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
  39 #include <sys/mplock2.h>
  40
  41 #include <vm/vm.h>
  42 #include <vm/vm_param.h>
  43 #include <vm/pmap.h>
  44 #include <vm/vm_kern.h>
  45 #include <vm/vm_extern.h>
  46 #include <sys/lock.h>
  47 #include <vm/vm_map.h>
  48 #include <sys/user.h>
  49 #ifdef GPROF
  50 #include <sys/gmon.h>
  51 #endif
  52
  53 #include <machine/smp.h>
  54 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
  55 #include <machine/atomic.h>
  56 #include <machine/cpufunc.h>
  57 #include <machine_base/apic/lapic.h>
  58 #include <machine_base/apic/ioapic.h>
  59 #include <machine/psl.h>
  60 #include <machine/segments.h>
  61 #include <machine/tss.h>
  62 #include <machine/specialreg.h>
  63 #include <machine/globaldata.h>
  64 #include <machine/pmap_inval.h>
  65
  66 #include <machine/md_var.h>             /* setidt() */
  67 #include <machine_base/icu/icu.h>       /* IPIs */
  68 #include <machine_base/icu/icu_var.h>
  69 #include <machine_base/apic/ioapic_abi.h>
  70 #include <machine/intr_machdep.h>       /* IPIs */
  71
  72 #define WARMBOOT_TARGET         0
  73 #define WARMBOOT_OFF            (KERNBASE + 0x0467)
  74 #define WARMBOOT_SEG            (KERNBASE + 0x0469)
  75
  76 #define CMOS_REG                (0x70)
  77 #define CMOS_DATA               (0x71)
  78 #define BIOS_RESET              (0x0f)
  79 #define BIOS_WARM               (0x0a)
  80
  81 /*
  82  * this code MUST be enabled here and in mpboot.s.
  83  * it follows the very early stages of AP boot by placing values in CMOS ram.
  84  * it NORMALLY will never be needed and thus the primitive method for enabling.
  85  *
  86  */
  87 #if defined(CHECK_POINTS)
  88 #define CHECK_READ(A)    (outb(CMOS_REG, (A)), inb(CMOS_DATA))
  89 #define CHECK_WRITE(A,D) (outb(CMOS_REG, (A)), outb(CMOS_DATA, (D)))
  90
  91 #define CHECK_INIT(D);                          \
  92         CHECK_WRITE(0x34, (D));                 \
  93         CHECK_WRITE(0x35, (D));                 \
  94         CHECK_WRITE(0x36, (D));                 \
  95         CHECK_WRITE(0x37, (D));                 \
  96         CHECK_WRITE(0x38, (D));                 \
  97         CHECK_WRITE(0x39, (D));
  98
  99 #define CHECK_PRINT(S);                         \
 100         kprintf("%s: %d, %d, %d, %d, %d, %d\n", \
 101            (S),                                 \
 102            CHECK_READ(0x34),                    \
 103            CHECK_READ(0x35),                    \
 104            CHECK_READ(0x36),                    \
 105            CHECK_READ(0x37),                    \
 106            CHECK_READ(0x38),                    \
 107            CHECK_READ(0x39));
 108
 109 #else                           /* CHECK_POINTS */
 110
 111 #define CHECK_INIT(D)
 112 #define CHECK_PRINT(S)
 113
 114 #endif                          /* CHECK_POINTS */
 115
 116 /*
 117  * Values to send to the POST hardware.
 118  */
 119 #define MP_BOOTADDRESS_POST     0x10
 120 #define MP_PROBE_POST           0x11
 121 #define MPTABLE_PASS1_POST      0x12
 122
 123 #define MP_START_POST           0x13
 124 #define MP_ENABLE_POST          0x14
 125 #define MPTABLE_PASS2_POST      0x15
 126
 127 #define START_ALL_APS_POST      0x16
 128 #define INSTALL_AP_TRAMP_POST   0x17
 129 #define START_AP_POST           0x18
 130
 131 #define MP_ANNOUNCE_POST        0x19
 132
 133 /** XXX FIXME: where does this really belong, isa.h/isa.c perhaps? */
 134 int     current_postcode;
 135
 136 /** XXX FIXME: what system files declare these??? */
 137 extern struct region_descriptor r_gdt, r_idt;
 138
 139 extern int nkpt;
 140 extern int naps;
 141
 142 int64_t tsc0_offset;
 143 extern int64_t tsc_offsets[];
 144
 145 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
 146 char *bootSTK;
 147 static int bootAP;
 148
 149 struct pcb stoppcbs[MAXCPU];
 150
 151 extern inthand_t IDTVEC(fast_syscall), IDTVEC(fast_syscall32);
 152
 153 /*
 154  * Local data and functions.
 155  */
 156
 157 static u_int    boot_address;
 158 static int      mp_finish;
 159 static int      mp_finish_lapic;
 160
 161 static int      start_all_aps(u_int boot_addr);
 162 #if 0
 163 static void     install_ap_tramp(u_int boot_addr);
 164 #endif
 165 static int      start_ap(struct mdglobaldata *gd, u_int boot_addr, int smibest);
 166 static int      smitest(void);
 167 static void     mp_bsp_simple_setup(void);
 168
 169 static cpumask_t smp_startup_mask = 1;  /* which cpus have been started */
 170 static cpumask_t smp_lapic_mask = 1;    /* which cpus have lapic been inited */
 171 cpumask_t smp_active_mask = 1;  /* which cpus are ready for IPIs etc? */
 172 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, smp_active, CTLFLAG_RD, &smp_active_mask, 0, "");
 173 static u_int    bootMP_size;
 174
 175 /*
 176  * Calculate usable address in base memory for AP trampoline code.
