// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
/*
 *  i2c-algo-pca.c i2c driver algorithms for PCA9564 adapters
 *    Copyright (C) 2004 Arcom Control Systems
 *    Copyright (C) 2008 Pengutronix
 */

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/moduleparam.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/jiffies.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/i2c-algo-pca.h>

#define DEB1(fmt, args...) do { if (i2c_debug >= 1)   \
     printk(KERN_DEBUG fmt, ## args); } while (0)
#define DEB2(fmt, args...) do { if (i2c_debug >= 2)   \
     printk(KERN_DEBUG fmt, ## args); } while (0)
#define DEB3(fmt, args...) do { if (i2c_debug >= 3)   \
     printk(KERN_DEBUG fmt, ## args); } while (0)

static int i2c_debug;

#define pca_outw(adap, reg, val) adap->write_byte(adap->data, reg, val)
#define pca_inw(adap, reg) adap->read_byte(adap->data, reg)

#define pca_status(adap) pca_inw(adap, I2C_PCA_STA)
#define pca_clock(adap) adap->i2c_clock
#define pca_set_con(adap, val) pca_outw(adap, I2C_PCA_CON, val)
#define pca_get_con(adap) pca_inw(adap, I2C_PCA_CON)
#define pca_wait(adap) adap->wait_for_completion(adap->data)

static void pca_reset(struct i2c_algo_pca_data *adap)
{
 if (adap->chip == I2C_PCA_CHIP_9665) {
  /* Ignore the reset function from the module,
   * we can use the parallel bus reset.
 */
  pca_outw(adap, I2C_PCA_INDPTR, I2C_PCA_IPRESET);
  pca_outw(adap, I2C_PCA_IND, 0xA5);
  pca_outw(adap, I2C_PCA_IND, 0x5A);

  /*
   * After a reset we need to re-apply any configuration
   * (calculated in pca_init) to get the bus in a working state.
 */
  pca_outw(adap, I2C_PCA_INDPTR, I2C_PCA_IMODE);
  pca_outw(adap, I2C_PCA_IND, adap->bus_settings.mode);
  pca_outw(adap, I2C_PCA_INDPTR, I2C_PCA_ISCLL);
  pca_outw(adap, I2C_PCA_IND, adap->bus_settings.tlow);
  pca_outw(adap, I2C_PCA_INDPTR, I2C_PCA_ISCLH);
  pca_outw(adap, I2C_PCA_IND, adap->bus_settings.thi);

  pca_set_con(adap, I2C_PCA_CON_ENSIO);
 } else {
  adap->reset_chip(adap->data);
  pca_set_con(adap, I2C_PCA_CON_ENSIO | adap->bus_settings.clock_freq);
 }
}

/*
 * Generate a start condition on the i2c bus.
 *
 * returns after the start condition has occurred
 */
static int pca_start(struct i2c_algo_pca_data *adap)
{
 int sta = pca_get_con(adap);
 DEB2("=== START\n");
 sta |= I2C_PCA_CON_STA;
 sta &= ~(I2C_PCA_CON_STO|I2C_PCA_CON_SI);
 pca_set_con(adap, sta);
 return pca_wait(adap);
}

/*
 * Generate a repeated start condition on the i2c bus
 *
 * return after the repeated start condition has occurred
 */
static int pca_repeated_start(struct i2c_algo_pca_data *adap)
{
 int sta = pca_get_con(adap);
 DEB2("=== REPEATED START\n");
 sta |= I2C_PCA_CON_STA;
 sta &= ~(I2C_PCA_CON_STO|I2C_PCA_CON_SI);
 pca_set_con(adap, sta);
 return pca_wait(adap);
}

/*
 * Generate a stop condition on the i2c bus
 *
 * returns after the stop condition has been generated
 *
 * STOPs do not generate an interrupt or set the SI flag, since the
 * part returns the idle state (0xf8). Hence we don't need to
 * pca_wait here.
 */
static void pca_stop(struct i2c_algo_pca_data *adap)
{
 int sta = pca_get_con(adap);
 DEB2("=== STOP\n");
 sta |= I2C_PCA_CON_STO;
 sta &= ~(I2C_PCA_CON_STA|I2C_PCA_CON_SI);
 pca_set_con(adap, sta);
}

