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         intel_fix_cpuid();
 688
 689         gdt_segs[GPRIV_SEL].ssd_base = (int) pc;
 690         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (int) &pc->pc_common_tss;
 691
 692         for (x = 0; x < NGDT; x++) {
 693                 ssdtosd(&gdt_segs[x], &gdt[myid * NGDT + x].sd);
 694         }
 695
 696         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(gdt[0]) - 1;
 697         r_gdt.rd_base = (int) &gdt[myid * NGDT];
 698         lgdt(&r_gdt);                   /* does magic intra-segment return */
 699
 700         lidt(&r_idt);
 701
 702         lldt(_default_ldt);
 703         PCPU_SET(currentldt, _default_ldt);
 704
 705         gsel_tss = GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL);
 706         gdt[myid * NGDT + GPROC0_SEL].sd.sd_type = SDT_SYS386TSS;
 707         PCPU_SET(common_tss.tss_esp0, 0); /* not used until after switch */
 708         PCPU_SET(common_tss.tss_ss0, GSEL(GDATA_SEL, SEL_KPL));
 709         PCPU_SET(common_tss.tss_ioopt, (sizeof (struct i386tss)) << 16);
 710         PCPU_SET(tss_gdt, &gdt[myid * NGDT + GPROC0_SEL].sd);
 711         PCPU_SET(common_tssd, *PCPU_GET(tss_gdt));
 712         ltr(gsel_tss);
 713
 714         PCPU_SET(fsgs_gdt, &gdt[myid * NGDT + GUFS_SEL].sd);
 715
 716         /*
 717          * Set to a known state:
 718          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
 719          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
 720          */
 721         cr0 = rcr0();
 722         cr0 &= ~(CR0_CD | CR0_NW | CR0_EM);
 723         load_cr0(cr0);
 724         CHECK_WRITE(0x38, 5);
 725
 726         /* Disable local APIC just to be sure. */
 727         lapic_disable();
 728
 729         /* signal our startup to the BSP. */
 730         mp_naps++;
 731         CHECK_WRITE(0x39, 6);
 732
 733         /* Spin until the BSP releases the AP's. */
 734         while (!aps_ready)
 735                 ia32_pause();
 736
 737         /* BSP may have changed PTD while we were waiting */
 738         invltlb();
 739         for (addr = 0; addr < NKPT * NBPDR - 1; addr += PAGE_SIZE)
 740                 invlpg(addr);
 741
 742 #if defined(I586_CPU) && !defined(NO_F00F_HACK)
 743         lidt(&r_idt);
 744 #endif
 745
 746         /* Initialize the PAT MSR if present. */
 747         pmap_init_pat();
 748
 749         /* set up CPU registers and state */
 750         cpu_setregs();
 751
 752         /* set up SSE/NX */
 753         initializecpu();
 754
 755         /* set up FPU state on the AP */
 756         npxinit(false);
 757
 758         if (cpu_ops.cpu_init)
 759                 cpu_ops.cpu_init();
 760
 761         /* A quick check from sanity claus */
 762         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
 763         if (PCPU_GET(apic_id) != lapic_id()) {
 764                 printf("SMP: cpuid = %d\n", cpuid);
 765                 printf("SMP: actual apic_id = %d\n", lapic_id());
 766                 printf("SMP: correct apic_id = %d\n", PCPU_GET(apic_id));
 767                 panic("cpuid mismatch! boom!!");
 768         }
 769
 770         /* Initialize curthread. */
 771         KASSERT(PCPU_GET(idlethread) != NULL, ("no idle thread"));
 772         PCPU_SET(curthread, PCPU_GET(idlethread));
 773
 774         mca_init();
 775
 776         mtx_lock_spin(&ap_boot_mtx);
 777
 778         /* Init local apic for irq's */
 779         lapic_setup(1);
 780
 781         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
 782         mem_range_AP_init();
 783
 784         smp_cpus++;
 785
 786         CTR1(KTR_SMP, "SMP: AP CPU #%d Launched", cpuid);
 787         printf("SMP: AP CPU #%d Launched!\n", cpuid);
 788
 789         /* Determine if we are a logical CPU. */
 790         /* XXX Calculation depends on cpu_logical being a power of 2, e.g. 2 */
 791         if (cpu_logical > 1 && PCPU_GET(apic_id) % cpu_logical != 0)
 792                 CPU_SET(cpuid, &logical_cpus_mask);
 793
 794         if (bootverbose)
 795                 lapic_dump("AP");
 796
 797         if (smp_cpus == mp_ncpus) {
 798                 /* enable IPI's, tlb shootdown, freezes etc */
 799                 atomic_store_rel_int(&smp_started, 1);
 800         }
 801
 802         mtx_unlock_spin(&ap_boot_mtx);
 803
 804         /* Wait until all the AP's are up. */
 805         while (smp_started == 0)
 806                 ia32_pause();
 807
 808         /* Start per-CPU event timers. */
 809         cpu_initclocks_ap();
 810
 811         /* Enter the scheduler. */
 812         sched_throw(NULL);
 813
 814         panic("scheduler returned us to %s", __func__);
 815         /* NOTREACHED */
 816 }
 817
 818 /*******************************************************************
 819  * local functions and data
 820  */
 821
 822 /*
 823  * We tell the I/O APIC code about all the CPUs we want to receive
 824  * interrupts.  If we don't want certain CPUs to receive IRQs we
 825  * can simply not tell the I/O APIC code about them in this function.
