]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/mp_machdep.c
This commit was generated by cvs2svn to compensate for changes in r147801,
[FreeBSD/FreeBSD.git] / 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_kdb.h"
32 #include "opt_kstack_pages.h"
33 #include "opt_mp_watchdog.h"
34 #include "opt_sched.h"
35
36 #include <sys/param.h>
37 #include <sys/systm.h>
38 #include <sys/bus.h>
39 #ifdef GPROF 
40 #include <sys/gmon.h>
41 #endif
42 #include <sys/kernel.h>
43 #include <sys/ktr.h>
44 #include <sys/lock.h>
45 #include <sys/malloc.h>
46 #include <sys/memrange.h>
47 #include <sys/mutex.h>
48 #include <sys/pcpu.h>
49 #include <sys/proc.h>
50 #include <sys/smp.h>
51 #include <sys/sysctl.h>
52
53 #include <vm/vm.h>
54 #include <vm/vm_param.h>
55 #include <vm/pmap.h>
56 #include <vm/vm_kern.h>
57 #include <vm/vm_extern.h>
58
59 #include <machine/apicreg.h>
60 #include <machine/clock.h>
61 #include <machine/md_var.h>
62 #include <machine/mp_watchdog.h>
63 #include <machine/pcb.h>
64 #include <machine/psl.h>
65 #include <machine/smp.h>
66 #include <machine/specialreg.h>
67 #include <machine/tss.h>
68
69 #define WARMBOOT_TARGET         0
70 #define WARMBOOT_OFF            (KERNBASE + 0x0467)
71 #define WARMBOOT_SEG            (KERNBASE + 0x0469)
72
73 #define CMOS_REG                (0x70)
74 #define CMOS_DATA               (0x71)
75 #define BIOS_RESET              (0x0f)
76 #define BIOS_WARM               (0x0a)
77
78 /* lock region used by kernel profiling */
79 int     mcount_lock;
80
81 int     mp_naps;                /* # of Applications processors */
82 int     boot_cpu_id = -1;       /* designated BSP */
83 extern  int nkpt;
84
85 /*
86  * CPU topology map datastructures for HTT.
87  */
88 static struct cpu_group mp_groups[MAXCPU];
89 static struct cpu_top mp_top;
90
91 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
92 char *bootSTK;
93 static int bootAP;
94
95 /* Free these after use */
96 void *bootstacks[MAXCPU];
97
98 /* Hotwire a 0->4MB V==P mapping */
99 extern pt_entry_t *KPTphys;
100
101 /* SMP page table page */
102 extern pt_entry_t *SMPpt;
103
104 struct pcb stoppcbs[MAXCPU];
105
106 /* Variables needed for SMP tlb shootdown. */
107 vm_offset_t smp_tlb_addr1;
108 vm_offset_t smp_tlb_addr2;
109 volatile int smp_tlb_wait;
110
111 extern inthand_t IDTVEC(fast_syscall), IDTVEC(fast_syscall32);
112
113 /*
114  * Local data and functions.
115  */
116
117 static u_int logical_cpus;
118
119 /* used to hold the AP's until we are ready to release them */
120 static struct mtx ap_boot_mtx;
121
122 /* Set to 1 once we're ready to let the APs out of the pen. */
123 static volatile int aps_ready = 0;
124
125 /*
126  * Store data from cpu_add() until later in the boot when we actually setup
127  * the APs.
128  */
129 struct cpu_info {
130         int     cpu_present:1;
131         int     cpu_bsp:1;
132         int     cpu_disabled:1;
133 } static cpu_info[MAXCPU];
134 static int cpu_apic_ids[MAXCPU];
135
136 /* Holds pending bitmap based IPIs per CPU */
137 static volatile u_int cpu_ipi_pending[MAXCPU];
138
139 static u_int boot_address;
140
141 static void     set_logical_apic_ids(void);
142 static int      start_all_aps(void);
143 static int      start_ap(int apic_id);
144 static void     release_aps(void *dummy);
145
146 static int      hlt_logical_cpus;
147 static u_int    hyperthreading_cpus;
148 static cpumask_t        hyperthreading_cpus_mask;
149 static int      hyperthreading_allowed = 1;
150 static struct   sysctl_ctx_list logical_cpu_clist;
151 static u_int    bootMP_size;
152
153 static void
154 mem_range_AP_init(void)
155 {
156         if (mem_range_softc.mr_op && mem_range_softc.mr_op->initAP)
157                 mem_range_softc.mr_op->initAP(&mem_range_softc);
158 }
159
160 void
161 mp_topology(void)
162 {
163         struct cpu_group *group;
164         int logical_cpus;
165         int apic_id;
166         int groups;
167         int cpu;
168
169         /* Build the smp_topology map. */
170         /* Nothing to do if there is no HTT support. */
171         if ((cpu_feature & CPUID_HTT) == 0)
172                 return;
173         logical_cpus = (cpu_procinfo & CPUID_HTT_CORES) >> 16;
174         if (logical_cpus <= 1)
175                 return;
176         group = &mp_groups[0];
177         groups = 1;
178         for (cpu = 0, apic_id = 0; apic_id < MAXCPU; apic_id++) {
179                 if (!cpu_info[apic_id].cpu_present)
180                         continue;
181                 /*
182                  * If the current group has members and we're not a logical
183                  * cpu, create a new group.
184                  */
185                 if (group->cg_count != 0 && (apic_id % logical_cpus) == 0) {
186                         group++;
187                         groups++;
188                 }
189                 group->cg_count++;
190                 group->cg_mask |= 1 << cpu;
191                 cpu++;
192         }
193
194         mp_top.ct_count = groups;
195         mp_top.ct_group = mp_groups;
196         smp_topology = &mp_top;
197 }
198
199
200 #ifdef KDB_STOP_NMI
201 volatile cpumask_t ipi_nmi_pending;
202 #endif 
203
204 /*
205  * Calculate usable address in base memory for AP trampoline code.
