kernel/time/ntp.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * NTP state machine interfaces and logic.
   4  *
   5  * This code was mainly moved from kernel/timer.c and kernel/time.c
   6  * Please see those files for relevant copyright info and historical
   7  * changelogs.
   8  */
   9 #include <linux/capability.h>
  10 #include <linux/clocksource.h>
  11 #include <linux/workqueue.h>
  12 #include <linux/hrtimer.h>
  13 #include <linux/jiffies.h>
  14 #include <linux/math64.h>
  15 #include <linux/timex.h>
  16 #include <linux/time.h>
  17 #include <linux/mm.h>
  18 #include <linux/module.h>
  19 #include <linux/rtc.h>
  20 #include <linux/math64.h>
  21
  22 #include "ntp_internal.h"
  23 #include "timekeeping_internal.h"
  24
  25
  26 /*
  27  * NTP timekeeping variables:
  28  *
  29  * Note: All of the NTP state is protected by the timekeeping locks.
  30  */
  31
  32
  33 /* USER_HZ period (usecs): */
  34 unsigned long                   tick_usec = USER_TICK_USEC;
  35
  36 /* SHIFTED_HZ period (nsecs): */
  37 unsigned long                   tick_nsec;
  38
  39 static u64                      tick_length;
  40 static u64                      tick_length_base;
  41
  42 #define SECS_PER_DAY            86400
  43 #define MAX_TICKADJ             500LL           /* usecs */
  44 #define MAX_TICKADJ_SCALED \
  45         (((MAX_TICKADJ * NSEC_PER_USEC) << NTP_SCALE_SHIFT) / NTP_INTERVAL_FREQ)
  46
  47 /*
  48  * phase-lock loop variables
  49  */
  50
  51 /*
  52  * clock synchronization status
  53  *
  54  * (TIME_ERROR prevents overwriting the CMOS clock)
  55  */
  56 static int                      time_state = TIME_OK;
  57
  58 /* clock status bits:                                                   */
  59 static int                      time_status = STA_UNSYNC;
  60
  61 /* time adjustment (nsecs):                                             */
  62 static s64                      time_offset;
  63
  64 /* pll time constant:                                                   */
  65 static long                     time_constant = 2;
  66
  67 /* maximum error (usecs):                                               */
  68 static long                     time_maxerror = NTP_PHASE_LIMIT;
  69
  70 /* estimated error (usecs):                                             */
  71 static long                     time_esterror = NTP_PHASE_LIMIT;
  72
  73 /* frequency offset (scaled nsecs/secs):                                */
  74 static s64                      time_freq;
  75
  76 /* time at last adjustment (secs):                                      */
  77 static time64_t         time_reftime;
  78
  79 static long                     time_adjust;
  80
  81 /* constant (boot-param configurable) NTP tick adjustment (upscaled)    */
  82 static s64                      ntp_tick_adj;
  83
  84 /* second value of the next pending leapsecond, or TIME64_MAX if no leap */
  85 static time64_t                 ntp_next_leap_sec = TIME64_MAX;
  86
  87 #ifdef CONFIG_NTP_PPS
  88
  89 /*
  90  * The following variables are used when a pulse-per-second (PPS) signal
  91  * is available. They establish the engineering parameters of the clock
  92  * discipline loop when controlled by the PPS signal.
  93  */
  94 #define PPS_VALID       10      /* PPS signal watchdog max (s) */
  95 #define PPS_POPCORN     4       /* popcorn spike threshold (shift) */
  96 #define PPS_INTMIN      2       /* min freq interval (s) (shift) */
  97 #define PPS_INTMAX      8       /* max freq interval (s) (shift) */
  98 #define PPS_INTCOUNT    4       /* number of consecutive good intervals to
  99                                    increase pps_shift or consecutive bad
 100                                    intervals to decrease it */
 101 #define PPS_MAXWANDER   100000  /* max PPS freq wander (ns/s) */
 102
 103 static int pps_valid;           /* signal watchdog counter */
 104 static long pps_tf[3];          /* phase median filter */
 105 static long pps_jitter;         /* current jitter (ns) */
 106 static struct timespec64 pps_fbase; /* beginning of the last freq interval */
 107 static int pps_shift;           /* current interval duration (s) (shift) */
 108 static int pps_intcnt;          /* interval counter */
 109 static s64 pps_freq;            /* frequency offset (scaled ns/s) */
 110 static long pps_stabil;         /* current stability (scaled ns/s) */
 111
 112 /*
 113  * PPS signal quality monitors
 114  */
 115 static long pps_calcnt;         /* calibration intervals */
 116 static long pps_jitcnt;         /* jitter limit exceeded */
 117 static long pps_stbcnt;         /* stability limit exceeded */
 118 static long pps_errcnt;         /* calibration errors */
 119
 120
 121 /* PPS kernel consumer compensates the whole phase error immediately.
 122  * Otherwise, reduce the offset by a fixed factor times the time constant.
