arch/arm/kernel/topology.c

   1 /*
   2  * arch/arm/kernel/topology.c
   3  *
   4  * Copyright (C) 2011 Linaro Limited.
   5  * Written by: Vincent Guittot
   6  *
   7  * based on arch/sh/kernel/topology.c
   8  *
   9  * This file is subject to the terms and conditions of the GNU General Public
  10  * License.  See the file "COPYING" in the main directory of this archive
  11  * for more details.
  12  */
  13
  14 #include <linux/cpu.h>
  15 #include <linux/cpumask.h>
  16 #include <linux/export.h>
  17 #include <linux/init.h>
  18 #include <linux/percpu.h>
  19 #include <linux/node.h>
  20 #include <linux/nodemask.h>
  21 #include <linux/of.h>
  22 #include <linux/sched.h>
  23 #include <linux/slab.h>
  24
  25 #include <asm/cputype.h>
  26 #include <asm/smp_plat.h>
  27 #include <asm/topology.h>
  28
  29 /*
  30  * cpu power scale management
  31  */
  32
  33 /*
  34  * cpu power table
  35  * This per cpu data structure describes the relative capacity of each core.
  36  * On a heteregenous system, cores don't have the same computation capacity
  37  * and we reflect that difference in the cpu_power field so the scheduler can
  38  * take this difference into account during load balance. A per cpu structure
  39  * is preferred because each CPU updates its own cpu_power field during the
  40  * load balance except for idle cores. One idle core is selected to run the
  41  * rebalance_domains for all idle cores and the cpu_power can be updated
  42  * during this sequence.
  43  */
  44 static DEFINE_PER_CPU(unsigned long, cpu_scale);
  45
  46 unsigned long arch_scale_freq_power(struct sched_domain *sd, int cpu)
  47 {
  48         return per_cpu(cpu_scale, cpu);
  49 }
  50
  51 static void set_power_scale(unsigned int cpu, unsigned long power)
  52 {
  53         per_cpu(cpu_scale, cpu) = power;
  54 }
  55
  56 #ifdef CONFIG_OF
  57 struct cpu_efficiency {
  58         const char *compatible;
  59         unsigned long efficiency;
  60 };
  61
  62 /*
  63  * Table of relative efficiency of each processors
  64  * The efficiency value must fit in 20bit and the final
  65  * cpu_scale value must be in the range
  66  *   0 < cpu_scale < 3*SCHED_POWER_SCALE/2
  67  * in order to return at most 1 when DIV_ROUND_CLOSEST
  68  * is used to compute the capacity of a CPU.
  69  * Processors that are not defined in the table,
  70  * use the default SCHED_POWER_SCALE value for cpu_scale.
  71  */
  72 struct cpu_efficiency table_efficiency[] = {
  73         {"arm,cortex-a15", 3891},
  74         {"arm,cortex-a7",  2048},
  75         {NULL, },
  76 };
  77
  78 struct cpu_capacity {
  79         unsigned long hwid;
  80         unsigned long capacity;
  81 };
  82
  83 struct cpu_capacity *cpu_capacity;
  84
  85 unsigned long middle_capacity = 1;
  86
  87 /*
  88  * Iterate all CPUs' descriptor in DT and compute the efficiency
  89  * (as per table_efficiency). Also calculate a middle efficiency
  90  * as close as possible to  (max{eff_i} - min{eff_i}) / 2
  91  * This is later used to scale the cpu_power field such that an
  92  * 'average' CPU is of middle power. Also see the comments near
  93  * table_efficiency[] and update_cpu_power().