206  */
207 u_int
208 mp_bootaddress(u_int basemem)
209 {
210
211         bootMP_size = mptramp_end - mptramp_start;
212         boot_address = trunc_page(basemem * 1024); /* round down to 4k boundary */
213         if (((basemem * 1024) - boot_address) < bootMP_size)
214                 boot_address -= PAGE_SIZE;      /* not enough, lower by 4k */
215         /* 3 levels of page table pages */
216         mptramp_pagetables = boot_address - (PAGE_SIZE * 3);
217
218         return mptramp_pagetables;
219 }
220
221 void
222 cpu_add(u_int apic_id, char boot_cpu)
223 {
224
225         if (apic_id >= MAXCPU) {
226                 printf("SMP: CPU %d exceeds maximum CPU %d, ignoring\n",
227                     apic_id, MAXCPU - 1);
228                 return;
229         }
230         KASSERT(cpu_info[apic_id].cpu_present == 0, ("CPU %d added twice",
231             apic_id));
232         cpu_info[apic_id].cpu_present = 1;
233         if (boot_cpu) {
234                 KASSERT(boot_cpu_id == -1,
235                     ("CPU %d claims to be BSP, but CPU %d already is", apic_id,
236                     boot_cpu_id));
237                 boot_cpu_id = apic_id;
238                 cpu_info[apic_id].cpu_bsp = 1;
239         }
240         mp_ncpus++;
241         if (apic_id > mp_maxid)
242                 mp_maxid = apic_id;
243         if (bootverbose)
244                 printf("SMP: Added CPU %d (%s)\n", apic_id, boot_cpu ? "BSP" :
245                     "AP");
246         
247 }
248
249 void
250 cpu_mp_setmaxid(void)
251 {
252
253         /*
254          * mp_maxid should be already set by calls to cpu_add().
255          * Just sanity check its value here.
256          */
257         if (mp_ncpus == 0)
258                 KASSERT(mp_maxid == 0,
259                     ("%s: mp_ncpus is zero, but mp_maxid is not", __func__));
260         else if (mp_ncpus == 1)
261                 mp_maxid = 0;
262         else
263                 KASSERT(mp_maxid >= mp_ncpus - 1,
264                     ("%s: counters out of sync: max %d, count %d", __func__,
265                         mp_maxid, mp_ncpus));
266                 
267 }
268
269 int
270 cpu_mp_probe(void)
271 {
272
273         /*
274          * Always record BSP in CPU map so that the mbuf init code works
275          * correctly.
276          */
277         all_cpus = 1;
278         if (mp_ncpus == 0) {
279                 /*
280                  * No CPUs were found, so this must be a UP system.  Setup
281                  * the variables to represent a system with a single CPU
282                  * with an id of 0.
283                  */
284                 mp_ncpus = 1;
285                 return (0);
286         }
287
288         /* At least one CPU was found. */
289         if (mp_ncpus == 1) {
290                 /*
291                  * One CPU was found, so this must be a UP system with
292                  * an I/O APIC.
293                  */
294                 mp_maxid = 0;
295                 return (0);
296         }
297
298         /* At least two CPUs were found. */
299         return (1);
300 }
301
302 /*
303  * Initialize the IPI handlers and start up the AP's.
304  */
305 void
306 cpu_mp_start(void)
307 {
308         int i;
309         u_int threads_per_cache, p[4];
310
311         /* Initialize the logical ID to APIC ID table. */
312         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
313                 cpu_apic_ids[i] = -1;
314                 cpu_ipi_pending[i] = 0;
315         }
316
317         /* Install an inter-CPU IPI for TLB invalidation */
318         setidt(IPI_INVLTLB, IDTVEC(invltlb), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
319         setidt(IPI_INVLPG, IDTVEC(invlpg), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
320         setidt(IPI_INVLRNG, IDTVEC(invlrng), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
321         
322         /* Install an inter-CPU IPI for all-CPU rendezvous */
323         setidt(IPI_RENDEZVOUS, IDTVEC(rendezvous), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
324
325         /* Install generic inter-CPU IPI handler */
326         setidt(IPI_BITMAP_VECTOR, IDTVEC(ipi_intr_bitmap_handler),
327                SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
328
329         /* Install an inter-CPU IPI for CPU stop/restart */
330         setidt(IPI_STOP, IDTVEC(cpustop), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
331
332         /* Set boot_cpu_id if needed. */
333         if (boot_cpu_id == -1) {
334                 boot_cpu_id = PCPU_GET(apic_id);
335                 cpu_info[boot_cpu_id].cpu_bsp = 1;
336         } else
337                 KASSERT(boot_cpu_id == PCPU_GET(apic_id),
338                     ("BSP's APIC ID doesn't match boot_cpu_id"));
339         cpu_apic_ids[0] = boot_cpu_id;
340
341         /* Start each Application Processor */
342         start_all_aps();
343
344         /* Setup the initial logical CPUs info. */
345         logical_cpus = logical_cpus_mask = 0;
346         if (cpu_feature & CPUID_HTT)
347                 logical_cpus = (cpu_procinfo & CPUID_HTT_CORES) >> 16;
348
349         /*
350          * Work out if hyperthreading is *really* enabled.  This
351          * is made really ugly by the fact that processors lie: Dual
352          * core processors claim to be hyperthreaded even when they're
353          * not, presumably because they want to be treated the same
354          * way as HTT with respect to per-cpu software licensing.
355          * At the time of writing (May 12, 2005) the only hyperthreaded
356          * cpus are from Intel, and Intel's dual-core processors can be
357          * identified via the "deterministic cache parameters" cpuid
358          * calls.
