sys/riscv/riscv/mp_machdep.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2015 The FreeBSD Foundation
   3  * Copyright (c) 2016 Ruslan Bukin <br@bsdpad.com>
   4  * All rights reserved.
   5  *
   6  * Portions of this software were developed by Andrew Turner under
   7  * sponsorship from the FreeBSD Foundation.
   8  *
   9  * Portions of this software were developed by SRI International and the
  10  * University of Cambridge Computer Laboratory under DARPA/AFRL contract
  11  * FA8750-10-C-0237 ("CTSRD"), as part of the DARPA CRASH research programme.
  12  *
  13  * Portions of this software were developed by the University of Cambridge
  14  * Computer Laboratory as part of the CTSRD Project, with support from the
  15  * UK Higher Education Innovation Fund (HEIF).
  16  *
  17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  18  * modification, are permitted provided that the following conditions
  19  * are met:
  20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  25  *
  26  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  27  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  28  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  29  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  30  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  31  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  32  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  33  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  34  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  35  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  36  * SUCH DAMAGE.
  37  */
  38
  39 #include "opt_kstack_pages.h"
  40 #include "opt_platform.h"
  41
  42 #include <sys/cdefs.h>
  43 __FBSDID("$FreeBSD$");
  44
  45 #include <sys/param.h>
  46 #include <sys/systm.h>
  47 #include <sys/bus.h>
  48 #include <sys/cpu.h>
  49 #include <sys/kernel.h>
  50 #include <sys/ktr.h>
  51 #include <sys/malloc.h>
  52 #include <sys/module.h>
  53 #include <sys/mutex.h>
  54 #include <sys/proc.h>
  55 #include <sys/sched.h>
  56 #include <sys/smp.h>
  57
  58 #include <vm/vm.h>
  59 #include <vm/pmap.h>
  60 #include <vm/vm_extern.h>
  61 #include <vm/vm_kern.h>
  62 #include <vm/vm_map.h>
  63
  64 #include <machine/intr.h>
  65 #include <machine/smp.h>
  66 #include <machine/sbi.h>
  67
  68 #ifdef FDT
  69 #include <dev/ofw/openfirm.h>
  70 #include <dev/ofw/ofw_cpu.h>
  71 #endif
  72
  73 boolean_t ofw_cpu_reg(phandle_t node, u_int, cell_t *);
  74
  75 uint32_t __riscv_boot_ap[MAXCPU];
  76
  77 static enum {
  78         CPUS_UNKNOWN,
  79 #ifdef FDT
  80         CPUS_FDT,
  81 #endif
  82 } cpu_enum_method;
  83
  84 static device_identify_t riscv64_cpu_identify;
  85 static device_probe_t riscv64_cpu_probe;
  86 static device_attach_t riscv64_cpu_attach;
  87
  88 static int ipi_handler(void *);
  89
  90 struct pcb stoppcbs[MAXCPU];
  91
  92 extern uint32_t boot_hart;
  93 extern cpuset_t all_harts;
  94
  95 #ifdef INVARIANTS
  96 static uint32_t cpu_reg[MAXCPU][2];
  97 #endif
  98 static device_t cpu_list[MAXCPU];
  99
 100 void init_secondary(uint64_t);
 101
 102 static struct mtx ap_boot_mtx;
 103
 104 /* Stacks for AP initialization, discarded once idle threads are started. */
 105 void *bootstack;
 106 static void *bootstacks[MAXCPU];
 107
 108 /* Count of started APs, used to synchronize access to bootstack. */
 109 static volatile int aps_started;
 110
 111 /* Set to 1 once we're ready to let the APs out of the pen. */
 112 static volatile int aps_ready;
 113
 114 /* Temporary variables for init_secondary()  */
 115 void *dpcpu[MAXCPU - 1];
 116
 117 static device_method_t riscv64_cpu_methods[] = {
 118         /* Device interface */
 119         DEVMETHOD(device_identify,      riscv64_cpu_identify),
 120         DEVMETHOD(device_probe,         riscv64_cpu_probe),
 121         DEVMETHOD(device_attach,        riscv64_cpu_attach),
 122
 123         DEVMETHOD_END
 124 };
 125
 126 static devclass_t riscv64_cpu_devclass;
 127 static driver_t riscv64_cpu_driver = {
 128         "riscv64_cpu",
 129         riscv64_cpu_methods,
 130         0
 131 };
 132
 133 DRIVER_MODULE(riscv64_cpu, cpu, riscv64_cpu_driver, riscv64_cpu_devclass, 0, 0);
 134
 135 static void
 136 riscv64_cpu_identify(driver_t *driver, device_t parent)
 137 {
 138
