arch/alpha/kernel/time.c

   1 /*
   2  *  linux/arch/alpha/kernel/time.c
   3  *
   4  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1995, 1999, 2000  Linus Torvalds
   5  *
   6  * This file contains the PC-specific time handling details:
   7  * reading the RTC at bootup, etc..
   8  * 1994-07-02    Alan Modra
   9  *      fixed set_rtc_mmss, fixed time.year for >= 2000, new mktime
  10  * 1995-03-26    Markus Kuhn
  11  *      fixed 500 ms bug at call to set_rtc_mmss, fixed DS12887
  12  *      precision CMOS clock update
  13  * 1997-09-10   Updated NTP code according to technical memorandum Jan '96
  14  *              "A Kernel Model for Precision Timekeeping" by Dave Mills
  15  * 1997-01-09    Adrian Sun
  16  *      use interval timer if CONFIG_RTC=y
  17  * 1997-10-29    John Bowman (bowman@math.ualberta.ca)
  18  *      fixed tick loss calculation in timer_interrupt
  19  *      (round system clock to nearest tick instead of truncating)
  20  *      fixed algorithm in time_init for getting time from CMOS clock
  21  * 1999-04-16   Thorsten Kranzkowski (dl8bcu@gmx.net)
  22  *      fixed algorithm in do_gettimeofday() for calculating the precise time
  23  *      from processor cycle counter (now taking lost_ticks into account)
  24  * 2000-08-13   Jan-Benedict Glaw <jbglaw@lug-owl.de>
  25  *      Fixed time_init to be aware of epoches != 1900. This prevents
  26  *      booting up in 2048 for me;) Code is stolen from rtc.c.
  27  * 2003-06-03   R. Scott Bailey <scott.bailey@eds.com>
  28  *      Tighten sanity in time_init from 1% (10,000 PPM) to 250 PPM
  29  */
  30 #include <linux/config.h>
  31 #include <linux/errno.h>
  32 #include <linux/module.h>
  33 #include <linux/sched.h>
  34 #include <linux/kernel.h>
  35 #include <linux/param.h>
  36 #include <linux/string.h>
  37 #include <linux/mm.h>
  38 #include <linux/delay.h>
  39 #include <linux/ioport.h>
  40 #include <linux/irq.h>
  41 #include <linux/interrupt.h>
  42 #include <linux/init.h>
  43 #include <linux/bcd.h>
  44 #include <linux/profile.h>
  45
  46 #include <asm/uaccess.h>
  47 #include <asm/io.h>
  48 #include <asm/hwrpb.h>
  49 #include <asm/8253pit.h>
  50
  51 #include <linux/mc146818rtc.h>
  52 #include <linux/time.h>
  53 #include <linux/timex.h>
  54
  55 #include "proto.h"
  56 #include "irq_impl.h"
  57
  58 extern unsigned long wall_jiffies;      /* kernel/timer.c */
  59
  60 static int set_rtc_mmss(unsigned long);
  61
  62 DEFINE_SPINLOCK(rtc_lock);
  63
  64 #define TICK_SIZE (tick_nsec / 1000)
  65
  66 /*
  67  * Shift amount by which scaled_ticks_per_cycle is scaled.  Shifting
  68  * by 48 gives us 16 bits for HZ while keeping the accuracy good even
  69  * for large CPU clock rates.
  70  */
  71 #define FIX_SHIFT       48
  72
  73 /* lump static variables together for more efficient access: */
  74 static struct {
  75         /* cycle counter last time it got invoked */
  76         __u32 last_time;
  77         /* ticks/cycle * 2^48 */
  78         unsigned long scaled_ticks_per_cycle;
  79         /* last time the CMOS clock got updated */
  80         time_t last_rtc_update;
  81         /* partial unused tick */
  82         unsigned long partial_tick;
  83 } state;
  84
  85 unsigned long est_cycle_freq;
  86
  87
  88 static inline __u32 rpcc(void)
  89 {
  90     __u32 result;
  91     asm volatile ("rpcc %0" : "=r"(result));
  92     return result;
  93 }
  94
  95 /*
  96  * Scheduler clock - returns current time in nanosec units.