 177  */
 178 u_int
 179 mp_bootaddress(u_int basemem)
 180 {
 181         POSTCODE(MP_BOOTADDRESS_POST);
 182
 183         bootMP_size = mptramp_end - mptramp_start;
 184         boot_address = trunc_page(basemem * 1024); /* round down to 4k boundary */
 185         if (((basemem * 1024) - boot_address) < bootMP_size)
 186                 boot_address -= PAGE_SIZE;      /* not enough, lower by 4k */
 187         /* 3 levels of page table pages */
 188         mptramp_pagetables = boot_address - (PAGE_SIZE * 3);
 189
 190         return mptramp_pagetables;
 191 }
 192
 193 /*
 194  * Print various information about the SMP system hardware and setup.
 195  */
 196 void
 197 mp_announce(void)
 198 {
 199         int     x;
 200
 201         POSTCODE(MP_ANNOUNCE_POST);
 202
 203         kprintf("DragonFly/MP: Multiprocessor motherboard\n");
 204         kprintf(" cpu0 (BSP): apic id: %2d\n", CPUID_TO_APICID(0));
 205         for (x = 1; x <= naps; ++x)
 206                 kprintf(" cpu%d (AP):  apic id: %2d\n", x, CPUID_TO_APICID(x));
 207
 208         if (!ioapic_enable)
 209                 kprintf(" Warning: APIC I/O disabled\n");
 210 }
 211
 212 /*
 213  * AP cpu's call this to sync up protected mode.
 214  *
 215  * WARNING! %gs is not set up on entry.  This routine sets up %gs.
 216  */
 217 void
 218 init_secondary(void)
 219 {
 220         int     gsel_tss;
 221         int     x, myid = bootAP;
 222         u_int64_t msr, cr0;
 223         struct mdglobaldata *md;
 224         struct privatespace *ps;
 225
 226         ps = &CPU_prvspace[myid];
 227
 228         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base =
 229                 (long) &ps->mdglobaldata.gd_common_tss;
 230         ps->mdglobaldata.mi.gd_prvspace = ps;
 231
 232         /* We fill the 32-bit segment descriptors */
 233         for (x = 0; x < NGDT; x++) {
 234                 if (x != GPROC0_SEL && x != (GPROC0_SEL + 1))
 235                         ssdtosd(&gdt_segs[x], &gdt[myid * NGDT + x]);
 236         }
 237         /* And now a 64-bit one */
 238         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
 239             (struct system_segment_descriptor *)&gdt[myid * NGDT + GPROC0_SEL]);
 240
 241         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(gdt[0]) - 1;
 242         r_gdt.rd_base = (long) &gdt[myid * NGDT];
 243         lgdt(&r_gdt);                   /* does magic intra-segment return */
 244
 245         /* lgdt() destroys the GSBASE value, so we load GSBASE after lgdt() */
 246         wrmsr(MSR_FSBASE, 0);           /* User value */
 247         wrmsr(MSR_GSBASE, (u_int64_t)ps);
 248         wrmsr(MSR_KGSBASE, 0);          /* XXX User value while we're in the kernel */
 249
 250         lidt(&r_idt);
 251
 252 #if 0
 253         lldt(_default_ldt);
 254         mdcpu->gd_currentldt = _default_ldt;
 255 #endif
 256
 257         gsel_tss = GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL);
 258         gdt[myid * NGDT + GPROC0_SEL].sd_type = SDT_SYSTSS;
 259
 260         md = mdcpu;     /* loaded through %gs:0 (mdglobaldata.mi.gd_prvspace)*/
 261
 262         md->gd_common_tss.tss_rsp0 = 0; /* not used until after switch */
 263 #if 0 /* JG XXX */
 264         md->gd_common_tss.tss_ioopt = (sizeof md->gd_common_tss) << 16;
 265 #endif
 266         md->gd_tss_gdt = &gdt[myid * NGDT + GPROC0_SEL];
 267         md->gd_common_tssd = *md->gd_tss_gdt;
 268
 269         /* double fault stack */
 270         md->gd_common_tss.tss_ist1 =
 271                 (long)&md->mi.gd_prvspace->idlestack[
 272                         sizeof(md->mi.gd_prvspace->idlestack)];
 273
 274         ltr(gsel_tss);
 275
 276         /*
 277          * Set to a known state:
 278          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
 279          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
 280          */
 281         cr0 = rcr0();
 282         cr0 &= ~(CR0_CD | CR0_NW | CR0_EM);
 283         load_cr0(cr0);
 284
 285         /* Set up the fast syscall stuff */
 286         msr = rdmsr(MSR_EFER) | EFER_SCE;
 287         wrmsr(MSR_EFER, msr);
 288         wrmsr(MSR_LSTAR, (u_int64_t)IDTVEC(fast_syscall));
