]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - arch/x86/kernel/tsc.c
Merge remote-tracking branch 'omap/for-next'
[karo-tx-linux.git] / arch / x86 / kernel / tsc.c
1 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
2
3 #include <linux/kernel.h>
4 #include <linux/sched.h>
5 #include <linux/init.h>
6 #include <linux/module.h>
7 #include <linux/timer.h>
8 #include <linux/acpi_pmtmr.h>
9 #include <linux/cpufreq.h>
10 #include <linux/delay.h>
11 #include <linux/clocksource.h>
12 #include <linux/percpu.h>
13 #include <linux/timex.h>
14 #include <linux/static_key.h>
15
16 #include <asm/hpet.h>
17 #include <asm/timer.h>
18 #include <asm/vgtod.h>
19 #include <asm/time.h>
20 #include <asm/delay.h>
21 #include <asm/hypervisor.h>
22 #include <asm/nmi.h>
23 #include <asm/x86_init.h>
24 #include <asm/geode.h>
25
26 unsigned int __read_mostly cpu_khz;     /* TSC clocks / usec, not used here */
27 EXPORT_SYMBOL(cpu_khz);
28
29 unsigned int __read_mostly tsc_khz;
30 EXPORT_SYMBOL(tsc_khz);
31
32 /*
33  * TSC can be unstable due to cpufreq or due to unsynced TSCs
34  */
35 static int __read_mostly tsc_unstable;
36
37 /* native_sched_clock() is called before tsc_init(), so
38    we must start with the TSC soft disabled to prevent
39    erroneous rdtsc usage on !cpu_has_tsc processors */
40 static int __read_mostly tsc_disabled = -1;
41
42 static DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(__use_tsc);
43
44 int tsc_clocksource_reliable;
45
46 /*
47  * Use a ring-buffer like data structure, where a writer advances the head by
48  * writing a new data entry and a reader advances the tail when it observes a
49  * new entry.
50  *
51  * Writers are made to wait on readers until there's space to write a new
52  * entry.
53  *
54  * This means that we can always use an {offset, mul} pair to compute a ns
55  * value that is 'roughly' in the right direction, even if we're writing a new
56  * {offset, mul} pair during the clock read.
57  *
58  * The down-side is that we can no longer guarantee strict monotonicity anymore
59  * (assuming the TSC was that to begin with), because while we compute the
60  * intersection point of the two clock slopes and make sure the time is
61  * continuous at the point of switching; we can no longer guarantee a reader is
62  * strictly before or after the switch point.
63  *
64  * It does mean a reader no longer needs to disable IRQs in order to avoid
65  * CPU-Freq updates messing with his times, and similarly an NMI reader will
66  * no longer run the risk of hitting half-written state.
67  */
68
69 struct cyc2ns {
70         struct cyc2ns_data data[2];     /*  0 + 2*24 = 48 */
71         struct cyc2ns_data *head;       /* 48 + 8    = 56 */
72         struct cyc2ns_data *tail;       /* 56 + 8    = 64 */
73 }; /* exactly fits one cacheline */
74
75 static DEFINE_PER_CPU_ALIGNED(struct cyc2ns, cyc2ns);
76
77 struct cyc2ns_data *cyc2ns_read_begin(void)
78 {
79         struct cyc2ns_data *head;
80
81         preempt_disable();
82
83         head = this_cpu_read(cyc2ns.head);
84         /*
85          * Ensure we observe the entry when we observe the pointer to it.
86          * matches the wmb from cyc2ns_write_end().
87          */
88         smp_read_barrier_depends();
89         head->__count++;
90         barrier();
91
92         return head;
93 }
94
95 void cyc2ns_read_end(struct cyc2ns_data *head)
96 {
97         barrier();
98         /*
99          * If we're the outer most nested read; update the tail pointer
100          * when we're done. This notifies possible pending writers
101          * that we've observed the head pointer and that the other
102          * entry is now free.
103          */
104         if (!--head->__count) {
105                 /*
106                  * x86-TSO does not reorder writes with older reads;
107                  * therefore once this write becomes visible to another
108                  * cpu, we must be finished reading the cyc2ns_data.
109                  *
110                  * matches with cyc2ns_write_begin().
111                  */
112                 this_cpu_write(cyc2ns.tail, head);
113         }
114         preempt_enable();
115 }
116
117 /*
118  * Begin writing a new @data entry for @cpu.
119  *
120  * Assumes some sort of write side lock; currently 'provided' by the assumption
121  * that cpufreq will call its notifiers sequentially.
122  */
123 static struct cyc2ns_data *cyc2ns_write_begin(int cpu)
124 {
125         struct cyc2ns *c2n = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
126         struct cyc2ns_data *data = c2n->data;
127
128         if (data == c2n->head)
129                 data++;
130
131         /* XXX send an IPI to @cpu in order to guarantee a read? */
132
133         /*
134          * When we observe the tail write from cyc2ns_read_end(),
135          * the cpu must be done with that entry and its safe
136          * to start writing to it.
137          */
138         while (c2n->tail == data)
139                 cpu_relax();
140
141         return data;
142 }
143
144 static void cyc2ns_write_end(int cpu, struct cyc2ns_data *data)
145 {
146         struct cyc2ns *c2n = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
147
148         /*
149          * Ensure the @data writes are visible before we publish the
150          * entry. Matches the data-depencency in cyc2ns_read_begin().
