *pmsg;
 struct i2c_algo_bit_data *adap = i2c_adap->algo_data;
 int i, ret;
 unsigned short nak_ok;

 if (adap->pre_xfer) {
  ret = adap->pre_xfer(i2c_adap);
  if (ret < 0)
   return ret;
 }

 bit_dbg(3, &i2c_adap->dev, "emitting start condition\n");
 i2c_start(adap);
 for (i = 0; i < num; i++) {
  pmsg = &msgs[i];
  nak_ok = pmsg->flags & I2C_M_IGNORE_NAK;
  if (!(pmsg->flags & I2C_M_NOSTART)) {
   if (i) {
    if (msgs[i - 1].flags & I2C_M_STOP) {
     bit_dbg(3, &i2c_adap->dev,
      "emitting enforced stop/start condition\n");
     i2c_stop(adap);
     i2c_start(adap);
    } else {
     bit_dbg(3, &i2c_adap->dev,
      "emitting repeated start condition\n");
     i2c_repstart(adap);
    }
   }
   ret = bit_doAddress(i2c_adap, pmsg);
   if ((ret != 0) && !nak_ok) {
    bit_dbg(1, &i2c_adap->dev,
     "NAK from device addr 0x%02x msg #%d\n",
     msgs[i].addr, i);
    goto bailout;
   }
  }
  if (pmsg->flags & I2C_M_RD) {
   /* read bytes into buffer*/
   ret = readbytes(i2c_adap, pmsg);
   if (ret >= 1)
    bit_dbg(2, &i2c_adap->dev, "read %d byte%s\n",
     ret, ret == 1 ? "" : "s");
   if (ret < pmsg->len) {
    if (ret >= 0)
     ret = -EIO;
    goto bailout;
   }
  } else {
   /* write bytes from buffer */
   ret = sendbytes(i2c_adap, pmsg);
   if (ret >= 1)
    bit_dbg(2, &i2c_adap->dev, "wrote %d byte%s\n",
     ret, ret == 1 ? "" : "s");
   if (ret < pmsg->len) {
    if (ret >= 0)
     ret = -EIO;
    goto bailout;
   }
  }
 }
 ret = i;

bailout:
 bit_dbg(3, &i2c_adap->dev, "emitting stop condition\n");
 i2c_stop(adap);

 if (adap->post_xfer)
  adap->post_xfer(i2c_adap);
 return ret;
}

/*
 * We print a warning when we are not flagged to support atomic transfers but
 * will try anyhow. That's what the I2C core would do as well. Sadly, we can't
 * modify the algorithm struct at probe time because this struct is exported
 * 'const'.
 */
static int bit_xfer_atomic(struct i2c_adapter *i2c_adap, struct i2c_msg msgs[],
      int num)
{
 struct i2c_algo_bit_data *adap = i2c_adap->algo_data;

 if (!adap->can_do_atomic)
  dev_warn(&i2c_adap->dev, "not flagged for atomic transfers\n");

 return bit_xfer(i2c_adap, msgs, num);
}

static u32 bit_func(struct i2c_adapter *adap)
{
 return I2C_FUNC_I2C | I2C_FUNC_NOSTART | I2C_FUNC_SMBUS_EMUL_ALL |
        I2C_FUNC_10BIT_ADDR | I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING;
}


/* -----exported algorithm data: ------------------------------------- */

const struct i2c_algorithm i2c_bit_algo = {
 .xfer = bit_xfer,
 .xfer_atomic = bit_xfer_atomic,
 .functionality = bit_func,
};
EXPORT_SYMBOL(i2c_bit_algo);

static const struct i2c_adapter_quirks i2c_bit_quirk_no_clk_stretch = {
 .flags = I2C_AQ_NO_CLK_STRETCH,
};

/*
 * registering functions to load algorithms at runtime
 */
static int __i2c_bit_add_bus(struct i2c_adapter *adap,
        int (*add_adapter)(struct i2c_adapter *))
{
 struct i2c_algo_bit_data *bit_adap = adap->algo_data;
 int ret;

 if (bit_test) {
  ret = test_bus(adap);
  if (bit_test >= 2 && ret < 0)
   return -ENODEV;
 }

 /* register new adapter to i2c module... */
 adap->algo = &i2c_bit_algo;
 adap->retries = 3;
 if (bit_adap->getscl == NULL)
  adap->quirks = &i2c_bit_quirk_no_clk_stretch;

 /*
  * We tried forcing SCL/SDA to an initial state here. But that caused a
  * regression, sadly. Check Bugzilla #200045 for details.
 */

 ret = add_adapter(adap);
 if (ret < 0)
  return ret;

 if (bit_adap->getsda == NULL)
  dev_warn(&adap->dev, "Not I2C compliant: can't read SDA\n");

 if (bit_adap->getscl == NULL)
  dev_warn(&adap->dev, "Not I2C compliant: can't read SCL\n");

 if (bit_adap->getsda == NULL || bit_adap->getscl == NULL)
  dev_warn(&adap->dev, "Bus may be unreliable\n");

 return 0;
}

int i2c_bit_add_bus(struct i2c_adapter *adap)
{
 return __i2c_bit_add_bus(adap, i2c_add_adapter);
}
EXPORT_SYMBOL(i2c_bit_add_bus);

int i2c_bit_add_numbered_bus(struct i2c_adapter *adap)
{
 return __i2c_bit_add_bus(adap, i2c_add_numbered_adapter);
}
EXPORT_SYMBOL(i2c_bit_add_numbered_bus);

MODULE_AUTHOR("Simon G. Vogl <simon@tk.uni-linz.ac.at>");
MODULE_DESCRIPTION("I2C-Bus bit-banging algorithm");
MODULE_LICENSE("GPL");