sys/amd64/amd64/mp_machdep.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1996, by Steve Passe
   3  * Copyright (c) 2003, by Peter Wemm
   4  * All rights reserved.
   5  *
   6  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   7  * modification, are permitted provided that the following conditions
   8  * are met:
   9  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  10  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  11  * 2. The name of the developer may NOT be used to endorse or promote products
  12  *    derived from this software without specific prior written permission.
  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_cpu.h"
  31 #include "opt_kstack_pages.h"
  32 #include "opt_mp_watchdog.h"
  33
  34 #include <sys/param.h>
  35 #include <sys/systm.h>
  36 #include <sys/bus.h>
  37 #ifdef GPROF
  38 #include <sys/gmon.h>
  39 #endif
  40 #include <sys/kernel.h>
  41 #include <sys/ktr.h>
  42 #include <sys/lock.h>
  43 #include <sys/malloc.h>
  44 #include <sys/memrange.h>
  45 #include <sys/mutex.h>
  46 #include <sys/pcpu.h>
  47 #include <sys/proc.h>
  48 #include <sys/smp.h>
  49 #include <sys/sysctl.h>
  50
  51 #include <vm/vm.h>
  52 #include <vm/vm_param.h>
  53 #include <vm/pmap.h>
  54 #include <vm/vm_kern.h>
  55 #include <vm/vm_extern.h>
  56
  57 #include <machine/apicreg.h>
  58 #include <machine/clock.h>
  59 #include <machine/md_var.h>
  60 #include <machine/mp_watchdog.h>
  61 #include <machine/pcb.h>
  62 #include <machine/psl.h>
  63 #include <machine/smp.h>
  64 #include <machine/specialreg.h>
  65 #include <machine/tss.h>
  66
  67 #define WARMBOOT_TARGET         0
  68 #define WARMBOOT_OFF            (KERNBASE + 0x0467)
  69 #define WARMBOOT_SEG            (KERNBASE + 0x0469)
  70
  71 #define CMOS_REG                (0x70)
  72 #define CMOS_DATA               (0x71)
  73 #define BIOS_RESET              (0x0f)
  74 #define BIOS_WARM               (0x0a)
  75
  76 /* lock region used by kernel profiling */
  77 int     mcount_lock;
  78
  79 int     mp_naps;                /* # of Applications processors */
  80 int     boot_cpu_id = -1;       /* designated BSP */
  81 extern  int nkpt;
  82
  83 /*
  84  * CPU topology map datastructures for HTT.
  85  */
  86 static struct cpu_group mp_groups[MAXCPU];
  87 static struct cpu_top mp_top;
  88
  89 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
  90 char *bootSTK;
  91 static int bootAP;
  92
  93 /* Free these after use */
  94 void *bootstacks[MAXCPU];
  95
  96 /* Hotwire a 0->4MB V==P mapping */
  97 extern pt_entry_t *KPTphys;
  98
  99 /* SMP page table page */
 100 extern pt_entry_t *SMPpt;
 101
 102 struct pcb stoppcbs[MAXCPU];
 103
 104 /* Variables needed for SMP tlb shootdown. */
 105 vm_offset_t smp_tlb_addr1;
 106 vm_offset_t smp_tlb_addr2;
 107 volatile int smp_tlb_wait;
 108
 109 extern inthand_t IDTVEC(fast_syscall), IDTVEC(fast_syscall32);
 110
 111 /*
 112  * Local data and functions.
 113  */
 114
 115 static u_int logical_cpus;
 116
 117 /* used to hold the AP's until we are ready to release them */
 118 static struct mtx ap_boot_mtx;
 119
 120 /* Set to 1 once we're ready to let the APs out of the pen. */
 121 static volatile int aps_ready = 0;
 122
 123 /*
 124  * Store data from cpu_add() until later in the boot when we actually setup
 125  * the APs.
 126  */
 127 struct cpu_info {
 128         int     cpu_present:1;
 129         int     cpu_bsp:1;
 130         int     cpu_disabled:1;
 131 } static cpu_info[MAXCPU];
 132 static int cpu_apic_ids[MAXCPU];
 133
 134 static u_int boot_address;
 135
 136 static void     set_logical_apic_ids(void);
 137 static int      start_all_aps(void);
 138 static int      start_ap(int apic_id);
 139 static void     release_aps(void *dummy);
 140
 141 static int      hlt_logical_cpus;
 142 static struct   sysctl_ctx_list logical_cpu_clist;
 143 static u_int    bootMP_size;
 144
 145 static void
 146 mem_range_AP_init(void)
 147 {
 148         if (mem_range_softc.mr_op && mem_range_softc.mr_op->initAP)
 149                 mem_range_softc.mr_op->initAP(&mem_range_softc);
 150 }
 151
 152 void
 153 mp_topology(void)
 154 {
 155         struct cpu_group *group;
 156         int logical_cpus;
 157         int apic_id;
 158         int groups;
 159         int cpu;
 160
 161         /* Build the smp_topology map. */
 162         /* Nothing to do if there is no HTT support. */
 163         if ((cpu_feature & CPUID_HTT) == 0)
 164                 return;
 165         logical_cpus = (cpu_procinfo & CPUID_HTT_CORES) >> 16;
 166         if (logical_cpus <= 1)
 167                 return;
 168         group = &mp_groups[0];
 169         groups = 1;
 170         for (cpu = 0, apic_id = 0; apic_id < MAXCPU; apic_id++) {
 171                 if (!cpu_info[apic_id].cpu_present)
 172                         continue;
 173                 /*
 174                  * If the current group has members and we're not a logical
 175                  * cpu, create a new group.