 826  * We also do not tell it about the BSP since it tells itself about
 827  * the BSP internally to work with UP kernels and on UP machines.
 828  */
 829 static void
 830 set_interrupt_apic_ids(void)
 831 {
 832         u_int i, apic_id;
 833
 834         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 835                 apic_id = cpu_apic_ids[i];
 836                 if (apic_id == -1)
 837                         continue;
 838                 if (cpu_info[apic_id].cpu_bsp)
 839                         continue;
 840                 if (cpu_info[apic_id].cpu_disabled)
 841                         continue;
 842
 843                 /* Don't let hyperthreads service interrupts. */
 844                 if (hyperthreading_cpus > 1 &&
 845                     apic_id % hyperthreading_cpus != 0)
 846                         continue;
 847
 848                 intr_add_cpu(i);
 849         }
 850 }
 851
 852 /*
 853  * Assign logical CPU IDs to local APICs.
 854  */
 855 static void
 856 assign_cpu_ids(void)
 857 {
 858         u_int i;
 859
 860         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.hyperthreading_allowed",
 861             &hyperthreading_allowed);
 862
 863         /* Check for explicitly disabled CPUs. */
 864         for (i = 0; i <= MAX_APIC_ID; i++) {
 865                 if (!cpu_info[i].cpu_present || cpu_info[i].cpu_bsp)
 866                         continue;
 867
 868                 if (hyperthreading_cpus > 1 && i % hyperthreading_cpus != 0) {
 869                         cpu_info[i].cpu_hyperthread = 1;
 870
 871                         /*
 872                          * Don't use HT CPU if it has been disabled by a
 873                          * tunable.
 874                          */
 875                         if (hyperthreading_allowed == 0) {
 876                                 cpu_info[i].cpu_disabled = 1;
 877                                 continue;
 878                         }
 879                 }
 880
 881                 /* Don't use this CPU if it has been disabled by a tunable. */
 882                 if (resource_disabled("lapic", i)) {
 883                         cpu_info[i].cpu_disabled = 1;
 884                         continue;
 885                 }
 886         }
 887
 888         if (hyperthreading_allowed == 0 && hyperthreading_cpus > 1) {
 889                 hyperthreading_cpus = 0;
 890                 cpu_logical = 1;
 891         }
 892
 893         /*
 894          * Assign CPU IDs to local APIC IDs and disable any CPUs
 895          * beyond MAXCPU.  CPU 0 is always assigned to the BSP.
 896          *
 897          * To minimize confusion for userland, we attempt to number
 898          * CPUs such that all threads and cores in a package are
 899          * grouped together.  For now we assume that the BSP is always
 900          * the first thread in a package and just start adding APs
 901          * starting with the BSP's APIC ID.
 902          */
 903         mp_ncpus = 1;
 904         cpu_apic_ids[0] = boot_cpu_id;
 905         apic_cpuids[boot_cpu_id] = 0;
 906         for (i = boot_cpu_id + 1; i != boot_cpu_id;
 907              i == MAX_APIC_ID ? i = 0 : i++) {
 908                 if (!cpu_info[i].cpu_present || cpu_info[i].cpu_bsp ||
 909                     cpu_info[i].cpu_disabled)
 910                         continue;
 911
 912                 if (mp_ncpus < MAXCPU) {
 913                         cpu_apic_ids[mp_ncpus] = i;
 914                         apic_cpuids[i] = mp_ncpus;
 915                         mp_ncpus++;
 916                 } else
 917                         cpu_info[i].cpu_disabled = 1;
 918         }
 919         KASSERT(mp_maxid >= mp_ncpus - 1,
 920             ("%s: counters out of sync: max %d, count %d", __func__, mp_maxid,
 921             mp_ncpus));
 922 }
 923
 924 /*
 925  * start each AP in our list
 926  */
 927 /* Lowest 1MB is already mapped: don't touch*/
 928 #define TMPMAP_START 1
 929 static int
 930 start_all_aps(void)
 931 {
 932 #ifndef PC98
 933         u_char mpbiosreason;
 934 #endif
 935         u_int32_t mpbioswarmvec;
 936         int apic_id, cpu, i;
 937
 938         mtx_init(&ap_boot_mtx, "ap boot", NULL, MTX_SPIN);
 939
