arch/ppc/kernel/time.c

   1 /*
   2  * Common time routines among all ppc machines.
   3  *
   4  * Written by Cort Dougan (cort@cs.nmt.edu) to merge
   5  * Paul Mackerras' version and mine for PReP and Pmac.
   6  * MPC8xx/MBX changes by Dan Malek (dmalek@jlc.net).
   7  *
   8  * First round of bugfixes by Gabriel Paubert (paubert@iram.es)
   9  * to make clock more stable (2.4.0-test5). The only thing
  10  * that this code assumes is that the timebases have been synchronized
  11  * by firmware on SMP and are never stopped (never do sleep
  12  * on SMP then, nap and doze are OK).
  13  *
  14  * TODO (not necessarily in this file):
  15  * - improve precision and reproducibility of timebase frequency
  16  * measurement at boot time.
  17  * - get rid of xtime_lock for gettimeofday (generic kernel problem
  18  * to be implemented on all architectures for SMP scalability and
  19  * eventually implementing gettimeofday without entering the kernel).
  20  * - put all time/clock related variables in a single structure
  21  * to minimize number of cache lines touched by gettimeofday()
  22  * - for astronomical applications: add a new function to get
  23  * non ambiguous timestamps even around leap seconds. This needs
  24  * a new timestamp format and a good name.
  25  *
  26  *
  27  * The following comment is partially obsolete (at least the long wait
  28  * is no more a valid reason):
  29  * Since the MPC8xx has a programmable interrupt timer, I decided to
  30  * use that rather than the decrementer.  Two reasons: 1.) the clock
  31  * frequency is low, causing 2.) a long wait in the timer interrupt
  32  *              while ((d = get_dec()) == dval)
  33  * loop.  The MPC8xx can be driven from a variety of input clocks,
  34  * so a number of assumptions have been made here because the kernel
  35  * parameter HZ is a constant.  We assume (correctly, today :-) that
  36  * the MPC8xx on the MBX board is driven from a 32.768 kHz crystal.
  37  * This is then divided by 4, providing a 8192 Hz clock into the PIT.
  38  * Since it is not possible to get a nice 100 Hz clock out of this, without
  39  * creating a software PLL, I have set HZ to 128.  -- Dan
  40  *
  41  * 1997-09-10  Updated NTP code according to technical memorandum Jan '96
  42  *             "A Kernel Model for Precision Timekeeping" by Dave Mills
  43  */
  44
  45 #include <linux/config.h>
  46 #include <linux/errno.h>
  47 #include <linux/sched.h>
  48 #include <linux/kernel.h>
  49 #include <linux/param.h>
  50 #include <linux/string.h>
  51 #include <linux/mm.h>
  52 #include <linux/module.h>
  53 #include <linux/interrupt.h>
  54 #include <linux/timex.h>
  55 #include <linux/kernel_stat.h>
  56 #include <linux/mc146818rtc.h>
  57 #include <linux/time.h>
  58 #include <linux/init.h>
  59 #include <linux/profile.h>
  60
  61 #include <asm/segment.h>
  62 #include <asm/io.h>
  63 #include <asm/nvram.h>
  64 #include <asm/cache.h>
  65 #include <asm/8xx_immap.h>
  66 #include <asm/machdep.h>
  67
  68 #include <asm/time.h>
  69
  70 /* XXX false sharing with below? */
  71 u64 jiffies_64 = INITIAL_JIFFIES;
  72
  73 EXPORT_SYMBOL(jiffies_64);
  74
  75 unsigned long disarm_decr[NR_CPUS];
  76
  77 extern struct timezone sys_tz;
  78
  79 /* keep track of when we need to update the rtc */
  80 time_t last_rtc_update;
  81
  82 /* The decrementer counts down by 128 every 128ns on a 601. */