 123  */
 124 static inline s64 ntp_offset_chunk(s64 offset)
 125 {
 126         if (time_status & STA_PPSTIME && time_status & STA_PPSSIGNAL)
 127                 return offset;
 128         else
 129                 return shift_right(offset, SHIFT_PLL + time_constant);
 130 }
 131
 132 static inline void pps_reset_freq_interval(void)
 133 {
 134         /* the PPS calibration interval may end
 135            surprisingly early */
 136         pps_shift = PPS_INTMIN;
 137         pps_intcnt = 0;
 138 }
 139
 140 /**
 141  * pps_clear - Clears the PPS state variables
 142  */
 143 static inline void pps_clear(void)
 144 {
 145         pps_reset_freq_interval();
 146         pps_tf[0] = 0;
 147         pps_tf[1] = 0;
 148         pps_tf[2] = 0;
 149         pps_fbase.tv_sec = pps_fbase.tv_nsec = 0;
 150         pps_freq = 0;
 151 }
 152
 153 /* Decrease pps_valid to indicate that another second has passed since
 154  * the last PPS signal. When it reaches 0, indicate that PPS signal is
 155  * missing.
 156  */
 157 static inline void pps_dec_valid(void)
 158 {
 159         if (pps_valid > 0)
 160                 pps_valid--;
 161         else {
 162                 time_status &= ~(STA_PPSSIGNAL | STA_PPSJITTER |
 163                                  STA_PPSWANDER | STA_PPSERROR);
 164                 pps_clear();
 165         }
 166 }
 167
 168 static inline void pps_set_freq(s64 freq)
 169 {
 170         pps_freq = freq;
 171 }
 172
 173 static inline int is_error_status(int status)
 174 {
 175         return (status & (STA_UNSYNC|STA_CLOCKERR))
 176                 /* PPS signal lost when either PPS time or
 177                  * PPS frequency synchronization requested
 178                  */
 179                 || ((status & (STA_PPSFREQ|STA_PPSTIME))
 180                         && !(status & STA_PPSSIGNAL))
 181                 /* PPS jitter exceeded when
 182                  * PPS time synchronization requested */
 183                 || ((status & (STA_PPSTIME|STA_PPSJITTER))
 184                         == (STA_PPSTIME|STA_PPSJITTER))
 185                 /* PPS wander exceeded or calibration error when
 186                  * PPS frequency synchronization requested
 187                  */
 188                 || ((status & STA_PPSFREQ)
 189                         && (status & (STA_PPSWANDER|STA_PPSERROR)));
 190 }
 191
 192 static inline void pps_fill_timex(struct timex *txc)
 193 {
 194         txc->ppsfreq       = shift_right((pps_freq >> PPM_SCALE_INV_SHIFT) *
 195                                          PPM_SCALE_INV, NTP_SCALE_SHIFT);
 196         txc->jitter        = pps_jitter;
 197         if (!(time_status & STA_NANO))
 198                 txc->jitter /= NSEC_PER_USEC;
 199         txc->shift         = pps_shift;
 200         txc->stabil        = pps_stabil;
 201         txc->jitcnt        = pps_jitcnt;
 202         txc->calcnt        = pps_calcnt;
 203         txc->errcnt        = pps_errcnt;
 204         txc->stbcnt        = pps_stbcnt;
 205 }
 206
 207 #else /* !CONFIG_NTP_PPS */
 208
 209 static inline s64 ntp_offset_chunk(s64 offset)
 210 {
 211         return shift_right(offset, SHIFT_PLL + time_constant);
 212 }
 213
 214 static inline void pps_reset_freq_interval(void) {}
 215 static inline void pps_clear(void) {}
 216 static inline void pps_dec_valid(void) {}
 217 static inline void pps_set_freq(s64 freq) {}
 218
 219 static inline int is_error_status(int status)
 220 {
 221         return status & (STA_UNSYNC|STA_CLOCKERR);
 222 }
 223
 224 static inline void pps_fill_timex(struct timex *txc)
 225 {
 226         /* PPS is not implemented, so these are zero */
 227         txc->ppsfreq       = 0;
 228         txc->jitter        = 0;
 229         txc->shift         = 0;
 230         txc->stabil        = 0;
 231         txc->jitcnt        = 0;
 232         txc->calcnt        = 0;
 233         txc->errcnt        = 0;
 234         txc->stbcnt        = 0;
 235 }
 236
 237 #endif /* CONFIG_NTP_PPS */
 238
 239
 240 /**
 241  * ntp_synced - Returns 1 if the NTP status is not UNSYNC
 242  *
 243  */
 244 static inline int ntp_synced(void)
 245 {
 246         return !(time_status & STA_UNSYNC);
 247 }
 248
 249
 250 /*
 251  * NTP methods:
 252  */
 253
 254 /*
 255  * Update (tick_length, tick_length_base, tick_nsec), based
 256  * on (tick_usec, ntp_tick_adj, time_freq):
 257  */
 258 static void ntp_update_frequency(void)
 259 {
 260         u64 second_length;
 261         u64 new_base;
 262
