sys/platform/pc32/isa/clock.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1990 The Regents of the University of California.
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   6  * William Jolitz and Don Ahn.
   7  *
   8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   9  * modification, are permitted provided that the following conditions
  10  * are met:
  11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  16  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  17  *    must display the following acknowledgement:
  18  *      This product includes software developed by the University of
  19  *      California, Berkeley and its contributors.
  20  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  21  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  22  *    without specific prior written permission.
  23  *
  24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  34  * SUCH DAMAGE.
  35  *
  36  *      from: @(#)clock.c       7.2 (Berkeley) 5/12/91
  37  * $FreeBSD: src/sys/i386/isa/clock.c,v 1.149.2.6 2002/11/02 04:41:50 iwasaki Exp $
  38  * $DragonFly: src/sys/platform/pc32/isa/clock.c,v 1.53 2007/06/04 17:22:02 dillon Exp $
  39  */
  40
  41 /*
  42  * Routines to handle clock hardware.
  43  */
  44
  45 /*
  46  * inittodr, settodr and support routines written
  47  * by Christoph Robitschko <chmr@edvz.tu-graz.ac.at>
  48  *
  49  * reintroduced and updated by Chris Stenton <chris@gnome.co.uk> 8/10/94
  50  */
  51
  52 #include "use_apm.h"
  53 #include "opt_clock.h"
  54
  55 #include <sys/param.h>
  56 #include <sys/systm.h>
  57 #include <sys/eventhandler.h>
  58 #include <sys/time.h>
  59 #include <sys/kernel.h>
  60 #include <sys/bus.h>
  61 #ifndef SMP
  62 #include <sys/lock.h>
  63 #endif
  64 #include <sys/sysctl.h>
  65 #include <sys/cons.h>
  66 #include <sys/systimer.h>
  67 #include <sys/globaldata.h>
  68 #include <sys/thread2.h>
  69 #include <sys/systimer.h>
  70 #include <sys/machintr.h>
  71
  72 #include <machine/clock.h>
  73 #ifdef CLK_CALIBRATION_LOOP
  74 #endif
  75 #include <machine/cputypes.h>
  76 #include <machine/frame.h>
  77 #include <machine/ipl.h>
  78 #include <machine/limits.h>
  79 #include <machine/md_var.h>
  80 #include <machine/psl.h>
  81 #include <machine/segments.h>
  82 #include <machine/smp.h>
  83 #include <machine/specialreg.h>
  84
  85 #include <machine_base/icu/icu.h>
  86 #include <bus/isa/i386/isa.h>
  87 #include <bus/isa/rtc.h>
  88 #include <machine_base/isa/timerreg.h>
  89
  90 #include <machine_base/isa/intr_machdep.h>
  91
  92 #ifdef APIC_IO
  93 /* The interrupt triggered by the 8254 (timer) chip */
  94 int apic_8254_intr;
  95 static void setup_8254_mixed_mode (void);
  96 #endif
  97 static void i8254_restore(void);
  98 static void resettodr_on_shutdown(void *arg __unused);
  99
 100 /*
 101  * 32-bit time_t's can't reach leap years before 1904 or after 2036, so we
 102  * can use a simple formula for leap years.
 103  */
 104 #define LEAPYEAR(y) ((u_int)(y) % 4 == 0)
 105 #define DAYSPERYEAR   (31+28+31+30+31+30+31+31+30+31+30+31)
 106
 107 #ifndef TIMER_FREQ
 108 #define TIMER_FREQ   1193182
 109 #endif
 110
 111 static uint8_t i8254_walltimer_sel;
 112 static uint16_t i8254_walltimer_cntr;
 113
 114 int     adjkerntz;              /* local offset from GMT in seconds */
 115 int     disable_rtc_set;        /* disable resettodr() if != 0 */
 116 int     statclock_disable = 1;  /* we don't use the statclock right now */
 117 int     tsc_present;
 118 u_int   tsc_freq;               /* XXX obsolete, convert users */
 119 int64_t tsc_frequency;
 120 int     tsc_is_broken;
 121 int     wall_cmos_clock;        /* wall CMOS clock assumed if != 0 */
 122 int     timer0_running;
 123 enum tstate { RELEASED, ACQUIRED };
 124 enum tstate timer0_state;
 125 enum tstate timer1_state;
 126 enum tstate timer2_state;
 127
 128 static  int     beeping = 0;
 129 static  const u_char daysinmonth[] = {31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};
 130 static  u_char  rtc_statusa = RTCSA_DIVIDER | RTCSA_NOPROF;
 131 static  u_char  rtc_statusb = RTCSB_24HR | RTCSB_PINTR;
 132 static  int     rtc_loaded;
 133
 134 static int i8254_cputimer_div;
 135
 136 static struct callout sysbeepstop_ch;
 137
 138 static sysclock_t i8254_cputimer_count(void);
 139 static void i8254_cputimer_construct(struct cputimer *cputimer, sysclock_t last);
 140 static void i8254_cputimer_destruct(struct cputimer *cputimer);
 141
 142 static struct cputimer  i8254_cputimer = {
 143     SLIST_ENTRY_INITIALIZER,
 144     "i8254",
 145     CPUTIMER_PRI_8254,
 146     0,
 147     i8254_cputimer_count,
 148     cputimer_default_fromhz,
 149     cputimer_default_fromus,
 150     i8254_cputimer_construct,
 151     i8254_cputimer_destruct,
 152     TIMER_FREQ,
 153     0, 0, 0
 154 };
 155
 156 /*
 157  * timer0 clock interrupt.  Timer0 is in one-shot mode and has stopped
 158  * counting as of this interrupt.  We use timer1 in free-running mode (not
 159  * generating any interrupts) as our main counter.  Each cpu has timeouts
 160  * pending.