359          */
360         /*
361          * First determine if this is an Intel processor which claims
362          * to have hyperthreading support.
363          */
364         if ((cpu_feature & CPUID_HTT) &&
365             (strcmp(cpu_vendor, "GenuineIntel") == 0)) {
366                 /*
367                  * If the "deterministic cache parameters" cpuid calls
368                  * are available, use them.
369                  */
370                 if (cpu_high >= 4) {
371                         /* Ask the processor about up to 32 caches. */
372                         for (i = 0; i < 32; i++) {
373                                 cpuid_count(4, i, p);
374                                 threads_per_cache = ((p[0] & 0x3ffc000) >> 14) + 1;
375                                 if (hyperthreading_cpus < threads_per_cache)
376                                         hyperthreading_cpus = threads_per_cache;
377                                 if ((p[0] & 0x1f) == 0)
378                                         break;
379                         }
380                 }
381
382                 /*
383                  * If the deterministic cache parameters are not
384                  * available, or if no caches were reported to exist,
385                  * just accept what the HTT flag indicated.
386                  */
387                 if (hyperthreading_cpus == 0)
388                         hyperthreading_cpus = logical_cpus;
389         }
390
391         set_logical_apic_ids();
392 }
393
394
395 /*
396  * Print various information about the SMP system hardware and setup.
397  */
398 void
399 cpu_mp_announce(void)
400 {
401         int i, x;
402
403         /* List CPUs */
404         printf(" cpu0 (BSP): APIC ID: %2d\n", boot_cpu_id);
405         for (i = 1, x = 0; x < MAXCPU; x++) {
406                 if (!cpu_info[x].cpu_present || cpu_info[x].cpu_bsp)
407                         continue;
408                 if (cpu_info[x].cpu_disabled)
409                         printf("  cpu (AP): APIC ID: %2d (disabled)\n", x);
410                 else {
411                         KASSERT(i < mp_ncpus,
412                             ("mp_ncpus and actual cpus are out of whack"));
413                         printf(" cpu%d (AP): APIC ID: %2d\n", i++, x);
414                 }
415         }
416 }
417
418 /*
419  * AP CPU's call this to initialize themselves.
420  */
421 void
422 init_secondary(void)
423 {
424         struct pcpu *pc;
425         u_int64_t msr, cr0;
426         int cpu, gsel_tss;
427
428         /* Set by the startup code for us to use */
429         cpu = bootAP;
430
431         /* Init tss */
432         common_tss[cpu] = common_tss[0];
433         common_tss[cpu].tss_rsp0 = 0;   /* not used until after switch */
434         common_tss[cpu].tss_iobase = sizeof(struct amd64tss);
435
436         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (long) &common_tss[cpu];
437         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
438            (struct system_segment_descriptor *)&gdt[GPROC0_SEL]);
439
440         lgdt(&r_gdt);                   /* does magic intra-segment return */
441
442         /* Get per-cpu data */
443         pc = &__pcpu[cpu];
444
445         /* prime data page for it to use */
446         pcpu_init(pc, cpu, sizeof(struct pcpu));
447         pc->pc_apic_id = cpu_apic_ids[cpu];
448         pc->pc_prvspace = pc;
449         pc->pc_curthread = 0;
450         pc->pc_tssp = &common_tss[cpu];
451         pc->pc_rsp0 = 0;
452
453         wrmsr(MSR_FSBASE, 0);           /* User value */
454         wrmsr(MSR_GSBASE, (u_int64_t)pc);
455         wrmsr(MSR_KGSBASE, (u_int64_t)pc);      /* XXX User value while we're in the kernel */
456
457         lidt(&r_idt);
458
459         gsel_tss = GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL);
460         ltr(gsel_tss);
461
462         /*
463          * Set to a known state:
464          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
465          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
466          */
467         cr0 = rcr0();
468         cr0 &= ~(CR0_CD | CR0_NW | CR0_EM);
469         load_cr0(cr0);
470
471         /* Set up the fast syscall stuff */
472         msr = rdmsr(MSR_EFER) | EFER_SCE;
473         wrmsr(MSR_EFER, msr);
474         wrmsr(MSR_LSTAR, (u_int64_t)IDTVEC(fast_syscall));
475         wrmsr(MSR_CSTAR, (u_int64_t)IDTVEC(fast_syscall32));
476         msr = ((u_int64_t)GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL) << 32) |
477               ((u_int64_t)GSEL(GUCODE32_SEL, SEL_UPL) << 48);
478         wrmsr(MSR_STAR, msr);
479         wrmsr(MSR_SF_MASK, PSL_NT|PSL_T|PSL_I|PSL_C|PSL_D);
480
481         /* Disable local APIC just to be sure. */
482         lapic_disable();
483
484         /* signal our startup to the BSP. */
485         mp_naps++;
486
487         /* Spin until the BSP releases the AP's. */
488         while (!aps_ready)
489                 ia32_pause();
490
491         /* set up CPU registers and state */
492         cpu_setregs();
493
494         /* set up SSE/NX registers */
495         initializecpu();
496
497         /* set up FPU state on the AP */
498         fpuinit();
499
500         /* A quick check from sanity claus */
501         if (PCPU_GET(apic_id) != lapic_id()) {
502                 printf("SMP: cpuid = %d\n", PCPU_GET(cpuid));
503                 printf("SMP: actual apic_id = %d\n", lapic_id());
504                 printf("SMP: correct apic_id = %d\n", PCPU_GET(apic_id));
505                 panic("cpuid mismatch! boom!!");
506         }
507
508         /* Initialize curthread. */
509         KASSERT(PCPU_GET(idlethread) != NULL, ("no idle thread"));
510         PCPU_SET(curthread, PCPU_GET(idlethread));
511
512         mtx_lock_spin(&ap_boot_mtx);
513
514         /* Init local apic for irq's */
515         lapic_setup();
516
517         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