151          */
152         smp_wmb();
153
154         ACCESS_ONCE(c2n->head) = data;
155 }
156
157 /*
158  * Accelerators for sched_clock()
159  * convert from cycles(64bits) => nanoseconds (64bits)
160  *  basic equation:
161  *              ns = cycles / (freq / ns_per_sec)
162  *              ns = cycles * (ns_per_sec / freq)
163  *              ns = cycles * (10^9 / (cpu_khz * 10^3))
164  *              ns = cycles * (10^6 / cpu_khz)
165  *
166  *      Then we use scaling math (suggested by george@mvista.com) to get:
167  *              ns = cycles * (10^6 * SC / cpu_khz) / SC
168  *              ns = cycles * cyc2ns_scale / SC
169  *
170  *      And since SC is a constant power of two, we can convert the div
171  *  into a shift. The larger SC is, the more accurate the conversion, but
172  *  cyc2ns_scale needs to be a 32-bit value so that 32-bit multiplication
173  *  (64-bit result) can be used.
174  *
175  *  We can use khz divisor instead of mhz to keep a better precision.
176  *  (mathieu.desnoyers@polymtl.ca)
177  *
178  *                      -johnstul@us.ibm.com "math is hard, lets go shopping!"
179  */
180
181 static void cyc2ns_data_init(struct cyc2ns_data *data)
182 {
183         data->cyc2ns_mul = 0;
184         data->cyc2ns_shift = 0;
185         data->cyc2ns_offset = 0;
186         data->__count = 0;
187 }
188
189 static void cyc2ns_init(int cpu)
190 {
191         struct cyc2ns *c2n = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
192
193         cyc2ns_data_init(&c2n->data[0]);
194         cyc2ns_data_init(&c2n->data[1]);
195
196         c2n->head = c2n->data;
197         c2n->tail = c2n->data;
198 }
199
200 static inline unsigned long long cycles_2_ns(unsigned long long cyc)
201 {
202         struct cyc2ns_data *data, *tail;
203         unsigned long long ns;
204
205         /*
206          * See cyc2ns_read_*() for details; replicated in order to avoid
207          * an extra few instructions that came with the abstraction.
208          * Notable, it allows us to only do the __count and tail update
209          * dance when its actually needed.
210          */
211
212         preempt_disable_notrace();
213         data = this_cpu_read(cyc2ns.head);
214         tail = this_cpu_read(cyc2ns.tail);
215
216         if (likely(data == tail)) {
217                 ns = data->cyc2ns_offset;
218                 ns += mul_u64_u32_shr(cyc, data->cyc2ns_mul, data->cyc2ns_shift);
219         } else {
220                 data->__count++;
221
222                 barrier();
223
224                 ns = data->cyc2ns_offset;
225                 ns += mul_u64_u32_shr(cyc, data->cyc2ns_mul, data->cyc2ns_shift);
226
227                 barrier();
228
229                 if (!--data->__count)
230                         this_cpu_write(cyc2ns.tail, data);
231         }
232         preempt_enable_notrace();
233
234         return ns;
235 }
236
237 static void set_cyc2ns_scale(unsigned long cpu_khz, int cpu)
238 {
239         unsigned long long tsc_now, ns_now;
240         struct cyc2ns_data *data;
241         unsigned long flags;
242
243         local_irq_save(flags);
244         sched_clock_idle_sleep_event();
245
246         if (!cpu_khz)
247                 goto done;
248
249         data = cyc2ns_write_begin(cpu);
250
251         tsc_now = rdtsc();
252         ns_now = cycles_2_ns(tsc_now);
253
254         /*
255          * Compute a new multiplier as per the above comment and ensure our
256          * time function is continuous; see the comment near struct
257          * cyc2ns_data.
258          */
259         clocks_calc_mult_shift(&data->cyc2ns_mul, &data->cyc2ns_shift, cpu_khz,
260                                NSEC_PER_MSEC, 0);
261
262         /*
263          * cyc2ns_shift is exported via arch_perf_update_userpage() where it is
264          * not expected to be greater than 31 due to the original published
265          * conversion algorithm shifting a 32-bit value (now specifies a 64-bit
266          * value) - refer perf_event_mmap_page documentation in perf_event.h.
267          */
268         if (data->cyc2ns_shift == 32) {
269                 data->cyc2ns_shift = 31;
270                 data->cyc2ns_mul >>= 1;
271         }
272
273         data->cyc2ns_offset = ns_now -
274                 mul_u64_u32_shr(tsc_now, data->cyc2ns_mul, data->cyc2ns_shift);
275
276         cyc2ns_write_end(cpu, data);
277
278 done:
279         sched_clock_idle_wakeup_event(0);
280         local_irq_restore(flags);
281 }
282 /*
283  * Scheduler clock - returns current time in nanosec units.
284  */
285 u64 native_sched_clock(void)
286 {
287         if (static_branch_likely(&__use_tsc)) {
288                 u64 tsc_now = rdtsc();
289
290                 /* return the value in ns */
291                 return cycles_2_ns(tsc_now);
292         }
293
294         /*
295          * Fall back to jiffies if there's no TSC available:
296          * ( But note that we still use it if the TSC is marked
297          *   unstable. We do this because unlike Time Of Day,
298          *   the scheduler clock tolerates small errors and it's
299          *   very important for it to be as fast as the platform
300          *   can achieve it. )
301          */
302
303         /* No locking but a rare wrong value is not a big deal: */
304         return (jiffies_64 - INITIAL_JIFFIES) * (1000000000 / HZ);
305 }
306
307 /*
308  * Generate a sched_clock if you already have a TSC value.
