x86/asm/tsc: Rename native_read_tsc() to rdtsc()
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / arch / x86 / kernel / tsc.c
1 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
2
3 #include <linux/kernel.h>
4 #include <linux/sched.h>
5 #include <linux/init.h>
6 #include <linux/module.h>
7 #include <linux/timer.h>
8 #include <linux/acpi_pmtmr.h>
9 #include <linux/cpufreq.h>
10 #include <linux/delay.h>
11 #include <linux/clocksource.h>
12 #include <linux/percpu.h>
13 #include <linux/timex.h>
14 #include <linux/static_key.h>
15
16 #include <asm/hpet.h>
17 #include <asm/timer.h>
18 #include <asm/vgtod.h>
19 #include <asm/time.h>
20 #include <asm/delay.h>
21 #include <asm/hypervisor.h>
22 #include <asm/nmi.h>
23 #include <asm/x86_init.h>
24
25 unsigned int __read_mostly cpu_khz;     /* TSC clocks / usec, not used here */
26 EXPORT_SYMBOL(cpu_khz);
27
28 unsigned int __read_mostly tsc_khz;
29 EXPORT_SYMBOL(tsc_khz);
30
31 /*
32  * TSC can be unstable due to cpufreq or due to unsynced TSCs
33  */
34 static int __read_mostly tsc_unstable;
35
36 /* native_sched_clock() is called before tsc_init(), so
37    we must start with the TSC soft disabled to prevent
38    erroneous rdtsc usage on !cpu_has_tsc processors */
39 static int __read_mostly tsc_disabled = -1;
40
41 static struct static_key __use_tsc = STATIC_KEY_INIT;
42
43 int tsc_clocksource_reliable;
44
45 /*
46  * Use a ring-buffer like data structure, where a writer advances the head by
47  * writing a new data entry and a reader advances the tail when it observes a
48  * new entry.
49  *
50  * Writers are made to wait on readers until there's space to write a new
51  * entry.
52  *
53  * This means that we can always use an {offset, mul} pair to compute a ns
54  * value that is 'roughly' in the right direction, even if we're writing a new
55  * {offset, mul} pair during the clock read.
56  *
57  * The down-side is that we can no longer guarantee strict monotonicity anymore
58  * (assuming the TSC was that to begin with), because while we compute the
59  * intersection point of the two clock slopes and make sure the time is
60  * continuous at the point of switching; we can no longer guarantee a reader is
61  * strictly before or after the switch point.
62  *
63  * It does mean a reader no longer needs to disable IRQs in order to avoid
64  * CPU-Freq updates messing with his times, and similarly an NMI reader will
65  * no longer run the risk of hitting half-written state.
66  */
67
68 struct cyc2ns {
69         struct cyc2ns_data data[2];     /*  0 + 2*24 = 48 */
70         struct cyc2ns_data *head;       /* 48 + 8    = 56 */
71         struct cyc2ns_data *tail;       /* 56 + 8    = 64 */
72 }; /* exactly fits one cacheline */
73
74 static DEFINE_PER_CPU_ALIGNED(struct cyc2ns, cyc2ns);
75
76 struct cyc2ns_data *cyc2ns_read_begin(void)
77 {
78         struct cyc2ns_data *head;
79
80         preempt_disable();
81
82         head = this_cpu_read(cyc2ns.head);
83         /*
84          * Ensure we observe the entry when we observe the pointer to it.
85          * matches the wmb from cyc2ns_write_end().
86          */
87         smp_read_barrier_depends();
88         head->__count++;
89         barrier();
90
91         return head;
92 }
93
94 void cyc2ns_read_end(struct cyc2ns_data *head)
95 {
96         barrier();
97         /*
98          * If we're the outer most nested read; update the tail pointer
99          * when we're done. This notifies possible pending writers
100          * that we've observed the head pointer and that the other
101          * entry is now free.
102          */
103         if (!--head->__count) {
104                 /*
105                  * x86-TSO does not reorder writes with older reads;
106                  * therefore once this write becomes visible to another
107                  * cpu, we must be finished reading the cyc2ns_data.
108                  *
109                  * matches with cyc2ns_write_begin().
110                  */
111                 this_cpu_write(cyc2ns.tail, head);
112         }
113         preempt_enable();
114 }
115
116 /*
117  * Begin writing a new @data entry for @cpu.
118  *
119  * Assumes some sort of write side lock; currently 'provided' by the assumption
120  * that cpufreq will call its notifiers sequentially.
121  */
122 static struct cyc2ns_data *cyc2ns_write_begin(int cpu)
123 {
124         struct cyc2ns *c2n = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
125         struct cyc2ns_data *data = c2n->data;
126
127         if (data == c2n->head)
128                 data++;
129
130         /* XXX send an IPI to @cpu in order to guarantee a read? */
131
132         /*
133          * When we observe the tail write from cyc2ns_read_end(),
134          * the cpu must be done with that entry and its safe
135          * to start writing to it.
136          */
137         while (c2n->tail == data)
138                 cpu_relax();
139
140         return data;
141 }
142
143 static void cyc2ns_write_end(int cpu, struct cyc2ns_data *data)
144 {
145         struct cyc2ns *c2n = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
146
147         /*
148          * Ensure the @data writes are visible before we publish the
149          * entry. Matches the data-depencency in cyc2ns_read_begin().
