Merge tag 'armsoc-drivers' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/arm/arm-soc
[firefly-linux-kernel-4.4.55.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
25 unsigned int __read_mostly cpu_khz;     /* TSC clocks / usec, not used here */
26 EXPORT_SYMBOL(cpu_khz);
27
28 unsigned int __read_mostly tsc_khz;
29 EXPORT_SYMBOL(tsc_khz);
30
31 /*
32  * TSC can be unstable due to cpufreq or due to unsynced TSCs
33  */
34 static int __read_mostly tsc_unstable;
35
36 /* native_sched_clock() is called before tsc_init(), so
37    we must start with the TSC soft disabled to prevent
38    erroneous rdtsc usage on !cpu_has_tsc processors */
39 static int __read_mostly tsc_disabled = -1;
40
41 static struct static_key __use_tsc = STATIC_KEY_INIT;
42
43 int tsc_clocksource_reliable;
44
45 /*
46  * Use a ring-buffer like data structure, where a writer advances the head by
47  * writing a new data entry and a reader advances the tail when it observes a
48  * new entry.
49  *
50  * Writers are made to wait on readers until there's space to write a new
51  * entry.
52  *
53  * This means that we can always use an {offset, mul} pair to compute a ns
54  * value that is 'roughly' in the right direction, even if we're writing a new
55  * {offset, mul} pair during the clock read.
56  *
57  * The down-side is that we can no longer guarantee strict monotonicity anymore
58  * (assuming the TSC was that to begin with), because while we compute the
59  * intersection point of the two clock slopes and make sure the time is
60  * continuous at the point of switching; we can no longer guarantee a reader is
61  * strictly before or after the switch point.
62  *
63  * It does mean a reader no longer needs to disable IRQs in order to avoid
64  * CPU-Freq updates messing with his times, and similarly an NMI reader will
65  * no longer run the risk of hitting half-written state.
66  */
67
68 struct cyc2ns {
69         struct cyc2ns_data data[2];     /*  0 + 2*24 = 48 */
70         struct cyc2ns_data *head;       /* 48 + 8    = 56 */
71         struct cyc2ns_data *tail;       /* 56 + 8    = 64 */
72 }; /* exactly fits one cacheline */
73
74 static DEFINE_PER_CPU_ALIGNED(struct cyc2ns, cyc2ns);
75
76 struct cyc2ns_data *cyc2ns_read_begin(void)
77 {
78         struct cyc2ns_data *head;
79
80         preempt_disable();
81
82         head = this_cpu_read(cyc2ns.head);
83         /*
84          * Ensure we observe the entry when we observe the pointer to it.
85          * matches the wmb from cyc2ns_write_end().
86          */
87         smp_read_barrier_depends();
88         head->__count++;
89         barrier();
90
91         return head;
92 }
93
94 void cyc2ns_read_end(struct cyc2ns_data *head)
95 {
96         barrier();
97         /*
98          * If we're the outer most nested read; update the tail pointer
99          * when we're done. This notifies possible pending writers
100          * that we've observed the head pointer and that the other
101          * entry is now free.
102          */
103         if (!--head->__count) {
104                 /*
105                  * x86-TSO does not reorder writes with older reads;
106                  * therefore once this write becomes visible to another
107                  * cpu, we must be finished reading the cyc2ns_data.
108                  *
109                  * matches with cyc2ns_write_begin().
110                  */
111                 this_cpu_write(cyc2ns.tail, head);
112         }
113         preempt_enable();
114 }
115
116 /*
117  * Begin writing a new @data entry for @cpu.
118  *
119  * Assumes some sort of write side lock; currently 'provided' by the assumption
120  * that cpufreq will call its notifiers sequentially.
121  */
122 static struct cyc2ns_data *cyc2ns_write_begin(int cpu)
123 {
124         struct cyc2ns *c2n = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
125         struct cyc2ns_data *data = c2n->data;
126
127         if (data == c2n->head)
128                 data++;
129
130         /* XXX send an IPI to @cpu in order to guarantee a read? */
131
132         /*
133          * When we observe the tail write from cyc2ns_read_end(),
134          * the cpu must be done with that entry and its safe
135          * to start writing to it.
136          */
137         while (c2n->tail == data)
138                 cpu_relax();
139
140         return data;
141 }
142
143 static void cyc2ns_write_end(int cpu, struct cyc2ns_data *data)
144 {
145         struct cyc2ns *c2n = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
146
147         /*
148          * Ensure the @data writes are visible before we publish the
149          * entry. Matches the data-depencency in cyc2ns_read_begin().
150          */
151         smp_wmb();
152
153         ACCESS_ONCE(c2n->head) = data;
154 }
155
156 /*
157  * Accelerators for sched_clock()
158  * convert from cycles(64bits) => nanoseconds (64bits)
159  *  basic equation:
160  *              ns = cycles / (freq / ns_per_sec)
161  *              ns = cycles * (ns_per_sec / freq)
162  *              ns = cycles * (10^9 / (cpu_khz * 10^3))
163  *              ns = cycles * (10^6 / cpu_khz)
164  *
165  *      Then we use scaling math (suggested by george@mvista.com) to get:
166  *              ns = cycles * (10^6 * SC / cpu_khz) / SC
167  *              ns = cycles * cyc2ns_scale / SC
168  *
169  *      And since SC is a constant power of two, we can convert the div
170  *  into a shift.
