vkernel{,64} - CPU topology support
[dragonfly.git] / sys / platform / vkernel64 / x86_64 / mp.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2007 The DragonFly Project.  All rights reserved.
3  *
4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
5  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
6  *
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  *
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
15  *    the documentation and/or other materials provided with the
16  *    distribution.
17  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
18  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
19  *    from this software without specific, prior written permission.
20  *
21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
22  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
23  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
24  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
25  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
26  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
27  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
28  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
29  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
30  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
31  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
32  * SUCH DAMAGE.
33  */
34
35
36 #include <sys/interrupt.h>
37 #include <sys/kernel.h>
38 #include <sys/memrange.h>
39 #include <sys/tls.h>
40 #include <sys/types.h>
41
42 #include <vm/vm_extern.h>
43 #include <vm/vm_kern.h>
44 #include <vm/vm_object.h>
45 #include <vm/vm_page.h>
46
47 #include <sys/mplock2.h>
48
49 #include <machine/cpu.h>
50 #include <machine/cpufunc.h>
51 #include <machine/globaldata.h>
52 #include <machine/md_var.h>
53 #include <machine/pmap.h>
54 #include <machine/smp.h>
55 #include <machine/tls.h>
56
57 #include <unistd.h>
58 #include <pthread.h>
59 #include <signal.h>
60 #include <stdio.h>
61
62 extern pt_entry_t *KPTphys;
63
64 volatile cpumask_t stopped_cpus;
65 cpumask_t       smp_active_mask = 1;  /* which cpus are ready for IPIs etc? */
66 static int      boot_address;
67 static cpumask_t smp_startup_mask = 1;  /* which cpus have been started */
68 int             mp_naps;                /* # of Applications processors */
69 static int  mp_finish;
70
71 /* Local data for detecting CPU TOPOLOGY */
72 static int core_bits = 0;
73 static int logical_CPU_bits = 0;
74
75 /* function prototypes XXX these should go elsewhere */
76 void bootstrap_idle(void);
77 void single_cpu_ipi(int, int, int);
78 void selected_cpu_ipi(cpumask_t, int, int);
79 #if 0
80 void ipi_handler(int);
81 #endif
82
83 pt_entry_t *SMPpt;
84
85 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
86 char *bootSTK;
87 static int bootAP;
88
89
90 /* XXX these need to go into the appropriate header file */
91 static int start_all_aps(u_int);
92 void init_secondary(void);
93 void *start_ap(void *);
94
95 /*
96  * Get SMP fully working before we start initializing devices.
97  */
98 static
99 void
100 ap_finish(void)
101 {
102         int i;
103         cpumask_t ncpus_mask = 0;
104
105         for (i = 1; i <= ncpus; i++)
106                 ncpus_mask |= CPUMASK(i);
107
108         mp_finish = 1;
109         if (bootverbose)
110                 kprintf("Finish MP startup\n");
111
112         /* build our map of 'other' CPUs */
113         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
114
115         /*
116          * Let the other cpu's finish initializing and build their map
117          * of 'other' CPUs.
118          */
119         rel_mplock();
120         while (smp_active_mask != smp_startup_mask) {
121                 DELAY(100000);
122                 cpu_lfence();
123         }
124
125         while (try_mplock() == 0)
126                 DELAY(100000);
127         if (bootverbose)
128                 kprintf("Active CPU Mask: %08lx\n", (long)smp_active_mask);
129 }
130
131 SYSINIT(finishsmp, SI_BOOT2_FINISH_SMP, SI_ORDER_FIRST, ap_finish, NULL)
132
133
134 void *
135 start_ap(void *arg __unused)
136 {
137         init_secondary();
138         setrealcpu();
139         bootstrap_idle();
140
141         return(NULL); /* NOTREACHED */
142 }
143
144 /* storage for AP thread IDs */
145 pthread_t ap_tids[MAXCPU];
146
147 void
148 mp_start(void)
149 {
150         int shift;
151
152         ncpus = optcpus;
153
154         mp_naps = ncpus - 1;
155
156         /* ncpus2 -- ncpus rounded down to the nearest power of 2 */
157         for (shift = 0; (1 << shift) <= ncpus; ++shift)
158                 ;
159         --shift;
160         ncpus2_shift = shift;
161         ncpus2 = 1 << shift;
162         ncpus2_mask = ncpus2 - 1;
163
164         /* ncpus_fit -- ncpus rounded up to the nearest power of 2 */
165         if ((1 << shift) < ncpus)
166                 ++shift;
167         ncpus_fit = 1 << shift;
168         ncpus_fit_mask = ncpus_fit - 1;
169
170         /*
171          * cpu0 initialization
172          */
173         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map,
174                                             sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
175         bzero(mycpu->gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
176
177         /*
178          * cpu 1-(n-1)
179          */
180         start_all_aps(boot_address);
181
182 }
183
184 void
185 mp_announce(void)
186 {
187         int x;
188
