924016a71ccfb4808544b1ef71cba738ae36576e
[dragonfly.git] / sys / i386 / 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/i386/isa/Attic/clock.c,v 1.30 2005/06/11 09:03:49 swildner 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/time.h>
58 #include <sys/kernel.h>
59 #include <sys/bus.h>
60 #ifndef SMP
61 #include <sys/lock.h>
62 #endif
63 #include <sys/sysctl.h>
64 #include <sys/cons.h>
65 #include <sys/systimer.h>
66 #include <sys/globaldata.h>
67 #include <sys/thread2.h>
68 #include <sys/systimer.h>
69
70 #include <machine/clock.h>
71 #ifdef CLK_CALIBRATION_LOOP
72 #endif
73 #include <machine/cputypes.h>
74 #include <machine/frame.h>
75 #include <machine/ipl.h>
76 #include <machine/limits.h>
77 #include <machine/md_var.h>
78 #include <machine/psl.h>
79 #ifdef APIC_IO
80 #include <machine/segments.h>
81 #endif
82 #if defined(SMP) || defined(APIC_IO)
83 #include <machine/smp.h>
84 #endif /* SMP || APIC_IO */
85 #include <machine/specialreg.h>
86
87 #include <i386/isa/icu.h>
88 #include <bus/isa/i386/isa.h>
89 #include <bus/isa/rtc.h>
90 #include <i386/isa/timerreg.h>
91
92 #include <i386/isa/intr_machdep.h>
93
94 #ifdef APIC_IO
95 #include <i386/isa/intr_machdep.h>
96 /* The interrupt triggered by the 8254 (timer) chip */
97 int apic_8254_intr;
98 static u_long read_intr_count (int vec);
99 static void setup_8254_mixed_mode (void);
100 #endif
101 static void i8254_restore(void);
102
103 /*
104  * 32-bit time_t's can't reach leap years before 1904 or after 2036, so we
105  * can use a simple formula for leap years.
106  */
107 #define LEAPYEAR(y) ((u_int)(y) % 4 == 0)
108 #define DAYSPERYEAR   (31+28+31+30+31+30+31+31+30+31+30+31)
109
110 #ifndef TIMER_FREQ
111 #define TIMER_FREQ   1193182
112 #endif
113
114 static uint8_t i8254_walltimer_sel;
115 static uint16_t i8254_walltimer_cntr;
116
117 int     adjkerntz;              /* local offset from GMT in seconds */
118 int     disable_rtc_set;        /* disable resettodr() if != 0 */
119 volatile u_int  idelayed;
120 int     statclock_disable = 1;  /* we don't use the statclock right now */
121 u_int   stat_imask = SWI_CLOCK_MASK;
122 u_int   tsc_freq;
123 int     tsc_is_broken;
124 int     wall_cmos_clock;        /* wall CMOS clock assumed if != 0 */
125 int     timer0_running;
126 enum tstate { RELEASED, ACQUIRED };
127 enum tstate timer0_state;
128 enum tstate timer1_state;
129 enum tstate timer2_state;
130
131 static  int     beeping = 0;
132 static  u_int   clk_imask = HWI_MASK | SWI_MASK;
133 static  const u_char daysinmonth[] = {31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};
134 static  u_char  rtc_statusa = RTCSA_DIVIDER | RTCSA_NOPROF;
135 static  u_char  rtc_statusb = RTCSB_24HR | RTCSB_PINTR;
136 static  u_int   tsc_present;
137
138 static int i8254_cputimer_div;
139
140 static struct callout sysbeepstop_ch;
141
142 static sysclock_t i8254_cputimer_count(void);
143 static void i8254_cputimer_construct(struct cputimer *cputimer, sysclock_t last);
144 static void i8254_cputimer_destruct(struct cputimer *cputimer);
145
146 static struct cputimer  i8254_cputimer = {
147     SLIST_ENTRY_INITIALIZER,
148     "i8254",
149     CPUTIMER_PRI_8254,
150     0,
151     i8254_cputimer_count,
152     cputimer_default_fromhz,
153     cputimer_default_fromus,
154     i8254_cputimer_construct,
155     i8254_cputimer_destruct,
156     TIMER_FREQ,
157     0, 0, 0
158 };
159
160 /*
161  * timer0 clock interrupt.  Timer0 is in one-shot mode and has stopped
162  * counting as of this interrupt.  We use timer1 in free-running mode (not
163  * generating any interrupts) as our main counter.  Each cpu has timeouts
164  * pending.
165  */
166 static void
167 clkintr(struct intrframe frame)
168 {
169         static sysclock_t timer1_count;
170         struct globaldata *gd = mycpu;
171         struct globaldata *gscan;
172         int n;
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 a better way to do this.
183          */
184         timer1_count = sys_cputimer->count();
185         for (n = 0; n < ncpus; ++n) {
186             gscan = globaldata_find(n);
187             if (TAILQ_FIRST(&gscan->gd_systimerq) == NULL)
188                 continue;
189             if (gscan != gd) {
190                 lwkt_send_ipiq(gscan, (ipifunc_t)systimer_intr, &timer1_count);
191             } else {
192                 systimer_intr(&timer1_count, &frame);
193             }
194         }
195 }
196
197
198 /*
199  * NOTE! not MP safe.