309  */
310 u64 native_sched_clock_from_tsc(u64 tsc)
311 {
312         return cycles_2_ns(tsc);
313 }
314
315 /* We need to define a real function for sched_clock, to override the
316    weak default version */
317 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
318 unsigned long long sched_clock(void)
319 {
320         return paravirt_sched_clock();
321 }
322 #else
323 unsigned long long
324 sched_clock(void) __attribute__((alias("native_sched_clock")));
325 #endif
326
327 int check_tsc_unstable(void)
328 {
329         return tsc_unstable;
330 }
331 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_tsc_unstable);
332
333 int check_tsc_disabled(void)
334 {
335         return tsc_disabled;
336 }
337 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_tsc_disabled);
338
339 #ifdef CONFIG_X86_TSC
340 int __init notsc_setup(char *str)
341 {
342         pr_warn("Kernel compiled with CONFIG_X86_TSC, cannot disable TSC completely\n");
343         tsc_disabled = 1;
344         return 1;
345 }
346 #else
347 /*
348  * disable flag for tsc. Takes effect by clearing the TSC cpu flag
349  * in cpu/common.c
350  */
351 int __init notsc_setup(char *str)
352 {
353         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC);
354         return 1;
355 }
356 #endif
357
358 __setup("notsc", notsc_setup);
359
360 static int no_sched_irq_time;
361
362 static int __init tsc_setup(char *str)
363 {
364         if (!strcmp(str, "reliable"))
365                 tsc_clocksource_reliable = 1;
366         if (!strncmp(str, "noirqtime", 9))
367                 no_sched_irq_time = 1;
368         return 1;
369 }
370
371 __setup("tsc=", tsc_setup);
372
373 #define MAX_RETRIES     5
374 #define SMI_TRESHOLD    50000
375
376 /*
377  * Read TSC and the reference counters. Take care of SMI disturbance
378  */
379 static u64 tsc_read_refs(u64 *p, int hpet)
380 {
381         u64 t1, t2;
382         int i;
383
384         for (i = 0; i < MAX_RETRIES; i++) {
385                 t1 = get_cycles();
386                 if (hpet)
387                         *p = hpet_readl(HPET_COUNTER) & 0xFFFFFFFF;
388                 else
389                         *p = acpi_pm_read_early();
390                 t2 = get_cycles();
391                 if ((t2 - t1) < SMI_TRESHOLD)
392                         return t2;
393         }
394         return ULLONG_MAX;
395 }
396
397 /*
398  * Calculate the TSC frequency from HPET reference
399  */
400 static unsigned long calc_hpet_ref(u64 deltatsc, u64 hpet1, u64 hpet2)
401 {
402         u64 tmp;
403
404         if (hpet2 < hpet1)
405                 hpet2 += 0x100000000ULL;
406         hpet2 -= hpet1;
407         tmp = ((u64)hpet2 * hpet_readl(HPET_PERIOD));
408         do_div(tmp, 1000000);
409         do_div(deltatsc, tmp);
410
411         return (unsigned long) deltatsc;
412 }
413
414 /*
415  * Calculate the TSC frequency from PMTimer reference
416  */
417 static unsigned long calc_pmtimer_ref(u64 deltatsc, u64 pm1, u64 pm2)
418 {
419         u64 tmp;
420
421         if (!pm1 && !pm2)
422                 return ULONG_MAX;
423
424         if (pm2 < pm1)
425                 pm2 += (u64)ACPI_PM_OVRRUN;
426         pm2 -= pm1;
427         tmp = pm2 * 1000000000LL;
428         do_div(tmp, PMTMR_TICKS_PER_SEC);
429         do_div(deltatsc, tmp);
430
431         return (unsigned long) deltatsc;
432 }
433
434 #define CAL_MS          10
435 #define CAL_LATCH       (PIT_TICK_RATE / (1000 / CAL_MS))
436 #define CAL_PIT_LOOPS   1000
437
438 #define CAL2_MS         50
439 #define CAL2_LATCH      (PIT_TICK_RATE / (1000 / CAL2_MS))
440 #define CAL2_PIT_LOOPS  5000
441
442
443 /*
444  * Try to calibrate the TSC against the Programmable
445  * Interrupt Timer and return the frequency of the TSC
446  * in kHz.
447  *
448  * Return ULONG_MAX on failure to calibrate.
449  */
450 static unsigned long pit_calibrate_tsc(u32 latch, unsigned long ms, int loopmin)
451 {
452         u64 tsc, t1, t2, delta;
453         unsigned long tscmin, tscmax;
454         int pitcnt;
455
456         /* Set the Gate high, disable speaker */
457         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
458
459         /*
460          * Setup CTC channel 2* for mode 0, (interrupt on terminal
461          * count mode), binary count. Set the latch register to 50ms
462          * (LSB then MSB) to begin countdown.
463          */
464         outb(0xb0, 0x43);
465         outb(latch & 0xff, 0x42);
466         outb(latch >> 8, 0x42);
467
468         tsc = t1 = t2 = get_cycles();
469
470         pitcnt = 0;
471         tscmax = 0;
472         tscmin = ULONG_MAX;
473         while ((inb(0x61) & 0x20) == 0) {
474                 t2 = get_cycles();
475                 delta = t2 - tsc;
476                 tsc = t2;
477                 if ((unsigned long) delta < tscmin)
478                         tscmin = (unsigned int) delta;
479                 if ((unsigned long) delta > tscmax)
480                         tscmax = (unsigned int) delta;
481                 pitcnt++;
482         }
483
484         /*
485          * Sanity checks:
486          *
487          * If we were not able to read the PIT more than loopmin
488          * times, then we have been hit by a massive SMI
489          *
490          * If the maximum is 10 times larger than the minimum,
491          * then we got hit by an SMI as well.