150          */
151         smp_wmb();
152
153         ACCESS_ONCE(c2n->head) = data;
154 }
155
156 /*
157  * Accelerators for sched_clock()
158  * convert from cycles(64bits) => nanoseconds (64bits)
159  *  basic equation:
160  *              ns = cycles / (freq / ns_per_sec)
161  *              ns = cycles * (ns_per_sec / freq)
162  *              ns = cycles * (10^9 / (cpu_khz * 10^3))
163  *              ns = cycles * (10^6 / cpu_khz)
164  *
165  *      Then we use scaling math (suggested by george@mvista.com) to get:
166  *              ns = cycles * (10^6 * SC / cpu_khz) / SC
167  *              ns = cycles * cyc2ns_scale / SC
168  *
169  *      And since SC is a constant power of two, we can convert the div
170  *  into a shift.
171  *
172  *  We can use khz divisor instead of mhz to keep a better precision, since
173  *  cyc2ns_scale is limited to 10^6 * 2^10, which fits in 32 bits.
174  *  (mathieu.desnoyers@polymtl.ca)
175  *
176  *                      -johnstul@us.ibm.com "math is hard, lets go shopping!"
177  */
178
179 #define CYC2NS_SCALE_FACTOR 10 /* 2^10, carefully chosen */
180
181 static void cyc2ns_data_init(struct cyc2ns_data *data)
182 {
183         data->cyc2ns_mul = 0;
184         data->cyc2ns_shift = CYC2NS_SCALE_FACTOR;
185         data->cyc2ns_offset = 0;
186         data->__count = 0;
187 }
188
189 static void cyc2ns_init(int cpu)
190 {
191         struct cyc2ns *c2n = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
192
193         cyc2ns_data_init(&c2n->data[0]);
194         cyc2ns_data_init(&c2n->data[1]);
195
196         c2n->head = c2n->data;
197         c2n->tail = c2n->data;
198 }
199
200 static inline unsigned long long cycles_2_ns(unsigned long long cyc)
201 {
202         struct cyc2ns_data *data, *tail;
203         unsigned long long ns;
204
205         /*
206          * See cyc2ns_read_*() for details; replicated in order to avoid
207          * an extra few instructions that came with the abstraction.
208          * Notable, it allows us to only do the __count and tail update
209          * dance when its actually needed.
210          */
211
212         preempt_disable_notrace();
213         data = this_cpu_read(cyc2ns.head);
214         tail = this_cpu_read(cyc2ns.tail);
215
216         if (likely(data == tail)) {
217                 ns = data->cyc2ns_offset;
218                 ns += mul_u64_u32_shr(cyc, data->cyc2ns_mul, CYC2NS_SCALE_FACTOR);
219         } else {
220                 data->__count++;
221
222                 barrier();
223
224                 ns = data->cyc2ns_offset;
225                 ns += mul_u64_u32_shr(cyc, data->cyc2ns_mul, CYC2NS_SCALE_FACTOR);
226
227                 barrier();
228
229                 if (!--data->__count)
230                         this_cpu_write(cyc2ns.tail, data);
231         }
232         preempt_enable_notrace();
233
234         return ns;
235 }
236
237 static void set_cyc2ns_scale(unsigned long cpu_khz, int cpu)
238 {
239         unsigned long long tsc_now, ns_now;
240         struct cyc2ns_data *data;
241         unsigned long flags;
242
243         local_irq_save(flags);
244         sched_clock_idle_sleep_event();
245
246         if (!cpu_khz)
247                 goto done;
248
249         data = cyc2ns_write_begin(cpu);
250
251         tsc_now = rdtsc();
252         ns_now = cycles_2_ns(tsc_now);
253
254         /*
255          * Compute a new multiplier as per the above comment and ensure our
256          * time function is continuous; see the comment near struct
257          * cyc2ns_data.
258          */
259         data->cyc2ns_mul =
260                 DIV_ROUND_CLOSEST(NSEC_PER_MSEC << CYC2NS_SCALE_FACTOR,
261                                   cpu_khz);
262         data->cyc2ns_shift = CYC2NS_SCALE_FACTOR;
263         data->cyc2ns_offset = ns_now -
264                 mul_u64_u32_shr(tsc_now, data->cyc2ns_mul, CYC2NS_SCALE_FACTOR);
265
266         cyc2ns_write_end(cpu, data);
267
268 done:
269         sched_clock_idle_wakeup_event(0);
270         local_irq_restore(flags);
271 }
272 /*
273  * Scheduler clock - returns current time in nanosec units.
