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 1.25 2005/06/01 20:19:45 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 "use_mca.h"
  54 #include "opt_clock.h"
  55
  56 #include <sys/param.h>
  57 #include <sys/systm.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
  71 #include <machine/clock.h>
  72 #ifdef CLK_CALIBRATION_LOOP
  73 #endif
  74 #include <machine/cputypes.h>
  75 #include <machine/frame.h>
  76 #include <machine/ipl.h>
  77 #include <machine/limits.h>
  78 #include <machine/md_var.h>
  79 #include <machine/psl.h>
  80 #ifdef APIC_IO
  81 #include <machine/segments.h>
  82 #endif
  83 #if defined(SMP) || defined(APIC_IO)
  84 #include <machine/smp.h>
  85 #endif /* SMP || APIC_IO */
  86 #include <machine/specialreg.h>
  87
  88 #include <i386/isa/icu.h>
  89 #include <bus/isa/i386/isa.h>
  90 #include <bus/isa/rtc.h>
  91 #include <i386/isa/timerreg.h>
  92
  93 #include <i386/isa/intr_machdep.h>
  94
  95 #if NMCA > 0
  96 #include <bus/mca/i386/mca_machdep.h>
  97 #endif
  98
  99 #ifdef APIC_IO
 100 #include <i386/isa/intr_machdep.h>
 101 /* The interrupt triggered by the 8254 (timer) chip */
 102 int apic_8254_intr;
 103 static u_long read_intr_count (int vec);
 104 static void setup_8254_mixed_mode (void);
 105 #endif
 106 static void i8254_restore(void);
 107
 108 /*
 109  * 32-bit time_t's can't reach leap years before 1904 or after 2036, so we
 110  * can use a simple formula for leap years.
 111  */
 112 #define LEAPYEAR(y) ((u_int)(y) % 4 == 0)
 113 #define DAYSPERYEAR   (31+28+31+30+31+30+31+31+30+31+30+31)
 114
 115 #ifndef TIMER_FREQ
 116 #define TIMER_FREQ   1193182
 117 #endif
 118
 119 static uint8_t i8254_walltimer_sel;
 120 static uint16_t i8254_walltimer_cntr;
 121
 122 int     adjkerntz;              /* local offset from GMT in seconds */
 123 int     disable_rtc_set;        /* disable resettodr() if != 0 */
 124 volatile u_int  idelayed;
 125 int     statclock_disable = 1;  /* we don't use the statclock right now */
 126 u_int   stat_imask = SWI_CLOCK_MASK;
 127 u_int   tsc_freq;
 128 int     tsc_is_broken;
 129 int     wall_cmos_clock;        /* wall CMOS clock assumed if != 0 */
 130 int     timer0_running;
 131 enum tstate { RELEASED, ACQUIRED };
 132 enum tstate timer0_state;
 133 enum tstate timer1_state;
 134 enum tstate timer2_state;
 135
 136 static  int     beeping = 0;
 137 static  u_int   clk_imask = HWI_MASK | SWI_MASK;
 138 static  const u_char daysinmonth[] = {31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};
 139 static  u_char  rtc_statusa = RTCSA_DIVIDER | RTCSA_NOPROF;
 140 static  u_char  rtc_statusb = RTCSB_24HR | RTCSB_PINTR;
 141 static  u_int   tsc_present;
 142
 143 static struct callout sysbeepstop_ch;
 144
 145 static sysclock_t i8254_cputimer_count(void);
 146 static void i8254_cputimer_construct(struct cputimer *cputimer, sysclock_t last);
 147 static void i8254_cputimer_destruct(struct cputimer *cputimer);
 148
 149 static struct cputimer  i8254_cputimer = {
 150     NULL,
 151     "i8254",
 152     CPUTIMER_PRI_8254,
 153     0,
 154     i8254_cputimer_count,
 155     cputimer_default_fromhz,
 156     cputimer_default_fromus,
 157     i8254_cputimer_construct,
 158     i8254_cputimer_destruct,
 159     TIMER_FREQ,
 160     0, 0, 0
 161 };
 162
 163 /*
 164  * timer0 clock interrupt.  Timer0 is in one-shot mode and has stopped
 165  * counting as of this interrupt.  We use timer1 in free-running mode (not
 166  * generating any interrupts) as our main counter.  Each cpu has timeouts
 167  * pending.
 168  */
 169 static void
 170 clkintr(struct intrframe frame)
 171 {
 172         static sysclock_t timer1_count;
 173         struct globaldata *gd = mycpu;
 174         struct globaldata *gscan;
 175         int n;
 176
 177         /*
 178          * SWSTROBE mode is a one-shot, the timer is no longer running
 179          */
 180         timer0_running = 0;
 181
 182         /*
 183          * XXX the dispatcher needs work.  right now we call systimer_intr()
 184          * directly or via IPI for any cpu with systimers queued, which is
 185          * usually *ALL* of them.  We need a better way to do this.
 186          */
 187         timer1_count = sys_cputimer->count();
 188         for (n = 0; n < ncpus; ++n) {
 189             gscan = globaldata_find(n);
 190             if (TAILQ_FIRST(&gscan->gd_systimerq) == NULL)
 191                 continue;
 192             if (gscan != gd) {
 193                 lwkt_send_ipiq(gscan, (ipifunc_t)systimer_intr, &timer1_count);
 194             } else {
 195                 systimer_intr(&timer1_count, &frame);
 196             }
 197         }
 198 #if NMCA > 0
 199         /* Reset clock interrupt by asserting bit 7 of port 0x61 */
 200         if (MCA_system)
 201                 outb(0x61, inb(0x61) | 0x80);
 202 #endif
 203 }
 204
 205
 206 /*
 207  * NOTE! not MP safe.
