sys/amd64/amd64/tsc.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1998-2003 Poul-Henning Kamp
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   6  * modification, are permitted provided that the following conditions
   7  * are met:
   8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  13  *
  14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  15  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  16  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  17  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  18  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  19  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  20  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  21  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  22  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  23  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  24  * SUCH DAMAGE.
  25  */
  26
  27 #include <sys/cdefs.h>
  28 __FBSDID("$FreeBSD$");
  29
  30 #include "opt_clock.h"
  31
  32 #include <sys/param.h>
  33 #include <sys/bus.h>
  34 #include <sys/cpu.h>
  35 #include <sys/malloc.h>
  36 #include <sys/systm.h>
  37 #include <sys/sysctl.h>
  38 #include <sys/time.h>
  39 #include <sys/timetc.h>
  40 #include <sys/kernel.h>
  41 #include <sys/power.h>
  42 #include <sys/smp.h>
  43 #include <machine/clock.h>
  44 #include <machine/md_var.h>
  45 #include <machine/specialreg.h>
  46
  47 #include "cpufreq_if.h"
  48
  49 uint64_t        tsc_freq;
  50 int             tsc_is_broken;
  51 int             tsc_is_invariant;
  52 static eventhandler_tag tsc_levels_tag, tsc_pre_tag, tsc_post_tag;
  53
  54 SYSCTL_INT(_kern_timecounter, OID_AUTO, invariant_tsc, CTLFLAG_RDTUN,
  55     &tsc_is_invariant, 0, "Indicates whether the TSC is P-state invariant");
  56 TUNABLE_INT("kern.timecounter.invariant_tsc", &tsc_is_invariant);
  57
  58 #ifdef SMP
  59 static int      smp_tsc;
  60 SYSCTL_INT(_kern_timecounter, OID_AUTO, smp_tsc, CTLFLAG_RDTUN, &smp_tsc, 0,
  61     "Indicates whether the TSC is safe to use in SMP mode");
  62 TUNABLE_INT("kern.timecounter.smp_tsc", &smp_tsc);
  63 #endif
  64
  65 static void tsc_freq_changed(void *arg, const struct cf_level *level,
  66     int status);
  67 static void tsc_freq_changing(void *arg, const struct cf_level *level,
  68     int *status);
  69 static  unsigned tsc_get_timecount(struct timecounter *tc);
  70 static void tsc_levels_changed(void *arg, int unit);
  71
  72 static struct timecounter tsc_timecounter = {
  73         tsc_get_timecount,      /* get_timecount */
  74         0,                      /* no poll_pps */
  75         ~0u,                    /* counter_mask */
  76         0,                      /* frequency */
  77         "TSC",                  /* name */
  78         800,                    /* quality (adjusted in code) */
  79 };
  80
  81 void
  82 init_TSC(void)
  83 {
  84         u_int64_t tscval[2];
  85
  86         if (bootverbose)
  87                 printf("Calibrating TSC clock ... ");
  88
  89         tscval[0] = rdtsc();
  90         DELAY(1000000);
  91         tscval[1] = rdtsc();
  92
  93         tsc_freq = tscval[1] - tscval[0];
  94         if (bootverbose)
  95                 printf("TSC clock: %lu Hz\n", tsc_freq);
  96
  97         /*
  98          * Inform CPU accounting about our boot-time clock rate.  Once the
  99          * system is finished booting, we will get the real max clock rate
 100          * via tsc_freq_max().  This also will be updated if someone loads
 101          * a cpufreq driver after boot that discovers a new max frequency.
 102          */
 103         set_cputicker(rdtsc, tsc_freq, 1);
 104
 105         /* Register to find out about changes in CPU frequency. */
 106         tsc_pre_tag = EVENTHANDLER_REGISTER(cpufreq_pre_change,
 107             tsc_freq_changing, NULL, EVENTHANDLER_PRI_FIRST);
 108         tsc_post_tag = EVENTHANDLER_REGISTER(cpufreq_post_change,
 109             tsc_freq_changed, NULL, EVENTHANDLER_PRI_FIRST);
 110         tsc_levels_tag = EVENTHANDLER_REGISTER(cpufreq_levels_changed,
 111             tsc_levels_changed, NULL, EVENTHANDLER_PRI_ANY);
 112 }
 113
 114 void
 115 init_TSC_tc(void)
 116 {
 117
 118 #ifdef SMP
 119         /*
 120          * We can not use the TSC in SMP mode unless the TSCs on all CPUs
 121          * are somehow synchronized.  Some hardware configurations do
 122          * this, but we have no way of determining whether this is the
 123          * case, so we do not use the TSC in multi-processor systems
 124          * unless the user indicated (by setting kern.timecounter.smp_tsc
 125          * to 1) that he believes that his TSCs are synchronized.