492          */
493         if (pitcnt < loopmin || tscmax > 10 * tscmin)
494                 return ULONG_MAX;
495
496         /* Calculate the PIT value */
497         delta = t2 - t1;
498         do_div(delta, ms);
499         return delta;
500 }
501
502 /*
503  * This reads the current MSB of the PIT counter, and
504  * checks if we are running on sufficiently fast and
505  * non-virtualized hardware.
506  *
507  * Our expectations are:
508  *
509  *  - the PIT is running at roughly 1.19MHz
510  *
511  *  - each IO is going to take about 1us on real hardware,
512  *    but we allow it to be much faster (by a factor of 10) or
513  *    _slightly_ slower (ie we allow up to a 2us read+counter
514  *    update - anything else implies a unacceptably slow CPU
515  *    or PIT for the fast calibration to work.
516  *
517  *  - with 256 PIT ticks to read the value, we have 214us to
518  *    see the same MSB (and overhead like doing a single TSC
519  *    read per MSB value etc).
520  *
521  *  - We're doing 2 reads per loop (LSB, MSB), and we expect
522  *    them each to take about a microsecond on real hardware.
523  *    So we expect a count value of around 100. But we'll be
524  *    generous, and accept anything over 50.
525  *
526  *  - if the PIT is stuck, and we see *many* more reads, we
527  *    return early (and the next caller of pit_expect_msb()
528  *    then consider it a failure when they don't see the
529  *    next expected value).
530  *
531  * These expectations mean that we know that we have seen the
532  * transition from one expected value to another with a fairly
533  * high accuracy, and we didn't miss any events. We can thus
534  * use the TSC value at the transitions to calculate a pretty
535  * good value for the TSC frequencty.
536  */
537 static inline int pit_verify_msb(unsigned char val)
538 {
539         /* Ignore LSB */
540         inb(0x42);
541         return inb(0x42) == val;
542 }
543
544 static inline int pit_expect_msb(unsigned char val, u64 *tscp, unsigned long *deltap)
545 {
546         int count;
547         u64 tsc = 0, prev_tsc = 0;
548
549         for (count = 0; count < 50000; count++) {
550                 if (!pit_verify_msb(val))
551                         break;
552                 prev_tsc = tsc;
553                 tsc = get_cycles();
554         }
555         *deltap = get_cycles() - prev_tsc;
556         *tscp = tsc;
557
558         /*
559          * We require _some_ success, but the quality control
560          * will be based on the error terms on the TSC values.
561          */
562         return count > 5;
563 }
564
565 /*
566  * How many MSB values do we want to see? We aim for
567  * a maximum error rate of 500ppm (in practice the
568  * real error is much smaller), but refuse to spend
569  * more than 50ms on it.
570  */
571 #define MAX_QUICK_PIT_MS 50
572 #define MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS (MAX_QUICK_PIT_MS * PIT_TICK_RATE / 1000 / 256)
573
574 static unsigned long quick_pit_calibrate(void)
575 {
576         int i;
577         u64 tsc, delta;
578         unsigned long d1, d2;
579
580         /* Set the Gate high, disable speaker */
581         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
582
583         /*
584          * Counter 2, mode 0 (one-shot), binary count
585          *
586          * NOTE! Mode 2 decrements by two (and then the
587          * output is flipped each time, giving the same
588          * final output frequency as a decrement-by-one),
589          * so mode 0 is much better when looking at the
590          * individual counts.
591          */
592         outb(0xb0, 0x43);
593
594         /* Start at 0xffff */
595         outb(0xff, 0x42);
596         outb(0xff, 0x42);
597
598         /*
599          * The PIT starts counting at the next edge, so we
600          * need to delay for a microsecond. The easiest way
601          * to do that is to just read back the 16-bit counter
602          * once from the PIT.
603          */
604         pit_verify_msb(0);
605
606         if (pit_expect_msb(0xff, &tsc, &d1)) {
607                 for (i = 1; i <= MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS; i++) {
608                         if (!pit_expect_msb(0xff-i, &delta, &d2))
609                                 break;
610
611                         delta -= tsc;
612
613                         /*
614                          * Extrapolate the error and fail fast if the error will
615                          * never be below 500 ppm.
616                          */
617                         if (i == 1 &&
618                             d1 + d2 >= (delta * MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS) >> 11)
619                                 return 0;
620
621                         /*
622                          * Iterate until the error is less than 500 ppm
623                          */
624                         if (d1+d2 >= delta >> 11)
625                                 continue;
626
627                         /*
628                          * Check the PIT one more time to verify that
629                          * all TSC reads were stable wrt the PIT.
630                          *
631                          * This also guarantees serialization of the
632                          * last cycle read ('d2') in pit_expect_msb.
633                          */
634                         if (!pit_verify_msb(0xfe - i))
635                                 break;
636                         goto success;
637                 }
638         }
639         pr_info("Fast TSC calibration failed\n");
640         return 0;
641
642 success:
643         /*
644          * Ok, if we get here, then we've seen the
645          * MSB of the PIT decrement 'i' times, and the
646          * error has shrunk to less than 500 ppm.
647          *
648          * As a result, we can depend on there not being
649          * any odd delays anywhere, and the TSC reads are
650          * reliable (within the error).
