sys/i386/i386/mp_machdep.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1996, by Steve Passe
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   6  * modification, are permitted provided that the following conditions
   7  * are met:
   8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  10  * 2. The name of the developer may NOT be used to endorse or promote products
  11  *    derived from this software without specific prior written permission.
  12  *
  13  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  14  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  15  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  16  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  17  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  18  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  19  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  20  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  21  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  22  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  23  * SUCH DAMAGE.
  24  */
  25
  26 #include <sys/cdefs.h>
  27 __FBSDID("$FreeBSD$");
  28
  29 #include "opt_apic.h"
  30 #include "opt_cpu.h"
  31 #include "opt_kstack_pages.h"
  32 #include "opt_pmap.h"
  33 #include "opt_sched.h"
  34 #include "opt_smp.h"
  35
  36 #if !defined(lint)
  37 #if !defined(SMP)
  38 #error How did you get here?
  39 #endif
  40
  41 #ifndef DEV_APIC
  42 #error The apic device is required for SMP, add "device apic" to your config file.
  43 #endif
  44 #if defined(CPU_DISABLE_CMPXCHG) && !defined(COMPILING_LINT)
  45 #error SMP not supported with CPU_DISABLE_CMPXCHG
  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/cputypes.h>
  78 #include <x86/mca.h>
  79 #include <machine/md_var.h>
  80 #include <machine/pcb.h>
  81 #include <machine/psl.h>
  82 #include <machine/smp.h>
  83 #include <machine/specialreg.h>
  84 #include <machine/cpu.h>
  85
  86 #define WARMBOOT_TARGET         0
  87 #define WARMBOOT_OFF            (KERNBASE + 0x0467)
  88 #define WARMBOOT_SEG            (KERNBASE + 0x0469)
  89
  90 #define CMOS_REG                (0x70)
  91 #define CMOS_DATA               (0x71)
  92 #define BIOS_RESET              (0x0f)
  93 #define BIOS_WARM               (0x0a)
  94
  95 /*
  96  * this code MUST be enabled here and in mpboot.s.
  97  * it follows the very early stages of AP boot by placing values in CMOS ram.
  98  * it NORMALLY will never be needed and thus the primitive method for enabling.
  99  *
 100 #define CHECK_POINTS
 101  */
 102
 103 #if defined(CHECK_POINTS) && !defined(PC98)
 104 #define CHECK_READ(A)    (outb(CMOS_REG, (A)), inb(CMOS_DATA))
 105 #define CHECK_WRITE(A,D) (outb(CMOS_REG, (A)), outb(CMOS_DATA, (D)))
 106
 107 #define CHECK_INIT(D);                          \
 108         CHECK_WRITE(0x34, (D));                 \
 109         CHECK_WRITE(0x35, (D));                 \
 110         CHECK_WRITE(0x36, (D));                 \
 111         CHECK_WRITE(0x37, (D));                 \
 112         CHECK_WRITE(0x38, (D));                 \
 113         CHECK_WRITE(0x39, (D));
 114
 115 #define CHECK_PRINT(S);                         \
 116         printf("%s: %d, %d, %d, %d, %d, %d\n",  \
 117            (S),                                 \
 118            CHECK_READ(0x34),                    \
 119            CHECK_READ(0x35),                    \
 120            CHECK_READ(0x36),                    \
 121            CHECK_READ(0x37),                    \
 122            CHECK_READ(0x38),                    \
 123            CHECK_READ(0x39));
 124
 125 #else                           /* CHECK_POINTS */
 126
 127 #define CHECK_INIT(D)
 128 #define CHECK_PRINT(S)
 129 #define CHECK_WRITE(A, D)
 130
 131 #endif                          /* CHECK_POINTS */
 132
 133 /* lock region used by kernel profiling */
 134 int     mcount_lock;
 135
 136 int     mp_naps;                /* # of Applications processors */
 137 int     boot_cpu_id = -1;       /* designated BSP */
 138
 139 extern  struct pcpu __pcpu[];
 140
 141 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
 142 char *bootSTK;
 143 static int bootAP;
 144
 145 /* Free these after use */
 146 void *bootstacks[MAXCPU];
 147 static void *dpcpu;
 148
 149 struct pcb stoppcbs[MAXCPU];
 150 struct susppcb **susppcbs;
 151
 152 /* Variables needed for SMP tlb shootdown. */
 153 vm_offset_t smp_tlb_addr1;
 154 vm_offset_t smp_tlb_addr2;
 155 volatile int smp_tlb_wait;
 156
 157 #ifdef COUNT_IPIS
 158 /* Interrupt counts. */
 159 static u_long *ipi_preempt_counts[MAXCPU];
 160 static u_long *ipi_ast_counts[MAXCPU];
 161 u_long *ipi_invltlb_counts[MAXCPU];
 162 u_long *ipi_invlrng_counts[MAXCPU];
 163 u_long *ipi_invlpg_counts[MAXCPU];
 164 u_long *ipi_invlcache_counts[MAXCPU];
 165 u_long *ipi_rendezvous_counts[MAXCPU];
 166 u_long *ipi_lazypmap_counts[MAXCPU];
 167 static u_long *ipi_hardclock_counts[MAXCPU];
 168 #endif
 169
 170 /* Default cpu_ops implementation. */
 171 struct cpu_ops cpu_ops = {
 172         .ipi_vectored = lapic_ipi_vectored
 173 };
 174
 175 /*
 176  * Local data and functions.
 177  */
 178
 179 static volatile cpuset_t ipi_nmi_pending;
 180
 181 /* used to hold the AP's until we are ready to release them */
 182 static struct mtx ap_boot_mtx;
 183
 184 /* Set to 1 once we're ready to let the APs out of the pen. */
 185 static volatile int aps_ready = 0;
 186
 187 /*
 188  * Store data from cpu_add() until later in the boot when we actually setup
 189  * the APs.
 190  */
 191 struct cpu_info {
 192         int     cpu_present:1;
 193         int     cpu_bsp:1;
 194         int     cpu_disabled:1;
 195         int     cpu_hyperthread:1;
 196 } static cpu_info[MAX_APIC_ID + 1];
 197 int cpu_apic_ids[MAXCPU];
 198 int apic_cpuids[MAX_APIC_ID + 1];
 199
 200 /* Holds pending bitmap based IPIs per CPU */
 201 volatile u_int cpu_ipi_pending[MAXCPU];
 202
 203 static u_int boot_address;
 204 static int cpu_logical;                 /* logical cpus per core */
 205 static int cpu_cores;                   /* cores per package */
 206
 207 static void     assign_cpu_ids(void);
 208 static void     install_ap_tramp(void);
 209 static void     set_interrupt_apic_ids(void);
 210 static int      start_all_aps(void);
 211 static int      start_ap(int apic_id);
 212 static void     release_aps(void *dummy);
 213
 214 static u_int    hyperthreading_cpus;    /* logical cpus sharing L1 cache */
 215 static int      hyperthreading_allowed = 1;
 216
 217 static void
 218 mem_range_AP_init(void)
 219 {
 220         if (mem_range_softc.mr_op && mem_range_softc.mr_op->initAP)
 221                 mem_range_softc.mr_op->initAP(&mem_range_softc);
 222 }
 223
 224 static void
 225 topo_probe_amd(void)
 226 {
 227         int core_id_bits;
 228         int id;
 229
 230         /* AMD processors do not support HTT. */
 231         cpu_logical = 1;
 232
 233         if ((amd_feature2 & AMDID2_CMP) == 0) {
 234                 cpu_cores = 1;
 235                 return;
 236         }
 237
 238         core_id_bits = (cpu_procinfo2 & AMDID_COREID_SIZE) >>
 239             AMDID_COREID_SIZE_SHIFT;
 240         if (core_id_bits == 0) {
 241                 cpu_cores = (cpu_procinfo2 & AMDID_CMP_CORES) + 1;
 242                 return;
 243         }
 244
 245         /* Fam 10h and newer should get here. */
 246         for (id = 0; id <= MAX_APIC_ID; id++) {
 247                 /* Check logical CPU availability. */
 248                 if (!cpu_info[id].cpu_present || cpu_info[id].cpu_disabled)
 249                         continue;
 250                 /* Check if logical CPU has the same package ID. */
 251                 if ((id >> core_id_bits) != (boot_cpu_id >> core_id_bits))
 252                         continue;
 253                 cpu_cores++;
 254         }
 255 }
 256
 257 /*
 258  * Round up to the next power of two, if necessary, and then
 259  * take log2.
