sys/i386/i386/perfmon.c

   1 /*
   2  * Copyright 1996 Massachusetts Institute of Technology
   3  *
   4  * Permission to use, copy, modify, and distribute this software and
   5  * its documentation for any purpose and without fee is hereby
   6  * granted, provided that both the above copyright notice and this
   7  * permission notice appear in all copies, that both the above
   8  * copyright notice and this permission notice appear in all
   9  * supporting documentation, and that the name of M.I.T. not be used
  10  * in advertising or publicity pertaining to distribution of the
  11  * software without specific, written prior permission.  M.I.T. makes
  12  * no representations about the suitability of this software for any
  13  * purpose.  It is provided "as is" without express or implied
  14  * warranty.
  15  *
  16  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY M.I.T. ``AS IS''.  M.I.T. DISCLAIMS
  17  * ALL EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES WITH REGARD TO THIS SOFTWARE,
  18  * INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
  19  * MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. IN NO EVENT
  20  * SHALL M.I.T. BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
  21  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
  22  * LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF
  23  * USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND
  24  * ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
  25  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
  26  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  27  * SUCH DAMAGE.
  28  *
  29  * $FreeBSD$
  30  */
  31
  32 #include <sys/param.h>
  33 #include <sys/systm.h>
  34 #include <sys/conf.h>
  35 #include <sys/fcntl.h>
  36
  37 #ifndef SMP
  38 #include <machine/cputypes.h>
  39 #endif
  40 #include <machine/clock.h>
  41 #include <machine/perfmon.h>
  42
  43 static int perfmon_inuse;
  44 static int perfmon_cpuok;
  45 #ifndef SMP
  46 static int msr_ctl[NPMC];
  47 #endif
  48 static int msr_pmc[NPMC];
  49 static unsigned int ctl_shadow[NPMC];
  50 static quad_t pmc_shadow[NPMC]; /* used when ctr is stopped on P5 */
  51 static int (*writectl)(int);
  52 #ifndef SMP
  53 static int writectl5(int);
  54 static int writectl6(int);
  55 #endif
  56
  57 static d_close_t perfmon_close;
  58 static d_open_t perfmon_open;
  59 static d_ioctl_t perfmon_ioctl;
  60
  61 #define CDEV_MAJOR 2    /* We're really a minor of mem.c */
  62 static struct cdevsw perfmon_cdevsw = {
  63         /* open */      perfmon_open,
  64         /* close */     perfmon_close,
  65         /* read */      noread,
  66         /* write */     nowrite,
  67         /* ioctl */     perfmon_ioctl,
  68         /* poll */      nopoll,
  69         /* mmap */      nommap,
  70         /* strategy */  nostrategy,
  71         /* name */      "perfmon",
  72         /* maj */       CDEV_MAJOR,
  73         /* dump */      nodump,
  74         /* psize */     nopsize,
  75         /* flags */     0,
  76         /* bmaj */      -1
  77 };
  78
  79 /*
  80  * Must be called after cpu_class is set up.
  81  */
  82 void
  83 perfmon_init(void)
  84 {
  85 #ifndef SMP
  86         switch(cpu_class) {
  87         case CPUCLASS_586:
  88                 perfmon_cpuok = 1;
  89                 msr_ctl[0] = 0x11;
  90                 msr_ctl[1] = 0x11;
  91                 msr_pmc[0] = 0x12;
  92                 msr_pmc[1] = 0x13;
  93                 writectl = writectl5;
  94                 break;
  95         case CPUCLASS_686:
  96                 perfmon_cpuok = 1;
  97                 msr_ctl[0] = 0x186;
  98                 msr_ctl[1] = 0x187;
  99                 msr_pmc[0] = 0xc1;
 100                 msr_pmc[1] = 0xc2;
 101                 writectl = writectl6;
 102                 break;
 103
 104         default:
 105                 perfmon_cpuok = 0;