651          *
652          * kHz = ticks / time-in-seconds / 1000;
653          * kHz = (t2 - t1) / (I * 256 / PIT_TICK_RATE) / 1000
654          * kHz = ((t2 - t1) * PIT_TICK_RATE) / (I * 256 * 1000)
655          */
656         delta *= PIT_TICK_RATE;
657         do_div(delta, i*256*1000);
658         pr_info("Fast TSC calibration using PIT\n");
659         return delta;
660 }
661
662 /**
663  * native_calibrate_tsc - calibrate the tsc on boot
664  */
665 unsigned long native_calibrate_tsc(void)
666 {
667         u64 tsc1, tsc2, delta, ref1, ref2;
668         unsigned long tsc_pit_min = ULONG_MAX, tsc_ref_min = ULONG_MAX;
669         unsigned long flags, latch, ms, fast_calibrate;
670         int hpet = is_hpet_enabled(), i, loopmin;
671
672         /* Calibrate TSC using MSR for Intel Atom SoCs */
673         local_irq_save(flags);
674         fast_calibrate = try_msr_calibrate_tsc();
675         local_irq_restore(flags);
676         if (fast_calibrate)
677                 return fast_calibrate;
678
679         local_irq_save(flags);
680         fast_calibrate = quick_pit_calibrate();
681         local_irq_restore(flags);
682         if (fast_calibrate)
683                 return fast_calibrate;
684
685         /*
686          * Run 5 calibration loops to get the lowest frequency value
687          * (the best estimate). We use two different calibration modes
688          * here:
689          *
690          * 1) PIT loop. We set the PIT Channel 2 to oneshot mode and
691          * load a timeout of 50ms. We read the time right after we
692          * started the timer and wait until the PIT count down reaches
693          * zero. In each wait loop iteration we read the TSC and check
694          * the delta to the previous read. We keep track of the min
695          * and max values of that delta. The delta is mostly defined
696          * by the IO time of the PIT access, so we can detect when a
697          * SMI/SMM disturbance happened between the two reads. If the
698          * maximum time is significantly larger than the minimum time,
699          * then we discard the result and have another try.
700          *
701          * 2) Reference counter. If available we use the HPET or the
702          * PMTIMER as a reference to check the sanity of that value.
703          * We use separate TSC readouts and check inside of the
704          * reference read for a SMI/SMM disturbance. We dicard
705          * disturbed values here as well. We do that around the PIT
706          * calibration delay loop as we have to wait for a certain
707          * amount of time anyway.
708          */
709
710         /* Preset PIT loop values */
711         latch = CAL_LATCH;
712         ms = CAL_MS;
713         loopmin = CAL_PIT_LOOPS;
714
715         for (i = 0; i < 3; i++) {
716                 unsigned long tsc_pit_khz;
717
718                 /*
719                  * Read the start value and the reference count of
720                  * hpet/pmtimer when available. Then do the PIT
721                  * calibration, which will take at least 50ms, and
722                  * read the end value.
723                  */
724                 local_irq_save(flags);
725                 tsc1 = tsc_read_refs(&ref1, hpet);
726                 tsc_pit_khz = pit_calibrate_tsc(latch, ms, loopmin);
727                 tsc2 = tsc_read_refs(&ref2, hpet);
728                 local_irq_restore(flags);
729
730                 /* Pick the lowest PIT TSC calibration so far */
731                 tsc_pit_min = min(tsc_pit_min, tsc_pit_khz);
732
733                 /* hpet or pmtimer available ? */
734                 if (ref1 == ref2)
735                         continue;
736
737                 /* Check, whether the sampling was disturbed by an SMI */
738                 if (tsc1 == ULLONG_MAX || tsc2 == ULLONG_MAX)
739                         continue;
740
741                 tsc2 = (tsc2 - tsc1) * 1000000LL;
742                 if (hpet)
743                         tsc2 = calc_hpet_ref(tsc2, ref1, ref2);
744                 else
745                         tsc2 = calc_pmtimer_ref(tsc2, ref1, ref2);
746
747                 tsc_ref_min = min(tsc_ref_min, (unsigned long) tsc2);
748
749                 /* Check the reference deviation */
750                 delta = ((u64) tsc_pit_min) * 100;
751                 do_div(delta, tsc_ref_min);
752
753                 /*
754                  * If both calibration results are inside a 10% window
755                  * then we can be sure, that the calibration
756                  * succeeded. We break out of the loop right away. We
757                  * use the reference value, as it is more precise.
758                  */
759                 if (delta >= 90 && delta <= 110) {
760                         pr_info("PIT calibration matches %s. %d loops\n",
761                                 hpet ? "HPET" : "PMTIMER", i + 1);
762                         return tsc_ref_min;
763                 }
764
765                 /*
766                  * Check whether PIT failed more than once. This
767                  * happens in virtualized environments. We need to
768                  * give the virtual PC a slightly longer timeframe for
769                  * the HPET/PMTIMER to make the result precise.
770                  */
771                 if (i == 1 && tsc_pit_min == ULONG_MAX) {
772                         latch = CAL2_LATCH;
773                         ms = CAL2_MS;
774                         loopmin = CAL2_PIT_LOOPS;
775                 }
776         }
777
778         /*
779          * Now check the results.
