Merge branch 'apic_io'
[dragonfly.git] / sys / platform / pc64 / isa / clock.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1990 The Regents of the University of California.
3  * Copyright (c) 2008 The DragonFly Project.
4  * All rights reserved.
5  *
6  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
7  * William Jolitz and Don Ahn.
8  *
9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
10  * modification, are permitted provided that the following conditions
11  * are met:
12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
14  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
16  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
17  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
18  *    must display the following acknowledgement:
19  *      This product includes software developed by the University of
20  *      California, Berkeley and its contributors.
21  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
22  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
23  *    without specific prior written permission.
24  *
25  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
26  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
27  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
28  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
29  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
30  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
31  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
32  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
33  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
34  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
35  * SUCH DAMAGE.
36  *
37  *      from: @(#)clock.c       7.2 (Berkeley) 5/12/91
38  * $FreeBSD: src/sys/i386/isa/clock.c,v 1.149.2.6 2002/11/02 04:41:50 iwasaki 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 #if 0
53 #include "use_apm.h"
54 #include "opt_clock.h"
55 #endif
56
57 #include <sys/param.h>
58 #include <sys/systm.h>
59 #include <sys/eventhandler.h>
60 #include <sys/time.h>
61 #include <sys/kernel.h>
62 #include <sys/bus.h>
63 #ifndef SMP
64 #include <sys/lock.h>
65 #endif
66 #include <sys/sysctl.h>
67 #include <sys/cons.h>
68 #include <sys/systimer.h>
69 #include <sys/globaldata.h>
70 #include <sys/thread2.h>
71 #include <sys/systimer.h>
72 #include <sys/machintr.h>
73
74 #include <machine/clock.h>
75 #ifdef CLK_CALIBRATION_LOOP
76 #endif
77 #include <machine/cputypes.h>
78 #include <machine/frame.h>
79 #include <machine/ipl.h>
80 #include <machine/limits.h>
81 #include <machine/md_var.h>
82 #include <machine/psl.h>
83 #include <machine/segments.h>
84 #include <machine/smp.h>
85 #include <machine/specialreg.h>
86
87 #include <machine_base/icu/icu.h>
88 #include <bus/isa/isa.h>
89 #include <bus/isa/rtc.h>
90 #include <machine_base/isa/timerreg.h>
91
92 #include <machine_base/isa/intr_machdep.h>
93
94 #ifdef APIC_IO
95 /* The interrupt triggered by the 8254 (timer) chip */
96 int apic_8254_intr;
97 static void setup_8254_mixed_mode (void);
98 #endif
99 static void i8254_restore(void);
100 static void resettodr_on_shutdown(void *arg __unused);
101
102 /*
103  * 32-bit time_t's can't reach leap years before 1904 or after 2036, so we
104  * can use a simple formula for leap years.
105  */
106 #define LEAPYEAR(y) ((u_int)(y) % 4 == 0)
107 #define DAYSPERYEAR   (31+28+31+30+31+30+31+31+30+31+30+31)
108
109 #ifndef TIMER_FREQ
110 #define TIMER_FREQ   1193182
111 #endif
112
113 static uint8_t i8254_walltimer_sel;
114 static uint16_t i8254_walltimer_cntr;
115
116 int     adjkerntz;              /* local offset from GMT in seconds */
117 int     disable_rtc_set;        /* disable resettodr() if != 0 */
118 int     statclock_disable = 1;  /* we don't use the statclock right now */
119 int     tsc_present;
120 int64_t tsc_frequency;
121 int     tsc_is_broken;
122 int     wall_cmos_clock;        /* wall CMOS clock assumed if != 0 */
123 int     timer0_running;
124 enum tstate { RELEASED, ACQUIRED };
125 enum tstate timer0_state;
126 enum tstate timer1_state;
127 enum tstate timer2_state;
128
129 static  int     beeping = 0;
130 static  const u_char daysinmonth[] = {31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};
131 static  u_char  rtc_statusa = RTCSA_DIVIDER | RTCSA_NOPROF;
132 static  u_char  rtc_statusb = RTCSB_24HR | RTCSB_PINTR;
133 static  int     rtc_loaded;
134
135 static int i8254_cputimer_div;
136
137 static int i8254_nointr;
138 static int i8254_intr_disable = 0;
139 TUNABLE_INT("hw.i8254.intr_disable", &i8254_intr_disable);
140