 289         wrmsr(MSR_CSTAR, (u_int64_t)IDTVEC(fast_syscall32));
 290         msr = ((u_int64_t)GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL) << 32) |
 291               ((u_int64_t)GSEL(GUCODE32_SEL, SEL_UPL) << 48);
 292         wrmsr(MSR_STAR, msr);
 293         wrmsr(MSR_SF_MASK, PSL_NT|PSL_T|PSL_I|PSL_C|PSL_D);
 294
 295         pmap_set_opt();         /* PSE/4MB pages, etc */
 296 #if JGXXX
 297         /* Initialize the PAT MSR. */
 298         pmap_init_pat();
 299 #endif
 300
 301         /* set up CPU registers and state */
 302         cpu_setregs();
 303
 304         /* set up SSE/NX registers */
 305         initializecpu();
 306
 307         /* set up FPU state on the AP */
 308         npxinit(__INITIAL_NPXCW__);
 309
 310         /* disable the APIC, just to be SURE */
 311         lapic->svr &= ~APIC_SVR_ENABLE;
 312 }
 313
 314 /*******************************************************************
 315  * local functions and data
 316  */
 317
 318 /*
 319  * Start the SMP system
 320  */
 321 static void
 322 mp_start_aps(void *dummy __unused)
 323 {
 324         if (lapic_enable) {
 325                 /* start each Application Processor */
 326                 start_all_aps(boot_address);
 327         } else {
 328                 mp_bsp_simple_setup();
 329         }
 330 }
 331 SYSINIT(startaps, SI_BOOT2_START_APS, SI_ORDER_FIRST, mp_start_aps, NULL)
 332
 333 /*
 334  * start each AP in our list
 335  */
 336 static int
 337 start_all_aps(u_int boot_addr)
 338 {
 339         vm_offset_t va = boot_address + KERNBASE;
 340         u_int64_t *pt4, *pt3, *pt2;
 341         int     x, i, pg;
 342         int     shift;
 343         int     smicount;
 344         int     smibest;
 345         int     smilast;
 346         u_char  mpbiosreason;
 347         u_long  mpbioswarmvec;
 348         struct mdglobaldata *gd;
 349         struct privatespace *ps;
 350
 351         POSTCODE(START_ALL_APS_POST);
 352
 353         /* install the AP 1st level boot code */
 354         pmap_kenter(va, boot_address);
 355         cpu_invlpg((void *)va);         /* JG XXX */
 356         bcopy(mptramp_start, (void *)va, bootMP_size);
 357
 358         /* Locate the page tables, they'll be below the trampoline */
 359         pt4 = (u_int64_t *)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + KERNBASE);
 360         pt3 = pt4 + (PAGE_SIZE) / sizeof(u_int64_t);
 361         pt2 = pt3 + (PAGE_SIZE) / sizeof(u_int64_t);
 362
 363         /* Create the initial 1GB replicated page tables */
 364         for (i = 0; i < 512; i++) {
 365                 /* Each slot of the level 4 pages points to the same level 3 page */
 366                 pt4[i] = (u_int64_t)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + PAGE_SIZE);
 367                 pt4[i] |= PG_V | PG_RW | PG_U;
 368
 369                 /* Each slot of the level 3 pages points to the same level 2 page */
 370                 pt3[i] = (u_int64_t)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + (2 * PAGE_SIZE));
 371                 pt3[i] |= PG_V | PG_RW | PG_U;
 372
 373                 /* The level 2 page slots are mapped with 2MB pages for 1GB. */
 374                 pt2[i] = i * (2 * 1024 * 1024);
 375                 pt2[i] |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U;
 376         }
 377
 378         /* save the current value of the warm-start vector */
 379         mpbioswarmvec = *((u_int32_t *) WARMBOOT_OFF);
 380         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
 381         mpbiosreason = inb(CMOS_DATA);
 382
 383         /* setup a vector to our boot code */
 384         *((volatile u_short *) WARMBOOT_OFF) = WARMBOOT_TARGET;
 385         *((volatile u_short *) WARMBOOT_SEG) = (boot_address >> 4);
 386         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
 387         outb(CMOS_DATA, BIOS_WARM);     /* 'warm-start' */
 388
 389         /*
 390          * If we have a TSC we can figure out the SMI interrupt rate.
 391          * The SMI does not necessarily use a constant rate.  Spend
 392          * up to 250ms trying to figure it out.