 208  */
 209 int
 210 acquire_timer2(int mode)
 211 {
 212         if (timer2_state != RELEASED)
 213                 return (-1);
 214         timer2_state = ACQUIRED;
 215
 216         /*
 217          * This access to the timer registers is as atomic as possible
 218          * because it is a single instruction.  We could do better if we
 219          * knew the rate.
 220          */
 221         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL2 | (mode & 0x3f));
 222         return (0);
 223 }
 224
 225 int
 226 release_timer2()
 227 {
 228         if (timer2_state != ACQUIRED)
 229                 return (-1);
 230         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL2 | TIMER_SQWAVE | TIMER_16BIT);
 231         timer2_state = RELEASED;
 232         return (0);
 233 }
 234
 235 /*
 236  * This routine receives statistical clock interrupts from the RTC.
 237  * As explained above, these occur at 128 interrupts per second.
 238  * When profiling, we receive interrupts at a rate of 1024 Hz.
 239  *
 240  * This does not actually add as much overhead as it sounds, because
 241  * when the statistical clock is active, the hardclock driver no longer
 242  * needs to keep (inaccurate) statistics on its own.  This decouples
 243  * statistics gathering from scheduling interrupts.
 244  *
 245  * The RTC chip requires that we read status register C (RTC_INTR)
 246  * to acknowledge an interrupt, before it will generate the next one.
 247  * Under high interrupt load, rtcintr() can be indefinitely delayed and
 248  * the clock can tick immediately after the read from RTC_INTR.  In this
 249  * case, the mc146818A interrupt signal will not drop for long enough
 250  * to register with the 8259 PIC.  If an interrupt is missed, the stat
 251  * clock will halt, considerably degrading system performance.  This is
 252  * why we use 'while' rather than a more straightforward 'if' below.
 253  * Stat clock ticks can still be lost, causing minor loss of accuracy
 254  * in the statistics, but the stat clock will no longer stop.
 255  */
 256 static void
 257 rtcintr(struct intrframe frame)
 258 {
 259         while (rtcin(RTC_INTR) & RTCIR_PERIOD)
 260                 ;
 261                 /* statclock(&frame); no longer used */
 262 }
 263
 264 #include "opt_ddb.h"
 265 #ifdef DDB
 266 #include <ddb/ddb.h>
 267
 268 DB_SHOW_COMMAND(rtc, rtc)
 269 {
 270         printf("%02x/%02x/%02x %02x:%02x:%02x, A = %02x, B = %02x, C = %02x\n",
 271                rtcin(RTC_YEAR), rtcin(RTC_MONTH), rtcin(RTC_DAY),
 272                rtcin(RTC_HRS), rtcin(RTC_MIN), rtcin(RTC_SEC),
 273                rtcin(RTC_STATUSA), rtcin(RTC_STATUSB), rtcin(RTC_INTR));
 274 }
 275 #endif /* DDB */
 276
 277 /*
 278  * Return the current cpu timer count as a 32 bit integer.
 279  */
 280 static
 281 sysclock_t
 282 i8254_cputimer_count(void)
 283 {
 284         static __uint16_t cputimer_last;
 285         __uint16_t count;
 286         sysclock_t ret;
 287
 288         clock_lock();
 289         outb(TIMER_MODE, i8254_walltimer_sel | TIMER_LATCH);
 290         count = (__uint8_t)inb(i8254_walltimer_cntr);           /* get countdown */
 291         count |= ((__uint8_t)inb(i8254_walltimer_cntr) << 8);
 292         count = -count;                                 /* -> countup */
 293         if (count < cputimer_last)                      /* rollover */
 294                 i8254_cputimer.base += 0x00010000;
 295         ret = i8254_cputimer.base | count;
 296         cputimer_last = count;
 297         clock_unlock();
 298         return(ret);
 299 }
 300
 301 /*
 302  * Reload for the next timeout.  It is possible for the reload value
 303  * to be 0 or negative, indicating that an immediate timer interrupt
 304  * is desired.  For now make the minimum 2 ticks.
 305  */
 306 void
 307 cputimer_intr_reload(sysclock_t reload)
 308 {
 309     __uint16_t count;
 310
 311     /*
 312      * XXX reload value must be converted to our interrupt timer
 313      * frequency.  This is temporary.
 314      */
 315     if (i8254_cputimer.freq != sys_cputimer->freq) {
 316         reload = (int64_t)reload * i8254_cputimer.freq / sys_cputimer->freq;
 317     }
 318
 319     if ((int)reload < 2)
 320         reload = 2;
 321
 322     clock_lock();
 323     if (timer0_running) {
 324         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_LATCH);     /* count-down timer */
 325         count = (__uint8_t)inb(TIMER_CNTR0);            /* lsb */
 326         count |= ((__uint8_t)inb(TIMER_CNTR0) << 8);    /* msb */
 327         if (reload < count) {
 328             outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_SWSTROBE | TIMER_16BIT);
 329             outb(TIMER_CNTR0, (__uint8_t)reload);       /* lsb */
 330             outb(TIMER_CNTR0, (__uint8_t)(reload >> 8)); /* msb */
 331         }
 332     } else {
 333         timer0_running = 1;
 334         if (reload > 0xFFFF)
 335             reload = 0;         /* full count */
 336         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_SWSTROBE | TIMER_16BIT);
 337         outb(TIMER_CNTR0, (__uint8_t)reload);           /* lsb */
 338         outb(TIMER_CNTR0, (__uint8_t)(reload >> 8));    /* msb */
 339     }
 340     clock_unlock();
 341 }
 342
 343 /*
 344  * Wait "n" microseconds.
