kernel - Implement CPU localization hinting for low level page allocations
[dragonfly.git] / sys / platform / pc64 / x86_64 / mp_machdep.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1996, by Steve Passe
3  * All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10  * 2. The name of the developer may NOT be used to endorse or promote products
11  *    derived from this software without specific prior written permission.
12  *
13  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
14  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
15  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
16  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
17  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
18  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
19  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
20  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
21  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
22  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
23  * SUCH DAMAGE.
24  *
25  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/mp_machdep.c,v 1.115.2.15 2003/03/14 21:22:35 jhb Exp $
26  */
27
28 #include "opt_cpu.h"
29
30 #include <sys/param.h>
31 #include <sys/systm.h>
32 #include <sys/kernel.h>
33 #include <sys/sysctl.h>
34 #include <sys/malloc.h>
35 #include <sys/memrange.h>
36 #include <sys/cons.h>   /* cngetc() */
37 #include <sys/machintr.h>
38 #include <sys/cpu_topology.h>
39
40 #include <sys/mplock2.h>
41
42 #include <vm/vm.h>
43 #include <vm/vm_param.h>
44 #include <vm/pmap.h>
45 #include <vm/vm_kern.h>
46 #include <vm/vm_extern.h>
47 #include <sys/lock.h>
48 #include <vm/vm_map.h>
49 #include <sys/user.h>
50 #ifdef GPROF 
51 #include <sys/gmon.h>
52 #endif
53
54 #include <machine/smp.h>
55 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
56 #include <machine/atomic.h>
57 #include <machine/cpufunc.h>
58 #include <machine/cputypes.h>
59 #include <machine_base/apic/lapic.h>
60 #include <machine_base/apic/ioapic.h>
61 #include <machine_base/acpica/acpi_md_cpu.h>
62 #include <machine/psl.h>
63 #include <machine/segments.h>
64 #include <machine/tss.h>
65 #include <machine/specialreg.h>
66 #include <machine/globaldata.h>
67 #include <machine/pmap_inval.h>
68 #include <machine/clock.h>
69
70 #include <machine/md_var.h>             /* setidt() */
71 #include <machine_base/icu/icu.h>       /* IPIs */
72 #include <machine_base/icu/icu_var.h>
73 #include <machine_base/apic/ioapic_abi.h>
74 #include <machine/intr_machdep.h>       /* IPIs */
75
76 #define WARMBOOT_TARGET         0
77 #define WARMBOOT_OFF            (KERNBASE + 0x0467)
78 #define WARMBOOT_SEG            (KERNBASE + 0x0469)
79
80 #define CMOS_REG                (0x70)
81 #define CMOS_DATA               (0x71)
82 #define BIOS_RESET              (0x0f)
83 #define BIOS_WARM               (0x0a)
84
85 /*
86  * this code MUST be enabled here and in mpboot.s.
87  * it follows the very early stages of AP boot by placing values in CMOS ram.
88  * it NORMALLY will never be needed and thus the primitive method for enabling.
89  *
90  */
91 #if defined(CHECK_POINTS)
92 #define CHECK_READ(A)    (outb(CMOS_REG, (A)), inb(CMOS_DATA))
93 #define CHECK_WRITE(A,D) (outb(CMOS_REG, (A)), outb(CMOS_DATA, (D)))
94
95 #define CHECK_INIT(D);                          \
96         CHECK_WRITE(0x34, (D));                 \
97         CHECK_WRITE(0x35, (D));                 \
98         CHECK_WRITE(0x36, (D));                 \
99         CHECK_WRITE(0x37, (D));                 \
100         CHECK_WRITE(0x38, (D));                 \
101         CHECK_WRITE(0x39, (D));
102
103 #define CHECK_PRINT(S);                         \
104         kprintf("%s: %d, %d, %d, %d, %d, %d\n", \
105            (S),                                 \
106            CHECK_READ(0x34),                    \
107            CHECK_READ(0x35),                    \
108            CHECK_READ(0x36),                    \
109            CHECK_READ(0x37),                    \
110            CHECK_READ(0x38),                    \
111            CHECK_READ(0x39));
112
113 #else                           /* CHECK_POINTS */
114
115 #define CHECK_INIT(D)
116 #define CHECK_PRINT(S)
117
118 #endif                          /* CHECK_POINTS */
119
120 /*
121  * Values to send to the POST hardware.
122  */
123 #define MP_BOOTADDRESS_POST     0x10
124 #define MP_PROBE_POST           0x11
125 #define MPTABLE_PASS1_POST      0x12
126
127 #define MP_START_POST           0x13
128 #define MP_ENABLE_POST          0x14
129 #define MPTABLE_PASS2_POST      0x15
130
131 #define START_ALL_APS_POST      0x16
132 #define INSTALL_AP_TRAMP_POST   0x17
133 #define START_AP_POST           0x18
134
135 #define MP_ANNOUNCE_POST        0x19
136
137 /** XXX FIXME: where does this really belong, isa.h/isa.c perhaps? */
138 int     current_postcode;
139
140 /** XXX FIXME: what system files declare these??? */
141 extern struct region_descriptor r_gdt;
142
143 extern int nkpt;
144 extern int naps;
145
146 int64_t tsc0_offset;
147 extern int64_t tsc_offsets[];
148
149 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
150 char *bootSTK;
151 static int bootAP;
152
153 struct pcb stoppcbs[MAXCPU];
154
155 extern inthand_t IDTVEC(fast_syscall), IDTVEC(fast_syscall32);
156
157 /*
158  * Local data and functions.
159  */
160
161 static u_int    boot_address;
162 static int      mp_finish;
163 static int      mp_finish_lapic;
164
165 static int      start_all_aps(u_int boot_addr);
166 #if 0
167 static void     install_ap_tramp(u_int boot_addr);
168 #endif
169 static int      start_ap(struct mdglobaldata *gd, u_int boot_addr, int smibest);
170 static int      smitest(void);
171 static void     mp_bsp_simple_setup(void);
172
173 /* which cpus have been started */
174 static cpumask_t smp_startup_mask = CPUMASK_INITIALIZER_ONLYONE;
175 /* which cpus have lapic been inited */
176 static cpumask_t smp_lapic_mask = CPUMASK_INITIALIZER_ONLYONE;
177 /* which cpus are ready for IPIs etc? */
178 cpumask_t smp_active_mask = CPUMASK_INITIALIZER_ONLYONE;
179 cpumask_t smp_finalize_mask = CPUMASK_INITIALIZER_ONLYONE;
180
181 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, smp_active, CTLFLAG_RD, &smp_active_mask, 0, "");
182 static u_int    bootMP_size;
183 static u_int    report_invlpg_src;
184 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, report_invlpg_src, CTLFLAG_RW,
185         &report_invlpg_src, 0, "");
186 static u_int    report_invltlb_src;
187 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, report_invltlb_src, CTLFLAG_RW,
188         &report_invltlb_src, 0, "");
189 static int      optimized_invltlb;
190 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, optimized_invltlb, CTLFLAG_RW,
191         &optimized_invltlb, 0, "");
192 static int      all_but_self_ipi_enable = 1;
193 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, all_but_self_ipi_enable, CTLFLAG_RW,
194         &all_but_self_ipi_enable, 0, "");
195
196 /* Local data for detecting CPU TOPOLOGY */
197 static int core_bits = 0;
198 static int logical_CPU_bits = 0;
199
200
201 /*
202  * Calculate usable address in base memory for AP trampoline code.
203  */
204 u_int
205 mp_bootaddress(u_int basemem)
206 {
207         POSTCODE(MP_BOOTADDRESS_POST);
208
209         bootMP_size = mptramp_end - mptramp_start;
210         boot_address = trunc_page(basemem * 1024); /* round down to 4k boundary */
211         if (((basemem * 1024) - boot_address) < bootMP_size)
212                 boot_address -= PAGE_SIZE;      /* not enough, lower by 4k */
213         /* 3 levels of page table pages */
214         mptramp_pagetables = boot_address - (PAGE_SIZE * 3);
215
216         return mptramp_pagetables;
217 }
218
219 /*
220  * Print various information about the SMP system hardware and setup.
