sys/x86/x86/cpu_machdep.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm.
   3  * Copyright (c) 1992 Terrence R. Lambert.
   4  * Copyright (c) 1982, 1987, 1990 The Regents of the University of California.
   5  * All rights reserved.
   6  *
   7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   8  * William Jolitz.
   9  *
  10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  11  * modification, are permitted provided that the following conditions
  12  * are met:
  13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  19  *    must display the following acknowledgement:
  20  *      This product includes software developed by the University of
  21  *      California, Berkeley and its contributors.
  22  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  23  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  24  *    without specific prior written permission.
  25  *
  26  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS 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 REGENTS 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  *      from: @(#)machdep.c     7.4 (Berkeley) 6/3/91
  39  */
  40
  41 #include <sys/cdefs.h>
  42 __FBSDID("$FreeBSD$");
  43
  44 #include "opt_acpi.h"
  45 #include "opt_atpic.h"
  46 #include "opt_cpu.h"
  47 #include "opt_ddb.h"
  48 #include "opt_inet.h"
  49 #include "opt_isa.h"
  50 #include "opt_kdb.h"
  51 #include "opt_kstack_pages.h"
  52 #include "opt_maxmem.h"
  53 #include "opt_mp_watchdog.h"
  54 #include "opt_platform.h"
  55 #ifdef __i386__
  56 #include "opt_apic.h"
  57 #endif
  58
  59 #include <sys/param.h>
  60 #include <sys/proc.h>
  61 #include <sys/systm.h>
  62 #include <sys/bus.h>
  63 #include <sys/cpu.h>
  64 #include <sys/domainset.h>
  65 #include <sys/kdb.h>
  66 #include <sys/kernel.h>
  67 #include <sys/ktr.h>
  68 #include <sys/lock.h>
  69 #include <sys/malloc.h>
  70 #include <sys/mutex.h>
  71 #include <sys/pcpu.h>
  72 #include <sys/rwlock.h>
  73 #include <sys/sched.h>
  74 #include <sys/smp.h>
  75 #include <sys/sysctl.h>
  76
  77 #include <machine/clock.h>
  78 #include <machine/cpu.h>
  79 #include <machine/cputypes.h>
  80 #include <machine/specialreg.h>
  81 #include <machine/md_var.h>
  82 #include <machine/mp_watchdog.h>
  83 #include <machine/tss.h>
  84 #ifdef SMP
  85 #include <machine/smp.h>
  86 #endif
  87 #ifdef CPU_ELAN
  88 #include <machine/elan_mmcr.h>
  89 #endif
  90 #include <x86/acpica_machdep.h>
  91
  92 #include <vm/vm.h>
  93 #include <vm/vm_extern.h>
  94 #include <vm/vm_kern.h>
  95 #include <vm/vm_page.h>
  96 #include <vm/vm_map.h>
  97 #include <vm/vm_object.h>
  98 #include <vm/vm_pager.h>
  99 #include <vm/vm_param.h>
 100
 101 #include <isa/isareg.h>
 102
 103 #include <contrib/dev/acpica/include/acpi.h>
 104
 105 #define STATE_RUNNING   0x0
 106 #define STATE_MWAIT     0x1
 107 #define STATE_SLEEPING  0x2
 108
 109 #ifdef SMP
 110 static u_int    cpu_reset_proxyid;
 111 static volatile u_int   cpu_reset_proxy_active;
 112 #endif
 113
 114 /*
 115  * Automatically initialized per CPU errata in cpu_idle_tun below.
 116  */
 117 bool mwait_cpustop_broken = false;
 118 SYSCTL_BOOL(_machdep, OID_AUTO, mwait_cpustop_broken, CTLFLAG_RDTUN,
 119     &mwait_cpustop_broken, 0,
 120     "Can not reliably wake MONITOR/MWAIT cpus without interrupts");
 121
 122 /*
 123  * Machine dependent boot() routine
 124  *
 125  * I haven't seen anything to put here yet
 126  * Possibly some stuff might be grafted back here from boot()
 127  */
 128 void
 129 cpu_boot(int howto)
 130 {
 131 }
 132
 133 /*
 134  * Flush the D-cache for non-DMA I/O so that the I-cache can
 135  * be made coherent later.
 136  */
 137 void
 138 cpu_flush_dcache(void *ptr, size_t len)
 139 {
 140         /* Not applicable */
 141 }
 142
 143 void
 144 acpi_cpu_c1(void)
 145 {
 146
 147         __asm __volatile("sti; hlt");
 148 }
 149
 150 /*
 151  * Use mwait to pause execution while waiting for an interrupt or
 152  * another thread to signal that there is more work.
 153  *
 154  * NOTE: Interrupts will cause a wakeup; however, this function does
 155  * not enable interrupt handling. The caller is responsible to enable
 156  * interrupts.
 157  */
 158 void
 159 acpi_cpu_idle_mwait(uint32_t mwait_hint)
 160 {
 161         int *state;
 162         uint64_t v;
 163
 164         /*
 165          * A comment in Linux patch claims that 'CPUs run faster with
 166          * speculation protection disabled. All CPU threads in a core
 167          * must disable speculation protection for it to be
 168          * disabled. Disable it while we are idle so the other
 169          * hyperthread can run fast.'
 170          *
 171          * XXXKIB.  Software coordination mode should be supported,
 172          * but all Intel CPUs provide hardware coordination.