  83 #define DECREMENTER_COUNT_601   (1000000000 / HZ)
  84
  85 unsigned tb_ticks_per_jiffy;
  86 unsigned tb_to_us;
  87 unsigned tb_last_stamp;
  88 unsigned long tb_to_ns_scale;
  89
  90 extern unsigned long wall_jiffies;
  91
  92 /* used for timezone offset */
  93 static long timezone_offset;
  94
  95 DEFINE_SPINLOCK(rtc_lock);
  96
  97 EXPORT_SYMBOL(rtc_lock);
  98
  99 /* Timer interrupt helper function */
 100 static inline int tb_delta(unsigned *jiffy_stamp) {
 101         int delta;
 102         if (__USE_RTC()) {
 103                 delta = get_rtcl();
 104                 if (delta < *jiffy_stamp) *jiffy_stamp -= 1000000000;
 105                 delta -= *jiffy_stamp;
 106         } else {
 107                 delta = get_tbl() - *jiffy_stamp;
 108         }
 109         return delta;
 110 }
 111
 112 #ifdef CONFIG_SMP
 113 unsigned long profile_pc(struct pt_regs *regs)
 114 {
 115         unsigned long pc = instruction_pointer(regs);
 116
 117         if (in_lock_functions(pc))
 118                 return regs->link;
 119
 120         return pc;
 121 }
 122 EXPORT_SYMBOL(profile_pc);
 123 #endif
 124
 125 /*
 126  * timer_interrupt - gets called when the decrementer overflows,
 127  * with interrupts disabled.
 128  * We set it up to overflow again in 1/HZ seconds.
 129  */
 130 void timer_interrupt(struct pt_regs * regs)
 131 {
 132         int next_dec;
 133         unsigned long cpu = smp_processor_id();
 134         unsigned jiffy_stamp = last_jiffy_stamp(cpu);
 135         extern void do_IRQ(struct pt_regs *);
 136
 137         if (atomic_read(&ppc_n_lost_interrupts) != 0)
 138                 do_IRQ(regs);
 139
 140         irq_enter();
 141
 142         while ((next_dec = tb_ticks_per_jiffy - tb_delta(&jiffy_stamp)) <= 0) {
 143                 jiffy_stamp += tb_ticks_per_jiffy;
 144
 145                 profile_tick(CPU_PROFILING, regs);
 146                 update_process_times(user_mode(regs));
 147
 148                 if (smp_processor_id())
 149                         continue;
 150
 151                 /* We are in an interrupt, no need to save/restore flags */
 152                 write_seqlock(&xtime_lock);
 153                 tb_last_stamp = jiffy_stamp;
 154                 do_timer(regs);
 155
 156                 /*
 157                  * update the rtc when needed, this should be performed on the
 158                  * right fraction of a second. Half or full second ?
 159                  * Full second works on mk48t59 clocks, others need testing.
 160                  * Note that this update is basically only used through
 161                  * the adjtimex system calls. Setting the HW clock in
 162                  * any other way is a /dev/rtc and userland business.
 163                  * This is still wrong by -0.5/+1.5 jiffies because of the
 164                  * timer interrupt resolution and possible delay, but here we
 165                  * hit a quantization limit which can only be solved by higher
 166                  * resolution timers and decoupling time management from timer
 167                  * interrupts. This is also wrong on the clocks
 168                  * which require being written at the half second boundary.
 169                  * We should have an rtc call that only sets the minutes and
 170                  * seconds like on Intel to avoid problems with non UTC clocks.