221  */
222 void
223 mp_announce(void)
224 {
225         int     x;
226
227         POSTCODE(MP_ANNOUNCE_POST);
228
229         kprintf("DragonFly/MP: Multiprocessor motherboard\n");
230         kprintf(" cpu0 (BSP): apic id: %2d\n", CPUID_TO_APICID(0));
231         for (x = 1; x <= naps; ++x)
232                 kprintf(" cpu%d (AP):  apic id: %2d\n", x, CPUID_TO_APICID(x));
233
234         if (!ioapic_enable)
235                 kprintf(" Warning: APIC I/O disabled\n");
236 }
237
238 /*
239  * AP cpu's call this to sync up protected mode.
240  *
241  * WARNING! %gs is not set up on entry.  This routine sets up %gs.
242  */
243 void
244 init_secondary(void)
245 {
246         int     gsel_tss;
247         int     x, myid = bootAP;
248         u_int64_t msr, cr0;
249         struct mdglobaldata *md;
250         struct privatespace *ps;
251
252         ps = CPU_prvspace[myid];
253
254         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base =
255                 (long) &ps->mdglobaldata.gd_common_tss;
256         ps->mdglobaldata.mi.gd_prvspace = ps;
257
258         /* We fill the 32-bit segment descriptors */
259         for (x = 0; x < NGDT; x++) {
260                 if (x != GPROC0_SEL && x != (GPROC0_SEL + 1))
261                         ssdtosd(&gdt_segs[x], &gdt[myid * NGDT + x]);
262         }
263         /* And now a 64-bit one */
264         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
265             (struct system_segment_descriptor *)&gdt[myid * NGDT + GPROC0_SEL]);
266
267         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(gdt[0]) - 1;
268         r_gdt.rd_base = (long) &gdt[myid * NGDT];
269         lgdt(&r_gdt);                   /* does magic intra-segment return */
270
271         /* lgdt() destroys the GSBASE value, so we load GSBASE after lgdt() */
272         wrmsr(MSR_FSBASE, 0);           /* User value */
273         wrmsr(MSR_GSBASE, (u_int64_t)ps);
274         wrmsr(MSR_KGSBASE, 0);          /* XXX User value while we're in the kernel */
275
276         lidt(&r_idt_arr[mdcpu->mi.gd_cpuid]);
277
278 #if 0
279         lldt(_default_ldt);
280         mdcpu->gd_currentldt = _default_ldt;
281 #endif
282
283         gsel_tss = GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL);
284         gdt[myid * NGDT + GPROC0_SEL].sd_type = SDT_SYSTSS;
285
286         md = mdcpu;     /* loaded through %gs:0 (mdglobaldata.mi.gd_prvspace)*/
287
288         md->gd_common_tss.tss_rsp0 = 0; /* not used until after switch */
289 #if 0 /* JG XXX */
290         md->gd_common_tss.tss_ioopt = (sizeof md->gd_common_tss) << 16;
291 #endif
292         md->gd_tss_gdt = &gdt[myid * NGDT + GPROC0_SEL];
293         md->gd_common_tssd = *md->gd_tss_gdt;
294
295         /* double fault stack */
296         md->gd_common_tss.tss_ist1 =
297                 (long)&md->mi.gd_prvspace->idlestack[
298                         sizeof(md->mi.gd_prvspace->idlestack)];
299
300         ltr(gsel_tss);
301
302         /*
303          * Set to a known state:
304          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
305          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
306          */
307         cr0 = rcr0();
308         cr0 &= ~(CR0_CD | CR0_NW | CR0_EM);
309         load_cr0(cr0);
310
311         /* Set up the fast syscall stuff */
312         msr = rdmsr(MSR_EFER) | EFER_SCE;
313         wrmsr(MSR_EFER, msr);
314         wrmsr(MSR_LSTAR, (u_int64_t)IDTVEC(fast_syscall));
315         wrmsr(MSR_CSTAR, (u_int64_t)IDTVEC(fast_syscall32));
316         msr = ((u_int64_t)GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL) << 32) |
317               ((u_int64_t)GSEL(GUCODE32_SEL, SEL_UPL) << 48);
318         wrmsr(MSR_STAR, msr);
319         wrmsr(MSR_SF_MASK, PSL_NT|PSL_T|PSL_I|PSL_C|PSL_D|PSL_IOPL);
320
321         pmap_set_opt();         /* PSE/4MB pages, etc */
322         pmap_init_pat();        /* Page Attribute Table */
323
324         /* set up CPU registers and state */
325         cpu_setregs();
326
327         /* set up SSE/NX registers */
328         initializecpu(myid);
329
330         /* set up FPU state on the AP */
331         npxinit();
332
333         /* disable the APIC, just to be SURE */
334         lapic->svr &= ~APIC_SVR_ENABLE;
335 }
336
337 /*******************************************************************
338  * local functions and data
339  */
340
341 /*
342  * Start the SMP system
343  */
344 static void
345 mp_start_aps(void *dummy __unused)
346 {
347         if (lapic_enable) {
348                 /* start each Application Processor */
349                 start_all_aps(boot_address);
350         } else {
351                 mp_bsp_simple_setup();
352         }
353 }
354 SYSINIT(startaps, SI_BOOT2_START_APS, SI_ORDER_FIRST, mp_start_aps, NULL);
355
356 /*
357  * start each AP in our list
358  */
359 static int
360 start_all_aps(u_int boot_addr)
361 {
362         vm_offset_t va = boot_address + KERNBASE;
363         u_int64_t *pt4, *pt3, *pt2;
364         int     pssize;
365         int     x, i;
366         int     shift;
367         int     smicount;
368         int     smibest;
369         int     smilast;
370         u_char  mpbiosreason;
371         u_long  mpbioswarmvec;
372         struct mdglobaldata *gd;
373         struct privatespace *ps;
374         size_t ipiq_size;
375
376         POSTCODE(START_ALL_APS_POST);
377
378         /* install the AP 1st level boot code */
379         pmap_kenter(va, boot_address);
380         cpu_invlpg((void *)va);         /* JG XXX */
381         bcopy(mptramp_start, (void *)va, bootMP_size);
382
383         /* Locate the page tables, they'll be below the trampoline */
384         pt4 = (u_int64_t *)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + KERNBASE);
385         pt3 = pt4 + (PAGE_SIZE) / sizeof(u_int64_t);
386         pt2 = pt3 + (PAGE_SIZE) / sizeof(u_int64_t);
387
388         /* Create the initial 1GB replicated page tables */
389         for (i = 0; i < 512; i++) {
390                 /* Each slot of the level 4 pages points to the same level 3 page */
391                 pt4[i] = (u_int64_t)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + PAGE_SIZE);
392                 pt4[i] |= kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] |
393                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
394                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_U_IDX];
395
396                 /* Each slot of the level 3 pages points to the same level 2 page */
397                 pt3[i] = (u_int64_t)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + (2 * PAGE_SIZE));
398                 pt3[i] |= kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] |
399                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
400                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_U_IDX];
401
402                 /* The level 2 page slots are mapped with 2MB pages for 1GB. */
403                 pt2[i] = i * (2 * 1024 * 1024);
404                 pt2[i] |= kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] |
405                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
406                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_PS_IDX] |
407                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_U_IDX];
408         }
409
410         /* save the current value of the warm-start vector */
411         mpbioswarmvec = *((u_int32_t *) WARMBOOT_OFF);
412         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
413         mpbiosreason = inb(CMOS_DATA);
414
415         /* setup a vector to our boot code */
416         *((volatile u_short *) WARMBOOT_OFF) = WARMBOOT_TARGET;
417         *((volatile u_short *) WARMBOOT_SEG) = (boot_address >> 4);
418         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
419         outb(CMOS_DATA, BIOS_WARM);     /* 'warm-start' */
420
421         /*
422          * If we have a TSC we can figure out the SMI interrupt rate.
423          * The SMI does not necessarily use a constant rate.  Spend
424          * up to 250ms trying to figure it out.