/*
 * Send the slave address and R/W bit
 *
 * returns after the address has been sent
 */
static int pca_address(struct i2c_algo_pca_data *adap,
         struct i2c_msg *msg)
{
 int sta = pca_get_con(adap);
 int addr = i2c_8bit_addr_from_msg(msg);

 DEB2("=== SLAVE ADDRESS %#04x+%c=%#04x\n",
      msg->addr, msg->flags & I2C_M_RD ? 'R' : 'W', addr);

 pca_outw(adap, I2C_PCA_DAT, addr);

 sta &= ~(I2C_PCA_CON_STO|I2C_PCA_CON_STA|I2C_PCA_CON_SI);
 pca_set_con(adap, sta);

 return pca_wait(adap);
}

/*
 * Transmit a byte.
 *
 * Returns after the byte has been transmitted
 */
static int pca_tx_byte(struct i2c_algo_pca_data *adap,
         __u8 b)
{
 int sta = pca_get_con(adap);
 DEB2("=== WRITE %#04x\n", b);
 pca_outw(adap, I2C_PCA_DAT, b);

 sta &= ~(I2C_PCA_CON_STO|I2C_PCA_CON_STA|I2C_PCA_CON_SI);
 pca_set_con(adap, sta);

 return pca_wait(adap);
}

/*
 * Receive a byte
 *
 * returns immediately.
 */
static void pca_rx_byte(struct i2c_algo_pca_data *adap,
   __u8 *b, int ack)
{
 *b = pca_inw(adap, I2C_PCA_DAT);
 DEB2("=== READ %#04x %s\n", *b, ack ? "ACK" : "NACK");
}

/*
 * Setup ACK or NACK for next received byte and wait for it to arrive.
 *
 * Returns after next byte has arrived.
 */
static int pca_rx_ack(struct i2c_algo_pca_data *adap,
        int ack)
{
 int sta = pca_get_con(adap);

 sta &= ~(I2C_PCA_CON_STO|I2C_PCA_CON_STA|I2C_PCA_CON_SI|I2C_PCA_CON_AA);

 if (ack)
  sta |= I2C_PCA_CON_AA;

 pca_set_con(adap, sta);
 return pca_wait(adap);
}

static int pca_xfer(struct i2c_adapter *i2c_adap,
      struct i2c_msg *msgs,
      int num)
{
 struct i2c_algo_pca_data *adap = i2c_adap->algo_data;
 struct i2c_msg *msg = NULL;
 int curmsg;
 int numbytes = 0;
 int state;
 int ret;
 int completed = 1;
 unsigned long timeout = jiffies + i2c_adap->timeout;

 while ((state = pca_status(adap)) != 0xf8) {
  if (time_before(jiffies, timeout)) {
   msleep(10);
  } else {
   dev_dbg(&i2c_adap->dev, "bus is not idle. status is "
    "%#04x\n", state);
   return -EBUSY;
  }
 }

 DEB1("{{{ XFER %d messages\n", num);

 if (i2c_debug >= 2) {
  for (curmsg = 0; curmsg < num; curmsg++) {
   int addr, i;
   msg = &msgs[curmsg];

   addr = (0x7f & msg->addr) ;

   if (msg->flags & I2C_M_RD)
    printk(KERN_INFO "    [%02d] RD %d bytes from %#02x [%#02x, ...]\n",
           curmsg, msg->len, addr, (addr << 1) | 1);
   else {
    printk(KERN_INFO "    [%02d] WR %d bytes to %#02x [%#02x%s",
           curmsg, msg->len, addr, addr << 1,
           msg->len == 0 ? "" : ", ");
    for (i = 0; i < msg->len; i++)
     printk("%#04x%s", msg->buf[i], i == msg->len - 1 ? "" : ", ");
    printk("]\n");
   }
  }
 }

 curmsg = 0;
 ret = -EIO;
 while (curmsg < num) {
  state = pca_status(adap);

