arch/x86/kernel/tsc_32.c

   1 #include <linux/sched.h>
   2 #include <linux/clocksource.h>
   3 #include <linux/workqueue.h>
   4 #include <linux/delay.h>
   5 #include <linux/cpufreq.h>
   6 #include <linux/jiffies.h>
   7 #include <linux/init.h>
   8 #include <linux/dmi.h>
   9 #include <linux/percpu.h>
  10
  11 #include <asm/delay.h>
  12 #include <asm/tsc.h>
  13 #include <asm/io.h>
  14 #include <asm/timer.h>
  15
  16 #include "mach_timer.h"
  17
  18 /* native_sched_clock() is called before tsc_init(), so
  19    we must start with the TSC soft disabled to prevent
  20    erroneous rdtsc usage on !cpu_has_tsc processors */
  21 static int tsc_disabled = -1;
  22
  23 /*
  24  * On some systems the TSC frequency does not
  25  * change with the cpu frequency. So we need
  26  * an extra value to store the TSC freq
  27  */
  28 unsigned int tsc_khz;
  29 EXPORT_SYMBOL_GPL(tsc_khz);
  30
  31 #ifdef CONFIG_X86_TSC
  32 static int __init tsc_setup(char *str)
  33 {
  34         printk(KERN_WARNING "notsc: Kernel compiled with CONFIG_X86_TSC, "
  35                "cannot disable TSC completely.\n");
  36         tsc_disabled = 1;
  37         return 1;
  38 }
  39 #else
  40 /*
  41  * disable flag for tsc. Takes effect by clearing the TSC cpu flag
  42  * in cpu/common.c
  43  */
  44 static int __init tsc_setup(char *str)
  45 {
  46         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC);
  47         return 1;
  48 }
  49 #endif
  50
  51 __setup("notsc", tsc_setup);
  52
  53 /*
  54  * code to mark and check if the TSC is unstable
  55  * due to cpufreq or due to unsynced TSCs
  56  */
  57 static int tsc_unstable;
  58
  59 int check_tsc_unstable(void)
  60 {
  61         return tsc_unstable;
  62 }
  63 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_tsc_unstable);
  64
  65 /* Accelerators for sched_clock()
  66  * convert from cycles(64bits) => nanoseconds (64bits)
  67  *  basic equation:
  68  *              ns = cycles / (freq / ns_per_sec)
  69  *              ns = cycles * (ns_per_sec / freq)
  70  *              ns = cycles * (10^9 / (cpu_khz * 10^3))
  71  *              ns = cycles * (10^6 / cpu_khz)
  72  *
  73  *      Then we use scaling math (suggested by george@mvista.com) to get:
  74  *              ns = cycles * (10^6 * SC / cpu_khz) / SC
  75  *              ns = cycles * cyc2ns_scale / SC
  76  *
  77  *      And since SC is a constant power of two, we can convert the div
  78  *  into a shift.
  79  *
  80  *  We can use khz divisor instead of mhz to keep a better precision, since
  81  *  cyc2ns_scale is limited to 10^6 * 2^10, which fits in 32 bits.
  82  *  (mathieu.desnoyers@polymtl.ca)
  83  *
  84  *                      -johnstul@us.ibm.com "math is hard, lets go shopping!"
  85  */
  86
  87 DEFINE_PER_CPU(unsigned long, cyc2ns);
  88
  89 static void set_cyc2ns_scale(unsigned long cpu_khz, int cpu)
  90 {
  91         unsigned long long tsc_now, ns_now;
  92         unsigned long flags, *scale;
  93
  94         local_irq_save(flags);
  95         sched_clock_idle_sleep_event();
  96
  97         scale = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
  98
  99         rdtscll(tsc_now);
 100         ns_now = __cycles_2_ns(tsc_now);
 101
 102         if (cpu_khz)
 103                 *scale = (NSEC_PER_MSEC << CYC2NS_SCALE_FACTOR)/cpu_khz;
 104
 105         /*
 106          * Start smoothly with the new frequency:
 107          */
 108         sched_clock_idle_wakeup_event(0);
 109         local_irq_restore(flags);
 110 }
 111
 112 /*
 113  * Scheduler clock - returns current time in nanosec units.