 176                  */
 177                 if (group->cg_count != 0 && (apic_id % logical_cpus) == 0) {
 178                         group++;
 179                         groups++;
 180                 }
 181                 group->cg_count++;
 182                 group->cg_mask |= 1 << cpu;
 183                 cpu++;
 184         }
 185
 186         mp_top.ct_count = groups;
 187         mp_top.ct_group = mp_groups;
 188         smp_topology = &mp_top;
 189 }
 190
 191
 192 /*
 193  * Calculate usable address in base memory for AP trampoline code.
 194  */
 195 u_int
 196 mp_bootaddress(u_int basemem)
 197 {
 198
 199         bootMP_size = mptramp_end - mptramp_start;
 200         boot_address = trunc_page(basemem * 1024); /* round down to 4k boundary */
 201         if (((basemem * 1024) - boot_address) < bootMP_size)
 202                 boot_address -= PAGE_SIZE;      /* not enough, lower by 4k */
 203         /* 3 levels of page table pages */
 204         mptramp_pagetables = boot_address - (PAGE_SIZE * 3);
 205
 206         return mptramp_pagetables;
 207 }
 208
 209 void
 210 cpu_add(u_int apic_id, char boot_cpu)
 211 {
 212
 213         if (apic_id >= MAXCPU) {
 214                 printf("SMP: CPU %d exceeds maximum CPU %d, ignoring\n",
 215                     apic_id, MAXCPU - 1);
 216                 return;
 217         }
 218         KASSERT(cpu_info[apic_id].cpu_present == 0, ("CPU %d added twice",
 219             apic_id));
 220         cpu_info[apic_id].cpu_present = 1;
 221         if (boot_cpu) {
 222                 KASSERT(boot_cpu_id == -1,
 223                     ("CPU %d claims to be BSP, but CPU %d already is", apic_id,
 224                     boot_cpu_id));
 225                 boot_cpu_id = apic_id;
 226                 cpu_info[apic_id].cpu_bsp = 1;
 227         }
 228         mp_ncpus++;
 229         if (apic_id > mp_maxid)
 230                 mp_maxid = apic_id;
 231         if (bootverbose)
 232                 printf("SMP: Added CPU %d (%s)\n", apic_id, boot_cpu ? "BSP" :
 233                     "AP");
 234
 235 }
 236
 237 void
 238 cpu_mp_setmaxid(void)
 239 {
 240
 241         /*
 242          * mp_maxid should be already set by calls to cpu_add().
 243          * Just sanity check its value here.
 244          */
 245         if (mp_ncpus == 0)
 246                 KASSERT(mp_maxid == 0,
 247                     ("%s: mp_ncpus is zero, but mp_maxid is not", __func__));
 248         else if (mp_ncpus == 1)
 249                 mp_maxid = 0;
 250         else
 251                 KASSERT(mp_maxid >= mp_ncpus - 1,
 252                     ("%s: counters out of sync: max %d, count %d", __func__,
 253                         mp_maxid, mp_ncpus));
 254
 255 }
 256
 257 int
 258 cpu_mp_probe(void)
 259 {
 260
 261         /*
 262          * Always record BSP in CPU map so that the mbuf init code works
 263          * correctly.
 264          */
 265         all_cpus = 1;
 266         if (mp_ncpus == 0) {
 267                 /*
 268                  * No CPUs were found, so this must be a UP system.  Setup
 269                  * the variables to represent a system with a single CPU
 270                  * with an id of 0.
 271                  */
 272                 mp_ncpus = 1;
 273                 return (0);
 274         }
 275
 276         /* At least one CPU was found. */
 277         if (mp_ncpus == 1) {
 278                 /*
 279                  * One CPU was found, so this must be a UP system with
 280                  * an I/O APIC.
 281                  */
 282                 mp_maxid = 0;
 283                 return (0);
 284         }
 285
 286         /* At least two CPUs were found. */
 287         return (1);
 288 }
 289
 290 /*
 291  * Initialize the IPI handlers and start up the AP's.