274  */
275 u64 native_sched_clock(void)
276 {
277         u64 tsc_now;
278
279         /*
280          * Fall back to jiffies if there's no TSC available:
281          * ( But note that we still use it if the TSC is marked
282          *   unstable. We do this because unlike Time Of Day,
283          *   the scheduler clock tolerates small errors and it's
284          *   very important for it to be as fast as the platform
285          *   can achieve it. )
286          */
287         if (!static_key_false(&__use_tsc)) {
288                 /* No locking but a rare wrong value is not a big deal: */
289                 return (jiffies_64 - INITIAL_JIFFIES) * (1000000000 / HZ);
290         }
291
292         /* read the Time Stamp Counter: */
293         tsc_now = rdtsc();
294
295         /* return the value in ns */
296         return cycles_2_ns(tsc_now);
297 }
298
299 /* We need to define a real function for sched_clock, to override the
300    weak default version */
301 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
302 unsigned long long sched_clock(void)
303 {
304         return paravirt_sched_clock();
305 }
306 #else
307 unsigned long long
308 sched_clock(void) __attribute__((alias("native_sched_clock")));
309 #endif
310
311 int check_tsc_unstable(void)
312 {
313         return tsc_unstable;
314 }
315 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_tsc_unstable);
316
317 int check_tsc_disabled(void)
318 {
319         return tsc_disabled;
320 }
321 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_tsc_disabled);
322
323 #ifdef CONFIG_X86_TSC
324 int __init notsc_setup(char *str)
325 {
326         pr_warn("Kernel compiled with CONFIG_X86_TSC, cannot disable TSC completely\n");
327         tsc_disabled = 1;
328         return 1;
329 }
330 #else
331 /*
332  * disable flag for tsc. Takes effect by clearing the TSC cpu flag
333  * in cpu/common.c
334  */
335 int __init notsc_setup(char *str)
336 {
337         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC);
338         return 1;
339 }
340 #endif
341
342 __setup("notsc", notsc_setup);
343
344 static int no_sched_irq_time;
345
346 static int __init tsc_setup(char *str)
347 {
348         if (!strcmp(str, "reliable"))
349                 tsc_clocksource_reliable = 1;
350         if (!strncmp(str, "noirqtime", 9))
351                 no_sched_irq_time = 1;
352         return 1;
353 }
354
355 __setup("tsc=", tsc_setup);
356
357 #define MAX_RETRIES     5
358 #define SMI_TRESHOLD    50000
359
360 /*
361  * Read TSC and the reference counters. Take care of SMI disturbance
362  */
363 static u64 tsc_read_refs(u64 *p, int hpet)
364 {
365         u64 t1, t2;
366         int i;
367
368         for (i = 0; i < MAX_RETRIES; i++) {
369                 t1 = get_cycles();
370                 if (hpet)
371                         *p = hpet_readl(HPET_COUNTER) & 0xFFFFFFFF;
372                 else
373                         *p = acpi_pm_read_early();
374                 t2 = get_cycles();
375                 if ((t2 - t1) < SMI_TRESHOLD)
376                         return t2;
377         }
378         return ULLONG_MAX;
379 }
380
381 /*
382  * Calculate the TSC frequency from HPET reference
383  */
384 static unsigned long calc_hpet_ref(u64 deltatsc, u64 hpet1, u64 hpet2)
385 {
386         u64 tmp;
387
388         if (hpet2 < hpet1)
389                 hpet2 += 0x100000000ULL;
390         hpet2 -= hpet1;
391         tmp = ((u64)hpet2 * hpet_readl(HPET_PERIOD));
392         do_div(tmp, 1000000);
393         do_div(deltatsc, tmp);
394
395         return (unsigned long) deltatsc;
396 }
397
398 /*
399  * Calculate the TSC frequency from PMTimer reference
400  */
401 static unsigned long calc_pmtimer_ref(u64 deltatsc, u64 pm1, u64 pm2)
402 {
403         u64 tmp;
404
405         if (!pm1 && !pm2)
406                 return ULONG_MAX;
407
408         if (pm2 < pm1)
409                 pm2 += (u64)ACPI_PM_OVRRUN;
410         pm2 -= pm1;
411         tmp = pm2 * 1000000000LL;
412         do_div(tmp, PMTMR_TICKS_PER_SEC);
413         do_div(deltatsc, tmp);
414
415         return (unsigned long) deltatsc;
416 }
417
418 #define CAL_MS          10
419 #define CAL_LATCH       (PIT_TICK_RATE / (1000 / CAL_MS))
420 #define CAL_PIT_LOOPS   1000
421
422 #define CAL2_MS         50
423 #define CAL2_LATCH      (PIT_TICK_RATE / (1000 / CAL2_MS))
424 #define CAL2_PIT_LOOPS  5000
425
426
427 /*
428  * Try to calibrate the TSC against the Programmable
429  * Interrupt Timer and return the frequency of the TSC
430  * in kHz.
431  *
432  * Return ULONG_MAX on failure to calibrate.
433  */
434 static unsigned long pit_calibrate_tsc(u32 latch, unsigned long ms, int loopmin)
435 {
436         u64 tsc, t1, t2, delta;
437         unsigned long tscmin, tscmax;
438         int pitcnt;
439
440         /* Set the Gate high, disable speaker */
441         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
442
443         /*
444          * Setup CTC channel 2* for mode 0, (interrupt on terminal
445          * count mode), binary count. Set the latch register to 50ms
446          * (LSB then MSB) to begin countdown.
447          */
448         outb(0xb0, 0x43);
449         outb(latch & 0xff, 0x42);
450         outb(latch >> 8, 0x42);
451
452         tsc = t1 = t2 = get_cycles();
453
454         pitcnt = 0;
455         tscmax = 0;
456         tscmin = ULONG_MAX;
457         while ((inb(0x61) & 0x20) == 0) {
458                 t2 = get_cycles();
459                 delta = t2 - tsc;
460                 tsc = t2;
461                 if ((unsigned long) delta < tscmin)
462                         tscmin = (unsigned int) delta;
463                 if ((unsigned long) delta > tscmax)
464                         tscmax = (unsigned int) delta;
465                 pitcnt++;
466         }
467
468         /*
469          * Sanity checks:
470          *
471          * If we were not able to read the PIT more than loopmin
472          * times, then we have been hit by a massive SMI
473          *
474          * If the maximum is 10 times larger than the minimum,
475          * then we got hit by an SMI as well.
476          */
477         if (pitcnt < loopmin || tscmax > 10 * tscmin)
478                 return ULONG_MAX;
479
480         /* Calculate the PIT value */
481         delta = t2 - t1;
482         do_div(delta, ms);
483         return delta;
484 }
485
486 /*
487  * This reads the current MSB of the PIT counter, and
488  * checks if we are running on sufficiently fast and
489  * non-virtualized hardware.