 171                  */
 172                 if ( ppc_md.set_rtc_time && (time_status & STA_UNSYNC) == 0 &&
 173                      xtime.tv_sec - last_rtc_update >= 659 &&
 174                      abs((xtime.tv_nsec / 1000) - (1000000-1000000/HZ)) < 500000/HZ &&
 175                      jiffies - wall_jiffies == 1) {
 176                         if (ppc_md.set_rtc_time(xtime.tv_sec+1 + timezone_offset) == 0)
 177                                 last_rtc_update = xtime.tv_sec+1;
 178                         else
 179                                 /* Try again one minute later */
 180                                 last_rtc_update += 60;
 181                 }
 182                 write_sequnlock(&xtime_lock);
 183         }
 184         if ( !disarm_decr[smp_processor_id()] )
 185                 set_dec(next_dec);
 186         last_jiffy_stamp(cpu) = jiffy_stamp;
 187
 188         if (ppc_md.heartbeat && !ppc_md.heartbeat_count--)
 189                 ppc_md.heartbeat();
 190
 191         irq_exit();
 192 }
 193
 194 /*
 195  * This version of gettimeofday has microsecond resolution.
 196  */
 197 void do_gettimeofday(struct timeval *tv)
 198 {
 199         unsigned long flags;
 200         unsigned long seq;
 201         unsigned delta, lost_ticks, usec, sec;
 202
 203         do {
 204                 seq = read_seqbegin_irqsave(&xtime_lock, flags);
 205                 sec = xtime.tv_sec;
 206                 usec = (xtime.tv_nsec / 1000);
 207                 delta = tb_ticks_since(tb_last_stamp);
 208 #ifdef CONFIG_SMP
 209                 /* As long as timebases are not in sync, gettimeofday can only
 210                  * have jiffy resolution on SMP.
 211                  */
 212                 if (!smp_tb_synchronized)
 213                         delta = 0;
 214 #endif /* CONFIG_SMP */
 215                 lost_ticks = jiffies - wall_jiffies;
 216         } while (read_seqretry_irqrestore(&xtime_lock, seq, flags));
 217
 218         usec += mulhwu(tb_to_us, tb_ticks_per_jiffy * lost_ticks + delta);
 219         while (usec >= 1000000) {
 220                 sec++;
 221                 usec -= 1000000;
 222         }
 223         tv->tv_sec = sec;
 224         tv->tv_usec = usec;
 225 }
 226
 227 EXPORT_SYMBOL(do_gettimeofday);
 228
 229 int do_settimeofday(struct timespec *tv)
 230 {
 231         time_t wtm_sec, new_sec = tv->tv_sec;
 232         long wtm_nsec, new_nsec = tv->tv_nsec;
 233         unsigned long flags;
 234         int tb_delta;
 235
 236         if ((unsigned long)tv->tv_nsec >= NSEC_PER_SEC)
 237                 return -EINVAL;
 238
 239         write_seqlock_irqsave(&xtime_lock, flags);
 240         /* Updating the RTC is not the job of this code. If the time is
 241          * stepped under NTP, the RTC will be update after STA_UNSYNC
 242          * is cleared. Tool like clock/hwclock either copy the RTC
 243          * to the system time, in which case there is no point in writing
 244          * to the RTC again, or write to the RTC but then they don't call
 245          * settimeofday to perform this operation. Note also that
 246          * we don't touch the decrementer since:
 247          * a) it would lose timer interrupt synchronization on SMP
 248          * (if it is working one day)
 249          * b) it could make one jiffy spuriously shorter or longer
 250          * which would introduce another source of uncertainty potentially
 251          * harmful to relatively short timers.
 252          */
 253
 254         /* This works perfectly on SMP only if the tb are in sync but
 255          * guarantees an error < 1 jiffy even if they are off by eons,
 256          * still reasonable when gettimeofday resolution is 1 jiffy.
 257          */
 258         tb_delta = tb_ticks_since(last_jiffy_stamp(smp_processor_id()));
 259         tb_delta += (jiffies - wall_jiffies) * tb_ticks_per_jiffy;
 260
 261         new_nsec -= 1000 * mulhwu(tb_to_us, tb_delta);
 262
 263         wtm_sec  = wall_to_monotonic.tv_sec + (xtime.tv_sec - new_sec);
 264         wtm_nsec = wall_to_monotonic.tv_nsec + (xtime.tv_nsec - new_nsec);
 265
 266         set_normalized_timespec(&xtime, new_sec, new_nsec);
 267         set_normalized_timespec(&wall_to_monotonic, wtm_sec, wtm_nsec);
 268
 269         /* In case of a large backwards jump in time with NTP, we want the
 270          * clock to be updated as soon as the PLL is again in lock.