 292  */
 293 void
 294 cpu_mp_start(void)
 295 {
 296         int i;
 297
 298         /* Initialize the logical ID to APIC ID table. */
 299         for (i = 0; i < MAXCPU; i++)
 300                 cpu_apic_ids[i] = -1;
 301
 302         /* Install an inter-CPU IPI for TLB invalidation */
 303         setidt(IPI_INVLTLB, IDTVEC(invltlb), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
 304         setidt(IPI_INVLPG, IDTVEC(invlpg), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
 305         setidt(IPI_INVLRNG, IDTVEC(invlrng), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
 306
 307         /* Install an inter-CPU IPI for forwarding hardclock() */
 308         setidt(IPI_HARDCLOCK, IDTVEC(hardclock), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
 309
 310         /* Install an inter-CPU IPI for forwarding statclock() */
 311         setidt(IPI_STATCLOCK, IDTVEC(statclock), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
 312
 313         /* Install an inter-CPU IPI for all-CPU rendezvous */
 314         setidt(IPI_RENDEZVOUS, IDTVEC(rendezvous), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
 315
 316         /* Install an inter-CPU IPI for forcing an additional software trap */
 317         setidt(IPI_AST, IDTVEC(cpuast), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
 318
 319         /* Install an inter-CPU IPI for CPU stop/restart */
 320         setidt(IPI_STOP, IDTVEC(cpustop), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
 321
 322         /* Set boot_cpu_id if needed. */
 323         if (boot_cpu_id == -1) {
 324                 boot_cpu_id = PCPU_GET(apic_id);
 325                 cpu_info[boot_cpu_id].cpu_bsp = 1;
 326         } else
 327                 KASSERT(boot_cpu_id == PCPU_GET(apic_id),
 328                     ("BSP's APIC ID doesn't match boot_cpu_id"));
 329         cpu_apic_ids[0] = boot_cpu_id;
 330
 331         /* Start each Application Processor */
 332         start_all_aps();
 333
 334         /* Setup the initial logical CPUs info. */
 335         logical_cpus = logical_cpus_mask = 0;
 336         if (cpu_feature & CPUID_HTT)
 337                 logical_cpus = (cpu_procinfo & CPUID_HTT_CORES) >> 16;
 338
 339         set_logical_apic_ids();
 340 }
 341
 342
 343 /*
 344  * Print various information about the SMP system hardware and setup.
 345  */
 346 void
 347 cpu_mp_announce(void)
 348 {
 349         int i, x;
 350
 351         /* List CPUs */
 352         printf(" cpu0 (BSP): APIC ID: %2d\n", boot_cpu_id);
 353         for (i = 1, x = 0; x < MAXCPU; x++) {
 354                 if (!cpu_info[x].cpu_present || cpu_info[x].cpu_bsp)
 355                         continue;
 356                 if (cpu_info[x].cpu_disabled)
 357                         printf("  cpu (AP): APIC ID: %2d (disabled)\n", x);
 358                 else {
 359                         KASSERT(i < mp_ncpus,
 360                             ("mp_ncpus and actual cpus are out of whack"));
 361                         printf(" cpu%d (AP): APIC ID: %2d\n", i++, x);
 362                 }
 363         }
 364 }
 365
 366 /*
 367  * AP CPU's call this to initialize themselves.
 368  */
 369 void
 370 init_secondary(void)
 371 {
 372         struct pcpu *pc;
 373         u_int64_t msr, cr0;
 374         int cpu, gsel_tss;
 375
 376         /* Set by the startup code for us to use */
 377         cpu = bootAP;
 378
 379         /* Init tss */
 380         common_tss[cpu] = common_tss[0];
 381         common_tss[cpu].tss_rsp0 = 0;   /* not used until after switch */
 382
 383         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (long) &common_tss[cpu];
 384         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
 385            (struct system_segment_descriptor *)&gdt[GPROC0_SEL]);
 386
 387         lgdt(&r_gdt);                   /* does magic intra-segment return */
 388
 389         /* Get per-cpu data */
 390         pc = &__pcpu[cpu];
 391
 392         /* prime data page for it to use */
 393         pcpu_init(pc, cpu, sizeof(struct pcpu));
 394         pc->pc_apic_id = cpu_apic_ids[cpu];
 395         pc->pc_prvspace = pc;
 396         pc->pc_curthread = 0;
 397         pc->pc_tssp = &common_tss[cpu];
 398         pc->pc_rsp0 = 0;
 399
 400         wrmsr(MSR_FSBASE, 0);           /* User value */
 401         wrmsr(MSR_GSBASE, (u_int64_t)pc);
 402         wrmsr(MSR_KGSBASE, (u_int64_t)pc);      /* XXX User value while we're in the kernel */
 403
 404         lidt(&r_idt);
 405
 406         gsel_tss = GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL);
 407         ltr(gsel_tss);
 408
 409         /*
 410          * Set to a known state:
 411          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
 412          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
 413          */
 414         cr0 = rcr0();
 415         cr0 &= ~(CR0_CD | CR0_NW | CR0_EM);
 416         load_cr0(cr0);
 417
 418         /* Set up the fast syscall stuff */
 419         msr = rdmsr(MSR_EFER) | EFER_SCE;
 420         wrmsr(MSR_EFER, msr);
 421         wrmsr(MSR_LSTAR, (u_int64_t)IDTVEC(fast_syscall));
 422         wrmsr(MSR_CSTAR, (u_int64_t)IDTVEC(fast_syscall32));
 423         msr = ((u_int64_t)GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL) << 32) |