425          */
426         smibest = 0;
427         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
428                 set_apic_timer(275000);
429                 smilast = read_apic_timer();
430                 for (x = 0; x < 20 && read_apic_timer(); ++x) {
431                         smicount = smitest();
432                         if (smibest == 0 || smilast - smicount < smibest)
433                                 smibest = smilast - smicount;
434                         smilast = smicount;
435                 }
436                 if (smibest > 250000)
437                         smibest = 0;
438                 if (smibest) {
439                         smibest = smibest * (int64_t)1000000 /
440                                   get_apic_timer_frequency();
441                 }
442         }
443         if (smibest)
444                 kprintf("SMI Frequency (worst case): %d Hz (%d us)\n",
445                         1000000 / smibest, smibest);
446
447         /* start each AP */
448         for (x = 1; x <= naps; ++x) {
449                 /* This is a bit verbose, it will go away soon.  */
450
451                 pssize = sizeof(struct privatespace);
452                 ps = (void *)kmem_alloc3(&kernel_map, pssize, VM_SUBSYS_GD,
453                                          KM_CPU(x));
454                 CPU_prvspace[x] = ps;
455 #if 0
456                 kprintf("ps %d %p %d\n", x, ps, pssize);
457 #endif
458                 bzero(ps, pssize);
459                 gd = &ps->mdglobaldata;
460                 gd->mi.gd_prvspace = ps;
461
462                 /* prime data page for it to use */
463                 mi_gdinit(&gd->mi, x);
464                 cpu_gdinit(gd, x);
465                 ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * (naps + 1);
466                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc3(&kernel_map, ipiq_size,
467                                                     VM_SUBSYS_IPIQ,
468                                                     KM_CPU(x));
469                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, ipiq_size);
470
471                 gd->gd_acpi_id = CPUID_TO_ACPIID(gd->mi.gd_cpuid);
472
473                 /* setup a vector to our boot code */
474                 *((volatile u_short *) WARMBOOT_OFF) = WARMBOOT_TARGET;
475                 *((volatile u_short *) WARMBOOT_SEG) = (boot_addr >> 4);
476                 outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
477                 outb(CMOS_DATA, BIOS_WARM);     /* 'warm-start' */
478
479                 /*
480                  * Setup the AP boot stack
481                  */
482                 bootSTK = &ps->idlestack[UPAGES * PAGE_SIZE - PAGE_SIZE];
483                 bootAP = x;
484
485                 /* attempt to start the Application Processor */
486                 CHECK_INIT(99); /* setup checkpoints */
487                 if (!start_ap(gd, boot_addr, smibest)) {
488                         kprintf("\nAP #%d (PHY# %d) failed!\n",
489                                 x, CPUID_TO_APICID(x));
490                         CHECK_PRINT("trace");   /* show checkpoints */
491                         /* better panic as the AP may be running loose */
492                         kprintf("panic y/n? [y] ");
493                         cnpoll(TRUE);
494                         if (cngetc() != 'n')
495                                 panic("bye-bye");
496                         cnpoll(FALSE);
497                 }
498                 CHECK_PRINT("trace");           /* show checkpoints */
499         }
500
501         /* set ncpus to 1 + highest logical cpu.  Not all may have come up */
502         ncpus = x;
503
504         /* ncpus2 -- ncpus rounded down to the nearest power of 2 */
505         for (shift = 0; (1 << shift) <= ncpus; ++shift)
506                 ;
507         --shift;
508         ncpus2_shift = shift;
509         ncpus2 = 1 << shift;
510         ncpus2_mask = ncpus2 - 1;
511
512         /* ncpus_fit -- ncpus rounded up to the nearest power of 2 */
513         if ((1 << shift) < ncpus)
514                 ++shift;
515         ncpus_fit = 1 << shift;
516         ncpus_fit_mask = ncpus_fit - 1;
517
518         /* build our map of 'other' CPUs */
519         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
520         CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
521
522         gd = (struct mdglobaldata *)mycpu;
523         gd->gd_acpi_id = CPUID_TO_ACPIID(mycpu->gd_cpuid);
524
525         ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * ncpus;
526         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, ipiq_size,
527                                             VM_SUBSYS_IPIQ);
528         bzero(mycpu->gd_ipiq, ipiq_size);
529
530         /* restore the warmstart vector */
531         *(u_long *) WARMBOOT_OFF = mpbioswarmvec;
532         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
533         outb(CMOS_DATA, mpbiosreason);
534
535         /*
536          * NOTE!  The idlestack for the BSP was setup by locore.  Finish
537          * up, clean out the P==V mapping we did earlier.
538          */
539         pmap_set_opt();
540
541         /*
542          * Wait all APs to finish initializing LAPIC
543          */
544         if (bootverbose)
545                 kprintf("SMP: Waiting APs LAPIC initialization\n");
546         if (cpu_feature & CPUID_TSC)
547                 tsc0_offset = rdtsc();
548         tsc_offsets[0] = 0;
549         mp_finish_lapic = 1;
550         rel_mplock();
551
552         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_lapic_mask, smp_startup_mask)) {
553                 cpu_pause();
554                 cpu_lfence();
555                 if (cpu_feature & CPUID_TSC)
556                         tsc0_offset = rdtsc();
557         }
558         while (try_mplock() == 0) {
559                 cpu_pause();
560                 cpu_lfence();
561         }
562
563         /* number of APs actually started */
564         return ncpus - 1;
565 }
566
567
568 /*
569  * load the 1st level AP boot code into base memory.
570  */
571
572 /* targets for relocation */
573 extern void bigJump(void);
574 extern void bootCodeSeg(void);
575 extern void bootDataSeg(void);
576 extern void MPentry(void);
577 extern u_int MP_GDT;
578 extern u_int mp_gdtbase;
579
580 #if 0
581
582 static void
583 install_ap_tramp(u_int boot_addr)
584 {
585         int     x;
586         int     size = *(int *) ((u_long) & bootMP_size);
587         u_char *src = (u_char *) ((u_long) bootMP);
588         u_char *dst = (u_char *) boot_addr + KERNBASE;
589         u_int   boot_base = (u_int) bootMP;
590         u_int8_t *dst8;
591         u_int16_t *dst16;
592         u_int32_t *dst32;
593
594         POSTCODE(INSTALL_AP_TRAMP_POST);
595
596         for (x = 0; x < size; ++x)
597                 *dst++ = *src++;
598
599         /*
600          * modify addresses in code we just moved to basemem. unfortunately we
601          * need fairly detailed info about mpboot.s for this to work.  changes
602          * to mpboot.s might require changes here.
603          */
604
605         /* boot code is located in KERNEL space */
606         dst = (u_char *) boot_addr + KERNBASE;
607
608         /* modify the lgdt arg */
609         dst32 = (u_int32_t *) (dst + ((u_int) & mp_gdtbase - boot_base));
610         *dst32 = boot_addr + ((u_int) & MP_GDT - boot_base);
611
612         /* modify the ljmp target for MPentry() */
613         dst32 = (u_int32_t *) (dst + ((u_int) bigJump - boot_base) + 1);
614         *dst32 = ((u_int) MPentry - KERNBASE);
615
616         /* modify the target for boot code segment */
617         dst16 = (u_int16_t *) (dst + ((u_int) bootCodeSeg - boot_base));
618         dst8 = (u_int8_t *) (dst16 + 1);
619         *dst16 = (u_int) boot_addr & 0xffff;
620         *dst8 = ((u_int) boot_addr >> 16) & 0xff;
621
622         /* modify the target for boot data segment */
623         dst16 = (u_int16_t *) (dst + ((u_int) bootDataSeg - boot_base));
624         dst8 = (u_int8_t *) (dst16 + 1);
625         *dst16 = (u_int) boot_addr & 0xffff;
626         *dst8 = ((u_int) boot_addr >> 16) & 0xff;
627 }
628
629 #endif
630
631 /*
632  * This function starts the AP (application processor) identified
633  * by the APIC ID 'physicalCpu'.  It does quite a "song and dance"
634  * to accomplish this.  This is necessary because of the nuances
635  * of the different hardware we might encounter.  It ain't pretty,
636  * but it seems to work.
637  *
638  * NOTE: eventually an AP gets to ap_init(), which is called just 
639  * before the AP goes into the LWKT scheduler's idle loop.