  94  */
  95 static void __init parse_dt_topology(void)
  96 {
  97         struct cpu_efficiency *cpu_eff;
  98         struct device_node *cn = NULL;
  99         unsigned long min_capacity = (unsigned long)(-1);
 100         unsigned long max_capacity = 0;
 101         unsigned long capacity = 0;
 102         int alloc_size, cpu = 0;
 103
 104         alloc_size = nr_cpu_ids * sizeof(struct cpu_capacity);
 105         cpu_capacity = kzalloc(alloc_size, GFP_NOWAIT);
 106
 107         while ((cn = of_find_node_by_type(cn, "cpu"))) {
 108                 const u32 *rate, *reg;
 109                 int len;
 110
 111                 if (cpu >= num_possible_cpus())
 112                         break;
 113
 114                 for (cpu_eff = table_efficiency; cpu_eff->compatible; cpu_eff++)
 115                         if (of_device_is_compatible(cn, cpu_eff->compatible))
 116                                 break;
 117
 118                 if (cpu_eff->compatible == NULL)
 119                         continue;
 120
 121                 rate = of_get_property(cn, "clock-frequency", &len);
 122                 if (!rate || len != 4) {
 123                         pr_err("%s missing clock-frequency property\n",
 124                                 cn->full_name);
 125                         continue;
 126                 }
 127
 128                 reg = of_get_property(cn, "reg", &len);
 129                 if (!reg || len != 4) {
 130                         pr_err("%s missing reg property\n", cn->full_name);
 131                         continue;
 132                 }
 133
 134                 capacity = ((be32_to_cpup(rate)) >> 20) * cpu_eff->efficiency;
 135
 136                 /* Save min capacity of the system */
 137                 if (capacity < min_capacity)
 138                         min_capacity = capacity;
 139
 140                 /* Save max capacity of the system */
 141                 if (capacity > max_capacity)
 142                         max_capacity = capacity;
 143
 144                 cpu_capacity[cpu].capacity = capacity;
 145                 cpu_capacity[cpu++].hwid = be32_to_cpup(reg);
 146         }
 147
 148         if (cpu < num_possible_cpus())
 149                 cpu_capacity[cpu].hwid = (unsigned long)(-1);
 150
 151         /* If min and max capacities are equals, we bypass the update of the
 152          * cpu_scale because all CPUs have the same capacity. Otherwise, we
 153          * compute a middle_capacity factor that will ensure that the capacity
 154          * of an 'average' CPU of the system will be as close as possible to
 155          * SCHED_POWER_SCALE, which is the default value, but with the
 156          * constraint explained near table_efficiency[].
 157          */
 158         if (min_capacity == max_capacity)
 159                 cpu_capacity[0].hwid = (unsigned long)(-1);
 160         else if (4*max_capacity < (3*(max_capacity + min_capacity)))
 161                 middle_capacity = (min_capacity + max_capacity)
 162                                 >> (SCHED_POWER_SHIFT+1);
 163         else
 164                 middle_capacity = ((max_capacity / 3)
 165                                 >> (SCHED_POWER_SHIFT-1)) + 1;
 166
 167 }
 168
 169 /*
 170  * Look for a customed capacity of a CPU in the cpu_capacity table during the
 171  * boot. The update of all CPUs is in O(n^2) for heteregeneous system but the
 172  * function returns directly for SMP system.
 173  */
 174 void update_cpu_power(unsigned int cpu, unsigned long hwid)
 175 {
 176         unsigned int idx = 0;
 177
 178         /* look for the cpu's hwid in the cpu capacity table */
 179         for (idx = 0; idx < num_possible_cpus(); idx++) {
 180                 if (cpu_capacity[idx].hwid == hwid)
 181                         break;
 182
 183                 if (cpu_capacity[idx].hwid == -1)
 184                         return;
 185         }
 186
 187         if (idx == num_possible_cpus())
 188                 return;
 189
 190         set_power_scale(cpu, cpu_capacity[idx].capacity / middle_capacity);
 191
 192         printk(KERN_INFO "CPU%u: update cpu_power %lu\n",
 193                 cpu, arch_scale_freq_power(NULL, cpu));
 194 }
 195
 196 #else
 197 static inline void parse_dt_topology(void) {}
 198 static inline void update_cpu_power(unsigned int cpuid, unsigned int mpidr) {}
 199 #endif
 200
 201  /*
 202  * cpu topology table
 203  */
 204 struct cputopo_arm cpu_topology[NR_CPUS];
 205 EXPORT_SYMBOL_GPL(cpu_topology);
 206
 207 const struct cpumask *cpu_coregroup_mask(int cpu)
 208 {
 209         return &cpu_topology[cpu].core_sibling;
 210 }
 211
 212 void update_siblings_masks(unsigned int cpuid)
 213 {
 214         struct cputopo_arm *cpu_topo, *cpuid_topo = &cpu_topology[cpuid];