 161  *
 162  * This code is INTR_MPSAFE and may be called without the BGL held.
 163  */
 164 static void
 165 clkintr(void *dummy, void *frame_arg)
 166 {
 167         static sysclock_t sysclock_count;       /* NOTE! Must be static */
 168         struct globaldata *gd = mycpu;
 169 #ifdef SMP
 170         struct globaldata *gscan;
 171         int n;
 172 #endif
 173
 174         /*
 175          * SWSTROBE mode is a one-shot, the timer is no longer running
 176          */
 177         timer0_running = 0;
 178
 179         /*
 180          * XXX the dispatcher needs work.  right now we call systimer_intr()
 181          * directly or via IPI for any cpu with systimers queued, which is
 182          * usually *ALL* of them.  We need to use the LAPIC timer for this.
 183          */
 184         sysclock_count = sys_cputimer->count();
 185 #ifdef SMP
 186         for (n = 0; n < ncpus; ++n) {
 187             gscan = globaldata_find(n);
 188             if (TAILQ_FIRST(&gscan->gd_systimerq) == NULL)
 189                 continue;
 190             if (gscan != gd) {
 191                 lwkt_send_ipiq3(gscan, (ipifunc3_t)systimer_intr,
 192                                 &sysclock_count, 0);
 193             } else {
 194                 systimer_intr(&sysclock_count, 0, frame_arg);
 195             }
 196         }
 197 #else
 198         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_systimerq) != NULL)
 199             systimer_intr(&sysclock_count, 0, frame_arg);
 200 #endif
 201 }
 202
 203
 204 /*
 205  * NOTE! not MP safe.
 206  */
 207 int
 208 acquire_timer2(int mode)
 209 {
 210         if (timer2_state != RELEASED)
 211                 return (-1);
 212         timer2_state = ACQUIRED;
 213
 214         /*
 215          * This access to the timer registers is as atomic as possible
 216          * because it is a single instruction.  We could do better if we
 217          * knew the rate.
 218          */
 219         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL2 | (mode & 0x3f));
 220         return (0);
 221 }
 222
 223 int
 224 release_timer2(void)
 225 {
 226         if (timer2_state != ACQUIRED)
 227                 return (-1);
 228         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL2 | TIMER_SQWAVE | TIMER_16BIT);
 229         timer2_state = RELEASED;
 230         return (0);
 231 }
 232
 233 /*
 234  * This routine receives statistical clock interrupts from the RTC.
 235  * As explained above, these occur at 128 interrupts per second.
 236  * When profiling, we receive interrupts at a rate of 1024 Hz.
 237  *
 238  * This does not actually add as much overhead as it sounds, because
 239  * when the statistical clock is active, the hardclock driver no longer
 240  * needs to keep (inaccurate) statistics on its own.  This decouples
 241  * statistics gathering from scheduling interrupts.
 242  *
 243  * The RTC chip requires that we read status register C (RTC_INTR)
 244  * to acknowledge an interrupt, before it will generate the next one.
 245  * Under high interrupt load, rtcintr() can be indefinitely delayed and
 246  * the clock can tick immediately after the read from RTC_INTR.  In this
 247  * case, the mc146818A interrupt signal will not drop for long enough
 248  * to register with the 8259 PIC.  If an interrupt is missed, the stat
 249  * clock will halt, considerably degrading system performance.  This is
 250  * why we use 'while' rather than a more straightforward 'if' below.
 251  * Stat clock ticks can still be lost, causing minor loss of accuracy
 252  * in the statistics, but the stat clock will no longer stop.
 253  */
 254 static void
 255 rtcintr(void *dummy, void *frame)
 256 {
 257         while (rtcin(RTC_INTR) & RTCIR_PERIOD)
 258                 ;
 259                 /* statclock(frame); no longer used */
 260 }
 261
 262 #include "opt_ddb.h"
 263 #ifdef DDB
 264 #include <ddb/ddb.h>
 265
 266 DB_SHOW_COMMAND(rtc, rtc)
 267 {
 268         kprintf("%02x/%02x/%02x %02x:%02x:%02x, A = %02x, B = %02x, C = %02x\n",
 269                rtcin(RTC_YEAR), rtcin(RTC_MONTH), rtcin(RTC_DAY),
 270                rtcin(RTC_HRS), rtcin(RTC_MIN), rtcin(RTC_SEC),
 271                rtcin(RTC_STATUSA), rtcin(RTC_STATUSB), rtcin(RTC_INTR));
 272 }
 273 #endif /* DDB */
 274
 275 /*
 276  * Return the current cpu timer count as a 32 bit integer.
 277  */
 278 static
 279 sysclock_t
 280 i8254_cputimer_count(void)
 281 {
 282         static __uint16_t cputimer_last;
 283         __uint16_t count;
 284         sysclock_t ret;
 285
 286         clock_lock();
 287         outb(TIMER_MODE, i8254_walltimer_sel | TIMER_LATCH);
 288         count = (__uint8_t)inb(i8254_walltimer_cntr);           /* get countdown */
 289         count |= ((__uint8_t)inb(i8254_walltimer_cntr) << 8);
 290         count = -count;                                 /* -> countup */
 291         if (count < cputimer_last)                      /* rollover */
 292                 i8254_cputimer.base += 0x00010000;
 293         ret = i8254_cputimer.base | count;
 294         cputimer_last = count;
 295         clock_unlock();
 296         return(ret);
 297 }
 298
 299 /*
 300  * This function is called whenever the system timebase changes, allowing
 301  * us to calculate what is needed to convert a system timebase tick
 302  * into an 8254 tick for the interrupt timer.  If we can convert to a
 303  * simple shift, multiplication, or division, we do so.  Otherwise 64
 304  * bit arithmatic is required every time the interrupt timer is reloaded.