171  *
172  *  We can use khz divisor instead of mhz to keep a better precision, since
173  *  cyc2ns_scale is limited to 10^6 * 2^10, which fits in 32 bits.
174  *  (mathieu.desnoyers@polymtl.ca)
175  *
176  *                      -johnstul@us.ibm.com "math is hard, lets go shopping!"
177  */
178
179 #define CYC2NS_SCALE_FACTOR 10 /* 2^10, carefully chosen */
180
181 static void cyc2ns_data_init(struct cyc2ns_data *data)
182 {
183         data->cyc2ns_mul = 0;
184         data->cyc2ns_shift = CYC2NS_SCALE_FACTOR;
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, CYC2NS_SCALE_FACTOR);
219         } else {
220                 data->__count++;
221
222                 barrier();
223
224                 ns = data->cyc2ns_offset;
225                 ns += mul_u64_u32_shr(cyc, data->cyc2ns_mul, CYC2NS_SCALE_FACTOR);
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         data->cyc2ns_mul =
260                 DIV_ROUND_CLOSEST(NSEC_PER_MSEC << CYC2NS_SCALE_FACTOR,
261                                   cpu_khz);
262         data->cyc2ns_shift = CYC2NS_SCALE_FACTOR;
263         data->cyc2ns_offset = ns_now -
264                 mul_u64_u32_shr(tsc_now, data->cyc2ns_mul, CYC2NS_SCALE_FACTOR);
265
266         cyc2ns_write_end(cpu, data);
267
268 done:
269         sched_clock_idle_wakeup_event(0);
270         local_irq_restore(flags);
271 }
272 /*
273  * Scheduler clock - returns current time in nanosec units.
274  */
275 u64 native_sched_clock(void)
276 {
277         u64 tsc_now;
278
279         /*
280          * Fall back to jiffies if there's no TSC available:
281          * ( But note that we still use it if the TSC is marked
282          *   unstable. We do this because unlike Time Of Day,
283          *   the scheduler clock tolerates small errors and it's
284          *   very important for it to be as fast as the platform
285          *   can achieve it. )
286          */
287         if (!static_key_false(&__use_tsc)) {
288                 /* No locking but a rare wrong value is not a big deal: */
289                 return (jiffies_64 - INITIAL_JIFFIES) * (1000000000 / HZ);
290         }
291
292         /* read the Time Stamp Counter: */
293         tsc_now = rdtsc();
294
295         /* return the value in ns */
296         return cycles_2_ns(tsc_now);
297 }
298
299 /*
300  * Generate a sched_clock if you already have a TSC value.
301  */
302 u64 native_sched_clock_from_tsc(u64 tsc)
303 {
304         return cycles_2_ns(tsc);
305 }
306
307 /* We need to define a real function for sched_clock, to override the
308    weak default version */
309 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
310 unsigned long long sched_clock(void)
311 {
312         return paravirt_sched_clock();
313 }
314 #else
315 unsigned long long
316 sched_clock(void) __attribute__((alias("native_sched_clock")));
317 #endif
318
319 int check_tsc_unstable(void)
320 {
321         return tsc_unstable;
322 }
323 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_tsc_unstable);
324
325 int check_tsc_disabled(void)
326 {
327         return tsc_disabled;
328 }
329 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_tsc_disabled);
330
331 #ifdef CONFIG_X86_TSC
332 int __init notsc_setup(char *str)
333 {
334         pr_warn("Kernel compiled with CONFIG_X86_TSC, cannot disable TSC completely\n");
335         tsc_disabled = 1;
336         return 1;
337 }
338 #else
339 /*
340  * disable flag for tsc. Takes effect by clearing the TSC cpu flag
341  * in cpu/common.c
342  */
343 int __init notsc_setup(char *str)
344 {
345         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC);
346         return 1;
347 }
348 #endif
349
350 __setup("notsc", notsc_setup);
351
352 static int no_sched_irq_time;
353
354 static int __init tsc_setup(char *str)
355 {
356         if (!strcmp(str, "reliable"))
357                 tsc_clocksource_reliable = 1;
358         if (!strncmp(str, "noirqtime", 9))
359                 no_sched_irq_time = 1;
360         return 1;
361 }
362
363 __setup("tsc=", tsc_setup);
364
365 #define MAX_RETRIES     5
366 #define SMI_TRESHOLD    50000
367
368 /*
369  * Read TSC and the reference counters. Take care of SMI disturbance
370  */
371 static u64 tsc_read_refs(u64 *p, int hpet)
372 {
373         u64 t1, t2;
374         int i;
375
376         for (i = 0; i < MAX_RETRIES; i++) {
377                 t1 = get_cycles();
378                 if (hpet)
379                         *p = hpet_readl(HPET_COUNTER) & 0xFFFFFFFF;
380                 else
381                         *p = acpi_pm_read_early();
382                 t2 = get_cycles();
383                 if ((t2 - t1) < SMI_TRESHOLD)
384                         return t2;
385         }
386         return ULLONG_MAX;
387 }
388
389 /*