 215         int cpu;
 216
 217         /* update core and thread sibling masks */
 218         for_each_possible_cpu(cpu) {
 219                 cpu_topo = &cpu_topology[cpu];
 220
 221                 if (cpuid_topo->socket_id != cpu_topo->socket_id)
 222                         continue;
 223
 224                 cpumask_set_cpu(cpuid, &cpu_topo->core_sibling);
 225                 if (cpu != cpuid)
 226                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpuid_topo->core_sibling);
 227
 228                 if (cpuid_topo->core_id != cpu_topo->core_id)
 229                         continue;
 230
 231                 cpumask_set_cpu(cpuid, &cpu_topo->thread_sibling);
 232                 if (cpu != cpuid)
 233                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpuid_topo->thread_sibling);
 234         }
 235         smp_wmb();
 236 }
 237
 238 /*
 239  * store_cpu_topology is called at boot when only one cpu is running
 240  * and with the mutex cpu_hotplug.lock locked, when several cpus have booted,
 241  * which prevents simultaneous write access to cpu_topology array
 242  */
 243 void store_cpu_topology(unsigned int cpuid)
 244 {
 245         struct cputopo_arm *cpuid_topo = &cpu_topology[cpuid];
 246         unsigned int mpidr;
 247
 248         /* If the cpu topology has been already set, just return */
 249         if (cpuid_topo->core_id != -1)
 250                 return;
 251
 252         mpidr = read_cpuid_mpidr();
 253
 254         /* create cpu topology mapping */
 255         if ((mpidr & MPIDR_SMP_BITMASK) == MPIDR_SMP_VALUE) {
 256                 /*
 257                  * This is a multiprocessor system
 258                  * multiprocessor format & multiprocessor mode field are set
 259                  */
 260
 261                 if (mpidr & MPIDR_MT_BITMASK) {
 262                         /* core performance interdependency */
 263                         cpuid_topo->thread_id = MPIDR_AFFINITY_LEVEL(mpidr, 0);
 264                         cpuid_topo->core_id = MPIDR_AFFINITY_LEVEL(mpidr, 1);
 265                         cpuid_topo->socket_id = MPIDR_AFFINITY_LEVEL(mpidr, 2);
 266                 } else {
 267                         /* largely independent cores */
 268                         cpuid_topo->thread_id = -1;
 269                         cpuid_topo->core_id = MPIDR_AFFINITY_LEVEL(mpidr, 0);
 270                         cpuid_topo->socket_id = MPIDR_AFFINITY_LEVEL(mpidr, 1);
 271                 }
 272         } else {
 273                 /*
 274                  * This is an uniprocessor system
 275                  * we are in multiprocessor format but uniprocessor system
 276                  * or in the old uniprocessor format
 277                  */
 278                 cpuid_topo->thread_id = -1;
 279                 cpuid_topo->core_id = 0;
 280                 cpuid_topo->socket_id = -1;
 281         }
 282
 283         update_siblings_masks(cpuid);
 284
 285         update_cpu_power(cpuid, mpidr & MPIDR_HWID_BITMASK);
 286
 287         printk(KERN_INFO "CPU%u: thread %d, cpu %d, socket %d, mpidr %x\n",
 288                 cpuid, cpu_topology[cpuid].thread_id,
 289                 cpu_topology[cpuid].core_id,
 290                 cpu_topology[cpuid].socket_id, mpidr);
 291 }
 292
 293
 294 #ifdef CONFIG_SCHED_HMP
 295
 296 static const char * const little_cores[] = {
 297         "arm,cortex-a7",
 298         NULL,
 299 };
 300
 301 static bool is_little_cpu(struct device_node *cn)
 302 {
 303         const char * const *lc;
 304         for (lc = little_cores; *lc; lc++)
 305                 if (of_device_is_compatible(cn, *lc))
 306                         return true;
 307         return false;
 308 }
 309
 310 void __init arch_get_fast_and_slow_cpus(struct cpumask *fast,
 311                                         struct cpumask *slow)
 312 {
 313         struct device_node *cn = NULL;
 314         int cpu;
 315
 316         cpumask_clear(fast);
 317         cpumask_clear(slow);
 318
 319         /*
 320          * Use the config options if they are given. This helps testing
 321          * HMP scheduling on systems without a big.LITTLE architecture.
 322          */
 323         if (strlen(CONFIG_HMP_FAST_CPU_MASK) && strlen(CONFIG_HMP_SLOW_CPU_MASK)) {
 324                 if (cpulist_parse(CONFIG_HMP_FAST_CPU_MASK, fast))
 325                         WARN(1, "Failed to parse HMP fast cpu mask!\n");
 326                 if (cpulist_parse(CONFIG_HMP_SLOW_CPU_MASK, slow))
 327                         WARN(1, "Failed to parse HMP slow cpu mask!\n");
 328                 return;
 329         }
 330
 331         /*
 332          * Else, parse device tree for little cores.