 345  * Relies on timer 1 counting down from (cputimer_freq / hz)
 346  * Note: timer had better have been programmed before this is first used!
 347  */
 348 void
 349 DELAY(int n)
 350 {
 351         int delta, prev_tick, tick, ticks_left;
 352
 353 #ifdef DELAYDEBUG
 354         int getit_calls = 1;
 355         int n1;
 356         static int state = 0;
 357
 358         if (state == 0) {
 359                 state = 1;
 360                 for (n1 = 1; n1 <= 10000000; n1 *= 10)
 361                         DELAY(n1);
 362                 state = 2;
 363         }
 364         if (state == 1)
 365                 printf("DELAY(%d)...", n);
 366 #endif
 367         /*
 368          * Guard against the timer being uninitialized if we are called
 369          * early for console i/o.
 370          */
 371         if (timer0_state == RELEASED)
 372                 i8254_restore();
 373
 374         /*
 375          * Read the counter first, so that the rest of the setup overhead is
 376          * counted.  Guess the initial overhead is 20 usec (on most systems it
 377          * takes about 1.5 usec for each of the i/o's in getit().  The loop
 378          * takes about 6 usec on a 486/33 and 13 usec on a 386/20.  The
 379          * multiplications and divisions to scale the count take a while).
 380          */
 381         prev_tick = sys_cputimer->count();
 382         n -= 0;                 /* XXX actually guess no initial overhead */
 383         /*
 384          * Calculate (n * (cputimer_freq / 1e6)) without using floating point
 385          * and without any avoidable overflows.
 386          */
 387         if (n <= 0) {
 388                 ticks_left = 0;
 389         } else if (n < 256) {
 390                 /*
 391                  * Use fixed point to avoid a slow division by 1000000.
 392                  * 39099 = 1193182 * 2^15 / 10^6 rounded to nearest.
 393                  * 2^15 is the first power of 2 that gives exact results
 394                  * for n between 0 and 256.
 395                  */
 396                 ticks_left = ((u_int)n * 39099 + (1 << 15) - 1) >> 15;
 397         } else {
 398                 /*
 399                  * Don't bother using fixed point, although gcc-2.7.2
 400                  * generates particularly poor code for the long long
 401                  * division, since even the slow way will complete long
 402                  * before the delay is up (unless we're interrupted).
 403                  */
 404                 ticks_left = ((u_int)n * (long long)sys_cputimer->freq + 999999)
 405                              / 1000000;
 406         }
 407
 408         while (ticks_left > 0) {
 409                 tick = sys_cputimer->count();
 410 #ifdef DELAYDEBUG
 411                 ++getit_calls;
 412 #endif
 413                 delta = tick - prev_tick;
 414                 prev_tick = tick;
 415                 if (delta < 0)
 416                         delta = 0;
 417                 ticks_left -= delta;
 418         }
 419 #ifdef DELAYDEBUG
 420         if (state == 1)
 421                 printf(" %d calls to getit() at %d usec each\n",
 422                        getit_calls, (n + 5) / getit_calls);
 423 #endif
 424 }
 425
 426 static void
 427 sysbeepstop(void *chan)
 428 {
 429         outb(IO_PPI, inb(IO_PPI)&0xFC); /* disable counter2 output to speaker */
 430         beeping = 0;
 431         release_timer2();
 432 }
 433
 434 int
 435 sysbeep(int pitch, int period)
 436 {
 437         if (acquire_timer2(TIMER_SQWAVE|TIMER_16BIT))
 438                 return(-1);
 439         /*
 440          * Nobody else is using timer2, we do not need the clock lock
 441          */
 442         outb(TIMER_CNTR2, pitch);
 443         outb(TIMER_CNTR2, (pitch>>8));
 444         if (!beeping) {
 445                 /* enable counter2 output to speaker */
 446                 outb(IO_PPI, inb(IO_PPI) | 3);
 447                 beeping = period;
 448                 callout_reset(&sysbeepstop_ch, period, sysbeepstop, NULL);
 449         }
 450         return (0);
 451 }
 452
 453 /*
 454  * RTC support routines
 455  */
 456
 457 int
 458 rtcin(reg)
 459         int reg;
 460 {
 461         int s;
 462         u_char val;
 463
 464         s = splhigh();
 465         outb(IO_RTC, reg);
 466         inb(0x84);
 467         val = inb(IO_RTC + 1);
 468         inb(0x84);
 469         splx(s);
 470         return (val);
 471 }
 472
 473 static __inline void
 474 writertc(u_char reg, u_char val)
 475 {
 476         int s;
 477
 478         s = splhigh();
 479         inb(0x84);
 480         outb(IO_RTC, reg);
 481         inb(0x84);
 482         outb(IO_RTC + 1, val);
 483         inb(0x84);              /* XXX work around wrong order in rtcin() */
 484         splx(s);
 485 }
 486
 487 static __inline int
 488 readrtc(int port)
 489 {
 490         return(bcd2bin(rtcin(port)));
 491 }
 492
 493 static u_int
 494 calibrate_clocks(void)
 495 {
 496         u_int64_t old_tsc;
 497         u_int count, prev_count, tot_count;
 498         int sec, start_sec, timeout;
 499
 500         if (bootverbose)
 501                 printf("Calibrating clock(s) ... ");
 502         if (!(rtcin(RTC_STATUSD) & RTCSD_PWR))
 503                 goto fail;
 504         timeout = 100000000;
 505
 506         /* Read the mc146818A seconds counter. */
 507         for (;;) {
 508                 if (!(rtcin(RTC_STATUSA) & RTCSA_TUP)) {
 509                         sec = rtcin(RTC_SEC);