 393          */
 394         smibest = 0;
 395         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
 396                 set_apic_timer(275000);
 397                 smilast = read_apic_timer();
 398                 for (x = 0; x < 20 && read_apic_timer(); ++x) {
 399                         smicount = smitest();
 400                         if (smibest == 0 || smilast - smicount < smibest)
 401                                 smibest = smilast - smicount;
 402                         smilast = smicount;
 403                 }
 404                 if (smibest > 250000)
 405                         smibest = 0;
 406                 if (smibest) {
 407                         smibest = smibest * (int64_t)1000000 /
 408                                   get_apic_timer_frequency();
 409                 }
 410         }
 411         if (smibest)
 412                 kprintf("SMI Frequency (worst case): %d Hz (%d us)\n",
 413                         1000000 / smibest, smibest);
 414
 415         /* start each AP */
 416         for (x = 1; x <= naps; ++x) {
 417
 418                 /* This is a bit verbose, it will go away soon.  */
 419
 420                 /* first page of AP's private space */
 421                 pg = x * x86_64_btop(sizeof(struct privatespace));
 422
 423                 /* allocate new private data page(s) */
 424                 gd = (struct mdglobaldata *)kmem_alloc(&kernel_map,
 425                                 MDGLOBALDATA_BASEALLOC_SIZE);
 426
 427                 gd = &CPU_prvspace[x].mdglobaldata;     /* official location */
 428                 bzero(gd, sizeof(*gd));
 429                 gd->mi.gd_prvspace = ps = &CPU_prvspace[x];
 430
 431                 /* prime data page for it to use */
 432                 mi_gdinit(&gd->mi, x);
 433                 cpu_gdinit(gd, x);
 434                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, sizeof(lwkt_ipiq) * (naps + 1));
 435                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * (naps + 1));
 436
 437                 /* setup a vector to our boot code */
 438                 *((volatile u_short *) WARMBOOT_OFF) = WARMBOOT_TARGET;
 439                 *((volatile u_short *) WARMBOOT_SEG) = (boot_addr >> 4);
 440                 outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
 441                 outb(CMOS_DATA, BIOS_WARM);     /* 'warm-start' */
 442
 443                 /*
 444                  * Setup the AP boot stack
 445                  */
 446                 bootSTK = &ps->idlestack[UPAGES*PAGE_SIZE/2];
 447                 bootAP = x;
 448
 449                 /* attempt to start the Application Processor */
 450                 CHECK_INIT(99); /* setup checkpoints */
 451                 if (!start_ap(gd, boot_addr, smibest)) {
 452                         kprintf("\nAP #%d (PHY# %d) failed!\n",
 453                                 x, CPUID_TO_APICID(x));
 454                         CHECK_PRINT("trace");   /* show checkpoints */
 455                         /* better panic as the AP may be running loose */
 456                         kprintf("panic y/n? [y] ");
 457                         if (cngetc() != 'n')
 458                                 panic("bye-bye");
 459                 }
 460                 CHECK_PRINT("trace");           /* show checkpoints */
 461         }
 462
 463         /* set ncpus to 1 + highest logical cpu.  Not all may have come up */
 464         ncpus = x;
 465
 466         /* ncpus2 -- ncpus rounded down to the nearest power of 2 */
 467         for (shift = 0; (1 << shift) <= ncpus; ++shift)
 468                 ;
 469         --shift;
 470         ncpus2_shift = shift;
 471         ncpus2 = 1 << shift;
 472         ncpus2_mask = ncpus2 - 1;
 473
 474         /* ncpus_fit -- ncpus rounded up to the nearest power of 2 */
 475         if ((1 << shift) < ncpus)
 476                 ++shift;
 477         ncpus_fit = 1 << shift;
 478         ncpus_fit_mask = ncpus_fit - 1;
 479
 480         /* build our map of 'other' CPUs */
 481         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
 482         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
 483         bzero(mycpu->gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
 484
 485         /* restore the warmstart vector */
 486         *(u_long *) WARMBOOT_OFF = mpbioswarmvec;
 487         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
 488         outb(CMOS_DATA, mpbiosreason);
 489
 490         /*
 491          * NOTE!  The idlestack for the BSP was setup by locore.  Finish
 492          * up, clean out the P==V mapping we did earlier.
 493          */
 494         pmap_set_opt();
 495
 496         /*
 497          * Wait all APs to finish initializing LAPIC
 498          */
 499         mp_finish_lapic = 1;
 500         if (bootverbose)
 501                 kprintf("SMP: Waiting APs LAPIC initialization\n");
 502         if (cpu_feature & CPUID_TSC)
 503                 tsc0_offset = rdtsc();
 504         tsc_offsets[0] = 0;
 505         rel_mplock();
 506         while (smp_lapic_mask != smp_startup_mask) {
 507                 cpu_lfence();
 508                 if (cpu_feature & CPUID_TSC)
 509                         tsc0_offset = rdtsc();
 510         }
 511         while (try_mplock() == 0)
 512                 ;
 513
 514         /* number of APs actually started */
 515         return ncpus - 1;
 516 }
 517
 518
 519 /*
 520  * load the 1st level AP boot code into base memory.
 521  */
 522
 523 /* targets for relocation */
 524 extern void bigJump(void);
 525 extern void bootCodeSeg(void);
 526 extern void bootDataSeg(void);
 527 extern void MPentry(void);
 528 extern u_int MP_GDT;
 529 extern u_int mp_gdtbase;
 530
 531 #if 0
 532
 533 static void
 534 install_ap_tramp(u_int boot_addr)
 535 {
 536         int     x;
 537         int     size = *(int *) ((u_long) & bootMP_size);
 538         u_char *src = (u_char *) ((u_long) bootMP);
 539         u_char *dst = (u_char *) boot_addr + KERNBASE;
 540         u_int   boot_base = (u_int) bootMP;
 541         u_int8_t *dst8;
 542         u_int16_t *dst16;
 543         u_int32_t *dst32;
 544
 545         POSTCODE(INSTALL_AP_TRAMP_POST);
 546
 547         for (x = 0; x < size; ++x)
 548                 *dst++ = *src++;
 549
 550         /*
 551          * modify addresses in code we just moved to basemem. unfortunately we
 552          * need fairly detailed info about mpboot.s for this to work.  changes
 553          * to mpboot.s might require changes here.