780          */
781         if (tsc_pit_min == ULONG_MAX) {
782                 /* PIT gave no useful value */
783                 pr_warn("Unable to calibrate against PIT\n");
784
785                 /* We don't have an alternative source, disable TSC */
786                 if (!hpet && !ref1 && !ref2) {
787                         pr_notice("No reference (HPET/PMTIMER) available\n");
788                         return 0;
789                 }
790
791                 /* The alternative source failed as well, disable TSC */
792                 if (tsc_ref_min == ULONG_MAX) {
793                         pr_warn("HPET/PMTIMER calibration failed\n");
794                         return 0;
795                 }
796
797                 /* Use the alternative source */
798                 pr_info("using %s reference calibration\n",
799                         hpet ? "HPET" : "PMTIMER");
800
801                 return tsc_ref_min;
802         }
803
804         /* We don't have an alternative source, use the PIT calibration value */
805         if (!hpet && !ref1 && !ref2) {
806                 pr_info("Using PIT calibration value\n");
807                 return tsc_pit_min;
808         }
809
810         /* The alternative source failed, use the PIT calibration value */
811         if (tsc_ref_min == ULONG_MAX) {
812                 pr_warn("HPET/PMTIMER calibration failed. Using PIT calibration.\n");
813                 return tsc_pit_min;
814         }
815
816         /*
817          * The calibration values differ too much. In doubt, we use
818          * the PIT value as we know that there are PMTIMERs around
819          * running at double speed. At least we let the user know:
820          */
821         pr_warn("PIT calibration deviates from %s: %lu %lu\n",
822                 hpet ? "HPET" : "PMTIMER", tsc_pit_min, tsc_ref_min);
823         pr_info("Using PIT calibration value\n");
824         return tsc_pit_min;
825 }
826
827 int recalibrate_cpu_khz(void)
828 {
829 #ifndef CONFIG_SMP
830         unsigned long cpu_khz_old = cpu_khz;
831
832         if (cpu_has_tsc) {
833                 tsc_khz = x86_platform.calibrate_tsc();
834                 cpu_khz = tsc_khz;
835                 cpu_data(0).loops_per_jiffy =
836                         cpufreq_scale(cpu_data(0).loops_per_jiffy,
837                                         cpu_khz_old, cpu_khz);
838                 return 0;
839         } else
840                 return -ENODEV;
841 #else
842         return -ENODEV;
843 #endif
844 }
845
846 EXPORT_SYMBOL(recalibrate_cpu_khz);
847
848
849 static unsigned long long cyc2ns_suspend;
850
851 void tsc_save_sched_clock_state(void)
852 {
853         if (!sched_clock_stable())
854                 return;
855
856         cyc2ns_suspend = sched_clock();
857 }
858
859 /*
860  * Even on processors with invariant TSC, TSC gets reset in some the
861  * ACPI system sleep states. And in some systems BIOS seem to reinit TSC to
862  * arbitrary value (still sync'd across cpu's) during resume from such sleep
863  * states. To cope up with this, recompute the cyc2ns_offset for each cpu so
864  * that sched_clock() continues from the point where it was left off during
865  * suspend.
866  */
867 void tsc_restore_sched_clock_state(void)
868 {
869         unsigned long long offset;
870         unsigned long flags;
871         int cpu;
872
873         if (!sched_clock_stable())
874                 return;
875
876         local_irq_save(flags);
877
878         /*
879          * We're comming out of suspend, there's no concurrency yet; don't
880          * bother being nice about the RCU stuff, just write to both
881          * data fields.
882          */
883
884         this_cpu_write(cyc2ns.data[0].cyc2ns_offset, 0);
885         this_cpu_write(cyc2ns.data[1].cyc2ns_offset, 0);
886
887         offset = cyc2ns_suspend - sched_clock();
888
889         for_each_possible_cpu(cpu) {
890                 per_cpu(cyc2ns.data[0].cyc2ns_offset, cpu) = offset;
891                 per_cpu(cyc2ns.data[1].cyc2ns_offset, cpu) = offset;
892         }
893
894         local_irq_restore(flags);
895 }
896
897 #ifdef CONFIG_CPU_FREQ
898
899 /* Frequency scaling support. Adjust the TSC based timer when the cpu frequency
900  * changes.
901  *
902  * RED-PEN: On SMP we assume all CPUs run with the same frequency.  It's
903  * not that important because current Opteron setups do not support
904  * scaling on SMP anyroads.
905  *
906  * Should fix up last_tsc too. Currently gettimeofday in the
907  * first tick after the change will be slightly wrong.
908  */
909
910 static unsigned int  ref_freq;
911 static unsigned long loops_per_jiffy_ref;
912 static unsigned long tsc_khz_ref;
913
914 static int time_cpufreq_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long val,
915                                 void *data)
916 {
917         struct cpufreq_freqs *freq = data;
918         unsigned long *lpj;
919
920         if (cpu_has(&cpu_data(freq->cpu), X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
921                 return 0;
922
923         lpj = &boot_cpu_data.loops_per_jiffy;
924 #ifdef CONFIG_SMP
925         if (!(freq->flags & CPUFREQ_CONST_LOOPS))
926                 lpj = &cpu_data(freq->cpu).loops_per_jiffy;
927 #endif
928
929         if (!ref_freq) {
930                 ref_freq = freq->old;
931                 loops_per_jiffy_ref = *lpj;
932                 tsc_khz_ref = tsc_khz;
933         }
934         if ((val == CPUFREQ_PRECHANGE  && freq->old < freq->new) ||
935                         (val == CPUFREQ_POSTCHANGE && freq->old > freq->new)) {
936                 *lpj = cpufreq_scale(loops_per_jiffy_ref, ref_freq, freq->new);
937
938                 tsc_khz = cpufreq_scale(tsc_khz_ref, ref_freq, freq->new);
939                 if (!(freq->flags & CPUFREQ_CONST_LOOPS))
940                         mark_tsc_unstable("cpufreq changes");
941
942                 set_cyc2ns_scale(tsc_khz, freq->cpu);
943         }
944
945         return 0;
946 }
947
948 static struct notifier_block time_cpufreq_notifier_block = {
949         .notifier_call  = time_cpufreq_notifier
950 };
951
952 static int __init cpufreq_tsc(void)
953 {
954         if (!cpu_has_tsc)
955                 return 0;
956         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
957                 return 0;
958         cpufreq_register_notifier(&time_cpufreq_notifier_block,
959                                 CPUFREQ_TRANSITION_NOTIFIER);
960         return 0;
961 }
962
963 core_initcall(cpufreq_tsc);
964
965 #endif /* CONFIG_CPU_FREQ */
966
967 /* clocksource code */
968
969 static struct clocksource clocksource_tsc;
970
971 /*
972  * We used to compare the TSC to the cycle_last value in the clocksource
973  * structure to avoid a nasty time-warp. This can be observed in a
974  * very small window right after one CPU updated cycle_last under
975  * xtime/vsyscall_gtod lock and the other CPU reads a TSC value which
976  * is smaller than the cycle_last reference value due to a TSC which
977  * is slighty behind. This delta is nowhere else observable, but in
978  * that case it results in a forward time jump in the range of hours
979  * due to the unsigned delta calculation of the time keeping core
980  * code, which is necessary to support wrapping clocksources like pm
981  * timer.