 263         second_length            = (u64)(tick_usec * NSEC_PER_USEC * USER_HZ)
 264                                                 << NTP_SCALE_SHIFT;
 265
 266         second_length           += ntp_tick_adj;
 267         second_length           += time_freq;
 268
 269         tick_nsec                = div_u64(second_length, HZ) >> NTP_SCALE_SHIFT;
 270         new_base                 = div_u64(second_length, NTP_INTERVAL_FREQ);
 271
 272         /*
 273          * Don't wait for the next second_overflow, apply
 274          * the change to the tick length immediately:
 275          */
 276         tick_length             += new_base - tick_length_base;
 277         tick_length_base         = new_base;
 278 }
 279
 280 static inline s64 ntp_update_offset_fll(s64 offset64, long secs)
 281 {
 282         time_status &= ~STA_MODE;
 283
 284         if (secs < MINSEC)
 285                 return 0;
 286
 287         if (!(time_status & STA_FLL) && (secs <= MAXSEC))
 288                 return 0;
 289
 290         time_status |= STA_MODE;
 291
 292         return div64_long(offset64 << (NTP_SCALE_SHIFT - SHIFT_FLL), secs);
 293 }
 294
 295 static void ntp_update_offset(long offset)
 296 {
 297         s64 freq_adj;
 298         s64 offset64;
 299         long secs;
 300
 301         if (!(time_status & STA_PLL))
 302                 return;
 303
 304         if (!(time_status & STA_NANO)) {
 305                 /* Make sure the multiplication below won't overflow */
 306                 offset = clamp(offset, -USEC_PER_SEC, USEC_PER_SEC);
 307                 offset *= NSEC_PER_USEC;
 308         }
 309
 310         /*
 311          * Scale the phase adjustment and
 312          * clamp to the operating range.
 313          */
 314         offset = clamp(offset, -MAXPHASE, MAXPHASE);
 315
 316         /*
 317          * Select how the frequency is to be controlled
 318          * and in which mode (PLL or FLL).
 319          */
 320         secs = (long)(__ktime_get_real_seconds() - time_reftime);
 321         if (unlikely(time_status & STA_FREQHOLD))
 322                 secs = 0;
 323
 324         time_reftime = __ktime_get_real_seconds();
 325
 326         offset64    = offset;
 327         freq_adj    = ntp_update_offset_fll(offset64, secs);
 328
 329         /*
 330          * Clamp update interval to reduce PLL gain with low
 331          * sampling rate (e.g. intermittent network connection)
 332          * to avoid instability.
 333          */
 334         if (unlikely(secs > 1 << (SHIFT_PLL + 1 + time_constant)))
 335                 secs = 1 << (SHIFT_PLL + 1 + time_constant);
 336
 337         freq_adj    += (offset64 * secs) <<
 338                         (NTP_SCALE_SHIFT - 2 * (SHIFT_PLL + 2 + time_constant));
 339
 340         freq_adj    = min(freq_adj + time_freq, MAXFREQ_SCALED);
 341
 342         time_freq   = max(freq_adj, -MAXFREQ_SCALED);
 343
 344         time_offset = div_s64(offset64 << NTP_SCALE_SHIFT, NTP_INTERVAL_FREQ);
 345 }
 346
 347 /**
 348  * ntp_clear - Clears the NTP state variables
 349  */
 350 void ntp_clear(void)
 351 {
 352         time_adjust     = 0;            /* stop active adjtime() */
 353         time_status     |= STA_UNSYNC;
 354         time_maxerror   = NTP_PHASE_LIMIT;
 355         time_esterror   = NTP_PHASE_LIMIT;
 356
 357         ntp_update_frequency();
 358
 359         tick_length     = tick_length_base;
 360         time_offset     = 0;
 361
 362         ntp_next_leap_sec = TIME64_MAX;
 363         /* Clear PPS state variables */
 364         pps_clear();
 365 }
 366
 367
 368 u64 ntp_tick_length(void)
 369 {
 370         return tick_length;
 371 }
 372
 373 /**
 374  * ntp_get_next_leap - Returns the next leapsecond in CLOCK_REALTIME ktime_t
 375  *
 376  * Provides the time of the next leapsecond against CLOCK_REALTIME in
 377  * a ktime_t format. Returns KTIME_MAX if no leapsecond is pending.
 378  */
 379 ktime_t ntp_get_next_leap(void)
 380 {
 381         ktime_t ret;
 382
 383         if ((time_state == TIME_INS) && (time_status & STA_INS))
 384                 return ktime_set(ntp_next_leap_sec, 0);
 385         ret = KTIME_MAX;
 386         return ret;
 387 }
 388
 389 /*
 390  * this routine handles the overflow of the microsecond field
 391  *
 392  * The tricky bits of code to handle the accurate clock support
 393  * were provided by Dave Mills (Mills@UDEL.EDU) of NTP fame.
 394  * They were originally developed for SUN and DEC kernels.
 395  * All the kudos should go to Dave for this stuff.