 260  * Returns -1 if argument is zero.
 261  */
 262 static __inline int
 263 mask_width(u_int x)
 264 {
 265
 266         return (fls(x << (1 - powerof2(x))) - 1);
 267 }
 268
 269 static void
 270 topo_probe_0x4(void)
 271 {
 272         u_int p[4];
 273         int pkg_id_bits;
 274         int core_id_bits;
 275         int max_cores;
 276         int max_logical;
 277         int id;
 278
 279         /* Both zero and one here mean one logical processor per package. */
 280         max_logical = (cpu_feature & CPUID_HTT) != 0 ?
 281             (cpu_procinfo & CPUID_HTT_CORES) >> 16 : 1;
 282         if (max_logical <= 1)
 283                 return;
 284
 285         /*
 286          * Because of uniformity assumption we examine only
 287          * those logical processors that belong to the same
 288          * package as BSP.  Further, we count number of
 289          * logical processors that belong to the same core
 290          * as BSP thus deducing number of threads per core.
 291          */
 292         if (cpu_high >= 0x4) {
 293                 cpuid_count(0x04, 0, p);
 294                 max_cores = ((p[0] >> 26) & 0x3f) + 1;
 295         } else
 296                 max_cores = 1;
 297         core_id_bits = mask_width(max_logical/max_cores);
 298         if (core_id_bits < 0)
 299                 return;
 300         pkg_id_bits = core_id_bits + mask_width(max_cores);
 301
 302         for (id = 0; id <= MAX_APIC_ID; id++) {
 303                 /* Check logical CPU availability. */
 304                 if (!cpu_info[id].cpu_present || cpu_info[id].cpu_disabled)
 305                         continue;
 306                 /* Check if logical CPU has the same package ID. */
 307                 if ((id >> pkg_id_bits) != (boot_cpu_id >> pkg_id_bits))
 308                         continue;
 309                 cpu_cores++;
 310                 /* Check if logical CPU has the same package and core IDs. */
 311                 if ((id >> core_id_bits) == (boot_cpu_id >> core_id_bits))
 312                         cpu_logical++;
 313         }
 314
 315         KASSERT(cpu_cores >= 1 && cpu_logical >= 1,
 316             ("topo_probe_0x4 couldn't find BSP"));
 317
 318         cpu_cores /= cpu_logical;
 319         hyperthreading_cpus = cpu_logical;
 320 }
 321
 322 static void
 323 topo_probe_0xb(void)
 324 {
 325         u_int p[4];
 326         int bits;
 327         int cnt;
 328         int i;
 329         int logical;
 330         int type;
 331         int x;
 332
 333         /* We only support three levels for now. */
 334         for (i = 0; i < 3; i++) {
 335                 cpuid_count(0x0b, i, p);
 336
 337                 /* Fall back if CPU leaf 11 doesn't really exist. */
 338                 if (i == 0 && p[1] == 0) {
 339                         topo_probe_0x4();
 340                         return;
 341                 }
 342
 343                 bits = p[0] & 0x1f;
 344                 logical = p[1] &= 0xffff;
 345                 type = (p[2] >> 8) & 0xff;
 346                 if (type == 0 || logical == 0)
 347                         break;
 348                 /*
 349                  * Because of uniformity assumption we examine only
 350                  * those logical processors that belong to the same
 351                  * package as BSP.
 352                  */
 353                 for (cnt = 0, x = 0; x <= MAX_APIC_ID; x++) {
 354                         if (!cpu_info[x].cpu_present ||
 355                             cpu_info[x].cpu_disabled)
 356                                 continue;
 357                         if (x >> bits == boot_cpu_id >> bits)
 358                                 cnt++;
 359                 }
 360                 if (type == CPUID_TYPE_SMT)
 361                         cpu_logical = cnt;
 362                 else if (type == CPUID_TYPE_CORE)
 363                         cpu_cores = cnt;
 364         }
 365         if (cpu_logical == 0)
 366                 cpu_logical = 1;
 367         cpu_cores /= cpu_logical;
 368 }
 369
 370 /*
 371  * Both topology discovery code and code that consumes topology
 372  * information assume top-down uniformity of the topology.
 373  * That is, all physical packages must be identical and each
 374  * core in a package must have the same number of threads.
 375  * Topology information is queried only on BSP, on which this
 376  * code runs and for which it can query CPUID information.
 377  * Then topology is extrapolated on all packages using the
 378  * uniformity assumption.
 379  */
 380 static void
 381 topo_probe(void)
 382 {
 383         static int cpu_topo_probed = 0;
 384
 385         if (cpu_topo_probed)
 386                 return;
 387
 388         CPU_ZERO(&logical_cpus_mask);
 389         if (mp_ncpus <= 1)
 390                 cpu_cores = cpu_logical = 1;
 391         else if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_AMD)
 392                 topo_probe_amd();
 393         else if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL) {
 394                 /*
 395                  * See Intel(R) 64 Architecture Processor
 396                  * Topology Enumeration article for details.
 397                  *
 398                  * Note that 0x1 <= cpu_high < 4 case should be
 399                  * compatible with topo_probe_0x4() logic when
 400                  * CPUID.1:EBX[23:16] > 0 (cpu_cores will be 1)
 401                  * or it should trigger the fallback otherwise.
 402                  */
 403                 if (cpu_high >= 0xb)
 404                         topo_probe_0xb();
 405                 else if (cpu_high >= 0x1)
 406                         topo_probe_0x4();
 407         }
 408
 409         /*
 410          * Fallback: assume each logical CPU is in separate
 411          * physical package.  That is, no multi-core, no SMT.
 412          */
 413         if (cpu_cores == 0 || cpu_logical == 0)
 414                 cpu_cores = cpu_logical = 1;
 415         cpu_topo_probed = 1;
 416 }
 417
 418 struct cpu_group *
 419 cpu_topo(void)
 420 {
 421         int cg_flags;
 422
 423         /*
 424          * Determine whether any threading flags are
 425          * necessry.
 426          */
 427         topo_probe();
 428         if (cpu_logical > 1 && hyperthreading_cpus)
 429                 cg_flags = CG_FLAG_HTT;
 430         else if (cpu_logical > 1)
 431                 cg_flags = CG_FLAG_SMT;
 432         else
 433                 cg_flags = 0;
 434         if (mp_ncpus % (cpu_cores * cpu_logical) != 0) {
 435                 printf("WARNING: Non-uniform processors.\n");
 436                 printf("WARNING: Using suboptimal topology.\n");
 437                 return (smp_topo_none());
 438         }
 439         /*
 440          * No multi-core or hyper-threaded.
 441          */
 442         if (cpu_logical * cpu_cores == 1)
 443                 return (smp_topo_none());
 444         /*
 445          * Only HTT no multi-core.
 446          */
 447         if (cpu_logical > 1 && cpu_cores == 1)
 448                 return (smp_topo_1level(CG_SHARE_L1, cpu_logical, cg_flags));
 449         /*
 450          * Only multi-core no HTT.
 451          */
 452         if (cpu_cores > 1 && cpu_logical == 1)
 453                 return (smp_topo_1level(CG_SHARE_L2, cpu_cores, cg_flags));
 454         /*
 455          * Both HTT and multi-core.