982  *
983  * This sanity check is now done in the core timekeeping code.
984  * checking the result of read_tsc() - cycle_last for being negative.
985  * That works because CLOCKSOURCE_MASK(64) does not mask out any bit.
986  */
987 static cycle_t read_tsc(struct clocksource *cs)
988 {
989         return (cycle_t)rdtsc_ordered();
990 }
991
992 /*
993  * .mask MUST be CLOCKSOURCE_MASK(64). See comment above read_tsc()
994  */
995 static struct clocksource clocksource_tsc = {
996         .name                   = "tsc",
997         .rating                 = 300,
998         .read                   = read_tsc,
999         .mask                   = CLOCKSOURCE_MASK(64),
1000         .flags                  = CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS |
1001                                   CLOCK_SOURCE_MUST_VERIFY,
1002         .archdata               = { .vclock_mode = VCLOCK_TSC },
1003 };
1004
1005 void mark_tsc_unstable(char *reason)
1006 {
1007         if (!tsc_unstable) {
1008                 tsc_unstable = 1;
1009                 clear_sched_clock_stable();
1010                 disable_sched_clock_irqtime();
1011                 pr_info("Marking TSC unstable due to %s\n", reason);
1012                 /* Change only the rating, when not registered */
1013                 if (clocksource_tsc.mult)
1014                         clocksource_mark_unstable(&clocksource_tsc);
1015                 else {
1016                         clocksource_tsc.flags |= CLOCK_SOURCE_UNSTABLE;
1017                         clocksource_tsc.rating = 0;
1018                 }
1019         }
1020 }
1021
1022 EXPORT_SYMBOL_GPL(mark_tsc_unstable);
1023
1024 static void __init check_system_tsc_reliable(void)
1025 {
1026 #if defined(CONFIG_MGEODEGX1) || defined(CONFIG_MGEODE_LX) || defined(CONFIG_X86_GENERIC)
1027         if (is_geode_lx()) {
1028                 /* RTSC counts during suspend */
1029 #define RTSC_SUSP 0x100
1030                 unsigned long res_low, res_high;
1031
1032                 rdmsr_safe(MSR_GEODE_BUSCONT_CONF0, &res_low, &res_high);
1033                 /* Geode_LX - the OLPC CPU has a very reliable TSC */
1034                 if (res_low & RTSC_SUSP)
1035                         tsc_clocksource_reliable = 1;
1036         }
1037 #endif
1038         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC_RELIABLE))
1039                 tsc_clocksource_reliable = 1;
1040 }
1041
1042 /*
1043  * Make an educated guess if the TSC is trustworthy and synchronized
1044  * over all CPUs.
1045  */
1046 int unsynchronized_tsc(void)
1047 {
1048         if (!cpu_has_tsc || tsc_unstable)
1049                 return 1;
1050
1051 #ifdef CONFIG_SMP
1052         if (apic_is_clustered_box())
1053                 return 1;
1054 #endif
1055
1056         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
1057                 return 0;
1058
1059         if (tsc_clocksource_reliable)
1060                 return 0;
1061         /*
1062          * Intel systems are normally all synchronized.
1063          * Exceptions must mark TSC as unstable:
1064          */
1065         if (boot_cpu_data.x86_vendor != X86_VENDOR_INTEL) {
1066                 /* assume multi socket systems are not synchronized: */
1067                 if (num_possible_cpus() > 1)
1068                         return 1;
1069         }
1070
1071         return 0;
1072 }
1073
1074
1075 static void tsc_refine_calibration_work(struct work_struct *work);
1076 static DECLARE_DELAYED_WORK(tsc_irqwork, tsc_refine_calibration_work);
1077 /**
1078  * tsc_refine_calibration_work - Further refine tsc freq calibration
1079  * @work - ignored.
1080  *
1081  * This functions uses delayed work over a period of a
1082  * second to further refine the TSC freq value. Since this is
1083  * timer based, instead of loop based, we don't block the boot
1084  * process while this longer calibration is done.
1085  *
1086  * If there are any calibration anomalies (too many SMIs, etc),
1087  * or the refined calibration is off by 1% of the fast early
1088  * calibration, we throw out the new calibration and use the
1089  * early calibration.
1090  */
1091 static void tsc_refine_calibration_work(struct work_struct *work)
1092 {
1093         static u64 tsc_start = -1, ref_start;
1094         static int hpet;
1095         u64 tsc_stop, ref_stop, delta;
1096         unsigned long freq;
1097
1098         /* Don't bother refining TSC on unstable systems */
1099         if (check_tsc_unstable())
1100                 goto out;
1101
1102         /*
1103          * Since the work is started early in boot, we may be
1104          * delayed the first time we expire. So set the workqueue
1105          * again once we know timers are working.
1106          */
1107         if (tsc_start == -1) {
1108                 /*
1109                  * Only set hpet once, to avoid mixing hardware
1110                  * if the hpet becomes enabled later.