141 static struct callout sysbeepstop_ch;
142
143 static sysclock_t i8254_cputimer_count(void);
144 static void i8254_cputimer_construct(struct cputimer *cputimer, sysclock_t last);
145 static void i8254_cputimer_destruct(struct cputimer *cputimer);
146
147 static struct cputimer  i8254_cputimer = {
148     SLIST_ENTRY_INITIALIZER,
149     "i8254",
150     CPUTIMER_PRI_8254,
151     0,
152     i8254_cputimer_count,
153     cputimer_default_fromhz,
154     cputimer_default_fromus,
155     i8254_cputimer_construct,
156     i8254_cputimer_destruct,
157     TIMER_FREQ,
158     0, 0, 0
159 };
160
161 static void i8254_intr_reload(struct cputimer_intr *, sysclock_t);
162 static void i8254_intr_config(struct cputimer_intr *, const struct cputimer *);
163 static void i8254_intr_initclock(struct cputimer_intr *, boolean_t);
164
165 static struct cputimer_intr i8254_cputimer_intr = {
166     .freq = TIMER_FREQ,
167     .reload = i8254_intr_reload,
168     .enable = cputimer_intr_default_enable,
169     .config = i8254_intr_config,
170     .restart = cputimer_intr_default_restart,
171     .pmfixup = cputimer_intr_default_pmfixup,
172     .initclock = i8254_intr_initclock,
173     .next = SLIST_ENTRY_INITIALIZER,
174     .name = "i8254",
175     .type = CPUTIMER_INTR_8254,
176     .prio = CPUTIMER_INTR_PRIO_8254,
177     .caps = CPUTIMER_INTR_CAP_PS
178 };
179
180 /*
181  * timer0 clock interrupt.  Timer0 is in one-shot mode and has stopped
182  * counting as of this interrupt.  We use timer1 in free-running mode (not
183  * generating any interrupts) as our main counter.  Each cpu has timeouts
184  * pending.
185  *
186  * This code is INTR_MPSAFE and may be called without the BGL held.
187  */
188 static void
189 clkintr(void *dummy, void *frame_arg)
190 {
191         static sysclock_t sysclock_count;       /* NOTE! Must be static */
192         struct globaldata *gd = mycpu;
193 #ifdef SMP
194         struct globaldata *gscan;
195         int n;
196 #endif
197
198         /*
199          * SWSTROBE mode is a one-shot, the timer is no longer running
200          */
201         timer0_running = 0;
202
203         /*
204          * XXX the dispatcher needs work.  right now we call systimer_intr()
205          * directly or via IPI for any cpu with systimers queued, which is
206          * usually *ALL* of them.  We need to use the LAPIC timer for this.
207          */
208         sysclock_count = sys_cputimer->count();
209 #ifdef SMP
210         for (n = 0; n < ncpus; ++n) {
211             gscan = globaldata_find(n);
212             if (TAILQ_FIRST(&gscan->gd_systimerq) == NULL)
213                 continue;
214             if (gscan != gd) {
215                 lwkt_send_ipiq3(gscan, (ipifunc3_t)systimer_intr, 
216                                 &sysclock_count, 0);
217             } else {
218                 systimer_intr(&sysclock_count, 0, frame_arg);
219             }
220         }
221 #else
222         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_systimerq) != NULL)
223             systimer_intr(&sysclock_count, 0, frame_arg);
224 #endif
225 }
226
227
228 /*
229  * NOTE! not MP safe.
230  */
231 int
232 acquire_timer2(int mode)
233 {
234         if (timer2_state != RELEASED)
235                 return (-1);
236         timer2_state = ACQUIRED;
237
238         /*
239          * This access to the timer registers is as atomic as possible
240          * because it is a single instruction.  We could do better if we
241          * knew the rate.
242          */
243         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL2 | (mode & 0x3f));
244         return (0);
245 }
246
247 int
248 release_timer2(void)
249 {
250         if (timer2_state != ACQUIRED)
251                 return (-1);
252         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL2 | TIMER_SQWAVE | TIMER_16BIT);
253         timer2_state = RELEASED;
254         return (0);
255 }
256
257 /*
258  * This routine receives statistical clock interrupts from the RTC.
259  * As explained above, these occur at 128 interrupts per second.
260  * When profiling, we receive interrupts at a rate of 1024 Hz.
261  *
262  * This does not actually add as much overhead as it sounds, because
263  * when the statistical clock is active, the hardclock driver no longer
264  * needs to keep (inaccurate) statistics on its own.  This decouples
265  * statistics gathering from scheduling interrupts.
266  *
267  * The RTC chip requires that we read status register C (RTC_INTR)
268  * to acknowledge an interrupt, before it will generate the next one.