 456          */
 457         return (smp_topo_2level(CG_SHARE_L2, cpu_cores,
 458             CG_SHARE_L1, cpu_logical, cg_flags));
 459 }
 460
 461
 462 /*
 463  * Calculate usable address in base memory for AP trampoline code.
 464  */
 465 u_int
 466 mp_bootaddress(u_int basemem)
 467 {
 468
 469         boot_address = trunc_page(basemem);     /* round down to 4k boundary */
 470         if ((basemem - boot_address) < bootMP_size)
 471                 boot_address -= PAGE_SIZE;      /* not enough, lower by 4k */
 472
 473         return boot_address;
 474 }
 475
 476 void
 477 cpu_add(u_int apic_id, char boot_cpu)
 478 {
 479
 480         if (apic_id > MAX_APIC_ID) {
 481                 panic("SMP: APIC ID %d too high", apic_id);
 482                 return;
 483         }
 484         KASSERT(cpu_info[apic_id].cpu_present == 0, ("CPU %d added twice",
 485             apic_id));
 486         cpu_info[apic_id].cpu_present = 1;
 487         if (boot_cpu) {
 488                 KASSERT(boot_cpu_id == -1,
 489                     ("CPU %d claims to be BSP, but CPU %d already is", apic_id,
 490                     boot_cpu_id));
 491                 boot_cpu_id = apic_id;
 492                 cpu_info[apic_id].cpu_bsp = 1;
 493         }
 494         if (mp_ncpus < MAXCPU) {
 495                 mp_ncpus++;
 496                 mp_maxid = mp_ncpus - 1;
 497         }
 498         if (bootverbose)
 499                 printf("SMP: Added CPU %d (%s)\n", apic_id, boot_cpu ? "BSP" :
 500                     "AP");
 501 }
 502
 503 void
 504 cpu_mp_setmaxid(void)
 505 {
 506
 507         /*
 508          * mp_maxid should be already set by calls to cpu_add().
 509          * Just sanity check its value here.
 510          */
 511         if (mp_ncpus == 0)
 512                 KASSERT(mp_maxid == 0,
 513                     ("%s: mp_ncpus is zero, but mp_maxid is not", __func__));
 514         else if (mp_ncpus == 1)
 515                 mp_maxid = 0;
 516         else
 517                 KASSERT(mp_maxid >= mp_ncpus - 1,
 518                     ("%s: counters out of sync: max %d, count %d", __func__,
 519                         mp_maxid, mp_ncpus));
 520 }
 521
 522 int
 523 cpu_mp_probe(void)
 524 {
 525
 526         /*
 527          * Always record BSP in CPU map so that the mbuf init code works
 528          * correctly.
 529          */
 530         CPU_SETOF(0, &all_cpus);
 531         if (mp_ncpus == 0) {
 532                 /*
 533                  * No CPUs were found, so this must be a UP system.  Setup
 534                  * the variables to represent a system with a single CPU
 535                  * with an id of 0.
 536                  */
 537                 mp_ncpus = 1;
 538                 return (0);
 539         }
 540
 541         /* At least one CPU was found. */
 542         if (mp_ncpus == 1) {
 543                 /*
 544                  * One CPU was found, so this must be a UP system with
 545                  * an I/O APIC.
 546                  */
 547                 mp_maxid = 0;
 548                 return (0);
 549         }
 550
 551         /* At least two CPUs were found. */
 552         return (1);
 553 }
 554
 555 /*
 556  * Initialize the IPI handlers and start up the AP's.
 557  */
 558 void
 559 cpu_mp_start(void)
 560 {
 561         int i;
 562
 563         /* Initialize the logical ID to APIC ID table. */
 564         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 565                 cpu_apic_ids[i] = -1;
 566                 cpu_ipi_pending[i] = 0;
 567         }
 568
 569         /* Install an inter-CPU IPI for TLB invalidation */
 570         setidt(IPI_INVLTLB, IDTVEC(invltlb),
 571                SDT_SYS386IGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 572         setidt(IPI_INVLPG, IDTVEC(invlpg),
 573                SDT_SYS386IGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 574         setidt(IPI_INVLRNG, IDTVEC(invlrng),
 575                SDT_SYS386IGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 576
 577         /* Install an inter-CPU IPI for cache invalidation. */
 578         setidt(IPI_INVLCACHE, IDTVEC(invlcache),
 579                SDT_SYS386IGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 580
 581         /* Install an inter-CPU IPI for lazy pmap release */
 582         setidt(IPI_LAZYPMAP, IDTVEC(lazypmap),
 583                SDT_SYS386IGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 584
 585         /* Install an inter-CPU IPI for all-CPU rendezvous */
 586         setidt(IPI_RENDEZVOUS, IDTVEC(rendezvous),
 587                SDT_SYS386IGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 588
 589         /* Install generic inter-CPU IPI handler */
 590         setidt(IPI_BITMAP_VECTOR, IDTVEC(ipi_intr_bitmap_handler),
 591                SDT_SYS386IGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 592
 593         /* Install an inter-CPU IPI for CPU stop/restart */
 594         setidt(IPI_STOP, IDTVEC(cpustop),
 595                SDT_SYS386IGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 596
 597         /* Install an inter-CPU IPI for CPU suspend/resume */
 598         setidt(IPI_SUSPEND, IDTVEC(cpususpend),
 599                SDT_SYS386IGT, SEL_KPL, GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
 600
 601         /* Set boot_cpu_id if needed. */
 602         if (boot_cpu_id == -1) {
 603                 boot_cpu_id = PCPU_GET(apic_id);
 604                 cpu_info[boot_cpu_id].cpu_bsp = 1;
 605         } else
 606                 KASSERT(boot_cpu_id == PCPU_GET(apic_id),
 607                     ("BSP's APIC ID doesn't match boot_cpu_id"));
 608
 609         /* Probe logical/physical core configuration. */
 610         topo_probe();
 611
 612         assign_cpu_ids();
 613
 614         /* Start each Application Processor */
 615         start_all_aps();
 616
 617         set_interrupt_apic_ids();
 618 }
 619
 620
 621 /*
 622  * Print various information about the SMP system hardware and setup.
 623  */
 624 void
 625 cpu_mp_announce(void)
 626 {
 627         const char *hyperthread;
 628         int i;
 629
 630         printf("FreeBSD/SMP: %d package(s) x %d core(s)",
 631             mp_ncpus / (cpu_cores * cpu_logical), cpu_cores);
 632         if (hyperthreading_cpus > 1)
 633             printf(" x %d HTT threads", cpu_logical);
 634         else if (cpu_logical > 1)
 635             printf(" x %d SMT threads", cpu_logical);
 636         printf("\n");
 637
 638         /* List active CPUs first. */
 639         printf(" cpu0 (BSP): APIC ID: %2d\n", boot_cpu_id);
 640         for (i = 1; i < mp_ncpus; i++) {
 641                 if (cpu_info[cpu_apic_ids[i]].cpu_hyperthread)
 642                         hyperthread = "/HT";
 643                 else
 644                         hyperthread = "";
 645                 printf(" cpu%d (AP%s): APIC ID: %2d\n", i, hyperthread,
 646                     cpu_apic_ids[i]);
 647         }
 648
 649         /* List disabled CPUs last. */
 650         for (i = 0; i <= MAX_APIC_ID; i++) {
 651                 if (!cpu_info[i].cpu_present || !cpu_info[i].cpu_disabled)
 652                         continue;
 653                 if (cpu_info[i].cpu_hyperthread)
 654                         hyperthread = "/HT";
 655                 else
 656                         hyperthread = "";
 657                 printf("  cpu (AP%s): APIC ID: %2d (disabled)\n", hyperthread,
 658                     i);
 659         }
 660 }
 661
 662 /*
 663  * AP CPU's call this to initialize themselves.