518         mem_range_AP_init();
519
520         smp_cpus++;
521
522         CTR1(KTR_SMP, "SMP: AP CPU #%d Launched", PCPU_GET(cpuid));
523         printf("SMP: AP CPU #%d Launched!\n", PCPU_GET(cpuid));
524
525         /* Determine if we are a logical CPU. */
526         if (logical_cpus > 1 && PCPU_GET(apic_id) % logical_cpus != 0)
527                 logical_cpus_mask |= PCPU_GET(cpumask);
528         
529         /* Determine if we are a hyperthread. */
530         if (hyperthreading_cpus > 1 &&
531             PCPU_GET(apic_id) % hyperthreading_cpus != 0)
532                 hyperthreading_cpus_mask |= PCPU_GET(cpumask);
533
534         /* Build our map of 'other' CPUs. */
535         PCPU_SET(other_cpus, all_cpus & ~PCPU_GET(cpumask));
536
537         if (bootverbose)
538                 lapic_dump("AP");
539
540         if (smp_cpus == mp_ncpus) {
541                 /* enable IPI's, tlb shootdown, freezes etc */
542                 atomic_store_rel_int(&smp_started, 1);
543                 smp_active = 1;  /* historic */
544         }
545
546         mtx_unlock_spin(&ap_boot_mtx);
547
548         /* wait until all the AP's are up */
549         while (smp_started == 0)
550                 ia32_pause();
551
552         /* ok, now grab sched_lock and enter the scheduler */
553         mtx_lock_spin(&sched_lock);
554
555         /*
556          * Correct spinlock nesting.  The idle thread context that we are
557          * borrowing was created so that it would start out with a single
558          * spin lock (sched_lock) held in fork_trampoline().  Since we've
559          * explicitly acquired locks in this function, the nesting count
560          * is now 2 rather than 1.  Since we are nested, calling
561          * spinlock_exit() will simply adjust the counts without allowing
562          * spin lock using code to interrupt us.
563          */
564         spinlock_exit();
565         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1, ("invalid count"));
566
567         binuptime(PCPU_PTR(switchtime));
568         PCPU_SET(switchticks, ticks);
569
570         cpu_throw(NULL, choosethread());        /* doesn't return */
571
572         panic("scheduler returned us to %s", __func__);
573         /* NOTREACHED */
574 }
575
576 /*******************************************************************
577  * local functions and data
578  */
579
580 /*
581  * Set the APIC logical IDs.
582  *
583  * We want to cluster logical CPU's within the same APIC ID cluster.
584  * Since logical CPU's are aligned simply filling in the clusters in
585  * APIC ID order works fine.  Note that this does not try to balance
586  * the number of CPU's in each cluster. (XXX?)
587  */
588 static void
589 set_logical_apic_ids(void)
590 {
591         u_int apic_id, cluster, cluster_id;
592
593         /* Force us to allocate cluster 0 at the start. */
594         cluster = -1;
595         cluster_id = APIC_MAX_INTRACLUSTER_ID;
596         for (apic_id = 0; apic_id < MAXCPU; apic_id++) {
597                 if (!cpu_info[apic_id].cpu_present)
598                         continue;
599                 if (cluster_id == APIC_MAX_INTRACLUSTER_ID) {
600                         cluster = ioapic_next_logical_cluster();
601                         cluster_id = 0;
602                 } else
603                         cluster_id++;
604                 if (bootverbose)
605                         printf("APIC ID: physical %u, logical %u:%u\n",
606                             apic_id, cluster, cluster_id);
607                 lapic_set_logical_id(apic_id, cluster, cluster_id);
608         }
609 }
610
611 /*
612  * start each AP in our list
613  */
614 static int
615 start_all_aps(void)
616 {
617         vm_offset_t va = boot_address + KERNBASE;
618         u_int64_t *pt4, *pt3, *pt2;
619         u_int32_t mpbioswarmvec;
620         int apic_id, cpu, i;
621         u_char mpbiosreason;
622
623         mtx_init(&ap_boot_mtx, "ap boot", NULL, MTX_SPIN);
624
625         /* install the AP 1st level boot code */
626         pmap_kenter(va, boot_address);
627         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
628         bcopy(mptramp_start, (void *)va, bootMP_size);
629
630         /* Locate the page tables, they'll be below the trampoline */
631         pt4 = (u_int64_t *)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + KERNBASE);
632         pt3 = pt4 + (PAGE_SIZE) / sizeof(u_int64_t);
633         pt2 = pt3 + (PAGE_SIZE) / sizeof(u_int64_t);
634
635         /* Create the initial 1GB replicated page tables */
636         for (i = 0; i < 512; i++) {
637                 /* Each slot of the level 4 pages points to the same level 3 page */
638                 pt4[i] = (u_int64_t)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + PAGE_SIZE);
639                 pt4[i] |= PG_V | PG_RW | PG_U;
640
641                 /* Each slot of the level 3 pages points to the same level 2 page */
642                 pt3[i] = (u_int64_t)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + (2 * PAGE_SIZE));
643                 pt3[i] |= PG_V | PG_RW | PG_U;
644
645                 /* The level 2 page slots are mapped with 2MB pages for 1GB. */
646                 pt2[i] = i * (2 * 1024 * 1024);
647                 pt2[i] |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U;
648         }
649
650         /* save the current value of the warm-start vector */
651         mpbioswarmvec = *((u_int32_t *) WARMBOOT_OFF);
652         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
653         mpbiosreason = inb(CMOS_DATA);
654
655         /* setup a vector to our boot code */
656         *((volatile u_short *) WARMBOOT_OFF) = WARMBOOT_TARGET;
657         *((volatile u_short *) WARMBOOT_SEG) = (boot_address >> 4);
658         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
659         outb(CMOS_DATA, BIOS_WARM);     /* 'warm-start' */
660
661         /* start each AP */