  DEB3("STATE is 0x%02x\n", state);
  msg = &msgs[curmsg];

  switch (state) {
  case 0xf8: /* On reset or stop the bus is idle */
   completed = pca_start(adap);
   break;

  case 0x08: /* A START condition has been transmitted */
  case 0x10: /* A repeated start condition has been transmitted */
   completed = pca_address(adap, msg);
   break;

  case 0x18: /* SLA+W has been transmitted; ACK has been received */
  case 0x28: /* Data byte in I2CDAT has been transmitted; ACK has been received */
   if (numbytes < msg->len) {
    completed = pca_tx_byte(adap,
       msg->buf[numbytes]);
    numbytes++;
    break;
   }
   curmsg++; numbytes = 0;
   if (curmsg == num)
    pca_stop(adap);
   else
    completed = pca_repeated_start(adap);
   break;

  case 0x20: /* SLA+W has been transmitted; NOT ACK has been received */
   DEB2("NOT ACK received after SLA+W\n");
   pca_stop(adap);
   ret = -ENXIO;
   goto out;

  case 0x40: /* SLA+R has been transmitted; ACK has been received */
   completed = pca_rx_ack(adap, msg->len > 1);
   break;

  case 0x50: /* Data bytes has been received; ACK has been returned */
   if (numbytes < msg->len) {
    pca_rx_byte(adap, &msg->buf[numbytes], 1);
    numbytes++;
    completed = pca_rx_ack(adap,
             numbytes < msg->len - 1);
    break;
   }
   curmsg++; numbytes = 0;
   if (curmsg == num)
    pca_stop(adap);
   else
    completed = pca_repeated_start(adap);
   break;

  case 0x48: /* SLA+R has been transmitted; NOT ACK has been received */
   DEB2("NOT ACK received after SLA+R\n");
   pca_stop(adap);
   ret = -ENXIO;
   goto out;

  case 0x30: /* Data byte in I2CDAT has been transmitted; NOT ACK has been received */
   DEB2("NOT ACK received after data byte\n");
   pca_stop(adap);
   goto out;

  case 0x38: /* Arbitration lost during SLA+W, SLA+R or data bytes */
   DEB2("Arbitration lost\n");
   /*
    * The PCA9564 data sheet (2006-09-01) says "A
    * START condition will be transmitted when the
    * bus becomes free (STOP or SCL and SDA high)"
    * when the STA bit is set (p. 11).
    *
    * In case this won't work, try pca_reset()
    * instead.
 */
   pca_start(adap);
   goto out;

  case 0x58: /* Data byte has been received; NOT ACK has been returned */
   if (numbytes == msg->len - 1) {
    pca_rx_byte(adap, &msg->buf[numbytes], 0);
    curmsg++; numbytes = 0;
    if (curmsg == num)
     pca_stop(adap);
    else
     completed = pca_repeated_start(adap);
   } else {
    DEB2("NOT ACK sent after data byte received. "
         "Not final byte. numbytes %d. len %d\n",
         numbytes, msg->len);
    pca_stop(adap);
    goto out;
   }
   break;
  case 0x70: /* Bus error - SDA stuck low */
   DEB2("BUS ERROR - SDA Stuck low\n");
   pca_reset(adap);
   goto out;
  case 0x78: /* Bus error - SCL stuck low (PCA9665) */
  case 0x90: /* Bus error - SCL stuck low (PCA9564) */
   DEB2("BUS ERROR - SCL Stuck low\n");
   pca_reset(adap);
   goto out;
  case 0x00: /* Bus error during master or slave mode due to illegal START or STOP condition */
   DEB2("BUS ERROR - Illegal START or STOP\n");
   pca_reset(adap);
   goto out;
  default:
   dev_err(&i2c_adap->dev, "unhandled SIO state 0x%02x\n", state);
   break;
  }