  97  *
  98  * Copied from ARM code for expediency... ;-}
  99  */
 100 unsigned long long sched_clock(void)
 101 {
 102         return (unsigned long long)jiffies * (1000000000 / HZ);
 103 }
 104
 105
 106 /*
 107  * timer_interrupt() needs to keep up the real-time clock,
 108  * as well as call the "do_timer()" routine every clocktick
 109  */
 110 irqreturn_t timer_interrupt(int irq, void *dev, struct pt_regs * regs)
 111 {
 112         unsigned long delta;
 113         __u32 now;
 114         long nticks;
 115
 116 #ifndef CONFIG_SMP
 117         /* Not SMP, do kernel PC profiling here.  */
 118         profile_tick(CPU_PROFILING, regs);
 119 #endif
 120
 121         write_seqlock(&xtime_lock);
 122
 123         /*
 124          * Calculate how many ticks have passed since the last update,
 125          * including any previous partial leftover.  Save any resulting
 126          * fraction for the next pass.
 127          */
 128         now = rpcc();
 129         delta = now - state.last_time;
 130         state.last_time = now;
 131         delta = delta * state.scaled_ticks_per_cycle + state.partial_tick;
 132         state.partial_tick = delta & ((1UL << FIX_SHIFT) - 1);
 133         nticks = delta >> FIX_SHIFT;
 134
 135         while (nticks > 0) {
 136                 do_timer(regs);
 137 #ifndef CONFIG_SMP
 138                 update_process_times(user_mode(regs));
 139 #endif
 140                 nticks--;
 141         }
 142
 143         /*
 144          * If we have an externally synchronized Linux clock, then update
 145          * CMOS clock accordingly every ~11 minutes. Set_rtc_mmss() has to be
 146          * called as close as possible to 500 ms before the new second starts.
 147          */
 148         if (ntp_synced()
 149             && xtime.tv_sec > state.last_rtc_update + 660
 150             && xtime.tv_nsec >= 500000 - ((unsigned) TICK_SIZE) / 2
 151             && xtime.tv_nsec <= 500000 + ((unsigned) TICK_SIZE) / 2) {
 152                 int tmp = set_rtc_mmss(xtime.tv_sec);
 153                 state.last_rtc_update = xtime.tv_sec - (tmp ? 600 : 0);
 154         }
 155
 156         write_sequnlock(&xtime_lock);
 157         return IRQ_HANDLED;
 158 }
 159
 160 void
 161 common_init_rtc(void)
 162 {
 163         unsigned char x;
 164
 165         /* Reset periodic interrupt frequency.  */
 166         x = CMOS_READ(RTC_FREQ_SELECT) & 0x3f;
 167         /* Test includes known working values on various platforms
 168            where 0x26 is wrong; we refuse to change those. */
 169         if (x != 0x26 && x != 0x25 && x != 0x19 && x != 0x06) {
 170                 printk("Setting RTC_FREQ to 1024 Hz (%x)\n", x);
 171                 CMOS_WRITE(0x26, RTC_FREQ_SELECT);
 172         }
 173
 174         /* Turn on periodic interrupts.  */
 175         x = CMOS_READ(RTC_CONTROL);
 176         if (!(x & RTC_PIE)) {
 177                 printk("Turning on RTC interrupts.\n");
 178                 x |= RTC_PIE;
 179                 x &= ~(RTC_AIE | RTC_UIE);
 180                 CMOS_WRITE(x, RTC_CONTROL);
 181         }
 182         (void) CMOS_READ(RTC_INTR_FLAGS);
 183
 184         outb(0x36, 0x43);       /* pit counter 0: system timer */
 185         outb(0x00, 0x40);
 186         outb(0x00, 0x40);
 187
 188         outb(0xb6, 0x43);       /* pit counter 2: speaker */
 189         outb(0x31, 0x42);
 190         outb(0x13, 0x42);
 191
 192         init_rtc_irq();
 193 }
 194
 195
 196 /* Validate a computed cycle counter result against the known bounds for
 197    the given processor core.  There's too much brokenness in the way of
 198    timing hardware for any one method to work everywhere.  :-(
 199
 200    Return 0 if the result cannot be trusted, otherwise return the argument.  */