 424               ((u_int64_t)GSEL(GUCODE32_SEL, SEL_UPL) << 48);
 425         wrmsr(MSR_STAR, msr);
 426         wrmsr(MSR_SF_MASK, PSL_NT|PSL_T|PSL_I|PSL_C|PSL_D);
 427
 428         /* Disable local apic just to be sure. */
 429         lapic_disable();
 430
 431         /* signal our startup to the BSP. */
 432         mp_naps++;
 433
 434         /* Spin until the BSP releases the AP's. */
 435         while (!aps_ready)
 436                 ia32_pause();
 437
 438         /* set up CPU registers and state */
 439         cpu_setregs();
 440
 441         /* set up SSE/NX registers */
 442         initializecpu();
 443
 444         /* set up FPU state on the AP */
 445         fpuinit();
 446
 447         /* A quick check from sanity claus */
 448         if (PCPU_GET(apic_id) != lapic_id()) {
 449                 printf("SMP: cpuid = %d\n", PCPU_GET(cpuid));
 450                 printf("SMP: actual apic_id = %d\n", lapic_id());
 451                 printf("SMP: correct apic_id = %d\n", PCPU_GET(apic_id));
 452                 panic("cpuid mismatch! boom!!");
 453         }
 454
 455         mtx_lock_spin(&ap_boot_mtx);
 456
 457         /* Init local apic for irq's */
 458         lapic_setup();
 459
 460         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
 461         mem_range_AP_init();
 462
 463         smp_cpus++;
 464
 465         CTR1(KTR_SMP, "SMP: AP CPU #%d Launched", PCPU_GET(cpuid));
 466         printf("SMP: AP CPU #%d Launched!\n", PCPU_GET(cpuid));
 467
 468         /* Determine if we are a logical CPU. */
 469         if (logical_cpus > 1 && PCPU_GET(apic_id) % logical_cpus != 0)
 470                 logical_cpus_mask |= PCPU_GET(cpumask);
 471
 472         /* Build our map of 'other' CPUs. */
 473         PCPU_SET(other_cpus, all_cpus & ~PCPU_GET(cpumask));
 474
 475         if (bootverbose)
 476                 lapic_dump("AP");
 477
 478         if (smp_cpus == mp_ncpus) {
 479                 /* enable IPI's, tlb shootdown, freezes etc */
 480                 atomic_store_rel_int(&smp_started, 1);
 481                 smp_active = 1;  /* historic */
 482         }
 483
 484         mtx_unlock_spin(&ap_boot_mtx);
 485
 486         /* wait until all the AP's are up */
 487         while (smp_started == 0)
 488                 ia32_pause();
 489
 490         /* ok, now grab sched_lock and enter the scheduler */
 491         mtx_lock_spin(&sched_lock);
 492
 493         binuptime(PCPU_PTR(switchtime));
 494         PCPU_SET(switchticks, ticks);
 495
 496         cpu_throw(NULL, choosethread());        /* doesn't return */
 497
 498         panic("scheduler returned us to %s", __func__);
 499         /* NOTREACHED */
 500 }
 501
 502 /*******************************************************************
 503  * local functions and data
 504  */
 505
 506 /*
 507  * Set the APIC logical IDs.
 508  *
 509  * We want to cluster logical CPU's within the same APIC ID cluster.
 510  * Since logical CPU's are aligned simply filling in the clusters in
 511  * APIC ID order works fine.  Note that this does not try to balance
 512  * the number of CPU's in each cluster. (XXX?)
 513  */
 514 static void
 515 set_logical_apic_ids(void)
 516 {
 517         u_int apic_id, cluster, cluster_id;
 518
 519         /* Force us to allocate cluster 0 at the start. */
 520         cluster = -1;
 521         cluster_id = APIC_MAX_INTRACLUSTER_ID;
 522         for (apic_id = 0; apic_id < MAXCPU; apic_id++) {
 523                 if (!cpu_info[apic_id].cpu_present)
 524                         continue;
 525                 if (cluster_id == APIC_MAX_INTRACLUSTER_ID) {
 526                         cluster = ioapic_next_logical_cluster();
 527                         cluster_id = 0;
 528                 } else
 529                         cluster_id++;
 530                 if (bootverbose)
 531                         printf("APIC ID: physical %u, logical %u:%u\n",
 532                             apic_id, cluster, cluster_id);
 533                 lapic_set_logical_id(apic_id, cluster, cluster_id);
 534         }
 535 }
 536
 537 /*
 538  * start each AP in our list
 539  */
 540 static int
 541 start_all_aps(void)
 542 {
 543         u_char mpbiosreason;
 544         u_int32_t mpbioswarmvec;
 545         int apic_id, cpu, i;
 546         u_int64_t *pt4, *pt3, *pt2;
 547         vm_offset_t va = boot_address + KERNBASE;
 548
 549         mtx_init(&ap_boot_mtx, "ap boot", NULL, MTX_SPIN);
 550
 551         /* install the AP 1st level boot code */
 552         pmap_kenter(va, boot_address);
 553         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
 554         bcopy(mptramp_start, (void *)va, bootMP_size);
 555
 556         /* Locate the page tables, they'll be below the trampoline */
 557         pt4 = (u_int64_t *)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + KERNBASE);
 558         pt3 = pt4 + (PAGE_SIZE) / sizeof(u_int64_t);
 559         pt2 = pt3 + (PAGE_SIZE) / sizeof(u_int64_t);
 560
 561         /* Create the initial 1GB replicated page tables */
 562         for (i = 0; i < 512; i++) {
 563                 /* Each slot of the level 4 pages points to the same level 3 page */