490  *
491  * Our expectations are:
492  *
493  *  - the PIT is running at roughly 1.19MHz
494  *
495  *  - each IO is going to take about 1us on real hardware,
496  *    but we allow it to be much faster (by a factor of 10) or
497  *    _slightly_ slower (ie we allow up to a 2us read+counter
498  *    update - anything else implies a unacceptably slow CPU
499  *    or PIT for the fast calibration to work.
500  *
501  *  - with 256 PIT ticks to read the value, we have 214us to
502  *    see the same MSB (and overhead like doing a single TSC
503  *    read per MSB value etc).
504  *
505  *  - We're doing 2 reads per loop (LSB, MSB), and we expect
506  *    them each to take about a microsecond on real hardware.
507  *    So we expect a count value of around 100. But we'll be
508  *    generous, and accept anything over 50.
509  *
510  *  - if the PIT is stuck, and we see *many* more reads, we
511  *    return early (and the next caller of pit_expect_msb()
512  *    then consider it a failure when they don't see the
513  *    next expected value).
514  *
515  * These expectations mean that we know that we have seen the
516  * transition from one expected value to another with a fairly
517  * high accuracy, and we didn't miss any events. We can thus
518  * use the TSC value at the transitions to calculate a pretty
519  * good value for the TSC frequencty.
520  */
521 static inline int pit_verify_msb(unsigned char val)
522 {
523         /* Ignore LSB */
524         inb(0x42);
525         return inb(0x42) == val;
526 }
527
528 static inline int pit_expect_msb(unsigned char val, u64 *tscp, unsigned long *deltap)
529 {
530         int count;
531         u64 tsc = 0, prev_tsc = 0;
532
533         for (count = 0; count < 50000; count++) {
534                 if (!pit_verify_msb(val))
535                         break;
536                 prev_tsc = tsc;
537                 tsc = get_cycles();
538         }
539         *deltap = get_cycles() - prev_tsc;
540         *tscp = tsc;
541
542         /*
543          * We require _some_ success, but the quality control
544          * will be based on the error terms on the TSC values.
545          */
546         return count > 5;
547 }
548
549 /*
550  * How many MSB values do we want to see? We aim for
551  * a maximum error rate of 500ppm (in practice the
552  * real error is much smaller), but refuse to spend
553  * more than 50ms on it.
554  */
555 #define MAX_QUICK_PIT_MS 50
556 #define MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS (MAX_QUICK_PIT_MS * PIT_TICK_RATE / 1000 / 256)
557
558 static unsigned long quick_pit_calibrate(void)
559 {
560         int i;
561         u64 tsc, delta;
562         unsigned long d1, d2;
563
564         /* Set the Gate high, disable speaker */
565         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
566
567         /*
568          * Counter 2, mode 0 (one-shot), binary count
569          *
570          * NOTE! Mode 2 decrements by two (and then the
571          * output is flipped each time, giving the same
572          * final output frequency as a decrement-by-one),
573          * so mode 0 is much better when looking at the
574          * individual counts.
575          */
576         outb(0xb0, 0x43);
577
578         /* Start at 0xffff */
579         outb(0xff, 0x42);
580         outb(0xff, 0x42);
581
582         /*
583          * The PIT starts counting at the next edge, so we
584          * need to delay for a microsecond. The easiest way
585          * to do that is to just read back the 16-bit counter
586          * once from the PIT.
587          */
588         pit_verify_msb(0);
589
590         if (pit_expect_msb(0xff, &tsc, &d1)) {
591                 for (i = 1; i <= MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS; i++) {
592                         if (!pit_expect_msb(0xff-i, &delta, &d2))
593                                 break;
594
595                         /*
596                          * Iterate until the error is less than 500 ppm
597                          */
598                         delta -= tsc;
599                         if (d1+d2 >= delta >> 11)
600                                 continue;
601
602                         /*
603                          * Check the PIT one more time to verify that
604                          * all TSC reads were stable wrt the PIT.
605                          *
606                          * This also guarantees serialization of the
607                          * last cycle read ('d2') in pit_expect_msb.
608                          */
609                         if (!pit_verify_msb(0xfe - i))
610                                 break;
611                         goto success;
612                 }
613         }
614         pr_info("Fast TSC calibration failed\n");
615         return 0;
616
617 success:
618         /*
619          * Ok, if we get here, then we've seen the
620          * MSB of the PIT decrement 'i' times, and the
621          * error has shrunk to less than 500 ppm.
622          *
623          * As a result, we can depend on there not being
624          * any odd delays anywhere, and the TSC reads are
625          * reliable (within the error).