 510                         break;
 511                 }
 512                 if (--timeout == 0)
 513                         goto fail;
 514         }
 515
 516         /* Wait for the mC146818A seconds counter to change. */
 517         start_sec = sec;
 518         for (;;) {
 519                 if (!(rtcin(RTC_STATUSA) & RTCSA_TUP)) {
 520                         sec = rtcin(RTC_SEC);
 521                         if (sec != start_sec)
 522                                 break;
 523                 }
 524                 if (--timeout == 0)
 525                         goto fail;
 526         }
 527
 528         /* Start keeping track of the i8254 counter. */
 529         prev_count = sys_cputimer->count();
 530         tot_count = 0;
 531
 532         if (tsc_present)
 533                 old_tsc = rdtsc();
 534         else
 535                 old_tsc = 0;            /* shut up gcc */
 536
 537         /*
 538          * Wait for the mc146818A seconds counter to change.  Read the i8254
 539          * counter for each iteration since this is convenient and only
 540          * costs a few usec of inaccuracy. The timing of the final reads
 541          * of the counters almost matches the timing of the initial reads,
 542          * so the main cause of inaccuracy is the varying latency from
 543          * inside getit() or rtcin(RTC_STATUSA) to the beginning of the
 544          * rtcin(RTC_SEC) that returns a changed seconds count.  The
 545          * maximum inaccuracy from this cause is < 10 usec on 486's.
 546          */
 547         start_sec = sec;
 548         for (;;) {
 549                 if (!(rtcin(RTC_STATUSA) & RTCSA_TUP))
 550                         sec = rtcin(RTC_SEC);
 551                 count = sys_cputimer->count();
 552                 tot_count += (int)(count - prev_count);
 553                 prev_count = count;
 554                 if (sec != start_sec)
 555                         break;
 556                 if (--timeout == 0)
 557                         goto fail;
 558         }
 559
 560         /*
 561          * Read the cpu cycle counter.  The timing considerations are
 562          * similar to those for the i8254 clock.
 563          */
 564         if (tsc_present)
 565                 tsc_freq = rdtsc() - old_tsc;
 566
 567         if (tsc_present)
 568                 printf("TSC clock: %u Hz, ", tsc_freq);
 569         printf("i8254 clock: %u Hz\n", tot_count);
 570         return (tot_count);
 571
 572 fail:
 573         printf("failed, using default i8254 clock of %u Hz\n",
 574                 i8254_cputimer.freq);
 575         return (i8254_cputimer.freq);
 576 }
 577
 578 static void
 579 i8254_restore(void)
 580 {
 581         timer0_state = ACQUIRED;
 582
 583         clock_lock();
 584
 585         /*
 586          * Timer0 is our fine-grained variable clock interrupt
 587          */
 588         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_SWSTROBE | TIMER_16BIT);
 589         outb(TIMER_CNTR0, 2);   /* lsb */
 590         outb(TIMER_CNTR0, 0);   /* msb */
 591
 592         /*
 593          * Timer1 or timer2 is our free-running clock, but only if another
 594          * has not been selected.
 595          */
 596         cputimer_register(&i8254_cputimer);
 597         cputimer_select(&i8254_cputimer, 0);
 598         clock_unlock();
 599 }
 600
 601 static void
 602 i8254_cputimer_construct(struct cputimer *timer, sysclock_t oldclock)
 603 {
 604         int which;
 605
 606         /*
 607          * Should we use timer 1 or timer 2 ?
 608          */
 609         which = 0;
 610         TUNABLE_INT_FETCH("hw.i8254.walltimer", &which);
 611         if (which != 1 && which != 2)
 612                 which = 2;
 613
 614         switch(which) {
 615         case 1:
 616                 timer->name = "i8254_timer1";
 617                 timer->type = CPUTIMER_8254_SEL1;
 618                 i8254_walltimer_sel = TIMER_SEL1;
 619                 i8254_walltimer_cntr = TIMER_CNTR1;
 620                 timer1_state = ACQUIRED;
 621                 break;
 622         case 2:
 623                 timer->name = "i8254_timer2";
 624                 timer->type = CPUTIMER_8254_SEL2;
 625                 i8254_walltimer_sel = TIMER_SEL2;
 626                 i8254_walltimer_cntr = TIMER_CNTR2;
 627                 timer2_state = ACQUIRED;
 628                 break;
 629         }
 630
 631         timer->base = (oldclock + 0xFFFF) & ~0xFFFF;
 632
 633         outb(TIMER_MODE, i8254_walltimer_sel | TIMER_RATEGEN | TIMER_16BIT);
 634         outb(i8254_walltimer_cntr, 0);  /* lsb */
 635         outb(i8254_walltimer_cntr, 0);  /* msb */
 636         outb(IO_PPI, inb(IO_PPI) | 1);  /* bit 0: enable gate, bit 1: spkr */
 637 }
 638
 639 static void
 640 i8254_cputimer_destruct(struct cputimer *timer)
 641 {
 642         switch(timer->type) {
 643         case CPUTIMER_8254_SEL1:
 644             timer1_state = RELEASED;
 645             break;
 646         case CPUTIMER_8254_SEL2:
 647             timer2_state = RELEASED;
 648             break;
 649         default:
 650             break;
 651         }
 652         timer->type = 0;
 653 }
 654
 655 static void
 656 rtc_restore(void)
 657 {
 658         /* Restore all of the RTC's "status" (actually, control) registers. */
 659         writertc(RTC_STATUSB, RTCSB_24HR);
 660         writertc(RTC_STATUSA, rtc_statusa);
 661         writertc(RTC_STATUSB, rtc_statusb);
 662 }
 663
 664 /*
 665  * Restore all the timers.