 126          */
 127         if (mp_ncpus > 1 && !smp_tsc)
 128                 tsc_timecounter.tc_quality = -100;
 129 #endif
 130
 131         if (tsc_freq != 0 && !tsc_is_broken) {
 132                 tsc_timecounter.tc_frequency = tsc_freq;
 133                 tc_init(&tsc_timecounter);
 134         }
 135 }
 136
 137 /*
 138  * When cpufreq levels change, find out about the (new) max frequency.  We
 139  * use this to update CPU accounting in case it got a lower estimate at boot.
 140  */
 141 static void
 142 tsc_levels_changed(void *arg, int unit)
 143 {
 144         device_t cf_dev;
 145         struct cf_level *levels;
 146         int count, error;
 147         uint64_t max_freq;
 148
 149         if (tsc_is_invariant)
 150                 return;
 151
 152         /* Only use values from the first CPU, assuming all are equal. */
 153         if (unit != 0)
 154                 return;
 155
 156         /* Find the appropriate cpufreq device instance. */
 157         cf_dev = devclass_get_device(devclass_find("cpufreq"), unit);
 158         if (cf_dev == NULL) {
 159                 printf("tsc_levels_changed() called but no cpufreq device?\n");
 160                 return;
 161         }
 162
 163         /* Get settings from the device and find the max frequency. */
 164         count = 64;
 165         levels = malloc(count * sizeof(*levels), M_TEMP, M_NOWAIT);
 166         if (levels == NULL)
 167                 return;
 168         error = CPUFREQ_LEVELS(cf_dev, levels, &count);
 169         if (error == 0 && count != 0) {
 170                 max_freq = (uint64_t)levels[0].total_set.freq * 1000000;
 171                 set_cputicker(rdtsc, max_freq, 1);
 172         } else
 173                 printf("tsc_levels_changed: no max freq found\n");
 174         free(levels, M_TEMP);
 175 }
 176
 177 /*
 178  * If the TSC timecounter is in use, veto the pending change.  It may be
 179  * possible in the future to handle a dynamically-changing timecounter rate.
 180  */
 181 static void
 182 tsc_freq_changing(void *arg, const struct cf_level *level, int *status)
 183 {
 184
 185         if (*status != 0 || timecounter != &tsc_timecounter ||
 186             tsc_is_invariant)
 187                 return;
 188
 189         printf("timecounter TSC must not be in use when "
 190             "changing frequencies; change denied\n");
 191         *status = EBUSY;
 192 }
 193
 194 /* Update TSC freq with the value indicated by the caller. */
 195 static void
 196 tsc_freq_changed(void *arg, const struct cf_level *level, int status)
 197 {
 198         /*
 199          * If there was an error during the transition or
 200          * TSC is P-state invariant, don't do anything.
 201          */
 202         if (status != 0 || tsc_is_invariant)
 203                 return;
 204
 205         /* Total setting for this level gives the new frequency in MHz. */
 206         tsc_freq = (uint64_t)level->total_set.freq * 1000000;
 207         tsc_timecounter.tc_frequency = tsc_freq;
 208 }
 209
 210 static int
 211 sysctl_machdep_tsc_freq(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 212 {
 213         int error;
 214         uint64_t freq;
 215
 216         if (tsc_timecounter.tc_frequency == 0)
 217                 return (EOPNOTSUPP);
 218         freq = tsc_freq;
 219         error = sysctl_handle_quad(oidp, &freq, 0, req);
 220         if (error == 0 && req->newptr != NULL) {
 221                 tsc_freq = freq;
 222                 tsc_timecounter.tc_frequency = tsc_freq;
 223         }
 224         return (error);
 225 }
 226
 227 SYSCTL_PROC(_machdep, OID_AUTO, tsc_freq, CTLTYPE_QUAD | CTLFLAG_RW,
 228     0, sizeof(u_int), sysctl_machdep_tsc_freq, "QU", "");
 229
 230 static unsigned
 231 tsc_get_timecount(struct timecounter *tc)
 232 {
 233         return (rdtsc());
 234 }