640  */
641 static int
642 start_ap(struct mdglobaldata *gd, u_int boot_addr, int smibest)
643 {
644         int     physical_cpu;
645         int     vector;
646         u_long  icr_lo, icr_hi;
647
648         POSTCODE(START_AP_POST);
649
650         /* get the PHYSICAL APIC ID# */
651         physical_cpu = CPUID_TO_APICID(gd->mi.gd_cpuid);
652
653         /* calculate the vector */
654         vector = (boot_addr >> 12) & 0xff;
655
656         /* We don't want anything interfering */
657         cpu_disable_intr();
658
659         /* Make sure the target cpu sees everything */
660         wbinvd();
661
662         /*
663          * Try to detect when a SMI has occurred, wait up to 200ms.
664          *
665          * If a SMI occurs during an AP reset but before we issue
666          * the STARTUP command, the AP may brick.  To work around
667          * this problem we hold off doing the AP startup until
668          * after we have detected the SMI.  Hopefully another SMI
669          * will not occur before we finish the AP startup.
670          *
671          * Retries don't seem to help.  SMIs have a window of opportunity
672          * and if USB->legacy keyboard emulation is enabled in the BIOS
673          * the interrupt rate can be quite high.
674          *
675          * NOTE: Don't worry about the L1 cache load, it might bloat
676          *       ldelta a little but ndelta will be so huge when the SMI
677          *       occurs the detection logic will still work fine.
678          */
679         if (smibest) {
680                 set_apic_timer(200000);
681                 smitest();
682         }
683
684         /*
685          * first we do an INIT/RESET IPI this INIT IPI might be run, reseting
686          * and running the target CPU. OR this INIT IPI might be latched (P5
687          * bug), CPU waiting for STARTUP IPI. OR this INIT IPI might be
688          * ignored.
689          *
690          * see apic/apicreg.h for icr bit definitions.
691          *
692          * TIME CRITICAL CODE, DO NOT DO ANY KPRINTFS IN THE HOT PATH.
693          */
694
695         /*
696          * Setup the address for the target AP.  We can setup
697          * icr_hi once and then just trigger operations with
698          * icr_lo.
699          */
700         icr_hi = lapic->icr_hi & ~APIC_ID_MASK;
701         icr_hi |= (physical_cpu << 24);
702         icr_lo = lapic->icr_lo & 0xfff00000;
703         lapic->icr_hi = icr_hi;
704
705         /*
706          * Do an INIT IPI: assert RESET
707          *
708          * Use edge triggered mode to assert INIT
709          */
710         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00004500;
711         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
712                  /* spin */ ;
713
714         /*
715          * The spec calls for a 10ms delay but we may have to use a
716          * MUCH lower delay to avoid bricking an AP due to a fast SMI
717          * interrupt.  We have other loops here too and dividing by 2
718          * doesn't seem to be enough even after subtracting 350us,
719          * so we divide by 4.
720          *
721          * Our minimum delay is 150uS, maximum is 10ms.  If no SMI
722          * interrupt was detected we use the full 10ms.
723          */
724         if (smibest == 0)
725                 u_sleep(10000);
726         else if (smibest < 150 * 4 + 350)
727                 u_sleep(150);
728         else if ((smibest - 350) / 4 < 10000)
729                 u_sleep((smibest - 350) / 4);
730         else
731                 u_sleep(10000);
732
733         /*
734          * Do an INIT IPI: deassert RESET
735          *
736          * Use level triggered mode to deassert.  It is unclear
737          * why we need to do this.
738          */
739         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00008500;
740         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
741                  /* spin */ ;
742         u_sleep(150);                           /* wait 150us */
743
744         /*
745          * Next we do a STARTUP IPI: the previous INIT IPI might still be
746          * latched, (P5 bug) this 1st STARTUP would then terminate
747          * immediately, and the previously started INIT IPI would continue. OR
748          * the previous INIT IPI has already run. and this STARTUP IPI will
749          * run. OR the previous INIT IPI was ignored. and this STARTUP IPI
750          * will run.
751          */
752         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00000600 | vector;
753         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
754                  /* spin */ ;
755         u_sleep(200);           /* wait ~200uS */
756
757         /*
758          * Finally we do a 2nd STARTUP IPI: this 2nd STARTUP IPI should run IF
759          * the previous STARTUP IPI was cancelled by a latched INIT IPI. OR
760          * this STARTUP IPI will be ignored, as only ONE STARTUP IPI is
761          * recognized after hardware RESET or INIT IPI.
762          */
763         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00000600 | vector;
764         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
765                  /* spin */ ;
766
767         /* Resume normal operation */
768         cpu_enable_intr();
769
770         /* wait for it to start, see ap_init() */
771         set_apic_timer(5000000);/* == 5 seconds */
772         while (read_apic_timer()) {
773                 if (CPUMASK_TESTBIT(smp_startup_mask, gd->mi.gd_cpuid))
774                         return 1;       /* return SUCCESS */
775         }
776
777         return 0;               /* return FAILURE */
778 }
779
780 static
781 int
782 smitest(void)
783 {
784         int64_t ltsc;
785         int64_t ntsc;
786         int64_t ldelta;
787         int64_t ndelta;
788         int count;
789
790         ldelta = 0;
791         ndelta = 0;
792         while (read_apic_timer()) {
793                 ltsc = rdtsc();
794                 for (count = 0; count < 100; ++count)
795                         ntsc = rdtsc(); /* force loop to occur */
796                 if (ldelta) {
797                         ndelta = ntsc - ltsc;
798                         if (ldelta > ndelta)
799                                 ldelta = ndelta;
800                         if (ndelta > ldelta * 2)
801                                 break;
802                 } else {
803                         ldelta = ntsc - ltsc;
804                 }
805         }
806         return(read_apic_timer());
807 }
808
809 /*
810  * Synchronously flush the TLB on all other CPU's.  The current cpu's
811  * TLB is not flushed.  If the caller wishes to flush the current cpu's
812  * TLB the caller must call cpu_invltlb() in addition to smp_invltlb().
813  *
814  * This routine may be called concurrently from multiple cpus.  When this
815  * happens, smp_invltlb() can wind up sticking around in the confirmation
816  * while() loop at the end as additional cpus are added to the global
817  * cpumask, until they are acknowledged by another IPI.
818  *
819  * NOTE: If for some reason we were unable to start all cpus we cannot
820  *       safely use broadcast IPIs.
821  */
822
823 cpumask_t smp_smurf_mask;
824 static cpumask_t smp_invltlb_mask;
825 #define LOOPRECOVER
826 #ifdef LOOPMASK_IN
827 cpumask_t smp_in_mask;
828 #endif
829 cpumask_t smp_invmask;
830 extern cpumask_t smp_idleinvl_mask;
831 extern cpumask_t smp_idleinvl_reqs;
832
833 /*
834  * Atomically OR bits in *mask to smp_smurf_mask.  Adjust *mask to remove
835  * bits that do not need to be IPId.  These bits are still part of the command,
836  * but the target cpus have already been signalled and do not need to be
837  * sigalled again.
838  */
839 #include <sys/spinlock.h>
840 #include <sys/spinlock2.h>
841
842 static __noinline
843 void
844 smp_smurf_fetchset(cpumask_t *mask)
845 {
846         cpumask_t omask;
847         int i;
848         __uint64_t obits;
849         __uint64_t nbits;
850
851         i = 0;
852         while (i < CPUMASK_ELEMENTS) {
853                 obits = smp_smurf_mask.ary[i];
854                 cpu_ccfence();
855                 nbits = obits | mask->ary[i];
856                 if (atomic_cmpset_long(&smp_smurf_mask.ary[i], obits, nbits)) {
857                         omask.ary[i] = obits;
858                         ++i;
859                 }
860         }
861         CPUMASK_NANDMASK(*mask, omask);
862 }
863
864 /*
865  * This is a mechanism which guarantees that cpu_invltlb() will be executed
866  * on idle cpus without having to signal or wake them up.  The invltlb will be
867  * executed when they wake up, prior to any scheduling or interrupt thread.
868  *
869  * (*mask) is modified to remove the cpus we successfully negotiate this
870  * function with.  This function may only be used with semi-synchronous
871  * commands (typically invltlb's or semi-synchronous invalidations which
872  * are usually associated only with kernel memory).