 666  *
 667  * This function is called to resynchronize our core timekeeping after a
 668  * long halt, e.g. from apm_default_resume() and friends.  It is also
 669  * called if after a BIOS call we have detected munging of the 8254.
 670  * It is necessary because cputimer_count() counter's delta may have grown
 671  * too large for nanouptime() and friends to handle, or (in the case of 8254
 672  * munging) might cause the SYSTIMER code to prematurely trigger.
 673  */
 674 void
 675 timer_restore(void)
 676 {
 677         crit_enter();
 678         i8254_restore();                /* restore timer_freq and hz */
 679         rtc_restore();                  /* reenable RTC interrupts */
 680         crit_exit();
 681 }
 682
 683 /*
 684  * Initialize 8254 timer 0 early so that it can be used in DELAY().
 685  */
 686 void
 687 startrtclock()
 688 {
 689         u_int delta, freq;
 690
 691         /*
 692          * Can we use the TSC?
 693          */
 694         if (cpu_feature & CPUID_TSC)
 695                 tsc_present = 1;
 696         else
 697                 tsc_present = 0;
 698
 699         /*
 700          * Initial RTC state, don't do anything unexpected
 701          */
 702         writertc(RTC_STATUSA, rtc_statusa);
 703         writertc(RTC_STATUSB, RTCSB_24HR);
 704
 705         /*
 706          * Set the 8254 timer0 in TIMER_SWSTROBE mode and cause it to
 707          * generate an interrupt, which we will ignore for now.
 708          *
 709          * Set the 8254 timer1 in TIMER_RATEGEN mode and load 0x0000
 710          * (so it counts a full 2^16 and repeats).  We will use this timer
 711          * for our counting.
 712          */
 713         i8254_restore();
 714         freq = calibrate_clocks();
 715 #ifdef CLK_CALIBRATION_LOOP
 716         if (bootverbose) {
 717                 printf(
 718                 "Press a key on the console to abort clock calibration\n");
 719                 while (cncheckc() == -1)
 720                         calibrate_clocks();
 721         }
 722 #endif
 723
 724         /*
 725          * Use the calibrated i8254 frequency if it seems reasonable.
 726          * Otherwise use the default, and don't use the calibrated i586
 727          * frequency.
 728          */
 729         delta = freq > i8254_cputimer.freq ?
 730                         freq - i8254_cputimer.freq : i8254_cputimer.freq - freq;
 731         if (delta < i8254_cputimer.freq / 100) {
 732 #ifndef CLK_USE_I8254_CALIBRATION
 733                 if (bootverbose)
 734                         printf(
 735 "CLK_USE_I8254_CALIBRATION not specified - using default frequency\n");
 736                 freq = i8254_cputimer.freq;
 737 #endif
 738                 cputimer_set_frequency(&i8254_cputimer, freq);
 739         } else {
 740                 if (bootverbose)
 741                         printf(
 742                     "%d Hz differs from default of %d Hz by more than 1%%\n",
 743                                freq, i8254_cputimer.freq);
 744                 tsc_freq = 0;
 745         }
 746
 747 #ifndef CLK_USE_TSC_CALIBRATION
 748         if (tsc_freq != 0) {
 749                 if (bootverbose)
 750                         printf(
 751 "CLK_USE_TSC_CALIBRATION not specified - using old calibration method\n");
 752                 tsc_freq = 0;
 753         }
 754 #endif
 755         if (tsc_present && tsc_freq == 0) {
 756                 /*
 757                  * Calibration of the i586 clock relative to the mc146818A
 758                  * clock failed.  Do a less accurate calibration relative
 759                  * to the i8254 clock.
 760                  */
 761                 u_int64_t old_tsc = rdtsc();
 762
 763                 DELAY(1000000);
 764                 tsc_freq = rdtsc() - old_tsc;
 765 #ifdef CLK_USE_TSC_CALIBRATION
 766                 if (bootverbose)
 767                         printf("TSC clock: %u Hz (Method B)\n", tsc_freq);
 768 #endif
 769         }
 770
 771 #if !defined(SMP)
 772         /*
 773          * We can not use the TSC in SMP mode, until we figure out a
 774          * cheap (impossible), reliable and precise (yeah right!)  way
 775          * to synchronize the TSCs of all the CPUs.
 776          * Curse Intel for leaving the counter out of the I/O APIC.