 396  *
 397  * Also handles leap second processing, and returns leap offset
 398  */
 399 int second_overflow(time64_t secs)
 400 {
 401         s64 delta;
 402         int leap = 0;
 403         s32 rem;
 404
 405         /*
 406          * Leap second processing. If in leap-insert state at the end of the
 407          * day, the system clock is set back one second; if in leap-delete
 408          * state, the system clock is set ahead one second.
 409          */
 410         switch (time_state) {
 411         case TIME_OK:
 412                 if (time_status & STA_INS) {
 413                         time_state = TIME_INS;
 414                         div_s64_rem(secs, SECS_PER_DAY, &rem);
 415                         ntp_next_leap_sec = secs + SECS_PER_DAY - rem;
 416                 } else if (time_status & STA_DEL) {
 417                         time_state = TIME_DEL;
 418                         div_s64_rem(secs + 1, SECS_PER_DAY, &rem);
 419                         ntp_next_leap_sec = secs + SECS_PER_DAY - rem;
 420                 }
 421                 break;
 422         case TIME_INS:
 423                 if (!(time_status & STA_INS)) {
 424                         ntp_next_leap_sec = TIME64_MAX;
 425                         time_state = TIME_OK;
 426                 } else if (secs == ntp_next_leap_sec) {
 427                         leap = -1;
 428                         time_state = TIME_OOP;
 429                         printk(KERN_NOTICE
 430                                 "Clock: inserting leap second 23:59:60 UTC\n");
 431                 }
 432                 break;
 433         case TIME_DEL:
 434                 if (!(time_status & STA_DEL)) {
 435                         ntp_next_leap_sec = TIME64_MAX;
 436                         time_state = TIME_OK;
 437                 } else if (secs == ntp_next_leap_sec) {
 438                         leap = 1;
 439                         ntp_next_leap_sec = TIME64_MAX;
 440                         time_state = TIME_WAIT;
 441                         printk(KERN_NOTICE
 442                                 "Clock: deleting leap second 23:59:59 UTC\n");
 443                 }
 444                 break;
 445         case TIME_OOP:
 446                 ntp_next_leap_sec = TIME64_MAX;
 447                 time_state = TIME_WAIT;
 448                 break;
 449         case TIME_WAIT:
 450                 if (!(time_status & (STA_INS | STA_DEL)))
 451                         time_state = TIME_OK;
 452                 break;
 453         }
 454
 455
 456         /* Bump the maxerror field */
 457         time_maxerror += MAXFREQ / NSEC_PER_USEC;
 458         if (time_maxerror > NTP_PHASE_LIMIT) {
 459                 time_maxerror = NTP_PHASE_LIMIT;
 460                 time_status |= STA_UNSYNC;
 461         }
 462
 463         /* Compute the phase adjustment for the next second */
 464         tick_length      = tick_length_base;
 465
 466         delta            = ntp_offset_chunk(time_offset);
 467         time_offset     -= delta;
 468         tick_length     += delta;
 469
 470         /* Check PPS signal */
 471         pps_dec_valid();
 472
 473         if (!time_adjust)
 474                 goto out;
 475
 476         if (time_adjust > MAX_TICKADJ) {
 477                 time_adjust -= MAX_TICKADJ;
 478                 tick_length += MAX_TICKADJ_SCALED;
 479                 goto out;
 480         }
 481
 482         if (time_adjust < -MAX_TICKADJ) {
 483                 time_adjust += MAX_TICKADJ;
 484                 tick_length -= MAX_TICKADJ_SCALED;
 485                 goto out;
 486         }
 487
 488         tick_length += (s64)(time_adjust * NSEC_PER_USEC / NTP_INTERVAL_FREQ)
 489                                                          << NTP_SCALE_SHIFT;
 490         time_adjust = 0;
 491
 492 out:
 493         return leap;
 494 }
 495
 496 static void sync_hw_clock(struct work_struct *work);
 497 static DECLARE_DELAYED_WORK(sync_work, sync_hw_clock);
 498
 499 static void sched_sync_hw_clock(struct timespec64 now,
 500                                 unsigned long target_nsec, bool fail)
 501
 502 {
 503         struct timespec64 next;
 504
 505         getnstimeofday64(&next);
 506         if (!fail)
 507                 next.tv_sec = 659;
 508         else {
 509                 /*
 510                  * Try again as soon as possible. Delaying long periods
 511                  * decreases the accuracy of the work queue timer. Due to this
 512                  * the algorithm is very likely to require a short-sleep retry
 513                  * after the above long sleep to synchronize ts_nsec.