 201
 202 static unsigned long __init
 203 validate_cc_value(unsigned long cc)
 204 {
 205         static struct bounds {
 206                 unsigned int min, max;
 207         } cpu_hz[] __initdata = {
 208                 [EV3_CPU]    = {   50000000,  200000000 },      /* guess */
 209                 [EV4_CPU]    = {  100000000,  300000000 },
 210                 [LCA4_CPU]   = {  100000000,  300000000 },      /* guess */
 211                 [EV45_CPU]   = {  200000000,  300000000 },
 212                 [EV5_CPU]    = {  250000000,  433000000 },
 213                 [EV56_CPU]   = {  333000000,  667000000 },
 214                 [PCA56_CPU]  = {  400000000,  600000000 },      /* guess */
 215                 [PCA57_CPU]  = {  500000000,  600000000 },      /* guess */
 216                 [EV6_CPU]    = {  466000000,  600000000 },
 217                 [EV67_CPU]   = {  600000000,  750000000 },
 218                 [EV68AL_CPU] = {  750000000,  940000000 },
 219                 [EV68CB_CPU] = { 1000000000, 1333333333 },
 220                 /* None of the following are shipping as of 2001-11-01.  */
 221                 [EV68CX_CPU] = { 1000000000, 1700000000 },      /* guess */
 222                 [EV69_CPU]   = { 1000000000, 1700000000 },      /* guess */
 223                 [EV7_CPU]    = {  800000000, 1400000000 },      /* guess */
 224                 [EV79_CPU]   = { 1000000000, 2000000000 },      /* guess */
 225         };
 226
 227         /* Allow for some drift in the crystal.  10MHz is more than enough.  */
 228         const unsigned int deviation = 10000000;
 229
 230         struct percpu_struct *cpu;
 231         unsigned int index;
 232
 233         cpu = (struct percpu_struct *)((char*)hwrpb + hwrpb->processor_offset);
 234         index = cpu->type & 0xffffffff;
 235
 236         /* If index out of bounds, no way to validate.  */
 237         if (index >= sizeof(cpu_hz)/sizeof(cpu_hz[0]))
 238                 return cc;
 239
 240         /* If index contains no data, no way to validate.  */
 241         if (cpu_hz[index].max == 0)
 242                 return cc;
 243
 244         if (cc < cpu_hz[index].min - deviation
 245             || cc > cpu_hz[index].max + deviation)
 246                 return 0;
 247
 248         return cc;
 249 }
 250
 251
 252 /*
 253  * Calibrate CPU clock using legacy 8254 timer/counter. Stolen from
 254  * arch/i386/time.c.
 255  */
 256
 257 #define CALIBRATE_LATCH 0xffff
 258 #define TIMEOUT_COUNT   0x100000
 259
 260 static unsigned long __init
 261 calibrate_cc_with_pit(void)
 262 {
 263         int cc, count = 0;
 264
 265         /* Set the Gate high, disable speaker */
 266         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
 267
 268         /*
 269          * Now let's take care of CTC channel 2
 270          *
 271          * Set the Gate high, program CTC channel 2 for mode 0,
 272          * (interrupt on terminal count mode), binary count,
 273          * load 5 * LATCH count, (LSB and MSB) to begin countdown.
 274          */
 275         outb(0xb0, 0x43);               /* binary, mode 0, LSB/MSB, Ch 2 */
 276         outb(CALIBRATE_LATCH & 0xff, 0x42);     /* LSB of count */
 277         outb(CALIBRATE_LATCH >> 8, 0x42);       /* MSB of count */
 278
 279         cc = rpcc();
 280         do {
 281                 count++;
 282         } while ((inb(0x61) & 0x20) == 0 && count < TIMEOUT_COUNT);
 283         cc = rpcc() - cc;
 284
 285         /* Error: ECTCNEVERSET or ECPUTOOFAST.  */
 286         if (count <= 1 || count == TIMEOUT_COUNT)
 287                 return 0;
 288
 289         return ((long)cc * PIT_TICK_RATE) / (CALIBRATE_LATCH + 1);
 290 }
 291
 292 /* The Linux interpretation of the CMOS clock register contents:
 293    When the Update-In-Progress (UIP) flag goes from 1 to 0, the
 294    RTC registers show the second which has precisely just started.
 295    Let's hope other operating systems interpret the RTC the same way.  */
 296
 297 static unsigned long __init
 298 rpcc_after_update_in_progress(void)
 299 {
 300         do { } while (!(CMOS_READ(RTC_FREQ_SELECT) & RTC_UIP));
 301         do { } while (CMOS_READ(RTC_FREQ_SELECT) & RTC_UIP);
 302
 303         return rpcc();
 304 }
 305
 306 void __init
 307 time_init(void)
 308 {
 309         unsigned int year, mon, day, hour, min, sec, cc1, cc2, epoch;
 310         unsigned long cycle_freq, tolerance;
 311         long diff;
 312
 313         /* Calibrate CPU clock -- attempt #1.  */
 314         if (!est_cycle_freq)
 315                 est_cycle_freq = validate_cc_value(calibrate_cc_with_pit());
 316
 317         cc1 = rpcc_after_update_in_progress();
 318
 319         /* Calibrate CPU clock -- attempt #2.  */
 320         if (!est_cycle_freq) {
 321                 cc2 = rpcc_after_update_in_progress();
 322                 est_cycle_freq = validate_cc_value(cc2 - cc1);
 323                 cc1 = cc2;
 324         }
 325
 326         cycle_freq = hwrpb->cycle_freq;
 327         if (est_cycle_freq) {
 328                 /* If the given value is within 250 PPM of what we calculated,
 329                    accept it.  Otherwise, use what we found.  */
 330                 tolerance = cycle_freq / 4000;
 331                 diff = cycle_freq - est_cycle_freq;
 332                 if (diff < 0)
 333                         diff = -diff;
 334                 if ((unsigned long)diff > tolerance) {
 335                         cycle_freq = est_cycle_freq;
 336                         printk("HWRPB cycle frequency bogus.  "
 337                                "Estimated %lu Hz\n", cycle_freq);
 338                 } else {
 339                         est_cycle_freq = 0;
 340                 }
 341         } else if (! validate_cc_value (cycle_freq)) {
 342                 printk("HWRPB cycle frequency bogus, "
 343                        "and unable to estimate a proper value!\n");
 344         }
 345
 346         /* From John Bowman <bowman@math.ualberta.ca>: allow the values
 347            to settle, as the Update-In-Progress bit going low isn't good
 348            enough on some hardware.  2ms is our guess; we haven't found
 349            bogomips yet, but this is close on a 500Mhz box.  */
 350         __delay(1000000);
 351
 352         sec = CMOS_READ(RTC_SECONDS);
 353         min = CMOS_READ(RTC_MINUTES);
 354         hour = CMOS_READ(RTC_HOURS);
 355         day = CMOS_READ(RTC_DAY_OF_MONTH);
 356         mon = CMOS_READ(RTC_MONTH);
 357         year = CMOS_READ(RTC_YEAR);
 358
 359         if (!(CMOS_READ(RTC_CONTROL) & RTC_DM_BINARY) || RTC_ALWAYS_BCD) {
 360                 BCD_TO_BIN(sec);
 361                 BCD_TO_BIN(min);
 362                 BCD_TO_BIN(hour);
 363                 BCD_TO_BIN(day);
 364                 BCD_TO_BIN(mon);
 365                 BCD_TO_BIN(year);
 366         }
 367
 368         /* PC-like is standard; used for year >= 70 */
 369         epoch = 1900;
 370         if (year < 20)
 371                 epoch = 2000;
 372         else if (year >= 20 && year < 48)
 373                 /* NT epoch */
 374                 epoch = 1980;
 375         else if (year >= 48 && year < 70)
 376                 /* Digital UNIX epoch */
 377                 epoch = 1952;
 378
 379         printk(KERN_INFO "Using epoch = %d\n", epoch);
 380
 381         if ((year += epoch) < 1970)
 382                 year += 100;
 383
 384         xtime.tv_sec = mktime(year, mon, day, hour, min, sec);
 385         xtime.tv_nsec = 0;
 386
 387         wall_to_monotonic.tv_sec -= xtime.tv_sec;
 388         wall_to_monotonic.tv_nsec = 0;
 389
 390         if (HZ > (1<<16)) {
 391                 extern void __you_loose (void);
 392                 __you_loose();
 393         }
 394
 395         state.last_time = cc1;
 396         state.scaled_ticks_per_cycle
 397                 = ((unsigned long) HZ << FIX_SHIFT) / cycle_freq;
 398         state.last_rtc_update = 0;
 399         state.partial_tick = 0L;
 400
 401         /* Startup the timer source. */
 402         alpha_mv.init_rtc();
 403 }
 404
 405 /*
 406  * Use the cycle counter to estimate an displacement from the last time
 407  * tick.  Unfortunately the Alpha designers made only the low 32-bits of
 408  * the cycle counter active, so we overflow on 8.2 seconds on a 500MHz
 409  * part.  So we can't do the "find absolute time in terms of cycles" thing
 410  * that the other ports do.