200  */
201 int
202 acquire_timer2(int mode)
203 {
204         if (timer2_state != RELEASED)
205                 return (-1);
206         timer2_state = ACQUIRED;
207
208         /*
209          * This access to the timer registers is as atomic as possible
210          * because it is a single instruction.  We could do better if we
211          * knew the rate.
212          */
213         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL2 | (mode & 0x3f));
214         return (0);
215 }
216
217 int
218 release_timer2()
219 {
220         if (timer2_state != ACQUIRED)
221                 return (-1);
222         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL2 | TIMER_SQWAVE | TIMER_16BIT);
223         timer2_state = RELEASED;
224         return (0);
225 }
226
227 /*
228  * This routine receives statistical clock interrupts from the RTC.
229  * As explained above, these occur at 128 interrupts per second.
230  * When profiling, we receive interrupts at a rate of 1024 Hz.
231  *
232  * This does not actually add as much overhead as it sounds, because
233  * when the statistical clock is active, the hardclock driver no longer
234  * needs to keep (inaccurate) statistics on its own.  This decouples
235  * statistics gathering from scheduling interrupts.
236  *
237  * The RTC chip requires that we read status register C (RTC_INTR)
238  * to acknowledge an interrupt, before it will generate the next one.
239  * Under high interrupt load, rtcintr() can be indefinitely delayed and
240  * the clock can tick immediately after the read from RTC_INTR.  In this
241  * case, the mc146818A interrupt signal will not drop for long enough
242  * to register with the 8259 PIC.  If an interrupt is missed, the stat
243  * clock will halt, considerably degrading system performance.  This is
244  * why we use 'while' rather than a more straightforward 'if' below.
245  * Stat clock ticks can still be lost, causing minor loss of accuracy
246  * in the statistics, but the stat clock will no longer stop.
247  */
248 static void
249 rtcintr(struct intrframe frame)
250 {
251         while (rtcin(RTC_INTR) & RTCIR_PERIOD)
252                 ;
253                 /* statclock(&frame); no longer used */
254 }
255
256 #include "opt_ddb.h"
257 #ifdef DDB
258 #include <ddb/ddb.h>
259
260 DB_SHOW_COMMAND(rtc, rtc)
261 {
262         printf("%02x/%02x/%02x %02x:%02x:%02x, A = %02x, B = %02x, C = %02x\n",
263                rtcin(RTC_YEAR), rtcin(RTC_MONTH), rtcin(RTC_DAY),
264                rtcin(RTC_HRS), rtcin(RTC_MIN), rtcin(RTC_SEC),
265                rtcin(RTC_STATUSA), rtcin(RTC_STATUSB), rtcin(RTC_INTR));
266 }
267 #endif /* DDB */
268
269 /*
270  * Return the current cpu timer count as a 32 bit integer.
271  */
272 static
273 sysclock_t
274 i8254_cputimer_count(void)
275 {
276         static __uint16_t cputimer_last;
277         __uint16_t count;
278         sysclock_t ret;
279
280         clock_lock();
281         outb(TIMER_MODE, i8254_walltimer_sel | TIMER_LATCH);
282         count = (__uint8_t)inb(i8254_walltimer_cntr);           /* get countdown */
283         count |= ((__uint8_t)inb(i8254_walltimer_cntr) << 8);
284         count = -count;                                 /* -> countup */
285         if (count < cputimer_last)                      /* rollover */
286                 i8254_cputimer.base += 0x00010000;
287         ret = i8254_cputimer.base | count;
288         cputimer_last = count;
289         clock_unlock();
290         return(ret);
291 }
292
293 /*
294  * This function is called whenever the system timebase changes, allowing
295  * us to calculate what is needed to convert a system timebase tick 
296  * into an 8254 tick for the interrupt timer.  If we can convert to a
297  * simple shift, multiplication, or division, we do so.  Otherwise 64
298  * bit arithmatic is required every time the interrupt timer is reloaded.
299  */
300 void
301 cputimer_intr_config(struct cputimer *timer)
302 {
303     int freq;
304     int div;
305
306     /*
307      * Will a simple divide do the trick?
308      */
309     div = (timer->freq + (i8254_cputimer.freq / 2)) / i8254_cputimer.freq;
310     freq = i8254_cputimer.freq * div;
311
312     if (freq >= timer->freq - 1 && freq <= timer->freq + 1)
313         i8254_cputimer_div = div;
314     else
315         i8254_cputimer_div = 0;
316 }
317
318 /*
319  * Reload for the next timeout.  It is possible for the reload value
320  * to be 0 or negative, indicating that an immediate timer interrupt
321  * is desired.  For now make the minimum 2 ticks.
322  *
323  * We may have to convert from the system timebase to the 8254 timebase.
