sys/i386/i386/mp_machdep.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
   3  *
   4  * Copyright (c) 1996, by Steve Passe
   5  * All rights reserved.
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  12  * 2. The name of the developer may NOT be used to endorse or promote products
  13  *    derived from this software without specific prior written permission.
  14  *
  15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  16  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  17  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  18  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  19  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  20  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  21  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  22  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  23  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  24  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  25  * SUCH DAMAGE.
  26  */
  27
  28 #include <sys/cdefs.h>
  29 __FBSDID("$FreeBSD$");
  30
  31 #include "opt_acpi.h"
  32 #include "opt_apic.h"
  33 #include "opt_cpu.h"
  34 #include "opt_kstack_pages.h"
  35 #include "opt_pmap.h"
  36 #include "opt_sched.h"
  37 #include "opt_smp.h"
  38
  39 #if !defined(lint)
  40 #if !defined(SMP)
  41 #error How did you get here?
  42 #endif
  43
  44 #ifndef DEV_APIC
  45 #error The apic device is required for SMP, add "device apic" to your config file.
  46 #endif
  47 #endif /* not lint */
  48
  49 #include <sys/param.h>
  50 #include <sys/systm.h>
  51 #include <sys/bus.h>
  52 #include <sys/cons.h>   /* cngetc() */
  53 #include <sys/cpuset.h>
  54 #ifdef GPROF
  55 #include <sys/gmon.h>
  56 #endif
  57 #include <sys/kernel.h>
  58 #include <sys/ktr.h>
  59 #include <sys/lock.h>
  60 #include <sys/malloc.h>
  61 #include <sys/memrange.h>
  62 #include <sys/mutex.h>
  63 #include <sys/pcpu.h>
  64 #include <sys/proc.h>
  65 #include <sys/sched.h>
  66 #include <sys/smp.h>
  67 #include <sys/sysctl.h>
  68
  69 #include <vm/vm.h>
  70 #include <vm/vm_param.h>
  71 #include <vm/pmap.h>
  72 #include <vm/vm_kern.h>
  73 #include <vm/vm_extern.h>
  74
  75 #include <x86/apicreg.h>
  76 #include <machine/clock.h>
  77 #include <machine/cpu.h>
  78 #include <machine/cputypes.h>
  79 #include <x86/mca.h>
  80 #include <machine/md_var.h>
  81 #include <machine/pcb.h>
  82 #include <machine/psl.h>
  83 #include <machine/smp.h>
  84 #include <machine/specialreg.h>
  85 #include <x86/ucode.h>
  86
  87 #ifdef DEV_ACPI
  88 #include <contrib/dev/acpica/include/acpi.h>
  89 #include <dev/acpica/acpivar.h>
  90 #endif
  91
  92 #define WARMBOOT_TARGET         0
  93 #define WARMBOOT_OFF            (PMAP_MAP_LOW + 0x0467)
  94 #define WARMBOOT_SEG            (PMAP_MAP_LOW + 0x0469)
  95
  96 #define CMOS_REG                (0x70)
  97 #define CMOS_DATA               (0x71)
  98 #define BIOS_RESET              (0x0f)
  99 #define BIOS_WARM               (0x0a)
 100
 101 /*
 102  * this code MUST be enabled here and in mpboot.s.
 103  * it follows the very early stages of AP boot by placing values in CMOS ram.
 104  * it NORMALLY will never be needed and thus the primitive method for enabling.
 105  *
 106 #define CHECK_POINTS
 107  */
 108
 109 #if defined(CHECK_POINTS)
 110 #define CHECK_READ(A)    (outb(CMOS_REG, (A)), inb(CMOS_DATA))
 111 #define CHECK_WRITE(A,D) (outb(CMOS_REG, (A)), outb(CMOS_DATA, (D)))
 112
 113 #define CHECK_INIT(D);                          \
 114         CHECK_WRITE(0x34, (D));                 \
 115         CHECK_WRITE(0x35, (D));                 \
 116         CHECK_WRITE(0x36, (D));                 \
 117         CHECK_WRITE(0x37, (D));                 \
 118         CHECK_WRITE(0x38, (D));                 \
 119         CHECK_WRITE(0x39, (D));
 120
 121 #define CHECK_PRINT(S);                         \
 122         printf("%s: %d, %d, %d, %d, %d, %d\n",  \
 123            (S),                                 \
 124            CHECK_READ(0x34),                    \
 125            CHECK_READ(0x35),                    \
 126            CHECK_READ(0x36),                    \
 127            CHECK_READ(0x37),                    \
 128            CHECK_READ(0x38),                    \
 129            CHECK_READ(0x39));
 130
 131 #else                           /* CHECK_POINTS */
 132
 133 #define CHECK_INIT(D)
 134 #define CHECK_PRINT(S)
 135 #define CHECK_WRITE(A, D)
 136
 137 #endif                          /* CHECK_POINTS */
 138
 139 /*
 140  * Local data and functions.