 514                  */
 515                 next.tv_sec = 0;
 516         }
 517
 518         /* Compute the needed delay that will get to tv_nsec == target_nsec */
 519         next.tv_nsec = target_nsec - next.tv_nsec;
 520         if (next.tv_nsec <= 0)
 521                 next.tv_nsec += NSEC_PER_SEC;
 522         if (next.tv_nsec >= NSEC_PER_SEC) {
 523                 next.tv_sec++;
 524                 next.tv_nsec -= NSEC_PER_SEC;
 525         }
 526
 527         queue_delayed_work(system_power_efficient_wq, &sync_work,
 528                            timespec64_to_jiffies(&next));
 529 }
 530
 531 static void sync_rtc_clock(void)
 532 {
 533         unsigned long target_nsec;
 534         struct timespec64 adjust, now;
 535         int rc;
 536
 537         if (!IS_ENABLED(CONFIG_RTC_SYSTOHC))
 538                 return;
 539
 540         getnstimeofday64(&now);
 541
 542         adjust = now;
 543         if (persistent_clock_is_local)
 544                 adjust.tv_sec -= (sys_tz.tz_minuteswest * 60);
 545
 546         /*
 547          * The current RTC in use will provide the target_nsec it wants to be
 548          * called at, and does rtc_tv_nsec_ok internally.
 549          */
 550         rc = rtc_set_ntp_time(adjust, &target_nsec);
 551         if (rc == -ENODEV)
 552                 return;
 553
 554         sched_sync_hw_clock(now, target_nsec, rc);
 555 }
 556
 557 #ifdef CONFIG_GENERIC_CMOS_UPDATE
 558 int __weak update_persistent_clock(struct timespec now)
 559 {
 560         return -ENODEV;
 561 }
 562
 563 int __weak update_persistent_clock64(struct timespec64 now64)
 564 {
 565         struct timespec now;
 566
 567         now = timespec64_to_timespec(now64);
 568         return update_persistent_clock(now);
 569 }
 570 #endif
 571
 572 static bool sync_cmos_clock(void)
 573 {
 574         static bool no_cmos;
 575         struct timespec64 now;
 576         struct timespec64 adjust;
 577         int rc = -EPROTO;
 578         long target_nsec = NSEC_PER_SEC / 2;
 579
 580         if (!IS_ENABLED(CONFIG_GENERIC_CMOS_UPDATE))
 581                 return false;
 582
 583         if (no_cmos)
 584                 return false;
 585
 586         /*
 587          * Historically update_persistent_clock64() has followed x86
 588          * semantics, which match the MC146818A/etc RTC. This RTC will store
 589          * 'adjust' and then in .5s it will advance once second.
 590          *
 591          * Architectures are strongly encouraged to use rtclib and not
 592          * implement this legacy API.
 593          */
 594         getnstimeofday64(&now);
 595         if (rtc_tv_nsec_ok(-1 * target_nsec, &adjust, &now)) {
 596                 if (persistent_clock_is_local)
 597                         adjust.tv_sec -= (sys_tz.tz_minuteswest * 60);
 598                 rc = update_persistent_clock64(adjust);
 599                 /*
 600                  * The machine does not support update_persistent_clock64 even
 601                  * though it defines CONFIG_GENERIC_CMOS_UPDATE.
 602                  */
 603                 if (rc == -ENODEV) {
 604                         no_cmos = true;
 605                         return false;
 606                 }
 607         }
 608
 609         sched_sync_hw_clock(now, target_nsec, rc);
 610         return true;
 611 }
 612
 613 /*
 614  * If we have an externally synchronized Linux clock, then update RTC clock
 615  * accordingly every ~11 minutes. Generally RTCs can only store second
 616  * precision, but many RTCs will adjust the phase of their second tick to
 617  * match the moment of update. This infrastructure arranges to call to the RTC
 618  * set at the correct moment to phase synchronize the RTC second tick over
 619  * with the kernel clock.
 620  */
 621 static void sync_hw_clock(struct work_struct *work)
 622 {
 623         if (!ntp_synced())
 624                 return;
 625
 626         if (sync_cmos_clock())
 627                 return;
 628
 629         sync_rtc_clock();
 630 }
 631
 632 void ntp_notify_cmos_timer(void)
 633 {
 634         if (!ntp_synced())
 635                 return;
 636
 637         if (IS_ENABLED(CONFIG_GENERIC_CMOS_UPDATE) ||
 638             IS_ENABLED(CONFIG_RTC_SYSTOHC))
 639                 queue_delayed_work(system_power_efficient_wq, &sync_work, 0);
 640 }
 641
 642 /*
 643  * Propagate a new txc->status value into the NTP state:
 644  */
 645 static inline void process_adj_status(struct timex *txc, struct timespec64 *ts)
 646 {
 647         if ((time_status & STA_PLL) && !(txc->status & STA_PLL)) {
 648                 time_state = TIME_OK;
 649                 time_status = STA_UNSYNC;
 650                 ntp_next_leap_sec = TIME64_MAX;
 651                 /* restart PPS frequency calibration */
 652                 pps_reset_freq_interval();
 653         }
 654
 655         /*
 656          * If we turn on PLL adjustments then reset the
 657          * reference time to current time.