390  * Calculate the TSC frequency from HPET reference
391  */
392 static unsigned long calc_hpet_ref(u64 deltatsc, u64 hpet1, u64 hpet2)
393 {
394         u64 tmp;
395
396         if (hpet2 < hpet1)
397                 hpet2 += 0x100000000ULL;
398         hpet2 -= hpet1;
399         tmp = ((u64)hpet2 * hpet_readl(HPET_PERIOD));
400         do_div(tmp, 1000000);
401         do_div(deltatsc, tmp);
402
403         return (unsigned long) deltatsc;
404 }
405
406 /*
407  * Calculate the TSC frequency from PMTimer reference
408  */
409 static unsigned long calc_pmtimer_ref(u64 deltatsc, u64 pm1, u64 pm2)
410 {
411         u64 tmp;
412
413         if (!pm1 && !pm2)
414                 return ULONG_MAX;
415
416         if (pm2 < pm1)
417                 pm2 += (u64)ACPI_PM_OVRRUN;
418         pm2 -= pm1;
419         tmp = pm2 * 1000000000LL;
420         do_div(tmp, PMTMR_TICKS_PER_SEC);
421         do_div(deltatsc, tmp);
422
423         return (unsigned long) deltatsc;
424 }
425
426 #define CAL_MS          10
427 #define CAL_LATCH       (PIT_TICK_RATE / (1000 / CAL_MS))
428 #define CAL_PIT_LOOPS   1000
429
430 #define CAL2_MS         50
431 #define CAL2_LATCH      (PIT_TICK_RATE / (1000 / CAL2_MS))
432 #define CAL2_PIT_LOOPS  5000
433
434
435 /*
436  * Try to calibrate the TSC against the Programmable
437  * Interrupt Timer and return the frequency of the TSC
438  * in kHz.
439  *
440  * Return ULONG_MAX on failure to calibrate.
441  */
442 static unsigned long pit_calibrate_tsc(u32 latch, unsigned long ms, int loopmin)
443 {
444         u64 tsc, t1, t2, delta;
445         unsigned long tscmin, tscmax;
446         int pitcnt;
447
448         /* Set the Gate high, disable speaker */
449         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
450
451         /*
452          * Setup CTC channel 2* for mode 0, (interrupt on terminal
453          * count mode), binary count. Set the latch register to 50ms
454          * (LSB then MSB) to begin countdown.
455          */
456         outb(0xb0, 0x43);
457         outb(latch & 0xff, 0x42);
458         outb(latch >> 8, 0x42);
459
460         tsc = t1 = t2 = get_cycles();
461
462         pitcnt = 0;
463         tscmax = 0;
464         tscmin = ULONG_MAX;
465         while ((inb(0x61) & 0x20) == 0) {
466                 t2 = get_cycles();
467                 delta = t2 - tsc;
468                 tsc = t2;
469                 if ((unsigned long) delta < tscmin)
470                         tscmin = (unsigned int) delta;
471                 if ((unsigned long) delta > tscmax)
472                         tscmax = (unsigned int) delta;
473                 pitcnt++;
474         }
475
476         /*
477          * Sanity checks:
478          *
479          * If we were not able to read the PIT more than loopmin
480          * times, then we have been hit by a massive SMI
481          *
482          * If the maximum is 10 times larger than the minimum,
483          * then we got hit by an SMI as well.
484          */
485         if (pitcnt < loopmin || tscmax > 10 * tscmin)
486                 return ULONG_MAX;
487
488         /* Calculate the PIT value */
489         delta = t2 - t1;
490         do_div(delta, ms);
491         return delta;
492 }
493
494 /*
495  * This reads the current MSB of the PIT counter, and
496  * checks if we are running on sufficiently fast and
497  * non-virtualized hardware.
498  *
499  * Our expectations are:
500  *
501  *  - the PIT is running at roughly 1.19MHz
502  *
503  *  - each IO is going to take about 1us on real hardware,
504  *    but we allow it to be much faster (by a factor of 10) or
505  *    _slightly_ slower (ie we allow up to a 2us read+counter
506  *    update - anything else implies a unacceptably slow CPU
507  *    or PIT for the fast calibration to work.
508  *
509  *  - with 256 PIT ticks to read the value, we have 214us to
510  *    see the same MSB (and overhead like doing a single TSC
511  *    read per MSB value etc).
512  *
513  *  - We're doing 2 reads per loop (LSB, MSB), and we expect
514  *    them each to take about a microsecond on real hardware.
515  *    So we expect a count value of around 100. But we'll be
516  *    generous, and accept anything over 50.
517  *
518  *  - if the PIT is stuck, and we see *many* more reads, we
519  *    return early (and the next caller of pit_expect_msb()
520  *    then consider it a failure when they don't see the
521  *    next expected value).
522  *
523  * These expectations mean that we know that we have seen the
524  * transition from one expected value to another with a fairly
525  * high accuracy, and we didn't miss any events. We can thus
526  * use the TSC value at the transitions to calculate a pretty
527  * good value for the TSC frequencty.