 554          */
 555
 556         /* boot code is located in KERNEL space */
 557         dst = (u_char *) boot_addr + KERNBASE;
 558
 559         /* modify the lgdt arg */
 560         dst32 = (u_int32_t *) (dst + ((u_int) & mp_gdtbase - boot_base));
 561         *dst32 = boot_addr + ((u_int) & MP_GDT - boot_base);
 562
 563         /* modify the ljmp target for MPentry() */
 564         dst32 = (u_int32_t *) (dst + ((u_int) bigJump - boot_base) + 1);
 565         *dst32 = ((u_int) MPentry - KERNBASE);
 566
 567         /* modify the target for boot code segment */
 568         dst16 = (u_int16_t *) (dst + ((u_int) bootCodeSeg - boot_base));
 569         dst8 = (u_int8_t *) (dst16 + 1);
 570         *dst16 = (u_int) boot_addr & 0xffff;
 571         *dst8 = ((u_int) boot_addr >> 16) & 0xff;
 572
 573         /* modify the target for boot data segment */
 574         dst16 = (u_int16_t *) (dst + ((u_int) bootDataSeg - boot_base));
 575         dst8 = (u_int8_t *) (dst16 + 1);
 576         *dst16 = (u_int) boot_addr & 0xffff;
 577         *dst8 = ((u_int) boot_addr >> 16) & 0xff;
 578 }
 579
 580 #endif
 581
 582 /*
 583  * This function starts the AP (application processor) identified
 584  * by the APIC ID 'physicalCpu'.  It does quite a "song and dance"
 585  * to accomplish this.  This is necessary because of the nuances
 586  * of the different hardware we might encounter.  It ain't pretty,
 587  * but it seems to work.
 588  *
 589  * NOTE: eventually an AP gets to ap_init(), which is called just
 590  * before the AP goes into the LWKT scheduler's idle loop.
 591  */
 592 static int
 593 start_ap(struct mdglobaldata *gd, u_int boot_addr, int smibest)
 594 {
 595         int     physical_cpu;
 596         int     vector;
 597         u_long  icr_lo, icr_hi;
 598
 599         POSTCODE(START_AP_POST);
 600
 601         /* get the PHYSICAL APIC ID# */
 602         physical_cpu = CPUID_TO_APICID(gd->mi.gd_cpuid);
 603
 604         /* calculate the vector */
 605         vector = (boot_addr >> 12) & 0xff;
 606
 607         /* We don't want anything interfering */
 608         cpu_disable_intr();
 609
 610         /* Make sure the target cpu sees everything */
 611         wbinvd();
 612
 613         /*
 614          * Try to detect when a SMI has occurred, wait up to 200ms.
 615          *
 616          * If a SMI occurs during an AP reset but before we issue
 617          * the STARTUP command, the AP may brick.  To work around
 618          * this problem we hold off doing the AP startup until
 619          * after we have detected the SMI.  Hopefully another SMI
 620          * will not occur before we finish the AP startup.
 621          *
 622          * Retries don't seem to help.  SMIs have a window of opportunity
 623          * and if USB->legacy keyboard emulation is enabled in the BIOS
 624          * the interrupt rate can be quite high.
 625          *
 626          * NOTE: Don't worry about the L1 cache load, it might bloat
 627          *       ldelta a little but ndelta will be so huge when the SMI
 628          *       occurs the detection logic will still work fine.
 629          */
 630         if (smibest) {
 631                 set_apic_timer(200000);
 632                 smitest();
 633         }
 634
 635         /*
 636          * first we do an INIT/RESET IPI this INIT IPI might be run, reseting
 637          * and running the target CPU. OR this INIT IPI might be latched (P5
 638          * bug), CPU waiting for STARTUP IPI. OR this INIT IPI might be
 639          * ignored.
 640          *
 641          * see apic/apicreg.h for icr bit definitions.
 642          *
 643          * TIME CRITICAL CODE, DO NOT DO ANY KPRINTFS IN THE HOT PATH.
 644          */
 645
 646         /*
 647          * Setup the address for the target AP.  We can setup
 648          * icr_hi once and then just trigger operations with
 649          * icr_lo.
 650          */
 651         icr_hi = lapic->icr_hi & ~APIC_ID_MASK;
 652         icr_hi |= (physical_cpu << 24);
 653         icr_lo = lapic->icr_lo & 0xfff00000;
 654         lapic->icr_hi = icr_hi;
 655
 656         /*
 657          * Do an INIT IPI: assert RESET
 658          *
 659          * Use edge triggered mode to assert INIT
 660          */
 661         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00004500;
 662         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
 663                  /* spin */ ;
 664
 665         /*
 666          * The spec calls for a 10ms delay but we may have to use a
 667          * MUCH lower delay to avoid bricking an AP due to a fast SMI
 668          * interrupt.  We have other loops here too and dividing by 2
 669          * doesn't seem to be enough even after subtracting 350us,
 670          * so we divide by 4.
 671          *
 672          * Our minimum delay is 150uS, maximum is 10ms.  If no SMI
 673          * interrupt was detected we use the full 10ms.