 173          */
 174
 175         state = &PCPU_PTR(monitorbuf)->idle_state;
 176         KASSERT(atomic_load_int(state) == STATE_SLEEPING,
 177             ("cpu_mwait_cx: wrong monitorbuf state"));
 178         atomic_store_int(state, STATE_MWAIT);
 179         if (PCPU_GET(ibpb_set) || hw_ssb_active) {
 180                 v = rdmsr(MSR_IA32_SPEC_CTRL);
 181                 wrmsr(MSR_IA32_SPEC_CTRL, v & ~(IA32_SPEC_CTRL_IBRS |
 182                     IA32_SPEC_CTRL_STIBP | IA32_SPEC_CTRL_SSBD));
 183         } else {
 184                 v = 0;
 185         }
 186         cpu_monitor(state, 0, 0);
 187         if (atomic_load_int(state) == STATE_MWAIT)
 188                 cpu_mwait(MWAIT_INTRBREAK, mwait_hint);
 189
 190         /*
 191          * SSB cannot be disabled while we sleep, or rather, if it was
 192          * disabled, the sysctl thread will bind to our cpu to tweak
 193          * MSR.
 194          */
 195         if (v != 0)
 196                 wrmsr(MSR_IA32_SPEC_CTRL, v);
 197
 198         /*
 199          * We should exit on any event that interrupts mwait, because
 200          * that event might be a wanted interrupt.
 201          */
 202         atomic_store_int(state, STATE_RUNNING);
 203 }
 204
 205 /* Get current clock frequency for the given cpu id. */
 206 int
 207 cpu_est_clockrate(int cpu_id, uint64_t *rate)
 208 {
 209         uint64_t tsc1, tsc2;
 210         uint64_t acnt, mcnt, perf;
 211         register_t reg;
 212
 213         if (pcpu_find(cpu_id) == NULL || rate == NULL)
 214                 return (EINVAL);
 215 #ifdef __i386__
 216         if ((cpu_feature & CPUID_TSC) == 0)
 217                 return (EOPNOTSUPP);
 218 #endif
 219
 220         /*
 221          * If TSC is P-state invariant and APERF/MPERF MSRs do not exist,
 222          * DELAY(9) based logic fails.
 223          */
 224         if (tsc_is_invariant && !tsc_perf_stat)
 225                 return (EOPNOTSUPP);
 226
 227 #ifdef SMP
 228         if (smp_cpus > 1) {
 229                 /* Schedule ourselves on the indicated cpu. */
 230                 thread_lock(curthread);
 231                 sched_bind(curthread, cpu_id);
 232                 thread_unlock(curthread);
 233         }
 234 #endif
 235
 236         /* Calibrate by measuring a short delay. */
 237         reg = intr_disable();
 238         if (tsc_is_invariant) {
 239                 wrmsr(MSR_MPERF, 0);
 240                 wrmsr(MSR_APERF, 0);
 241                 tsc1 = rdtsc();
 242                 DELAY(1000);
 243                 mcnt = rdmsr(MSR_MPERF);
 244                 acnt = rdmsr(MSR_APERF);
 245                 tsc2 = rdtsc();
 246                 intr_restore(reg);
 247                 perf = 1000 * acnt / mcnt;
 248                 *rate = (tsc2 - tsc1) * perf;
 249         } else {
 250                 tsc1 = rdtsc();
 251                 DELAY(1000);
 252                 tsc2 = rdtsc();
 253                 intr_restore(reg);
 254                 *rate = (tsc2 - tsc1) * 1000;
 255         }
 256
 257 #ifdef SMP
 258         if (smp_cpus > 1) {
 259                 thread_lock(curthread);
 260                 sched_unbind(curthread);
 261                 thread_unlock(curthread);
 262         }
 263 #endif
 264
 265         return (0);
 266 }
 267
 268 /*
 269  * Shutdown the CPU as much as possible
 270  */
 271 void
 272 cpu_halt(void)
 273 {
 274         for (;;)
 275                 halt();
 276 }
 277
 278 static void
 279 cpu_reset_real(void)
 280 {
 281         struct region_descriptor null_idt;
 282         int b;
 283
 284         disable_intr();
 285 #ifdef CPU_ELAN
 286         if (elan_mmcr != NULL)
 287                 elan_mmcr->RESCFG = 1;
 288 #endif
 289 #ifdef __i386__
 290         if (cpu == CPU_GEODE1100) {
 291                 /* Attempt Geode's own reset */
 292                 outl(0xcf8, 0x80009044ul);
 293                 outl(0xcfc, 0xf);
 294         }
 295 #endif
 296 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
 297         /*
 298          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
 299          * do not turn off GateA20, as any machine that fails
 300          * to do the reset here would then end up in no man's land.
 301          */
 302         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
 303         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
 304 #endif
 305
 306         /*
 307          * Attempt to force a reset via the Reset Control register at
 308          * I/O port 0xcf9.  Bit 2 forces a system reset when it
 309          * transitions from 0 to 1.  Bit 1 selects the type of reset
 310          * to attempt: 0 selects a "soft" reset, and 1 selects a
 311          * "hard" reset.  We try a "hard" reset.  The first write sets
 312          * bit 1 to select a "hard" reset and clears bit 2.  The
 313          * second write forces a 0 -> 1 transition in bit 2 to trigger
 314          * a reset.
 315          */
 316         outb(0xcf9, 0x2);
 317         outb(0xcf9, 0x6);
 318         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
 319
 320         /*
 321          * Attempt to force a reset via the Fast A20 and Init register
 322          * at I/O port 0x92.  Bit 1 serves as an alternate A20 gate.