1111                  */
1112                 hpet = is_hpet_enabled();
1113                 schedule_delayed_work(&tsc_irqwork, HZ);
1114                 tsc_start = tsc_read_refs(&ref_start, hpet);
1115                 return;
1116         }
1117
1118         tsc_stop = tsc_read_refs(&ref_stop, hpet);
1119
1120         /* hpet or pmtimer available ? */
1121         if (ref_start == ref_stop)
1122                 goto out;
1123
1124         /* Check, whether the sampling was disturbed by an SMI */
1125         if (tsc_start == ULLONG_MAX || tsc_stop == ULLONG_MAX)
1126                 goto out;
1127
1128         delta = tsc_stop - tsc_start;
1129         delta *= 1000000LL;
1130         if (hpet)
1131                 freq = calc_hpet_ref(delta, ref_start, ref_stop);
1132         else
1133                 freq = calc_pmtimer_ref(delta, ref_start, ref_stop);
1134
1135         /* Make sure we're within 1% */
1136         if (abs(tsc_khz - freq) > tsc_khz/100)
1137                 goto out;
1138
1139         tsc_khz = freq;
1140         pr_info("Refined TSC clocksource calibration: %lu.%03lu MHz\n",
1141                 (unsigned long)tsc_khz / 1000,
1142                 (unsigned long)tsc_khz % 1000);
1143
1144 out:
1145         clocksource_register_khz(&clocksource_tsc, tsc_khz);
1146 }
1147
1148
1149 static int __init init_tsc_clocksource(void)
1150 {
1151         if (!cpu_has_tsc || tsc_disabled > 0 || !tsc_khz)
1152                 return 0;
1153
1154         if (tsc_clocksource_reliable)
1155                 clocksource_tsc.flags &= ~CLOCK_SOURCE_MUST_VERIFY;
1156         /* lower the rating if we already know its unstable: */
1157         if (check_tsc_unstable()) {
1158                 clocksource_tsc.rating = 0;
1159                 clocksource_tsc.flags &= ~CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS;
1160         }
1161
1162         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_NONSTOP_TSC_S3))
1163                 clocksource_tsc.flags |= CLOCK_SOURCE_SUSPEND_NONSTOP;
1164
1165         /*
1166          * Trust the results of the earlier calibration on systems
1167          * exporting a reliable TSC.
1168          */
1169         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC_RELIABLE)) {
1170                 clocksource_register_khz(&clocksource_tsc, tsc_khz);
1171                 return 0;
1172         }
1173
1174         schedule_delayed_work(&tsc_irqwork, 0);
1175         return 0;
1176 }
1177 /*
1178  * We use device_initcall here, to ensure we run after the hpet
1179  * is fully initialized, which may occur at fs_initcall time.
1180  */
1181 device_initcall(init_tsc_clocksource);
1182
1183 void __init tsc_init(void)
1184 {
1185         u64 lpj;
1186         int cpu;
1187
1188         x86_init.timers.tsc_pre_init();
1189
1190         if (!cpu_has_tsc) {
1191                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC_DEADLINE_TIMER);
1192                 return;
1193         }
1194
1195         tsc_khz = x86_platform.calibrate_tsc();
1196         cpu_khz = tsc_khz;
1197
1198         if (!tsc_khz) {
1199                 mark_tsc_unstable("could not calculate TSC khz");
1200                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC_DEADLINE_TIMER);
1201                 return;
1202         }
1203
1204         pr_info("Detected %lu.%03lu MHz processor\n",
1205                 (unsigned long)cpu_khz / 1000,
1206                 (unsigned long)cpu_khz % 1000);
1207
1208         /*
1209          * Secondary CPUs do not run through tsc_init(), so set up
1210          * all the scale factors for all CPUs, assuming the same
1211          * speed as the bootup CPU. (cpufreq notifiers will fix this
1212          * up if their speed diverges)
1213          */
1214         for_each_possible_cpu(cpu) {
1215                 cyc2ns_init(cpu);
1216                 set_cyc2ns_scale(cpu_khz, cpu);
1217         }
1218
1219         if (tsc_disabled > 0)
1220                 return;
1221
1222         /* now allow native_sched_clock() to use rdtsc */
1223
1224         tsc_disabled = 0;
1225         static_branch_enable(&__use_tsc);
1226
1227         if (!no_sched_irq_time)
1228                 enable_sched_clock_irqtime();
1229
1230         lpj = ((u64)tsc_khz * 1000);
1231         do_div(lpj, HZ);
1232         lpj_fine = lpj;
1233
1234         use_tsc_delay();
1235
1236         if (unsynchronized_tsc())
1237                 mark_tsc_unstable("TSCs unsynchronized");
1238
1239         check_system_tsc_reliable();
1240 }
1241
1242 #ifdef CONFIG_SMP
1243 /*
1244  * If we have a constant TSC and are using the TSC for the delay loop,
1245  * we can skip clock calibration if another cpu in the same socket has already
1246  * been calibrated. This assumes that CONSTANT_TSC applies to all
1247  * cpus in the socket - this should be a safe assumption.
1248  */
1249 unsigned long calibrate_delay_is_known(void)
1250 {
1251         int i, cpu = smp_processor_id();
1252
1253         if (!tsc_disabled && !cpu_has(&cpu_data(cpu), X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
1254                 return 0;
1255
1256         for_each_online_cpu(i)
1257                 if (cpu_data(i).phys_proc_id == cpu_data(cpu).phys_proc_id)
1258                         return cpu_data(i).loops_per_jiffy;
1259         return 0;
1260 }
1261 #endif