189         kprintf("DragonFly/MP: Multiprocessor\n");
190         kprintf(" cpu0 (BSP)\n");
191
192         for (x = 1; x <= mp_naps; ++x)
193                 kprintf(" cpu%d (AP)\n", x);
194 }
195
196 void
197 cpu_send_ipiq(int dcpu)
198 {
199         if (CPUMASK(dcpu) & smp_active_mask) {
200                 if (pthread_kill(ap_tids[dcpu], SIGUSR1) != 0)
201                         panic("pthread_kill failed in cpu_send_ipiq");
202         }
203 #if 0
204         panic("XXX cpu_send_ipiq()");
205 #endif
206 }
207
208 void
209 smp_invltlb(void)
210 {
211 #ifdef SMP
212 #endif
213 }
214
215 void
216 single_cpu_ipi(int cpu, int vector, int delivery_mode)
217 {
218         kprintf("XXX single_cpu_ipi\n");
219 }
220
221 void
222 selected_cpu_ipi(cpumask_t target, int vector, int delivery_mode)
223 {
224         crit_enter();
225         while (target) {
226                 int n = BSFCPUMASK(target);
227                 target &= ~CPUMASK(n);
228                 single_cpu_ipi(n, vector, delivery_mode);
229         }
230         crit_exit();
231 }
232
233 int
234 stop_cpus(cpumask_t map)
235 {
236         map &= smp_active_mask;
237
238         crit_enter();
239         while (map) {
240                 int n = BSFCPUMASK(map);
241                 map &= ~CPUMASK(n);
242                 stopped_cpus |= CPUMASK(n);
243                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
244                         panic("stop_cpus: pthread_kill failed");
245         }
246         crit_exit();
247 #if 0
248         panic("XXX stop_cpus()");
249 #endif
250
251         return(1);
252 }
253
254 int
255 restart_cpus(cpumask_t map)
256 {
257         map &= smp_active_mask;
258
259         crit_enter();
260         while (map) {
261                 int n = BSFCPUMASK(map);
262                 map &= ~CPUMASK(n);
263                 stopped_cpus &= ~CPUMASK(n);
264                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
265                         panic("restart_cpus: pthread_kill failed");
266         }
267         crit_exit();
268 #if 0
269         panic("XXX restart_cpus()");
270 #endif
271
272         return(1);
273 }
274
275 void
276 ap_init(void)
277 {
278         /*
279          * Adjust smp_startup_mask to signal the BSP that we have started
280          * up successfully.  Note that we do not yet hold the BGL.  The BSP
281          * is waiting for our signal.
282          *
283          * We can't set our bit in smp_active_mask yet because we are holding
284          * interrupts physically disabled and remote cpus could deadlock
285          * trying to send us an IPI.
286          */
287         smp_startup_mask |= CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
288         cpu_mfence();
289
290         /*
291          * Interlock for finalization.  Wait until mp_finish is non-zero,
292          * then get the MP lock.
293          *
294          * Note: We are in a critical section.
295          *
296          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
297          *
298          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
299          * from improperly caching mp_finish, and the cpu from improperly
300          * caching it.
301          */
302
303         while (mp_finish == 0) {
304                 cpu_lfence();
305                 DELAY(500000);
306         }
307         while (try_mplock() == 0)
308                 DELAY(100000);
309
310         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
311         cpu_invltlb();
312
313         /* Build our map of 'other' CPUs. */
314         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
315
316         kprintf("SMP: AP CPU #%d Launched!\n", mycpu->gd_cpuid);
317
318
319         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
320         mem_range_AP_init();
321         /*
322          * Once we go active we must process any IPIQ messages that may
323          * have been queued, because no actual IPI will occur until we
324          * set our bit in the smp_active_mask.  If we don't the IPI
325          * message interlock could be left set which would also prevent
326          * further IPIs.
327          *
328          * The idle loop doesn't expect the BGL to be held and while
329          * lwkt_switch() normally cleans things up this is a special case
330          * because we returning almost directly into the idle loop.
331          *
332          * The idle thread is never placed on the runq, make sure
333          * nothing we've done put it there.
334          */
335         KKASSERT(get_mplock_count(curthread) == 1);
336         smp_active_mask |= CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
337
338         mdcpu->gd_fpending = 0;
339         mdcpu->gd_ipending = 0;
340         initclocks_pcpu();      /* clock interrupts (via IPIs) */
341         lwkt_process_ipiq();
342
343         /*
344          * Releasing the mp lock lets the BSP finish up the SMP init
345          */
346         rel_mplock();
347         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
348 }
349
350 void
351 init_secondary(void)
352 {
353         int     myid = bootAP;
354         struct mdglobaldata *md;
355         struct privatespace *ps;
356
357         ps = &CPU_prvspace[myid];
358
359         KKASSERT(ps->mdglobaldata.mi.gd_prvspace == ps);
360
361         /*
362          * Setup the %gs for cpu #n.  The mycpu macro works after this
363          * point.  Note that %fs is used by pthreads.