 323          * Bit 0 asserts INIT# when set to 1.  We are careful to only
 324          * preserve bit 1 while setting bit 0.  We also must clear bit
 325          * 0 before setting it if it isn't already clear.
 326          */
 327         b = inb(0x92);
 328         if (b != 0xff) {
 329                 if ((b & 0x1) != 0)
 330                         outb(0x92, b & 0xfe);
 331                 outb(0x92, b | 0x1);
 332                 DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
 333         }
 334
 335         printf("No known reset method worked, attempting CPU shutdown\n");
 336         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for printf to complete */
 337
 338         /* Wipe the IDT. */
 339         null_idt.rd_limit = 0;
 340         null_idt.rd_base = 0;
 341         lidt(&null_idt);
 342
 343         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
 344         breakpoint();
 345
 346         /* NOTREACHED */
 347         while(1);
 348 }
 349
 350 #ifdef SMP
 351 static void
 352 cpu_reset_proxy(void)
 353 {
 354
 355         cpu_reset_proxy_active = 1;
 356         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
 357                 ia32_pause(); /* Wait for other cpu to see that we've started */
 358
 359         printf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
 360         DELAY(1000000);
 361         cpu_reset_real();
 362 }
 363 #endif
 364
 365 void
 366 cpu_reset(void)
 367 {
 368 #ifdef SMP
 369         struct monitorbuf *mb;
 370         cpuset_t map;
 371         u_int cnt;
 372
 373         if (smp_started) {
 374                 map = all_cpus;
 375                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &map);
 376                 CPU_NAND(&map, &stopped_cpus);
 377                 if (!CPU_EMPTY(&map)) {
 378                         printf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
 379                         stop_cpus(map);
 380                 }
 381
 382                 if (PCPU_GET(cpuid) != 0) {
 383                         cpu_reset_proxyid = PCPU_GET(cpuid);
 384                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
 385                         cpu_reset_proxy_active = 0;
 386                         printf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
 387
 388                         /* Restart CPU #0. */
 389                         CPU_SETOF(0, &started_cpus);
 390                         mb = &pcpu_find(0)->pc_monitorbuf;
 391                         atomic_store_int(&mb->stop_state,
 392                             MONITOR_STOPSTATE_RUNNING);
 393
 394                         cnt = 0;
 395                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000) {
 396                                 ia32_pause();
 397                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
 398                         }
 399                         if (cpu_reset_proxy_active == 0) {
 400                                 printf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
 401                         } else {
 402                                 cpu_reset_proxy_active = 2;
 403                                 while (1)
 404                                         ia32_pause();
 405                                 /* NOTREACHED */
 406                         }
 407                 }
 408
 409                 DELAY(1000000);
 410         }
 411 #endif
 412         cpu_reset_real();
 413         /* NOTREACHED */
 414 }
 415
 416 bool
 417 cpu_mwait_usable(void)
 418 {
 419
 420         return ((cpu_feature2 & CPUID2_MON) != 0 && ((cpu_mon_mwait_flags &
 421             (CPUID5_MON_MWAIT_EXT | CPUID5_MWAIT_INTRBREAK)) ==
 422             (CPUID5_MON_MWAIT_EXT | CPUID5_MWAIT_INTRBREAK)));
 423 }
 424
 425 void (*cpu_idle_hook)(sbintime_t) = NULL;       /* ACPI idle hook. */
 426 static int      cpu_ident_amdc1e = 0;   /* AMD C1E supported. */
 427 static int      idle_mwait = 1;         /* Use MONITOR/MWAIT for short idle. */
 428 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, idle_mwait, CTLFLAG_RWTUN, &idle_mwait,
 429     0, "Use MONITOR/MWAIT for short idle");
 430
 431 static void
 432 cpu_idle_acpi(sbintime_t sbt)
 433 {
 434         int *state;
 435
 436         state = &PCPU_PTR(monitorbuf)->idle_state;
 437         atomic_store_int(state, STATE_SLEEPING);
 438
 439         /* See comments in cpu_idle_hlt(). */
 440         disable_intr();
 441         if (sched_runnable())
 442                 enable_intr();
 443         else if (cpu_idle_hook)
 444                 cpu_idle_hook(sbt);
 445         else
 446                 acpi_cpu_c1();
 447         atomic_store_int(state, STATE_RUNNING);
 448 }
 449
 450 static void
 451 cpu_idle_hlt(sbintime_t sbt)
 452 {
 453         int *state;
 454
 455         state = &PCPU_PTR(monitorbuf)->idle_state;
 456         atomic_store_int(state, STATE_SLEEPING);
 457
 458         /*
 459          * Since we may be in a critical section from cpu_idle(), if
 460          * an interrupt fires during that critical section we may have
 461          * a pending preemption.  If the CPU halts, then that thread
 462          * may not execute until a later interrupt awakens the CPU.
 463          * To handle this race, check for a runnable thread after
 464          * disabling interrupts and immediately return if one is
 465          * found.  Also, we must absolutely guarentee that hlt is
 466          * the next instruction after sti.  This ensures that any
 467          * interrupt that fires after the call to disable_intr() will
 468          * immediately awaken the CPU from hlt.  Finally, please note
 469          * that on x86 this works fine because of interrupts enabled only
 470          * after the instruction following sti takes place, while IF is set
 471          * to 1 immediately, allowing hlt instruction to acknowledge the
 472          * interrupt.
