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