 940         /* install the AP 1st level boot code */
 941         install_ap_tramp();
 942
 943         /* save the current value of the warm-start vector */
 944         mpbioswarmvec = *((u_int32_t *) WARMBOOT_OFF);
 945 #ifndef PC98
 946         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
 947         mpbiosreason = inb(CMOS_DATA);
 948 #endif
 949
 950         /* set up temporary P==V mapping for AP boot */
 951         /* XXX this is a hack, we should boot the AP on its own stack/PTD */
 952         for (i = TMPMAP_START; i < NKPT; i++)
 953                 PTD[i] = PTD[KPTDI + i];
 954         invltlb();
 955
 956         /* start each AP */
 957         for (cpu = 1; cpu < mp_ncpus; cpu++) {
 958                 apic_id = cpu_apic_ids[cpu];
 959
 960                 /* allocate and set up a boot stack data page */
 961                 bootstacks[cpu] =
 962                     (char *)kmem_malloc(kernel_arena, KSTACK_PAGES * PAGE_SIZE,
 963                     M_WAITOK | M_ZERO);
 964                 dpcpu = (void *)kmem_malloc(kernel_arena, DPCPU_SIZE,
 965                     M_WAITOK | M_ZERO);
 966                 /* setup a vector to our boot code */
 967                 *((volatile u_short *) WARMBOOT_OFF) = WARMBOOT_TARGET;
 968                 *((volatile u_short *) WARMBOOT_SEG) = (boot_address >> 4);
 969 #ifndef PC98
 970                 outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
 971                 outb(CMOS_DATA, BIOS_WARM);     /* 'warm-start' */
 972 #endif
 973
 974                 bootSTK = (char *)bootstacks[cpu] + KSTACK_PAGES * PAGE_SIZE - 4;
 975                 bootAP = cpu;
 976
 977                 /* attempt to start the Application Processor */
 978                 CHECK_INIT(99); /* setup checkpoints */
 979                 if (!start_ap(apic_id)) {
 980                         printf("AP #%d (PHY# %d) failed!\n", cpu, apic_id);
 981                         CHECK_PRINT("trace");   /* show checkpoints */
 982                         /* better panic as the AP may be running loose */
 983                         printf("panic y/n? [y] ");
 984                         if (cngetc() != 'n')
 985                                 panic("bye-bye");
 986                 }
 987                 CHECK_PRINT("trace");           /* show checkpoints */
 988
 989                 CPU_SET(cpu, &all_cpus);        /* record AP in CPU map */
 990         }
 991
 992         /* restore the warmstart vector */
 993         *(u_int32_t *) WARMBOOT_OFF = mpbioswarmvec;
 994
 995 #ifndef PC98
 996         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
 997         outb(CMOS_DATA, mpbiosreason);
 998 #endif
 999
1000         /* Undo V==P hack from above */
1001         for (i = TMPMAP_START; i < NKPT; i++)
1002                 PTD[i] = 0;
1003         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, 0, NKPT * NBPDR - 1);
1004
1005         /* number of APs actually started */
1006         return mp_naps;
1007 }
1008
1009 /*
1010  * load the 1st level AP boot code into base memory.
1011  */
1012
1013 /* targets for relocation */
1014 extern void bigJump(void);
1015 extern void bootCodeSeg(void);
1016 extern void bootDataSeg(void);
1017 extern void MPentry(void);
1018 extern u_int MP_GDT;
1019 extern u_int mp_gdtbase;
1020
1021 static void
1022 install_ap_tramp(void)
1023 {
1024         int     x;
1025         int     size = *(int *) ((u_long) & bootMP_size);
1026         vm_offset_t va = boot_address + KERNBASE;
1027         u_char *src = (u_char *) ((u_long) bootMP);
1028         u_char *dst = (u_char *) va;
1029         u_int   boot_base = (u_int) bootMP;
1030         u_int8_t *dst8;
1031         u_int16_t *dst16;
1032         u_int32_t *dst32;
1033
1034         KASSERT (size <= PAGE_SIZE,
1035             ("'size' do not fit into PAGE_SIZE, as expected."));
1036         pmap_kenter(va, boot_address);
1037         pmap_invalidate_page (kernel_pmap, va);
1038         for (x = 0; x < size; ++x)
1039                 *dst++ = *src++;
1040
1041         /*
1042          * modify addresses in code we just moved to basemem. unfortunately we
1043          * need fairly detailed info about mpboot.s for this to work.  changes
1044          * to mpboot.s might require changes here.