 473          */
 474         disable_intr();
 475         if (sched_runnable())
 476                 enable_intr();
 477         else
 478                 acpi_cpu_c1();
 479         atomic_store_int(state, STATE_RUNNING);
 480 }
 481
 482 static void
 483 cpu_idle_mwait(sbintime_t sbt)
 484 {
 485         int *state;
 486
 487         state = &PCPU_PTR(monitorbuf)->idle_state;
 488         atomic_store_int(state, STATE_MWAIT);
 489
 490         /* See comments in cpu_idle_hlt(). */
 491         disable_intr();
 492         if (sched_runnable()) {
 493                 atomic_store_int(state, STATE_RUNNING);
 494                 enable_intr();
 495                 return;
 496         }
 497
 498         cpu_monitor(state, 0, 0);
 499         if (atomic_load_int(state) == STATE_MWAIT)
 500                 __asm __volatile("sti; mwait" : : "a" (MWAIT_C1), "c" (0));
 501         else
 502                 enable_intr();
 503         atomic_store_int(state, STATE_RUNNING);
 504 }
 505
 506 static void
 507 cpu_idle_spin(sbintime_t sbt)
 508 {
 509         int *state;
 510         int i;
 511
 512         state = &PCPU_PTR(monitorbuf)->idle_state;
 513         atomic_store_int(state, STATE_RUNNING);
 514
 515         /*
 516          * The sched_runnable() call is racy but as long as there is
 517          * a loop missing it one time will have just a little impact if any
 518          * (and it is much better than missing the check at all).
 519          */
 520         for (i = 0; i < 1000; i++) {
 521                 if (sched_runnable())
 522                         return;
 523                 cpu_spinwait();
 524         }
 525 }
 526
 527 /*
 528  * C1E renders the local APIC timer dead, so we disable it by
 529  * reading the Interrupt Pending Message register and clearing
 530  * both C1eOnCmpHalt (bit 28) and SmiOnCmpHalt (bit 27).
 531  *
 532  * Reference:
 533  *   "BIOS and Kernel Developer's Guide for AMD NPT Family 0Fh Processors"
 534  *   #32559 revision 3.00+
 535  */
 536 #define MSR_AMDK8_IPM           0xc0010055
 537 #define AMDK8_SMIONCMPHALT      (1ULL << 27)
 538 #define AMDK8_C1EONCMPHALT      (1ULL << 28)
 539 #define AMDK8_CMPHALT           (AMDK8_SMIONCMPHALT | AMDK8_C1EONCMPHALT)
 540
 541 void
 542 cpu_probe_amdc1e(void)
 543 {
 544
 545         /*
 546          * Detect the presence of C1E capability mostly on latest
 547          * dual-cores (or future) k8 family.
 548          */
 549         if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_AMD &&
 550             (cpu_id & 0x00000f00) == 0x00000f00 &&
 551             (cpu_id & 0x0fff0000) >=  0x00040000) {
 552                 cpu_ident_amdc1e = 1;
 553         }
 554 }
 555
 556 void (*cpu_idle_fn)(sbintime_t) = cpu_idle_acpi;
 557
 558 void
 559 cpu_idle(int busy)
 560 {
 561         uint64_t msr;
 562         sbintime_t sbt = -1;
 563
 564         CTR2(KTR_SPARE2, "cpu_idle(%d) at %d",
 565             busy, curcpu);
 566 #ifdef MP_WATCHDOG
 567         ap_watchdog(PCPU_GET(cpuid));
 568 #endif
 569
 570         /* If we are busy - try to use fast methods. */
 571         if (busy) {
 572                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_MON) && idle_mwait) {
 573                         cpu_idle_mwait(busy);
 574                         goto out;
 575                 }
 576         }
 577
 578         /* If we have time - switch timers into idle mode. */
 579         if (!busy) {
 580                 critical_enter();
 581                 sbt = cpu_idleclock();
 582         }
 583
 584         /* Apply AMD APIC timer C1E workaround. */
 585         if (cpu_ident_amdc1e && cpu_disable_c3_sleep) {
 586                 msr = rdmsr(MSR_AMDK8_IPM);
 587                 if (msr & AMDK8_CMPHALT)
 588                         wrmsr(MSR_AMDK8_IPM, msr & ~AMDK8_CMPHALT);
 589         }
 590
 591         /* Call main idle method. */
 592         cpu_idle_fn(sbt);
 593
 594         /* Switch timers back into active mode. */
 595         if (!busy) {
 596                 cpu_activeclock();
 597                 critical_exit();
 598         }
 599 out:
 600         CTR2(KTR_SPARE2, "cpu_idle(%d) at %d done",
 601             busy, curcpu);
 602 }
 603
 604 static int cpu_idle_apl31_workaround;
 605 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, idle_apl31, CTLFLAG_RW,
 606     &cpu_idle_apl31_workaround, 0,
 607     "Apollo Lake APL31 MWAIT bug workaround");
 608
 609 int
 610 cpu_idle_wakeup(int cpu)
 611 {
 612         struct monitorbuf *mb;
 613         int *state;
 614
 615         mb = &pcpu_find(cpu)->pc_monitorbuf;
 616         state = &mb->idle_state;
 617         switch (atomic_load_int(state)) {
 618         case STATE_SLEEPING:
 619                 return (0);
 620         case STATE_MWAIT:
 621                 atomic_store_int(state, STATE_RUNNING);
 622                 return (cpu_idle_apl31_workaround ? 0 : 1);
 623         case STATE_RUNNING:
 624                 return (1);
 625         default:
 626                 panic("bad monitor state");
 627                 return (1);
 628         }
 629 }
 630
 631 /*
 632  * Ordered by speed/power consumption.