 305  */
 306 void
 307 cputimer_intr_config(struct cputimer *timer)
 308 {
 309     int freq;
 310     int div;
 311
 312     /*
 313      * Will a simple divide do the trick?
 314      */
 315     div = (timer->freq + (i8254_cputimer.freq / 2)) / i8254_cputimer.freq;
 316     freq = i8254_cputimer.freq * div;
 317
 318     if (freq >= timer->freq - 1 && freq <= timer->freq + 1)
 319         i8254_cputimer_div = div;
 320     else
 321         i8254_cputimer_div = 0;
 322 }
 323
 324 /*
 325  * Reload for the next timeout.  It is possible for the reload value
 326  * to be 0 or negative, indicating that an immediate timer interrupt
 327  * is desired.  For now make the minimum 2 ticks.
 328  *
 329  * We may have to convert from the system timebase to the 8254 timebase.
 330  */
 331 void
 332 cputimer_intr_reload(sysclock_t reload)
 333 {
 334     __uint16_t count;
 335
 336     if (i8254_cputimer_div)
 337         reload /= i8254_cputimer_div;
 338     else
 339         reload = (int64_t)reload * i8254_cputimer.freq / sys_cputimer->freq;
 340
 341     if ((int)reload < 2)
 342         reload = 2;
 343
 344     clock_lock();
 345     if (timer0_running) {
 346         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_LATCH);     /* count-down timer */
 347         count = (__uint8_t)inb(TIMER_CNTR0);            /* lsb */
 348         count |= ((__uint8_t)inb(TIMER_CNTR0) << 8);    /* msb */
 349         if (reload < count) {
 350             outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_SWSTROBE | TIMER_16BIT);
 351             outb(TIMER_CNTR0, (__uint8_t)reload);       /* lsb */
 352             outb(TIMER_CNTR0, (__uint8_t)(reload >> 8)); /* msb */
 353         }
 354     } else {
 355         timer0_running = 1;
 356         if (reload > 0xFFFF)
 357             reload = 0;         /* full count */
 358         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_SWSTROBE | TIMER_16BIT);
 359         outb(TIMER_CNTR0, (__uint8_t)reload);           /* lsb */
 360         outb(TIMER_CNTR0, (__uint8_t)(reload >> 8));    /* msb */
 361     }
 362     clock_unlock();
 363 }
 364
 365 /*
 366  * DELAY(usec)       - Spin for the specified number of microseconds.
 367  * DRIVERSLEEP(usec) - Spin for the specified number of microseconds,
 368  *                     but do a thread switch in the loop
 369  *
 370  * Relies on timer 1 counting down from (cputimer_freq / hz)
 371  * Note: timer had better have been programmed before this is first used!
 372  */
 373 static void
 374 DODELAY(int n, int doswitch)
 375 {
 376         int delta, prev_tick, tick, ticks_left;
 377
 378 #ifdef DELAYDEBUG
 379         int getit_calls = 1;
 380         int n1;
 381         static int state = 0;
 382
 383         if (state == 0) {
 384                 state = 1;
 385                 for (n1 = 1; n1 <= 10000000; n1 *= 10)
 386                         DELAY(n1);
 387                 state = 2;
 388         }
 389         if (state == 1)
 390                 kprintf("DELAY(%d)...", n);
 391 #endif
 392         /*
 393          * Guard against the timer being uninitialized if we are called
 394          * early for console i/o.
 395          */
 396         if (timer0_state == RELEASED)
 397                 i8254_restore();
 398
 399         /*
 400          * Read the counter first, so that the rest of the setup overhead is
 401          * counted.  Then calculate the number of hardware timer ticks
 402          * required, rounding up to be sure we delay at least the requested
 403          * number of microseconds.
 404          */
 405         prev_tick = sys_cputimer->count();
 406         ticks_left = ((u_int)n * (int64_t)sys_cputimer->freq + 999999) /
 407                      1000000;
 408
 409         /*
 410          * Loop until done.
 411          */
 412         while (ticks_left > 0) {
 413                 tick = sys_cputimer->count();
 414 #ifdef DELAYDEBUG
 415                 ++getit_calls;
 416 #endif
 417                 delta = tick - prev_tick;
 418                 prev_tick = tick;
 419                 if (delta < 0)
 420                         delta = 0;
 421                 ticks_left -= delta;
 422                 if (doswitch && ticks_left > 0)
 423                         lwkt_switch();
 424         }
 425 #ifdef DELAYDEBUG
 426         if (state == 1)
 427                 kprintf(" %d calls to getit() at %d usec each\n",
 428                        getit_calls, (n + 5) / getit_calls);
 429 #endif
 430 }
 431
 432 void
 433 DELAY(int n)
 434 {
 435         DODELAY(n, 0);
 436 }
 437
 438 void
 439 DRIVERSLEEP(int usec)
 440 {
 441         globaldata_t gd = mycpu;
 442
 443         if (gd->gd_intr_nesting_level ||
 444             gd->gd_spinlock_rd ||
 445             gd->gd_spinlocks_wr) {
 446                 DODELAY(usec, 0);
 447         } else {
 448                 DODELAY(usec, 1);
 449         }
 450 }
 451
 452 static void
 453 sysbeepstop(void *chan)
 454 {
 455         outb(IO_PPI, inb(IO_PPI)&0xFC); /* disable counter2 output to speaker */
 456         beeping = 0;
 457         release_timer2();
 458 }
 459
 460 int
 461 sysbeep(int pitch, int period)
 462 {
 463         if (acquire_timer2(TIMER_SQWAVE|TIMER_16BIT))
 464                 return(-1);
 465         /*
 466          * Nobody else is using timer2, we do not need the clock lock
 467          */