 114  */
 115 unsigned long long native_sched_clock(void)
 116 {
 117         unsigned long long this_offset;
 118
 119         /*
 120          * Fall back to jiffies if there's no TSC available:
 121          * ( But note that we still use it if the TSC is marked
 122          *   unstable. We do this because unlike Time Of Day,
 123          *   the scheduler clock tolerates small errors and it's
 124          *   very important for it to be as fast as the platform
 125          *   can achive it. )
 126          */
 127         if (unlikely(tsc_disabled))
 128                 /* No locking but a rare wrong value is not a big deal: */
 129                 return (jiffies_64 - INITIAL_JIFFIES) * (1000000000 / HZ);
 130
 131         /* read the Time Stamp Counter: */
 132         rdtscll(this_offset);
 133
 134         /* return the value in ns */
 135         return cycles_2_ns(this_offset);
 136 }
 137
 138 /* We need to define a real function for sched_clock, to override the
 139    weak default version */
 140 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
 141 unsigned long long sched_clock(void)
 142 {
 143         return paravirt_sched_clock();
 144 }
 145 #else
 146 unsigned long long sched_clock(void)
 147         __attribute__((alias("native_sched_clock")));
 148 #endif
 149
 150 unsigned long native_calculate_cpu_khz(void)
 151 {
 152         unsigned long long start, end;
 153         unsigned long count;
 154         u64 delta64 = (u64)ULLONG_MAX;
 155         int i;
 156         unsigned long flags;
 157
 158         local_irq_save(flags);
 159
 160         /* run 3 times to ensure the cache is warm and to get an accurate reading */
 161         for (i = 0; i < 3; i++) {
 162                 mach_prepare_counter();
 163                 rdtscll(start);
 164                 mach_countup(&count);
 165                 rdtscll(end);
 166
 167                 /*
 168                  * Error: ECTCNEVERSET
 169                  * The CTC wasn't reliable: we got a hit on the very first read,
 170                  * or the CPU was so fast/slow that the quotient wouldn't fit in
 171                  * 32 bits..
 172                  */
 173                 if (count <= 1)
 174                         continue;
 175
 176                 /* cpu freq too slow: */
 177                 if ((end - start) <= CALIBRATE_TIME_MSEC)
 178                         continue;
 179
 180                 /*
 181                  * We want the minimum time of all runs in case one of them
 182                  * is inaccurate due to SMI or other delay
 183                  */
 184                 delta64 = min(delta64, (end - start));
 185         }
 186
 187         /* cpu freq too fast (or every run was bad): */
 188         if (delta64 > (1ULL<<32))
 189                 goto err;
 190
 191         delta64 += CALIBRATE_TIME_MSEC/2; /* round for do_div */
 192         do_div(delta64,CALIBRATE_TIME_MSEC);
 193
 194         local_irq_restore(flags);
 195         return (unsigned long)delta64;
 196 err:
 197         local_irq_restore(flags);
 198         return 0;
 199 }
 200
 201 int recalibrate_cpu_khz(void)
 202 {
 203 #ifndef CONFIG_SMP
 204         unsigned long cpu_khz_old = cpu_khz;
 205
 206         if (cpu_has_tsc) {
 207                 cpu_khz = calculate_cpu_khz();
 208                 tsc_khz = cpu_khz;
 209                 cpu_data(0).loops_per_jiffy =
 210                         cpufreq_scale(cpu_data(0).loops_per_jiffy,
 211                                         cpu_khz_old, cpu_khz);
 212                 return 0;
 213         } else
 214                 return -ENODEV;
 215 #else
 216         return -ENODEV;
 217 #endif
 218 }
 219
 220 EXPORT_SYMBOL(recalibrate_cpu_khz);
 221
 222 #ifdef CONFIG_CPU_FREQ
 223
 224 /*
 225  * if the CPU frequency is scaled, TSC-based delays will need a different
 226  * loops_per_jiffy value to function properly.
