arch/x86/kernel/tsc_64.c

   1 #include <linux/kernel.h>
   2 #include <linux/sched.h>
   3 #include <linux/interrupt.h>
   4 #include <linux/init.h>
   5 #include <linux/clocksource.h>
   6 #include <linux/time.h>
   7 #include <linux/acpi.h>
   8 #include <linux/cpufreq.h>
   9 #include <linux/acpi_pmtmr.h>
  10
  11 #include <asm/hpet.h>
  12 #include <asm/timex.h>
  13 #include <asm/timer.h>
  14 #include <asm/vgtod.h>
  15
  16 static int notsc __initdata = 0;
  17
  18 unsigned int cpu_khz;           /* TSC clocks / usec, not used here */
  19 EXPORT_SYMBOL(cpu_khz);
  20 unsigned int tsc_khz;
  21 EXPORT_SYMBOL(tsc_khz);
  22
  23 /* Accelerators for sched_clock()
  24  * convert from cycles(64bits) => nanoseconds (64bits)
  25  *  basic equation:
  26  *              ns = cycles / (freq / ns_per_sec)
  27  *              ns = cycles * (ns_per_sec / freq)
  28  *              ns = cycles * (10^9 / (cpu_khz * 10^3))
  29  *              ns = cycles * (10^6 / cpu_khz)
  30  *
  31  *      Then we use scaling math (suggested by george@mvista.com) to get:
  32  *              ns = cycles * (10^6 * SC / cpu_khz) / SC
  33  *              ns = cycles * cyc2ns_scale / SC
  34  *
  35  *      And since SC is a constant power of two, we can convert the div
  36  *  into a shift.
  37  *
  38  *  We can use khz divisor instead of mhz to keep a better precision, since
  39  *  cyc2ns_scale is limited to 10^6 * 2^10, which fits in 32 bits.
  40  *  (mathieu.desnoyers@polymtl.ca)
  41  *
  42  *                      -johnstul@us.ibm.com "math is hard, lets go shopping!"
  43  */
  44 DEFINE_PER_CPU(unsigned long, cyc2ns);
  45
  46 static void set_cyc2ns_scale(unsigned long cpu_khz, int cpu)
  47 {
  48         unsigned long flags, prev_scale, *scale;
  49         unsigned long long tsc_now, ns_now;
  50
  51         local_irq_save(flags);
  52         sched_clock_idle_sleep_event();
  53
  54         scale = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
  55
  56         rdtscll(tsc_now);
  57         ns_now = __cycles_2_ns(tsc_now);
  58
  59         prev_scale = *scale;
  60         if (cpu_khz)
  61                 *scale = (NSEC_PER_MSEC << CYC2NS_SCALE_FACTOR)/cpu_khz;
  62
  63         sched_clock_idle_wakeup_event(0);
  64         local_irq_restore(flags);
  65 }
  66
  67 unsigned long long native_sched_clock(void)
  68 {
  69         unsigned long a = 0;
  70
  71         /* Could do CPU core sync here. Opteron can execute rdtsc speculatively,
  72          * which means it is not completely exact and may not be monotonous
  73          * between CPUs. But the errors should be too small to matter for
  74          * scheduling purposes.
  75          */
  76
  77         rdtscll(a);
  78         return cycles_2_ns(a);
  79 }
  80
  81 /* We need to define a real function for sched_clock, to override the
  82    weak default version */
  83 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
  84 unsigned long long sched_clock(void)
  85 {
  86         return paravirt_sched_clock();
  87 }
  88 #else
  89 unsigned long long
  90 sched_clock(void) __attribute__((alias("native_sched_clock")));
  91 #endif
  92
  93
  94 static int tsc_unstable;
  95
  96 int check_tsc_unstable(void)
  97 {
  98         return tsc_unstable;
  99 }
 100 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_tsc_unstable);
 101
 102 #ifdef CONFIG_CPU_FREQ
 103
 104 /* Frequency scaling support. Adjust the TSC based timer when the cpu frequency
 105  * changes.
 106  *
 107  * RED-PEN: On SMP we assume all CPUs run with the same frequency.  It's
 108  * not that important because current Opteron setups do not support
 109  * scaling on SMP anyroads.
 110  *
 111  * Should fix up last_tsc too. Currently gettimeofday in the
 112  * first tick after the change will be slightly wrong.