 664  */
 665 void
 666 init_secondary(void)
 667 {
 668         struct pcpu *pc;
 669         vm_offset_t addr;
 670         int     gsel_tss;
 671         int     x, myid;
 672         u_int   cpuid, cr0;
 673
 674         /* bootAP is set in start_ap() to our ID. */
 675         myid = bootAP;
 676
 677         /* Get per-cpu data */
 678         pc = &__pcpu[myid];
 679
 680         /* prime data page for it to use */
 681         pcpu_init(pc, myid, sizeof(struct pcpu));
 682         dpcpu_init(dpcpu, myid);
 683         pc->pc_apic_id = cpu_apic_ids[myid];
 684         pc->pc_prvspace = pc;
 685         pc->pc_curthread = 0;
 686
 687         gdt_segs[GPRIV_SEL].ssd_base = (int) pc;
 688         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (int) &pc->pc_common_tss;
 689
 690         for (x = 0; x < NGDT; x++) {
 691                 ssdtosd(&gdt_segs[x], &gdt[myid * NGDT + x].sd);
 692         }
 693
 694         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(gdt[0]) - 1;
 695         r_gdt.rd_base = (int) &gdt[myid * NGDT];
 696         lgdt(&r_gdt);                   /* does magic intra-segment return */
 697
 698         lidt(&r_idt);
 699
 700         lldt(_default_ldt);
 701         PCPU_SET(currentldt, _default_ldt);
 702
 703         gsel_tss = GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL);
 704         gdt[myid * NGDT + GPROC0_SEL].sd.sd_type = SDT_SYS386TSS;
 705         PCPU_SET(common_tss.tss_esp0, 0); /* not used until after switch */
 706         PCPU_SET(common_tss.tss_ss0, GSEL(GDATA_SEL, SEL_KPL));
 707         PCPU_SET(common_tss.tss_ioopt, (sizeof (struct i386tss)) << 16);
 708         PCPU_SET(tss_gdt, &gdt[myid * NGDT + GPROC0_SEL].sd);
 709         PCPU_SET(common_tssd, *PCPU_GET(tss_gdt));
 710         ltr(gsel_tss);
 711
 712         PCPU_SET(fsgs_gdt, &gdt[myid * NGDT + GUFS_SEL].sd);
 713
 714         /*
 715          * Set to a known state:
 716          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
 717          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
 718          */
 719         cr0 = rcr0();
 720         cr0 &= ~(CR0_CD | CR0_NW | CR0_EM);
 721         load_cr0(cr0);
 722         CHECK_WRITE(0x38, 5);
 723
 724         /* Disable local APIC just to be sure. */
 725         lapic_disable();
 726
 727         /* signal our startup to the BSP. */
 728         mp_naps++;
 729         CHECK_WRITE(0x39, 6);
 730
 731         /* Spin until the BSP releases the AP's. */
 732         while (!aps_ready)
 733                 ia32_pause();
 734
 735         /* BSP may have changed PTD while we were waiting */
 736         invltlb();
 737         for (addr = 0; addr < NKPT * NBPDR - 1; addr += PAGE_SIZE)
 738                 invlpg(addr);
 739
 740 #if defined(I586_CPU) && !defined(NO_F00F_HACK)
 741         lidt(&r_idt);
 742 #endif
 743
 744         /* Initialize the PAT MSR if present. */
 745         pmap_init_pat();
 746
 747         /* set up CPU registers and state */
 748         cpu_setregs();
 749
 750         /* set up SSE/NX */
 751         initializecpu();
 752
 753         /* set up FPU state on the AP */
 754         npxinit(false);
 755
 756         if (cpu_ops.cpu_init)
 757                 cpu_ops.cpu_init();
 758
 759         /* A quick check from sanity claus */
 760         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
 761         if (PCPU_GET(apic_id) != lapic_id()) {
 762                 printf("SMP: cpuid = %d\n", cpuid);
 763                 printf("SMP: actual apic_id = %d\n", lapic_id());
 764                 printf("SMP: correct apic_id = %d\n", PCPU_GET(apic_id));
 765                 panic("cpuid mismatch! boom!!");
 766         }
 767
 768         /* Initialize curthread. */
 769         KASSERT(PCPU_GET(idlethread) != NULL, ("no idle thread"));
 770         PCPU_SET(curthread, PCPU_GET(idlethread));
 771
 772         mca_init();
 773
 774         mtx_lock_spin(&ap_boot_mtx);
 775
 776         /* Init local apic for irq's */
 777         lapic_setup(1);
 778
 779         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
 780         mem_range_AP_init();
 781
 782         smp_cpus++;
 783
 784         CTR1(KTR_SMP, "SMP: AP CPU #%d Launched", cpuid);
 785         printf("SMP: AP CPU #%d Launched!\n", cpuid);
 786
 787         /* Determine if we are a logical CPU. */
 788         /* XXX Calculation depends on cpu_logical being a power of 2, e.g. 2 */
 789         if (cpu_logical > 1 && PCPU_GET(apic_id) % cpu_logical != 0)
 790                 CPU_SET(cpuid, &logical_cpus_mask);
 791
 792         if (bootverbose)
 793                 lapic_dump("AP");
 794
 795         if (smp_cpus == mp_ncpus) {
 796                 /* enable IPI's, tlb shootdown, freezes etc */
 797                 atomic_store_rel_int(&smp_started, 1);
 798         }
 799
 800         mtx_unlock_spin(&ap_boot_mtx);
 801
 802         /* Wait until all the AP's are up. */
 803         while (smp_started == 0)
 804                 ia32_pause();
 805
 806         /* Start per-CPU event timers. */
 807         cpu_initclocks_ap();
 808
 809         /* Enter the scheduler. */
 810         sched_throw(NULL);
 811
 812         panic("scheduler returned us to %s", __func__);
 813         /* NOTREACHED */
 814 }
 815
 816 /*******************************************************************
 817  * local functions and data
 818  */
 819
 820 /*
 821  * We tell the I/O APIC code about all the CPUs we want to receive
 822  * interrupts.  If we don't want certain CPUs to receive IRQs we
 823  * can simply not tell the I/O APIC code about them in this function.
 824  * We also do not tell it about the BSP since it tells itself about
 825  * the BSP internally to work with UP kernels and on UP machines.
 826  */
 827 static void
 828 set_interrupt_apic_ids(void)
 829 {
 830         u_int i, apic_id;
 831
 832         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 833                 apic_id = cpu_apic_ids[i];
 834                 if (apic_id == -1)
 835                         continue;
 836                 if (cpu_info[apic_id].cpu_bsp)
 837                         continue;
 838                 if (cpu_info[apic_id].cpu_disabled)
 839                         continue;
 840
 841                 /* Don't let hyperthreads service interrupts. */
 842                 if (hyperthreading_cpus > 1 &&
 843                     apic_id % hyperthreading_cpus != 0)
 844                         continue;
 845
 846                 intr_add_cpu(i);
 847         }
 848 }
 849
 850 /*
 851  * Assign logical CPU IDs to local APICs.
 852  */
 853 static void
 854 assign_cpu_ids(void)
 855 {
 856         u_int i;
 857
 858         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.hyperthreading_allowed",
 859             &hyperthreading_allowed);
 860
 861         /* Check for explicitly disabled CPUs. */
 862         for (i = 0; i <= MAX_APIC_ID; i++) {
 863                 if (!cpu_info[i].cpu_present || cpu_info[i].cpu_bsp)
 864                         continue;
 865
 866                 if (hyperthreading_cpus > 1 && i % hyperthreading_cpus != 0) {
 867                         cpu_info[i].cpu_hyperthread = 1;
 868
 869                         /*
 870                          * Don't use HT CPU if it has been disabled by a
 871                          * tunable.