626          *
627          * kHz = ticks / time-in-seconds / 1000;
628          * kHz = (t2 - t1) / (I * 256 / PIT_TICK_RATE) / 1000
629          * kHz = ((t2 - t1) * PIT_TICK_RATE) / (I * 256 * 1000)
630          */
631         delta *= PIT_TICK_RATE;
632         do_div(delta, i*256*1000);
633         pr_info("Fast TSC calibration using PIT\n");
634         return delta;
635 }
636
637 /**
638  * native_calibrate_tsc - calibrate the tsc on boot
639  */
640 unsigned long native_calibrate_tsc(void)
641 {
642         u64 tsc1, tsc2, delta, ref1, ref2;
643         unsigned long tsc_pit_min = ULONG_MAX, tsc_ref_min = ULONG_MAX;
644         unsigned long flags, latch, ms, fast_calibrate;
645         int hpet = is_hpet_enabled(), i, loopmin;
646
647         /* Calibrate TSC using MSR for Intel Atom SoCs */
648         local_irq_save(flags);
649         fast_calibrate = try_msr_calibrate_tsc();
650         local_irq_restore(flags);
651         if (fast_calibrate)
652                 return fast_calibrate;
653
654         local_irq_save(flags);
655         fast_calibrate = quick_pit_calibrate();
656         local_irq_restore(flags);
657         if (fast_calibrate)
658                 return fast_calibrate;
659
660         /*
661          * Run 5 calibration loops to get the lowest frequency value
662          * (the best estimate). We use two different calibration modes
663          * here:
664          *
665          * 1) PIT loop. We set the PIT Channel 2 to oneshot mode and
666          * load a timeout of 50ms. We read the time right after we
667          * started the timer and wait until the PIT count down reaches
668          * zero. In each wait loop iteration we read the TSC and check
669          * the delta to the previous read. We keep track of the min
670          * and max values of that delta. The delta is mostly defined
671          * by the IO time of the PIT access, so we can detect when a
672          * SMI/SMM disturbance happened between the two reads. If the
673          * maximum time is significantly larger than the minimum time,
674          * then we discard the result and have another try.
675          *
676          * 2) Reference counter. If available we use the HPET or the
677          * PMTIMER as a reference to check the sanity of that value.
678          * We use separate TSC readouts and check inside of the
679          * reference read for a SMI/SMM disturbance. We dicard
680          * disturbed values here as well. We do that around the PIT
681          * calibration delay loop as we have to wait for a certain
682          * amount of time anyway.
683          */
684
685         /* Preset PIT loop values */
686         latch = CAL_LATCH;
687         ms = CAL_MS;
688         loopmin = CAL_PIT_LOOPS;
689
690         for (i = 0; i < 3; i++) {
691                 unsigned long tsc_pit_khz;
692
693                 /*
694                  * Read the start value and the reference count of
695                  * hpet/pmtimer when available. Then do the PIT
696                  * calibration, which will take at least 50ms, and
697                  * read the end value.
698                  */
699                 local_irq_save(flags);
700                 tsc1 = tsc_read_refs(&ref1, hpet);
701                 tsc_pit_khz = pit_calibrate_tsc(latch, ms, loopmin);
702                 tsc2 = tsc_read_refs(&ref2, hpet);
703                 local_irq_restore(flags);
704
705                 /* Pick the lowest PIT TSC calibration so far */
706                 tsc_pit_min = min(tsc_pit_min, tsc_pit_khz);
707
708                 /* hpet or pmtimer available ? */
709                 if (ref1 == ref2)
710                         continue;
711
712                 /* Check, whether the sampling was disturbed by an SMI */
713                 if (tsc1 == ULLONG_MAX || tsc2 == ULLONG_MAX)
714                         continue;
715
716                 tsc2 = (tsc2 - tsc1) * 1000000LL;
717                 if (hpet)
718                         tsc2 = calc_hpet_ref(tsc2, ref1, ref2);
719                 else
720                         tsc2 = calc_pmtimer_ref(tsc2, ref1, ref2);
721
722                 tsc_ref_min = min(tsc_ref_min, (unsigned long) tsc2);
723
724                 /* Check the reference deviation */
725                 delta = ((u64) tsc_pit_min) * 100;
726                 do_div(delta, tsc_ref_min);
727
728                 /*
729                  * If both calibration results are inside a 10% window
730                  * then we can be sure, that the calibration
731                  * succeeded. We break out of the loop right away. We
732                  * use the reference value, as it is more precise.
733                  */
734                 if (delta >= 90 && delta <= 110) {
735                         pr_info("PIT calibration matches %s. %d loops\n",
736                                 hpet ? "HPET" : "PMTIMER", i + 1);
737                         return tsc_ref_min;
738                 }
739
740                 /*
741                  * Check whether PIT failed more than once. This
742                  * happens in virtualized environments. We need to
743                  * give the virtual PC a slightly longer timeframe for
744                  * the HPET/PMTIMER to make the result precise.
745                  */
746                 if (i == 1 && tsc_pit_min == ULONG_MAX) {
747                         latch = CAL2_LATCH;
748                         ms = CAL2_MS;
749                         loopmin = CAL2_PIT_LOOPS;
750                 }
751         }
752
753         /*
754          * Now check the results.