1045          */
1046
1047         /* boot code is located in KERNEL space */
1048         dst = (u_char *) va;
1049
1050         /* modify the lgdt arg */
1051         dst32 = (u_int32_t *) (dst + ((u_int) & mp_gdtbase - boot_base));
1052         *dst32 = boot_address + ((u_int) & MP_GDT - boot_base);
1053
1054         /* modify the ljmp target for MPentry() */
1055         dst32 = (u_int32_t *) (dst + ((u_int) bigJump - boot_base) + 1);
1056         *dst32 = ((u_int) MPentry - KERNBASE);
1057
1058         /* modify the target for boot code segment */
1059         dst16 = (u_int16_t *) (dst + ((u_int) bootCodeSeg - boot_base));
1060         dst8 = (u_int8_t *) (dst16 + 1);
1061         *dst16 = (u_int) boot_address & 0xffff;
1062         *dst8 = ((u_int) boot_address >> 16) & 0xff;
1063
1064         /* modify the target for boot data segment */
1065         dst16 = (u_int16_t *) (dst + ((u_int) bootDataSeg - boot_base));
1066         dst8 = (u_int8_t *) (dst16 + 1);
1067         *dst16 = (u_int) boot_address & 0xffff;
1068         *dst8 = ((u_int) boot_address >> 16) & 0xff;
1069 }
1070
1071 /*
1072  * This function starts the AP (application processor) identified
1073  * by the APIC ID 'physicalCpu'.  It does quite a "song and dance"
1074  * to accomplish this.  This is necessary because of the nuances
1075  * of the different hardware we might encounter.  It isn't pretty,
1076  * but it seems to work.
1077  */
1078 static int
1079 start_ap(int apic_id)
1080 {
1081         int vector, ms;
1082         int cpus;
1083
1084         /* calculate the vector */
1085         vector = (boot_address >> 12) & 0xff;
1086
1087         /* used as a watchpoint to signal AP startup */
1088         cpus = mp_naps;
1089
1090         ipi_startup(apic_id, vector);
1091
1092         /* Wait up to 5 seconds for it to start. */
1093         for (ms = 0; ms < 5000; ms++) {
1094                 if (mp_naps > cpus)
1095                         return 1;       /* return SUCCESS */
1096                 DELAY(1000);
1097         }
1098         return 0;               /* return FAILURE */
1099 }
1100
1101 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1102 u_int xhits_gbl[MAXCPU];
1103 u_int xhits_pg[MAXCPU];
1104 u_int xhits_rng[MAXCPU];
1105 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, xhits, CTLFLAG_RW, 0, "");
1106 SYSCTL_OPAQUE(_debug_xhits, OID_AUTO, global, CTLFLAG_RW, &xhits_gbl,
1107     sizeof(xhits_gbl), "IU", "");
1108 SYSCTL_OPAQUE(_debug_xhits, OID_AUTO, page, CTLFLAG_RW, &xhits_pg,
1109     sizeof(xhits_pg), "IU", "");
1110 SYSCTL_OPAQUE(_debug_xhits, OID_AUTO, range, CTLFLAG_RW, &xhits_rng,
1111     sizeof(xhits_rng), "IU", "");
1112
1113 u_int ipi_global;
1114 u_int ipi_page;
1115 u_int ipi_range;
1116 u_int ipi_range_size;
1117 SYSCTL_INT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_global, CTLFLAG_RW, &ipi_global, 0, "");
1118 SYSCTL_INT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_page, CTLFLAG_RW, &ipi_page, 0, "");
1119 SYSCTL_INT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_range, CTLFLAG_RW, &ipi_range, 0, "");
1120 SYSCTL_INT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_range_size, CTLFLAG_RW, &ipi_range_size,
1121     0, "");
1122
1123 u_int ipi_masked_global;
1124 u_int ipi_masked_page;
1125 u_int ipi_masked_range;
1126 u_int ipi_masked_range_size;
1127 SYSCTL_INT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_masked_global, CTLFLAG_RW,
1128     &ipi_masked_global, 0, "");
1129 SYSCTL_INT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_masked_page, CTLFLAG_RW,
1130     &ipi_masked_page, 0, "");
1131 SYSCTL_INT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_masked_range, CTLFLAG_RW,
1132     &ipi_masked_range, 0, "");
1133 SYSCTL_INT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_masked_range_size, CTLFLAG_RW,
1134     &ipi_masked_range_size, 0, "");
1135 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
1136
1137 /*
1138  * Init and startup IPI.
1139  */
1140 void
1141 ipi_startup(int apic_id, int vector)
1142 {
1143
1144         /*
1145          * This attempts to follow the algorithm described in the
1146          * Intel Multiprocessor Specification v1.4 in section B.4.
1147          * For each IPI, we allow the local APIC ~20us to deliver the
1148          * IPI.  If that times out, we panic.
1149          */
1150
1151         /*
1152          * first we do an INIT IPI: this INIT IPI might be run, resetting
1153          * and running the target CPU. OR this INIT IPI might be latched (P5
1154          * bug), CPU waiting for STARTUP IPI. OR this INIT IPI might be
1155          * ignored.