324  */
325 void
326 cputimer_intr_reload(sysclock_t reload)
327 {
328     __uint16_t count;
329
330     if (i8254_cputimer_div)
331         reload /= i8254_cputimer_div;
332     else
333         reload = (int64_t)reload * i8254_cputimer.freq / sys_cputimer->freq;
334
335     if ((int)reload < 2)
336         reload = 2;
337
338     clock_lock();
339     if (timer0_running) {
340         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_LATCH);     /* count-down timer */
341         count = (__uint8_t)inb(TIMER_CNTR0);            /* lsb */
342         count |= ((__uint8_t)inb(TIMER_CNTR0) << 8);    /* msb */
343         if (reload < count) {
344             outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_SWSTROBE | TIMER_16BIT);
345             outb(TIMER_CNTR0, (__uint8_t)reload);       /* lsb */
346             outb(TIMER_CNTR0, (__uint8_t)(reload >> 8)); /* msb */
347         }
348     } else {
349         timer0_running = 1;
350         if (reload > 0xFFFF)
351             reload = 0;         /* full count */
352         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_SWSTROBE | TIMER_16BIT);
353         outb(TIMER_CNTR0, (__uint8_t)reload);           /* lsb */
354         outb(TIMER_CNTR0, (__uint8_t)(reload >> 8));    /* msb */
355     }
356     clock_unlock();
357 }
358
359 /*
360  * Wait "n" microseconds.
361  * Relies on timer 1 counting down from (cputimer_freq / hz)
362  * Note: timer had better have been programmed before this is first used!
363  */
364 void
365 DELAY(int n)
366 {
367         int delta, prev_tick, tick, ticks_left;
368
369 #ifdef DELAYDEBUG
370         int getit_calls = 1;
371         int n1;
372         static int state = 0;
373
374         if (state == 0) {
375                 state = 1;
376                 for (n1 = 1; n1 <= 10000000; n1 *= 10)
377                         DELAY(n1);
378                 state = 2;
379         }
380         if (state == 1)
381                 printf("DELAY(%d)...", n);
382 #endif
383         /*
384          * Guard against the timer being uninitialized if we are called
385          * early for console i/o.
386          */
387         if (timer0_state == RELEASED)
388                 i8254_restore();
389
390         /*
391          * Read the counter first, so that the rest of the setup overhead is
392          * counted.  Then calculate the number of hardware timer ticks
393          * required, rounding up to be sure we delay at least the requested
394          * number of microseconds.
395          */
396         prev_tick = sys_cputimer->count();
397         ticks_left = ((u_int)n * (int64_t)sys_cputimer->freq + 999999) /
398                      1000000;
399
400         /*
401          * Loop until done.
402          */
403         while (ticks_left > 0) {
404                 tick = sys_cputimer->count();
405 #ifdef DELAYDEBUG
406                 ++getit_calls;
407 #endif
408                 delta = tick - prev_tick;
409                 prev_tick = tick;
410                 if (delta < 0)
411                         delta = 0;
412                 ticks_left -= delta;
413         }
414 #ifdef DELAYDEBUG
415         if (state == 1)
416                 printf(" %d calls to getit() at %d usec each\n",
417                        getit_calls, (n + 5) / getit_calls);
418 #endif
419 }
420
421 static void
422 sysbeepstop(void *chan)
423 {
424         outb(IO_PPI, inb(IO_PPI)&0xFC); /* disable counter2 output to speaker */
425         beeping = 0;
426         release_timer2();
427 }
428
429 int
430 sysbeep(int pitch, int period)
431 {
432         if (acquire_timer2(TIMER_SQWAVE|TIMER_16BIT))
433                 return(-1);
434         /*
435          * Nobody else is using timer2, we do not need the clock lock
436          */
437         outb(TIMER_CNTR2, pitch);
438         outb(TIMER_CNTR2, (pitch>>8));
439         if (!beeping) {
440                 /* enable counter2 output to speaker */
441                 outb(IO_PPI, inb(IO_PPI) | 3);
442                 beeping = period;
443                 callout_reset(&sysbeepstop_ch, period, sysbeepstop, NULL);
444         }
445         return (0);
446 }
447
448 /*
449  * RTC support routines
450  */
451
452 int
453 rtcin(reg)
454         int reg;
455 {
456         u_char val;
457
458         crit_enter();
459         outb(IO_RTC, reg);
460         inb(0x84);
461         val = inb(IO_RTC + 1);
462         inb(0x84);
463         crit_exit();
464         return (val);
465 }
466
467 static __inline void
468 writertc(u_char reg, u_char val)
469 {
470         crit_enter();
471         inb(0x84);
472         outb(IO_RTC, reg);
473         inb(0x84);
474         outb(IO_RTC + 1, val);
475         inb(0x84);              /* XXX work around wrong order in rtcin() */
476         crit_exit();
477 }
478
479 static __inline int
480 readrtc(int port)
481 {
482         return(bcd2bin(rtcin(port)));
483 }
484
485 static u_int
486 calibrate_clocks(void)
487 {
488         u_int64_t old_tsc;
489         u_int count, prev_count, tot_count;
490         int sec, start_sec, timeout;
491
492         if (bootverbose)
493                 printf("Calibrating clock(s) ... ");
494         if (!(rtcin(RTC_STATUSD) & RTCSD_PWR))
495                 goto fail;
496         timeout = 100000000;
497
498         /* Read the mc146818A seconds counter. */
499         for (;;) {
500                 if (!(rtcin(RTC_STATUSA) & RTCSA_TUP)) {
501                         sec = rtcin(RTC_SEC);