364          */
365         tls_set_gs(&CPU_prvspace[myid], sizeof(struct privatespace));
366
367         md = mdcpu;     /* loaded through %gs:0 (mdglobaldata.mi.gd_prvspace)*/
368
369         /* JG */
370         md->gd_common_tss.tss_rsp0 = 0; /* not used until after switch */
371         //md->gd_common_tss.tss_ss0 = GSEL(GDATA_SEL, SEL_KPL);
372         //md->gd_common_tss.tss_ioopt = (sizeof md->gd_common_tss) << 16;
373
374         /*
375          * Set to a known state:
376          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
377          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
378          */
379 }
380
381 static int
382 start_all_aps(u_int boot_addr)
383 {
384         int x, i;
385         struct mdglobaldata *gd;
386         struct privatespace *ps;
387         vm_page_t m;
388         vm_offset_t va;
389 #if 0
390         struct lwp_params params;
391 #endif
392
393         /*
394          * needed for ipis to initial thread
395          * FIXME: rename ap_tids?
396          */
397         ap_tids[0] = pthread_self();
398
399         vm_object_hold(&kernel_object);
400         for (x = 1; x <= mp_naps; x++)
401         {
402                 /* Allocate space for the CPU's private space. */
403                 for (i = 0; i < sizeof(struct mdglobaldata); i += PAGE_SIZE) {
404                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].mdglobaldata + i;
405                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
406                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
407                 }
408
409                 for (i = 0; i < sizeof(CPU_prvspace[x].idlestack); i += PAGE_SIZE) {
410                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].idlestack + i;
411                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
412                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
413                 }
414
415                 gd = &CPU_prvspace[x].mdglobaldata;     /* official location */
416                 bzero(gd, sizeof(*gd));
417                 gd->mi.gd_prvspace = ps = &CPU_prvspace[x];
418
419                 /* prime data page for it to use */
420                 mi_gdinit(&gd->mi, x);
421                 cpu_gdinit(gd, x);
422
423 #if 0
424                 gd->gd_CMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE1);
425                 gd->gd_CMAP2 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE2);
426                 gd->gd_CMAP3 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE3);
427                 gd->gd_PMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].PPAGE1);
428                 gd->gd_CADDR1 = ps->CPAGE1;
429                 gd->gd_CADDR2 = ps->CPAGE2;
430                 gd->gd_CADDR3 = ps->CPAGE3;
431                 gd->gd_PADDR1 = (vpte_t *)ps->PPAGE1;
432 #endif
433
434                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, sizeof(lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1));
435                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1));
436
437                 /*
438                  * Setup the AP boot stack
439                  */
440                 bootSTK = &ps->idlestack[UPAGES*PAGE_SIZE/2];
441                 bootAP = x;
442
443                 /*
444                  * Setup the AP's lwp, this is the 'cpu'
445                  *
446                  * We have to make sure our signals are masked or the new LWP
447                  * may pick up a signal that it isn't ready for yet.  SMP
448                  * startup occurs after SI_BOOT2_LEAVE_CRIT so interrupts
449                  * have already been enabled.
450                  */
451                 cpu_disable_intr();
452                 pthread_create(&ap_tids[x], NULL, start_ap, NULL);
453                 cpu_enable_intr();
454
455                 while((smp_startup_mask & CPUMASK(x)) == 0) {
456                         cpu_lfence(); /* XXX spin until the AP has started */
457                         DELAY(1000);
458                 }
459         }
460         vm_object_drop(&kernel_object);
461
462         return(ncpus - 1);
463 }
464
465 /*
466  * CPU TOPOLOGY DETECTION FUNCTIONS.
467  */
468
469 void
470 detect_cpu_topology(void)
471 {
472         logical_CPU_bits = vkernel_b_arg;
473         core_bits = vkernel_B_arg;
474 }
475
476 int
477 get_chip_ID(int cpuid)
478 {
479         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) >>
480             (logical_CPU_bits + core_bits);
481 }
482
483 int
484 get_core_number_within_chip(int cpuid)
485 {
486         return (get_apicid_from_cpuid(cpuid) >> logical_CPU_bits) &
487             ( (1 << core_bits) -1);
488 }
489
490 int
491 get_logical_CPU_number_within_core(int cpuid)
492 {
493         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) &
494             ( (1 << logical_CPU_bits) -1);
495 }
496