 658          */
 659         if (!(time_status & STA_PLL) && (txc->status & STA_PLL))
 660                 time_reftime = __ktime_get_real_seconds();
 661
 662         /* only set allowed bits */
 663         time_status &= STA_RONLY;
 664         time_status |= txc->status & ~STA_RONLY;
 665 }
 666
 667
 668 static inline void process_adjtimex_modes(struct timex *txc,
 669                                                 struct timespec64 *ts,
 670                                                 s32 *time_tai)
 671 {
 672         if (txc->modes & ADJ_STATUS)
 673                 process_adj_status(txc, ts);
 674
 675         if (txc->modes & ADJ_NANO)
 676                 time_status |= STA_NANO;
 677
 678         if (txc->modes & ADJ_MICRO)
 679                 time_status &= ~STA_NANO;
 680
 681         if (txc->modes & ADJ_FREQUENCY) {
 682                 time_freq = txc->freq * PPM_SCALE;
 683                 time_freq = min(time_freq, MAXFREQ_SCALED);
 684                 time_freq = max(time_freq, -MAXFREQ_SCALED);
 685                 /* update pps_freq */
 686                 pps_set_freq(time_freq);
 687         }
 688
 689         if (txc->modes & ADJ_MAXERROR)
 690                 time_maxerror = txc->maxerror;
 691
 692         if (txc->modes & ADJ_ESTERROR)
 693                 time_esterror = txc->esterror;
 694
 695         if (txc->modes & ADJ_TIMECONST) {
 696                 time_constant = txc->constant;
 697                 if (!(time_status & STA_NANO))
 698                         time_constant += 4;
 699                 time_constant = min(time_constant, (long)MAXTC);
 700                 time_constant = max(time_constant, 0l);
 701         }
 702
 703         if (txc->modes & ADJ_TAI && txc->constant > 0)
 704                 *time_tai = txc->constant;
 705
 706         if (txc->modes & ADJ_OFFSET)
 707                 ntp_update_offset(txc->offset);
 708
 709         if (txc->modes & ADJ_TICK)
 710                 tick_usec = txc->tick;
 711
 712         if (txc->modes & (ADJ_TICK|ADJ_FREQUENCY|ADJ_OFFSET))
 713                 ntp_update_frequency();
 714 }
 715
 716
 717 /*
 718  * adjtimex mainly allows reading (and writing, if superuser) of
 719  * kernel time-keeping variables. used by xntpd.
 720  */
 721 int __do_adjtimex(struct timex *txc, struct timespec64 *ts, s32 *time_tai)
 722 {
 723         int result;
 724
 725         if (txc->modes & ADJ_ADJTIME) {
 726                 long save_adjust = time_adjust;
 727
 728                 if (!(txc->modes & ADJ_OFFSET_READONLY)) {
 729                         /* adjtime() is independent from ntp_adjtime() */
 730                         time_adjust = txc->offset;
 731                         ntp_update_frequency();
 732                 }
 733                 txc->offset = save_adjust;
 734         } else {
 735
 736                 /* If there are input parameters, then process them: */
 737                 if (txc->modes)
 738                         process_adjtimex_modes(txc, ts, time_tai);
 739
 740                 txc->offset = shift_right(time_offset * NTP_INTERVAL_FREQ,
 741                                   NTP_SCALE_SHIFT);
 742                 if (!(time_status & STA_NANO))
 743                         txc->offset /= NSEC_PER_USEC;
 744         }
 745
 746         result = time_state;    /* mostly `TIME_OK' */
 747         /* check for errors */
 748         if (is_error_status(time_status))
 749                 result = TIME_ERROR;
 750
 751         txc->freq          = shift_right((time_freq >> PPM_SCALE_INV_SHIFT) *
 752                                          PPM_SCALE_INV, NTP_SCALE_SHIFT);
 753         txc->maxerror      = time_maxerror;
 754         txc->esterror      = time_esterror;
 755         txc->status        = time_status;
 756         txc->constant      = time_constant;
 757         txc->precision     = 1;
 758         txc->tolerance     = MAXFREQ_SCALED / PPM_SCALE;
 759         txc->tick          = tick_usec;
 760         txc->tai           = *time_tai;
 761
 762         /* fill PPS status fields */
 763         pps_fill_timex(txc);
 764
 765         txc->time.tv_sec = (time_t)ts->tv_sec;
 766         txc->time.tv_usec = ts->tv_nsec;
 767         if (!(time_status & STA_NANO))
 768                 txc->time.tv_usec /= NSEC_PER_USEC;
 769
 770         /* Handle leapsec adjustments */
 771         if (unlikely(ts->tv_sec >= ntp_next_leap_sec)) {
 772                 if ((time_state == TIME_INS) && (time_status & STA_INS)) {
 773                         result = TIME_OOP;
 774                         txc->tai++;
 775                         txc->time.tv_sec--;
 776                 }
 777                 if ((time_state == TIME_DEL) && (time_status & STA_DEL)) {
 778                         result = TIME_WAIT;
 779                         txc->tai--;
 780                         txc->time.tv_sec++;
 781                 }
 782                 if ((time_state == TIME_OOP) &&
 783                                         (ts->tv_sec == ntp_next_leap_sec)) {
 784                         result = TIME_WAIT;
 785                 }
 786         }
 787
 788         return result;
 789 }
 790
 791 #ifdef  CONFIG_NTP_PPS
 792
 793 /* actually struct pps_normtime is good old struct timespec, but it is
 794  * semantically different (and it is the reason why it was invented):
 795  * pps_normtime.nsec has a range of ( -NSEC_PER_SEC / 2, NSEC_PER_SEC / 2 ]
 796  * while timespec.tv_nsec has a range of [0, NSEC_PER_SEC) */