1156          */
1157         lapic_ipi_raw(APIC_DEST_DESTFLD | APIC_TRIGMOD_LEVEL |
1158             APIC_LEVEL_ASSERT | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_DELMODE_INIT, apic_id);
1159         lapic_ipi_wait(100);
1160
1161         /* Explicitly deassert the INIT IPI. */
1162         lapic_ipi_raw(APIC_DEST_DESTFLD | APIC_TRIGMOD_LEVEL |
1163             APIC_LEVEL_DEASSERT | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_DELMODE_INIT,
1164             apic_id);
1165
1166         DELAY(10000);           /* wait ~10mS */
1167
1168         /*
1169          * next we do a STARTUP IPI: the previous INIT IPI might still be
1170          * latched, (P5 bug) this 1st STARTUP would then terminate
1171          * immediately, and the previously started INIT IPI would continue. OR
1172          * the previous INIT IPI has already run. and this STARTUP IPI will
1173          * run. OR the previous INIT IPI was ignored. and this STARTUP IPI
1174          * will run.
1175          */
1176         lapic_ipi_raw(APIC_DEST_DESTFLD | APIC_TRIGMOD_EDGE |
1177             APIC_LEVEL_ASSERT | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_DELMODE_STARTUP |
1178             vector, apic_id);
1179         if (!lapic_ipi_wait(100))
1180                 panic("Failed to deliver first STARTUP IPI to APIC %d",
1181                     apic_id);
1182         DELAY(200);             /* wait ~200uS */
1183
1184         /*
1185          * finally we do a 2nd STARTUP IPI: this 2nd STARTUP IPI should run IF
1186          * the previous STARTUP IPI was cancelled by a latched INIT IPI. OR
1187          * this STARTUP IPI will be ignored, as only ONE STARTUP IPI is
1188          * recognized after hardware RESET or INIT IPI.
1189          */
1190         lapic_ipi_raw(APIC_DEST_DESTFLD | APIC_TRIGMOD_EDGE |
1191             APIC_LEVEL_ASSERT | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_DELMODE_STARTUP |
1192             vector, apic_id);
1193         if (!lapic_ipi_wait(100))
1194                 panic("Failed to deliver second STARTUP IPI to APIC %d",
1195                     apic_id);
1196
1197         DELAY(200);             /* wait ~200uS */
1198 }
1199
1200 /*
1201  * Send an IPI to specified CPU handling the bitmap logic.
1202  */
1203 static void
1204 ipi_send_cpu(int cpu, u_int ipi)
1205 {
1206         u_int bitmap, old_pending, new_pending;
1207
1208         KASSERT(cpu_apic_ids[cpu] != -1, ("IPI to non-existent CPU %d", cpu));
1209
1210         if (IPI_IS_BITMAPED(ipi)) {
1211                 bitmap = 1 << ipi;
1212                 ipi = IPI_BITMAP_VECTOR;
1213                 do {
1214                         old_pending = cpu_ipi_pending[cpu];
1215                         new_pending = old_pending | bitmap;
1216                 } while  (!atomic_cmpset_int(&cpu_ipi_pending[cpu],
1217                     old_pending, new_pending));
1218                 if (old_pending)
1219                         return;
1220         }
1221         cpu_ops.ipi_vectored(ipi, cpu_apic_ids[cpu]);
1222 }
1223
1224 /*
1225  * Flush the TLB on all other CPU's
1226  */
1227 static void
1228 smp_tlb_shootdown(u_int vector, vm_offset_t addr1, vm_offset_t addr2)
1229 {
1230         u_int ncpu;
1231
1232         ncpu = mp_ncpus - 1;    /* does not shootdown self */
1233         if (ncpu < 1)
1234                 return;         /* no other cpus */
1235         if (!(read_eflags() & PSL_I))
1236                 panic("%s: interrupts disabled", __func__);
1237         mtx_lock_spin(&smp_ipi_mtx);
1238         smp_tlb_addr1 = addr1;
1239         smp_tlb_addr2 = addr2;
1240         atomic_store_rel_int(&smp_tlb_wait, 0);
1241         ipi_all_but_self(vector);
1242         while (smp_tlb_wait < ncpu)
1243                 ia32_pause();
1244         mtx_unlock_spin(&smp_ipi_mtx);
1245 }
1246
1247 static void
1248 smp_targeted_tlb_shootdown(cpuset_t mask, u_int vector, vm_offset_t addr1, vm_offset_t addr2)
1249 {
1250         int cpu, ncpu, othercpus;
1251
1252         othercpus = mp_ncpus - 1;
1253         if (CPU_ISFULLSET(&mask)) {
1254                 if (othercpus < 1)
1255                         return;
1256         } else {
1257                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &mask);
1258                 if (CPU_EMPTY(&mask))
1259                         return;
1260         }