269  * Under high interrupt load, rtcintr() can be indefinitely delayed and
270  * the clock can tick immediately after the read from RTC_INTR.  In this
271  * case, the mc146818A interrupt signal will not drop for long enough
272  * to register with the 8259 PIC.  If an interrupt is missed, the stat
273  * clock will halt, considerably degrading system performance.  This is
274  * why we use 'while' rather than a more straightforward 'if' below.
275  * Stat clock ticks can still be lost, causing minor loss of accuracy
276  * in the statistics, but the stat clock will no longer stop.
277  */
278 static void
279 rtcintr(void *dummy, void *frame)
280 {
281         while (rtcin(RTC_INTR) & RTCIR_PERIOD)
282                 ;
283                 /* statclock(frame); no longer used */
284 }
285
286 #include "opt_ddb.h"
287 #ifdef DDB
288 #include <ddb/ddb.h>
289
290 DB_SHOW_COMMAND(rtc, rtc)
291 {
292         kprintf("%02x/%02x/%02x %02x:%02x:%02x, A = %02x, B = %02x, C = %02x\n",
293                rtcin(RTC_YEAR), rtcin(RTC_MONTH), rtcin(RTC_DAY),
294                rtcin(RTC_HRS), rtcin(RTC_MIN), rtcin(RTC_SEC),
295                rtcin(RTC_STATUSA), rtcin(RTC_STATUSB), rtcin(RTC_INTR));
296 }
297 #endif /* DDB */
298
299 /*
300  * Return the current cpu timer count as a 32 bit integer.
301  */
302 static
303 sysclock_t
304 i8254_cputimer_count(void)
305 {
306         static __uint16_t cputimer_last;
307         __uint16_t count;
308         sysclock_t ret;
309
310         clock_lock();
311         outb(TIMER_MODE, i8254_walltimer_sel | TIMER_LATCH);
312         count = (__uint8_t)inb(i8254_walltimer_cntr);           /* get countdown */
313         count |= ((__uint8_t)inb(i8254_walltimer_cntr) << 8);
314         count = -count;                                 /* -> countup */
315         if (count < cputimer_last)                      /* rollover */
316                 i8254_cputimer.base += 0x00010000;
317         ret = i8254_cputimer.base | count;
318         cputimer_last = count;
319         clock_unlock();
320         return(ret);
321 }
322
323 /*
324  * This function is called whenever the system timebase changes, allowing
325  * us to calculate what is needed to convert a system timebase tick 
326  * into an 8254 tick for the interrupt timer.  If we can convert to a
327  * simple shift, multiplication, or division, we do so.  Otherwise 64
328  * bit arithmatic is required every time the interrupt timer is reloaded.
329  */
330 static void
331 i8254_intr_config(struct cputimer_intr *cti, const struct cputimer *timer)
332 {
333     int freq;
334     int div;
335
336     /*
337      * Will a simple divide do the trick?
338      */
339     div = (timer->freq + (cti->freq / 2)) / cti->freq;
340     freq = cti->freq * div;
341
342     if (freq >= timer->freq - 1 && freq <= timer->freq + 1)
343         i8254_cputimer_div = div;
344     else
345         i8254_cputimer_div = 0;
346 }
347
348 /*
349  * Reload for the next timeout.  It is possible for the reload value
350  * to be 0 or negative, indicating that an immediate timer interrupt
351  * is desired.  For now make the minimum 2 ticks.
352  *
353  * We may have to convert from the system timebase to the 8254 timebase.
354  */
355 static void
356 i8254_intr_reload(struct cputimer_intr *cti, sysclock_t reload)
357 {
358     __uint16_t count;
359
360     if (i8254_cputimer_div)
361         reload /= i8254_cputimer_div;
362     else
363         reload = (int64_t)reload * cti->freq / sys_cputimer->freq;
364
365     if ((int)reload < 2)
366         reload = 2;
367
368     clock_lock();
369     if (timer0_running) {
370         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_LATCH);     /* count-down timer */
371         count = (__uint8_t)inb(TIMER_CNTR0);            /* lsb */
372         count |= ((__uint8_t)inb(TIMER_CNTR0) << 8);    /* msb */
373         if (reload < count) {
374             outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_SWSTROBE | TIMER_16BIT);
375             outb(TIMER_CNTR0, (__uint8_t)reload);       /* lsb */
376             outb(TIMER_CNTR0, (__uint8_t)(reload >> 8)); /* msb */
377         }
378     } else {
379         timer0_running = 1;
380         if (reload > 0xFFFF)
381             reload = 0;         /* full count */
382         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_SWSTROBE | TIMER_16BIT);
383         outb(TIMER_CNTR0, (__uint8_t)reload);           /* lsb */
384         outb(TIMER_CNTR0, (__uint8_t)(reload >> 8));    /* msb */
385     }
386     clock_unlock();
387 }
388
389 /*
390  * DELAY(usec)       - Spin for the specified number of microseconds.