 139         if (device_find_child(parent, "riscv64_cpu", -1) != NULL)
 140                 return;
 141         if (BUS_ADD_CHILD(parent, 0, "riscv64_cpu", -1) == NULL)
 142                 device_printf(parent, "add child failed\n");
 143 }
 144
 145 static int
 146 riscv64_cpu_probe(device_t dev)
 147 {
 148         u_int cpuid;
 149
 150         cpuid = device_get_unit(dev);
 151         if (cpuid >= MAXCPU || cpuid > mp_maxid)
 152                 return (EINVAL);
 153
 154         device_quiet(dev);
 155         return (0);
 156 }
 157
 158 static int
 159 riscv64_cpu_attach(device_t dev)
 160 {
 161         const uint32_t *reg;
 162         size_t reg_size;
 163         u_int cpuid;
 164         int i;
 165
 166         cpuid = device_get_unit(dev);
 167
 168         if (cpuid >= MAXCPU || cpuid > mp_maxid)
 169                 return (EINVAL);
 170         KASSERT(cpu_list[cpuid] == NULL, ("Already have cpu %u", cpuid));
 171
 172         reg = cpu_get_cpuid(dev, &reg_size);
 173         if (reg == NULL)
 174                 return (EINVAL);
 175
 176         if (bootverbose) {
 177                 device_printf(dev, "register <");
 178                 for (i = 0; i < reg_size; i++)
 179                         printf("%s%x", (i == 0) ? "" : " ", reg[i]);
 180                 printf(">\n");
 181         }
 182
 183         /* Set the device to start it later */
 184         cpu_list[cpuid] = dev;
 185
 186         return (0);
 187 }
 188
 189 static void
 190 release_aps(void *dummy __unused)
 191 {
 192         cpuset_t mask;
 193         int i;
 194
 195         if (mp_ncpus == 1)
 196                 return;
 197
 198         /* Setup the IPI handler */
 199         riscv_setup_ipihandler(ipi_handler);
 200
 201         atomic_store_rel_int(&aps_ready, 1);
 202
 203         /* Wake up the other CPUs */
 204         mask = all_harts;
 205         CPU_CLR(boot_hart, &mask);
 206
 207         printf("Release APs\n");
 208
 209         sbi_send_ipi(mask.__bits);
 210
 211         for (i = 0; i < 2000; i++) {
 212                 if (smp_started)
 213                         return;
 214                 DELAY(1000);
 215         }
 216
 217         printf("APs not started\n");
 218 }
 219 SYSINIT(start_aps, SI_SUB_SMP, SI_ORDER_FIRST, release_aps, NULL);
 220
 221 void
 222 init_secondary(uint64_t hart)
 223 {
 224         struct pcpu *pcpup;
 225         u_int cpuid;
 226
 227         /* Renumber this cpu */
 228         cpuid = hart;
 229         if (cpuid < boot_hart)
 230                 cpuid += mp_maxid + 1;
 231         cpuid -= boot_hart;
 232
 233         /* Setup the pcpu pointer */
 234         pcpup = &__pcpu[cpuid];
 235         __asm __volatile("mv tp, %0" :: "r"(pcpup));
 236
 237         /* Workaround: make sure wfi doesn't halt the hart */
 238         csr_set(sie, SIE_SSIE);
 239         csr_set(sip, SIE_SSIE);
 240
 241         /* Signal the BSP and spin until it has released all APs. */
 242         atomic_add_int(&aps_started, 1);
 243         while (!atomic_load_int(&aps_ready))
 244                 __asm __volatile("wfi");
 245
 246         /* Initialize curthread */
 247         KASSERT(PCPU_GET(idlethread) != NULL, ("no idle thread"));
 248         pcpup->pc_curthread = pcpup->pc_idlethread;
 249
 250         /*
 251          * Identify current CPU. This is necessary to setup
 252          * affinity registers and to provide support for
 253          * runtime chip identification.
 254          */
 255         identify_cpu();
 256
 257         /* Enable software interrupts */
 258         riscv_unmask_ipi();
 259
 260 #ifndef EARLY_AP_STARTUP
 261         /* Start per-CPU event timers. */
 262         cpu_initclocks_ap();
 263 #endif
 264
 265         /* Enable external (PLIC) interrupts */
 266         csr_set(sie, SIE_SEIE);
 267
 268         /* Activate process 0's pmap. */
 269         pmap_activate_boot(vmspace_pmap(proc0.p_vmspace));
 270
 271         mtx_lock_spin(&ap_boot_mtx);
 272
 273         atomic_add_rel_32(&smp_cpus, 1);
 274
 275         if (smp_cpus == mp_ncpus) {
 276                 /* enable IPI's, tlb shootdown, freezes etc */
 277                 atomic_store_rel_int(&smp_started, 1);
 278         }
 279
 280         mtx_unlock_spin(&ap_boot_mtx);
 281
 282         /*
 283          * Assert that smp_after_idle_runnable condition is reasonable.