873  */
874 void
875 smp_smurf_idleinvlclr(cpumask_t *mask)
876 {
877         if (optimized_invltlb) {
878                 ATOMIC_CPUMASK_ORMASK(smp_idleinvl_reqs, *mask);
879                 /* cpu_lfence() not needed */
880                 CPUMASK_NANDMASK(*mask, smp_idleinvl_mask);
881         }
882 }
883
884 /*
885  * Issue cpu_invltlb() across all cpus except the current cpu.
886  *
887  * This function will arrange to avoid idle cpus, but still gurantee that
888  * invltlb is run on them when they wake up prior to any scheduling or
889  * nominal interrupt.
890  */
891 void
892 smp_invltlb(void)
893 {
894         struct mdglobaldata *md = mdcpu;
895         cpumask_t mask;
896         unsigned long rflags;
897 #ifdef LOOPRECOVER
898         uint64_t tsc_base = rdtsc();
899         int repeats = 0;
900 #endif
901
902         if (report_invltlb_src > 0) {
903                 if (--report_invltlb_src <= 0)
904                         print_backtrace(8);
905         }
906
907         /*
908          * Disallow normal interrupts, set all active cpus except our own
909          * in the global smp_invltlb_mask.
910          */
911         ++md->mi.gd_cnt.v_smpinvltlb;
912         crit_enter_gd(&md->mi);
913
914         /*
915          * Bits we want to set in smp_invltlb_mask.  We do not want to signal
916          * our own cpu.  Also try to remove bits associated with idle cpus
917          * that we can flag for auto-invltlb.
918          */
919         mask = smp_active_mask;
920         CPUMASK_NANDBIT(mask, md->mi.gd_cpuid);
921         smp_smurf_idleinvlclr(&mask);
922
923         rflags = read_rflags();
924         cpu_disable_intr();
925         ATOMIC_CPUMASK_ORMASK(smp_invltlb_mask, mask);
926
927         /*
928          * IPI non-idle cpus represented by mask.  The omask calculation
929          * removes cpus from the mask which already have a Xinvltlb IPI
930          * pending (avoid double-queueing the IPI).
931          *
932          * We must disable real interrupts when setting the smurf flags or
933          * we might race a XINVLTLB before we manage to send the ipi's for
934          * the bits we set.
935          *
936          * NOTE: We are not signalling ourselves, mask already does NOT
937          * include our own cpu.
938          */
939         smp_smurf_fetchset(&mask);
940
941         /*
942          * Issue the IPI.  Note that the XINVLTLB IPI runs regardless of
943          * the critical section count on the target cpus.
944          */
945         CPUMASK_ORMASK(mask, md->mi.gd_cpumask);
946         if (all_but_self_ipi_enable &&
947             CPUMASK_CMPMASKEQ(smp_startup_mask, mask)) {
948                 all_but_self_ipi(XINVLTLB_OFFSET);
949         } else {
950                 CPUMASK_NANDMASK(mask, md->mi.gd_cpumask);
951                 selected_apic_ipi(mask, XINVLTLB_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
952         }
953
954         /*
955          * Wait for acknowledgement by all cpus.  smp_inval_intr() will
956          * temporarily enable interrupts to avoid deadlocking the lapic,
957          * and will also handle running cpu_invltlb() and remote invlpg
958          * command son our cpu if some other cpu requests it of us.
959          *
960          * WARNING! I originally tried to implement this as a hard loop
961          *          checking only smp_invltlb_mask (and issuing a local
962          *          cpu_invltlb() if requested), with interrupts enabled
963          *          and without calling smp_inval_intr().  This DID NOT WORK.
964          *          It resulted in weird races where smurf bits would get
965          *          cleared without any action being taken.
966          */
967         smp_inval_intr();
968         CPUMASK_ASSZERO(mask);
969         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_invltlb_mask, mask)) {
970                 smp_inval_intr();
971                 cpu_pause();
972 #ifdef LOOPRECOVER
973                 if (tsc_frequency && rdtsc() - tsc_base > tsc_frequency) {
974                         kprintf("smp_invltlb %d: waited too long %08jx "
975                                 "dbg=%08jx %08jx\n",
976                                 md->mi.gd_cpuid,
977                                 smp_invltlb_mask.ary[0],
978                                 smp_idleinvl_mask.ary[0],
979                                 smp_idleinvl_reqs.ary[0]);
980                         mdcpu->gd_xinvaltlb = 0;
981                         ATOMIC_CPUMASK_NANDMASK(smp_smurf_mask,
982                                                 smp_invltlb_mask);
983                         smp_invlpg(&smp_active_mask);
984                         tsc_base = rdtsc();
985                         if (++repeats > 10) {
986                                 kprintf("smp_invltlb: giving up\n");
987                                 CPUMASK_ASSZERO(smp_invltlb_mask);
988                         }
989                 }
990 #endif
991         }
992         write_rflags(rflags);
993         crit_exit_gd(&md->mi);
994 }
995
996 /*
997  * Called from a critical section with interrupts hard-disabled.
998  * This function issues an XINVLTLB IPI and then executes any pending
999  * command on the current cpu before returning.
1000  */
1001 void
1002 smp_invlpg(cpumask_t *cmdmask)
1003 {
1004         struct mdglobaldata *md = mdcpu;
1005         cpumask_t mask;
1006
1007         if (report_invlpg_src > 0) {
1008                 if (--report_invlpg_src <= 0)
1009                         print_backtrace(8);
1010         }
1011
1012         /*
1013          * Disallow normal interrupts, set all active cpus in the pmap,
1014          * plus our own for completion processing (it might or might not
1015          * be part of the set).
1016          */
1017         mask = smp_active_mask;
1018         CPUMASK_ANDMASK(mask, *cmdmask);
1019         CPUMASK_ORMASK(mask, md->mi.gd_cpumask);
1020
1021         /*
1022          * Avoid double-queuing IPIs, which can deadlock us.  We must disable
1023          * real interrupts when setting the smurf flags or we might race a
1024          * XINVLTLB before we manage to send the ipi's for the bits we set.
1025          *
1026          * NOTE: We might be including our own cpu in the smurf mask.
1027          */
1028         smp_smurf_fetchset(&mask);
1029
1030         /*
1031          * Issue the IPI.  Note that the XINVLTLB IPI runs regardless of
1032          * the critical section count on the target cpus.
1033          *
1034          * We do not include our own cpu when issuing the IPI.
1035          */
1036         if (all_but_self_ipi_enable &&
1037             CPUMASK_CMPMASKEQ(smp_startup_mask, mask)) {
1038                 all_but_self_ipi(XINVLTLB_OFFSET);
1039         } else {
1040                 CPUMASK_NANDMASK(mask, md->mi.gd_cpumask);
1041                 selected_apic_ipi(mask, XINVLTLB_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
1042         }
1043
1044         /*
1045          * This will synchronously wait for our command to complete,
1046          * as well as process commands from other cpus.  It also handles
1047          * reentrancy.
1048          *
1049          * (interrupts are disabled and we are in a critical section here)
1050          */
1051         smp_inval_intr();
1052 }
1053
1054 void
1055 smp_sniff(void)
1056 {
1057         globaldata_t gd = mycpu;
1058         int dummy;
1059
1060         /*
1061          * Ignore all_but_self_ipi_enable here and just use it.
1062          */
1063         all_but_self_ipi(XSNIFF_OFFSET);
1064         gd->gd_sample_pc = smp_sniff;
1065         gd->gd_sample_sp = &dummy;
1066 }
1067
1068 /*
1069  * Called from Xinvltlb assembly with interrupts hard-disabled and in a
1070  * critical section.  gd_intr_nesting_level may or may not be bumped
1071  * depending on entry.
1072  *
1073  * THIS CODE IS INTENDED TO EXPLICITLY IGNORE THE CRITICAL SECTION COUNT.
1074  * THAT IS, THE INTERRUPT IS INTENDED TO FUNCTION EVEN WHEN MAINLINE CODE
1075  * IS IN A CRITICAL SECTION.