  if (!completed)
   goto out;
 }

 ret = curmsg;
 out:
 DEB1("}}} transferred %d/%d messages. "
      "status is %#04x. control is %#04x\n",
      curmsg, num, pca_status(adap),
      pca_get_con(adap));
 return ret;
}

static u32 pca_func(struct i2c_adapter *adap)
{
 return I2C_FUNC_I2C | I2C_FUNC_SMBUS_EMUL;
}

static const struct i2c_algorithm pca_algo = {
 .xfer = pca_xfer,
 .functionality = pca_func,
};

static unsigned int pca_probe_chip(struct i2c_adapter *adap)
{
 struct i2c_algo_pca_data *pca_data = adap->algo_data;
 /* The trick here is to check if there is an indirect register
  * available. If there is one, we will read the value we first
  * wrote on I2C_PCA_IADR. Otherwise, we will read the last value
  * we wrote on I2C_PCA_ADR
 */
 pca_outw(pca_data, I2C_PCA_INDPTR, I2C_PCA_IADR);
 pca_outw(pca_data, I2C_PCA_IND, 0xAA);
 pca_outw(pca_data, I2C_PCA_INDPTR, I2C_PCA_ITO);
 pca_outw(pca_data, I2C_PCA_IND, 0x00);
 pca_outw(pca_data, I2C_PCA_INDPTR, I2C_PCA_IADR);
 if (pca_inw(pca_data, I2C_PCA_IND) == 0xAA) {
  printk(KERN_INFO "%s: PCA9665 detected.\n", adap->name);
  pca_data->chip = I2C_PCA_CHIP_9665;
 } else {
  printk(KERN_INFO "%s: PCA9564 detected.\n", adap->name);
  pca_data->chip = I2C_PCA_CHIP_9564;
 }
 return pca_data->chip;
}

static int pca_init(struct i2c_adapter *adap)
{
 struct i2c_algo_pca_data *pca_data = adap->algo_data;

 adap->algo = &pca_algo;

 if (pca_probe_chip(adap) == I2C_PCA_CHIP_9564) {
  static int freqs[] = {330, 288, 217, 146, 88, 59, 44, 36};
  int clock;

  if (pca_data->i2c_clock > 7) {
   switch (pca_data->i2c_clock) {
   case 330000:
    pca_data->i2c_clock = I2C_PCA_CON_330kHz;
    break;
   case 288000:
    pca_data->i2c_clock = I2C_PCA_CON_288kHz;
    break;
   case 217000:
    pca_data->i2c_clock = I2C_PCA_CON_217kHz;
    break;
   case 146000:
    pca_data->i2c_clock = I2C_PCA_CON_146kHz;
    break;
   case 88000:
    pca_data->i2c_clock = I2C_PCA_CON_88kHz;
    break;
   case 59000:
    pca_data->i2c_clock = I2C_PCA_CON_59kHz;
    break;
   case 44000:
    pca_data->i2c_clock = I2C_PCA_CON_44kHz;
    break;
   case 36000:
    pca_data->i2c_clock = I2C_PCA_CON_36kHz;
    break;
   default:
    printk(KERN_WARNING
     "%s: Invalid I2C clock speed selected."
     " Using default 59kHz.\n", adap->name);
   pca_data->i2c_clock = I2C_PCA_CON_59kHz;
   }
  } else {
   printk(KERN_WARNING "%s: "
    "Choosing the clock frequency based on "
    "index is deprecated."
    " Use the nominal frequency.\n", adap->name);
  }

  clock = pca_clock(pca_data);
  printk(KERN_INFO "%s: Clock frequency is %dkHz\n",
       adap->name, freqs[clock]);