 227  */
 228 static unsigned int ref_freq;
 229 static unsigned long loops_per_jiffy_ref;
 230 static unsigned long cpu_khz_ref;
 231
 232 static int
 233 time_cpufreq_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long val, void *data)
 234 {
 235         struct cpufreq_freqs *freq = data;
 236
 237         if (!ref_freq) {
 238                 if (!freq->old){
 239                         ref_freq = freq->new;
 240                         return 0;
 241                 }
 242                 ref_freq = freq->old;
 243                 loops_per_jiffy_ref = cpu_data(freq->cpu).loops_per_jiffy;
 244                 cpu_khz_ref = cpu_khz;
 245         }
 246
 247         if ((val == CPUFREQ_PRECHANGE  && freq->old < freq->new) ||
 248             (val == CPUFREQ_POSTCHANGE && freq->old > freq->new) ||
 249             (val == CPUFREQ_RESUMECHANGE)) {
 250                 if (!(freq->flags & CPUFREQ_CONST_LOOPS))
 251                         cpu_data(freq->cpu).loops_per_jiffy =
 252                                 cpufreq_scale(loops_per_jiffy_ref,
 253                                                 ref_freq, freq->new);
 254
 255                 if (cpu_khz) {
 256
 257                         if (num_online_cpus() == 1)
 258                                 cpu_khz = cpufreq_scale(cpu_khz_ref,
 259                                                 ref_freq, freq->new);
 260                         if (!(freq->flags & CPUFREQ_CONST_LOOPS)) {
 261                                 tsc_khz = cpu_khz;
 262                                 set_cyc2ns_scale(cpu_khz, freq->cpu);
 263                                 /*
 264                                  * TSC based sched_clock turns
 265                                  * to junk w/ cpufreq
 266                                  */
 267                                 mark_tsc_unstable("cpufreq changes");
 268                         }
 269                 }
 270         }
 271
 272         return 0;
 273 }
 274
 275 static struct notifier_block time_cpufreq_notifier_block = {
 276         .notifier_call  = time_cpufreq_notifier
 277 };
 278
 279 static int __init cpufreq_tsc(void)
 280 {
 281         return cpufreq_register_notifier(&time_cpufreq_notifier_block,
 282                                          CPUFREQ_TRANSITION_NOTIFIER);
 283 }
 284 core_initcall(cpufreq_tsc);
 285
 286 #endif
 287
 288 /* clock source code */
 289
 290 static unsigned long current_tsc_khz;
 291 static struct clocksource clocksource_tsc;
 292
 293 /*
 294  * We compare the TSC to the cycle_last value in the clocksource
 295  * structure to avoid a nasty time-warp issue. This can be observed in
 296  * a very small window right after one CPU updated cycle_last under
 297  * xtime lock and the other CPU reads a TSC value which is smaller
 298  * than the cycle_last reference value due to a TSC which is slighty
 299  * behind. This delta is nowhere else observable, but in that case it
 300  * results in a forward time jump in the range of hours due to the
 301  * unsigned delta calculation of the time keeping core code, which is
 302  * necessary to support wrapping clocksources like pm timer.
 303  */
 304 static cycle_t read_tsc(void)
 305 {
 306         cycle_t ret;
 307
 308         rdtscll(ret);
 309
 310         return ret >= clocksource_tsc.cycle_last ?
 311                 ret : clocksource_tsc.cycle_last;
 312 }
 313
 314 static struct clocksource clocksource_tsc = {
 315         .name                   = "tsc",
 316         .rating                 = 300,
 317         .read                   = read_tsc,
 318         .mask                   = CLOCKSOURCE_MASK(64),
 319         .mult                   = 0, /* to be set */
 320         .shift                  = 22,
 321         .flags                  = CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS |
 322                                   CLOCK_SOURCE_MUST_VERIFY,
 323 };
 324
 325 void mark_tsc_unstable(char *reason)
 326 {
 327         if (!tsc_unstable) {
 328                 tsc_unstable = 1;
 329                 printk("Marking TSC unstable due to: %s.\n", reason);
 330                 /* Can be called before registration */
 331                 if (clocksource_tsc.mult)
 332                         clocksource_change_rating(&clocksource_tsc, 0);
 333                 else
 334                         clocksource_tsc.rating = 0;
 335         }
 336 }
 337 EXPORT_SYMBOL_GPL(mark_tsc_unstable);
 338
 339 static int __init dmi_mark_tsc_unstable(const struct dmi_system_id *d)
 340 {
 341         printk(KERN_NOTICE "%s detected: marking TSC unstable.\n",
 342                d->ident);
 343         tsc_unstable = 1;
 344         return 0;
 345 }
 346
 347 /* List of systems that have known TSC problems */
 348 static struct dmi_system_id __initdata bad_tsc_dmi_table[] = {
 349         {
 350          .callback = dmi_mark_tsc_unstable,
 351          .ident = "IBM Thinkpad 380XD",
 352          .matches = {
 353                      DMI_MATCH(DMI_BOARD_VENDOR, "IBM"),
 354                      DMI_MATCH(DMI_BOARD_NAME, "2635FA0"),
 355                      },
 356          },
 357          {}
 358 };
 359
 360 /*
 361  * Make an educated guess if the TSC is trustworthy and synchronized
 362  * over all CPUs.