502                         break;
503                 }
504                 if (--timeout == 0)
505                         goto fail;
506         }
507
508         /* Wait for the mC146818A seconds counter to change. */
509         start_sec = sec;
510         for (;;) {
511                 if (!(rtcin(RTC_STATUSA) & RTCSA_TUP)) {
512                         sec = rtcin(RTC_SEC);
513                         if (sec != start_sec)
514                                 break;
515                 }
516                 if (--timeout == 0)
517                         goto fail;
518         }
519
520         /* Start keeping track of the i8254 counter. */
521         prev_count = sys_cputimer->count();
522         tot_count = 0;
523
524         if (tsc_present) 
525                 old_tsc = rdtsc();
526         else
527                 old_tsc = 0;            /* shut up gcc */
528
529         /*
530          * Wait for the mc146818A seconds counter to change.  Read the i8254
531          * counter for each iteration since this is convenient and only
532          * costs a few usec of inaccuracy. The timing of the final reads
533          * of the counters almost matches the timing of the initial reads,
534          * so the main cause of inaccuracy is the varying latency from 
535          * inside getit() or rtcin(RTC_STATUSA) to the beginning of the
536          * rtcin(RTC_SEC) that returns a changed seconds count.  The
537          * maximum inaccuracy from this cause is < 10 usec on 486's.
538          */
539         start_sec = sec;
540         for (;;) {
541                 if (!(rtcin(RTC_STATUSA) & RTCSA_TUP))
542                         sec = rtcin(RTC_SEC);
543                 count = sys_cputimer->count();
544                 tot_count += (int)(count - prev_count);
545                 prev_count = count;
546                 if (sec != start_sec)
547                         break;
548                 if (--timeout == 0)
549                         goto fail;
550         }
551
552         /*
553          * Read the cpu cycle counter.  The timing considerations are
554          * similar to those for the i8254 clock.
555          */
556         if (tsc_present) 
557                 tsc_freq = rdtsc() - old_tsc;
558
559         if (tsc_present)
560                 printf("TSC clock: %u Hz, ", tsc_freq);
561         printf("i8254 clock: %u Hz\n", tot_count);
562         return (tot_count);
563
564 fail:
565         printf("failed, using default i8254 clock of %u Hz\n",
566                 i8254_cputimer.freq);
567         return (i8254_cputimer.freq);
568 }
569
570 static void
571 i8254_restore(void)
572 {
573         timer0_state = ACQUIRED;
574
575         clock_lock();
576
577         /*
578          * Timer0 is our fine-grained variable clock interrupt
579          */
580         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_SWSTROBE | TIMER_16BIT);
581         outb(TIMER_CNTR0, 2);   /* lsb */
582         outb(TIMER_CNTR0, 0);   /* msb */
583         clock_unlock();
584
585         /*
586          * Timer1 or timer2 is our free-running clock, but only if another
587          * has not been selected.
588          */
589         cputimer_register(&i8254_cputimer);
590         cputimer_select(&i8254_cputimer, 0);
591 }
592
593 static void
594 i8254_cputimer_construct(struct cputimer *timer, sysclock_t oldclock)
595 {
596         int which;
597
598         /*
599          * Should we use timer 1 or timer 2 ?
600          */
601         which = 0;
602         TUNABLE_INT_FETCH("hw.i8254.walltimer", &which);
603         if (which != 1 && which != 2)
604                 which = 2;
605
606         switch(which) {
607         case 1:
608                 timer->name = "i8254_timer1";
609                 timer->type = CPUTIMER_8254_SEL1;
610                 i8254_walltimer_sel = TIMER_SEL1;
611                 i8254_walltimer_cntr = TIMER_CNTR1;
612                 timer1_state = ACQUIRED;
613                 break;
614         case 2:
615                 timer->name = "i8254_timer2";
616                 timer->type = CPUTIMER_8254_SEL2;
617                 i8254_walltimer_sel = TIMER_SEL2;
618                 i8254_walltimer_cntr = TIMER_CNTR2;
619                 timer2_state = ACQUIRED;
620                 break;
621         }
622
623         timer->base = (oldclock + 0xFFFF) & ~0xFFFF;
624
625         clock_lock();
626         outb(TIMER_MODE, i8254_walltimer_sel | TIMER_RATEGEN | TIMER_16BIT);
627         outb(i8254_walltimer_cntr, 0);  /* lsb */
628         outb(i8254_walltimer_cntr, 0);  /* msb */
629         outb(IO_PPI, inb(IO_PPI) | 1);  /* bit 0: enable gate, bit 1: spkr */
630         clock_unlock();
631 }
632
633 static void
634 i8254_cputimer_destruct(struct cputimer *timer)
635 {
636         switch(timer->type) {
637         case CPUTIMER_8254_SEL1:
638             timer1_state = RELEASED;
639             break;
640         case CPUTIMER_8254_SEL2:
641             timer2_state = RELEASED;
642             break;
643         default:
644             break;
645         }
646         timer->type = 0;
647 }
648
649 static void
650 rtc_restore(void)
651 {
652         /* Restore all of the RTC's "status" (actually, control) registers. */
653         writertc(RTC_STATUSB, RTCSB_24HR);
654         writertc(RTC_STATUSA, rtc_statusa);
655         writertc(RTC_STATUSB, rtc_statusb);
656 }
657
658 /*
659  * Restore all the timers.