 564                 pt4[i] = (u_int64_t)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + PAGE_SIZE);
 565                 pt4[i] |= PG_V | PG_RW | PG_U;
 566
 567                 /* Each slot of the level 3 pages points to the same level 2 page */
 568                 pt3[i] = (u_int64_t)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + (2 * PAGE_SIZE));
 569                 pt3[i] |= PG_V | PG_RW | PG_U;
 570
 571                 /* The level 2 page slots are mapped with 2MB pages for 1GB. */
 572                 pt2[i] = i * (2 * 1024 * 1024);
 573                 pt2[i] |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U;
 574         }
 575
 576         /* save the current value of the warm-start vector */
 577         mpbioswarmvec = *((u_int32_t *) WARMBOOT_OFF);
 578         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
 579         mpbiosreason = inb(CMOS_DATA);
 580
 581         /* setup a vector to our boot code */
 582         *((volatile u_short *) WARMBOOT_OFF) = WARMBOOT_TARGET;
 583         *((volatile u_short *) WARMBOOT_SEG) = (boot_address >> 4);
 584         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
 585         outb(CMOS_DATA, BIOS_WARM);     /* 'warm-start' */
 586
 587         /* start each AP */
 588         cpu = 0;
 589         for (apic_id = 0; apic_id < MAXCPU; apic_id++) {
 590
 591                 /* Ignore non-existent CPUs and the BSP. */
 592                 if (!cpu_info[apic_id].cpu_present ||
 593                     cpu_info[apic_id].cpu_bsp)
 594                         continue;
 595
 596                 /* Don't use this CPU if it has been disabled by a tunable. */
 597                 if (resource_disabled("lapic", apic_id)) {
 598                         cpu_info[apic_id].cpu_disabled = 1;
 599                         mp_ncpus--;
 600                         continue;
 601                 }
 602
 603                 cpu++;
 604
 605                 /* save APIC ID for this logical ID */
 606                 cpu_apic_ids[cpu] = apic_id;
 607
 608                 /* allocate and set up an idle stack data page */
 609                 bootstacks[cpu] = (char *)kmem_alloc(kernel_map, KSTACK_PAGES * PAGE_SIZE);
 610
 611                 bootSTK = (char *)bootstacks[cpu] + KSTACK_PAGES * PAGE_SIZE - 8;
 612                 bootAP = cpu;
 613
 614                 /* attempt to start the Application Processor */
 615                 if (!start_ap(apic_id)) {
 616                         /* restore the warmstart vector */
 617                         *(u_int32_t *) WARMBOOT_OFF = mpbioswarmvec;
 618                         panic("AP #%d (PHY# %d) failed!", cpu, apic_id);
 619                 }
 620
 621                 all_cpus |= (1 << cpu);         /* record AP in CPU map */
 622         }
 623
 624         /* build our map of 'other' CPUs */
 625         PCPU_SET(other_cpus, all_cpus & ~PCPU_GET(cpumask));
 626
 627         /* restore the warmstart vector */
 628         *(u_int32_t *) WARMBOOT_OFF = mpbioswarmvec;
 629
 630         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
 631         outb(CMOS_DATA, mpbiosreason);
 632
 633         /* number of APs actually started */
 634         return mp_naps;
 635 }
 636
 637
 638 /*
 639  * This function starts the AP (application processor) identified
 640  * by the APIC ID 'physicalCpu'.  It does quite a "song and dance"
 641  * to accomplish this.  This is necessary because of the nuances
 642  * of the different hardware we might encounter.  It isn't pretty,
 643  * but it seems to work.
 644  */
 645 static int
 646 start_ap(int apic_id)
 647 {
 648         int vector, ms;
 649         int cpus;
 650
 651         /* calculate the vector */
 652         vector = (boot_address >> 12) & 0xff;
 653
 654         /* used as a watchpoint to signal AP startup */
 655         cpus = mp_naps;
 656
 657         /*
 658          * first we do an INIT/RESET IPI this INIT IPI might be run, reseting
 659          * and running the target CPU. OR this INIT IPI might be latched (P5
 660          * bug), CPU waiting for STARTUP IPI. OR this INIT IPI might be
 661          * ignored.
 662          */
 663
 664         /* do an INIT IPI: assert RESET */
 665         lapic_ipi_raw(APIC_DEST_DESTFLD | APIC_TRIGMOD_EDGE |
 666             APIC_LEVEL_ASSERT | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_DELMODE_INIT, apic_id);
 667
 668         /* wait for pending status end */
 669         lapic_ipi_wait(-1);
 670
 671         /* do an INIT IPI: deassert RESET */
 672         lapic_ipi_raw(APIC_DEST_ALLESELF | APIC_TRIGMOD_LEVEL |
 673             APIC_LEVEL_DEASSERT | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_DELMODE_INIT, 0);
 674
 675         /* wait for pending status end */
 676         DELAY(10000);           /* wait ~10mS */
 677         lapic_ipi_wait(-1);
 678
 679         /*
 680          * next we do a STARTUP IPI: the previous INIT IPI might still be
 681          * latched, (P5 bug) this 1st STARTUP would then terminate
 682          * immediately, and the previously started INIT IPI would continue. OR
 683          * the previous INIT IPI has already run. and this STARTUP IPI will
 684          * run. OR the previous INIT IPI was ignored. and this STARTUP IPI
 685          * will run.