 468         outb(TIMER_CNTR2, pitch);
 469         outb(TIMER_CNTR2, (pitch>>8));
 470         if (!beeping) {
 471                 /* enable counter2 output to speaker */
 472                 outb(IO_PPI, inb(IO_PPI) | 3);
 473                 beeping = period;
 474                 callout_reset(&sysbeepstop_ch, period, sysbeepstop, NULL);
 475         }
 476         return (0);
 477 }
 478
 479 /*
 480  * RTC support routines
 481  */
 482
 483 int
 484 rtcin(int reg)
 485 {
 486         u_char val;
 487
 488         crit_enter();
 489         outb(IO_RTC, reg);
 490         inb(0x84);
 491         val = inb(IO_RTC + 1);
 492         inb(0x84);
 493         crit_exit();
 494         return (val);
 495 }
 496
 497 static __inline void
 498 writertc(u_char reg, u_char val)
 499 {
 500         crit_enter();
 501         inb(0x84);
 502         outb(IO_RTC, reg);
 503         inb(0x84);
 504         outb(IO_RTC + 1, val);
 505         inb(0x84);              /* XXX work around wrong order in rtcin() */
 506         crit_exit();
 507 }
 508
 509 static __inline int
 510 readrtc(int port)
 511 {
 512         return(bcd2bin(rtcin(port)));
 513 }
 514
 515 static u_int
 516 calibrate_clocks(void)
 517 {
 518         u_int64_t old_tsc;
 519         u_int count, prev_count, tot_count;
 520         int sec, start_sec, timeout;
 521
 522         if (bootverbose)
 523                 kprintf("Calibrating clock(s) ... ");
 524         if (!(rtcin(RTC_STATUSD) & RTCSD_PWR))
 525                 goto fail;
 526         timeout = 100000000;
 527
 528         /* Read the mc146818A seconds counter. */
 529         for (;;) {
 530                 if (!(rtcin(RTC_STATUSA) & RTCSA_TUP)) {
 531                         sec = rtcin(RTC_SEC);
 532                         break;
 533                 }
 534                 if (--timeout == 0)
 535                         goto fail;
 536         }
 537
 538         /* Wait for the mC146818A seconds counter to change. */
 539         start_sec = sec;
 540         for (;;) {
 541                 if (!(rtcin(RTC_STATUSA) & RTCSA_TUP)) {
 542                         sec = rtcin(RTC_SEC);
 543                         if (sec != start_sec)
 544                                 break;
 545                 }
 546                 if (--timeout == 0)
 547                         goto fail;
 548         }
 549
 550         /* Start keeping track of the i8254 counter. */
 551         prev_count = sys_cputimer->count();
 552         tot_count = 0;
 553
 554         if (tsc_present)
 555                 old_tsc = rdtsc();
 556         else
 557                 old_tsc = 0;            /* shut up gcc */
 558
 559         /*
 560          * Wait for the mc146818A seconds counter to change.  Read the i8254
 561          * counter for each iteration since this is convenient and only
 562          * costs a few usec of inaccuracy. The timing of the final reads
 563          * of the counters almost matches the timing of the initial reads,
 564          * so the main cause of inaccuracy is the varying latency from
 565          * inside getit() or rtcin(RTC_STATUSA) to the beginning of the
 566          * rtcin(RTC_SEC) that returns a changed seconds count.  The
 567          * maximum inaccuracy from this cause is < 10 usec on 486's.
 568          */
 569         start_sec = sec;
 570         for (;;) {
 571                 if (!(rtcin(RTC_STATUSA) & RTCSA_TUP))
 572                         sec = rtcin(RTC_SEC);
 573                 count = sys_cputimer->count();
 574                 tot_count += (int)(count - prev_count);
 575                 prev_count = count;
 576                 if (sec != start_sec)
 577                         break;
 578                 if (--timeout == 0)
 579                         goto fail;
 580         }
 581
 582         /*
 583          * Read the cpu cycle counter.  The timing considerations are
 584          * similar to those for the i8254 clock.
 585          */
 586         if (tsc_present) {
 587                 tsc_frequency = rdtsc() - old_tsc;
 588                 tsc_freq = (u_int)tsc_frequency;        /* XXX */
 589         }
 590
 591         if (tsc_present)
 592                 kprintf("TSC clock: %u Hz, ", tsc_freq);
 593         kprintf("i8254 clock: %u Hz\n", tot_count);
 594         return (tot_count);
 595
 596 fail:
 597         kprintf("failed, using default i8254 clock of %u Hz\n",
 598                 i8254_cputimer.freq);
 599         return (i8254_cputimer.freq);
 600 }
 601
 602 static void
 603 i8254_restore(void)
 604 {
 605         timer0_state = ACQUIRED;
 606
 607         clock_lock();
 608
 609         /*
 610          * Timer0 is our fine-grained variable clock interrupt
 611          */
 612         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_SWSTROBE | TIMER_16BIT);
 613         outb(TIMER_CNTR0, 2);   /* lsb */
 614         outb(TIMER_CNTR0, 0);   /* msb */
 615         clock_unlock();
 616
 617         /*
 618          * Timer1 or timer2 is our free-running clock, but only if another
 619          * has not been selected.
 620          */
 621         cputimer_register(&i8254_cputimer);
 622         cputimer_select(&i8254_cputimer, 0);
 623 }
 624
 625 static void
 626 i8254_cputimer_construct(struct cputimer *timer, sysclock_t oldclock)
 627 {
 628         int which;
 629
 630         /*
 631          * Should we use timer 1 or timer 2 ?