755          */
756         if (tsc_pit_min == ULONG_MAX) {
757                 /* PIT gave no useful value */
758                 pr_warn("Unable to calibrate against PIT\n");
759
760                 /* We don't have an alternative source, disable TSC */
761                 if (!hpet && !ref1 && !ref2) {
762                         pr_notice("No reference (HPET/PMTIMER) available\n");
763                         return 0;
764                 }
765
766                 /* The alternative source failed as well, disable TSC */
767                 if (tsc_ref_min == ULONG_MAX) {
768                         pr_warn("HPET/PMTIMER calibration failed\n");
769                         return 0;
770                 }
771
772                 /* Use the alternative source */
773                 pr_info("using %s reference calibration\n",
774                         hpet ? "HPET" : "PMTIMER");
775
776                 return tsc_ref_min;
777         }
778
779         /* We don't have an alternative source, use the PIT calibration value */
780         if (!hpet && !ref1 && !ref2) {
781                 pr_info("Using PIT calibration value\n");
782                 return tsc_pit_min;
783         }
784
785         /* The alternative source failed, use the PIT calibration value */
786         if (tsc_ref_min == ULONG_MAX) {
787                 pr_warn("HPET/PMTIMER calibration failed. Using PIT calibration.\n");
788                 return tsc_pit_min;
789         }
790
791         /*
792          * The calibration values differ too much. In doubt, we use
793          * the PIT value as we know that there are PMTIMERs around
794          * running at double speed. At least we let the user know:
795          */
796         pr_warn("PIT calibration deviates from %s: %lu %lu\n",
797                 hpet ? "HPET" : "PMTIMER", tsc_pit_min, tsc_ref_min);
798         pr_info("Using PIT calibration value\n");
799         return tsc_pit_min;
800 }
801
802 int recalibrate_cpu_khz(void)
803 {
804 #ifndef CONFIG_SMP
805         unsigned long cpu_khz_old = cpu_khz;
806
807         if (cpu_has_tsc) {
808                 tsc_khz = x86_platform.calibrate_tsc();
809                 cpu_khz = tsc_khz;
810                 cpu_data(0).loops_per_jiffy =
811                         cpufreq_scale(cpu_data(0).loops_per_jiffy,
812                                         cpu_khz_old, cpu_khz);
813                 return 0;
814         } else
815                 return -ENODEV;
816 #else
817         return -ENODEV;
818 #endif
819 }
820
821 EXPORT_SYMBOL(recalibrate_cpu_khz);
822
823
824 static unsigned long long cyc2ns_suspend;
825
826 void tsc_save_sched_clock_state(void)
827 {
828         if (!sched_clock_stable())
829                 return;
830
831         cyc2ns_suspend = sched_clock();
832 }
833
834 /*
835  * Even on processors with invariant TSC, TSC gets reset in some the
836  * ACPI system sleep states. And in some systems BIOS seem to reinit TSC to
837  * arbitrary value (still sync'd across cpu's) during resume from such sleep
838  * states. To cope up with this, recompute the cyc2ns_offset for each cpu so
839  * that sched_clock() continues from the point where it was left off during
840  * suspend.
841  */
842 void tsc_restore_sched_clock_state(void)
843 {
844         unsigned long long offset;
845         unsigned long flags;
846         int cpu;
847
848         if (!sched_clock_stable())
849                 return;
850
851         local_irq_save(flags);
852
853         /*
854          * We're comming out of suspend, there's no concurrency yet; don't
855          * bother being nice about the RCU stuff, just write to both
856          * data fields.
857          */
858
859         this_cpu_write(cyc2ns.data[0].cyc2ns_offset, 0);
860         this_cpu_write(cyc2ns.data[1].cyc2ns_offset, 0);
861
862         offset = cyc2ns_suspend - sched_clock();
863
864         for_each_possible_cpu(cpu) {
865                 per_cpu(cyc2ns.data[0].cyc2ns_offset, cpu) = offset;
866                 per_cpu(cyc2ns.data[1].cyc2ns_offset, cpu) = offset;
867         }
868
869         local_irq_restore(flags);
870 }
871
872 #ifdef CONFIG_CPU_FREQ
873
874 /* Frequency scaling support. Adjust the TSC based timer when the cpu frequency
875  * changes.
876  *
877  * RED-PEN: On SMP we assume all CPUs run with the same frequency.  It's
878  * not that important because current Opteron setups do not support
879  * scaling on SMP anyroads.
880  *
881  * Should fix up last_tsc too. Currently gettimeofday in the
882  * first tick after the change will be slightly wrong.
883  */
884
885 static unsigned int  ref_freq;
886 static unsigned long loops_per_jiffy_ref;
887 static unsigned long tsc_khz_ref;
888
889 static int time_cpufreq_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long val,
890                                 void *data)
891 {
892         struct cpufreq_freqs *freq = data;
893         unsigned long *lpj;
894
895         if (cpu_has(&cpu_data(freq->cpu), X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
896                 return 0;
897
898         lpj = &boot_cpu_data.loops_per_jiffy;
899 #ifdef CONFIG_SMP
900         if (!(freq->flags & CPUFREQ_CONST_LOOPS))
901                 lpj = &cpu_data(freq->cpu).loops_per_jiffy;
902 #endif
903
904         if (!ref_freq) {
905                 ref_freq = freq->old;
906                 loops_per_jiffy_ref = *lpj;
907                 tsc_khz_ref = tsc_khz;
908         }
909         if ((val == CPUFREQ_PRECHANGE  && freq->old < freq->new) ||
910                         (val == CPUFREQ_POSTCHANGE && freq->old > freq->new)) {
911                 *lpj = cpufreq_scale(loops_per_jiffy_ref, ref_freq, freq->new);
912
913                 tsc_khz = cpufreq_scale(tsc_khz_ref, ref_freq, freq->new);
914                 if (!(freq->flags & CPUFREQ_CONST_LOOPS))
915                         mark_tsc_unstable("cpufreq changes");
916
917                 set_cyc2ns_scale(tsc_khz, freq->cpu);
918         }
919
920         return 0;
921 }
922
923 static struct notifier_block time_cpufreq_notifier_block = {
924         .notifier_call  = time_cpufreq_notifier
925 };
926
927 static int __init cpufreq_tsc(void)
928 {
929         if (!cpu_has_tsc)
930                 return 0;
931         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
932                 return 0;
933         cpufreq_register_notifier(&time_cpufreq_notifier_block,
934                                 CPUFREQ_TRANSITION_NOTIFIER);
935         return 0;
936 }
937
938 core_initcall(cpufreq_tsc);
939
940 #endif /* CONFIG_CPU_FREQ */
941
942 /* clocksource code */
943
944 static struct clocksource clocksource_tsc;
945
946 /*
947  * We used to compare the TSC to the cycle_last value in the clocksource
948  * structure to avoid a nasty time-warp. This can be observed in a
949  * very small window right after one CPU updated cycle_last under
950  * xtime/vsyscall_gtod lock and the other CPU reads a TSC value which
951  * is smaller than the cycle_last reference value due to a TSC which
952  * is slighty behind. This delta is nowhere else observable, but in
953  * that case it results in a forward time jump in the range of hours
954  * due to the unsigned delta calculation of the time keeping core
955  * code, which is necessary to support wrapping clocksources like pm
956  * timer.