1076  */
1077 void
1078 smp_inval_intr(void)
1079 {
1080         struct mdglobaldata *md = mdcpu;
1081         cpumask_t cpumask;
1082 #ifdef LOOPRECOVER
1083         uint64_t tsc_base = rdtsc();
1084 #endif
1085
1086 #if 0
1087         /*
1088          * The idle code is in a critical section, but that doesn't stop
1089          * Xinvltlb from executing, so deal with the race which can occur
1090          * in that situation.  Otherwise r-m-w operations by pmap_inval_intr()
1091          * may have problems.
1092          */
1093         if (ATOMIC_CPUMASK_TESTANDCLR(smp_idleinvl_reqs, md->mi.gd_cpuid)) {
1094                 ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(smp_invltlb_mask, md->mi.gd_cpuid);
1095                 cpu_invltlb();
1096                 cpu_mfence();
1097         }
1098 #endif
1099
1100         /*
1101          * This is a real mess.  I'd like to just leave interrupts disabled
1102          * but it can cause the lapic to deadlock if too many interrupts queue
1103          * to it, due to the idiotic design of the lapic.  So instead we have
1104          * to enter a critical section so normal interrupts are made pending
1105          * and track whether this one was reentered.
1106          */
1107         if (md->gd_xinvaltlb) {         /* reentrant on cpu */
1108                 md->gd_xinvaltlb = 2;
1109                 return;
1110         }
1111         md->gd_xinvaltlb = 1;
1112
1113         /*
1114          * Check only those cpus with active Xinvl* commands pending.
1115          *
1116          * We are going to enable interrupts so make sure we are in a
1117          * critical section.  This is necessary to avoid deadlocking
1118          * the lapic and to ensure that we execute our commands prior to
1119          * any nominal interrupt or preemption.
1120          *
1121          * WARNING! It is very important that we only clear out but in
1122          *          smp_smurf_mask once for each interrupt we take.  In
1123          *          this case, we clear it on initial entry and only loop
1124          *          on the reentrancy detect (caused by another interrupt).
1125          */
1126         cpumask = smp_invmask;
1127 loop:
1128         cpu_enable_intr();
1129 #ifdef LOOPMASK_IN
1130         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_in_mask, md->mi.gd_cpuid);
1131 #endif
1132         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(smp_smurf_mask, md->mi.gd_cpuid);
1133
1134         /*
1135          * Specific page request(s), and we can't return until all bits
1136          * are zero.
1137          */
1138         for (;;) {
1139                 int toolong;
1140
1141                 /*
1142                  * Also execute any pending full invalidation request in
1143                  * this loop.
1144                  */
1145                 if (CPUMASK_TESTBIT(smp_invltlb_mask, md->mi.gd_cpuid)) {
1146                         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(smp_invltlb_mask,
1147                                                md->mi.gd_cpuid);
1148                         cpu_invltlb();
1149                         cpu_mfence();
1150                 }
1151
1152 #ifdef LOOPRECOVER
1153                 if (tsc_frequency && rdtsc() - tsc_base > tsc_frequency) {
1154                         kprintf("smp_inval_intr %d inv=%08jx tlbm=%08jx "
1155                                 "idle=%08jx/%08jx\n",
1156                                 md->mi.gd_cpuid,
1157                                 smp_invmask.ary[0],
1158                                 smp_invltlb_mask.ary[0],
1159                                 smp_idleinvl_mask.ary[0],
1160                                 smp_idleinvl_reqs.ary[0]);
1161                         tsc_base = rdtsc();
1162                         toolong = 1;
1163                 } else {
1164                         toolong = 0;
1165                 }
1166 #else
1167                 toolong = 0;
1168 #endif
1169
1170                 /*
1171                  * We can only add bits to the cpumask to test during the
1172                  * loop because the smp_invmask bit is cleared once the
1173                  * originator completes the command (the targets may still
1174                  * be cycling their own completions in this loop, afterwords).
1175                  *
1176                  * lfence required prior to all tests as this Xinvltlb
1177                  * interrupt could race the originator (already be in progress
1178                  * wnen the originator decides to issue, due to an issue by
1179                  * another cpu).
1180                  */
1181                 cpu_lfence();
1182                 CPUMASK_ORMASK(cpumask, smp_invmask);
1183                 /*cpumask = smp_active_mask;*/  /* XXX */
1184
1185                 if (pmap_inval_intr(&cpumask, toolong) == 0) {
1186                         /*
1187                          * Clear our smurf mask to allow new IPIs, but deal
1188                          * with potential races.
1189                          */
1190                         break;
1191                 }
1192
1193                 /*
1194                  * Test if someone sent us another invalidation IPI, break
1195                  * out so we can take it to avoid deadlocking the lapic
1196                  * interrupt queue (? stupid intel, amd).
1197                  */
1198                 if (md->gd_xinvaltlb == 2)
1199                         break;
1200                 /*
1201                 if (CPUMASK_TESTBIT(smp_smurf_mask, md->mi.gd_cpuid))
1202                         break;
1203                 */
1204         }
1205
1206         /*
1207          * Full invalidation request
1208          */
1209         if (CPUMASK_TESTBIT(smp_invltlb_mask, md->mi.gd_cpuid)) {
1210                 ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(smp_invltlb_mask,
1211                                        md->mi.gd_cpuid);
1212                 cpu_invltlb();
1213                 cpu_mfence();
1214         }
1215
1216 #ifdef LOOPMASK_IN
1217         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(smp_in_mask, md->mi.gd_cpuid);
1218 #endif
1219         /*
1220          * Check to see if another Xinvltlb interrupt occurred and loop up
1221          * if it did.
1222          */
1223         cpu_disable_intr();
1224         if (md->gd_xinvaltlb == 2) {
1225                 md->gd_xinvaltlb = 1;
1226                 goto loop;
1227         }
1228         md->gd_xinvaltlb = 0;
1229 }
1230
1231 void
1232 cpu_wbinvd_on_all_cpus_callback(void *arg)
1233 {
1234         wbinvd();
1235 }
1236
1237 /*
1238  * When called the executing CPU will send an IPI to all other CPUs
1239  *  requesting that they halt execution.
1240  *
1241  * Usually (but not necessarily) called with 'other_cpus' as its arg.
1242  *
1243  *  - Signals all CPUs in map to stop.
1244  *  - Waits for each to stop.
1245  *
1246  * Returns:
1247  *  -1: error
1248  *   0: NA
1249  *   1: ok
1250  *
1251  * XXX FIXME: this is not MP-safe, needs a lock to prevent multiple CPUs
1252  *            from executing at same time.
1253  */
1254 int
1255 stop_cpus(cpumask_t map)
1256 {
1257         cpumask_t mask;
1258
1259         CPUMASK_ANDMASK(map, smp_active_mask);
1260
1261         /* send the Xcpustop IPI to all CPUs in map */
1262         selected_apic_ipi(map, XCPUSTOP_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
1263
1264         do {
1265                 mask = stopped_cpus;
1266                 CPUMASK_ANDMASK(mask, map);
1267                 /* spin */
1268         } while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(mask, map));
1269
1270         return 1;
1271 }
1272
1273
1274 /*
1275  * Called by a CPU to restart stopped CPUs. 
1276  *
1277  * Usually (but not necessarily) called with 'stopped_cpus' as its arg.
1278  *
1279  *  - Signals all CPUs in map to restart.
1280  *  - Waits for each to restart.
1281  *
1282  * Returns:
1283  *  -1: error
1284  *   0: NA
1285  *   1: ok
1286  */
1287 int
1288 restart_cpus(cpumask_t map)
1289 {
1290         cpumask_t mask;
1291
1292         /* signal other cpus to restart */
1293         mask = map;
1294         CPUMASK_ANDMASK(mask, smp_active_mask);
1295         cpu_ccfence();
1296         started_cpus = mask;
1297         cpu_ccfence();
1298
1299         /* wait for each to clear its bit */
1300         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(stopped_cpus, map))
1301                 cpu_pause();
1302
1303         return 1;
1304 }
1305
1306 /*
1307  * This is called once the mpboot code has gotten us properly relocated
1308  * and the MMU turned on, etc.   ap_init() is actually the idle thread,
1309  * and when it returns the scheduler will call the real cpu_idle() main
1310  * loop for the idlethread.  Interrupts are disabled on entry and should
1311  * remain disabled at return.