 674          */
 675         if (smibest == 0)
 676                 u_sleep(10000);
 677         else if (smibest < 150 * 4 + 350)
 678                 u_sleep(150);
 679         else if ((smibest - 350) / 4 < 10000)
 680                 u_sleep((smibest - 350) / 4);
 681         else
 682                 u_sleep(10000);
 683
 684         /*
 685          * Do an INIT IPI: deassert RESET
 686          *
 687          * Use level triggered mode to deassert.  It is unclear
 688          * why we need to do this.
 689          */
 690         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00008500;
 691         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
 692                  /* spin */ ;
 693         u_sleep(150);                           /* wait 150us */
 694
 695         /*
 696          * Next we do a STARTUP IPI: the previous INIT IPI might still be
 697          * latched, (P5 bug) this 1st STARTUP would then terminate
 698          * immediately, and the previously started INIT IPI would continue. OR
 699          * the previous INIT IPI has already run. and this STARTUP IPI will
 700          * run. OR the previous INIT IPI was ignored. and this STARTUP IPI
 701          * will run.
 702          */
 703         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00000600 | vector;
 704         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
 705                  /* spin */ ;
 706         u_sleep(200);           /* wait ~200uS */
 707
 708         /*
 709          * Finally we do a 2nd STARTUP IPI: this 2nd STARTUP IPI should run IF
 710          * the previous STARTUP IPI was cancelled by a latched INIT IPI. OR
 711          * this STARTUP IPI will be ignored, as only ONE STARTUP IPI is
 712          * recognized after hardware RESET or INIT IPI.
 713          */
 714         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00000600 | vector;
 715         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
 716                  /* spin */ ;
 717
 718         /* Resume normal operation */
 719         cpu_enable_intr();
 720
 721         /* wait for it to start, see ap_init() */
 722         set_apic_timer(5000000);/* == 5 seconds */
 723         while (read_apic_timer()) {
 724                 if (smp_startup_mask & CPUMASK(gd->mi.gd_cpuid))
 725                         return 1;       /* return SUCCESS */
 726         }
 727
 728         return 0;               /* return FAILURE */
 729 }
 730
 731 static
 732 int
 733 smitest(void)
 734 {
 735         int64_t ltsc;
 736         int64_t ntsc;
 737         int64_t ldelta;
 738         int64_t ndelta;
 739         int count;
 740
 741         ldelta = 0;
 742         ndelta = 0;
 743         while (read_apic_timer()) {
 744                 ltsc = rdtsc();
 745                 for (count = 0; count < 100; ++count)
 746                         ntsc = rdtsc(); /* force loop to occur */
 747                 if (ldelta) {
 748                         ndelta = ntsc - ltsc;
 749                         if (ldelta > ndelta)
 750                                 ldelta = ndelta;
 751                         if (ndelta > ldelta * 2)
 752                                 break;
 753                 } else {
 754                         ldelta = ntsc - ltsc;
 755                 }
 756         }
 757         return(read_apic_timer());
 758 }
 759
 760 /*
 761  * Synchronously flush the TLB on all other CPU's.  The current cpu's
 762  * TLB is not flushed.  If the caller wishes to flush the current cpu's
 763  * TLB the caller must call cpu_invltlb() in addition to smp_invltlb().
 764  *
 765  * NOTE: If for some reason we were unable to start all cpus we cannot
 766  *       safely use broadcast IPIs.
 767  */
 768
 769 static cpumask_t smp_invltlb_req;
 770
 771 #define SMP_INVLTLB_DEBUG
 772
 773 void
 774 smp_invltlb(void)
 775 {
 776 #ifdef SMP
 777         struct mdglobaldata *md = mdcpu;
 778 #ifdef SMP_INVLTLB_DEBUG
 779         long count = 0;
 780         long xcount = 0;
 781 #endif
 782
 783         crit_enter_gd(&md->mi);
 784         md->gd_invltlb_ret = 0;
 785         ++md->mi.gd_cnt.v_smpinvltlb;
 786         atomic_set_cpumask(&smp_invltlb_req, md->mi.gd_cpumask);
 787 #ifdef SMP_INVLTLB_DEBUG
 788 again:
 789 #endif
 790         if (smp_startup_mask == smp_active_mask) {
 791                 all_but_self_ipi(XINVLTLB_OFFSET);
 792         } else {
 793                 selected_apic_ipi(smp_active_mask & ~md->mi.gd_cpumask,
 794                                   XINVLTLB_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
 795         }
 796
 797 #ifdef SMP_INVLTLB_DEBUG
 798         if (xcount)
 799                 kprintf("smp_invltlb: ipi sent\n");
 800 #endif
 801         while ((md->gd_invltlb_ret & smp_active_mask & ~md->mi.gd_cpumask) !=
 802                (smp_active_mask & ~md->mi.gd_cpumask)) {
 803                 cpu_mfence();
 804                 cpu_pause();
 805 #ifdef SMP_INVLTLB_DEBUG
 806                 /* DEBUGGING */
 807                 if (++count == 400000000) {
 808                         print_backtrace(-1);
 809                         kprintf("smp_invltlb: endless loop %08lx %08lx, "
 810                                 "rflags %016jx retry",
 811                               (long)md->gd_invltlb_ret,
 812                               (long)smp_invltlb_req,
 813                               (intmax_t)read_rflags());
 814                         __asm __volatile ("sti");
 815                         ++xcount;
 816                         if (xcount > 2)
 817                                 lwkt_process_ipiq();
 818                         if (xcount > 3) {
 819                                 int bcpu = BSFCPUMASK(~md->gd_invltlb_ret &
 820                                                       ~md->mi.gd_cpumask &
 821                                                       smp_active_mask);
 822                                 globaldata_t xgd;
 823
 824                                 kprintf("bcpu %d\n", bcpu);
 825                                 xgd = globaldata_find(bcpu);
 826                                 kprintf("thread %p %s\n", xgd->gd_curthread, xgd->gd_curthread->td_comm);
 827                         }
 828                         if (xcount > 5)
 829                                 Debugger("giving up");
 830                         count = 0;
 831                         goto again;
 832                 }
 833 #endif
 834         }
 835         atomic_clear_cpumask(&smp_invltlb_req, md->mi.gd_cpumask);
 836         crit_exit_gd(&md->mi);
 837 #endif
 838 }
 839
 840 #ifdef SMP
 841
 842 /*
 843  * Called from Xinvltlb assembly with interrupts disabled.  We didn't
 844  * bother to bump the critical section count or nested interrupt count
 845  * so only do very low level operations here.