 797 struct pps_normtime {
 798         s64             sec;    /* seconds */
 799         long            nsec;   /* nanoseconds */
 800 };
 801
 802 /* normalize the timestamp so that nsec is in the
 803    ( -NSEC_PER_SEC / 2, NSEC_PER_SEC / 2 ] interval */
 804 static inline struct pps_normtime pps_normalize_ts(struct timespec64 ts)
 805 {
 806         struct pps_normtime norm = {
 807                 .sec = ts.tv_sec,
 808                 .nsec = ts.tv_nsec
 809         };
 810
 811         if (norm.nsec > (NSEC_PER_SEC >> 1)) {
 812                 norm.nsec -= NSEC_PER_SEC;
 813                 norm.sec++;
 814         }
 815
 816         return norm;
 817 }
 818
 819 /* get current phase correction and jitter */
 820 static inline long pps_phase_filter_get(long *jitter)
 821 {
 822         *jitter = pps_tf[0] - pps_tf[1];
 823         if (*jitter < 0)
 824                 *jitter = -*jitter;
 825
 826         /* TODO: test various filters */
 827         return pps_tf[0];
 828 }
 829
 830 /* add the sample to the phase filter */
 831 static inline void pps_phase_filter_add(long err)
 832 {
 833         pps_tf[2] = pps_tf[1];
 834         pps_tf[1] = pps_tf[0];
 835         pps_tf[0] = err;
 836 }
 837
 838 /* decrease frequency calibration interval length.
 839  * It is halved after four consecutive unstable intervals.
 840  */
 841 static inline void pps_dec_freq_interval(void)
 842 {
 843         if (--pps_intcnt <= -PPS_INTCOUNT) {
 844                 pps_intcnt = -PPS_INTCOUNT;
 845                 if (pps_shift > PPS_INTMIN) {
 846                         pps_shift--;
 847                         pps_intcnt = 0;
 848                 }
 849         }
 850 }
 851
 852 /* increase frequency calibration interval length.
 853  * It is doubled after four consecutive stable intervals.
 854  */
 855 static inline void pps_inc_freq_interval(void)
 856 {
 857         if (++pps_intcnt >= PPS_INTCOUNT) {
 858                 pps_intcnt = PPS_INTCOUNT;
 859                 if (pps_shift < PPS_INTMAX) {
 860                         pps_shift++;
 861                         pps_intcnt = 0;
 862                 }
 863         }
 864 }
 865
 866 /* update clock frequency based on MONOTONIC_RAW clock PPS signal
 867  * timestamps
 868  *
 869  * At the end of the calibration interval the difference between the
 870  * first and last MONOTONIC_RAW clock timestamps divided by the length
 871  * of the interval becomes the frequency update. If the interval was
 872  * too long, the data are discarded.
 873  * Returns the difference between old and new frequency values.
 874  */
 875 static long hardpps_update_freq(struct pps_normtime freq_norm)
 876 {
 877         long delta, delta_mod;
 878         s64 ftemp;
 879
 880         /* check if the frequency interval was too long */
 881         if (freq_norm.sec > (2 << pps_shift)) {
 882                 time_status |= STA_PPSERROR;
 883                 pps_errcnt++;
 884                 pps_dec_freq_interval();
 885                 printk_deferred(KERN_ERR
 886                         "hardpps: PPSERROR: interval too long - %lld s\n",
 887                         freq_norm.sec);
 888                 return 0;
 889         }
 890
 891         /* here the raw frequency offset and wander (stability) is
 892          * calculated. If the wander is less than the wander threshold
 893          * the interval is increased; otherwise it is decreased.
 894          */
 895         ftemp = div_s64(((s64)(-freq_norm.nsec)) << NTP_SCALE_SHIFT,
 896                         freq_norm.sec);
 897         delta = shift_right(ftemp - pps_freq, NTP_SCALE_SHIFT);
 898         pps_freq = ftemp;
 899         if (delta > PPS_MAXWANDER || delta < -PPS_MAXWANDER) {
 900                 printk_deferred(KERN_WARNING
 901                                 "hardpps: PPSWANDER: change=%ld\n", delta);
 902                 time_status |= STA_PPSWANDER;
 903                 pps_stbcnt++;
 904                 pps_dec_freq_interval();
 905         } else {        /* good sample */
 906                 pps_inc_freq_interval();
 907         }
 908
 909         /* the stability metric is calculated as the average of recent
 910          * frequency changes, but is used only for performance
 911          * monitoring
 912          */
 913         delta_mod = delta;
 914         if (delta_mod < 0)
 915                 delta_mod = -delta_mod;
 916         pps_stabil += (div_s64(((s64)delta_mod) <<
 917                                 (NTP_SCALE_SHIFT - SHIFT_USEC),
 918                                 NSEC_PER_USEC) - pps_stabil) >> PPS_INTMIN;
 919
 920         /* if enabled, the system clock frequency is updated */
 921         if ((time_status & STA_PPSFREQ) != 0 &&
 922             (time_status & STA_FREQHOLD) == 0) {
 923                 time_freq = pps_freq;
 924                 ntp_update_frequency();
 925         }
 926
 927         return delta;
 928 }
 929
 930 /* correct REALTIME clock phase error against PPS signal */
 931 static void hardpps_update_phase(long error)
 932 {
 933         long correction = -error;
 934         long jitter;
 935
 936         /* add the sample to the median filter */
 937         pps_phase_filter_add(correction);
 938         correction = pps_phase_filter_get(&jitter);
 939
 940         /* Nominal jitter is due to PPS signal noise. If it exceeds the
 941          * threshold, the sample is discarded; otherwise, if so enabled,
 942          * the time offset is updated.