 284          */
 285         MPASS(PCPU_GET(curpcb) == NULL);
 286
 287         /* Enter the scheduler */
 288         sched_throw(NULL);
 289
 290         panic("scheduler returned us to init_secondary");
 291         /* NOTREACHED */
 292 }
 293
 294 static void
 295 smp_after_idle_runnable(void *arg __unused)
 296 {
 297         struct pcpu *pc;
 298         int cpu;
 299
 300         for (cpu = 1; cpu < mp_ncpus; cpu++) {
 301                 if (bootstacks[cpu] != NULL) {
 302                         pc = pcpu_find(cpu);
 303                         while (atomic_load_ptr(&pc->pc_curpcb) == NULL)
 304                                 cpu_spinwait();
 305                         kmem_free((vm_offset_t)bootstacks[cpu], PAGE_SIZE);
 306                 }
 307         }
 308 }
 309 SYSINIT(smp_after_idle_runnable, SI_SUB_SMP, SI_ORDER_ANY,
 310     smp_after_idle_runnable, NULL);
 311
 312 static int
 313 ipi_handler(void *arg)
 314 {
 315         u_int ipi_bitmap;
 316         u_int cpu, ipi;
 317         int bit;
 318
 319         sbi_clear_ipi();
 320
 321         cpu = PCPU_GET(cpuid);
 322
 323         mb();
 324
 325         ipi_bitmap = atomic_readandclear_int(PCPU_PTR(pending_ipis));
 326         if (ipi_bitmap == 0)
 327                 return (FILTER_HANDLED);
 328
 329         while ((bit = ffs(ipi_bitmap))) {
 330                 bit = (bit - 1);
 331                 ipi = (1 << bit);
 332                 ipi_bitmap &= ~ipi;
 333
 334                 mb();
 335
 336                 switch (ipi) {
 337                 case IPI_AST:
 338                         CTR0(KTR_SMP, "IPI_AST");
 339                         break;
 340                 case IPI_PREEMPT:
 341                         CTR1(KTR_SMP, "%s: IPI_PREEMPT", __func__);
 342                         sched_preempt(curthread);
 343                         break;
 344                 case IPI_RENDEZVOUS:
 345                         CTR0(KTR_SMP, "IPI_RENDEZVOUS");
 346                         smp_rendezvous_action();
 347                         break;
 348                 case IPI_STOP:
 349                 case IPI_STOP_HARD:
 350                         CTR0(KTR_SMP, (ipi == IPI_STOP) ? "IPI_STOP" : "IPI_STOP_HARD");
 351                         savectx(&stoppcbs[cpu]);
 352
 353                         /* Indicate we are stopped */
 354                         CPU_SET_ATOMIC(cpu, &stopped_cpus);
 355
 356                         /* Wait for restart */
 357                         while (!CPU_ISSET(cpu, &started_cpus))
 358                                 cpu_spinwait();
 359
 360                         CPU_CLR_ATOMIC(cpu, &started_cpus);
 361                         CPU_CLR_ATOMIC(cpu, &stopped_cpus);
 362                         CTR0(KTR_SMP, "IPI_STOP (restart)");
 363
 364                         /*
 365                          * The kernel debugger might have set a breakpoint,
 366                          * so flush the instruction cache.