 846  */
 847 void
 848 smp_invltlb_intr(void)
 849 {
 850         struct mdglobaldata *md = mdcpu;
 851         struct mdglobaldata *omd;
 852         cpumask_t mask;
 853         int cpu;
 854
 855         cpu_mfence();
 856         mask = smp_invltlb_req;
 857         cpu_invltlb();
 858         while (mask) {
 859                 cpu = BSFCPUMASK(mask);
 860                 mask &= ~CPUMASK(cpu);
 861                 omd = (struct mdglobaldata *)globaldata_find(cpu);
 862                 atomic_set_cpumask(&omd->gd_invltlb_ret, md->mi.gd_cpumask);
 863         }
 864 }
 865
 866 #endif
 867
 868 /*
 869  * When called the executing CPU will send an IPI to all other CPUs
 870  *  requesting that they halt execution.
 871  *
 872  * Usually (but not necessarily) called with 'other_cpus' as its arg.
 873  *
 874  *  - Signals all CPUs in map to stop.
 875  *  - Waits for each to stop.
 876  *
 877  * Returns:
 878  *  -1: error
 879  *   0: NA
 880  *   1: ok
 881  *
 882  * XXX FIXME: this is not MP-safe, needs a lock to prevent multiple CPUs
 883  *            from executing at same time.
 884  */
 885 int
 886 stop_cpus(cpumask_t map)
 887 {
 888         map &= smp_active_mask;
 889
 890         /* send the Xcpustop IPI to all CPUs in map */
 891         selected_apic_ipi(map, XCPUSTOP_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
 892
 893         while ((stopped_cpus & map) != map)
 894                 /* spin */ ;
 895
 896         return 1;
 897 }
 898
 899
 900 /*
 901  * Called by a CPU to restart stopped CPUs.
 902  *
 903  * Usually (but not necessarily) called with 'stopped_cpus' as its arg.
 904  *
 905  *  - Signals all CPUs in map to restart.
 906  *  - Waits for each to restart.
 907  *
 908  * Returns:
 909  *  -1: error
 910  *   0: NA
 911  *   1: ok
 912  */
 913 int
 914 restart_cpus(cpumask_t map)
 915 {
 916         /* signal other cpus to restart */
 917         started_cpus = map & smp_active_mask;
 918
 919         while ((stopped_cpus & map) != 0) /* wait for each to clear its bit */
 920                 /* spin */ ;
 921
 922         return 1;
 923 }
 924
 925 /*
 926  * This is called once the mpboot code has gotten us properly relocated
 927  * and the MMU turned on, etc.   ap_init() is actually the idle thread,
 928  * and when it returns the scheduler will call the real cpu_idle() main
 929  * loop for the idlethread.  Interrupts are disabled on entry and should
 930  * remain disabled at return.
 931  */
 932 void
 933 ap_init(void)
 934 {
 935         int     cpu_id;
 936
 937         /*
 938          * Adjust smp_startup_mask to signal the BSP that we have started
 939          * up successfully.  Note that we do not yet hold the BGL.  The BSP
 940          * is waiting for our signal.
 941          *
 942          * We can't set our bit in smp_active_mask yet because we are holding
 943          * interrupts physically disabled and remote cpus could deadlock
 944          * trying to send us an IPI.
 945          */
 946         smp_startup_mask |= CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
 947         cpu_mfence();
 948
 949         /*
 950          * Interlock for LAPIC initialization.  Wait until mp_finish_lapic is
 951          * non-zero, then get the MP lock.
 952          *
 953          * Note: We are in a critical section.
 954          *
 955          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
 956          *
 957          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
 958          * from improperly caching mp_finish_lapic, and the cpu from improperly
 959          * caching it.
 960          */
 961         while (mp_finish_lapic == 0)
 962                 cpu_lfence();
 963         while (try_mplock() == 0)
 964                 ;
 965
 966         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
 967                 /*
 968                  * The BSP is constantly updating tsc0_offset, figure out
 969                  * the relative difference to synchronize ktrdump.