1261         if (!(read_eflags() & PSL_I))
1262                 panic("%s: interrupts disabled", __func__);
1263         mtx_lock_spin(&smp_ipi_mtx);
1264         smp_tlb_addr1 = addr1;
1265         smp_tlb_addr2 = addr2;
1266         atomic_store_rel_int(&smp_tlb_wait, 0);
1267         if (CPU_ISFULLSET(&mask)) {
1268                 ncpu = othercpus;
1269                 ipi_all_but_self(vector);
1270         } else {
1271                 ncpu = 0;
1272                 while ((cpu = CPU_FFS(&mask)) != 0) {
1273                         cpu--;
1274                         CPU_CLR(cpu, &mask);
1275                         CTR3(KTR_SMP, "%s: cpu: %d ipi: %x", __func__, cpu,
1276                             vector);
1277                         ipi_send_cpu(cpu, vector);
1278                         ncpu++;
1279                 }
1280         }
1281         while (smp_tlb_wait < ncpu)
1282                 ia32_pause();
1283         mtx_unlock_spin(&smp_ipi_mtx);
1284 }
1285
1286 void
1287 smp_cache_flush(void)
1288 {
1289
1290         if (smp_started)
1291                 smp_tlb_shootdown(IPI_INVLCACHE, 0, 0);
1292 }
1293
1294 void
1295 smp_invltlb(void)
1296 {
1297
1298         if (smp_started) {
1299                 smp_tlb_shootdown(IPI_INVLTLB, 0, 0);
1300 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1301                 ipi_global++;
1302 #endif
1303         }
1304 }
1305
1306 void
1307 smp_invlpg(vm_offset_t addr)
1308 {
1309
1310         if (smp_started) {
1311                 smp_tlb_shootdown(IPI_INVLPG, addr, 0);
1312 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1313                 ipi_page++;
1314 #endif
1315         }
1316 }
1317
1318 void
1319 smp_invlpg_range(vm_offset_t addr1, vm_offset_t addr2)
1320 {
1321
1322         if (smp_started) {
1323                 smp_tlb_shootdown(IPI_INVLRNG, addr1, addr2);
1324 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1325                 ipi_range++;
1326                 ipi_range_size += (addr2 - addr1) / PAGE_SIZE;
1327 #endif
1328         }
1329 }
1330
1331 void
1332 smp_masked_invltlb(cpuset_t mask)
1333 {
1334
1335         if (smp_started) {
1336                 smp_targeted_tlb_shootdown(mask, IPI_INVLTLB, 0, 0);
1337 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1338                 ipi_masked_global++;
1339 #endif
1340         }
1341 }
1342
1343 void
1344 smp_masked_invlpg(cpuset_t mask, vm_offset_t addr)
1345 {
1346
1347         if (smp_started) {
1348                 smp_targeted_tlb_shootdown(mask, IPI_INVLPG, addr, 0);
1349 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1350                 ipi_masked_page++;
1351 #endif
1352         }
1353 }
1354
1355 void
1356 smp_masked_invlpg_range(cpuset_t mask, vm_offset_t addr1, vm_offset_t addr2)
1357 {
1358
1359         if (smp_started) {
1360                 smp_targeted_tlb_shootdown(mask, IPI_INVLRNG, addr1, addr2);
1361 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1362                 ipi_masked_range++;
1363                 ipi_masked_range_size += (addr2 - addr1) / PAGE_SIZE;
1364 #endif
1365         }
1366 }
1367
1368 void
1369 ipi_bitmap_handler(struct trapframe frame)
1370 {
1371         struct trapframe *oldframe;
1372         struct thread *td;
1373         int cpu = PCPU_GET(cpuid);
1374         u_int ipi_bitmap;
1375
1376         critical_enter();
1377         td = curthread;
1378         td->td_intr_nesting_level++;
1379         oldframe = td->td_intr_frame;
1380         td->td_intr_frame = &frame;
1381         ipi_bitmap = atomic_readandclear_int(&cpu_ipi_pending[cpu]);
1382         if (ipi_bitmap & (1 << IPI_PREEMPT)) {
1383 #ifdef COUNT_IPIS
1384                 (*ipi_preempt_counts[cpu])++;
1385 #endif
1386                 sched_preempt(td);
1387         }
1388         if (ipi_bitmap & (1 << IPI_AST)) {
1389 #ifdef COUNT_IPIS
1390                 (*ipi_ast_counts[cpu])++;
1391 #endif
1392                 /* Nothing to do for AST */
1393         }
1394         if (ipi_bitmap & (1 << IPI_HARDCLOCK)) {
1395 #ifdef COUNT_IPIS
1396                 (*ipi_hardclock_counts[cpu])++;
1397 #endif
1398                 hardclockintr();
1399         }
1400         td->td_intr_frame = oldframe;
1401         td->td_intr_nesting_level--;
1402         critical_exit();
1403 }
1404
1405 /*
1406  * send an IPI to a set of cpus.