 872                          */
 873                         if (hyperthreading_allowed == 0) {
 874                                 cpu_info[i].cpu_disabled = 1;
 875                                 continue;
 876                         }
 877                 }
 878
 879                 /* Don't use this CPU if it has been disabled by a tunable. */
 880                 if (resource_disabled("lapic", i)) {
 881                         cpu_info[i].cpu_disabled = 1;
 882                         continue;
 883                 }
 884         }
 885
 886         if (hyperthreading_allowed == 0 && hyperthreading_cpus > 1) {
 887                 hyperthreading_cpus = 0;
 888                 cpu_logical = 1;
 889         }
 890
 891         /*
 892          * Assign CPU IDs to local APIC IDs and disable any CPUs
 893          * beyond MAXCPU.  CPU 0 is always assigned to the BSP.
 894          *
 895          * To minimize confusion for userland, we attempt to number
 896          * CPUs such that all threads and cores in a package are
 897          * grouped together.  For now we assume that the BSP is always
 898          * the first thread in a package and just start adding APs
 899          * starting with the BSP's APIC ID.
 900          */
 901         mp_ncpus = 1;
 902         cpu_apic_ids[0] = boot_cpu_id;
 903         apic_cpuids[boot_cpu_id] = 0;
 904         for (i = boot_cpu_id + 1; i != boot_cpu_id;
 905              i == MAX_APIC_ID ? i = 0 : i++) {
 906                 if (!cpu_info[i].cpu_present || cpu_info[i].cpu_bsp ||
 907                     cpu_info[i].cpu_disabled)
 908                         continue;
 909
 910                 if (mp_ncpus < MAXCPU) {
 911                         cpu_apic_ids[mp_ncpus] = i;
 912                         apic_cpuids[i] = mp_ncpus;
 913                         mp_ncpus++;
 914                 } else
 915                         cpu_info[i].cpu_disabled = 1;
 916         }
 917         KASSERT(mp_maxid >= mp_ncpus - 1,
 918             ("%s: counters out of sync: max %d, count %d", __func__, mp_maxid,
 919             mp_ncpus));
 920 }
 921
 922 /*
 923  * start each AP in our list
 924  */
 925 /* Lowest 1MB is already mapped: don't touch*/
 926 #define TMPMAP_START 1
 927 static int
 928 start_all_aps(void)
 929 {
 930 #ifndef PC98
 931         u_char mpbiosreason;
 932 #endif
 933         u_int32_t mpbioswarmvec;
 934         int apic_id, cpu, i;
 935
 936         mtx_init(&ap_boot_mtx, "ap boot", NULL, MTX_SPIN);
 937
 938         /* install the AP 1st level boot code */
 939         install_ap_tramp();
 940
 941         /* save the current value of the warm-start vector */
 942         mpbioswarmvec = *((u_int32_t *) WARMBOOT_OFF);
 943 #ifndef PC98
 944         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
 945         mpbiosreason = inb(CMOS_DATA);
 946 #endif
 947
 948         /* set up temporary P==V mapping for AP boot */
 949         /* XXX this is a hack, we should boot the AP on its own stack/PTD */
 950         for (i = TMPMAP_START; i < NKPT; i++)
 951                 PTD[i] = PTD[KPTDI + i];
 952         invltlb();
 953
 954         /* start each AP */
 955         for (cpu = 1; cpu < mp_ncpus; cpu++) {
 956                 apic_id = cpu_apic_ids[cpu];
 957
 958                 /* allocate and set up a boot stack data page */
 959                 bootstacks[cpu] =
 960                     (char *)kmem_malloc(kernel_arena, KSTACK_PAGES * PAGE_SIZE,
 961                     M_WAITOK | M_ZERO);
 962                 dpcpu = (void *)kmem_malloc(kernel_arena, DPCPU_SIZE,
 963                     M_WAITOK | M_ZERO);
 964                 /* setup a vector to our boot code */
 965                 *((volatile u_short *) WARMBOOT_OFF) = WARMBOOT_TARGET;
 966                 *((volatile u_short *) WARMBOOT_SEG) = (boot_address >> 4);
 967 #ifndef PC98
 968                 outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
 969                 outb(CMOS_DATA, BIOS_WARM);     /* 'warm-start' */
 970 #endif
 971
 972                 bootSTK = (char *)bootstacks[cpu] + KSTACK_PAGES * PAGE_SIZE - 4;
 973                 bootAP = cpu;
 974
 975                 /* attempt to start the Application Processor */
 976                 CHECK_INIT(99); /* setup checkpoints */
 977                 if (!start_ap(apic_id)) {
 978                         printf("AP #%d (PHY# %d) failed!\n", cpu, apic_id);
 979                         CHECK_PRINT("trace");   /* show checkpoints */
 980                         /* better panic as the AP may be running loose */
 981                         printf("panic y/n? [y] ");
 982                         if (cngetc() != 'n')
 983                                 panic("bye-bye");
 984                 }
 985                 CHECK_PRINT("trace");           /* show checkpoints */
 986
 987                 CPU_SET(cpu, &all_cpus);        /* record AP in CPU map */
 988         }
 989
 990         /* restore the warmstart vector */
 991         *(u_int32_t *) WARMBOOT_OFF = mpbioswarmvec;
 992
 993 #ifndef PC98
 994         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
 995         outb(CMOS_DATA, mpbiosreason);
 996 #endif
 997
 998         /* Undo V==P hack from above */
 999         for (i = TMPMAP_START; i < NKPT; i++)
1000                 PTD[i] = 0;
1001         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, 0, NKPT * NBPDR - 1);
1002
1003         /* number of APs actually started */
1004         return mp_naps;
1005 }
1006
1007 /*
1008  * load the 1st level AP boot code into base memory.
1009  */
1010
1011 /* targets for relocation */
1012 extern void bigJump(void);
1013 extern void bootCodeSeg(void);
1014 extern void bootDataSeg(void);
1015 extern void MPentry(void);
1016 extern u_int MP_GDT;
1017 extern u_int mp_gdtbase;
1018
1019 static void
1020 install_ap_tramp(void)
1021 {
1022         int     x;
1023         int     size = *(int *) ((u_long) & bootMP_size);
1024         vm_offset_t va = boot_address + KERNBASE;
1025         u_char *src = (u_char *) ((u_long) bootMP);
1026         u_char *dst = (u_char *) va;
1027         u_int   boot_base = (u_int) bootMP;
1028         u_int8_t *dst8;
1029         u_int16_t *dst16;
1030         u_int32_t *dst32;
1031
1032         KASSERT (size <= PAGE_SIZE,
1033             ("'size' do not fit into PAGE_SIZE, as expected."));
1034         pmap_kenter(va, boot_address);
1035         pmap_invalidate_page (kernel_pmap, va);
1036         for (x = 0; x < size; ++x)
1037                 *dst++ = *src++;
1038
1039         /*
1040          * modify addresses in code we just moved to basemem. unfortunately we
1041          * need fairly detailed info about mpboot.s for this to work.  changes
1042          * to mpboot.s might require changes here.
1043          */
1044
1045         /* boot code is located in KERNEL space */
1046         dst = (u_char *) va;
1047
1048         /* modify the lgdt arg */
1049         dst32 = (u_int32_t *) (dst + ((u_int) & mp_gdtbase - boot_base));
1050         *dst32 = boot_address + ((u_int) & MP_GDT - boot_base);
1051
1052         /* modify the ljmp target for MPentry() */
1053         dst32 = (u_int32_t *) (dst + ((u_int) bigJump - boot_base) + 1);
1054         *dst32 = ((u_int) MPentry - KERNBASE);
1055
1056         /* modify the target for boot code segment */
1057         dst16 = (u_int16_t *) (dst + ((u_int) bootCodeSeg - boot_base));
1058         dst8 = (u_int8_t *) (dst16 + 1);
1059         *dst16 = (u_int) boot_address & 0xffff;
1060         *dst8 = ((u_int) boot_address >> 16) & 0xff;
1061
1062         /* modify the target for boot data segment */
1063         dst16 = (u_int16_t *) (dst + ((u_int) bootDataSeg - boot_base));
1064         dst8 = (u_int8_t *) (dst16 + 1);
1065         *dst16 = (u_int) boot_address & 0xffff;
1066         *dst8 = ((u_int) boot_address >> 16) & 0xff;
1067 }
1068
1069 /*
1070  * This function starts the AP (application processor) identified
1071  * by the APIC ID 'physicalCpu'.  It does quite a "song and dance"
1072  * to accomplish this.  This is necessary because of the nuances
1073  * of the different hardware we might encounter.  It isn't pretty,
1074  * but it seems to work.