528  */
529 static inline int pit_verify_msb(unsigned char val)
530 {
531         /* Ignore LSB */
532         inb(0x42);
533         return inb(0x42) == val;
534 }
535
536 static inline int pit_expect_msb(unsigned char val, u64 *tscp, unsigned long *deltap)
537 {
538         int count;
539         u64 tsc = 0, prev_tsc = 0;
540
541         for (count = 0; count < 50000; count++) {
542                 if (!pit_verify_msb(val))
543                         break;
544                 prev_tsc = tsc;
545                 tsc = get_cycles();
546         }
547         *deltap = get_cycles() - prev_tsc;
548         *tscp = tsc;
549
550         /*
551          * We require _some_ success, but the quality control
552          * will be based on the error terms on the TSC values.
553          */
554         return count > 5;
555 }
556
557 /*
558  * How many MSB values do we want to see? We aim for
559  * a maximum error rate of 500ppm (in practice the
560  * real error is much smaller), but refuse to spend
561  * more than 50ms on it.
562  */
563 #define MAX_QUICK_PIT_MS 50
564 #define MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS (MAX_QUICK_PIT_MS * PIT_TICK_RATE / 1000 / 256)
565
566 static unsigned long quick_pit_calibrate(void)
567 {
568         int i;
569         u64 tsc, delta;
570         unsigned long d1, d2;
571
572         /* Set the Gate high, disable speaker */
573         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
574
575         /*
576          * Counter 2, mode 0 (one-shot), binary count
577          *
578          * NOTE! Mode 2 decrements by two (and then the
579          * output is flipped each time, giving the same
580          * final output frequency as a decrement-by-one),
581          * so mode 0 is much better when looking at the
582          * individual counts.
583          */
584         outb(0xb0, 0x43);
585
586         /* Start at 0xffff */
587         outb(0xff, 0x42);
588         outb(0xff, 0x42);
589
590         /*
591          * The PIT starts counting at the next edge, so we
592          * need to delay for a microsecond. The easiest way
593          * to do that is to just read back the 16-bit counter
594          * once from the PIT.
595          */
596         pit_verify_msb(0);
597
598         if (pit_expect_msb(0xff, &tsc, &d1)) {
599                 for (i = 1; i <= MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS; i++) {
600                         if (!pit_expect_msb(0xff-i, &delta, &d2))
601                                 break;
602
603                         delta -= tsc;
604
605                         /*
606                          * Extrapolate the error and fail fast if the error will
607                          * never be below 500 ppm.
608                          */
609                         if (i == 1 &&
610                             d1 + d2 >= (delta * MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS) >> 11)
611                                 return 0;
612
613                         /*
614                          * Iterate until the error is less than 500 ppm
615                          */
616                         if (d1+d2 >= delta >> 11)
617                                 continue;
618
619                         /*
620                          * Check the PIT one more time to verify that
621                          * all TSC reads were stable wrt the PIT.
622                          *
623                          * This also guarantees serialization of the
624                          * last cycle read ('d2') in pit_expect_msb.
625                          */
626                         if (!pit_verify_msb(0xfe - i))
627                                 break;
628                         goto success;
629                 }
630         }
631         pr_info("Fast TSC calibration failed\n");
632         return 0;
633
634 success:
635         /*
636          * Ok, if we get here, then we've seen the
637          * MSB of the PIT decrement 'i' times, and the
638          * error has shrunk to less than 500 ppm.
639          *
640          * As a result, we can depend on there not being
641          * any odd delays anywhere, and the TSC reads are
642          * reliable (within the error).
643          *
644          * kHz = ticks / time-in-seconds / 1000;
645          * kHz = (t2 - t1) / (I * 256 / PIT_TICK_RATE) / 1000
646          * kHz = ((t2 - t1) * PIT_TICK_RATE) / (I * 256 * 1000)
647          */
648         delta *= PIT_TICK_RATE;
649         do_div(delta, i*256*1000);
650         pr_info("Fast TSC calibration using PIT\n");
651         return delta;
652 }
653
654 /**
655  * native_calibrate_tsc - calibrate the tsc on boot
656  */
657 unsigned long native_calibrate_tsc(void)
658 {
659         u64 tsc1, tsc2, delta, ref1, ref2;
660         unsigned long tsc_pit_min = ULONG_MAX, tsc_ref_min = ULONG_MAX;
661         unsigned long flags, latch, ms, fast_calibrate;
662         int hpet = is_hpet_enabled(), i, loopmin;
663
664         /* Calibrate TSC using MSR for Intel Atom SoCs */
665         local_irq_save(flags);
666         fast_calibrate = try_msr_calibrate_tsc();
667         local_irq_restore(flags);
668         if (fast_calibrate)
669                 return fast_calibrate;
670
671         local_irq_save(flags);
672         fast_calibrate = quick_pit_calibrate();
673         local_irq_restore(flags);
674         if (fast_calibrate)
675                 return fast_calibrate;
676
677         /*
678          * Run 5 calibration loops to get the lowest frequency value
679          * (the best estimate). We use two different calibration modes
680          * here:
681          *
682          * 1) PIT loop. We set the PIT Channel 2 to oneshot mode and
683          * load a timeout of 50ms. We read the time right after we
684          * started the timer and wait until the PIT count down reaches
685          * zero. In each wait loop iteration we read the TSC and check
686          * the delta to the previous read. We keep track of the min
687          * and max values of that delta. The delta is mostly defined
688          * by the IO time of the PIT access, so we can detect when a
689          * SMI/SMM disturbance happened between the two reads. If the
690          * maximum time is significantly larger than the minimum time,
691          * then we discard the result and have another try.