 686          */
 687
 688         /* do a STARTUP IPI */
 689         lapic_ipi_raw(APIC_DEST_DESTFLD | APIC_TRIGMOD_EDGE |
 690             APIC_LEVEL_DEASSERT | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_DELMODE_STARTUP |
 691             vector, apic_id);
 692         lapic_ipi_wait(-1);
 693         DELAY(200);             /* wait ~200uS */
 694
 695         /*
 696          * finally we do a 2nd STARTUP IPI: this 2nd STARTUP IPI should run IF
 697          * the previous STARTUP IPI was cancelled by a latched INIT IPI. OR
 698          * this STARTUP IPI will be ignored, as only ONE STARTUP IPI is
 699          * recognized after hardware RESET or INIT IPI.
 700          */
 701
 702         lapic_ipi_raw(APIC_DEST_DESTFLD | APIC_TRIGMOD_EDGE |
 703             APIC_LEVEL_DEASSERT | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_DELMODE_STARTUP |
 704             vector, apic_id);
 705         lapic_ipi_wait(-1);
 706         DELAY(200);             /* wait ~200uS */
 707
 708         /* Wait up to 5 seconds for it to start. */
 709         for (ms = 0; ms < 50; ms++) {
 710                 if (mp_naps > cpus)
 711                         return 1;       /* return SUCCESS */
 712                 DELAY(100000);
 713         }
 714         return 0;               /* return FAILURE */
 715 }
 716
 717 /*
 718  * Flush the TLB on all other CPU's
 719  */
 720 static void
 721 smp_tlb_shootdown(u_int vector, vm_offset_t addr1, vm_offset_t addr2)
 722 {
 723         u_int ncpu;
 724
 725         ncpu = mp_ncpus - 1;    /* does not shootdown self */
 726         if (ncpu < 1)
 727                 return;         /* no other cpus */
 728         mtx_assert(&smp_ipi_mtx, MA_OWNED);
 729         smp_tlb_addr1 = addr1;
 730         smp_tlb_addr2 = addr2;
 731         atomic_store_rel_int(&smp_tlb_wait, 0);
 732         ipi_all_but_self(vector);
 733         while (smp_tlb_wait < ncpu)
 734                 ia32_pause();
 735 }
 736
 737 /*
 738  * This is about as magic as it gets.  fortune(1) has got similar code
 739  * for reversing bits in a word.  Who thinks up this stuff??
 740  *
 741  * Yes, it does appear to be consistently faster than:
 742  * while (i = ffs(m)) {
 743  *      m >>= i;
 744  *      bits++;
 745  * }
 746  * and
 747  * while (lsb = (m & -m)) {     // This is magic too
 748  *      m &= ~lsb;              // or: m ^= lsb
 749  *      bits++;
 750  * }
 751  * Both of these latter forms do some very strange things on gcc-3.1 with
 752  * -mcpu=pentiumpro and/or -march=pentiumpro and/or -O or -O2.
 753  * There is probably an SSE or MMX popcnt instruction.
 754  *
 755  * I wonder if this should be in libkern?
 756  *
 757  * XXX Stop the presses!  Another one:
 758  * static __inline u_int32_t
 759  * popcnt1(u_int32_t v)
 760  * {
 761  *      v -= ((v >> 1) & 0x55555555);
 762  *      v = (v & 0x33333333) + ((v >> 2) & 0x33333333);
 763  *      v = (v + (v >> 4)) & 0x0F0F0F0F;
 764  *      return (v * 0x01010101) >> 24;
 765  * }
 766  * The downside is that it has a multiply.  With a pentium3 with
 767  * -mcpu=pentiumpro and -march=pentiumpro then gcc-3.1 will use
 768  * an imull, and in that case it is faster.  In most other cases
 769  * it appears slightly slower.
 770  *
 771  * Another variant (also from fortune):
 772  * #define BITCOUNT(x) (((BX_(x)+(BX_(x)>>4)) & 0x0F0F0F0F) % 255)
 773  * #define  BX_(x)     ((x) - (((x)>>1)&0x77777777)            \
 774  *                          - (((x)>>2)&0x33333333)            \
 775  *                          - (((x)>>3)&0x11111111))
 776  */
 777 static __inline u_int32_t
 778 popcnt(u_int32_t m)
 779 {
 780
 781         m = (m & 0x55555555) + ((m & 0xaaaaaaaa) >> 1);
 782         m = (m & 0x33333333) + ((m & 0xcccccccc) >> 2);
 783         m = (m & 0x0f0f0f0f) + ((m & 0xf0f0f0f0) >> 4);
 784         m = (m & 0x00ff00ff) + ((m & 0xff00ff00) >> 8);
 785         m = (m & 0x0000ffff) + ((m & 0xffff0000) >> 16);
 786         return m;
 787 }
 788
 789 static void
 790 smp_targeted_tlb_shootdown(u_int mask, u_int vector, vm_offset_t addr1, vm_offset_t addr2)
 791 {
 792         int ncpu, othercpus;
 793
 794         othercpus = mp_ncpus - 1;
 795         if (mask == (u_int)-1) {
 796                 ncpu = othercpus;
 797                 if (ncpu < 1)