 777          */
 778
 779 #if NAPM > 0
 780         /*
 781          * We can not use the TSC if we support APM. Precise timekeeping
 782          * on an APM'ed machine is at best a fools pursuit, since
 783          * any and all of the time spent in various SMM code can't
 784          * be reliably accounted for.  Reading the RTC is your only
 785          * source of reliable time info.  The i8254 looses too of course
 786          * but we need to have some kind of time...
 787          * We don't know at this point whether APM is going to be used
 788          * or not, nor when it might be activated.  Play it safe.
 789          */
 790         return;
 791 #endif /* NAPM > 0 */
 792
 793 #endif /* !defined(SMP) */
 794 }
 795
 796 /*
 797  * Initialize the time of day register, based on the time base which is, e.g.
 798  * from a filesystem.
 799  */
 800 void
 801 inittodr(time_t base)
 802 {
 803         unsigned long   sec, days;
 804         int             yd;
 805         int             year, month;
 806         int             y, m;
 807         struct timespec ts;
 808
 809         if (base) {
 810                 ts.tv_sec = base;
 811                 ts.tv_nsec = 0;
 812                 set_timeofday(&ts);
 813         }
 814
 815         /* Look if we have a RTC present and the time is valid */
 816         if (!(rtcin(RTC_STATUSD) & RTCSD_PWR))
 817                 goto wrong_time;
 818
 819         /* wait for time update to complete */
 820         /* If RTCSA_TUP is zero, we have at least 244us before next update */
 821         crit_enter();
 822         while (rtcin(RTC_STATUSA) & RTCSA_TUP) {
 823                 crit_exit();
 824                 crit_enter();
 825         }
 826
 827         days = 0;
 828 #ifdef USE_RTC_CENTURY
 829         year = readrtc(RTC_YEAR) + readrtc(RTC_CENTURY) * 100;
 830 #else
 831         year = readrtc(RTC_YEAR) + 1900;
 832         if (year < 1970)
 833                 year += 100;
 834 #endif
 835         if (year < 1970) {
 836                 crit_exit();
 837                 goto wrong_time;
 838         }
 839         month = readrtc(RTC_MONTH);
 840         for (m = 1; m < month; m++)
 841                 days += daysinmonth[m-1];
 842         if ((month > 2) && LEAPYEAR(year))
 843                 days ++;
 844         days += readrtc(RTC_DAY) - 1;
 845         yd = days;
 846         for (y = 1970; y < year; y++)
 847                 days += DAYSPERYEAR + LEAPYEAR(y);
 848         sec = ((( days * 24 +
 849                   readrtc(RTC_HRS)) * 60 +
 850                   readrtc(RTC_MIN)) * 60 +
 851                   readrtc(RTC_SEC));
 852         /* sec now contains the number of seconds, since Jan 1 1970,
 853            in the local time zone */
 854
 855         sec += tz.tz_minuteswest * 60 + (wall_cmos_clock ? adjkerntz : 0);
 856
 857         y = time_second - sec;
 858         if (y <= -2 || y >= 2) {
 859                 /* badly off, adjust it */
 860                 ts.tv_sec = sec;
 861                 ts.tv_nsec = 0;
 862                 set_timeofday(&ts);
 863         }
 864         crit_exit();
 865         return;
 866
 867 wrong_time:
 868         printf("Invalid time in real time clock.\n");
 869         printf("Check and reset the date immediately!\n");
 870 }
 871
 872 /*
 873  * Write system time back to RTC
 874  */
 875 void
 876 resettodr()
 877 {
 878         struct timeval tv;
 879         unsigned long tm;
 880         int m;
 881         int y;
 882
 883         if (disable_rtc_set)
 884                 return;
 885
 886         microtime(&tv);
 887         tm = tv.tv_sec;
 888
 889         crit_enter();
 890         /* Disable RTC updates and interrupts. */
 891         writertc(RTC_STATUSB, RTCSB_HALT | RTCSB_24HR);
 892
 893         /* Calculate local time to put in RTC */
 894
 895         tm -= tz.tz_minuteswest * 60 + (wall_cmos_clock ? adjkerntz : 0);
 896
 897         writertc(RTC_SEC, bin2bcd(tm%60)); tm /= 60;    /* Write back Seconds */
 898         writertc(RTC_MIN, bin2bcd(tm%60)); tm /= 60;    /* Write back Minutes */
 899         writertc(RTC_HRS, bin2bcd(tm%24)); tm /= 24;    /* Write back Hours   */
 900
 901         /* We have now the days since 01-01-1970 in tm */
 902         writertc(RTC_WDAY, (tm+4)%7);                   /* Write back Weekday */
 903         for (y = 1970, m = DAYSPERYEAR + LEAPYEAR(y);
 904              tm >= m;
 905              y++,      m = DAYSPERYEAR + LEAPYEAR(y))
 906              tm -= m;
 907
 908         /* Now we have the years in y and the day-of-the-year in tm */
 909         writertc(RTC_YEAR, bin2bcd(y%100));             /* Write back Year    */
 910 #ifdef USE_RTC_CENTURY
 911         writertc(RTC_CENTURY, bin2bcd(y/100));          /* ... and Century    */
 912 #endif
 913         for (m = 0; ; m++) {
 914                 int ml;
 915
 916                 ml = daysinmonth[m];
 917                 if (m == 1 && LEAPYEAR(y))
 918                         ml++;
 919                 if (tm < ml)
 920                         break;
 921                 tm -= ml;
 922         }
 923
 924         writertc(RTC_MONTH, bin2bcd(m + 1));            /* Write back Month   */
 925         writertc(RTC_DAY, bin2bcd(tm + 1));             /* Write back Month Day */
 926
 927         /* Reenable RTC updates and interrupts. */
 928         writertc(RTC_STATUSB, rtc_statusb);
 929         crit_exit();
 930 }
 931
 932
 933 /*
 934  * Start both clocks running.  DragonFly note: the stat clock is no longer
 935  * used.  Instead, 8254 based systimers are used for all major clock
 936  * interrupts.  statclock_disable is set by default.