 141  */
 142
 143 static void     install_ap_tramp(void);
 144 static int      start_all_aps(void);
 145 static int      start_ap(int apic_id);
 146
 147 static char *ap_copyout_buf;
 148 static char *ap_tramp_stack_base;
 149 /*
 150  * Initialize the IPI handlers and start up the AP's.
 151  */
 152 void
 153 cpu_mp_start(void)
 154 {
 155         int i;
 156
 157         /* Initialize the logical ID to APIC ID table. */
 158         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 159                 cpu_apic_ids[i] = -1;
 160         }
 161
 162         /* Install an inter-CPU IPI for TLB invalidation */
 163         setidt(IPI_INVLTLB, IDTVEC(invltlb),
 164                SDT_SYS386IGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 165         setidt(IPI_INVLPG, IDTVEC(invlpg),
 166                SDT_SYS386IGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 167         setidt(IPI_INVLRNG, IDTVEC(invlrng),
 168                SDT_SYS386IGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 169
 170         /* Install an inter-CPU IPI for cache invalidation. */
 171         setidt(IPI_INVLCACHE, IDTVEC(invlcache),
 172                SDT_SYS386IGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 173
 174         /* Install an inter-CPU IPI for all-CPU rendezvous */
 175         setidt(IPI_RENDEZVOUS, IDTVEC(rendezvous),
 176                SDT_SYS386IGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 177
 178         /* Install generic inter-CPU IPI handler */
 179         setidt(IPI_BITMAP_VECTOR, IDTVEC(ipi_intr_bitmap_handler),
 180                SDT_SYS386IGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 181
 182         /* Install an inter-CPU IPI for CPU stop/restart */
 183         setidt(IPI_STOP, IDTVEC(cpustop),
 184                SDT_SYS386IGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 185
 186         /* Install an inter-CPU IPI for CPU suspend/resume */
 187         setidt(IPI_SUSPEND, IDTVEC(cpususpend),
 188                SDT_SYS386IGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 189
 190         /* Set boot_cpu_id if needed. */
 191         if (boot_cpu_id == -1) {
 192                 boot_cpu_id = PCPU_GET(apic_id);
 193                 cpu_info[boot_cpu_id].cpu_bsp = 1;
 194         } else
 195                 KASSERT(boot_cpu_id == PCPU_GET(apic_id),
 196                     ("BSP's APIC ID doesn't match boot_cpu_id"));
 197
 198         /* Probe logical/physical core configuration. */
 199         topo_probe();
 200
 201         assign_cpu_ids();
 202
 203         /* Start each Application Processor */
 204         start_all_aps();
 205
 206         set_interrupt_apic_ids();
 207
 208 #if defined(DEV_ACPI) && MAXMEMDOM > 1
 209         acpi_pxm_set_cpu_locality();
 210 #endif
 211 }
 212
 213 /*
 214  * AP CPU's call this to initialize themselves.
 215  */
 216 void
 217 init_secondary(void)
 218 {
 219         struct pcpu *pc;
 220         struct i386tss *common_tssp;
 221         struct region_descriptor r_gdt, r_idt;
 222         int gsel_tss, myid, x;
 223         u_int cr0;
 224
 225         /* bootAP is set in start_ap() to our ID. */
 226         myid = bootAP;
 227
 228         /* Update microcode before doing anything else. */
 229         ucode_load_ap(myid);
 230
 231         /* Get per-cpu data */
 232         pc = &__pcpu[myid];
 233
 234         /* prime data page for it to use */
 235         pcpu_init(pc, myid, sizeof(struct pcpu));
 236         dpcpu_init(dpcpu, myid);
 237         pc->pc_apic_id = cpu_apic_ids[myid];
 238         pc->pc_prvspace = pc;
 239         pc->pc_curthread = 0;
 240         pc->pc_common_tssp = common_tssp = &(__pcpu[0].pc_common_tssp)[myid];
 241
 242         fix_cpuid();
 243
 244         gdt_segs[GPRIV_SEL].ssd_base = (int)pc;
 245         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (int)common_tssp;
 246         gdt_segs[GLDT_SEL].ssd_base = (int)ldt;
 247
 248         for (x = 0; x < NGDT; x++) {
 249                 ssdtosd(&gdt_segs[x], &gdt[myid * NGDT + x].sd);
 250         }
 251
 252         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(gdt[0]) - 1;
 253         r_gdt.rd_base = (int) &gdt[myid * NGDT];
 254         lgdt(&r_gdt);                   /* does magic intra-segment return */
 255
 256         r_idt.rd_limit = sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT - 1;
 257         r_idt.rd_base = (int)idt;
 258         lidt(&r_idt);
 259
 260         lldt(_default_ldt);
 261         PCPU_SET(currentldt, _default_ldt);
 262
 263         PCPU_SET(trampstk, (uintptr_t)ap_tramp_stack_base + TRAMP_STACK_SZ -