662         for (cpu = 0, apic_id = 0; apic_id < MAXCPU; apic_id++) {
663
664                 /* Ignore non-existent CPUs and the BSP. */
665                 if (!cpu_info[apic_id].cpu_present ||
666                     cpu_info[apic_id].cpu_bsp)
667                         continue;
668
669                 /* Don't use this CPU if it has been disabled by a tunable. */
670                 if (resource_disabled("lapic", apic_id)) {
671                         cpu_info[apic_id].cpu_disabled = 1;
672                         mp_ncpus--;
673                         continue;
674                 }
675
676                 cpu++;
677
678                 /* save APIC ID for this logical ID */
679                 cpu_apic_ids[cpu] = apic_id;
680
681                 /* allocate and set up an idle stack data page */
682                 bootstacks[cpu] = (char *)kmem_alloc(kernel_map, KSTACK_PAGES * PAGE_SIZE);
683
684                 bootSTK = (char *)bootstacks[cpu] + KSTACK_PAGES * PAGE_SIZE - 8;
685                 bootAP = cpu;
686
687                 /* attempt to start the Application Processor */
688                 if (!start_ap(apic_id)) {
689                         /* restore the warmstart vector */
690                         *(u_int32_t *) WARMBOOT_OFF = mpbioswarmvec;
691                         panic("AP #%d (PHY# %d) failed!", cpu, apic_id);
692                 }
693
694                 all_cpus |= (1 << cpu);         /* record AP in CPU map */
695         }
696
697         /* build our map of 'other' CPUs */
698         PCPU_SET(other_cpus, all_cpus & ~PCPU_GET(cpumask));
699
700         /* restore the warmstart vector */
701         *(u_int32_t *) WARMBOOT_OFF = mpbioswarmvec;
702
703         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
704         outb(CMOS_DATA, mpbiosreason);
705
706         /* number of APs actually started */
707         return mp_naps;
708 }
709
710
711 /*
712  * This function starts the AP (application processor) identified
713  * by the APIC ID 'physicalCpu'.  It does quite a "song and dance"
714  * to accomplish this.  This is necessary because of the nuances
715  * of the different hardware we might encounter.  It isn't pretty,
716  * but it seems to work.
717  */
718 static int
719 start_ap(int apic_id)
720 {
721         int vector, ms;
722         int cpus;
723
724         /* calculate the vector */
725         vector = (boot_address >> 12) & 0xff;
726
727         /* used as a watchpoint to signal AP startup */
728         cpus = mp_naps;
729
730         /*
731          * first we do an INIT/RESET IPI this INIT IPI might be run, reseting
732          * and running the target CPU. OR this INIT IPI might be latched (P5
733          * bug), CPU waiting for STARTUP IPI. OR this INIT IPI might be
734          * ignored.
735          */
736
737         /* do an INIT IPI: assert RESET */
738         lapic_ipi_raw(APIC_DEST_DESTFLD | APIC_TRIGMOD_EDGE |
739             APIC_LEVEL_ASSERT | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_DELMODE_INIT, apic_id);
740
741         /* wait for pending status end */
742         lapic_ipi_wait(-1);
743
744         /* do an INIT IPI: deassert RESET */
745         lapic_ipi_raw(APIC_DEST_ALLESELF | APIC_TRIGMOD_LEVEL |
746             APIC_LEVEL_DEASSERT | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_DELMODE_INIT, 0);
747
748         /* wait for pending status end */
749         DELAY(10000);           /* wait ~10mS */
750         lapic_ipi_wait(-1);
751
752         /*
753          * next we do a STARTUP IPI: the previous INIT IPI might still be
754          * latched, (P5 bug) this 1st STARTUP would then terminate
755          * immediately, and the previously started INIT IPI would continue. OR
756          * the previous INIT IPI has already run. and this STARTUP IPI will
757          * run. OR the previous INIT IPI was ignored. and this STARTUP IPI
758          * will run.
759          */
760
761         /* do a STARTUP IPI */
762         lapic_ipi_raw(APIC_DEST_DESTFLD | APIC_TRIGMOD_EDGE |
763             APIC_LEVEL_DEASSERT | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_DELMODE_STARTUP |
764             vector, apic_id);
765         lapic_ipi_wait(-1);
766         DELAY(200);             /* wait ~200uS */
767
768         /*
769          * finally we do a 2nd STARTUP IPI: this 2nd STARTUP IPI should run IF
770          * the previous STARTUP IPI was cancelled by a latched INIT IPI. OR
771          * this STARTUP IPI will be ignored, as only ONE STARTUP IPI is
772          * recognized after hardware RESET or INIT IPI.
773          */
774
775         lapic_ipi_raw(APIC_DEST_DESTFLD | APIC_TRIGMOD_EDGE |
776             APIC_LEVEL_DEASSERT | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_DELMODE_STARTUP |
777             vector, apic_id);
778         lapic_ipi_wait(-1);
779         DELAY(200);             /* wait ~200uS */
780
781         /* Wait up to 5 seconds for it to start. */
782         for (ms = 0; ms < 5000; ms++) {
783                 if (mp_naps > cpus)
784                         return 1;       /* return SUCCESS */
785                 DELAY(1000);
786         }
787         return 0;               /* return FAILURE */
788 }
789
790 /*
791  * Flush the TLB on all other CPU's
792  */
793 static void
794 smp_tlb_shootdown(u_int vector, vm_offset_t addr1, vm_offset_t addr2)
795 {
796         u_int ncpu;
797
798         ncpu = mp_ncpus - 1;    /* does not shootdown self */
799         if (ncpu < 1)
800                 return;         /* no other cpus */
801         mtx_assert(&smp_ipi_mtx, MA_OWNED);
802         smp_tlb_addr1 = addr1;
803         smp_tlb_addr2 = addr2;
804         atomic_store_rel_int(&smp_tlb_wait, 0);
805         ipi_all_but_self(vector);
806         while (smp_tlb_wait < ncpu)
807                 ia32_pause();
808 }
809
810 /*
811  * This is about as magic as it gets.  fortune(1) has got similar code
812  * for reversing bits in a word.  Who thinks up this stuff??