 632          */
 633         which = 0;
 634         TUNABLE_INT_FETCH("hw.i8254.walltimer", &which);
 635         if (which != 1 && which != 2)
 636                 which = 2;
 637
 638         switch(which) {
 639         case 1:
 640                 timer->name = "i8254_timer1";
 641                 timer->type = CPUTIMER_8254_SEL1;
 642                 i8254_walltimer_sel = TIMER_SEL1;
 643                 i8254_walltimer_cntr = TIMER_CNTR1;
 644                 timer1_state = ACQUIRED;
 645                 break;
 646         case 2:
 647                 timer->name = "i8254_timer2";
 648                 timer->type = CPUTIMER_8254_SEL2;
 649                 i8254_walltimer_sel = TIMER_SEL2;
 650                 i8254_walltimer_cntr = TIMER_CNTR2;
 651                 timer2_state = ACQUIRED;
 652                 break;
 653         }
 654
 655         timer->base = (oldclock + 0xFFFF) & ~0xFFFF;
 656
 657         clock_lock();
 658         outb(TIMER_MODE, i8254_walltimer_sel | TIMER_RATEGEN | TIMER_16BIT);
 659         outb(i8254_walltimer_cntr, 0);  /* lsb */
 660         outb(i8254_walltimer_cntr, 0);  /* msb */
 661         outb(IO_PPI, inb(IO_PPI) | 1);  /* bit 0: enable gate, bit 1: spkr */
 662         clock_unlock();
 663 }
 664
 665 static void
 666 i8254_cputimer_destruct(struct cputimer *timer)
 667 {
 668         switch(timer->type) {
 669         case CPUTIMER_8254_SEL1:
 670             timer1_state = RELEASED;
 671             break;
 672         case CPUTIMER_8254_SEL2:
 673             timer2_state = RELEASED;
 674             break;
 675         default:
 676             break;
 677         }
 678         timer->type = 0;
 679 }
 680
 681 static void
 682 rtc_restore(void)
 683 {
 684         /* Restore all of the RTC's "status" (actually, control) registers. */
 685         writertc(RTC_STATUSB, RTCSB_24HR);
 686         writertc(RTC_STATUSA, rtc_statusa);
 687         writertc(RTC_STATUSB, rtc_statusb);
 688 }
 689
 690 /*
 691  * Restore all the timers.
 692  *
 693  * This function is called to resynchronize our core timekeeping after a
 694  * long halt, e.g. from apm_default_resume() and friends.  It is also
 695  * called if after a BIOS call we have detected munging of the 8254.
 696  * It is necessary because cputimer_count() counter's delta may have grown
 697  * too large for nanouptime() and friends to handle, or (in the case of 8254
 698  * munging) might cause the SYSTIMER code to prematurely trigger.
 699  */
 700 void
 701 timer_restore(void)
 702 {
 703         crit_enter();
 704         i8254_restore();                /* restore timer_freq and hz */
 705         rtc_restore();                  /* reenable RTC interrupts */
 706         crit_exit();
 707 }
 708
 709 /*
 710  * Initialize 8254 timer 0 early so that it can be used in DELAY().
 711  */
 712 void
 713 startrtclock(void)
 714 {
 715         u_int delta, freq;
 716
 717         /*
 718          * Can we use the TSC?
 719          */
 720         if (cpu_feature & CPUID_TSC)
 721                 tsc_present = 1;
 722         else
 723                 tsc_present = 0;
 724
 725         /*
 726          * Initial RTC state, don't do anything unexpected
 727          */
 728         writertc(RTC_STATUSA, rtc_statusa);
 729         writertc(RTC_STATUSB, RTCSB_24HR);
 730
 731         /*
 732          * Set the 8254 timer0 in TIMER_SWSTROBE mode and cause it to
 733          * generate an interrupt, which we will ignore for now.
 734          *
 735          * Set the 8254 timer1 in TIMER_RATEGEN mode and load 0x0000
 736          * (so it counts a full 2^16 and repeats).  We will use this timer
 737          * for our counting.
 738          */
 739         i8254_restore();
 740         freq = calibrate_clocks();
 741 #ifdef CLK_CALIBRATION_LOOP
 742         if (bootverbose) {
 743                 kprintf(
 744                 "Press a key on the console to abort clock calibration\n");
 745                 while (cncheckc() == -1)
 746                         calibrate_clocks();
 747         }
 748 #endif
 749
 750         /*
 751          * Use the calibrated i8254 frequency if it seems reasonable.
 752          * Otherwise use the default, and don't use the calibrated i586
 753          * frequency.
 754          */
 755         delta = freq > i8254_cputimer.freq ?
 756                         freq - i8254_cputimer.freq : i8254_cputimer.freq - freq;
 757         if (delta < i8254_cputimer.freq / 100) {
 758 #ifndef CLK_USE_I8254_CALIBRATION
 759                 if (bootverbose)
 760                         kprintf(
 761 "CLK_USE_I8254_CALIBRATION not specified - using default frequency\n");
 762                 freq = i8254_cputimer.freq;
 763 #endif
 764                 cputimer_set_frequency(&i8254_cputimer, freq);
 765         } else {
 766                 if (bootverbose)
 767                         kprintf(
 768                     "%d Hz differs from default of %d Hz by more than 1%%\n",
 769                                freq, i8254_cputimer.freq);
 770                 tsc_freq = 0;
 771                 tsc_frequency = 0;
 772         }
 773
 774 #ifndef CLK_USE_TSC_CALIBRATION
 775         if (tsc_freq != 0) {
 776                 if (bootverbose)
 777                         kprintf(
 778 "CLK_USE_TSC_CALIBRATION not specified - using old calibration method\n");
 779                 tsc_freq = 0;
 780                 tsc_frequency = 0;
 781         }
 782 #endif
 783         if (tsc_present && tsc_frequency == 0) {
 784                 /*
 785                  * Calibration of the i586 clock relative to the mc146818A
 786                  * clock failed.  Do a less accurate calibration relative
 787                  * to the i8254 clock.