1407  */
1408 void
1409 ipi_selected(cpuset_t cpus, u_int ipi)
1410 {
1411         int cpu;
1412
1413         /*
1414          * IPI_STOP_HARD maps to a NMI and the trap handler needs a bit
1415          * of help in order to understand what is the source.
1416          * Set the mask of receiving CPUs for this purpose.
1417          */
1418         if (ipi == IPI_STOP_HARD)
1419                 CPU_OR_ATOMIC(&ipi_nmi_pending, &cpus);
1420
1421         while ((cpu = CPU_FFS(&cpus)) != 0) {
1422                 cpu--;
1423                 CPU_CLR(cpu, &cpus);
1424                 CTR3(KTR_SMP, "%s: cpu: %d ipi: %x", __func__, cpu, ipi);
1425                 ipi_send_cpu(cpu, ipi);
1426         }
1427 }
1428
1429 /*
1430  * send an IPI to a specific CPU.
1431  */
1432 void
1433 ipi_cpu(int cpu, u_int ipi)
1434 {
1435
1436         /*
1437          * IPI_STOP_HARD maps to a NMI and the trap handler needs a bit
1438          * of help in order to understand what is the source.
1439          * Set the mask of receiving CPUs for this purpose.
1440          */
1441         if (ipi == IPI_STOP_HARD)
1442                 CPU_SET_ATOMIC(cpu, &ipi_nmi_pending);
1443
1444         CTR3(KTR_SMP, "%s: cpu: %d ipi: %x", __func__, cpu, ipi);
1445         ipi_send_cpu(cpu, ipi);
1446 }
1447
1448 /*
1449  * send an IPI to all CPUs EXCEPT myself
1450  */
1451 void
1452 ipi_all_but_self(u_int ipi)
1453 {
1454         cpuset_t other_cpus;
1455
1456         other_cpus = all_cpus;
1457         CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
1458         if (IPI_IS_BITMAPED(ipi)) {
1459                 ipi_selected(other_cpus, ipi);
1460                 return;
1461         }
1462
1463         /*
1464          * IPI_STOP_HARD maps to a NMI and the trap handler needs a bit
1465          * of help in order to understand what is the source.
1466          * Set the mask of receiving CPUs for this purpose.
1467          */
1468         if (ipi == IPI_STOP_HARD)
1469                 CPU_OR_ATOMIC(&ipi_nmi_pending, &other_cpus);
1470
1471         CTR2(KTR_SMP, "%s: ipi: %x", __func__, ipi);
1472         cpu_ops.ipi_vectored(ipi, APIC_IPI_DEST_OTHERS);
1473 }
1474
1475 int
1476 ipi_nmi_handler()
1477 {
1478         u_int cpuid;
1479
1480         /*
1481          * As long as there is not a simple way to know about a NMI's
1482          * source, if the bitmask for the current CPU is present in
1483          * the global pending bitword an IPI_STOP_HARD has been issued
1484          * and should be handled.
1485          */
1486         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1487         if (!CPU_ISSET(cpuid, &ipi_nmi_pending))
1488                 return (1);
1489
1490         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &ipi_nmi_pending);
1491         cpustop_handler();
1492         return (0);
1493 }
1494
1495 /*
1496  * Handle an IPI_STOP by saving our current context and spinning until we
1497  * are resumed.
1498  */
1499 void
1500 cpustop_handler(void)
1501 {
1502         u_int cpu;
1503
1504         cpu = PCPU_GET(cpuid);
1505
1506         savectx(&stoppcbs[cpu]);
1507
1508         /* Indicate that we are stopped */
1509         CPU_SET_ATOMIC(cpu, &stopped_cpus);
1510
1511         /* Wait for restart */
1512         while (!CPU_ISSET(cpu, &started_cpus))
1513             ia32_pause();
1514
1515         CPU_CLR_ATOMIC(cpu, &started_cpus);
1516         CPU_CLR_ATOMIC(cpu, &stopped_cpus);
1517
1518         if (cpu == 0 && cpustop_restartfunc != NULL) {
1519                 cpustop_restartfunc();
1520                 cpustop_restartfunc = NULL;
1521         }
1522 }
1523
1524 /*
1525  * Handle an IPI_SUSPEND by saving our current context and spinning until we
1526  * are resumed.