813  *
814  * Yes, it does appear to be consistently faster than:
815  * while (i = ffs(m)) {
816  *      m >>= i;
817  *      bits++;
818  * }
819  * and
820  * while (lsb = (m & -m)) {     // This is magic too
821  *      m &= ~lsb;              // or: m ^= lsb
822  *      bits++;
823  * }
824  * Both of these latter forms do some very strange things on gcc-3.1 with
825  * -mcpu=pentiumpro and/or -march=pentiumpro and/or -O or -O2.
826  * There is probably an SSE or MMX popcnt instruction.
827  *
828  * I wonder if this should be in libkern?
829  *
830  * XXX Stop the presses!  Another one:
831  * static __inline u_int32_t
832  * popcnt1(u_int32_t v)
833  * {
834  *      v -= ((v >> 1) & 0x55555555);
835  *      v = (v & 0x33333333) + ((v >> 2) & 0x33333333);
836  *      v = (v + (v >> 4)) & 0x0F0F0F0F;
837  *      return (v * 0x01010101) >> 24;
838  * }
839  * The downside is that it has a multiply.  With a pentium3 with
840  * -mcpu=pentiumpro and -march=pentiumpro then gcc-3.1 will use
841  * an imull, and in that case it is faster.  In most other cases
842  * it appears slightly slower.
843  *
844  * Another variant (also from fortune):
845  * #define BITCOUNT(x) (((BX_(x)+(BX_(x)>>4)) & 0x0F0F0F0F) % 255)
846  * #define  BX_(x)     ((x) - (((x)>>1)&0x77777777)            \
847  *                          - (((x)>>2)&0x33333333)            \
848  *                          - (((x)>>3)&0x11111111))
849  */
850 static __inline u_int32_t
851 popcnt(u_int32_t m)
852 {
853
854         m = (m & 0x55555555) + ((m & 0xaaaaaaaa) >> 1);
855         m = (m & 0x33333333) + ((m & 0xcccccccc) >> 2);
856         m = (m & 0x0f0f0f0f) + ((m & 0xf0f0f0f0) >> 4);
857         m = (m & 0x00ff00ff) + ((m & 0xff00ff00) >> 8);
858         m = (m & 0x0000ffff) + ((m & 0xffff0000) >> 16);
859         return m;
860 }
861
862 static void
863 smp_targeted_tlb_shootdown(u_int mask, u_int vector, vm_offset_t addr1, vm_offset_t addr2)
864 {
865         int ncpu, othercpus;
866
867         othercpus = mp_ncpus - 1;
868         if (mask == (u_int)-1) {
869                 ncpu = othercpus;
870                 if (ncpu < 1)
871                         return;
872         } else {
873                 mask &= ~PCPU_GET(cpumask);
874                 if (mask == 0)
875                         return;
876                 ncpu = popcnt(mask);
877                 if (ncpu > othercpus) {
878                         /* XXX this should be a panic offence */
879                         printf("SMP: tlb shootdown to %d other cpus (only have %d)\n",
880                             ncpu, othercpus);
881                         ncpu = othercpus;
882                 }
883                 /* XXX should be a panic, implied by mask == 0 above */
884                 if (ncpu < 1)
885                         return;
886         }
887         mtx_assert(&smp_ipi_mtx, MA_OWNED);
888         smp_tlb_addr1 = addr1;
889         smp_tlb_addr2 = addr2;
890         atomic_store_rel_int(&smp_tlb_wait, 0);
891         if (mask == (u_int)-1)
892                 ipi_all_but_self(vector);
893         else
894                 ipi_selected(mask, vector);
895         while (smp_tlb_wait < ncpu)
896                 ia32_pause();
897 }
898
899 void
900 smp_invltlb(void)
901 {
902
903         if (smp_started) {
904                 smp_tlb_shootdown(IPI_INVLTLB, 0, 0);
905         }
906 }
907
908 void
909 smp_invlpg(vm_offset_t addr)
910 {
911
912         if (smp_started)
913                 smp_tlb_shootdown(IPI_INVLPG, addr, 0);
914 }
915
916 void
917 smp_invlpg_range(vm_offset_t addr1, vm_offset_t addr2)
918 {
919
920         if (smp_started) {
921                 smp_tlb_shootdown(IPI_INVLRNG, addr1, addr2);
922         }
923 }
924
925 void
926 smp_masked_invltlb(u_int mask)
927 {
928
929         if (smp_started) {
930                 smp_targeted_tlb_shootdown(mask, IPI_INVLTLB, 0, 0);
931         }
932 }
933
934 void
935 smp_masked_invlpg(u_int mask, vm_offset_t addr)
936 {
937
938         if (smp_started) {
939                 smp_targeted_tlb_shootdown(mask, IPI_INVLPG, addr, 0);
940         }
941 }
942
943 void
944 smp_masked_invlpg_range(u_int mask, vm_offset_t addr1, vm_offset_t addr2)
945 {
946
947         if (smp_started) {
948                 smp_targeted_tlb_shootdown(mask, IPI_INVLRNG, addr1, addr2);
949         }
950 }
951
952
953 void
954 ipi_bitmap_handler(struct clockframe frame)
955 {
956         int cpu = PCPU_GET(cpuid);
957         u_int ipi_bitmap;
958
959         ipi_bitmap = atomic_readandclear_int(&cpu_ipi_pending[cpu]);
960
961 #ifdef IPI_PREEMPTION
962         if (ipi_bitmap & IPI_PREEMPT) {
963                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
964                 /* Don't preempt the idle thread */
965                 if (curthread->td_priority <  PRI_MIN_IDLE) {
966                         struct thread *running_thread = curthread;
967                         if (running_thread->td_critnest > 1) 
968                                 running_thread->td_owepreempt = 1;
969                         else            
970                                 mi_switch(SW_INVOL | SW_PREEMPT, NULL);
971                 }
972                 mtx_unlock_spin(&sched_lock);
973         }
974 #endif
975
976         /* Nothing to do for AST */
977 }
978
979 /*
980  * send an IPI to a set of cpus.