660  *
661  * This function is called to resynchronize our core timekeeping after a
662  * long halt, e.g. from apm_default_resume() and friends.  It is also 
663  * called if after a BIOS call we have detected munging of the 8254.
664  * It is necessary because cputimer_count() counter's delta may have grown
665  * too large for nanouptime() and friends to handle, or (in the case of 8254
666  * munging) might cause the SYSTIMER code to prematurely trigger.
667  */
668 void
669 timer_restore(void)
670 {
671         crit_enter();
672         i8254_restore();                /* restore timer_freq and hz */
673         rtc_restore();                  /* reenable RTC interrupts */
674         crit_exit();
675 }
676
677 /*
678  * Initialize 8254 timer 0 early so that it can be used in DELAY().
679  */
680 void
681 startrtclock()
682 {
683         u_int delta, freq;
684
685         /* 
686          * Can we use the TSC?
687          */
688         if (cpu_feature & CPUID_TSC)
689                 tsc_present = 1;
690         else
691                 tsc_present = 0;
692
693         /*
694          * Initial RTC state, don't do anything unexpected
695          */
696         writertc(RTC_STATUSA, rtc_statusa);
697         writertc(RTC_STATUSB, RTCSB_24HR);
698
699         /*
700          * Set the 8254 timer0 in TIMER_SWSTROBE mode and cause it to 
701          * generate an interrupt, which we will ignore for now.
702          *
703          * Set the 8254 timer1 in TIMER_RATEGEN mode and load 0x0000
704          * (so it counts a full 2^16 and repeats).  We will use this timer
705          * for our counting.
706          */
707         i8254_restore();
708         freq = calibrate_clocks();
709 #ifdef CLK_CALIBRATION_LOOP
710         if (bootverbose) {
711                 printf(
712                 "Press a key on the console to abort clock calibration\n");
713                 while (cncheckc() == -1)
714                         calibrate_clocks();
715         }
716 #endif
717
718         /*
719          * Use the calibrated i8254 frequency if it seems reasonable.
720          * Otherwise use the default, and don't use the calibrated i586
721          * frequency.
722          */
723         delta = freq > i8254_cputimer.freq ? 
724                         freq - i8254_cputimer.freq : i8254_cputimer.freq - freq;
725         if (delta < i8254_cputimer.freq / 100) {
726 #ifndef CLK_USE_I8254_CALIBRATION
727                 if (bootverbose)
728                         printf(
729 "CLK_USE_I8254_CALIBRATION not specified - using default frequency\n");
730                 freq = i8254_cputimer.freq;
731 #endif
732                 cputimer_set_frequency(&i8254_cputimer, freq);
733         } else {
734                 if (bootverbose)
735                         printf(
736                     "%d Hz differs from default of %d Hz by more than 1%%\n",
737                                freq, i8254_cputimer.freq);
738                 tsc_freq = 0;
739         }
740
741 #ifndef CLK_USE_TSC_CALIBRATION
742         if (tsc_freq != 0) {
743                 if (bootverbose)
744                         printf(
745 "CLK_USE_TSC_CALIBRATION not specified - using old calibration method\n");
746                 tsc_freq = 0;
747         }
748 #endif
749         if (tsc_present && tsc_freq == 0) {
750                 /*
751                  * Calibration of the i586 clock relative to the mc146818A
752                  * clock failed.  Do a less accurate calibration relative
753                  * to the i8254 clock.
754                  */
755                 u_int64_t old_tsc = rdtsc();
756
757                 DELAY(1000000);
758                 tsc_freq = rdtsc() - old_tsc;
759 #ifdef CLK_USE_TSC_CALIBRATION
760                 if (bootverbose)
761                         printf("TSC clock: %u Hz (Method B)\n", tsc_freq);
762 #endif
763         }
764
765 #if !defined(SMP)
766         /*
767          * We can not use the TSC in SMP mode, until we figure out a
768          * cheap (impossible), reliable and precise (yeah right!)  way
769          * to synchronize the TSCs of all the CPUs.
770          * Curse Intel for leaving the counter out of the I/O APIC.
771          */
772
773 #if NAPM > 0
774         /*
775          * We can not use the TSC if we support APM. Precise timekeeping
776          * on an APM'ed machine is at best a fools pursuit, since 
777          * any and all of the time spent in various SMM code can't 
778          * be reliably accounted for.  Reading the RTC is your only
779          * source of reliable time info.  The i8254 looses too of course
780          * but we need to have some kind of time...