 411  */
 412 void
 413 do_gettimeofday(struct timeval *tv)
 414 {
 415         unsigned long flags;
 416         unsigned long sec, usec, lost, seq;
 417         unsigned long delta_cycles, delta_usec, partial_tick;
 418
 419         do {
 420                 seq = read_seqbegin_irqsave(&xtime_lock, flags);
 421
 422                 delta_cycles = rpcc() - state.last_time;
 423                 sec = xtime.tv_sec;
 424                 usec = (xtime.tv_nsec / 1000);
 425                 partial_tick = state.partial_tick;
 426                 lost = jiffies - wall_jiffies;
 427
 428         } while (read_seqretry_irqrestore(&xtime_lock, seq, flags));
 429
 430 #ifdef CONFIG_SMP
 431         /* Until and unless we figure out how to get cpu cycle counters
 432            in sync and keep them there, we can't use the rpcc tricks.  */
 433         delta_usec = lost * (1000000 / HZ);
 434 #else
 435         /*
 436          * usec = cycles * ticks_per_cycle * 2**48 * 1e6 / (2**48 * ticks)
 437          *      = cycles * (s_t_p_c) * 1e6 / (2**48 * ticks)
 438          *      = cycles * (s_t_p_c) * 15625 / (2**42 * ticks)
 439          *
 440          * which, given a 600MHz cycle and a 1024Hz tick, has a
 441          * dynamic range of about 1.7e17, which is less than the
 442          * 1.8e19 in an unsigned long, so we are safe from overflow.
 443          *
 444          * Round, but with .5 up always, since .5 to even is harder
 445          * with no clear gain.
 446          */
 447
 448         delta_usec = (delta_cycles * state.scaled_ticks_per_cycle
 449                       + partial_tick
 450                       + (lost << FIX_SHIFT)) * 15625;
 451         delta_usec = ((delta_usec / ((1UL << (FIX_SHIFT-6-1)) * HZ)) + 1) / 2;
 452 #endif
 453
 454         usec += delta_usec;
 455         if (usec >= 1000000) {
 456                 sec += 1;
 457                 usec -= 1000000;
 458         }
 459
 460         tv->tv_sec = sec;
 461         tv->tv_usec = usec;
 462 }
 463
 464 EXPORT_SYMBOL(do_gettimeofday);
 465
 466 int
 467 do_settimeofday(struct timespec *tv)
 468 {
 469         time_t wtm_sec, sec = tv->tv_sec;
 470         long wtm_nsec, nsec = tv->tv_nsec;
 471         unsigned long delta_nsec;
 472
 473         if ((unsigned long)tv->tv_nsec >= NSEC_PER_SEC)
 474                 return -EINVAL;
 475
 476         write_seqlock_irq(&xtime_lock);
 477
 478         /* The offset that is added into time in do_gettimeofday above
 479            must be subtracted out here to keep a coherent view of the
 480            time.  Without this, a full-tick error is possible.  */
 481
 482 #ifdef CONFIG_SMP
 483         delta_nsec = (jiffies - wall_jiffies) * (NSEC_PER_SEC / HZ);
 484 #else
 485         delta_nsec = rpcc() - state.last_time;
 486         delta_nsec = (delta_nsec * state.scaled_ticks_per_cycle
 487                       + state.partial_tick
 488                       + ((jiffies - wall_jiffies) << FIX_SHIFT)) * 15625;
 489         delta_nsec = ((delta_nsec / ((1UL << (FIX_SHIFT-6-1)) * HZ)) + 1) / 2;
 490         delta_nsec *= 1000;
 491 #endif
 492
 493         nsec -= delta_nsec;
 494
 495         wtm_sec  = wall_to_monotonic.tv_sec + (xtime.tv_sec - sec);
 496         wtm_nsec = wall_to_monotonic.tv_nsec + (xtime.tv_nsec - nsec);
 497
 498         set_normalized_timespec(&xtime, sec, nsec);
 499         set_normalized_timespec(&wall_to_monotonic, wtm_sec, wtm_nsec);
 500
 501         ntp_clear();
 502
 503         write_sequnlock_irq(&xtime_lock);
 504         clock_was_set();
 505         return 0;
 506 }
 507
 508 EXPORT_SYMBOL(do_settimeofday);
 509
 510
 511 /*
 512  * In order to set the CMOS clock precisely, set_rtc_mmss has to be
 513  * called 500 ms after the second nowtime has started, because when
 514  * nowtime is written into the registers of the CMOS clock, it will
 515  * jump to the next second precisely 500 ms later. Check the Motorola
 516  * MC146818A or Dallas DS12887 data sheet for details.