692          *
693          * 2) Reference counter. If available we use the HPET or the
694          * PMTIMER as a reference to check the sanity of that value.
695          * We use separate TSC readouts and check inside of the
696          * reference read for a SMI/SMM disturbance. We dicard
697          * disturbed values here as well. We do that around the PIT
698          * calibration delay loop as we have to wait for a certain
699          * amount of time anyway.
700          */
701
702         /* Preset PIT loop values */
703         latch = CAL_LATCH;
704         ms = CAL_MS;
705         loopmin = CAL_PIT_LOOPS;
706
707         for (i = 0; i < 3; i++) {
708                 unsigned long tsc_pit_khz;
709
710                 /*
711                  * Read the start value and the reference count of
712                  * hpet/pmtimer when available. Then do the PIT
713                  * calibration, which will take at least 50ms, and
714                  * read the end value.
715                  */
716                 local_irq_save(flags);
717                 tsc1 = tsc_read_refs(&ref1, hpet);
718                 tsc_pit_khz = pit_calibrate_tsc(latch, ms, loopmin);
719                 tsc2 = tsc_read_refs(&ref2, hpet);
720                 local_irq_restore(flags);
721
722                 /* Pick the lowest PIT TSC calibration so far */
723                 tsc_pit_min = min(tsc_pit_min, tsc_pit_khz);
724
725                 /* hpet or pmtimer available ? */
726                 if (ref1 == ref2)
727                         continue;
728
729                 /* Check, whether the sampling was disturbed by an SMI */
730                 if (tsc1 == ULLONG_MAX || tsc2 == ULLONG_MAX)
731                         continue;
732
733                 tsc2 = (tsc2 - tsc1) * 1000000LL;
734                 if (hpet)
735                         tsc2 = calc_hpet_ref(tsc2, ref1, ref2);
736                 else
737                         tsc2 = calc_pmtimer_ref(tsc2, ref1, ref2);
738
739                 tsc_ref_min = min(tsc_ref_min, (unsigned long) tsc2);
740
741                 /* Check the reference deviation */
742                 delta = ((u64) tsc_pit_min) * 100;
743                 do_div(delta, tsc_ref_min);
744
745                 /*
746                  * If both calibration results are inside a 10% window
747                  * then we can be sure, that the calibration
748                  * succeeded. We break out of the loop right away. We
749                  * use the reference value, as it is more precise.
750                  */
751                 if (delta >= 90 && delta <= 110) {
752                         pr_info("PIT calibration matches %s. %d loops\n",
753                                 hpet ? "HPET" : "PMTIMER", i + 1);
754                         return tsc_ref_min;
755                 }
756
757                 /*
758                  * Check whether PIT failed more than once. This
759                  * happens in virtualized environments. We need to
760                  * give the virtual PC a slightly longer timeframe for
761                  * the HPET/PMTIMER to make the result precise.
762                  */
763                 if (i == 1 && tsc_pit_min == ULONG_MAX) {
764                         latch = CAL2_LATCH;
765                         ms = CAL2_MS;
766                         loopmin = CAL2_PIT_LOOPS;
767                 }
768         }
769
770         /*
771          * Now check the results.
772          */
773         if (tsc_pit_min == ULONG_MAX) {
774                 /* PIT gave no useful value */
775                 pr_warn("Unable to calibrate against PIT\n");
776
777                 /* We don't have an alternative source, disable TSC */
778                 if (!hpet && !ref1 && !ref2) {
779                         pr_notice("No reference (HPET/PMTIMER) available\n");
780                         return 0;
781                 }
782
783                 /* The alternative source failed as well, disable TSC */
784                 if (tsc_ref_min == ULONG_MAX) {
785                         pr_warn("HPET/PMTIMER calibration failed\n");
786                         return 0;
787                 }
788
789                 /* Use the alternative source */
790                 pr_info("using %s reference calibration\n",
791                         hpet ? "HPET" : "PMTIMER");
792
793                 return tsc_ref_min;
794         }
795
796         /* We don't have an alternative source, use the PIT calibration value */
797         if (!hpet && !ref1 && !ref2) {
798                 pr_info("Using PIT calibration value\n");
799                 return tsc_pit_min;
800         }
801
802         /* The alternative source failed, use the PIT calibration value */
803         if (tsc_ref_min == ULONG_MAX) {
804                 pr_warn("HPET/PMTIMER calibration failed. Using PIT calibration.\n");
805                 return tsc_pit_min;
806         }
807
808         /*
809          * The calibration values differ too much. In doubt, we use
810          * the PIT value as we know that there are PMTIMERs around
811          * running at double speed. At least we let the user know:
812          */
813         pr_warn("PIT calibration deviates from %s: %lu %lu\n",
814                 hpet ? "HPET" : "PMTIMER", tsc_pit_min, tsc_ref_min);
815         pr_info("Using PIT calibration value\n");
816         return tsc_pit_min;
817 }
818
819 int recalibrate_cpu_khz(void)
820 {
821 #ifndef CONFIG_SMP
822         unsigned long cpu_khz_old = cpu_khz;
823
824         if (cpu_has_tsc) {
825                 tsc_khz = x86_platform.calibrate_tsc();
826                 cpu_khz = tsc_khz;
827                 cpu_data(0).loops_per_jiffy =
828                         cpufreq_scale(cpu_data(0).loops_per_jiffy,
829                                         cpu_khz_old, cpu_khz);
830                 return 0;
831         } else
832                 return -ENODEV;
833 #else
834         return -ENODEV;
835 #endif
836 }
837
838 EXPORT_SYMBOL(recalibrate_cpu_khz);
839
840
841 static unsigned long long cyc2ns_suspend;
842
843 void tsc_save_sched_clock_state(void)
844 {
845         if (!sched_clock_stable())
846                 return;
847
848         cyc2ns_suspend = sched_clock();
849 }
850
851 /*
852  * Even on processors with invariant TSC, TSC gets reset in some the
853  * ACPI system sleep states. And in some systems BIOS seem to reinit TSC to
854  * arbitrary value (still sync'd across cpu's) during resume from such sleep
855  * states. To cope up with this, recompute the cyc2ns_offset for each cpu so
856  * that sched_clock() continues from the point where it was left off during
857  * suspend.