957  *
958  * This sanity check is now done in the core timekeeping code.
959  * checking the result of read_tsc() - cycle_last for being negative.
960  * That works because CLOCKSOURCE_MASK(64) does not mask out any bit.
961  */
962 static cycle_t read_tsc(struct clocksource *cs)
963 {
964         return (cycle_t)get_cycles();
965 }
966
967 /*
968  * .mask MUST be CLOCKSOURCE_MASK(64). See comment above read_tsc()
969  */
970 static struct clocksource clocksource_tsc = {
971         .name                   = "tsc",
972         .rating                 = 300,
973         .read                   = read_tsc,
974         .mask                   = CLOCKSOURCE_MASK(64),
975         .flags                  = CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS |
976                                   CLOCK_SOURCE_MUST_VERIFY,
977         .archdata               = { .vclock_mode = VCLOCK_TSC },
978 };
979
980 void mark_tsc_unstable(char *reason)
981 {
982         if (!tsc_unstable) {
983                 tsc_unstable = 1;
984                 clear_sched_clock_stable();
985                 disable_sched_clock_irqtime();
986                 pr_info("Marking TSC unstable due to %s\n", reason);
987                 /* Change only the rating, when not registered */
988                 if (clocksource_tsc.mult)
989                         clocksource_mark_unstable(&clocksource_tsc);
990                 else {
991                         clocksource_tsc.flags |= CLOCK_SOURCE_UNSTABLE;
992                         clocksource_tsc.rating = 0;
993                 }
994         }
995 }
996
997 EXPORT_SYMBOL_GPL(mark_tsc_unstable);
998
999 static void __init check_system_tsc_reliable(void)
1000 {
1001 #ifdef CONFIG_MGEODE_LX
1002         /* RTSC counts during suspend */
1003 #define RTSC_SUSP 0x100
1004         unsigned long res_low, res_high;
1005
1006         rdmsr_safe(MSR_GEODE_BUSCONT_CONF0, &res_low, &res_high);
1007         /* Geode_LX - the OLPC CPU has a very reliable TSC */
1008         if (res_low & RTSC_SUSP)
1009                 tsc_clocksource_reliable = 1;
1010 #endif
1011         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC_RELIABLE))
1012                 tsc_clocksource_reliable = 1;
1013 }
1014
1015 /*
1016  * Make an educated guess if the TSC is trustworthy and synchronized
1017  * over all CPUs.
1018  */
1019 int unsynchronized_tsc(void)
1020 {
1021         if (!cpu_has_tsc || tsc_unstable)
1022                 return 1;
1023
1024 #ifdef CONFIG_SMP
1025         if (apic_is_clustered_box())
1026                 return 1;
1027 #endif
1028
1029         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
1030                 return 0;
1031
1032         if (tsc_clocksource_reliable)
1033                 return 0;
1034         /*
1035          * Intel systems are normally all synchronized.
1036          * Exceptions must mark TSC as unstable:
1037          */
1038         if (boot_cpu_data.x86_vendor != X86_VENDOR_INTEL) {
1039                 /* assume multi socket systems are not synchronized: */
1040                 if (num_possible_cpus() > 1)
1041                         return 1;
1042         }
1043
1044         return 0;
1045 }
1046
1047
1048 static void tsc_refine_calibration_work(struct work_struct *work);
1049 static DECLARE_DELAYED_WORK(tsc_irqwork, tsc_refine_calibration_work);
1050 /**
1051  * tsc_refine_calibration_work - Further refine tsc freq calibration
1052  * @work - ignored.
1053  *
1054  * This functions uses delayed work over a period of a
1055  * second to further refine the TSC freq value. Since this is
1056  * timer based, instead of loop based, we don't block the boot
1057  * process while this longer calibration is done.
1058  *
1059  * If there are any calibration anomalies (too many SMIs, etc),
1060  * or the refined calibration is off by 1% of the fast early
1061  * calibration, we throw out the new calibration and use the
1062  * early calibration.
1063  */
1064 static void tsc_refine_calibration_work(struct work_struct *work)
1065 {
1066         static u64 tsc_start = -1, ref_start;
1067         static int hpet;
1068         u64 tsc_stop, ref_stop, delta;
1069         unsigned long freq;
1070
1071         /* Don't bother refining TSC on unstable systems */
1072         if (check_tsc_unstable())
1073                 goto out;
1074
1075         /*
1076          * Since the work is started early in boot, we may be
1077          * delayed the first time we expire. So set the workqueue
1078          * again once we know timers are working.
1079          */
1080         if (tsc_start == -1) {
1081                 /*
1082                  * Only set hpet once, to avoid mixing hardware
1083                  * if the hpet becomes enabled later.