 363  */
 364 __cpuinit int unsynchronized_tsc(void)
 365 {
 366         if (!cpu_has_tsc || tsc_unstable)
 367                 return 1;
 368
 369         /* Anything with constant TSC should be synchronized */
 370         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
 371                 return 0;
 372
 373         /*
 374          * Intel systems are normally all synchronized.
 375          * Exceptions must mark TSC as unstable:
 376          */
 377         if (boot_cpu_data.x86_vendor != X86_VENDOR_INTEL) {
 378                 /* assume multi socket systems are not synchronized: */
 379                 if (num_possible_cpus() > 1)
 380                         tsc_unstable = 1;
 381         }
 382         return tsc_unstable;
 383 }
 384
 385 /*
 386  * Geode_LX - the OLPC CPU has a possibly a very reliable TSC
 387  */
 388 #ifdef CONFIG_MGEODE_LX
 389 /* RTSC counts during suspend */
 390 #define RTSC_SUSP 0x100
 391
 392 static void __init check_geode_tsc_reliable(void)
 393 {
 394         unsigned long res_low, res_high;
 395
 396         rdmsr_safe(MSR_GEODE_BUSCONT_CONF0, &res_low, &res_high);
 397         if (res_low & RTSC_SUSP)
 398                 clocksource_tsc.flags &= ~CLOCK_SOURCE_MUST_VERIFY;
 399 }
 400 #else
 401 static inline void check_geode_tsc_reliable(void) { }
 402 #endif
 403
 404
 405 void __init tsc_init(void)
 406 {
 407         int cpu;
 408         u64 lpj;
 409
 410         if (!cpu_has_tsc || tsc_disabled > 0)
 411                 return;
 412
 413         cpu_khz = calculate_cpu_khz();
 414         tsc_khz = cpu_khz;
 415
 416         if (!cpu_khz) {
 417                 mark_tsc_unstable("could not calculate TSC khz");
 418                 return;
 419         }
 420
 421         lpj = ((u64)tsc_khz * 1000);
 422         do_div(lpj, HZ);
 423         lpj_fine = lpj;
 424
 425         /* now allow native_sched_clock() to use rdtsc */
 426         tsc_disabled = 0;
 427
 428         printk("Detected %lu.%03lu MHz processor.\n",
 429                                 (unsigned long)cpu_khz / 1000,
 430                                 (unsigned long)cpu_khz % 1000);
 431
 432         /*
 433          * Secondary CPUs do not run through tsc_init(), so set up
 434          * all the scale factors for all CPUs, assuming the same
 435          * speed as the bootup CPU. (cpufreq notifiers will fix this
 436          * up if their speed diverges)
 437          */
 438         for_each_possible_cpu(cpu)
 439                 set_cyc2ns_scale(cpu_khz, cpu);
 440
 441         use_tsc_delay();
 442
 443         /* Check and install the TSC clocksource */
 444         dmi_check_system(bad_tsc_dmi_table);
 445
 446         unsynchronized_tsc();
 447         check_geode_tsc_reliable();
 448         current_tsc_khz = tsc_khz;
 449         clocksource_tsc.mult = clocksource_khz2mult(current_tsc_khz,
 450                                                         clocksource_tsc.shift);
 451         /* lower the rating if we already know its unstable: */
 452         if (check_tsc_unstable()) {
 453                 clocksource_tsc.rating = 0;
 454                 clocksource_tsc.flags &= ~CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS;
 455         }
 456         clocksource_register(&clocksource_tsc);
 457 }