 271          */
 272         last_rtc_update = new_sec - 658;
 273
 274         time_adjust = 0;                /* stop active adjtime() */
 275         time_status |= STA_UNSYNC;
 276         time_maxerror = NTP_PHASE_LIMIT;
 277         time_esterror = NTP_PHASE_LIMIT;
 278         write_sequnlock_irqrestore(&xtime_lock, flags);
 279         clock_was_set();
 280         return 0;
 281 }
 282
 283 EXPORT_SYMBOL(do_settimeofday);
 284
 285 /* This function is only called on the boot processor */
 286 void __init time_init(void)
 287 {
 288         time_t sec, old_sec;
 289         unsigned old_stamp, stamp, elapsed;
 290
 291         if (ppc_md.time_init != NULL)
 292                 timezone_offset = ppc_md.time_init();
 293
 294         if (__USE_RTC()) {
 295                 /* 601 processor: dec counts down by 128 every 128ns */
 296                 tb_ticks_per_jiffy = DECREMENTER_COUNT_601;
 297                 /* mulhwu_scale_factor(1000000000, 1000000) is 0x418937 */
 298                 tb_to_us = 0x418937;
 299         } else {
 300                 ppc_md.calibrate_decr();
 301                 tb_to_ns_scale = mulhwu(tb_to_us, 1000 << 10);
 302         }
 303
 304         /* Now that the decrementer is calibrated, it can be used in case the
 305          * clock is stuck, but the fact that we have to handle the 601
 306          * makes things more complex. Repeatedly read the RTC until the
 307          * next second boundary to try to achieve some precision.  If there
 308          * is no RTC, we still need to set tb_last_stamp and
 309          * last_jiffy_stamp(cpu 0) to the current stamp.
 310          */
 311         stamp = get_native_tbl();
 312         if (ppc_md.get_rtc_time) {
 313                 sec = ppc_md.get_rtc_time();
 314                 elapsed = 0;
 315                 do {
 316                         old_stamp = stamp;
 317                         old_sec = sec;
 318                         stamp = get_native_tbl();
 319                         if (__USE_RTC() && stamp < old_stamp)
 320                                 old_stamp -= 1000000000;
 321                         elapsed += stamp - old_stamp;
 322                         sec = ppc_md.get_rtc_time();
 323                 } while ( sec == old_sec && elapsed < 2*HZ*tb_ticks_per_jiffy);
 324                 if (sec==old_sec)
 325                         printk("Warning: real time clock seems stuck!\n");
 326                 xtime.tv_sec = sec;
 327                 xtime.tv_nsec = 0;
 328                 /* No update now, we just read the time from the RTC ! */
 329                 last_rtc_update = xtime.tv_sec;
 330         }
 331         last_jiffy_stamp(0) = tb_last_stamp = stamp;
 332
 333         /* Not exact, but the timer interrupt takes care of this */
 334         set_dec(tb_ticks_per_jiffy);
 335
 336         /* If platform provided a timezone (pmac), we correct the time */
 337         if (timezone_offset) {
 338                 sys_tz.tz_minuteswest = -timezone_offset / 60;
 339                 sys_tz.tz_dsttime = 0;
 340                 xtime.tv_sec -= timezone_offset;
 341         }
 342         set_normalized_timespec(&wall_to_monotonic,
 343                                 -xtime.tv_sec, -xtime.tv_nsec);
 344 }
 345
 346 #define FEBRUARY                2
 347 #define STARTOFTIME             1970
 348 #define SECDAY                  86400L
 349 #define SECYR                   (SECDAY * 365)
 350
 351 /*
 352  * Note: this is wrong for 2100, but our signed 32-bit time_t will
 353  * have overflowed long before that, so who cares.  -- paulus
 354  */