 937  */
 938 void
 939 cpu_initclocks()
 940 {
 941         int diag;
 942 #ifdef APIC_IO
 943         int apic_8254_trial;
 944         struct intrec *clkdesc;
 945 #endif /* APIC_IO */
 946
 947         if (statclock_disable) {
 948                 /*
 949                  * The stat interrupt mask is different without the
 950                  * statistics clock.  Also, don't set the interrupt
 951                  * flag which would normally cause the RTC to generate
 952                  * interrupts.
 953                  */
 954                 stat_imask = HWI_MASK | SWI_MASK;
 955                 rtc_statusb = RTCSB_24HR;
 956         } else {
 957                 /* Setting stathz to nonzero early helps avoid races. */
 958                 stathz = RTC_NOPROFRATE;
 959                 profhz = RTC_PROFRATE;
 960         }
 961
 962         /* Finish initializing 8253 timer 0. */
 963 #ifdef APIC_IO
 964
 965         apic_8254_intr = isa_apic_irq(0);
 966         apic_8254_trial = 0;
 967         if (apic_8254_intr >= 0 ) {
 968                 if (apic_int_type(0, 0) == 3)
 969                         apic_8254_trial = 1;
 970         } else {
 971                 /* look for ExtInt on pin 0 */
 972                 if (apic_int_type(0, 0) == 3) {
 973                         apic_8254_intr = apic_irq(0, 0);
 974                         setup_8254_mixed_mode();
 975                 } else
 976                         panic("APIC_IO: Cannot route 8254 interrupt to CPU");
 977         }
 978
 979         clkdesc = inthand_add("clk", apic_8254_intr, (inthand2_t *)clkintr,
 980                               NULL, &clk_imask, INTR_EXCL | INTR_FAST, NULL);
 981         INTREN(1 << apic_8254_intr);
 982
 983 #else /* APIC_IO */
 984
 985         inthand_add("clk", 0, (inthand2_t *)clkintr, NULL, &clk_imask,
 986                     INTR_EXCL | INTR_FAST, NULL);
 987         INTREN(IRQ0);
 988
 989 #endif /* APIC_IO */
 990
 991         /* Initialize RTC. */
 992         writertc(RTC_STATUSA, rtc_statusa);
 993         writertc(RTC_STATUSB, RTCSB_24HR);
 994
 995         if (statclock_disable == 0) {
 996                 diag = rtcin(RTC_DIAG);
 997                 if (diag != 0)
 998                         printf("RTC BIOS diagnostic error %b\n", diag, RTCDG_BITS);
 999
1000 #ifdef APIC_IO
1001                 if (isa_apic_irq(8) != 8)
1002                         panic("APIC RTC != 8");
1003 #endif /* APIC_IO */
1004
1005                 inthand_add("rtc", 8, (inthand2_t *)rtcintr, NULL, &stat_imask,
1006                             INTR_EXCL | INTR_FAST, NULL);
1007
1008 #ifdef APIC_IO
1009                 INTREN(APIC_IRQ8);
1010 #else
1011                 INTREN(IRQ8);
1012 #endif /* APIC_IO */
1013
1014                 writertc(RTC_STATUSB, rtc_statusb);
1015         }
1016
1017 #ifdef APIC_IO
1018         if (apic_8254_trial) {
1019                 sysclock_t base;
1020                 int lastcnt = read_intr_count(apic_8254_intr);
1021
1022                 /*
1023                  * XXX this assumes the 8254 is the cpu timer.  Force an
1024                  * 8254 Timer0 interrupt and wait 1/100s for it to happen,
1025                  * then see if we got it.
1026                  */
1027                 printf("APIC_IO: Testing 8254 interrupt delivery\n");
1028                 cputimer_intr_reload(2);        /* XXX assumes 8254 */
1029                 base = sys_cputimer->count();
1030                 while (sys_cputimer->count() - base < sys_cputimer->freq / 100)
1031                         ;       /* nothing */
1032                 if (read_intr_count(apic_8254_intr) - lastcnt == 0) {
1033                         /*
1034                          * The MP table is broken.
1035                          * The 8254 was not connected to the specified pin
1036                          * on the IO APIC.
1037                          * Workaround: Limited variant of mixed mode.
1038                          */
1039                         INTRDIS(1 << apic_8254_intr);
1040                         inthand_remove(clkdesc);
1041                         printf("APIC_IO: Broken MP table detected: "
1042                                "8254 is not connected to "
1043                                "IOAPIC #%d intpin %d\n",
1044                                int_to_apicintpin[apic_8254_intr].ioapic,
1045                                int_to_apicintpin[apic_8254_intr].int_pin);
1046                         /*
1047                          * Revoke current ISA IRQ 0 assignment and
1048                          * configure a fallback interrupt routing from
1049                          * the 8254 Timer via the 8259 PIC to the
1050                          * an ExtInt interrupt line on IOAPIC #0 intpin 0.