 106                 break;
 107         }
 108 #endif /* SMP */
 109         make_dev(&perfmon_cdevsw, 32, UID_ROOT, GID_KMEM, 0640, "perfmon");
 110 }
 111
 112 int
 113 perfmon_avail(void)
 114 {
 115         return perfmon_cpuok;
 116 }
 117
 118 int
 119 perfmon_setup(int pmc, unsigned int control)
 120 {
 121         int     intrstate;
 122
 123         if (pmc < 0 || pmc >= NPMC)
 124                 return EINVAL;
 125
 126         perfmon_inuse |= (1 << pmc);
 127         control &= ~(PMCF_SYS_FLAGS << 16);
 128         intrstate = save_intr();
 129         disable_intr();
 130         ctl_shadow[pmc] = control;
 131         writectl(pmc);
 132         wrmsr(msr_pmc[pmc], pmc_shadow[pmc] = 0);
 133         restore_intr(intrstate);
 134         return 0;
 135 }
 136
 137 int
 138 perfmon_get(int pmc, unsigned int *control)
 139 {
 140         if (pmc < 0 || pmc >= NPMC)
 141                 return EINVAL;
 142
 143         if (perfmon_inuse & (1 << pmc)) {
 144                 *control = ctl_shadow[pmc];
 145                 return 0;
 146         }
 147         return EBUSY;           /* XXX reversed sense */
 148 }
 149
 150 int
 151 perfmon_fini(int pmc)
 152 {
 153         if (pmc < 0 || pmc >= NPMC)
 154                 return EINVAL;
 155
 156         if (perfmon_inuse & (1 << pmc)) {
 157                 perfmon_stop(pmc);
 158                 ctl_shadow[pmc] = 0;
 159                 perfmon_inuse &= ~(1 << pmc);
 160                 return 0;
 161         }
 162         return EBUSY;           /* XXX reversed sense */
 163 }
 164
 165 int
 166 perfmon_start(int pmc)
 167 {
 168         int     intrstate;
 169
 170         if (pmc < 0 || pmc >= NPMC)
 171                 return EINVAL;
 172
 173         if (perfmon_inuse & (1 << pmc)) {
 174                 intrstate = save_intr();
 175                 disable_intr();
 176                 ctl_shadow[pmc] |= (PMCF_EN << 16);
 177                 wrmsr(msr_pmc[pmc], pmc_shadow[pmc]);
 178                 writectl(pmc);
 179                 restore_intr(intrstate);
 180                 return 0;
 181         }
 182         return EBUSY;
 183 }
 184
 185 int
 186 perfmon_stop(int pmc)
 187 {
 188         int     intrstate;
 189
 190         if (pmc < 0 || pmc >= NPMC)
 191                 return EINVAL;
 192
 193         if (perfmon_inuse & (1 << pmc)) {
 194                 intrstate = save_intr();
 195                 disable_intr();
 196                 pmc_shadow[pmc] = rdmsr(msr_pmc[pmc]) & 0xffffffffffULL;
 197                 ctl_shadow[pmc] &= ~(PMCF_EN << 16);
 198                 writectl(pmc);
 199                 restore_intr(intrstate);
 200                 return 0;
 201         }
 202         return EBUSY;
 203 }
 204
 205 int
 206 perfmon_read(int pmc, quad_t *val)
 207 {
 208         if (pmc < 0 || pmc >= NPMC)
 209                 return EINVAL;
 210
 211         if (perfmon_inuse & (1 << pmc)) {
 212                 if (ctl_shadow[pmc] & (PMCF_EN << 16))
 213                         *val = rdmsr(msr_pmc[pmc]) & 0xffffffffffULL;
 214                 else
 215                         *val = pmc_shadow[pmc];
 216                 return 0;
 217         }
 218
 219         return EBUSY;
 220 }
 221
 222 int
 223 perfmon_reset(int pmc)
 224 {
 225         if (pmc < 0 || pmc >= NPMC)
 226                 return EINVAL;
 227
 228         if (perfmon_inuse & (1 << pmc)) {
 229                 wrmsr(msr_pmc[pmc], pmc_shadow[pmc] = 0);
 230                 return 0;
 231         }
 232         return EBUSY;
 233 }
 234
 235 #ifndef SMP
 236 /*
 237  * Unfortunately, the performance-monitoring registers are laid out
 238  * differently in the P5 and P6.  We keep everything in P6 format
 239  * internally (except for the event code), and convert to P5
 240  * format as needed on those CPUs.  The writectl function pointer
 241  * is set up to point to one of these functions by perfmon_init().