981  */
982 void
983 ipi_selected(u_int32_t cpus, u_int ipi)
984 {
985         int cpu;
986         u_int bitmap = 0;
987         u_int old_pending;
988         u_int new_pending;
989
990         if (IPI_IS_BITMAPED(ipi)) { 
991                 bitmap = 1 << ipi;
992                 ipi = IPI_BITMAP_VECTOR;
993         }
994
995         CTR3(KTR_SMP, "%s: cpus: %x ipi: %x", __func__, cpus, ipi);
996         while ((cpu = ffs(cpus)) != 0) {
997                 cpu--;
998                 cpus &= ~(1 << cpu);
999
1000                 KASSERT(cpu_apic_ids[cpu] != -1,
1001                     ("IPI to non-existent CPU %d", cpu));
1002
1003                 if (bitmap) {
1004                         do {
1005                                 old_pending = cpu_ipi_pending[cpu];
1006                                 new_pending = old_pending | bitmap;
1007                         } while  (!atomic_cmpset_int(&cpu_ipi_pending[cpu],old_pending, new_pending));  
1008
1009                         if (old_pending)
1010                                 continue;
1011                 }
1012
1013                 lapic_ipi_vectored(ipi, cpu_apic_ids[cpu]);
1014         }
1015
1016 }
1017
1018 /*
1019  * send an IPI INTerrupt containing 'vector' to all CPUs, including myself
1020  */
1021 void
1022 ipi_all(u_int ipi)
1023 {
1024
1025         CTR2(KTR_SMP, "%s: ipi: %x", __func__, ipi);
1026         lapic_ipi_vectored(ipi, APIC_IPI_DEST_ALL);
1027 }
1028
1029 /*
1030  * send an IPI to all CPUs EXCEPT myself
1031  */
1032 void
1033 ipi_all_but_self(u_int ipi)
1034 {
1035
1036         CTR2(KTR_SMP, "%s: ipi: %x", __func__, ipi);
1037         lapic_ipi_vectored(ipi, APIC_IPI_DEST_OTHERS);
1038 }
1039
1040 /*
1041  * send an IPI to myself
1042  */
1043 void
1044 ipi_self(u_int ipi)
1045 {
1046
1047         CTR2(KTR_SMP, "%s: ipi: %x", __func__, ipi);
1048         lapic_ipi_vectored(ipi, APIC_IPI_DEST_SELF);
1049 }
1050
1051 #ifdef KDB_STOP_NMI
1052 /*
1053  * send NMI IPI to selected CPUs
1054  */
1055
1056 #define BEFORE_SPIN     1000000
1057
1058 void
1059 ipi_nmi_selected(u_int32_t cpus)
1060 {
1061
1062         int cpu;
1063         register_t icrlo;
1064
1065         icrlo = APIC_DELMODE_NMI | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_LEVEL_ASSERT 
1066                 | APIC_TRIGMOD_EDGE; 
1067         
1068         CTR2(KTR_SMP, "%s: cpus: %x nmi", __func__, cpus);
1069
1070
1071         atomic_set_int(&ipi_nmi_pending, cpus);
1072
1073
1074         while ((cpu = ffs(cpus)) != 0) {
1075                 cpu--;
1076                 cpus &= ~(1 << cpu);
1077
1078                 KASSERT(cpu_apic_ids[cpu] != -1,
1079                     ("IPI NMI to non-existent CPU %d", cpu));
1080                 
1081                 /* Wait for an earlier IPI to finish. */
1082                 if (!lapic_ipi_wait(BEFORE_SPIN))
1083                         panic("ipi_nmi_selected: previous IPI has not cleared");
1084
1085                 lapic_ipi_raw(icrlo,cpu_apic_ids[cpu]);
1086         }
1087 }
1088
1089
1090 int
1091 ipi_nmi_handler()
1092 {
1093         int cpu  = PCPU_GET(cpuid);
1094
1095         if(!(atomic_load_acq_int(&ipi_nmi_pending) & (1 << cpu)))
1096                 return 1;
1097
1098         atomic_clear_int(&ipi_nmi_pending,1 << cpu);
1099
1100         savectx(&stoppcbs[cpu]);
1101
1102         /* Indicate that we are stopped */
1103         atomic_set_int(&stopped_cpus,1 << cpu);
1104
1105
1106         /* Wait for restart */
1107         while(!(atomic_load_acq_int(&started_cpus) & (1 << cpu)))
1108             ia32_pause();
1109
1110         atomic_clear_int(&started_cpus,1 << cpu);
1111         atomic_clear_int(&stopped_cpus,1 << cpu);
1112
1113         if(cpu == 0 && cpustop_restartfunc != NULL)
1114                 cpustop_restartfunc();
1115
1116         return 0;
1117 }
1118      
1119 #endif /* KDB_STOP_NMI */
1120
1121 /*
1122  * This is called once the rest of the system is up and running and we're
1123  * ready to let the AP's out of the pen.