 355 #define leapyear(year)          ((year) % 4 == 0)
 356 #define days_in_year(a)         (leapyear(a) ? 366 : 365)
 357 #define days_in_month(a)        (month_days[(a) - 1])
 358
 359 static int month_days[12] = {
 360         31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31
 361 };
 362
 363 void to_tm(int tim, struct rtc_time * tm)
 364 {
 365         register int i;
 366         register long hms, day, gday;
 367
 368         gday = day = tim / SECDAY;
 369         hms = tim % SECDAY;
 370
 371         /* Hours, minutes, seconds are easy */
 372         tm->tm_hour = hms / 3600;
 373         tm->tm_min = (hms % 3600) / 60;
 374         tm->tm_sec = (hms % 3600) % 60;
 375
 376         /* Number of years in days */
 377         for (i = STARTOFTIME; day >= days_in_year(i); i++)
 378                 day -= days_in_year(i);
 379         tm->tm_year = i;
 380
 381         /* Number of months in days left */
 382         if (leapyear(tm->tm_year))
 383                 days_in_month(FEBRUARY) = 29;
 384         for (i = 1; day >= days_in_month(i); i++)
 385                 day -= days_in_month(i);
 386         days_in_month(FEBRUARY) = 28;
 387         tm->tm_mon = i;
 388
 389         /* Days are what is left over (+1) from all that. */
 390         tm->tm_mday = day + 1;
 391
 392         /*
 393          * Determine the day of week. Jan. 1, 1970 was a Thursday.
 394          */
 395         tm->tm_wday = (gday + 4) % 7;
 396 }
 397
 398 /* Auxiliary function to compute scaling factors */
 399 /* Actually the choice of a timebase running at 1/4 the of the bus
 400  * frequency giving resolution of a few tens of nanoseconds is quite nice.
 401  * It makes this computation very precise (27-28 bits typically) which
 402  * is optimistic considering the stability of most processor clock
 403  * oscillators and the precision with which the timebase frequency
 404  * is measured but does not harm.
 405  */
 406 unsigned mulhwu_scale_factor(unsigned inscale, unsigned outscale) {
 407         unsigned mlt=0, tmp, err;
 408         /* No concern for performance, it's done once: use a stupid
 409          * but safe and compact method to find the multiplier.
 410          */
 411         for (tmp = 1U<<31; tmp != 0; tmp >>= 1) {
 412                 if (mulhwu(inscale, mlt|tmp) < outscale) mlt|=tmp;
 413         }
 414         /* We might still be off by 1 for the best approximation.
 415          * A side effect of this is that if outscale is too large
 416          * the returned value will be zero.
 417          * Many corner cases have been checked and seem to work,
 418          * some might have been forgotten in the test however.
 419          */
 420         err = inscale*(mlt+1);
 421         if (err <= inscale/2) mlt++;
 422         return mlt;
 423 }
 424
 425 unsigned long long sched_clock(void)
 426 {
 427         unsigned long lo, hi, hi2;
 428         unsigned long long tb;
 429
 430         if (!__USE_RTC()) {
 431                 do {
 432                         hi = get_tbu();
 433                         lo = get_tbl();
 434                         hi2 = get_tbu();
 435                 } while (hi2 != hi);
 436                 tb = ((unsigned long long) hi << 32) | lo;
 437                 tb = (tb * tb_to_ns_scale) >> 10;
 438         } else {
 439                 do {
 440                         hi = get_rtcu();
 441                         lo = get_rtcl();
 442                         hi2 = get_rtcu();
 443                 } while (hi2 != hi);
 444                 tb = ((unsigned long long) hi) * 1000000000 + lo;
 445         }
 446         return tb;
 447 }