 943          */
 944         if (jitter > (pps_jitter << PPS_POPCORN)) {
 945                 printk_deferred(KERN_WARNING
 946                                 "hardpps: PPSJITTER: jitter=%ld, limit=%ld\n",
 947                                 jitter, (pps_jitter << PPS_POPCORN));
 948                 time_status |= STA_PPSJITTER;
 949                 pps_jitcnt++;
 950         } else if (time_status & STA_PPSTIME) {
 951                 /* correct the time using the phase offset */
 952                 time_offset = div_s64(((s64)correction) << NTP_SCALE_SHIFT,
 953                                 NTP_INTERVAL_FREQ);
 954                 /* cancel running adjtime() */
 955                 time_adjust = 0;
 956         }
 957         /* update jitter */
 958         pps_jitter += (jitter - pps_jitter) >> PPS_INTMIN;
 959 }
 960
 961 /*
 962  * __hardpps() - discipline CPU clock oscillator to external PPS signal
 963  *
 964  * This routine is called at each PPS signal arrival in order to
 965  * discipline the CPU clock oscillator to the PPS signal. It takes two
 966  * parameters: REALTIME and MONOTONIC_RAW clock timestamps. The former
 967  * is used to correct clock phase error and the latter is used to
 968  * correct the frequency.
 969  *
 970  * This code is based on David Mills's reference nanokernel
 971  * implementation. It was mostly rewritten but keeps the same idea.
 972  */
 973 void __hardpps(const struct timespec64 *phase_ts, const struct timespec64 *raw_ts)
 974 {
 975         struct pps_normtime pts_norm, freq_norm;
 976
 977         pts_norm = pps_normalize_ts(*phase_ts);
 978
 979         /* clear the error bits, they will be set again if needed */
 980         time_status &= ~(STA_PPSJITTER | STA_PPSWANDER | STA_PPSERROR);
 981
 982         /* indicate signal presence */
 983         time_status |= STA_PPSSIGNAL;
 984         pps_valid = PPS_VALID;
 985
 986         /* when called for the first time,
 987          * just start the frequency interval */
 988         if (unlikely(pps_fbase.tv_sec == 0)) {
 989                 pps_fbase = *raw_ts;
 990                 return;
 991         }
 992
 993         /* ok, now we have a base for frequency calculation */
 994         freq_norm = pps_normalize_ts(timespec64_sub(*raw_ts, pps_fbase));
 995
 996         /* check that the signal is in the range
 997          * [1s - MAXFREQ us, 1s + MAXFREQ us], otherwise reject it */
 998         if ((freq_norm.sec == 0) ||
 999                         (freq_norm.nsec > MAXFREQ * freq_norm.sec) ||
1000                         (freq_norm.nsec < -MAXFREQ * freq_norm.sec)) {
1001                 time_status |= STA_PPSJITTER;
1002                 /* restart the frequency calibration interval */
1003                 pps_fbase = *raw_ts;
1004                 printk_deferred(KERN_ERR "hardpps: PPSJITTER: bad pulse\n");
1005                 return;
1006         }
1007
1008         /* signal is ok */
1009
1010         /* check if the current frequency interval is finished */
1011         if (freq_norm.sec >= (1 << pps_shift)) {
1012                 pps_calcnt++;
1013                 /* restart the frequency calibration interval */
1014                 pps_fbase = *raw_ts;
1015                 hardpps_update_freq(freq_norm);
1016         }
1017
1018         hardpps_update_phase(pts_norm.nsec);
1019
1020 }
1021 #endif  /* CONFIG_NTP_PPS */
1022
1023 static int __init ntp_tick_adj_setup(char *str)
1024 {
1025         int rc = kstrtol(str, 0, (long *)&ntp_tick_adj);
1026
1027         if (rc)
1028                 return rc;
1029         ntp_tick_adj <<= NTP_SCALE_SHIFT;
1030
1031         return 1;
1032 }
1033
1034 __setup("ntp_tick_adj=", ntp_tick_adj_setup);
1035
1036 void __init ntp_init(void)
1037 {
1038         ntp_clear();
1039 }