 264             VM86_STACK_SPACE);
 265
 266         gsel_tss = GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL);
 267         gdt[myid * NGDT + GPROC0_SEL].sd.sd_type = SDT_SYS386TSS;
 268         common_tssp->tss_esp0 = PCPU_GET(trampstk);
 269         common_tssp->tss_ss0 = GSEL(GDATA_SEL, SEL_KPL);
 270         common_tssp->tss_ioopt = sizeof(struct i386tss) << 16;
 271         PCPU_SET(tss_gdt, &gdt[myid * NGDT + GPROC0_SEL].sd);
 272         PCPU_SET(common_tssd, *PCPU_GET(tss_gdt));
 273         ltr(gsel_tss);
 274
 275         PCPU_SET(fsgs_gdt, &gdt[myid * NGDT + GUFS_SEL].sd);
 276         PCPU_SET(copyout_buf, ap_copyout_buf);
 277
 278         /*
 279          * Set to a known state:
 280          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
 281          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
 282          */
 283         cr0 = rcr0();
 284         cr0 &= ~(CR0_CD | CR0_NW | CR0_EM);
 285         load_cr0(cr0);
 286         CHECK_WRITE(0x38, 5);
 287
 288         /* signal our startup to the BSP. */
 289         mp_naps++;
 290         CHECK_WRITE(0x39, 6);
 291
 292         /* Spin until the BSP releases the AP's. */
 293         while (atomic_load_acq_int(&aps_ready) == 0)
 294                 ia32_pause();
 295
 296         /* BSP may have changed PTD while we were waiting */
 297         invltlb();
 298
 299 #if defined(I586_CPU) && !defined(NO_F00F_HACK)
 300         lidt(&r_idt);
 301 #endif
 302
 303         init_secondary_tail();
 304 }
 305
 306 /*
 307  * start each AP in our list
 308  */
 309 #define TMPMAP_START 1
 310 static int
 311 start_all_aps(void)
 312 {
 313         u_char mpbiosreason;
 314         u_int32_t mpbioswarmvec;
 315         int apic_id, cpu;
 316
 317         mtx_init(&ap_boot_mtx, "ap boot", NULL, MTX_SPIN);
 318
 319         pmap_remap_lower(true);
 320
 321         /* install the AP 1st level boot code */
 322         install_ap_tramp();
 323
 324         /* save the current value of the warm-start vector */
 325         mpbioswarmvec = *((u_int32_t *) WARMBOOT_OFF);
 326         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
 327         mpbiosreason = inb(CMOS_DATA);
 328
 329         /* take advantage of the P==V mapping for PTD[0] for AP boot */
 330
 331         /* start each AP */
 332         for (cpu = 1; cpu < mp_ncpus; cpu++) {
 333                 apic_id = cpu_apic_ids[cpu];
 334
 335                 /* allocate and set up a boot stack data page */
 336                 bootstacks[cpu] = (char *)kmem_malloc(kstack_pages * PAGE_SIZE,
 337                     M_WAITOK | M_ZERO);
 338                 dpcpu = (void *)kmem_malloc(DPCPU_SIZE, M_WAITOK | M_ZERO);
 339                 /* setup a vector to our boot code */
 340                 *((volatile u_short *) WARMBOOT_OFF) = WARMBOOT_TARGET;
 341                 *((volatile u_short *) WARMBOOT_SEG) = (boot_address >> 4);
 342                 outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
 343                 outb(CMOS_DATA, BIOS_WARM);     /* 'warm-start' */
 344
 345                 bootSTK = (char *)bootstacks[cpu] + kstack_pages *
 346                     PAGE_SIZE - 4;
 347                 bootAP = cpu;
 348
 349                 ap_tramp_stack_base = pmap_trm_alloc(TRAMP_STACK_SZ, M_NOWAIT);
 350                 ap_copyout_buf = pmap_trm_alloc(TRAMP_COPYOUT_SZ, M_NOWAIT);
 351
 352                 /* attempt to start the Application Processor */
 353                 CHECK_INIT(99); /* setup checkpoints */
 354                 if (!start_ap(apic_id)) {
 355                         printf("AP #%d (PHY# %d) failed!\n", cpu, apic_id);
 356                         CHECK_PRINT("trace");   /* show checkpoints */
 357                         /* better panic as the AP may be running loose */
 358                         printf("panic y/n? [y] ");
 359                         if (cngetc() != 'n')
 360                                 panic("bye-bye");
 361                 }
 362                 CHECK_PRINT("trace");           /* show checkpoints */
 363
 364                 CPU_SET(cpu, &all_cpus);        /* record AP in CPU map */
 365         }
 366
 367         pmap_remap_lower(false);
 368
 369         /* restore the warmstart vector */
 370         *(u_int32_t *) WARMBOOT_OFF = mpbioswarmvec;
 371
 372         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
 373         outb(CMOS_DATA, mpbiosreason);
 374
 375         /* number of APs actually started */
 376         return mp_naps;
 377 }
 378
 379 /*
 380  * load the 1st level AP boot code into base memory.