 633  */
 634 static struct {
 635         void    *id_fn;
 636         char    *id_name;
 637         int     id_cpuid2_flag;
 638 } idle_tbl[] = {
 639         { .id_fn = cpu_idle_spin, .id_name = "spin" },
 640         { .id_fn = cpu_idle_mwait, .id_name = "mwait",
 641             .id_cpuid2_flag = CPUID2_MON },
 642         { .id_fn = cpu_idle_hlt, .id_name = "hlt" },
 643         { .id_fn = cpu_idle_acpi, .id_name = "acpi" },
 644 };
 645
 646 static int
 647 idle_sysctl_available(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 648 {
 649         char *avail, *p;
 650         int error;
 651         int i;
 652
 653         avail = malloc(256, M_TEMP, M_WAITOK);
 654         p = avail;
 655         for (i = 0; i < nitems(idle_tbl); i++) {
 656                 if (idle_tbl[i].id_cpuid2_flag != 0 &&
 657                     (cpu_feature2 & idle_tbl[i].id_cpuid2_flag) == 0)
 658                         continue;
 659                 if (strcmp(idle_tbl[i].id_name, "acpi") == 0 &&
 660                     cpu_idle_hook == NULL)
 661                         continue;
 662                 p += sprintf(p, "%s%s", p != avail ? ", " : "",
 663                     idle_tbl[i].id_name);
 664         }
 665         error = sysctl_handle_string(oidp, avail, 0, req);
 666         free(avail, M_TEMP);
 667         return (error);
 668 }
 669
 670 SYSCTL_PROC(_machdep, OID_AUTO, idle_available, CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD,
 671     0, 0, idle_sysctl_available, "A", "list of available idle functions");
 672
 673 static bool
 674 cpu_idle_selector(const char *new_idle_name)
 675 {
 676         int i;
 677
 678         for (i = 0; i < nitems(idle_tbl); i++) {
 679                 if (idle_tbl[i].id_cpuid2_flag != 0 &&
 680                     (cpu_feature2 & idle_tbl[i].id_cpuid2_flag) == 0)
 681                         continue;
 682                 if (strcmp(idle_tbl[i].id_name, "acpi") == 0 &&
 683                     cpu_idle_hook == NULL)
 684                         continue;
 685                 if (strcmp(idle_tbl[i].id_name, new_idle_name))
 686                         continue;
 687                 cpu_idle_fn = idle_tbl[i].id_fn;
 688                 if (bootverbose)
 689                         printf("CPU idle set to %s\n", idle_tbl[i].id_name);
 690                 return (true);
 691         }
 692         return (false);
 693 }
 694
 695 static int
 696 cpu_idle_sysctl(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 697 {
 698         char buf[16], *p;
 699         int error, i;
 700
 701         p = "unknown";
 702         for (i = 0; i < nitems(idle_tbl); i++) {
 703                 if (idle_tbl[i].id_fn == cpu_idle_fn) {
 704                         p = idle_tbl[i].id_name;
 705                         break;
 706                 }
 707         }
 708         strncpy(buf, p, sizeof(buf));
 709         error = sysctl_handle_string(oidp, buf, sizeof(buf), req);
 710         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
 711                 return (error);
 712         return (cpu_idle_selector(buf) ? 0 : EINVAL);
 713 }
 714
 715 SYSCTL_PROC(_machdep, OID_AUTO, idle, CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RW, 0, 0,
 716     cpu_idle_sysctl, "A", "currently selected idle function");
 717
 718 static void
 719 cpu_idle_tun(void *unused __unused)
 720 {
 721         char tunvar[16];
 722
 723         if (TUNABLE_STR_FETCH("machdep.idle", tunvar, sizeof(tunvar)))
 724                 cpu_idle_selector(tunvar);
 725         else if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_AMD &&
 726             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x17 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1) {
 727                 /* Ryzen erratas 1057, 1109. */
 728                 cpu_idle_selector("hlt");
 729                 idle_mwait = 0;
 730                 mwait_cpustop_broken = true;
 731         }
 732
 733         if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL && cpu_id == 0x506c9) {
 734                 /*
 735                  * Apollo Lake errata APL31 (public errata APL30).
 736                  * Stores to the armed address range may not trigger
 737                  * MWAIT to resume execution.  OS needs to use
 738                  * interrupts to wake processors from MWAIT-induced
 739                  * sleep states.
 740                  */
 741                 cpu_idle_apl31_workaround = 1;
 742                 mwait_cpustop_broken = true;
 743         }
 744         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.idle_apl31", &cpu_idle_apl31_workaround);
 745 }
 746 SYSINIT(cpu_idle_tun, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_MIDDLE, cpu_idle_tun, NULL);
 747
 748 static int panic_on_nmi = 1;
 749 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, panic_on_nmi, CTLFLAG_RWTUN,
 750     &panic_on_nmi, 0,
 751     "Panic on NMI raised by hardware failure");
 752 int nmi_is_broadcast = 1;
 753 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nmi_is_broadcast, CTLFLAG_RWTUN,
 754     &nmi_is_broadcast, 0,
 755     "Chipset NMI is broadcast");
 756 #ifdef KDB
 757 int kdb_on_nmi = 1;
 758 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, kdb_on_nmi, CTLFLAG_RWTUN,
 759     &kdb_on_nmi, 0,
 760     "Go to KDB on NMI with unknown source");
 761 #endif
 762
 763 void
 764 nmi_call_kdb(u_int cpu, u_int type, struct trapframe *frame)
 765 {
 766         bool claimed = false;
 767
 768 #ifdef DEV_ISA
 769         /* machine/parity/power fail/"kitchen sink" faults */
 770         if (isa_nmi(frame->tf_err)) {
 771                 claimed = true;
 772                 if (panic_on_nmi)
 773                         panic("NMI indicates hardware failure");
 774         }
 775 #endif /* DEV_ISA */
 776 #ifdef KDB
 777         if (!claimed && kdb_on_nmi) {
 778                 /*
 779                  * NMI can be hooked up to a pushbutton for debugging.