 517  *
 518  * BUG: This routine does not handle hour overflow properly; it just
 519  *      sets the minutes. Usually you won't notice until after reboot!
 520  */
 521
 522
 523 static int
 524 set_rtc_mmss(unsigned long nowtime)
 525 {
 526         int retval = 0;
 527         int real_seconds, real_minutes, cmos_minutes;
 528         unsigned char save_control, save_freq_select;
 529
 530         /* irq are locally disabled here */
 531         spin_lock(&rtc_lock);
 532         /* Tell the clock it's being set */
 533         save_control = CMOS_READ(RTC_CONTROL);
 534         CMOS_WRITE((save_control|RTC_SET), RTC_CONTROL);
 535
 536         /* Stop and reset prescaler */
 537         save_freq_select = CMOS_READ(RTC_FREQ_SELECT);
 538         CMOS_WRITE((save_freq_select|RTC_DIV_RESET2), RTC_FREQ_SELECT);
 539
 540         cmos_minutes = CMOS_READ(RTC_MINUTES);
 541         if (!(save_control & RTC_DM_BINARY) || RTC_ALWAYS_BCD)
 542                 BCD_TO_BIN(cmos_minutes);
 543
 544         /*
 545          * since we're only adjusting minutes and seconds,
 546          * don't interfere with hour overflow. This avoids
 547          * messing with unknown time zones but requires your
 548          * RTC not to be off by more than 15 minutes
 549          */
 550         real_seconds = nowtime % 60;
 551         real_minutes = nowtime / 60;
 552         if (((abs(real_minutes - cmos_minutes) + 15)/30) & 1) {
 553                 /* correct for half hour time zone */
 554                 real_minutes += 30;
 555         }
 556         real_minutes %= 60;
 557
 558         if (abs(real_minutes - cmos_minutes) < 30) {
 559                 if (!(save_control & RTC_DM_BINARY) || RTC_ALWAYS_BCD) {
 560                         BIN_TO_BCD(real_seconds);
 561                         BIN_TO_BCD(real_minutes);
 562                 }
 563                 CMOS_WRITE(real_seconds,RTC_SECONDS);
 564                 CMOS_WRITE(real_minutes,RTC_MINUTES);
 565         } else {
 566                 printk(KERN_WARNING
 567                        "set_rtc_mmss: can't update from %d to %d\n",
 568                        cmos_minutes, real_minutes);
 569                 retval = -1;
 570         }
 571
 572         /* The following flags have to be released exactly in this order,
 573          * otherwise the DS12887 (popular MC146818A clone with integrated
 574          * battery and quartz) will not reset the oscillator and will not
 575          * update precisely 500 ms later. You won't find this mentioned in
 576          * the Dallas Semiconductor data sheets, but who believes data
 577          * sheets anyway ...                           -- Markus Kuhn
 578          */
 579         CMOS_WRITE(save_control, RTC_CONTROL);
 580         CMOS_WRITE(save_freq_select, RTC_FREQ_SELECT);
 581         spin_unlock(&rtc_lock);
 582
 583         return retval;
 584 }