 381  */
 382
 383 /* targets for relocation */
 384 extern void bigJump(void);
 385 extern void bootCodeSeg(void);
 386 extern void bootDataSeg(void);
 387 extern void MPentry(void);
 388 extern u_int MP_GDT;
 389 extern u_int mp_gdtbase;
 390
 391 static void
 392 install_ap_tramp(void)
 393 {
 394         int     x;
 395         int     size = *(int *) ((u_long) & bootMP_size);
 396         vm_offset_t va = boot_address;
 397         u_char *src = (u_char *) ((u_long) bootMP);
 398         u_char *dst = (u_char *) va;
 399         u_int   boot_base = (u_int) bootMP;
 400         u_int8_t *dst8;
 401         u_int16_t *dst16;
 402         u_int32_t *dst32;
 403
 404         KASSERT (size <= PAGE_SIZE,
 405             ("'size' do not fit into PAGE_SIZE, as expected."));
 406         pmap_kenter(va, boot_address);
 407         pmap_invalidate_page (kernel_pmap, va);
 408         for (x = 0; x < size; ++x)
 409                 *dst++ = *src++;
 410
 411         /*
 412          * modify addresses in code we just moved to basemem. unfortunately we
 413          * need fairly detailed info about mpboot.s for this to work.  changes
 414          * to mpboot.s might require changes here.
 415          */
 416
 417         /* boot code is located in KERNEL space */
 418         dst = (u_char *) va;
 419
 420         /* modify the lgdt arg */
 421         dst32 = (u_int32_t *) (dst + ((u_int) & mp_gdtbase - boot_base));
 422         *dst32 = boot_address + ((u_int) & MP_GDT - boot_base);
 423
 424         /* modify the ljmp target for MPentry() */
 425         dst32 = (u_int32_t *) (dst + ((u_int) bigJump - boot_base) + 1);
 426         *dst32 = (u_int)MPentry;
 427
 428         /* modify the target for boot code segment */
 429         dst16 = (u_int16_t *) (dst + ((u_int) bootCodeSeg - boot_base));
 430         dst8 = (u_int8_t *) (dst16 + 1);
 431         *dst16 = (u_int) boot_address & 0xffff;
 432         *dst8 = ((u_int) boot_address >> 16) & 0xff;
 433
 434         /* modify the target for boot data segment */
 435         dst16 = (u_int16_t *) (dst + ((u_int) bootDataSeg - boot_base));
 436         dst8 = (u_int8_t *) (dst16 + 1);
 437         *dst16 = (u_int) boot_address & 0xffff;
 438         *dst8 = ((u_int) boot_address >> 16) & 0xff;
 439 }
 440
 441 /*
 442  * This function starts the AP (application processor) identified
 443  * by the APIC ID 'physicalCpu'.  It does quite a "song and dance"
 444  * to accomplish this.  This is necessary because of the nuances
 445  * of the different hardware we might encounter.  It isn't pretty,
 446  * but it seems to work.
 447  */
 448 static int
 449 start_ap(int apic_id)
 450 {
 451         int vector, ms;
 452         int cpus;
 453
 454         /* calculate the vector */
 455         vector = (boot_address >> 12) & 0xff;
 456
 457         /* used as a watchpoint to signal AP startup */
 458         cpus = mp_naps;
 459
 460         ipi_startup(apic_id, vector);
 461
 462         /* Wait up to 5 seconds for it to start. */
 463         for (ms = 0; ms < 5000; ms++) {
 464                 if (mp_naps > cpus)
 465                         return 1;       /* return SUCCESS */
 466                 DELAY(1000);
 467         }
 468         return 0;               /* return FAILURE */
 469 }