 798                         return;
 799         } else {
 800                 mask &= ~PCPU_GET(cpumask);
 801                 if (mask == 0)
 802                         return;
 803                 ncpu = popcnt(mask);
 804                 if (ncpu > othercpus) {
 805                         /* XXX this should be a panic offence */
 806                         printf("SMP: tlb shootdown to %d other cpus (only have %d)\n",
 807                             ncpu, othercpus);
 808                         ncpu = othercpus;
 809                 }
 810                 /* XXX should be a panic, implied by mask == 0 above */
 811                 if (ncpu < 1)
 812                         return;
 813         }
 814         mtx_assert(&smp_ipi_mtx, MA_OWNED);
 815         smp_tlb_addr1 = addr1;
 816         smp_tlb_addr2 = addr2;
 817         atomic_store_rel_int(&smp_tlb_wait, 0);
 818         if (mask == (u_int)-1)
 819                 ipi_all_but_self(vector);
 820         else
 821                 ipi_selected(mask, vector);
 822         while (smp_tlb_wait < ncpu)
 823                 ia32_pause();
 824 }
 825
 826 void
 827 smp_invltlb(void)
 828 {
 829
 830         if (smp_started)
 831                 smp_tlb_shootdown(IPI_INVLTLB, 0, 0);
 832 }
 833
 834 void
 835 smp_invlpg(vm_offset_t addr)
 836 {
 837
 838         if (smp_started)
 839                 smp_tlb_shootdown(IPI_INVLPG, addr, 0);
 840 }
 841
 842 void
 843 smp_invlpg_range(vm_offset_t addr1, vm_offset_t addr2)
 844 {
 845
 846         if (smp_started)
 847                 smp_tlb_shootdown(IPI_INVLRNG, addr1, addr2);
 848 }
 849
 850 void
 851 smp_masked_invltlb(u_int mask)
 852 {
 853
 854         if (smp_started)
 855                 smp_targeted_tlb_shootdown(mask, IPI_INVLTLB, 0, 0);
 856 }
 857
 858 void
 859 smp_masked_invlpg(u_int mask, vm_offset_t addr)
 860 {
 861
 862         if (smp_started)
 863                 smp_targeted_tlb_shootdown(mask, IPI_INVLPG, addr, 0);
 864 }
 865
 866 void
 867 smp_masked_invlpg_range(u_int mask, vm_offset_t addr1, vm_offset_t addr2)
 868 {
 869
 870         if (smp_started)
 871                 smp_targeted_tlb_shootdown(mask, IPI_INVLRNG, addr1, addr2);
 872 }
 873
 874
 875 /*
 876  * For statclock, we send an IPI to all CPU's to have them call this
 877  * function.
 878  */
 879 void
 880 forwarded_statclock(struct clockframe frame)
 881 {
 882         struct thread *td;
 883
 884         CTR0(KTR_SMP, "forwarded_statclock");
 885         td = curthread;
 886         td->td_intr_nesting_level++;
 887         if (profprocs != 0)
 888                 profclock(&frame);
 889         if (pscnt == psdiv)
 890                 statclock(&frame);
 891         td->td_intr_nesting_level--;
 892 }
 893
 894 void
 895 forward_statclock(void)
 896 {
 897         int map;
 898
 899         CTR0(KTR_SMP, "forward_statclock");
 900
 901         if (!smp_started || cold || panicstr)
 902                 return;
 903
 904         map = PCPU_GET(other_cpus) & ~(stopped_cpus|hlt_cpus_mask);
 905         if (map != 0)
 906                 ipi_selected(map, IPI_STATCLOCK);
 907 }
 908
 909 /*
 910  * For each hardclock(), we send an IPI to all other CPU's to have them
 911  * execute this function.  It would be nice to reduce contention on
 912  * sched_lock if we could simply peek at the CPU to determine the user/kernel
 913  * state and call hardclock_process() on the CPU receiving the clock interrupt
 914  * and then just use a simple IPI to handle any ast's if needed.
 915  */
 916 void
 917 forwarded_hardclock(struct clockframe frame)
 918 {
 919         struct thread *td;
 920
 921         CTR0(KTR_SMP, "forwarded_hardclock");
 922         td = curthread;
 923         td->td_intr_nesting_level++;
 924         hardclock_process(&frame);
 925         td->td_intr_nesting_level--;
 926 }
 927
 928 void
 929 forward_hardclock(void)
 930 {
 931         u_int map;
 932
 933         CTR0(KTR_SMP, "forward_hardclock");
 934
 935         if (!smp_started || cold || panicstr)
 936                 return;
 937
 938         map = PCPU_GET(other_cpus) & ~(stopped_cpus|hlt_cpus_mask);
 939         if (map != 0)
 940                 ipi_selected(map, IPI_HARDCLOCK);
 941 }
 942
 943 /*
 944  * send an IPI to a set of cpus.