781          * We don't know at this point whether APM is going to be used
782          * or not, nor when it might be activated.  Play it safe.
783          */
784         return;
785 #endif /* NAPM > 0 */
786
787 #endif /* !defined(SMP) */
788 }
789
790 /*
791  * Initialize the time of day register, based on the time base which is, e.g.
792  * from a filesystem.
793  */
794 void
795 inittodr(time_t base)
796 {
797         unsigned long   sec, days;
798         int             yd;
799         int             year, month;
800         int             y, m;
801         struct timespec ts;
802
803         if (base) {
804                 ts.tv_sec = base;
805                 ts.tv_nsec = 0;
806                 set_timeofday(&ts);
807         }
808
809         /* Look if we have a RTC present and the time is valid */
810         if (!(rtcin(RTC_STATUSD) & RTCSD_PWR))
811                 goto wrong_time;
812
813         /* wait for time update to complete */
814         /* If RTCSA_TUP is zero, we have at least 244us before next update */
815         crit_enter();
816         while (rtcin(RTC_STATUSA) & RTCSA_TUP) {
817                 crit_exit();
818                 crit_enter();
819         }
820
821         days = 0;
822 #ifdef USE_RTC_CENTURY
823         year = readrtc(RTC_YEAR) + readrtc(RTC_CENTURY) * 100;
824 #else
825         year = readrtc(RTC_YEAR) + 1900;
826         if (year < 1970)
827                 year += 100;
828 #endif
829         if (year < 1970) {
830                 crit_exit();
831                 goto wrong_time;
832         }
833         month = readrtc(RTC_MONTH);
834         for (m = 1; m < month; m++)
835                 days += daysinmonth[m-1];
836         if ((month > 2) && LEAPYEAR(year))
837                 days ++;
838         days += readrtc(RTC_DAY) - 1;
839         yd = days;
840         for (y = 1970; y < year; y++)
841                 days += DAYSPERYEAR + LEAPYEAR(y);
842         sec = ((( days * 24 +
843                   readrtc(RTC_HRS)) * 60 +
844                   readrtc(RTC_MIN)) * 60 +
845                   readrtc(RTC_SEC));
846         /* sec now contains the number of seconds, since Jan 1 1970,
847            in the local time zone */
848
849         sec += tz.tz_minuteswest * 60 + (wall_cmos_clock ? adjkerntz : 0);
850
851         y = time_second - sec;
852         if (y <= -2 || y >= 2) {
853                 /* badly off, adjust it */
854                 ts.tv_sec = sec;
855                 ts.tv_nsec = 0;
856                 set_timeofday(&ts);
857         }
858         crit_exit();
859         return;
860
861 wrong_time:
862         printf("Invalid time in real time clock.\n");
863         printf("Check and reset the date immediately!\n");
864 }
865
866 /*
867  * Write system time back to RTC
868  */
869 void
870 resettodr()
871 {
872         struct timeval tv;
873         unsigned long tm;
874         int m;
875         int y;
876
877         if (disable_rtc_set)
878                 return;
879
880         microtime(&tv);
881         tm = tv.tv_sec;
882
883         crit_enter();
884         /* Disable RTC updates and interrupts. */
885         writertc(RTC_STATUSB, RTCSB_HALT | RTCSB_24HR);
886
887         /* Calculate local time to put in RTC */
888
889         tm -= tz.tz_minuteswest * 60 + (wall_cmos_clock ? adjkerntz : 0);
890
891         writertc(RTC_SEC, bin2bcd(tm%60)); tm /= 60;    /* Write back Seconds */
892         writertc(RTC_MIN, bin2bcd(tm%60)); tm /= 60;    /* Write back Minutes */
893         writertc(RTC_HRS, bin2bcd(tm%24)); tm /= 24;    /* Write back Hours   */
894
895         /* We have now the days since 01-01-1970 in tm */
896         writertc(RTC_WDAY, (tm+4)%7);                   /* Write back Weekday */
897         for (y = 1970, m = DAYSPERYEAR + LEAPYEAR(y);
898              tm >= m;
899              y++,      m = DAYSPERYEAR + LEAPYEAR(y))
900              tm -= m;
901
902         /* Now we have the years in y and the day-of-the-year in tm */
903         writertc(RTC_YEAR, bin2bcd(y%100));             /* Write back Year    */
904 #ifdef USE_RTC_CENTURY
905         writertc(RTC_CENTURY, bin2bcd(y/100));          /* ... and Century    */
906 #endif
907         for (m = 0; ; m++) {
908                 int ml;
909
910                 ml = daysinmonth[m];
911                 if (m == 1 && LEAPYEAR(y))
912                         ml++;
913                 if (tm < ml)
914                         break;
915                 tm -= ml;
916         }
917
918         writertc(RTC_MONTH, bin2bcd(m + 1));            /* Write back Month   */
919         writertc(RTC_DAY, bin2bcd(tm + 1));             /* Write back Month Day */
920
921         /* Reenable RTC updates and interrupts. */
922         writertc(RTC_STATUSB, rtc_statusb);
923         crit_exit();
924 }
925
926
927 /*
928  * Start both clocks running.  DragonFly note: the stat clock is no longer
929  * used.  Instead, 8254 based systimers are used for all major clock
930  * interrupts.  statclock_disable is set by default.