 780                  */
 781                 printf("NMI/cpu%d ... going to debugger\n", cpu);
 782                 kdb_trap(type, 0, frame);
 783         }
 784 #endif /* KDB */
 785 }
 786
 787 void
 788 nmi_handle_intr(u_int type, struct trapframe *frame)
 789 {
 790
 791 #ifdef SMP
 792         if (nmi_is_broadcast) {
 793                 nmi_call_kdb_smp(type, frame);
 794                 return;
 795         }
 796 #endif
 797         nmi_call_kdb(PCPU_GET(cpuid), type, frame);
 798 }
 799
 800 int hw_ibrs_active;
 801 int hw_ibrs_disable = 1;
 802
 803 SYSCTL_INT(_hw, OID_AUTO, ibrs_active, CTLFLAG_RD, &hw_ibrs_active, 0,
 804     "Indirect Branch Restricted Speculation active");
 805
 806 void
 807 hw_ibrs_recalculate(void)
 808 {
 809         uint64_t v;
 810
 811         if ((cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_IBRS_ALL) != 0) {
 812                 if (hw_ibrs_disable) {
 813                         v = rdmsr(MSR_IA32_SPEC_CTRL);
 814                         v &= ~(uint64_t)IA32_SPEC_CTRL_IBRS;
 815                         wrmsr(MSR_IA32_SPEC_CTRL, v);
 816                 } else {
 817                         v = rdmsr(MSR_IA32_SPEC_CTRL);
 818                         v |= IA32_SPEC_CTRL_IBRS;
 819                         wrmsr(MSR_IA32_SPEC_CTRL, v);
 820                 }
 821                 return;
 822         }
 823         hw_ibrs_active = (cpu_stdext_feature3 & CPUID_STDEXT3_IBPB) != 0 &&
 824             !hw_ibrs_disable;
 825 }
 826
 827 static int
 828 hw_ibrs_disable_handler(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 829 {
 830         int error, val;
 831
 832         val = hw_ibrs_disable;
 833         error = sysctl_handle_int(oidp, &val, 0, req);
 834         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
 835                 return (error);
 836         hw_ibrs_disable = val != 0;
 837         hw_ibrs_recalculate();
 838         return (0);
 839 }
 840 SYSCTL_PROC(_hw, OID_AUTO, ibrs_disable, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RWTUN |
 841     CTLFLAG_NOFETCH | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, hw_ibrs_disable_handler, "I",
 842     "Disable Indirect Branch Restricted Speculation");
 843
 844 int hw_ssb_active;
 845 int hw_ssb_disable;
 846
 847 SYSCTL_INT(_hw, OID_AUTO, spec_store_bypass_disable_active, CTLFLAG_RD,
 848     &hw_ssb_active, 0,
 849     "Speculative Store Bypass Disable active");
 850
 851 static void
 852 hw_ssb_set_one(bool enable)
 853 {
 854         uint64_t v;
 855
 856         v = rdmsr(MSR_IA32_SPEC_CTRL);
 857         if (enable)
 858                 v |= (uint64_t)IA32_SPEC_CTRL_SSBD;
 859         else
 860                 v &= ~(uint64_t)IA32_SPEC_CTRL_SSBD;
 861         wrmsr(MSR_IA32_SPEC_CTRL, v);
 862 }
 863
 864 static void
 865 hw_ssb_set(bool enable, bool for_all_cpus)
 866 {
 867         struct thread *td;
 868         int bound_cpu, i, is_bound;
 869
 870         if ((cpu_stdext_feature3 & CPUID_STDEXT3_SSBD) == 0) {
 871                 hw_ssb_active = 0;
 872                 return;
 873         }
 874         hw_ssb_active = enable;
 875         if (for_all_cpus) {
 876                 td = curthread;
 877                 thread_lock(td);
 878                 is_bound = sched_is_bound(td);
 879                 bound_cpu = td->td_oncpu;
 880                 CPU_FOREACH(i) {
 881                         sched_bind(td, i);
 882                         hw_ssb_set_one(enable);
 883                 }
 884                 if (is_bound)
 885                         sched_bind(td, bound_cpu);
 886                 else
 887                         sched_unbind(td);
 888                 thread_unlock(td);
 889         } else {
 890                 hw_ssb_set_one(enable);
 891         }
 892 }
 893
 894 void
 895 hw_ssb_recalculate(bool all_cpus)
 896 {
 897
 898         switch (hw_ssb_disable) {
 899         default:
 900                 hw_ssb_disable = 0;
 901                 /* FALLTHROUGH */
 902         case 0: /* off */
 903                 hw_ssb_set(false, all_cpus);
 904                 break;
 905         case 1: /* on */
 906                 hw_ssb_set(true, all_cpus);
 907                 break;
 908         case 2: /* auto */
 909                 hw_ssb_set((cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_SSB_NO) != 0 ?