 945  */
 946 void
 947 ipi_selected(u_int32_t cpus, u_int ipi)
 948 {
 949         int cpu;
 950
 951         CTR3(KTR_SMP, "%s: cpus: %x ipi: %x", __func__, cpus, ipi);
 952         while ((cpu = ffs(cpus)) != 0) {
 953                 cpu--;
 954                 KASSERT(cpu_apic_ids[cpu] != -1,
 955                     ("IPI to non-existent CPU %d", cpu));
 956                 lapic_ipi_vectored(ipi, cpu_apic_ids[cpu]);
 957                 cpus &= ~(1 << cpu);
 958         }
 959 }
 960
 961 /*
 962  * send an IPI INTerrupt containing 'vector' to all CPUs, including myself
 963  */
 964 void
 965 ipi_all(u_int ipi)
 966 {
 967
 968         CTR2(KTR_SMP, "%s: ipi: %x", __func__, ipi);
 969         lapic_ipi_vectored(ipi, APIC_IPI_DEST_ALL);
 970 }
 971
 972 /*
 973  * send an IPI to all CPUs EXCEPT myself
 974  */
 975 void
 976 ipi_all_but_self(u_int ipi)
 977 {
 978
 979         CTR2(KTR_SMP, "%s: ipi: %x", __func__, ipi);
 980         lapic_ipi_vectored(ipi, APIC_IPI_DEST_OTHERS);
 981 }
 982
 983 /*
 984  * send an IPI to myself
 985  */
 986 void
 987 ipi_self(u_int ipi)
 988 {
 989
 990         CTR2(KTR_SMP, "%s: ipi: %x", __func__, ipi);
 991         lapic_ipi_vectored(ipi, APIC_IPI_DEST_SELF);
 992 }
 993
 994 /*
 995  * This is called once the rest of the system is up and running and we're
 996  * ready to let the AP's out of the pen.
 997  */
 998 static void
 999 release_aps(void *dummy __unused)
1000 {
1001
1002         if (mp_ncpus == 1)
1003                 return;
1004         mtx_lock_spin(&sched_lock);
1005         atomic_store_rel_int(&aps_ready, 1);
1006         while (smp_started == 0)
1007                 ia32_pause();
1008         mtx_unlock_spin(&sched_lock);
1009 }
1010 SYSINIT(start_aps, SI_SUB_SMP, SI_ORDER_FIRST, release_aps, NULL);
1011
1012 static int
1013 sysctl_hlt_cpus(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1014 {
1015         u_int mask;
1016         int error;
1017
1018         mask = hlt_cpus_mask;
1019         error = sysctl_handle_int(oidp, &mask, 0, req);
1020         if (error || !req->newptr)
1021                 return (error);
1022
1023         if (logical_cpus_mask != 0 &&
1024             (mask & logical_cpus_mask) == logical_cpus_mask)
1025                 hlt_logical_cpus = 1;
1026         else
1027                 hlt_logical_cpus = 0;
1028
1029         if ((mask & all_cpus) == all_cpus)
1030                 mask &= ~(1<<0);
1031         hlt_cpus_mask = mask;
1032         return (error);
1033 }
1034 SYSCTL_PROC(_machdep, OID_AUTO, hlt_cpus, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RW,
1035     0, 0, sysctl_hlt_cpus, "IU",
1036     "Bitmap of CPUs to halt.  101 (binary) will halt CPUs 0 and 2.");
1037
1038 static int
1039 sysctl_hlt_logical_cpus(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1040 {
1041         int disable, error;
1042
1043         disable = hlt_logical_cpus;
1044         error = sysctl_handle_int(oidp, &disable, 0, req);
1045         if (error || !req->newptr)
1046                 return (error);
1047
1048         if (disable)
1049                 hlt_cpus_mask |= logical_cpus_mask;
1050         else
1051                 hlt_cpus_mask &= ~logical_cpus_mask;
1052
1053         if ((hlt_cpus_mask & all_cpus) == all_cpus)
1054                 hlt_cpus_mask &= ~(1<<0);
1055
1056         hlt_logical_cpus = disable;
1057         return (error);
1058 }
1059
1060 static void
1061 cpu_hlt_setup(void *dummy __unused)
1062 {
1063
1064         if (logical_cpus_mask != 0) {
1065                 TUNABLE_INT_FETCH("machdep.hlt_logical_cpus",
1066                     &hlt_logical_cpus);
1067                 sysctl_ctx_init(&logical_cpu_clist);
1068                 SYSCTL_ADD_PROC(&logical_cpu_clist,
1069                     SYSCTL_STATIC_CHILDREN(_machdep), OID_AUTO,
1070                     "hlt_logical_cpus", CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RW, 0, 0,
1071                     sysctl_hlt_logical_cpus, "IU", "");
1072                 SYSCTL_ADD_UINT(&logical_cpu_clist,
1073                     SYSCTL_STATIC_CHILDREN(_machdep), OID_AUTO,
1074                     "logical_cpus_mask", CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RD,
1075                     &logical_cpus_mask, 0, "");
1076
1077                 if (hlt_logical_cpus)
1078                         hlt_cpus_mask |= logical_cpus_mask;
1079         }
1080 }
1081 SYSINIT(cpu_hlt, SI_SUB_SMP, SI_ORDER_ANY, cpu_hlt_setup, NULL);
1082
1083 int
1084 mp_grab_cpu_hlt(void)
1085 {
1086         u_int mask = PCPU_GET(cpumask);
1087 #ifdef MP_WATCHDOG
1088         u_int cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1089 #endif
1090         int retval;
1091
1092 #ifdef MP_WATCHDOG
1093         ap_watchdog(cpuid);
1094 #endif
1095
1096         retval = mask & hlt_cpus_mask;
1097         while (mask & hlt_cpus_mask)
1098                 __asm __volatile("sti; hlt" : : : "memory");
1099         return (retval);
1100 }