 788                  */
 789                 u_int64_t old_tsc = rdtsc();
 790
 791                 DELAY(1000000);
 792                 tsc_frequency = rdtsc() - old_tsc;
 793                 tsc_freq = (u_int)tsc_frequency;
 794 #ifdef CLK_USE_TSC_CALIBRATION
 795                 if (bootverbose)
 796                         kprintf("TSC clock: %u Hz (Method B)\n", tsc_freq);
 797 #endif
 798         }
 799
 800         EVENTHANDLER_REGISTER(shutdown_post_sync, resettodr_on_shutdown, NULL, SHUTDOWN_PRI_LAST);
 801
 802 #if !defined(SMP)
 803         /*
 804          * We can not use the TSC in SMP mode, until we figure out a
 805          * cheap (impossible), reliable and precise (yeah right!)  way
 806          * to synchronize the TSCs of all the CPUs.
 807          * Curse Intel for leaving the counter out of the I/O APIC.
 808          */
 809
 810 #if NAPM > 0
 811         /*
 812          * We can not use the TSC if we support APM. Precise timekeeping
 813          * on an APM'ed machine is at best a fools pursuit, since
 814          * any and all of the time spent in various SMM code can't
 815          * be reliably accounted for.  Reading the RTC is your only
 816          * source of reliable time info.  The i8254 looses too of course
 817          * but we need to have some kind of time...
 818          * We don't know at this point whether APM is going to be used
 819          * or not, nor when it might be activated.  Play it safe.
 820          */
 821         return;
 822 #endif /* NAPM > 0 */
 823
 824 #endif /* !defined(SMP) */
 825 }
 826
 827 /*
 828  * Sync the time of day back to the RTC on shutdown, but only if
 829  * we have already loaded it and have not crashed.
 830  */
 831 static void
 832 resettodr_on_shutdown(void *arg __unused)
 833 {
 834         if (rtc_loaded && panicstr == NULL) {
 835                 resettodr();
 836         }
 837 }
 838
 839 /*
 840  * Initialize the time of day register, based on the time base which is, e.g.
 841  * from a filesystem.
 842  */
 843 void
 844 inittodr(time_t base)
 845 {
 846         unsigned long   sec, days;
 847         int             yd;
 848         int             year, month;
 849         int             y, m;
 850         struct timespec ts;
 851
 852         if (base) {
 853                 ts.tv_sec = base;
 854                 ts.tv_nsec = 0;
 855                 set_timeofday(&ts);
 856         }
 857
 858         /* Look if we have a RTC present and the time is valid */
 859         if (!(rtcin(RTC_STATUSD) & RTCSD_PWR))
 860                 goto wrong_time;
 861
 862         /* wait for time update to complete */
 863         /* If RTCSA_TUP is zero, we have at least 244us before next update */
 864         crit_enter();
 865         while (rtcin(RTC_STATUSA) & RTCSA_TUP) {
 866                 crit_exit();
 867                 crit_enter();
 868         }
 869
 870         days = 0;
 871 #ifdef USE_RTC_CENTURY
 872         year = readrtc(RTC_YEAR) + readrtc(RTC_CENTURY) * 100;
 873 #else
 874         year = readrtc(RTC_YEAR) + 1900;
 875         if (year < 1970)
 876                 year += 100;
 877 #endif
 878         if (year < 1970) {
 879                 crit_exit();
 880                 goto wrong_time;
 881         }
 882         month = readrtc(RTC_MONTH);
 883         for (m = 1; m < month; m++)
 884                 days += daysinmonth[m-1];
 885         if ((month > 2) && LEAPYEAR(year))
 886                 days ++;
 887         days += readrtc(RTC_DAY) - 1;
 888         yd = days;
 889         for (y = 1970; y < year; y++)
 890                 days += DAYSPERYEAR + LEAPYEAR(y);
 891         sec = ((( days * 24 +
 892                   readrtc(RTC_HRS)) * 60 +
 893                   readrtc(RTC_MIN)) * 60 +
 894                   readrtc(RTC_SEC));
 895         /* sec now contains the number of seconds, since Jan 1 1970,
 896            in the local time zone */
 897
 898         sec += tz.tz_minuteswest * 60 + (wall_cmos_clock ? adjkerntz : 0);
 899
 900         y = time_second - sec;
 901         if (y <= -2 || y >= 2) {
 902                 /* badly off, adjust it */
 903                 ts.tv_sec = sec;
 904                 ts.tv_nsec = 0;
 905                 set_timeofday(&ts);
 906         }
 907         rtc_loaded = 1;
 908         crit_exit();
 909         return;
 910
 911 wrong_time:
 912         kprintf("Invalid time in real time clock.\n");
 913         kprintf("Check and reset the date immediately!\n");
 914 }
 915
 916 /*
 917  * Write system time back to RTC
 918  */
 919 void
 920 resettodr(void)
 921 {
 922         struct timeval tv;
 923         unsigned long tm;
 924         int m;
 925         int y;
 926
 927         if (disable_rtc_set)
 928                 return;
 929
 930         microtime(&tv);
 931         tm = tv.tv_sec;
 932
 933         crit_enter();
 934         /* Disable RTC updates and interrupts. */
 935         writertc(RTC_STATUSB, RTCSB_HALT | RTCSB_24HR);
 936
 937         /* Calculate local time to put in RTC */
 938
 939         tm -= tz.tz_minuteswest * 60 + (wall_cmos_clock ? adjkerntz : 0);
 940
 941         writertc(RTC_SEC, bin2bcd(tm%60)); tm /= 60;    /* Write back Seconds */
 942         writertc(RTC_MIN, bin2bcd(tm%60)); tm /= 60;    /* Write back Minutes */
 943         writertc(RTC_HRS, bin2bcd(tm%24)); tm /= 24;    /* Write back Hours   */
 944
 945         /* We have now the days since 01-01-1970 in tm */
 946         writertc(RTC_WDAY, (tm+4)%7);                   /* Write back Weekday */
 947         for (y = 1970, m = DAYSPERYEAR + LEAPYEAR(y);
 948              tm >= m;
 949              y++,      m = DAYSPERYEAR + LEAPYEAR(y))
 950              tm -= m;
 951
 952         /* Now we have the years in y and the day-of-the-year in tm */
 953         writertc(RTC_YEAR, bin2bcd(y%100));             /* Write back Year    */
 954 #ifdef USE_RTC_CENTURY
 955         writertc(RTC_CENTURY, bin2bcd(y/100));          /* ... and Century    */
 956 #endif
 957         for (m = 0; ; m++) {
 958                 int ml;
 959
 960                 ml = daysinmonth[m];
 961                 if (m == 1 && LEAPYEAR(y))
 962                         ml++;
 963                 if (tm < ml)
 964                         break;
 965                 tm -= ml;
 966         }
 967
 968         writertc(RTC_MONTH, bin2bcd(m + 1));            /* Write back Month   */
 969         writertc(RTC_DAY, bin2bcd(tm + 1));             /* Write back Month Day */
 970
 971         /* Reenable RTC updates and interrupts. */
 972         writertc(RTC_STATUSB, rtc_statusb);
 973         crit_exit();
 974 }
 975
 976
 977 /*
 978  * Start both clocks running.  DragonFly note: the stat clock is no longer
 979  * used.  Instead, 8254 based systimers are used for all major clock
 980  * interrupts.  statclock_disable is set by default.