 910                     false : true, all_cpus);
 911                 break;
 912         }
 913 }
 914
 915 static int
 916 hw_ssb_disable_handler(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 917 {
 918         int error, val;
 919
 920         val = hw_ssb_disable;
 921         error = sysctl_handle_int(oidp, &val, 0, req);
 922         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
 923                 return (error);
 924         hw_ssb_disable = val;
 925         hw_ssb_recalculate(true);
 926         return (0);
 927 }
 928 SYSCTL_PROC(_hw, OID_AUTO, spec_store_bypass_disable, CTLTYPE_INT |
 929     CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 930     hw_ssb_disable_handler, "I",
 931     "Speculative Store Bypass Disable (0 - off, 1 - on, 2 - auto");
 932
 933 int hw_mds_disable;
 934
 935 /*
 936  * Handler for Microarchitectural Data Sampling issues.  Really not a
 937  * pointer to C function: on amd64 the code must not change any CPU
 938  * architectural state except possibly %rflags. Also, it is always
 939  * called with interrupts disabled.
 940  */
 941 void mds_handler_void(void);
 942 void mds_handler_verw(void);
 943 void mds_handler_ivb(void);
 944 void mds_handler_bdw(void);
 945 void mds_handler_skl_sse(void);
 946 void mds_handler_skl_avx(void);
 947 void mds_handler_skl_avx512(void);
 948 void mds_handler_silvermont(void);
 949 void (*mds_handler)(void) = mds_handler_void;
 950
 951 static int
 952 sysctl_hw_mds_disable_state_handler(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 953 {
 954         const char *state;
 955
 956         if (mds_handler == mds_handler_void)
 957                 state = "inactive";
 958         else if (mds_handler == mds_handler_verw)
 959                 state = "VERW";
 960         else if (mds_handler == mds_handler_ivb)
 961                 state = "software IvyBridge";
 962         else if (mds_handler == mds_handler_bdw)
 963                 state = "software Broadwell";
 964         else if (mds_handler == mds_handler_skl_sse)
 965                 state = "software Skylake SSE";
 966         else if (mds_handler == mds_handler_skl_avx)
 967                 state = "software Skylake AVX";
 968         else if (mds_handler == mds_handler_skl_avx512)
 969                 state = "software Skylake AVX512";
 970         else if (mds_handler == mds_handler_silvermont)
 971                 state = "software Silvermont";
 972         else
 973                 state = "unknown";
 974         return (SYSCTL_OUT(req, state, strlen(state)));
 975 }
 976
 977 SYSCTL_PROC(_hw, OID_AUTO, mds_disable_state,
 978     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 979     sysctl_hw_mds_disable_state_handler, "A",
 980     "Microarchitectural Data Sampling Mitigation state");
 981
 982 _Static_assert(__offsetof(struct pcpu, pc_mds_tmp) % 64 == 0, "MDS AVX512");
 983
 984 void
 985 hw_mds_recalculate(void)
 986 {
 987         struct pcpu *pc;
 988         vm_offset_t b64;
 989         u_long xcr0;
 990         int i;
 991
 992         /*
 993          * Allow user to force VERW variant even if MD_CLEAR is not
 994          * reported.  For instance, hypervisor might unknowingly
 995          * filter the cap out.
 996          * For the similar reasons, and for testing, allow to enable
 997          * mitigation even for RDCL_NO or MDS_NO caps.
 998          */
 999         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL || hw_mds_disable == 0 ||
1000             ((cpu_ia32_arch_caps & (IA32_ARCH_CAP_RDCL_NO |
1001             IA32_ARCH_CAP_MDS_NO)) != 0 && hw_mds_disable == 3)) {
1002                 mds_handler = mds_handler_void;
1003         } else if (((cpu_stdext_feature3 & CPUID_STDEXT3_MD_CLEAR) != 0 &&
1004             hw_mds_disable == 3) || hw_mds_disable == 1) {
1005                 mds_handler = mds_handler_verw;
1006         } else if (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
1007             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x2e || CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1e ||
1008             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1f || CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1a ||
1009             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x2f || CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x25 ||
1010             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x2c || CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x2d ||
1011             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x2a || CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x3e ||
1012             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x3a) &&
1013             (hw_mds_disable == 2 || hw_mds_disable == 3)) {
1014                 /*
1015                  * Nehalem, SandyBridge, IvyBridge
1016                  */
1017                 CPU_FOREACH(i) {
1018                         pc = pcpu_find(i);
1019                         if (pc->pc_mds_buf == NULL) {
1020                                 pc->pc_mds_buf = malloc_domainset(672, M_TEMP,
1021                                     DOMAINSET_PREF(pc->pc_domain), M_WAITOK);
1022                                 bzero(pc->pc_mds_buf, 16);
1023                         }
1024                 }
1025                 mds_handler = mds_handler_ivb;
1026         } else if (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
1027             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x3f || CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x3c ||
1028             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x45 || CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x46 ||
1029             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x56 || CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4f ||
1030             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x47 || CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x3d) &&
1031             (hw_mds_disable == 2 || hw_mds_disable == 3)) {
1032                 /*
1033                  * Haswell, Broadwell
1034                  */
1035                 CPU_FOREACH(i) {
1036                         pc = pcpu_find(i);
1037                         if (pc->pc_mds_buf == NULL) {