1312  */
1313 void
1314 ap_init(void)
1315 {
1316         int     cpu_id;
1317
1318         /*
1319          * Adjust smp_startup_mask to signal the BSP that we have started
1320          * up successfully.  Note that we do not yet hold the BGL.  The BSP
1321          * is waiting for our signal.
1322          *
1323          * We can't set our bit in smp_active_mask yet because we are holding
1324          * interrupts physically disabled and remote cpus could deadlock
1325          * trying to send us an IPI.
1326          */
1327         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_startup_mask, mycpu->gd_cpuid);
1328         cpu_mfence();
1329
1330         /*
1331          * Interlock for LAPIC initialization.  Wait until mp_finish_lapic is
1332          * non-zero, then get the MP lock.
1333          *
1334          * Note: We are in a critical section.
1335          *
1336          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
1337          *
1338          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
1339          * from improperly caching mp_finish_lapic, and the cpu from improperly
1340          * caching it.
1341          */
1342         while (mp_finish_lapic == 0) {
1343                 cpu_pause();
1344                 cpu_lfence();
1345         }
1346 #if 0
1347         while (try_mplock() == 0) {
1348                 cpu_pause();
1349                 cpu_lfence();
1350         }
1351 #endif
1352
1353         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
1354                 /*
1355                  * The BSP is constantly updating tsc0_offset, figure out
1356                  * the relative difference to synchronize ktrdump.
1357                  */
1358                 tsc_offsets[mycpu->gd_cpuid] = rdtsc() - tsc0_offset;
1359         }
1360
1361         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
1362         cpu_invltlb();
1363
1364         /* Build our map of 'other' CPUs. */
1365         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
1366         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
1367
1368         /* A quick check from sanity claus */
1369         cpu_id = APICID_TO_CPUID((lapic->id & 0xff000000) >> 24);
1370         if (mycpu->gd_cpuid != cpu_id) {
1371                 kprintf("SMP: assigned cpuid = %d\n", mycpu->gd_cpuid);
1372                 kprintf("SMP: actual cpuid = %d lapicid %d\n",
1373                         cpu_id, (lapic->id & 0xff000000) >> 24);
1374 #if 0 /* JGXXX */
1375                 kprintf("PTD[MPPTDI] = %p\n", (void *)PTD[MPPTDI]);
1376 #endif
1377                 panic("cpuid mismatch! boom!!");
1378         }
1379
1380         /* Initialize AP's local APIC for irq's */
1381         lapic_init(FALSE);
1382
1383         /* LAPIC initialization is done */
1384         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_lapic_mask, mycpu->gd_cpuid);
1385         cpu_mfence();
1386
1387 #if 0
1388         /* Let BSP move onto the next initialization stage */
1389         rel_mplock();
1390 #endif
1391
1392         /*
1393          * Interlock for finalization.  Wait until mp_finish is non-zero,
1394          * then get the MP lock.
1395          *
1396          * Note: We are in a critical section.
1397          *
1398          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
1399          *
1400          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
1401          * from improperly caching mp_finish, and the cpu from improperly
1402          * caching it.
1403          */
1404         while (mp_finish == 0) {
1405                 cpu_pause();
1406                 cpu_lfence();
1407         }
1408
1409         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
1410         cpu_invltlb();
1411
1412         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
1413         mem_range_AP_init();
1414
1415         /*
1416          * Once we go active we must process any IPIQ messages that may
1417          * have been queued, because no actual IPI will occur until we
1418          * set our bit in the smp_active_mask.  If we don't the IPI
1419          * message interlock could be left set which would also prevent
1420          * further IPIs.
1421          *
1422          * The idle loop doesn't expect the BGL to be held and while
1423          * lwkt_switch() normally cleans things up this is a special case
1424          * because we returning almost directly into the idle loop.
1425          *
1426          * The idle thread is never placed on the runq, make sure
1427          * nothing we've done put it there.
1428          */
1429
1430         /*
1431          * Hold a critical section and allow real interrupts to occur.  Zero
1432          * any spurious interrupts which have accumulated, then set our
1433          * smp_active_mask indicating that we are fully operational.
1434          */
1435         crit_enter();
1436         __asm __volatile("sti; pause; pause"::);
1437         bzero(mdcpu->gd_ipending, sizeof(mdcpu->gd_ipending));
1438         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_active_mask, mycpu->gd_cpuid);
1439
1440         /*
1441          * Wait until all cpus have set their smp_active_mask and have fully
1442          * operational interrupts before proceeding.
1443          *
1444          * We need a final cpu_invltlb() because we would not have received
1445          * any until we set our bit in smp_active_mask.
1446          */
1447         while (mp_finish == 1) {
1448                 cpu_pause();
1449                 cpu_lfence();
1450         }
1451         cpu_invltlb();
1452
1453         /*
1454          * Initialize per-cpu clocks and do other per-cpu initialization.
1455          * At this point code is expected to be able to use the full kernel
1456          * API.
1457          */
1458         initclocks_pcpu();      /* clock interrupts (via IPIs) */
1459
1460         /*
1461          * Since we may have cleaned up the interrupt triggers, manually
1462          * process any pending IPIs before exiting our critical section.
1463          * Once the critical section has exited, normal interrupt processing
1464          * may occur.
1465          */
1466         atomic_swap_int(&mycpu->gd_npoll, 0);
1467         lwkt_process_ipiq();
1468         crit_exit();
1469
1470         /*
1471          * Final final, allow the waiting BSP to resume the boot process,
1472          * return 'into' the idle thread bootstrap.
1473          */
1474         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_finalize_mask, mycpu->gd_cpuid);
1475         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
1476 }
1477
1478 /*
1479  * Get SMP fully working before we start initializing devices.
1480  */
1481 static
1482 void
1483 ap_finish(void)
1484 {
1485         if (bootverbose)
1486                 kprintf("Finish MP startup\n");
1487         rel_mplock();
1488
1489         /*
1490          * Wait for the active mask to complete, after which all cpus will
1491          * be accepting interrupts.
1492          */
1493         mp_finish = 1;
1494         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_active_mask, smp_startup_mask)) {
1495                 cpu_pause();
1496                 cpu_lfence();
1497         }
1498
1499         /*
1500          * Wait for the finalization mask to complete, after which all cpus
1501          * have completely finished initializing and are entering or are in
1502          * their idle thread.
1503          *
1504          * BSP should have received all required invltlbs but do another
1505          * one just in case.