  /* Store settings as these will be needed when the PCA chip is reset */
  pca_data->bus_settings.clock_freq = clock;

  pca_reset(pca_data);
 } else {
  int clock;
  int mode;
  int tlow, thi;
  /* Values can be found on PCA9665 datasheet section 7.3.2.6 */
  int min_tlow, min_thi;
  /* These values are the maximum raise and fall values allowed
   * by the I2C operation mode (Standard, Fast or Fast+)
   * They are used (added) below to calculate the clock dividers
   * of PCA9665. Note that they are slightly different of the
   * real maximum, to allow the change on mode exactly on the
   * maximum clock rate for each mode
 */
  int raise_fall_time;

  if (pca_data->i2c_clock > 1265800) {
   printk(KERN_WARNING "%s: I2C clock speed too high."
    " Using 1265.8kHz.\n", adap->name);
   pca_data->i2c_clock = 1265800;
  }

  if (pca_data->i2c_clock < 60300) {
   printk(KERN_WARNING "%s: I2C clock speed too low."
    " Using 60.3kHz.\n", adap->name);
   pca_data->i2c_clock = 60300;
  }

  /* To avoid integer overflow, use clock/100 for calculations */
  clock = pca_clock(pca_data) / 100;

  if (pca_data->i2c_clock > I2C_MAX_FAST_MODE_PLUS_FREQ) {
   mode = I2C_PCA_MODE_TURBO;
   min_tlow = 14;
   min_thi  = 5;
   raise_fall_time = 22; /* Raise 11e-8s, Fall 11e-8s */
  } else if (pca_data->i2c_clock > I2C_MAX_FAST_MODE_FREQ) {
   mode = I2C_PCA_MODE_FASTP;
   min_tlow = 17;
   min_thi  = 9;
   raise_fall_time = 22; /* Raise 11e-8s, Fall 11e-8s */
  } else if (pca_data->i2c_clock > I2C_MAX_STANDARD_MODE_FREQ) {
   mode = I2C_PCA_MODE_FAST;
   min_tlow = 44;
   min_thi  = 20;
   raise_fall_time = 58; /* Raise 29e-8s, Fall 29e-8s */
  } else {
   mode = I2C_PCA_MODE_STD;
   min_tlow = 157;
   min_thi  = 134;
   raise_fall_time = 127; /* Raise 29e-8s, Fall 98e-8s */
  }

  /* The minimum clock that respects the thi/tlow = 134/157 is
   * 64800 Hz. Below that, we have to fix the tlow to 255 and
   * calculate the thi factor.
 */
  if (clock < 648) {
   tlow = 255;
   thi = 1000000 - clock * raise_fall_time;
   thi /= (I2C_PCA_OSC_PER * clock) - tlow;
  } else {
   tlow = (1000000 - clock * raise_fall_time) * min_tlow;
   tlow /= I2C_PCA_OSC_PER * clock * (min_thi + min_tlow);
   thi = tlow * min_thi / min_tlow;
  }

  /* Store settings as these will be needed when the PCA chip is reset */
  pca_data->bus_settings.mode = mode;
  pca_data->bus_settings.tlow = tlow;
  pca_data->bus_settings.thi = thi;

  pca_reset(pca_data);

  printk(KERN_INFO
       "%s: Clock frequency is %dHz\n", adap->name, clock * 100);
 }
 udelay(500); /* 500 us for oscillator to stabilise */

 return 0;
}

/*
 * registering functions to load algorithms at runtime
 */
int i2c_pca_add_bus(struct i2c_adapter *adap)
{
 int rval;

 rval = pca_init(adap);
 if (rval)
  return rval;

 return i2c_add_adapter(adap);
}
EXPORT_SYMBOL(i2c_pca_add_bus);

int i2c_pca_add_numbered_bus(struct i2c_adapter *adap)
{
 int rval;

 rval = pca_init(adap);
 if (rval)
  return rval;

 return i2c_add_numbered_adapter(adap);
}
EXPORT_SYMBOL(i2c_pca_add_numbered_bus);

MODULE_AUTHOR("Ian Campbell <icampbell@arcom.com>");
MODULE_AUTHOR("Wolfram Sang <kernel@pengutronix.de>");
MODULE_DESCRIPTION("I2C-Bus PCA9564/PCA9665 algorithm");
MODULE_LICENSE("GPL");

module_param(i2c_debug, int, 0);