1527  */
1528 void
1529 cpususpend_handler(void)
1530 {
1531         u_int cpu;
1532
1533         mtx_assert(&smp_ipi_mtx, MA_NOTOWNED);
1534
1535         cpu = PCPU_GET(cpuid);
1536         if (savectx(&susppcbs[cpu]->sp_pcb)) {
1537                 npxsuspend(susppcbs[cpu]->sp_fpususpend);
1538                 wbinvd();
1539                 CPU_SET_ATOMIC(cpu, &suspended_cpus);
1540         } else {
1541                 npxresume(susppcbs[cpu]->sp_fpususpend);
1542                 pmap_init_pat();
1543                 initializecpu();
1544                 PCPU_SET(switchtime, 0);
1545                 PCPU_SET(switchticks, ticks);
1546
1547                 /* Indicate that we are resumed */
1548                 CPU_CLR_ATOMIC(cpu, &suspended_cpus);
1549         }
1550
1551         /* Wait for resume */
1552         while (!CPU_ISSET(cpu, &started_cpus))
1553                 ia32_pause();
1554
1555         if (cpu_ops.cpu_resume)
1556                 cpu_ops.cpu_resume();
1557
1558         /* Resume MCA and local APIC */
1559         mca_resume();
1560         lapic_setup(0);
1561
1562         /* Indicate that we are resumed */
1563         CPU_CLR_ATOMIC(cpu, &suspended_cpus);
1564         CPU_CLR_ATOMIC(cpu, &started_cpus);
1565 }
1566
1567 /*
1568  * Handlers for TLB related IPIs
1569  */
1570 void
1571 invltlb_handler(void)
1572 {
1573         uint64_t cr3;
1574 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1575         xhits_gbl[PCPU_GET(cpuid)]++;
1576 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
1577 #ifdef COUNT_IPIS
1578         (*ipi_invltlb_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
1579 #endif /* COUNT_IPIS */
1580
1581         cr3 = rcr3();
1582         load_cr3(cr3);
1583         atomic_add_int(&smp_tlb_wait, 1);
1584 }
1585
1586 void
1587 invlpg_handler(void)
1588 {
1589 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1590         xhits_pg[PCPU_GET(cpuid)]++;
1591 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
1592 #ifdef COUNT_IPIS
1593         (*ipi_invlpg_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
1594 #endif /* COUNT_IPIS */
1595
1596         invlpg(smp_tlb_addr1);
1597
1598         atomic_add_int(&smp_tlb_wait, 1);
1599 }
1600
1601 void
1602 invlrng_handler(void)
1603 {
1604         vm_offset_t addr;
1605 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1606         xhits_rng[PCPU_GET(cpuid)]++;
1607 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
1608 #ifdef COUNT_IPIS
1609         (*ipi_invlrng_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
1610 #endif /* COUNT_IPIS */
1611
1612         addr = smp_tlb_addr1;
1613         do {
1614                 invlpg(addr);
1615                 addr += PAGE_SIZE;
1616         } while (addr < smp_tlb_addr2);
1617
1618         atomic_add_int(&smp_tlb_wait, 1);
1619 }
1620
1621 void
1622 invlcache_handler(void)
1623 {
1624 #ifdef COUNT_IPIS
1625         (*ipi_invlcache_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
1626 #endif /* COUNT_IPIS */
1627
1628         wbinvd();
1629         atomic_add_int(&smp_tlb_wait, 1);
1630 }
1631
1632 /*
1633  * This is called once the rest of the system is up and running and we're
1634  * ready to let the AP's out of the pen.
1635  */
1636 static void
1637 release_aps(void *dummy __unused)
1638 {
1639
1640         if (mp_ncpus == 1)
1641                 return;
1642         atomic_store_rel_int(&aps_ready, 1);
1643         while (smp_started == 0)
1644                 ia32_pause();
1645 }
1646 SYSINIT(start_aps, SI_SUB_SMP, SI_ORDER_FIRST, release_aps, NULL);
1647
1648 #ifdef COUNT_IPIS
1649 /*
1650  * Setup interrupt counters for IPI handlers.
1651  */
1652 static void
1653 mp_ipi_intrcnt(void *dummy)
1654 {
1655         char buf[64];
1656         int i;
1657
1658         CPU_FOREACH(i) {
1659                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:invltlb", i);
1660                 intrcnt_add(buf, &ipi_invltlb_counts[i]);
1661                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:invlrng", i);
1662                 intrcnt_add(buf, &ipi_invlrng_counts[i]);
1663                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:invlpg", i);
1664                 intrcnt_add(buf, &ipi_invlpg_counts[i]);
1665                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:invlcache", i);
1666                 intrcnt_add(buf, &ipi_invlcache_counts[i]);
1667                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:preempt", i);
1668                 intrcnt_add(buf, &ipi_preempt_counts[i]);
1669                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:ast", i);
1670                 intrcnt_add(buf, &ipi_ast_counts[i]);
1671                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:rendezvous", i);
1672                 intrcnt_add(buf, &ipi_rendezvous_counts[i]);
1673                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:lazypmap", i);
1674                 intrcnt_add(buf, &ipi_lazypmap_counts[i]);
1675                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:hardclock", i);
1676                 intrcnt_add(buf, &ipi_hardclock_counts[i]);
1677         }
1678 }
1679 SYSINIT(mp_ipi_intrcnt, SI_SUB_INTR, SI_ORDER_MIDDLE, mp_ipi_intrcnt, NULL);
1680 #endif