1506          */
1507         cpu_invltlb();
1508         mp_finish = 2;
1509         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_finalize_mask, smp_startup_mask)) {
1510                 cpu_pause();
1511                 cpu_lfence();
1512         }
1513
1514         while (try_mplock() == 0) {
1515                 cpu_pause();
1516                 cpu_lfence();
1517         }
1518
1519         if (bootverbose) {
1520                 kprintf("Active CPU Mask: %016jx\n",
1521                         (uintmax_t)CPUMASK_LOWMASK(smp_active_mask));
1522         }
1523 }
1524
1525 SYSINIT(finishsmp, SI_BOOT2_FINISH_SMP, SI_ORDER_FIRST, ap_finish, NULL);
1526
1527 void
1528 cpu_send_ipiq(int dcpu)
1529 {
1530         if (CPUMASK_TESTBIT(smp_active_mask, dcpu))
1531                 single_apic_ipi(dcpu, XIPIQ_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
1532 }
1533
1534 #if 0   /* single_apic_ipi_passive() not working yet */
1535 /*
1536  * Returns 0 on failure, 1 on success
1537  */
1538 int
1539 cpu_send_ipiq_passive(int dcpu)
1540 {
1541         int r = 0;
1542         if (CPUMASK_TESTBIT(smp_active_mask, dcpu)) {
1543                 r = single_apic_ipi_passive(dcpu, XIPIQ_OFFSET,
1544                                         APIC_DELMODE_FIXED);
1545         }
1546         return(r);
1547 }
1548 #endif
1549
1550 static void
1551 mp_bsp_simple_setup(void)
1552 {
1553         struct mdglobaldata *gd;
1554         size_t ipiq_size;
1555
1556         /* build our map of 'other' CPUs */
1557         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
1558         CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
1559
1560         gd = (struct mdglobaldata *)mycpu;
1561         gd->gd_acpi_id = CPUID_TO_ACPIID(mycpu->gd_cpuid);
1562
1563         ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * ncpus;
1564         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, ipiq_size,
1565                                             VM_SUBSYS_IPIQ);
1566         bzero(mycpu->gd_ipiq, ipiq_size);
1567
1568         pmap_set_opt();
1569
1570         if (cpu_feature & CPUID_TSC)
1571                 tsc0_offset = rdtsc();
1572 }
1573
1574
1575 /*
1576  * CPU TOPOLOGY DETECTION FUNCTIONS
1577  */
1578
1579 /* Detect intel topology using CPUID 
1580  * Ref: http://www.intel.com/Assets/PDF/appnote/241618.pdf, pg 41
1581  */
1582 static void
1583 detect_intel_topology(int count_htt_cores)
1584 {
1585         int shift = 0;
1586         int ecx_index = 0;
1587         int core_plus_logical_bits = 0;
1588         int cores_per_package;
1589         int logical_per_package;
1590         int logical_per_core;
1591         unsigned int p[4];
1592
1593         if (cpu_high >= 0xb) {
1594                 goto FUNC_B;
1595
1596         } else if (cpu_high >= 0x4) {
1597                 goto FUNC_4;
1598
1599         } else {
1600                 core_bits = 0;
1601                 for (shift = 0; (1 << shift) < count_htt_cores; ++shift)
1602                         ;
1603                 logical_CPU_bits = 1 << shift;
1604                 return;
1605         }
1606
1607 FUNC_B:
1608         cpuid_count(0xb, FUNC_B_THREAD_LEVEL, p);
1609
1610         /* if 0xb not supported - fallback to 0x4 */
1611         if (p[1] == 0 || (FUNC_B_TYPE(p[2]) != FUNC_B_THREAD_TYPE)) {
1612                 goto FUNC_4;
1613         }
1614
1615         logical_CPU_bits = FUNC_B_BITS_SHIFT_NEXT_LEVEL(p[0]);
1616
1617         ecx_index = FUNC_B_THREAD_LEVEL + 1;
1618         do {
1619                 cpuid_count(0xb, ecx_index, p);
1620
1621                 /* Check for the Core type in the implemented sub leaves. */
1622                 if (FUNC_B_TYPE(p[2]) == FUNC_B_CORE_TYPE) {
1623                         core_plus_logical_bits = FUNC_B_BITS_SHIFT_NEXT_LEVEL(p[0]);
1624                         break;
1625                 }
1626
1627                 ecx_index++;
1628
1629         } while (FUNC_B_TYPE(p[2]) != FUNC_B_INVALID_TYPE);
1630
1631         core_bits = core_plus_logical_bits - logical_CPU_bits;
1632
1633         return;
1634
1635 FUNC_4:
1636         cpuid_count(0x4, 0, p);
1637         cores_per_package = FUNC_4_MAX_CORE_NO(p[0]) + 1;
1638
1639         logical_per_package = count_htt_cores;
1640         logical_per_core = logical_per_package / cores_per_package;
1641         
1642         for (shift = 0; (1 << shift) < logical_per_core; ++shift)
1643                 ;
1644         logical_CPU_bits = shift;
1645
1646         for (shift = 0; (1 << shift) < cores_per_package; ++shift)
1647                 ;
1648         core_bits = shift;
1649
1650         return;
1651 }
1652
1653 /* Detect AMD topology using CPUID
1654  * Ref: http://support.amd.com/us/Embedded_TechDocs/25481.pdf, last page
1655  */
1656 static void
1657 detect_amd_topology(int count_htt_cores)
1658 {
1659         int shift = 0;
1660         if ((cpu_feature & CPUID_HTT)
1661                         && (amd_feature2 & AMDID2_CMP)) {
1662                 
1663                 if (cpu_procinfo2 & AMDID_COREID_SIZE) {
1664                         core_bits = (cpu_procinfo2 & AMDID_COREID_SIZE)
1665                             >> AMDID_COREID_SIZE_SHIFT;
1666                 } else {
1667                         core_bits = (cpu_procinfo2 & AMDID_CMP_CORES) + 1;
1668                         for (shift = 0; (1 << shift) < core_bits; ++shift)
1669                                 ;
1670                         core_bits = shift;
1671                 }
1672
1673                 logical_CPU_bits = count_htt_cores >> core_bits;
1674                 for (shift = 0; (1 << shift) < logical_CPU_bits; ++shift)
1675                         ;
1676                 logical_CPU_bits = shift;
1677         } else {
1678                 for (shift = 0; (1 << shift) < count_htt_cores; ++shift)
1679                         ;
1680                 core_bits = shift;
1681                 logical_CPU_bits = 0;
1682         }
1683 }
1684
1685 static void
1686 amd_get_compute_unit_id(void *arg)
1687 {
1688         u_int regs[4];
1689
1690         do_cpuid(0x8000001e, regs);
1691         cpu_node_t * mynode = get_cpu_node_by_cpuid(mycpuid);
1692         /* 
1693          * AMD - CPUID Specification September 2010
1694          * page 34 - //ComputeUnitID = ebx[0:7]//
1695          */
1696         mynode->compute_unit_id = regs[1] & 0xff;
1697 }
1698
1699 int
1700 fix_amd_topology(void)
1701 {
1702         cpumask_t mask;
1703
1704         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_AMD)
1705                 return -1;
1706         if ((amd_feature2 & AMDID2_TOPOEXT) == 0)
1707                 return -1;
1708
1709         CPUMASK_ASSALLONES(mask);
1710         lwkt_cpusync_simple(mask, amd_get_compute_unit_id, NULL);
1711
1712         kprintf("Compute unit iDS:\n");
1713         int i;
1714         for (i = 0; i < ncpus; i++) {
1715                 kprintf("%d-%d; \n",
1716                         i, get_cpu_node_by_cpuid(i)->compute_unit_id);
1717         }
1718
1719         return 0;
1720 }
1721
1722 /* Calculate
1723  * - logical_CPU_bits
1724  * - core_bits
1725  * With the values above (for AMD or INTEL) we are able to generally
1726  * detect the CPU topology (number of cores for each level):
1727  * Ref: http://wiki.osdev.org/Detecting_CPU_Topology_(80x86)
1728  * Ref: http://www.multicoreinfo.com/research/papers/whitepapers/Intel-detect-topology.pdf
1729  */
1730 void
1731 detect_cpu_topology(void)
1732 {
1733         static int topology_detected = 0;
1734         int count = 0;
1735         
1736         if (topology_detected)
1737                 goto OUT;
1738         if ((cpu_feature & CPUID_HTT) == 0) {
1739                 core_bits = 0;
1740                 logical_CPU_bits = 0;
1741                 goto OUT;
1742         }
1743         count = (cpu_procinfo & CPUID_HTT_CORES) >> CPUID_HTT_CORE_SHIFT;
1744
1745         if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL)
1746                 detect_intel_topology(count);   
1747         else if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_AMD)
1748                 detect_amd_topology(count);
1749         topology_detected = 1;
1750
1751 OUT:
1752         if (bootverbose)
1753                 kprintf("Bits within APICID: logical_CPU_bits: %d; core_bits: %d\n",
1754                     logical_CPU_bits, core_bits);
1755 }
1756
1757 /* Interface functions to calculate chip_ID,
1758  * core_number and logical_number
1759  * Ref: http://wiki.osdev.org/Detecting_CPU_Topology_(80x86)
1760  */
1761 int
1762 get_chip_ID(int cpuid)
1763 {
1764         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) >>
1765             (logical_CPU_bits + core_bits);
1766 }
1767
1768 int
1769 get_chip_ID_from_APICID(int apicid)
1770 {
1771         return apicid >> (logical_CPU_bits + core_bits);
1772 }
1773
1774 int
1775 get_core_number_within_chip(int cpuid)
1776 {
1777         return (get_apicid_from_cpuid(cpuid) >> logical_CPU_bits) &
1778             ( (1 << core_bits) -1);
1779 }
1780
1781 int
1782 get_logical_CPU_number_within_core(int cpuid)
1783 {
1784         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) &
1785             ( (1 << logical_CPU_bits) -1);
1786 }