931  */
932 void
933 cpu_initclocks()
934 {
935         int diag;
936 #ifdef APIC_IO
937         int apic_8254_trial;
938         struct intrec *clkdesc;
939 #endif /* APIC_IO */
940
941         if (statclock_disable) {
942                 /*
943                  * The stat interrupt mask is different without the
944                  * statistics clock.  Also, don't set the interrupt
945                  * flag which would normally cause the RTC to generate
946                  * interrupts.
947                  */
948                 stat_imask = HWI_MASK | SWI_MASK;
949                 rtc_statusb = RTCSB_24HR;
950         } else {
951                 /* Setting stathz to nonzero early helps avoid races. */
952                 stathz = RTC_NOPROFRATE;
953                 profhz = RTC_PROFRATE;
954         }
955
956         /* Finish initializing 8253 timer 0. */
957 #ifdef APIC_IO
958
959         apic_8254_intr = isa_apic_irq(0);
960         apic_8254_trial = 0;
961         if (apic_8254_intr >= 0 ) {
962                 if (apic_int_type(0, 0) == 3)
963                         apic_8254_trial = 1;
964         } else {
965                 /* look for ExtInt on pin 0 */
966                 if (apic_int_type(0, 0) == 3) {
967                         apic_8254_intr = apic_irq(0, 0);
968                         setup_8254_mixed_mode();
969                 } else 
970                         panic("APIC_IO: Cannot route 8254 interrupt to CPU");
971         }
972
973         clkdesc = inthand_add("clk", apic_8254_intr, (inthand2_t *)clkintr,
974                               NULL, &clk_imask, INTR_EXCL | INTR_FAST, NULL);
975         INTREN(1 << apic_8254_intr);
976         
977 #else /* APIC_IO */
978
979         inthand_add("clk", 0, (inthand2_t *)clkintr, NULL, &clk_imask,
980                     INTR_EXCL | INTR_FAST, NULL);
981         INTREN(IRQ0);
982
983 #endif /* APIC_IO */
984
985         /* Initialize RTC. */
986         writertc(RTC_STATUSA, rtc_statusa);
987         writertc(RTC_STATUSB, RTCSB_24HR);
988
989         if (statclock_disable == 0) {
990                 diag = rtcin(RTC_DIAG);
991                 if (diag != 0)
992                         printf("RTC BIOS diagnostic error %b\n", diag, RTCDG_BITS);
993
994 #ifdef APIC_IO
995                 if (isa_apic_irq(8) != 8)
996                         panic("APIC RTC != 8");
997 #endif /* APIC_IO */
998
999                 inthand_add("rtc", 8, (inthand2_t *)rtcintr, NULL, &stat_imask,
1000                             INTR_EXCL | INTR_FAST, NULL);
1001
1002 #ifdef APIC_IO
1003                 INTREN(APIC_IRQ8);
1004 #else
1005                 INTREN(IRQ8);
1006 #endif /* APIC_IO */
1007
1008                 writertc(RTC_STATUSB, rtc_statusb);
1009         }
1010
1011 #ifdef APIC_IO
1012         if (apic_8254_trial) {
1013                 sysclock_t base;
1014                 int lastcnt = read_intr_count(apic_8254_intr);
1015
1016                 /*
1017                  * XXX this assumes the 8254 is the cpu timer.  Force an
1018                  * 8254 Timer0 interrupt and wait 1/100s for it to happen,
1019                  * then see if we got it.
1020                  */
1021                 printf("APIC_IO: Testing 8254 interrupt delivery\n");
1022                 cputimer_intr_reload(2);        /* XXX assumes 8254 */
1023                 base = sys_cputimer->count();
1024                 while (sys_cputimer->count() - base < sys_cputimer->freq / 100)
1025                         ;       /* nothing */
1026                 if (read_intr_count(apic_8254_intr) - lastcnt == 0) {
1027                         /* 
1028                          * The MP table is broken.
1029                          * The 8254 was not connected to the specified pin
1030                          * on the IO APIC.
1031                          * Workaround: Limited variant of mixed mode.
1032                          */
1033                         INTRDIS(1 << apic_8254_intr);
1034                         inthand_remove(clkdesc);
1035                         printf("APIC_IO: Broken MP table detected: "
1036                                "8254 is not connected to "
1037                                "IOAPIC #%d intpin %d\n",
1038                                int_to_apicintpin[apic_8254_intr].ioapic,
1039                                int_to_apicintpin[apic_8254_intr].int_pin);
1040                         /* 
1041                          * Revoke current ISA IRQ 0 assignment and 
1042                          * configure a fallback interrupt routing from
1043                          * the 8254 Timer via the 8259 PIC to the
1044                          * an ExtInt interrupt line on IOAPIC #0 intpin 0.
1045                          * We reuse the low level interrupt handler number.