1038                                 pc->pc_mds_buf = malloc_domainset(1536, M_TEMP,
1039                                     DOMAINSET_PREF(pc->pc_domain), M_WAITOK);
1040                                 bzero(pc->pc_mds_buf, 16);
1041                         }
1042                 }
1043                 mds_handler = mds_handler_bdw;
1044         } else if (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
1045             ((CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55 && (cpu_id &
1046             CPUID_STEPPING) <= 5) ||
1047             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4e || CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5e ||
1048             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x8e && (cpu_id &
1049             CPUID_STEPPING) <= 0xb) ||
1050             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x9e && (cpu_id &
1051             CPUID_STEPPING) <= 0xc)) &&
1052             (hw_mds_disable == 2 || hw_mds_disable == 3)) {
1053                 /*
1054                  * Skylake, KabyLake, CoffeeLake, WhiskeyLake,
1055                  * CascadeLake
1056                  */
1057                 CPU_FOREACH(i) {
1058                         pc = pcpu_find(i);
1059                         if (pc->pc_mds_buf == NULL) {
1060                                 pc->pc_mds_buf = malloc_domainset(6 * 1024,
1061                                     M_TEMP, DOMAINSET_PREF(pc->pc_domain),
1062                                     M_WAITOK);
1063                                 b64 = (vm_offset_t)malloc_domainset(64 + 63,
1064                                     M_TEMP, DOMAINSET_PREF(pc->pc_domain),
1065                                     M_WAITOK);
1066                                 pc->pc_mds_buf64 = (void *)roundup2(b64, 64);
1067                                 bzero(pc->pc_mds_buf64, 64);
1068                         }
1069                 }
1070                 xcr0 = rxcr(0);
1071                 if ((xcr0 & XFEATURE_ENABLED_ZMM_HI256) != 0 &&
1072                     (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT_AVX512DQ) != 0)
1073                         mds_handler = mds_handler_skl_avx512;
1074                 else if ((xcr0 & XFEATURE_ENABLED_AVX) != 0 &&
1075                     (cpu_feature2 & CPUID2_AVX) != 0)
1076                         mds_handler = mds_handler_skl_avx;
1077                 else
1078                         mds_handler = mds_handler_skl_sse;
1079         } else if (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
1080             ((CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x37 ||
1081             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4a ||
1082             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4c ||
1083             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4d ||
1084             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5a ||
1085             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5d ||
1086             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x6e ||
1087             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x65 ||
1088             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x75 ||
1089             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1c ||
1090             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x26 ||
1091             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x27 ||
1092             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x35 ||
1093             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x36 ||
1094             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x7a))) {
1095                 /* Silvermont, Airmont */
1096                 CPU_FOREACH(i) {
1097                         pc = pcpu_find(i);
1098                         if (pc->pc_mds_buf == NULL)
1099                                 pc->pc_mds_buf = malloc(256, M_TEMP, M_WAITOK);
1100                 }
1101                 mds_handler = mds_handler_silvermont;
1102         } else {
1103                 hw_mds_disable = 0;
1104                 mds_handler = mds_handler_void;
1105         }
1106 }
1107
1108 static void
1109 hw_mds_recalculate_boot(void *arg __unused)
1110 {
1111
1112         hw_mds_recalculate();
1113 }
1114 SYSINIT(mds_recalc, SI_SUB_SMP, SI_ORDER_ANY, hw_mds_recalculate_boot, NULL);
1115
1116 static int
1117 sysctl_mds_disable_handler(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1118 {
1119         int error, val;
1120
1121         val = hw_mds_disable;
1122         error = sysctl_handle_int(oidp, &val, 0, req);
1123         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
1124                 return (error);
1125         if (val < 0 || val > 3)
1126                 return (EINVAL);
1127         hw_mds_disable = val;
1128         hw_mds_recalculate();
1129         return (0);
1130 }
1131
1132 SYSCTL_PROC(_hw, OID_AUTO, mds_disable, CTLTYPE_INT |
1133     CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
1134     sysctl_mds_disable_handler, "I",
1135     "Microarchitectural Data Sampling Mitigation "
1136     "(0 - off, 1 - on VERW, 2 - on SW, 3 - on AUTO");
1137
1138 /*
1139  * Enable and restore kernel text write permissions.
1140  * Callers must ensure that disable_wp()/restore_wp() are executed
1141  * without rescheduling on the same core.
1142  */
1143 bool
1144 disable_wp(void)
1145 {
1146         u_int cr0;
1147
1148         cr0 = rcr0();
1149         if ((cr0 & CR0_WP) == 0)
1150                 return (false);
1151         load_cr0(cr0 & ~CR0_WP);
1152         return (true);
1153 }
1154
1155 void
1156 restore_wp(bool old_wp)
1157 {
1158
1159         if (old_wp)
1160                 load_cr0(rcr0() | CR0_WP);
1161 }
1162
1163 bool
1164 acpi_get_fadt_bootflags(uint16_t *flagsp)
1165 {
1166 #ifdef DEV_ACPI
1167         ACPI_TABLE_FADT *fadt;
1168         vm_paddr_t physaddr;
1169
1170         physaddr = acpi_find_table(ACPI_SIG_FADT);
1171         if (physaddr == 0)
1172                 return (false);
1173         fadt = acpi_map_table(physaddr, ACPI_SIG_FADT);
1174         if (fadt == NULL)
1175                 return (false);
1176         *flagsp = fadt->BootFlags;
1177         acpi_unmap_table(fadt);
1178         return (true);
1179 #else
1180         return (false);
1181 #endif
1182 }