 981  */
 982 void
 983 cpu_initclocks(void *arg __unused)
 984 {
 985         int diag;
 986 #ifdef APIC_IO
 987         int apic_8254_trial;
 988         void *clkdesc;
 989 #endif /* APIC_IO */
 990
 991         if (statclock_disable) {
 992                 /*
 993                  * The stat interrupt mask is different without the
 994                  * statistics clock.  Also, don't set the interrupt
 995                  * flag which would normally cause the RTC to generate
 996                  * interrupts.
 997                  */
 998                 rtc_statusb = RTCSB_24HR;
 999         } else {
1000                 /* Setting stathz to nonzero early helps avoid races. */
1001                 stathz = RTC_NOPROFRATE;
1002                 profhz = RTC_PROFRATE;
1003         }
1004
1005         /* Finish initializing 8253 timer 0. */
1006 #ifdef APIC_IO
1007
1008         apic_8254_intr = isa_apic_irq(0);
1009         apic_8254_trial = 0;
1010         if (apic_8254_intr >= 0 ) {
1011                 if (apic_int_type(0, 0) == 3)
1012                         apic_8254_trial = 1;
1013         } else {
1014                 /* look for ExtInt on pin 0 */
1015                 if (apic_int_type(0, 0) == 3) {
1016                         apic_8254_intr = apic_irq(0, 0);
1017                         setup_8254_mixed_mode();
1018                 } else
1019                         panic("APIC_IO: Cannot route 8254 interrupt to CPU");
1020         }
1021
1022         clkdesc = register_int(apic_8254_intr, clkintr, NULL, "clk",
1023                                NULL,
1024                                INTR_EXCL | INTR_FAST |
1025                                INTR_NOPOLL | INTR_MPSAFE |
1026                                INTR_NOENTROPY);
1027         machintr_intren(apic_8254_intr);
1028
1029 #else /* APIC_IO */
1030
1031         register_int(0, clkintr, NULL, "clk", NULL,
1032                      INTR_EXCL | INTR_FAST |
1033                      INTR_NOPOLL | INTR_MPSAFE |
1034                      INTR_NOENTROPY);
1035         machintr_intren(ICU_IRQ0);
1036
1037 #endif /* APIC_IO */
1038
1039         /* Initialize RTC. */
1040         writertc(RTC_STATUSA, rtc_statusa);
1041         writertc(RTC_STATUSB, RTCSB_24HR);
1042
1043         if (statclock_disable == 0) {
1044                 diag = rtcin(RTC_DIAG);
1045                 if (diag != 0)
1046                         kprintf("RTC BIOS diagnostic error %b\n", diag, RTCDG_BITS);
1047
1048 #ifdef APIC_IO
1049                 if (isa_apic_irq(8) != 8)
1050                         panic("APIC RTC != 8");
1051 #endif /* APIC_IO */
1052
1053                 register_int(8, (inthand2_t *)rtcintr, NULL, "rtc", NULL,
1054                              INTR_EXCL | INTR_FAST | INTR_NOPOLL |
1055                              INTR_NOENTROPY);
1056                 machintr_intren(8);
1057
1058                 writertc(RTC_STATUSB, rtc_statusb);
1059         }
1060
1061 #ifdef APIC_IO
1062         if (apic_8254_trial) {
1063                 sysclock_t base;
1064                 long lastcnt;
1065
1066                 lastcnt = get_interrupt_counter(apic_8254_intr);
1067
1068                 /*
1069                  * XXX this assumes the 8254 is the cpu timer.  Force an
1070                  * 8254 Timer0 interrupt and wait 1/100s for it to happen,
1071                  * then see if we got it.
1072                  */
1073                 kprintf("APIC_IO: Testing 8254 interrupt delivery\n");
1074                 cputimer_intr_reload(2);        /* XXX assumes 8254 */
1075                 base = sys_cputimer->count();
1076                 while (sys_cputimer->count() - base < sys_cputimer->freq / 100)
1077                         ;       /* nothing */
1078                 if (get_interrupt_counter(apic_8254_intr) - lastcnt == 0) {
1079                         /*
1080                          * The MP table is broken.
1081                          * The 8254 was not connected to the specified pin
1082                          * on the IO APIC.
1083                          * Workaround: Limited variant of mixed mode.