 113  */
 114
 115 static unsigned int  ref_freq;
 116 static unsigned long loops_per_jiffy_ref;
 117 static unsigned long tsc_khz_ref;
 118
 119 static int time_cpufreq_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long val,
 120                                  void *data)
 121 {
 122         struct cpufreq_freqs *freq = data;
 123         unsigned long *lpj, dummy;
 124
 125         if (cpu_has(&cpu_data(freq->cpu), X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
 126                 return 0;
 127
 128         lpj = &dummy;
 129         if (!(freq->flags & CPUFREQ_CONST_LOOPS))
 130 #ifdef CONFIG_SMP
 131                 lpj = &cpu_data(freq->cpu).loops_per_jiffy;
 132 #else
 133                 lpj = &boot_cpu_data.loops_per_jiffy;
 134 #endif
 135
 136         if (!ref_freq) {
 137                 ref_freq = freq->old;
 138                 loops_per_jiffy_ref = *lpj;
 139                 tsc_khz_ref = tsc_khz;
 140         }
 141         if ((val == CPUFREQ_PRECHANGE  && freq->old < freq->new) ||
 142                 (val == CPUFREQ_POSTCHANGE && freq->old > freq->new) ||
 143                 (val == CPUFREQ_RESUMECHANGE)) {
 144                 *lpj =
 145                 cpufreq_scale(loops_per_jiffy_ref, ref_freq, freq->new);
 146
 147                 tsc_khz = cpufreq_scale(tsc_khz_ref, ref_freq, freq->new);
 148                 if (!(freq->flags & CPUFREQ_CONST_LOOPS))
 149                         mark_tsc_unstable("cpufreq changes");
 150         }
 151
 152         preempt_disable();
 153         set_cyc2ns_scale(tsc_khz_ref, smp_processor_id());
 154         preempt_enable();
 155
 156         return 0;
 157 }
 158
 159 static struct notifier_block time_cpufreq_notifier_block = {
 160         .notifier_call  = time_cpufreq_notifier
 161 };
 162
 163 static int __init cpufreq_tsc(void)
 164 {
 165         cpufreq_register_notifier(&time_cpufreq_notifier_block,
 166                                   CPUFREQ_TRANSITION_NOTIFIER);
 167         return 0;
 168 }
 169
 170 core_initcall(cpufreq_tsc);
 171
 172 #endif
 173
 174 #define MAX_RETRIES     5
 175 #define SMI_TRESHOLD    50000
 176
 177 /*
 178  * Read TSC and the reference counters. Take care of SMI disturbance
 179  */
 180 static unsigned long __init tsc_read_refs(unsigned long *pm,
 181                                           unsigned long *hpet)
 182 {
 183         unsigned long t1, t2;
 184         int i;
 185
 186         for (i = 0; i < MAX_RETRIES; i++) {
 187                 t1 = get_cycles();
 188                 if (hpet)
 189                         *hpet = hpet_readl(HPET_COUNTER) & 0xFFFFFFFF;
 190                 else
 191                         *pm = acpi_pm_read_early();
 192                 t2 = get_cycles();
 193                 if ((t2 - t1) < SMI_TRESHOLD)
 194                         return t2;
 195         }
 196         return ULONG_MAX;
 197 }
 198
 199 /**
 200  * tsc_calibrate - calibrate the tsc on boot
 201  */
 202 void __init tsc_calibrate(void)
 203 {
 204         unsigned long flags, tsc1, tsc2, tr1, tr2, pm1, pm2, hpet1, hpet2;
 205         int hpet = is_hpet_enabled(), cpu;
 206
 207         local_irq_save(flags);
 208
 209         tsc1 = tsc_read_refs(&pm1, hpet ? &hpet1 : NULL);
 210
 211         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
 212
 213         outb(0xb0, 0x43);
 214         outb((CLOCK_TICK_RATE / (1000 / 50)) & 0xff, 0x42);
 215         outb((CLOCK_TICK_RATE / (1000 / 50)) >> 8, 0x42);
 216         tr1 = get_cycles();
 217         while ((inb(0x61) & 0x20) == 0);
 218         tr2 = get_cycles();
 219
 220         tsc2 = tsc_read_refs(&pm2, hpet ? &hpet2 : NULL);
 221
 222         local_irq_restore(flags);
 223
 224         /*
 225          * Preset the result with the raw and inaccurate PIT
 226          * calibration value
 227          */
 228         tsc_khz = (tr2 - tr1) / 50;
 229
 230         /* hpet or pmtimer available ? */
 231         if (!hpet && !pm1 && !pm2) {
 232                 printk(KERN_INFO "TSC calibrated against PIT\n");
 233                 return;
 234         }
 235
 236         /* Check, whether the sampling was disturbed by an SMI */
 237         if (tsc1 == ULONG_MAX || tsc2 == ULONG_MAX) {
 238                 printk(KERN_WARNING "TSC calibration disturbed by SMI, "
 239                        "using PIT calibration result\n");
 240                 return;
 241         }
 242
 243         tsc2 = (tsc2 - tsc1) * 1000000L;
 244
 245         if (hpet) {
 246                 printk(KERN_INFO "TSC calibrated against HPET\n");
 247                 if (hpet2 < hpet1)
 248                         hpet2 += 0x100000000;
 249                 hpet2 -= hpet1;
 250                 tsc1 = (hpet2 * hpet_readl(HPET_PERIOD)) / 1000000;
 251         } else {
 252                 printk(KERN_INFO "TSC calibrated against PM_TIMER\n");
 253                 if (pm2 < pm1)
 254                         pm2 += ACPI_PM_OVRRUN;
 255                 pm2 -= pm1;
 256                 tsc1 = (pm2 * 1000000000) / PMTMR_TICKS_PER_SEC;
 257         }
 258
 259         tsc_khz = tsc2 / tsc1;
 260
 261         for_each_possible_cpu(cpu)
 262                 set_cyc2ns_scale(tsc_khz, cpu);
 263 }
 264
 265 /*
 266  * Make an educated guess if the TSC is trustworthy and synchronized
 267  * over all CPUs.