1051                          * We reuse the low level interrupt handler number.
1052                          */
1053                         if (apic_irq(0, 0) < 0) {
1054                                 revoke_apic_irq(apic_8254_intr);
1055                                 assign_apic_irq(0, 0, apic_8254_intr);
1056                         }
1057                         apic_8254_intr = apic_irq(0, 0);
1058                         setup_8254_mixed_mode();
1059                         inthand_add("clk", apic_8254_intr,
1060                                     (inthand2_t *)clkintr,
1061                                     NULL, &clk_imask,
1062                                     INTR_EXCL | INTR_FAST, NULL);
1063                         INTREN(1 << apic_8254_intr);
1064                 }
1065
1066         }
1067         if (apic_int_type(0, 0) != 3 ||
1068             int_to_apicintpin[apic_8254_intr].ioapic != 0 ||
1069             int_to_apicintpin[apic_8254_intr].int_pin != 0) {
1070                 printf("APIC_IO: routing 8254 via IOAPIC #%d intpin %d\n",
1071                        int_to_apicintpin[apic_8254_intr].ioapic,
1072                        int_to_apicintpin[apic_8254_intr].int_pin);
1073         } else {
1074                 printf("APIC_IO: "
1075                        "routing 8254 via 8259 and IOAPIC #0 intpin 0\n");
1076         }
1077 #endif
1078         callout_init(&sysbeepstop_ch);
1079 }
1080
1081 #ifdef APIC_IO
1082 static u_long
1083 read_intr_count(int vec)
1084 {
1085         u_long *up;
1086         up = intr_countp[vec];
1087         if (up)
1088                 return *up;
1089         return 0UL;
1090 }
1091
1092 static void
1093 setup_8254_mixed_mode()
1094 {
1095         /*
1096          * Allow 8254 timer to INTerrupt 8259:
1097          *  re-initialize master 8259:
1098          *   reset; prog 4 bytes, single ICU, edge triggered
1099          */
1100         outb(IO_ICU1, 0x13);
1101         outb(IO_ICU1 + 1, NRSVIDT);     /* start vector (unused) */
1102         outb(IO_ICU1 + 1, 0x00);        /* ignore slave */
1103         outb(IO_ICU1 + 1, 0x03);        /* auto EOI, 8086 */
1104         outb(IO_ICU1 + 1, 0xfe);        /* unmask INT0 */
1105
1106         /* program IO APIC for type 3 INT on INT0 */
1107         if (ext_int_setup(0, 0) < 0)
1108                 panic("8254 redirect via APIC pin0 impossible!");
1109 }
1110 #endif
1111
1112 void
1113 setstatclockrate(int newhz)
1114 {
1115         if (newhz == RTC_PROFRATE)
1116                 rtc_statusa = RTCSA_DIVIDER | RTCSA_PROF;
1117         else
1118                 rtc_statusa = RTCSA_DIVIDER | RTCSA_NOPROF;
1119         writertc(RTC_STATUSA, rtc_statusa);
1120 }
1121
1122 #if 0
1123 static unsigned
1124 tsc_get_timecount(struct timecounter *tc)
1125 {
1126         return (rdtsc());
1127 }
1128 #endif
1129
1130 #ifdef KERN_TIMESTAMP
1131 #define KERN_TIMESTAMP_SIZE 16384
1132 static u_long tsc[KERN_TIMESTAMP_SIZE] ;
1133 SYSCTL_OPAQUE(_debug, OID_AUTO, timestamp, CTLFLAG_RD, tsc,
1134         sizeof(tsc), "LU", "Kernel timestamps");
1135 void
1136 _TSTMP(u_int32_t x)
1137 {
1138         static int i;
1139
1140         tsc[i] = (u_int32_t)rdtsc();
1141         tsc[i+1] = x;
1142         i = i + 2;
1143         if (i >= KERN_TIMESTAMP_SIZE)
1144                 i = 0;
1145         tsc[i] = 0; /* mark last entry */
1146 }
1147 #endif /* KERN_TIMESTAMP */
1148
1149 /*
1150  *
1151  */
1152
1153 static int
1154 hw_i8254_timestamp(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1155 {
1156     sysclock_t count;
1157     __uint64_t tscval;
1158     char buf[32];
1159
1160     crit_enter();
1161     if (sys_cputimer == &i8254_cputimer)
1162         count = sys_cputimer->count();
1163     else
1164         count = 0;
1165     if (tsc_present)
1166         tscval = rdtsc();
1167     else
1168         tscval = 0;
1169     crit_exit();
1170     snprintf(buf, sizeof(buf), "%08x %016llx", count, (long long)tscval);
1171     return(SYSCTL_OUT(req, buf, strlen(buf) + 1));
1172 }
1173
1174 SYSCTL_NODE(_hw, OID_AUTO, i8254, CTLFLAG_RW, 0, "I8254");
1175 SYSCTL_UINT(_hw_i8254, OID_AUTO, freq, CTLFLAG_RD, &i8254_cputimer.freq, 0,
1176             "frequency");
1177 SYSCTL_PROC(_hw_i8254, OID_AUTO, timestamp, CTLTYPE_STRING|CTLFLAG_RD,
1178             0, 0, hw_i8254_timestamp, "A", "");
1179