1084                          */
1085                         machintr_intrdis(apic_8254_intr);
1086                         unregister_int(clkdesc);
1087                         kprintf("APIC_IO: Broken MP table detected: "
1088                                "8254 is not connected to "
1089                                "IOAPIC #%d intpin %d\n",
1090                                int_to_apicintpin[apic_8254_intr].ioapic,
1091                                int_to_apicintpin[apic_8254_intr].int_pin);
1092                         /*
1093                          * Revoke current ISA IRQ 0 assignment and
1094                          * configure a fallback interrupt routing from
1095                          * the 8254 Timer via the 8259 PIC to the
1096                          * an ExtInt interrupt line on IOAPIC #0 intpin 0.
1097                          * We reuse the low level interrupt handler number.
1098                          */
1099                         if (apic_irq(0, 0) < 0) {
1100                                 revoke_apic_irq(apic_8254_intr);
1101                                 assign_apic_irq(0, 0, apic_8254_intr);
1102                         }
1103                         apic_8254_intr = apic_irq(0, 0);
1104                         setup_8254_mixed_mode();
1105                         register_int(apic_8254_intr, clkintr, NULL, "clk",
1106                                      NULL,
1107                                      INTR_EXCL | INTR_FAST |
1108                                      INTR_NOPOLL | INTR_MPSAFE |
1109                                      INTR_NOENTROPY);
1110                         machintr_intren(apic_8254_intr);
1111                 }
1112
1113         }
1114         if (apic_int_type(0, 0) != 3 ||
1115             int_to_apicintpin[apic_8254_intr].ioapic != 0 ||
1116             int_to_apicintpin[apic_8254_intr].int_pin != 0) {
1117                 kprintf("APIC_IO: routing 8254 via IOAPIC #%d intpin %d\n",
1118                        int_to_apicintpin[apic_8254_intr].ioapic,
1119                        int_to_apicintpin[apic_8254_intr].int_pin);
1120         } else {
1121                 kprintf("APIC_IO: "
1122                        "routing 8254 via 8259 and IOAPIC #0 intpin 0\n");
1123         }
1124 #endif
1125         callout_init(&sysbeepstop_ch);
1126 }
1127 SYSINIT(clocks8254, SI_BOOT2_CLOCKREG, SI_ORDER_FIRST, cpu_initclocks, NULL)
1128
1129 #ifdef APIC_IO
1130
1131 static void
1132 setup_8254_mixed_mode(void)
1133 {
1134         /*
1135          * Allow 8254 timer to INTerrupt 8259:
1136          *  re-initialize master 8259:
1137          *   reset; prog 4 bytes, single ICU, edge triggered
1138          */
1139         outb(IO_ICU1, 0x13);
1140         outb(IO_ICU1 + 1, IDT_OFFSET);  /* start vector (unused) */
1141         outb(IO_ICU1 + 1, 0x00);        /* ignore slave */
1142         outb(IO_ICU1 + 1, 0x03);        /* auto EOI, 8086 */
1143         outb(IO_ICU1 + 1, 0xfe);        /* unmask INT0 */
1144
1145         /* program IO APIC for type 3 INT on INT0 */
1146         if (ext_int_setup(0, 0) < 0)
1147                 panic("8254 redirect via APIC pin0 impossible!");
1148 }
1149 #endif
1150
1151 void
1152 setstatclockrate(int newhz)
1153 {
1154         if (newhz == RTC_PROFRATE)
1155                 rtc_statusa = RTCSA_DIVIDER | RTCSA_PROF;
1156         else
1157                 rtc_statusa = RTCSA_DIVIDER | RTCSA_NOPROF;
1158         writertc(RTC_STATUSA, rtc_statusa);
1159 }
1160
1161 #if 0
1162 static unsigned
1163 tsc_get_timecount(struct timecounter *tc)
1164 {
1165         return (rdtsc());
1166 }
1167 #endif
1168
1169 #ifdef KERN_TIMESTAMP
1170 #define KERN_TIMESTAMP_SIZE 16384
1171 static u_long tsc[KERN_TIMESTAMP_SIZE] ;
1172 SYSCTL_OPAQUE(_debug, OID_AUTO, timestamp, CTLFLAG_RD, tsc,
1173         sizeof(tsc), "LU", "Kernel timestamps");
1174 void
1175 _TSTMP(u_int32_t x)
1176 {
1177         static int i;
1178
1179         tsc[i] = (u_int32_t)rdtsc();
1180         tsc[i+1] = x;
1181         i = i + 2;
1182         if (i >= KERN_TIMESTAMP_SIZE)
1183                 i = 0;
1184         tsc[i] = 0; /* mark last entry */
1185 }
1186 #endif /* KERN_TIMESTAMP */
1187
1188 /*
1189  *
1190  */
1191
1192 static int
1193 hw_i8254_timestamp(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1194 {
1195     sysclock_t count;
1196     __uint64_t tscval;
1197     char buf[32];
1198
1199     crit_enter();
1200     if (sys_cputimer == &i8254_cputimer)
1201         count = sys_cputimer->count();
1202     else
1203         count = 0;
1204     if (tsc_present)
1205         tscval = rdtsc();
1206     else
1207         tscval = 0;
1208     crit_exit();
1209     ksnprintf(buf, sizeof(buf), "%08x %016llx", count, (long long)tscval);
1210     return(SYSCTL_OUT(req, buf, strlen(buf) + 1));
1211 }
1212
1213 SYSCTL_NODE(_hw, OID_AUTO, i8254, CTLFLAG_RW, 0, "I8254");
1214 SYSCTL_UINT(_hw_i8254, OID_AUTO, freq, CTLFLAG_RD, &i8254_cputimer.freq, 0,
1215             "frequency");
1216 SYSCTL_PROC(_hw_i8254, OID_AUTO, timestamp, CTLTYPE_STRING|CTLFLAG_RD,
1217             0, 0, hw_i8254_timestamp, "A", "");
1218