858  */
859 void tsc_restore_sched_clock_state(void)
860 {
861         unsigned long long offset;
862         unsigned long flags;
863         int cpu;
864
865         if (!sched_clock_stable())
866                 return;
867
868         local_irq_save(flags);
869
870         /*
871          * We're comming out of suspend, there's no concurrency yet; don't
872          * bother being nice about the RCU stuff, just write to both
873          * data fields.
874          */
875
876         this_cpu_write(cyc2ns.data[0].cyc2ns_offset, 0);
877         this_cpu_write(cyc2ns.data[1].cyc2ns_offset, 0);
878
879         offset = cyc2ns_suspend - sched_clock();
880
881         for_each_possible_cpu(cpu) {
882                 per_cpu(cyc2ns.data[0].cyc2ns_offset, cpu) = offset;
883                 per_cpu(cyc2ns.data[1].cyc2ns_offset, cpu) = offset;
884         }
885
886         local_irq_restore(flags);
887 }
888
889 #ifdef CONFIG_CPU_FREQ
890
891 /* Frequency scaling support. Adjust the TSC based timer when the cpu frequency
892  * changes.
893  *
894  * RED-PEN: On SMP we assume all CPUs run with the same frequency.  It's
895  * not that important because current Opteron setups do not support
896  * scaling on SMP anyroads.
897  *
898  * Should fix up last_tsc too. Currently gettimeofday in the
899  * first tick after the change will be slightly wrong.
900  */
901
902 static unsigned int  ref_freq;
903 static unsigned long loops_per_jiffy_ref;
904 static unsigned long tsc_khz_ref;
905
906 static int time_cpufreq_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long val,
907                                 void *data)
908 {
909         struct cpufreq_freqs *freq = data;
910         unsigned long *lpj;
911
912         if (cpu_has(&cpu_data(freq->cpu), X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
913                 return 0;
914
915         lpj = &boot_cpu_data.loops_per_jiffy;
916 #ifdef CONFIG_SMP
917         if (!(freq->flags & CPUFREQ_CONST_LOOPS))
918                 lpj = &cpu_data(freq->cpu).loops_per_jiffy;
919 #endif
920
921         if (!ref_freq) {
922                 ref_freq = freq->old;
923                 loops_per_jiffy_ref = *lpj;
924                 tsc_khz_ref = tsc_khz;
925         }
926         if ((val == CPUFREQ_PRECHANGE  && freq->old < freq->new) ||
927                         (val == CPUFREQ_POSTCHANGE && freq->old > freq->new)) {
928                 *lpj = cpufreq_scale(loops_per_jiffy_ref, ref_freq, freq->new);
929
930                 tsc_khz = cpufreq_scale(tsc_khz_ref, ref_freq, freq->new);
931                 if (!(freq->flags & CPUFREQ_CONST_LOOPS))
932                         mark_tsc_unstable("cpufreq changes");
933
934                 set_cyc2ns_scale(tsc_khz, freq->cpu);
935         }
936
937         return 0;
938 }
939
940 static struct notifier_block time_cpufreq_notifier_block = {
941         .notifier_call  = time_cpufreq_notifier
942 };
943
944 static int __init cpufreq_tsc(void)
945 {
946         if (!cpu_has_tsc)
947                 return 0;
948         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
949                 return 0;
950         cpufreq_register_notifier(&time_cpufreq_notifier_block,
951                                 CPUFREQ_TRANSITION_NOTIFIER);
952         return 0;
953 }
954
955 core_initcall(cpufreq_tsc);
956
957 #endif /* CONFIG_CPU_FREQ */
958
959 /* clocksource code */
960
961 static struct clocksource clocksource_tsc;
962
963 /*
964  * We used to compare the TSC to the cycle_last value in the clocksource
965  * structure to avoid a nasty time-warp. This can be observed in a
966  * very small window right after one CPU updated cycle_last under
967  * xtime/vsyscall_gtod lock and the other CPU reads a TSC value which
968  * is smaller than the cycle_last reference value due to a TSC which
969  * is slighty behind. This delta is nowhere else observable, but in
970  * that case it results in a forward time jump in the range of hours
971  * due to the unsigned delta calculation of the time keeping core
972  * code, which is necessary to support wrapping clocksources like pm
973  * timer.