1075  */
1076 static int
1077 start_ap(int apic_id)
1078 {
1079         int vector, ms;
1080         int cpus;
1081
1082         /* calculate the vector */
1083         vector = (boot_address >> 12) & 0xff;
1084
1085         /* used as a watchpoint to signal AP startup */
1086         cpus = mp_naps;
1087
1088         ipi_startup(apic_id, vector);
1089
1090         /* Wait up to 5 seconds for it to start. */
1091         for (ms = 0; ms < 5000; ms++) {
1092                 if (mp_naps > cpus)
1093                         return 1;       /* return SUCCESS */
1094                 DELAY(1000);
1095         }
1096         return 0;               /* return FAILURE */
1097 }
1098
1099 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1100 u_int xhits_gbl[MAXCPU];
1101 u_int xhits_pg[MAXCPU];
1102 u_int xhits_rng[MAXCPU];
1103 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, xhits, CTLFLAG_RW, 0, "");
1104 SYSCTL_OPAQUE(_debug_xhits, OID_AUTO, global, CTLFLAG_RW, &xhits_gbl,
1105     sizeof(xhits_gbl), "IU", "");
1106 SYSCTL_OPAQUE(_debug_xhits, OID_AUTO, page, CTLFLAG_RW, &xhits_pg,
1107     sizeof(xhits_pg), "IU", "");
1108 SYSCTL_OPAQUE(_debug_xhits, OID_AUTO, range, CTLFLAG_RW, &xhits_rng,
1109     sizeof(xhits_rng), "IU", "");
1110
1111 u_int ipi_global;
1112 u_int ipi_page;
1113 u_int ipi_range;
1114 u_int ipi_range_size;
1115 SYSCTL_INT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_global, CTLFLAG_RW, &ipi_global, 0, "");
1116 SYSCTL_INT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_page, CTLFLAG_RW, &ipi_page, 0, "");
1117 SYSCTL_INT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_range, CTLFLAG_RW, &ipi_range, 0, "");
1118 SYSCTL_INT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_range_size, CTLFLAG_RW, &ipi_range_size,
1119     0, "");
1120
1121 u_int ipi_masked_global;
1122 u_int ipi_masked_page;
1123 u_int ipi_masked_range;
1124 u_int ipi_masked_range_size;
1125 SYSCTL_INT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_masked_global, CTLFLAG_RW,
1126     &ipi_masked_global, 0, "");
1127 SYSCTL_INT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_masked_page, CTLFLAG_RW,
1128     &ipi_masked_page, 0, "");
1129 SYSCTL_INT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_masked_range, CTLFLAG_RW,
1130     &ipi_masked_range, 0, "");
1131 SYSCTL_INT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_masked_range_size, CTLFLAG_RW,
1132     &ipi_masked_range_size, 0, "");
1133 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
1134
1135 /*
1136  * Init and startup IPI.
1137  */
1138 void
1139 ipi_startup(int apic_id, int vector)
1140 {
1141
1142         /*
1143          * This attempts to follow the algorithm described in the
1144          * Intel Multiprocessor Specification v1.4 in section B.4.
1145          * For each IPI, we allow the local APIC ~20us to deliver the
1146          * IPI.  If that times out, we panic.
1147          */
1148
1149         /*
1150          * first we do an INIT IPI: this INIT IPI might be run, resetting
1151          * and running the target CPU. OR this INIT IPI might be latched (P5
1152          * bug), CPU waiting for STARTUP IPI. OR this INIT IPI might be
1153          * ignored.
1154          */
1155         lapic_ipi_raw(APIC_DEST_DESTFLD | APIC_TRIGMOD_LEVEL |
1156             APIC_LEVEL_ASSERT | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_DELMODE_INIT, apic_id);
1157         lapic_ipi_wait(100);
1158
1159         /* Explicitly deassert the INIT IPI. */
1160         lapic_ipi_raw(APIC_DEST_DESTFLD | APIC_TRIGMOD_LEVEL |
1161             APIC_LEVEL_DEASSERT | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_DELMODE_INIT,
1162             apic_id);
1163
1164         DELAY(10000);           /* wait ~10mS */
1165
1166         /*
1167          * next we do a STARTUP IPI: the previous INIT IPI might still be
1168          * latched, (P5 bug) this 1st STARTUP would then terminate
1169          * immediately, and the previously started INIT IPI would continue. OR
1170          * the previous INIT IPI has already run. and this STARTUP IPI will
1171          * run. OR the previous INIT IPI was ignored. and this STARTUP IPI
1172          * will run.
1173          */
1174         lapic_ipi_raw(APIC_DEST_DESTFLD | APIC_TRIGMOD_EDGE |
1175             APIC_LEVEL_ASSERT | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_DELMODE_STARTUP |
1176             vector, apic_id);
1177         if (!lapic_ipi_wait(100))
1178                 panic("Failed to deliver first STARTUP IPI to APIC %d",
1179                     apic_id);
1180         DELAY(200);             /* wait ~200uS */
1181
1182         /*
1183          * finally we do a 2nd STARTUP IPI: this 2nd STARTUP IPI should run IF
1184          * the previous STARTUP IPI was cancelled by a latched INIT IPI. OR
1185          * this STARTUP IPI will be ignored, as only ONE STARTUP IPI is
1186          * recognized after hardware RESET or INIT IPI.
1187          */
1188         lapic_ipi_raw(APIC_DEST_DESTFLD | APIC_TRIGMOD_EDGE |
1189             APIC_LEVEL_ASSERT | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_DELMODE_STARTUP |
1190             vector, apic_id);
1191         if (!lapic_ipi_wait(100))
1192                 panic("Failed to deliver second STARTUP IPI to APIC %d",
1193                     apic_id);
1194
1195         DELAY(200);             /* wait ~200uS */
1196 }
1197
1198 /*
1199  * Send an IPI to specified CPU handling the bitmap logic.