 333          */
 334         while ((cn = of_find_node_by_type(cn, "cpu"))) {
 335
 336                 const u32 *mpidr;
 337                 int len;
 338
 339                 mpidr = of_get_property(cn, "reg", &len);
 340                 if (!mpidr || len != 4) {
 341                         pr_err("* %s missing reg property\n", cn->full_name);
 342                         continue;
 343                 }
 344
 345                 cpu = get_logical_index(be32_to_cpup(mpidr));
 346                 if (cpu == -EINVAL) {
 347                         pr_err("couldn't get logical index for mpidr %x\n",
 348                                                         be32_to_cpup(mpidr));
 349                         break;
 350                 }
 351
 352                 if (is_little_cpu(cn))
 353                         cpumask_set_cpu(cpu, slow);
 354                 else
 355                         cpumask_set_cpu(cpu, fast);
 356         }
 357
 358         if (!cpumask_empty(fast) && !cpumask_empty(slow))
 359                 return;
 360
 361         /*
 362          * We didn't find both big and little cores so let's call all cores
 363          * fast as this will keep the system running, with all cores being
 364          * treated equal.
 365          */
 366         cpumask_setall(fast);
 367         cpumask_clear(slow);
 368 }
 369
 370 struct cpumask hmp_slow_cpu_mask;
 371
 372 void __init arch_get_hmp_domains(struct list_head *hmp_domains_list)
 373 {
 374         struct cpumask hmp_fast_cpu_mask;
 375         struct hmp_domain *domain;
 376
 377         arch_get_fast_and_slow_cpus(&hmp_fast_cpu_mask, &hmp_slow_cpu_mask);
 378
 379         /*
 380          * Initialize hmp_domains
 381          * Must be ordered with respect to compute capacity.
 382          * Fastest domain at head of list.
 383          */
 384         if(!cpumask_empty(&hmp_slow_cpu_mask)) {
 385                 domain = (struct hmp_domain *)
 386                         kmalloc(sizeof(struct hmp_domain), GFP_KERNEL);
 387                 cpumask_copy(&domain->possible_cpus, &hmp_slow_cpu_mask);
 388                 cpumask_and(&domain->cpus, cpu_online_mask, &domain->possible_cpus);
 389                 list_add(&domain->hmp_domains, hmp_domains_list);
 390         }
 391         domain = (struct hmp_domain *)
 392                 kmalloc(sizeof(struct hmp_domain), GFP_KERNEL);
 393         cpumask_copy(&domain->possible_cpus, &hmp_fast_cpu_mask);
 394         cpumask_and(&domain->cpus, cpu_online_mask, &domain->possible_cpus);
 395         list_add(&domain->hmp_domains, hmp_domains_list);
 396 }
 397 #endif /* CONFIG_SCHED_HMP */
 398
 399
 400 /*
 401  * cluster_to_logical_mask - return cpu logical mask of CPUs in a cluster
 402  * @socket_id:          cluster HW identifier
 403  * @cluster_mask:       the cpumask location to be initialized, modified by the
 404  *                      function only if return value == 0
 405  *
 406  * Return:
 407  *
 408  * 0 on success
 409  * -EINVAL if cluster_mask is NULL or there is no record matching socket_id
 410  */
 411 int cluster_to_logical_mask(unsigned int socket_id, cpumask_t *cluster_mask)
 412 {
 413         int cpu;
 414
 415         if (!cluster_mask)
 416                 return -EINVAL;
 417
 418         for_each_online_cpu(cpu)
 419                 if (socket_id == topology_physical_package_id(cpu)) {
 420                         cpumask_copy(cluster_mask, topology_core_cpumask(cpu));
 421                         return 0;
 422                 }
 423
 424         return -EINVAL;
 425 }
 426
 427 /*
 428  * init_cpu_topology is called at boot when only one cpu is running
 429  * which prevent simultaneous write access to cpu_topology array
 430  */
 431 void __init init_cpu_topology(void)
 432 {
 433         unsigned int cpu;
 434
 435         /* init core mask and power*/
 436         for_each_possible_cpu(cpu) {
 437                 struct cputopo_arm *cpu_topo = &(cpu_topology[cpu]);
 438
 439                 cpu_topo->thread_id = -1;
 440                 cpu_topo->core_id =  -1;
 441                 cpu_topo->socket_id = -1;
 442                 cpumask_clear(&cpu_topo->core_sibling);
 443                 cpumask_clear(&cpu_topo->thread_sibling);
 444
 445                 set_power_scale(cpu, SCHED_POWER_SCALE);
 446         }
 447         smp_wmb();
 448
 449         parse_dt_topology();
 450 }