974  *
975  * This sanity check is now done in the core timekeeping code.
976  * checking the result of read_tsc() - cycle_last for being negative.
977  * That works because CLOCKSOURCE_MASK(64) does not mask out any bit.
978  */
979 static cycle_t read_tsc(struct clocksource *cs)
980 {
981         return (cycle_t)rdtsc_ordered();
982 }
983
984 /*
985  * .mask MUST be CLOCKSOURCE_MASK(64). See comment above read_tsc()
986  */
987 static struct clocksource clocksource_tsc = {
988         .name                   = "tsc",
989         .rating                 = 300,
990         .read                   = read_tsc,
991         .mask                   = CLOCKSOURCE_MASK(64),
992         .flags                  = CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS |
993                                   CLOCK_SOURCE_MUST_VERIFY,
994         .archdata               = { .vclock_mode = VCLOCK_TSC },
995 };
996
997 void mark_tsc_unstable(char *reason)
998 {
999         if (!tsc_unstable) {
1000                 tsc_unstable = 1;
1001                 clear_sched_clock_stable();
1002                 disable_sched_clock_irqtime();
1003                 pr_info("Marking TSC unstable due to %s\n", reason);
1004                 /* Change only the rating, when not registered */
1005                 if (clocksource_tsc.mult)
1006                         clocksource_mark_unstable(&clocksource_tsc);
1007                 else {
1008                         clocksource_tsc.flags |= CLOCK_SOURCE_UNSTABLE;
1009                         clocksource_tsc.rating = 0;
1010                 }
1011         }
1012 }
1013
1014 EXPORT_SYMBOL_GPL(mark_tsc_unstable);
1015
1016 static void __init check_system_tsc_reliable(void)
1017 {
1018 #ifdef CONFIG_MGEODE_LX
1019         /* RTSC counts during suspend */
1020 #define RTSC_SUSP 0x100
1021         unsigned long res_low, res_high;
1022
1023         rdmsr_safe(MSR_GEODE_BUSCONT_CONF0, &res_low, &res_high);
1024         /* Geode_LX - the OLPC CPU has a very reliable TSC */
1025         if (res_low & RTSC_SUSP)
1026                 tsc_clocksource_reliable = 1;
1027 #endif
1028         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC_RELIABLE))
1029                 tsc_clocksource_reliable = 1;
1030 }
1031
1032 /*
1033  * Make an educated guess if the TSC is trustworthy and synchronized
1034  * over all CPUs.
1035  */
1036 int unsynchronized_tsc(void)
1037 {
1038         if (!cpu_has_tsc || tsc_unstable)
1039                 return 1;
1040
1041 #ifdef CONFIG_SMP
1042         if (apic_is_clustered_box())
1043                 return 1;
1044 #endif
1045
1046         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
1047                 return 0;
1048
1049         if (tsc_clocksource_reliable)
1050                 return 0;
1051         /*
1052          * Intel systems are normally all synchronized.
1053          * Exceptions must mark TSC as unstable:
1054          */
1055         if (boot_cpu_data.x86_vendor != X86_VENDOR_INTEL) {
1056                 /* assume multi socket systems are not synchronized: */
1057                 if (num_possible_cpus() > 1)
1058                         return 1;
1059         }
1060
1061         return 0;
1062 }
1063
1064
1065 static void tsc_refine_calibration_work(struct work_struct *work);
1066 static DECLARE_DELAYED_WORK(tsc_irqwork, tsc_refine_calibration_work);
1067 /**
1068  * tsc_refine_calibration_work - Further refine tsc freq calibration
1069  * @work - ignored.
1070  *
1071  * This functions uses delayed work over a period of a
1072  * second to further refine the TSC freq value. Since this is
1073  * timer based, instead of loop based, we don't block the boot
1074  * process while this longer calibration is done.
1075  *
1076  * If there are any calibration anomalies (too many SMIs, etc),
1077  * or the refined calibration is off by 1% of the fast early
1078  * calibration, we throw out the new calibration and use the
1079  * early calibration.
1080  */
1081 static void tsc_refine_calibration_work(struct work_struct *work)
1082 {
1083         static u64 tsc_start = -1, ref_start;
1084         static int hpet;
1085         u64 tsc_stop, ref_stop, delta;
1086         unsigned long freq;
1087
1088         /* Don't bother refining TSC on unstable systems */
1089         if (check_tsc_unstable())
1090                 goto out;
1091
1092         /*
1093          * Since the work is started early in boot, we may be
1094          * delayed the first time we expire. So set the workqueue
1095          * again once we know timers are working.
1096          */
1097         if (tsc_start == -1) {
1098                 /*
1099                  * Only set hpet once, to avoid mixing hardware
1100                  * if the hpet becomes enabled later.