1200  */
1201 static void
1202 ipi_send_cpu(int cpu, u_int ipi)
1203 {
1204         u_int bitmap, old_pending, new_pending;
1205
1206         KASSERT(cpu_apic_ids[cpu] != -1, ("IPI to non-existent CPU %d", cpu));
1207
1208         if (IPI_IS_BITMAPED(ipi)) {
1209                 bitmap = 1 << ipi;
1210                 ipi = IPI_BITMAP_VECTOR;
1211                 do {
1212                         old_pending = cpu_ipi_pending[cpu];
1213                         new_pending = old_pending | bitmap;
1214                 } while  (!atomic_cmpset_int(&cpu_ipi_pending[cpu],
1215                     old_pending, new_pending));
1216                 if (old_pending)
1217                         return;
1218         }
1219         cpu_ops.ipi_vectored(ipi, cpu_apic_ids[cpu]);
1220 }
1221
1222 /*
1223  * Flush the TLB on all other CPU's
1224  */
1225 static void
1226 smp_tlb_shootdown(u_int vector, vm_offset_t addr1, vm_offset_t addr2)
1227 {
1228         u_int ncpu;
1229
1230         ncpu = mp_ncpus - 1;    /* does not shootdown self */
1231         if (ncpu < 1)
1232                 return;         /* no other cpus */
1233         if (!(read_eflags() & PSL_I))
1234                 panic("%s: interrupts disabled", __func__);
1235         mtx_lock_spin(&smp_ipi_mtx);
1236         smp_tlb_addr1 = addr1;
1237         smp_tlb_addr2 = addr2;
1238         atomic_store_rel_int(&smp_tlb_wait, 0);
1239         ipi_all_but_self(vector);
1240         while (smp_tlb_wait < ncpu)
1241                 ia32_pause();
1242         mtx_unlock_spin(&smp_ipi_mtx);
1243 }
1244
1245 static void
1246 smp_targeted_tlb_shootdown(cpuset_t mask, u_int vector, vm_offset_t addr1, vm_offset_t addr2)
1247 {
1248         int cpu, ncpu, othercpus;
1249
1250         othercpus = mp_ncpus - 1;
1251         if (CPU_ISFULLSET(&mask)) {
1252                 if (othercpus < 1)
1253                         return;
1254         } else {
1255                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &mask);
1256                 if (CPU_EMPTY(&mask))
1257                         return;
1258         }
1259         if (!(read_eflags() & PSL_I))
1260                 panic("%s: interrupts disabled", __func__);
1261         mtx_lock_spin(&smp_ipi_mtx);
1262         smp_tlb_addr1 = addr1;
1263         smp_tlb_addr2 = addr2;
1264         atomic_store_rel_int(&smp_tlb_wait, 0);
1265         if (CPU_ISFULLSET(&mask)) {
1266                 ncpu = othercpus;
1267                 ipi_all_but_self(vector);
1268         } else {
1269                 ncpu = 0;
1270                 while ((cpu = CPU_FFS(&mask)) != 0) {
1271                         cpu--;
1272                         CPU_CLR(cpu, &mask);
1273                         CTR3(KTR_SMP, "%s: cpu: %d ipi: %x", __func__, cpu,
1274                             vector);
1275                         ipi_send_cpu(cpu, vector);
1276                         ncpu++;
1277                 }
1278         }
1279         while (smp_tlb_wait < ncpu)
1280                 ia32_pause();
1281         mtx_unlock_spin(&smp_ipi_mtx);
1282 }
1283
1284 void
1285 smp_cache_flush(void)
1286 {
1287
1288         if (smp_started)
1289                 smp_tlb_shootdown(IPI_INVLCACHE, 0, 0);
1290 }
1291
1292 void
1293 smp_invltlb(void)
1294 {
1295
1296         if (smp_started) {
1297                 smp_tlb_shootdown(IPI_INVLTLB, 0, 0);
1298 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1299                 ipi_global++;
1300 #endif
1301         }
1302 }
1303
1304 void
1305 smp_invlpg(vm_offset_t addr)
1306 {
1307
1308         if (smp_started) {
1309                 smp_tlb_shootdown(IPI_INVLPG, addr, 0);
1310 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1311                 ipi_page++;
1312 #endif
1313         }
1314 }
1315
1316 void
1317 smp_invlpg_range(vm_offset_t addr1, vm_offset_t addr2)
1318 {
1319
1320         if (smp_started) {
1321                 smp_tlb_shootdown(IPI_INVLRNG, addr1, addr2);
1322 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1323                 ipi_range++;
1324                 ipi_range_size += (addr2 - addr1) / PAGE_SIZE;
1325 #endif
1326         }
1327 }
1328
1329 void
1330 smp_masked_invltlb(cpuset_t mask)
1331 {
1332
1333         if (smp_started) {
1334                 smp_targeted_tlb_shootdown(mask, IPI_INVLTLB, 0, 0);
1335 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1336                 ipi_masked_global++;
1337 #endif
1338         }
1339 }
1340
1341 void
1342 smp_masked_invlpg(cpuset_t mask, vm_offset_t addr)
1343 {
1344
1345         if (smp_started) {
1346                 smp_targeted_tlb_shootdown(mask, IPI_INVLPG, addr, 0);
1347 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1348                 ipi_masked_page++;
1349 #endif
1350         }
1351 }
1352
1353 void
1354 smp_masked_invlpg_range(cpuset_t mask, vm_offset_t addr1, vm_offset_t addr2)
1355 {
1356
1357         if (smp_started) {
1358                 smp_targeted_tlb_shootdown(mask, IPI_INVLRNG, addr1, addr2);
1359 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1360                 ipi_masked_range++;
1361                 ipi_masked_range_size += (addr2 - addr1) / PAGE_SIZE;
1362 #endif
1363         }
1364 }
1365
1366 void
1367 ipi_bitmap_handler(struct trapframe frame)
1368 {
1369         struct trapframe *oldframe;
1370         struct thread *td;
1371         int cpu = PCPU_GET(cpuid);
1372         u_int ipi_bitmap;
1373
1374         critical_enter();
1375         td = curthread;
1376         td->td_intr_nesting_level++;
1377         oldframe = td->td_intr_frame;
1378         td->td_intr_frame = &frame;
1379         ipi_bitmap = atomic_readandclear_int(&cpu_ipi_pending[cpu]);
1380         if (ipi_bitmap & (1 << IPI_PREEMPT)) {
1381 #ifdef COUNT_IPIS
1382                 (*ipi_preempt_counts[cpu])++;
1383 #endif
1384                 sched_preempt(td);
1385         }
1386         if (ipi_bitmap & (1 << IPI_AST)) {
1387 #ifdef COUNT_IPIS
1388                 (*ipi_ast_counts[cpu])++;
1389 #endif
1390                 /* Nothing to do for AST */
1391         }
1392         if (ipi_bitmap & (1 << IPI_HARDCLOCK)) {
1393 #ifdef COUNT_IPIS
1394                 (*ipi_hardclock_counts[cpu])++;
1395 #endif
1396                 hardclockintr();
1397         }
1398         td->td_intr_frame = oldframe;
1399         td->td_intr_nesting_level--;
1400         critical_exit();
1401 }
1402
1403 /*
1404  * send an IPI to a set of cpus.
1405  */
1406 void
1407 ipi_selected(cpuset_t cpus, u_int ipi)
1408 {
1409         int cpu;
1410
1411         /*
1412          * IPI_STOP_HARD maps to a NMI and the trap handler needs a bit
1413          * of help in order to understand what is the source.
1414          * Set the mask of receiving CPUs for this purpose.
1415          */
1416         if (ipi == IPI_STOP_HARD)
1417                 CPU_OR_ATOMIC(&ipi_nmi_pending, &cpus);
1418
1419         while ((cpu = CPU_FFS(&cpus)) != 0) {
1420                 cpu--;
1421                 CPU_CLR(cpu, &cpus);
1422                 CTR3(KTR_SMP, "%s: cpu: %d ipi: %x", __func__, cpu, ipi);
1423                 ipi_send_cpu(cpu, ipi);
1424         }
1425 }
1426
1427 /*
1428  * send an IPI to a specific CPU.
1429  */
1430 void
1431 ipi_cpu(int cpu, u_int ipi)
1432 {
1433
1434         /*
1435          * IPI_STOP_HARD maps to a NMI and the trap handler needs a bit
1436          * of help in order to understand what is the source.
1437          * Set the mask of receiving CPUs for this purpose.
1438          */
1439         if (ipi == IPI_STOP_HARD)
1440                 CPU_SET_ATOMIC(cpu, &ipi_nmi_pending);
1441
1442         CTR3(KTR_SMP, "%s: cpu: %d ipi: %x", __func__, cpu, ipi);
1443         ipi_send_cpu(cpu, ipi);
1444 }
1445
1446 /*
1447  * send an IPI to all CPUs EXCEPT myself
1448  */
1449 void
1450 ipi_all_but_self(u_int ipi)
1451 {
1452         cpuset_t other_cpus;
1453
1454         other_cpus = all_cpus;
1455         CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
1456         if (IPI_IS_BITMAPED(ipi)) {
1457                 ipi_selected(other_cpus, ipi);
1458                 return;
1459         }
1460
1461         /*
1462          * IPI_STOP_HARD maps to a NMI and the trap handler needs a bit
1463          * of help in order to understand what is the source.