 268  */
 269 __cpuinit int unsynchronized_tsc(void)
 270 {
 271         if (tsc_unstable)
 272                 return 1;
 273
 274 #ifdef CONFIG_SMP
 275         if (apic_is_clustered_box())
 276                 return 1;
 277 #endif
 278
 279         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
 280                 return 0;
 281
 282         /* Assume multi socket systems are not synchronized */
 283         return num_present_cpus() > 1;
 284 }
 285
 286 int __init notsc_setup(char *s)
 287 {
 288         notsc = 1;
 289         return 1;
 290 }
 291
 292 __setup("notsc", notsc_setup);
 293
 294 static struct clocksource clocksource_tsc;
 295
 296 /*
 297  * We compare the TSC to the cycle_last value in the clocksource
 298  * structure to avoid a nasty time-warp. This can be observed in a
 299  * very small window right after one CPU updated cycle_last under
 300  * xtime/vsyscall_gtod lock and the other CPU reads a TSC value which
 301  * is smaller than the cycle_last reference value due to a TSC which
 302  * is slighty behind. This delta is nowhere else observable, but in
 303  * that case it results in a forward time jump in the range of hours
 304  * due to the unsigned delta calculation of the time keeping core
 305  * code, which is necessary to support wrapping clocksources like pm
 306  * timer.
 307  */
 308 static cycle_t read_tsc(void)
 309 {
 310         cycle_t ret = (cycle_t)get_cycles();
 311
 312         return ret >= clocksource_tsc.cycle_last ?
 313                 ret : clocksource_tsc.cycle_last;
 314 }
 315
 316 static cycle_t __vsyscall_fn vread_tsc(void)
 317 {
 318         cycle_t ret = (cycle_t)vget_cycles();
 319
 320         return ret >= __vsyscall_gtod_data.clock.cycle_last ?
 321                 ret : __vsyscall_gtod_data.clock.cycle_last;
 322 }
 323
 324 static struct clocksource clocksource_tsc = {
 325         .name                   = "tsc",
 326         .rating                 = 300,
 327         .read                   = read_tsc,
 328         .mask                   = CLOCKSOURCE_MASK(64),
 329         .shift                  = 22,
 330         .flags                  = CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS |
 331                                   CLOCK_SOURCE_MUST_VERIFY,
 332         .vread                  = vread_tsc,
 333 };
 334
 335 void mark_tsc_unstable(char *reason)
 336 {
 337         if (!tsc_unstable) {
 338                 tsc_unstable = 1;
 339                 printk("Marking TSC unstable due to %s\n", reason);
 340                 /* Change only the rating, when not registered */
 341                 if (clocksource_tsc.mult)
 342                         clocksource_change_rating(&clocksource_tsc, 0);
 343                 else
 344                         clocksource_tsc.rating = 0;
 345         }
 346 }
 347 EXPORT_SYMBOL_GPL(mark_tsc_unstable);
 348
 349 void __init init_tsc_clocksource(void)
 350 {
 351         if (!notsc) {
 352                 clocksource_tsc.mult = clocksource_khz2mult(tsc_khz,
 353                                                         clocksource_tsc.shift);
 354                 if (check_tsc_unstable())
 355                         clocksource_tsc.rating = 0;
 356
 357                 clocksource_register(&clocksource_tsc);
 358         }
 359 }