1084                  */
1085                 hpet = is_hpet_enabled();
1086                 schedule_delayed_work(&tsc_irqwork, HZ);
1087                 tsc_start = tsc_read_refs(&ref_start, hpet);
1088                 return;
1089         }
1090
1091         tsc_stop = tsc_read_refs(&ref_stop, hpet);
1092
1093         /* hpet or pmtimer available ? */
1094         if (ref_start == ref_stop)
1095                 goto out;
1096
1097         /* Check, whether the sampling was disturbed by an SMI */
1098         if (tsc_start == ULLONG_MAX || tsc_stop == ULLONG_MAX)
1099                 goto out;
1100
1101         delta = tsc_stop - tsc_start;
1102         delta *= 1000000LL;
1103         if (hpet)
1104                 freq = calc_hpet_ref(delta, ref_start, ref_stop);
1105         else
1106                 freq = calc_pmtimer_ref(delta, ref_start, ref_stop);
1107
1108         /* Make sure we're within 1% */
1109         if (abs(tsc_khz - freq) > tsc_khz/100)
1110                 goto out;
1111
1112         tsc_khz = freq;
1113         pr_info("Refined TSC clocksource calibration: %lu.%03lu MHz\n",
1114                 (unsigned long)tsc_khz / 1000,
1115                 (unsigned long)tsc_khz % 1000);
1116
1117 out:
1118         clocksource_register_khz(&clocksource_tsc, tsc_khz);
1119 }
1120
1121
1122 static int __init init_tsc_clocksource(void)
1123 {
1124         if (!cpu_has_tsc || tsc_disabled > 0 || !tsc_khz)
1125                 return 0;
1126
1127         if (tsc_clocksource_reliable)
1128                 clocksource_tsc.flags &= ~CLOCK_SOURCE_MUST_VERIFY;
1129         /* lower the rating if we already know its unstable: */
1130         if (check_tsc_unstable()) {
1131                 clocksource_tsc.rating = 0;
1132                 clocksource_tsc.flags &= ~CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS;
1133         }
1134
1135         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_NONSTOP_TSC_S3))
1136                 clocksource_tsc.flags |= CLOCK_SOURCE_SUSPEND_NONSTOP;
1137
1138         /*
1139          * Trust the results of the earlier calibration on systems
1140          * exporting a reliable TSC.
1141          */
1142         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC_RELIABLE)) {
1143                 clocksource_register_khz(&clocksource_tsc, tsc_khz);
1144                 return 0;
1145         }
1146
1147         schedule_delayed_work(&tsc_irqwork, 0);
1148         return 0;
1149 }
1150 /*
1151  * We use device_initcall here, to ensure we run after the hpet
1152  * is fully initialized, which may occur at fs_initcall time.
1153  */
1154 device_initcall(init_tsc_clocksource);
1155
1156 void __init tsc_init(void)
1157 {
1158         u64 lpj;
1159         int cpu;
1160
1161         x86_init.timers.tsc_pre_init();
1162
1163         if (!cpu_has_tsc) {
1164                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC_DEADLINE_TIMER);
1165                 return;
1166         }
1167
1168         tsc_khz = x86_platform.calibrate_tsc();
1169         cpu_khz = tsc_khz;
1170
1171         if (!tsc_khz) {
1172                 mark_tsc_unstable("could not calculate TSC khz");
1173                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC_DEADLINE_TIMER);
1174                 return;
1175         }
1176
1177         pr_info("Detected %lu.%03lu MHz processor\n",
1178                 (unsigned long)cpu_khz / 1000,
1179                 (unsigned long)cpu_khz % 1000);
1180
1181         /*
1182          * Secondary CPUs do not run through tsc_init(), so set up
1183          * all the scale factors for all CPUs, assuming the same
1184          * speed as the bootup CPU. (cpufreq notifiers will fix this
1185          * up if their speed diverges)
1186          */
1187         for_each_possible_cpu(cpu) {
1188                 cyc2ns_init(cpu);
1189                 set_cyc2ns_scale(cpu_khz, cpu);
1190         }
1191
1192         if (tsc_disabled > 0)
1193                 return;
1194
1195         /* now allow native_sched_clock() to use rdtsc */
1196
1197         tsc_disabled = 0;
1198         static_key_slow_inc(&__use_tsc);
1199
1200         if (!no_sched_irq_time)
1201                 enable_sched_clock_irqtime();
1202
1203         lpj = ((u64)tsc_khz * 1000);
1204         do_div(lpj, HZ);
1205         lpj_fine = lpj;
1206
1207         use_tsc_delay();
1208
1209         if (unsynchronized_tsc())
1210                 mark_tsc_unstable("TSCs unsynchronized");
1211
1212         check_system_tsc_reliable();
1213 }
1214
1215 #ifdef CONFIG_SMP
1216 /*
1217  * If we have a constant TSC and are using the TSC for the delay loop,
1218  * we can skip clock calibration if another cpu in the same socket has already
1219  * been calibrated. This assumes that CONSTANT_TSC applies to all
1220  * cpus in the socket - this should be a safe assumption.
1221  */
1222 unsigned long calibrate_delay_is_known(void)
1223 {
1224         int i, cpu = smp_processor_id();
1225
1226         if (!tsc_disabled && !cpu_has(&cpu_data(cpu), X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
1227                 return 0;
1228
1229         for_each_online_cpu(i)
1230                 if (cpu_data(i).phys_proc_id == cpu_data(cpu).phys_proc_id)
1231                         return cpu_data(i).loops_per_jiffy;
1232         return 0;
1233 }
1234 #endif