1464          * Set the mask of receiving CPUs for this purpose.
1465          */
1466         if (ipi == IPI_STOP_HARD)
1467                 CPU_OR_ATOMIC(&ipi_nmi_pending, &other_cpus);
1468
1469         CTR2(KTR_SMP, "%s: ipi: %x", __func__, ipi);
1470         cpu_ops.ipi_vectored(ipi, APIC_IPI_DEST_OTHERS);
1471 }
1472
1473 int
1474 ipi_nmi_handler()
1475 {
1476         u_int cpuid;
1477
1478         /*
1479          * As long as there is not a simple way to know about a NMI's
1480          * source, if the bitmask for the current CPU is present in
1481          * the global pending bitword an IPI_STOP_HARD has been issued
1482          * and should be handled.
1483          */
1484         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1485         if (!CPU_ISSET(cpuid, &ipi_nmi_pending))
1486                 return (1);
1487
1488         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &ipi_nmi_pending);
1489         cpustop_handler();
1490         return (0);
1491 }
1492
1493 /*
1494  * Handle an IPI_STOP by saving our current context and spinning until we
1495  * are resumed.
1496  */
1497 void
1498 cpustop_handler(void)
1499 {
1500         u_int cpu;
1501
1502         cpu = PCPU_GET(cpuid);
1503
1504         savectx(&stoppcbs[cpu]);
1505
1506         /* Indicate that we are stopped */
1507         CPU_SET_ATOMIC(cpu, &stopped_cpus);
1508
1509         /* Wait for restart */
1510         while (!CPU_ISSET(cpu, &started_cpus))
1511             ia32_pause();
1512
1513         CPU_CLR_ATOMIC(cpu, &started_cpus);
1514         CPU_CLR_ATOMIC(cpu, &stopped_cpus);
1515
1516         if (cpu == 0 && cpustop_restartfunc != NULL) {
1517                 cpustop_restartfunc();
1518                 cpustop_restartfunc = NULL;
1519         }
1520 }
1521
1522 /*
1523  * Handle an IPI_SUSPEND by saving our current context and spinning until we
1524  * are resumed.
1525  */
1526 void
1527 cpususpend_handler(void)
1528 {
1529         u_int cpu;
1530
1531         mtx_assert(&smp_ipi_mtx, MA_NOTOWNED);
1532
1533         cpu = PCPU_GET(cpuid);
1534         if (savectx(&susppcbs[cpu]->sp_pcb)) {
1535                 npxsuspend(susppcbs[cpu]->sp_fpususpend);
1536                 wbinvd();
1537                 CPU_SET_ATOMIC(cpu, &suspended_cpus);
1538         } else {
1539                 npxresume(susppcbs[cpu]->sp_fpususpend);
1540                 pmap_init_pat();
1541                 initializecpu();
1542                 PCPU_SET(switchtime, 0);
1543                 PCPU_SET(switchticks, ticks);
1544
1545                 /* Indicate that we are resumed */
1546                 CPU_CLR_ATOMIC(cpu, &suspended_cpus);
1547         }
1548
1549         /* Wait for resume */
1550         while (!CPU_ISSET(cpu, &started_cpus))
1551                 ia32_pause();
1552
1553         if (cpu_ops.cpu_resume)
1554                 cpu_ops.cpu_resume();
1555
1556         /* Resume MCA and local APIC */
1557         mca_resume();
1558         lapic_setup(0);
1559
1560         /* Indicate that we are resumed */
1561         CPU_CLR_ATOMIC(cpu, &suspended_cpus);
1562         CPU_CLR_ATOMIC(cpu, &started_cpus);
1563 }
1564
1565 /*
1566  * Handlers for TLB related IPIs
1567  */
1568 void
1569 invltlb_handler(void)
1570 {
1571         uint64_t cr3;
1572 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1573         xhits_gbl[PCPU_GET(cpuid)]++;
1574 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
1575 #ifdef COUNT_IPIS
1576         (*ipi_invltlb_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
1577 #endif /* COUNT_IPIS */
1578
1579         cr3 = rcr3();
1580         load_cr3(cr3);
1581         atomic_add_int(&smp_tlb_wait, 1);
1582 }
1583
1584 void
1585 invlpg_handler(void)
1586 {
1587 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1588         xhits_pg[PCPU_GET(cpuid)]++;
1589 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
1590 #ifdef COUNT_IPIS
1591         (*ipi_invlpg_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
1592 #endif /* COUNT_IPIS */
1593
1594         invlpg(smp_tlb_addr1);
1595
1596         atomic_add_int(&smp_tlb_wait, 1);
1597 }
1598
1599 void
1600 invlrng_handler(void)
1601 {
1602         vm_offset_t addr;
1603 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1604         xhits_rng[PCPU_GET(cpuid)]++;
1605 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
1606 #ifdef COUNT_IPIS
1607         (*ipi_invlrng_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
1608 #endif /* COUNT_IPIS */
1609
1610         addr = smp_tlb_addr1;
1611         do {
1612                 invlpg(addr);
1613                 addr += PAGE_SIZE;
1614         } while (addr < smp_tlb_addr2);
1615
1616         atomic_add_int(&smp_tlb_wait, 1);
1617 }
1618
1619 void
1620 invlcache_handler(void)
1621 {
1622 #ifdef COUNT_IPIS
1623         (*ipi_invlcache_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
1624 #endif /* COUNT_IPIS */
1625
1626         wbinvd();
1627         atomic_add_int(&smp_tlb_wait, 1);
1628 }
1629
1630 /*
1631  * This is called once the rest of the system is up and running and we're
1632  * ready to let the AP's out of the pen.
1633  */
1634 static void
1635 release_aps(void *dummy __unused)
1636 {
1637
1638         if (mp_ncpus == 1)
1639                 return;
1640         atomic_store_rel_int(&aps_ready, 1);
1641         while (smp_started == 0)
1642                 ia32_pause();
1643 }
1644 SYSINIT(start_aps, SI_SUB_SMP, SI_ORDER_FIRST, release_aps, NULL);
1645
1646 #ifdef COUNT_IPIS
1647 /*
1648  * Setup interrupt counters for IPI handlers.
1649  */
1650 static void
1651 mp_ipi_intrcnt(void *dummy)
1652 {
1653         char buf[64];
1654         int i;
1655
1656         CPU_FOREACH(i) {
1657                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:invltlb", i);
1658                 intrcnt_add(buf, &ipi_invltlb_counts[i]);
1659                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:invlrng", i);
1660                 intrcnt_add(buf, &ipi_invlrng_counts[i]);
1661                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:invlpg", i);
1662                 intrcnt_add(buf, &ipi_invlpg_counts[i]);
1663                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:invlcache", i);
1664                 intrcnt_add(buf, &ipi_invlcache_counts[i]);
1665                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:preempt", i);
1666                 intrcnt_add(buf, &ipi_preempt_counts[i]);
1667                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:ast", i);
1668                 intrcnt_add(buf, &ipi_ast_counts[i]);
1669                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:rendezvous", i);
1670                 intrcnt_add(buf, &ipi_rendezvous_counts[i]);
1671                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:lazypmap", i);
1672                 intrcnt_add(buf, &ipi_lazypmap_counts[i]);
1673                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:hardclock", i);
1674                 intrcnt_add(buf, &ipi_hardclock_counts[i]);
1675         }
1676 }
1677 SYSINIT(mp_ipi_intrcnt, SI_SUB_INTR, SI_ORDER_MIDDLE, mp_ipi_intrcnt, NULL);
1678 #endif