1046                          */
1047                         if (apic_irq(0, 0) < 0) {
1048                                 revoke_apic_irq(apic_8254_intr);
1049                                 assign_apic_irq(0, 0, apic_8254_intr);
1050                         }
1051                         apic_8254_intr = apic_irq(0, 0);
1052                         setup_8254_mixed_mode();
1053                         inthand_add("clk", apic_8254_intr,
1054                                     (inthand2_t *)clkintr,
1055                                     NULL, &clk_imask, 
1056                                     INTR_EXCL | INTR_FAST, NULL);
1057                         INTREN(1 << apic_8254_intr);
1058                 }
1059                 
1060         }
1061         if (apic_int_type(0, 0) != 3 ||
1062             int_to_apicintpin[apic_8254_intr].ioapic != 0 ||
1063             int_to_apicintpin[apic_8254_intr].int_pin != 0) {
1064                 printf("APIC_IO: routing 8254 via IOAPIC #%d intpin %d\n",
1065                        int_to_apicintpin[apic_8254_intr].ioapic,
1066                        int_to_apicintpin[apic_8254_intr].int_pin);
1067         } else {
1068                 printf("APIC_IO: "
1069                        "routing 8254 via 8259 and IOAPIC #0 intpin 0\n");
1070         }
1071 #endif
1072         callout_init(&sysbeepstop_ch);
1073 }
1074
1075 #ifdef APIC_IO
1076 static u_long
1077 read_intr_count(int vec)
1078 {
1079         u_long *up;
1080         up = intr_countp[vec];
1081         if (up)
1082                 return *up;
1083         return 0UL;
1084 }
1085
1086 static void 
1087 setup_8254_mixed_mode()
1088 {
1089         /*
1090          * Allow 8254 timer to INTerrupt 8259:
1091          *  re-initialize master 8259:
1092          *   reset; prog 4 bytes, single ICU, edge triggered
1093          */
1094         outb(IO_ICU1, 0x13);
1095         outb(IO_ICU1 + 1, NRSVIDT);     /* start vector (unused) */
1096         outb(IO_ICU1 + 1, 0x00);        /* ignore slave */
1097         outb(IO_ICU1 + 1, 0x03);        /* auto EOI, 8086 */
1098         outb(IO_ICU1 + 1, 0xfe);        /* unmask INT0 */
1099         
1100         /* program IO APIC for type 3 INT on INT0 */
1101         if (ext_int_setup(0, 0) < 0)
1102                 panic("8254 redirect via APIC pin0 impossible!");
1103 }
1104 #endif
1105
1106 void
1107 setstatclockrate(int newhz)
1108 {
1109         if (newhz == RTC_PROFRATE)
1110                 rtc_statusa = RTCSA_DIVIDER | RTCSA_PROF;
1111         else
1112                 rtc_statusa = RTCSA_DIVIDER | RTCSA_NOPROF;
1113         writertc(RTC_STATUSA, rtc_statusa);
1114 }
1115
1116 #if 0
1117 static unsigned
1118 tsc_get_timecount(struct timecounter *tc)
1119 {
1120         return (rdtsc());
1121 }
1122 #endif
1123
1124 #ifdef KERN_TIMESTAMP
1125 #define KERN_TIMESTAMP_SIZE 16384
1126 static u_long tsc[KERN_TIMESTAMP_SIZE] ;
1127 SYSCTL_OPAQUE(_debug, OID_AUTO, timestamp, CTLFLAG_RD, tsc,
1128         sizeof(tsc), "LU", "Kernel timestamps");
1129 void  
1130 _TSTMP(u_int32_t x)
1131 {
1132         static int i;
1133
1134         tsc[i] = (u_int32_t)rdtsc();
1135         tsc[i+1] = x;
1136         i = i + 2;
1137         if (i >= KERN_TIMESTAMP_SIZE)
1138                 i = 0;
1139         tsc[i] = 0; /* mark last entry */
1140 }
1141 #endif /* KERN_TIMESTAMP */
1142
1143 /*
1144  *
1145  */
1146
1147 static int
1148 hw_i8254_timestamp(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1149 {
1150     sysclock_t count;
1151     __uint64_t tscval;
1152     char buf[32];
1153
1154     crit_enter();
1155     if (sys_cputimer == &i8254_cputimer)
1156         count = sys_cputimer->count();
1157     else
1158         count = 0;
1159     if (tsc_present)
1160         tscval = rdtsc();
1161     else
1162         tscval = 0;
1163     crit_exit();
1164     snprintf(buf, sizeof(buf), "%08x %016llx", count, (long long)tscval);
1165     return(SYSCTL_OUT(req, buf, strlen(buf) + 1));
1166 }
1167
1168 SYSCTL_NODE(_hw, OID_AUTO, i8254, CTLFLAG_RW, 0, "I8254");
1169 SYSCTL_UINT(_hw_i8254, OID_AUTO, freq, CTLFLAG_RD, &i8254_cputimer.freq, 0,
1170             "frequency");
1171 SYSCTL_PROC(_hw_i8254, OID_AUTO, timestamp, CTLTYPE_STRING|CTLFLAG_RD,
1172             0, 0, hw_i8254_timestamp, "A", "");
1173