 970                  */
 971                 tsc_offsets[mycpu->gd_cpuid] = rdtsc() - tsc0_offset;
 972         }
 973
 974         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
 975         cpu_invltlb();
 976
 977         /* Build our map of 'other' CPUs. */
 978         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
 979
 980         /* A quick check from sanity claus */
 981         cpu_id = APICID_TO_CPUID((lapic->id & 0xff000000) >> 24);
 982         if (mycpu->gd_cpuid != cpu_id) {
 983                 kprintf("SMP: assigned cpuid = %d\n", mycpu->gd_cpuid);
 984                 kprintf("SMP: actual cpuid = %d lapicid %d\n",
 985                         cpu_id, (lapic->id & 0xff000000) >> 24);
 986 #if JGXXX
 987                 kprintf("PTD[MPPTDI] = %p\n", (void *)PTD[MPPTDI]);
 988 #endif
 989                 panic("cpuid mismatch! boom!!");
 990         }
 991
 992         /* Initialize AP's local APIC for irq's */
 993         lapic_init(FALSE);
 994
 995         /* LAPIC initialization is done */
 996         smp_lapic_mask |= CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
 997         cpu_mfence();
 998
 999         /* Let BSP move onto the next initialization stage */
1000         rel_mplock();
1001
1002         /*
1003          * Interlock for finalization.  Wait until mp_finish is non-zero,
1004          * then get the MP lock.
1005          *
1006          * Note: We are in a critical section.
1007          *
1008          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
1009          *
1010          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
1011          * from improperly caching mp_finish, and the cpu from improperly
1012          * caching it.
1013          */
1014         while (mp_finish == 0)
1015                 cpu_lfence();
1016         while (try_mplock() == 0)
1017                 ;
1018
1019         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
1020         cpu_invltlb();
1021
1022         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
1023         mem_range_AP_init();
1024
1025         /*
1026          * Once we go active we must process any IPIQ messages that may
1027          * have been queued, because no actual IPI will occur until we
1028          * set our bit in the smp_active_mask.  If we don't the IPI
1029          * message interlock could be left set which would also prevent
1030          * further IPIs.
1031          *
1032          * The idle loop doesn't expect the BGL to be held and while
1033          * lwkt_switch() normally cleans things up this is a special case
1034          * because we returning almost directly into the idle loop.
1035          *
1036          * The idle thread is never placed on the runq, make sure
1037          * nothing we've done put it there.
1038          */
1039         KKASSERT(get_mplock_count(curthread) == 1);
1040         smp_active_mask |= CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
1041
1042         /*
1043          * Enable interrupts here.  idle_restore will also do it, but
1044          * doing it here lets us clean up any strays that got posted to
1045          * the CPU during the AP boot while we are still in a critical
1046          * section.
1047          */
1048         __asm __volatile("sti; pause; pause"::);
1049         bzero(mdcpu->gd_ipending, sizeof(mdcpu->gd_ipending));
1050
1051         initclocks_pcpu();      /* clock interrupts (via IPIs) */
1052         lwkt_process_ipiq();
1053
1054         /*
1055          * Releasing the mp lock lets the BSP finish up the SMP init
1056          */
1057         rel_mplock();
1058         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
1059 }
1060
1061 /*
1062  * Get SMP fully working before we start initializing devices.
1063  */
1064 static
1065 void
1066 ap_finish(void)
1067 {
1068         mp_finish = 1;
1069         if (bootverbose)
1070                 kprintf("Finish MP startup\n");
1071         rel_mplock();
1072         while (smp_active_mask != smp_startup_mask)
1073                 cpu_lfence();
1074         while (try_mplock() == 0)
1075                 ;
1076         if (bootverbose) {
1077                 kprintf("Active CPU Mask: %016jx\n",
1078                         (uintmax_t)smp_active_mask);
1079         }
1080 }
1081
1082 SYSINIT(finishsmp, SI_BOOT2_FINISH_SMP, SI_ORDER_FIRST, ap_finish, NULL)
1083
1084 void
1085 cpu_send_ipiq(int dcpu)
1086 {
1087         if (CPUMASK(dcpu) & smp_active_mask)
1088                 single_apic_ipi(dcpu, XIPIQ_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
1089 }
1090
1091 #if 0   /* single_apic_ipi_passive() not working yet */
1092 /*
1093  * Returns 0 on failure, 1 on success
1094  */
1095 int
1096 cpu_send_ipiq_passive(int dcpu)
1097 {
1098         int r = 0;
1099         if (CPUMASK(dcpu) & smp_active_mask) {
1100                 r = single_apic_ipi_passive(dcpu, XIPIQ_OFFSET,
1101                                         APIC_DELMODE_FIXED);
1102         }
1103         return(r);
1104 }
1105 #endif
1106
1107 static void
1108 mp_bsp_simple_setup(void)
1109 {
1110         /* build our map of 'other' CPUs */
1111         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
1112         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
1113         bzero(mycpu->gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
1114
1115         pmap_set_opt();
1116
1117         if (cpu_feature & CPUID_TSC)
1118                 tsc0_offset = rdtsc();
1119 }