1101                  */
1102                 hpet = is_hpet_enabled();
1103                 schedule_delayed_work(&tsc_irqwork, HZ);
1104                 tsc_start = tsc_read_refs(&ref_start, hpet);
1105                 return;
1106         }
1107
1108         tsc_stop = tsc_read_refs(&ref_stop, hpet);
1109
1110         /* hpet or pmtimer available ? */
1111         if (ref_start == ref_stop)
1112                 goto out;
1113
1114         /* Check, whether the sampling was disturbed by an SMI */
1115         if (tsc_start == ULLONG_MAX || tsc_stop == ULLONG_MAX)
1116                 goto out;
1117
1118         delta = tsc_stop - tsc_start;
1119         delta *= 1000000LL;
1120         if (hpet)
1121                 freq = calc_hpet_ref(delta, ref_start, ref_stop);
1122         else
1123                 freq = calc_pmtimer_ref(delta, ref_start, ref_stop);
1124
1125         /* Make sure we're within 1% */
1126         if (abs(tsc_khz - freq) > tsc_khz/100)
1127                 goto out;
1128
1129         tsc_khz = freq;
1130         pr_info("Refined TSC clocksource calibration: %lu.%03lu MHz\n",
1131                 (unsigned long)tsc_khz / 1000,
1132                 (unsigned long)tsc_khz % 1000);
1133
1134 out:
1135         clocksource_register_khz(&clocksource_tsc, tsc_khz);
1136 }
1137
1138
1139 static int __init init_tsc_clocksource(void)
1140 {
1141         if (!cpu_has_tsc || tsc_disabled > 0 || !tsc_khz)
1142                 return 0;
1143
1144         if (tsc_clocksource_reliable)
1145                 clocksource_tsc.flags &= ~CLOCK_SOURCE_MUST_VERIFY;
1146         /* lower the rating if we already know its unstable: */
1147         if (check_tsc_unstable()) {
1148                 clocksource_tsc.rating = 0;
1149                 clocksource_tsc.flags &= ~CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS;
1150         }
1151
1152         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_NONSTOP_TSC_S3))
1153                 clocksource_tsc.flags |= CLOCK_SOURCE_SUSPEND_NONSTOP;
1154
1155         /*
1156          * Trust the results of the earlier calibration on systems
1157          * exporting a reliable TSC.
1158          */
1159         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC_RELIABLE)) {
1160                 clocksource_register_khz(&clocksource_tsc, tsc_khz);
1161                 return 0;
1162         }
1163
1164         schedule_delayed_work(&tsc_irqwork, 0);
1165         return 0;
1166 }
1167 /*
1168  * We use device_initcall here, to ensure we run after the hpet
1169  * is fully initialized, which may occur at fs_initcall time.
1170  */
1171 device_initcall(init_tsc_clocksource);
1172
1173 void __init tsc_init(void)
1174 {
1175         u64 lpj;
1176         int cpu;
1177
1178         x86_init.timers.tsc_pre_init();
1179
1180         if (!cpu_has_tsc) {
1181                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC_DEADLINE_TIMER);
1182                 return;
1183         }
1184
1185         tsc_khz = x86_platform.calibrate_tsc();
1186         cpu_khz = tsc_khz;
1187
1188         if (!tsc_khz) {
1189                 mark_tsc_unstable("could not calculate TSC khz");
1190                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC_DEADLINE_TIMER);
1191                 return;
1192         }
1193
1194         pr_info("Detected %lu.%03lu MHz processor\n",
1195                 (unsigned long)cpu_khz / 1000,
1196                 (unsigned long)cpu_khz % 1000);
1197
1198         /*
1199          * Secondary CPUs do not run through tsc_init(), so set up
1200          * all the scale factors for all CPUs, assuming the same
1201          * speed as the bootup CPU. (cpufreq notifiers will fix this
1202          * up if their speed diverges)
1203          */
1204         for_each_possible_cpu(cpu) {
1205                 cyc2ns_init(cpu);
1206                 set_cyc2ns_scale(cpu_khz, cpu);
1207         }
1208
1209         if (tsc_disabled > 0)
1210                 return;
1211
1212         /* now allow native_sched_clock() to use rdtsc */
1213
1214         tsc_disabled = 0;
1215         static_key_slow_inc(&__use_tsc);
1216
1217         if (!no_sched_irq_time)
1218                 enable_sched_clock_irqtime();
1219
1220         lpj = ((u64)tsc_khz * 1000);
1221         do_div(lpj, HZ);
1222         lpj_fine = lpj;
1223
1224         use_tsc_delay();
1225
1226         if (unsynchronized_tsc())
1227                 mark_tsc_unstable("TSCs unsynchronized");
1228
1229         check_system_tsc_reliable();
1230 }
1231
1232 #ifdef CONFIG_SMP
1233 /*
1234  * If we have a constant TSC and are using the TSC for the delay loop,
1235  * we can skip clock calibration if another cpu in the same socket has already
1236  * been calibrated. This assumes that CONSTANT_TSC applies to all
1237  * cpus in the socket - this should be a safe assumption.
1238  */
1239 unsigned long calibrate_delay_is_known(void)
1240 {
1241         int i, cpu = smp_processor_id();
1242
1243         if (!tsc_disabled && !cpu_has(&cpu_data(cpu), X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
1244                 return 0;
1245
1246         for_each_online_cpu(i)
1247                 if (cpu_data(i).phys_proc_id == cpu_data(cpu).phys_proc_id)
1248                         return cpu_data(i).loops_per_jiffy;
1249         return 0;
1250 }
1251 #endif