 367                          */
 368                         fence_i();
 369                         break;
 370                 case IPI_HARDCLOCK:
 371                         CTR1(KTR_SMP, "%s: IPI_HARDCLOCK", __func__);
 372                         hardclockintr();
 373                         break;
 374                 default:
 375                         panic("Unknown IPI %#0x on cpu %d", ipi, curcpu);
 376                 }
 377         }
 378
 379         return (FILTER_HANDLED);
 380 }
 381
 382 struct cpu_group *
 383 cpu_topo(void)
 384 {
 385
 386         return (smp_topo_none());
 387 }
 388
 389 /* Determine if we running MP machine */
 390 int
 391 cpu_mp_probe(void)
 392 {
 393
 394         return (mp_ncpus > 1);
 395 }
 396
 397 #ifdef FDT
 398 static boolean_t
 399 cpu_init_fdt(u_int id, phandle_t node, u_int addr_size, pcell_t *reg)
 400 {
 401         struct pcpu *pcpup;
 402         uint64_t hart;
 403         u_int cpuid;
 404         int naps;
 405
 406         /* Check if this hart supports MMU. */
 407         if (OF_getproplen(node, "mmu-type") < 0)
 408                 return (0);
 409
 410         KASSERT(id < MAXCPU, ("Too many CPUs"));
 411
 412         KASSERT(addr_size == 1 || addr_size == 2, ("Invalid register size"));
 413 #ifdef INVARIANTS
 414         cpu_reg[id][0] = reg[0];
 415         if (addr_size == 2)
 416                 cpu_reg[id][1] = reg[1];
 417 #endif
 418
 419         hart = reg[0];
 420         if (addr_size == 2) {
 421                 hart <<= 32;
 422                 hart |= reg[1];
 423         }
 424
 425         KASSERT(hart < MAXCPU, ("Too many harts."));
 426
 427         /* We are already running on this cpu */
 428         if (hart == boot_hart)
 429                 return (1);
 430
 431         /*
 432          * Rotate the CPU IDs to put the boot CPU as CPU 0.
 433          * We keep the other CPUs ordered.
 434          */
 435         cpuid = hart;
 436         if (cpuid < boot_hart)
 437                 cpuid += mp_maxid + 1;
 438         cpuid -= boot_hart;
 439
 440         /* Check if we are able to start this cpu */
 441         if (cpuid > mp_maxid)
 442                 return (0);
 443
 444         pcpup = &__pcpu[cpuid];
 445         pcpu_init(pcpup, cpuid, sizeof(struct pcpu));
 446         pcpup->pc_hart = hart;
 447
 448         dpcpu[cpuid - 1] = (void *)kmem_malloc(DPCPU_SIZE, M_WAITOK | M_ZERO);
 449         dpcpu_init(dpcpu[cpuid - 1], cpuid);
 450
 451         bootstacks[cpuid] = (void *)kmem_malloc(PAGE_SIZE, M_WAITOK | M_ZERO);
 452
 453         naps = atomic_load_int(&aps_started);
 454         bootstack = (char *)bootstacks[cpuid] + PAGE_SIZE;
 455
 456         printf("Starting CPU %u (hart %lx)\n", cpuid, hart);
 457         atomic_store_32(&__riscv_boot_ap[hart], 1);
 458
 459         /* Wait for the AP to switch to its boot stack. */
 460         while (atomic_load_int(&aps_started) < naps + 1)
 461                 cpu_spinwait();
 462
 463         CPU_SET(cpuid, &all_cpus);
 464         CPU_SET(hart, &all_harts);
 465
 466         return (1);
 467 }
 468 #endif
 469
 470 /* Initialize and fire up non-boot processors */
 471 void
 472 cpu_mp_start(void)
 473 {
 474
 475         mtx_init(&ap_boot_mtx, "ap boot", NULL, MTX_SPIN);
 476
 477         CPU_SET(0, &all_cpus);
 478         CPU_SET(boot_hart, &all_harts);
 479
 480         switch(cpu_enum_method) {
 481 #ifdef FDT
 482         case CPUS_FDT:
 483                 ofw_cpu_early_foreach(cpu_init_fdt, true);
 484                 break;
 485 #endif
 486         case CPUS_UNKNOWN:
 487                 break;
 488         }
 489 }
 490
 491 /* Introduce rest of cores to the world */
 492 void
 493 cpu_mp_announce(void)
 494 {
 495 }
 496
 497 static boolean_t
 498 cpu_check_mmu(u_int id, phandle_t node, u_int addr_size, pcell_t *reg)
 499 {
 500
 501         /* Check if this hart supports MMU. */
 502         if (OF_getproplen(node, "mmu-type") < 0)
 503                 return (0);
 504
 505         return (1);
 506 }
 507
 508 void
 509 cpu_mp_setmaxid(void)
 510 {
 511 #ifdef FDT
 512         int cores;
 513
 514         cores = ofw_cpu_early_foreach(cpu_check_mmu, true);
 515         if (cores > 0) {
 516                 cores = MIN(cores, MAXCPU);
 517                 if (bootverbose)
 518                         printf("Found %d CPUs in the device tree\n", cores);
 519                 mp_ncpus = cores;
 520                 mp_maxid = cores - 1;
 521                 cpu_enum_method = CPUS_FDT;
 522                 return;
 523         }
 524 #endif
 525
 526         if (bootverbose)
 527                 printf("No CPU data, limiting to 1 core\n");
 528         mp_ncpus = 1;
 529         mp_maxid = 0;
 530 }