 242  */
 243 int
 244 writectl6(int pmc)
 245 {
 246         if (pmc > 0 && !(ctl_shadow[pmc] & (PMCF_EN << 16))) {
 247                 wrmsr(msr_ctl[pmc], 0);
 248         } else {
 249                 wrmsr(msr_ctl[pmc], ctl_shadow[pmc]);
 250         }
 251         return 0;
 252 }
 253
 254 #define P5FLAG_P        0x200
 255 #define P5FLAG_E        0x100
 256 #define P5FLAG_USR      0x80
 257 #define P5FLAG_OS       0x40
 258
 259 int
 260 writectl5(int pmc)
 261 {
 262         quad_t newval = 0;
 263
 264         if (ctl_shadow[1] & (PMCF_EN << 16)) {
 265                 if (ctl_shadow[1] & (PMCF_USR << 16))
 266                         newval |= P5FLAG_USR << 16;
 267                 if (ctl_shadow[1] & (PMCF_OS << 16))
 268                         newval |= P5FLAG_OS << 16;
 269                 if (!(ctl_shadow[1] & (PMCF_E << 16)))
 270                         newval |= P5FLAG_E << 16;
 271                 newval |= (ctl_shadow[1] & 0x3f) << 16;
 272         }
 273         if (ctl_shadow[0] & (PMCF_EN << 16)) {
 274                 if (ctl_shadow[0] & (PMCF_USR << 16))
 275                         newval |= P5FLAG_USR;
 276                 if (ctl_shadow[0] & (PMCF_OS << 16))
 277                         newval |= P5FLAG_OS;
 278                 if (!(ctl_shadow[0] & (PMCF_E << 16)))
 279                         newval |= P5FLAG_E;
 280                 newval |= ctl_shadow[0] & 0x3f;
 281         }
 282
 283         wrmsr(msr_ctl[0], newval);
 284         return 0;               /* XXX should check for unimplemented bits */
 285 }
 286 #endif /* !SMP */
 287
 288 /*
 289  * Now the user-mode interface, called from a subdevice of mem.c.
 290  */
 291 static int writer;
 292 static int writerpmc;
 293
 294 static int
 295 perfmon_open(dev_t dev, int flags, int fmt, struct proc *p)
 296 {
 297         if (!perfmon_cpuok)
 298                 return ENXIO;
 299
 300         if (flags & FWRITE) {
 301                 if (writer) {
 302                         return EBUSY;
 303                 } else {
 304                         writer = 1;
 305                         writerpmc = 0;
 306                 }
 307         }
 308         return 0;
 309 }
 310
 311 static int
 312 perfmon_close(dev_t dev, int flags, int fmt, struct proc *p)
 313 {
 314         if (flags & FWRITE) {
 315                 int i;
 316
 317                 for (i = 0; i < NPMC; i++) {
 318                         if (writerpmc & (1 << i))
 319                                 perfmon_fini(i);
 320                 }
 321                 writer = 0;
 322         }
 323         return 0;
 324 }
 325
 326 static int
 327 perfmon_ioctl(dev_t dev, u_long cmd, caddr_t param, int flags, struct proc *p)
 328 {
 329         struct pmc *pmc;
 330         struct pmc_data *pmcd;
 331         struct pmc_tstamp *pmct;
 332         int *ip;
 333         int rv;
 334
 335         switch(cmd) {
 336         case PMIOSETUP:
 337                 if (!(flags & FWRITE))
 338                         return EPERM;
 339                 pmc = (struct pmc *)param;
 340
 341                 rv = perfmon_setup(pmc->pmc_num, pmc->pmc_val);
 342                 if (!rv) {
 343                         writerpmc |= (1 << pmc->pmc_num);
 344                 }
 345                 break;
 346
 347         case PMIOGET:
 348                 pmc = (struct pmc *)param;
 349                 rv = perfmon_get(pmc->pmc_num, &pmc->pmc_val);
 350                 break;
 351
 352         case PMIOSTART:
 353                 if (!(flags & FWRITE))
 354                         return EPERM;
 355
 356                 ip = (int *)param;
 357                 rv = perfmon_start(*ip);
 358                 break;
 359
 360         case PMIOSTOP:
 361                 if (!(flags & FWRITE))
 362                         return EPERM;
 363
 364                 ip = (int *)param;
 365                 rv = perfmon_stop(*ip);
 366                 break;
 367
 368         case PMIORESET:
 369                 if (!(flags & FWRITE))
 370                         return EPERM;
 371
 372                 ip = (int *)param;
 373                 rv = perfmon_reset(*ip);
 374                 break;
 375
 376         case PMIOREAD:
 377                 pmcd = (struct pmc_data *)param;
 378                 rv = perfmon_read(pmcd->pmcd_num, &pmcd->pmcd_value);
 379                 break;
 380
 381         case PMIOTSTAMP:
 382                 if (!tsc_freq) {
 383                         rv = ENOTTY;
 384                         break;
 385                 }
 386                 pmct = (struct pmc_tstamp *)param;
 387                 /* XXX interface loses precision. */
 388                 pmct->pmct_rate = tsc_freq / 1000000;
 389                 pmct->pmct_value = rdtsc();
 390                 rv = 0;
 391                 break;
 392         default:
 393                 rv = ENOTTY;
 394         }
 395
 396         return rv;
 397 }