1124  */
1125 static void
1126 release_aps(void *dummy __unused)
1127 {
1128
1129         if (mp_ncpus == 1) 
1130                 return;
1131         mtx_lock_spin(&sched_lock);
1132         atomic_store_rel_int(&aps_ready, 1);
1133         while (smp_started == 0)
1134                 ia32_pause();
1135         mtx_unlock_spin(&sched_lock);
1136 }
1137 SYSINIT(start_aps, SI_SUB_SMP, SI_ORDER_FIRST, release_aps, NULL);
1138
1139 static int
1140 sysctl_hlt_cpus(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1141 {
1142         u_int mask;
1143         int error;
1144
1145         mask = hlt_cpus_mask;
1146         error = sysctl_handle_int(oidp, &mask, 0, req);
1147         if (error || !req->newptr)
1148                 return (error);
1149
1150         if (logical_cpus_mask != 0 &&
1151             (mask & logical_cpus_mask) == logical_cpus_mask)
1152                 hlt_logical_cpus = 1;
1153         else
1154                 hlt_logical_cpus = 0;
1155
1156         if (! hyperthreading_allowed)
1157                 mask |= hyperthreading_cpus_mask;
1158
1159         if ((mask & all_cpus) == all_cpus)
1160                 mask &= ~(1<<0);
1161         hlt_cpus_mask = mask;
1162         return (error);
1163 }
1164 SYSCTL_PROC(_machdep, OID_AUTO, hlt_cpus, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RW,
1165     0, 0, sysctl_hlt_cpus, "IU",
1166     "Bitmap of CPUs to halt.  101 (binary) will halt CPUs 0 and 2.");
1167
1168 static int
1169 sysctl_hlt_logical_cpus(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1170 {
1171         int disable, error;
1172
1173         disable = hlt_logical_cpus;
1174         error = sysctl_handle_int(oidp, &disable, 0, req);
1175         if (error || !req->newptr)
1176                 return (error);
1177
1178         if (disable)
1179                 hlt_cpus_mask |= logical_cpus_mask;
1180         else
1181                 hlt_cpus_mask &= ~logical_cpus_mask;
1182
1183         if (! hyperthreading_allowed)
1184                 hlt_cpus_mask |= hyperthreading_cpus_mask;
1185
1186         if ((hlt_cpus_mask & all_cpus) == all_cpus)
1187                 hlt_cpus_mask &= ~(1<<0);
1188
1189         hlt_logical_cpus = disable;
1190         return (error);
1191 }
1192
1193 static int
1194 sysctl_hyperthreading_allowed(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1195 {
1196         int allowed, error;
1197
1198         allowed = hyperthreading_allowed;
1199         error = sysctl_handle_int(oidp, &allowed, 0, req);
1200         if (error || !req->newptr)
1201                 return (error);
1202
1203         if (allowed)
1204                 hlt_cpus_mask &= ~hyperthreading_cpus_mask;
1205         else
1206                 hlt_cpus_mask |= hyperthreading_cpus_mask;
1207
1208         if (logical_cpus_mask != 0 &&
1209             (hlt_cpus_mask & logical_cpus_mask) == logical_cpus_mask)
1210                 hlt_logical_cpus = 1;
1211         else
1212                 hlt_logical_cpus = 0;
1213
1214         if ((hlt_cpus_mask & all_cpus) == all_cpus)
1215                 hlt_cpus_mask &= ~(1<<0);
1216
1217         hyperthreading_allowed = allowed;
1218         return (error);
1219 }
1220
1221 static void
1222 cpu_hlt_setup(void *dummy __unused)
1223 {
1224
1225         if (logical_cpus_mask != 0) {
1226                 TUNABLE_INT_FETCH("machdep.hlt_logical_cpus",
1227                     &hlt_logical_cpus);
1228                 sysctl_ctx_init(&logical_cpu_clist);
1229                 SYSCTL_ADD_PROC(&logical_cpu_clist,
1230                     SYSCTL_STATIC_CHILDREN(_machdep), OID_AUTO,
1231                     "hlt_logical_cpus", CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RW, 0, 0,
1232                     sysctl_hlt_logical_cpus, "IU", "");
1233                 SYSCTL_ADD_UINT(&logical_cpu_clist,
1234                     SYSCTL_STATIC_CHILDREN(_machdep), OID_AUTO,
1235                     "logical_cpus_mask", CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RD,
1236                     &logical_cpus_mask, 0, "");
1237
1238                 if (hlt_logical_cpus)
1239                         hlt_cpus_mask |= logical_cpus_mask;
1240
1241                 /*
1242                  * If necessary for security purposes, force
1243                  * hyperthreading off, regardless of the value
1244                  * of hlt_logical_cpus.
1245                  */
1246                 if (hyperthreading_cpus_mask) {
1247                         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.hyperthreading_allowed",
1248                             &hyperthreading_allowed);
1249                         SYSCTL_ADD_PROC(&logical_cpu_clist,
1250                             SYSCTL_STATIC_CHILDREN(_machdep), OID_AUTO,
1251                             "hyperthreading_allowed", CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RW,
1252                             0, 0, sysctl_hyperthreading_allowed, "IU", "");
1253                         if (! hyperthreading_allowed)
1254                                 hlt_cpus_mask |= hyperthreading_cpus_mask;
1255                 }
1256         }
1257 }
1258 SYSINIT(cpu_hlt, SI_SUB_SMP, SI_ORDER_ANY, cpu_hlt_setup, NULL);
1259
1260 int
1261 mp_grab_cpu_hlt(void)
1262 {
1263         u_int mask = PCPU_GET(cpumask);
1264 #ifdef MP_WATCHDOG
1265         u_int cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1266 #endif
1267         int retval;
1268
1269 #ifdef MP_WATCHDOG
1270         ap_watchdog(cpuid);
1271 #endif
1272
1273         retval = mask & hlt_cpus_mask;
1274         while (mask & hlt_cpus_mask)
1275                 __asm __volatile("sti; hlt" : : : "memory");
1276         return (retval);
1277 }