391  * DRIVERSLEEP(usec) - Spin for the specified number of microseconds,
392  *                     but do a thread switch in the loop
393  *
394  * Relies on timer 1 counting down from (cputimer_freq / hz)
395  * Note: timer had better have been programmed before this is first used!
396  */
397 static void
398 DODELAY(int n, int doswitch)
399 {
400         int delta, prev_tick, tick, ticks_left;
401
402 #ifdef DELAYDEBUG
403         int getit_calls = 1;
404         int n1;
405         static int state = 0;
406
407         if (state == 0) {
408                 state = 1;
409                 for (n1 = 1; n1 <= 10000000; n1 *= 10)
410                         DELAY(n1);
411                 state = 2;
412         }
413         if (state == 1)
414                 kprintf("DELAY(%d)...", n);
415 #endif
416         /*
417          * Guard against the timer being uninitialized if we are called
418          * early for console i/o.
419          */
420         if (timer0_state == RELEASED)
421                 i8254_restore();
422
423         /*
424          * Read the counter first, so that the rest of the setup overhead is
425          * counted.  Then calculate the number of hardware timer ticks
426          * required, rounding up to be sure we delay at least the requested
427          * number of microseconds.
428          */
429         prev_tick = sys_cputimer->count();
430         ticks_left = ((u_int)n * (int64_t)sys_cputimer->freq + 999999) /
431                      1000000;
432
433         /*
434          * Loop until done.
435          */
436         while (ticks_left > 0) {
437                 tick = sys_cputimer->count();
438 #ifdef DELAYDEBUG
439                 ++getit_calls;
440 #endif
441                 delta = tick - prev_tick;
442                 prev_tick = tick;
443                 if (delta < 0)
444                         delta = 0;
445                 ticks_left -= delta;
446                 if (doswitch && ticks_left > 0)
447                         lwkt_switch();
448                 cpu_pause();
449         }
450 #ifdef DELAYDEBUG
451         if (state == 1)
452                 kprintf(" %d calls to getit() at %d usec each\n",
453                        getit_calls, (n + 5) / getit_calls);
454 #endif
455 }
456
457 /*
458  * DELAY() never switches.
459  */
460 void
461 DELAY(int n)
462 {
463         DODELAY(n, 0);
464 }
465
466 /*
467  * Returns non-zero if the specified time period has elapsed.  Call
468  * first with last_clock set to 0.
469  */
470 int
471 CHECKTIMEOUT(TOTALDELAY *tdd)
472 {
473         sysclock_t delta;
474         int us;
475
476         if (tdd->started == 0) {
477                 if (timer0_state == RELEASED)
478                         i8254_restore();
479                 tdd->last_clock = sys_cputimer->count();
480                 tdd->started = 1;
481                 return(0);
482         }
483         delta = sys_cputimer->count() - tdd->last_clock;
484         us = (u_int64_t)delta * (u_int64_t)1000000 /
485              (u_int64_t)sys_cputimer->freq;
486         tdd->last_clock += (u_int64_t)us * (u_int64_t)sys_cputimer->freq /
487                            1000000;
488         tdd->us -= us;
489         return (tdd->us < 0);
490 }
491
492
493 /*
494  * DRIVERSLEEP() does not switch if called with a spinlock held or
495  * from a hard interrupt.
496  */
497 void
498 DRIVERSLEEP(int usec)
499 {
500         globaldata_t gd = mycpu;
501
502         if (gd->gd_intr_nesting_level || gd->gd_spinlocks_wr) {
503                 DODELAY(usec, 0);
504         } else {
505                 DODELAY(usec, 1);
506         }
507 }
508
509 static void
510 sysbeepstop(void *chan)
511 {
512         outb(IO_PPI, inb(IO_PPI)&0xFC); /* disable counter2 output to speaker */
513         beeping = 0;
514         release_timer2();
515 }
516
517 int
518 sysbeep(int pitch, int period)
519 {
520         if (acquire_timer2(TIMER_SQWAVE|TIMER_16BIT))
521                 return(-1);
522         /*
523          * Nobody else is using timer2, we do not need the clock lock
524          */
525         outb(TIMER_CNTR2, pitch);
526         outb(TIMER_CNTR2, (pitch>>8));
527         if (!beeping) {
528                 /* enable counter2 output to speaker */
529                 outb(IO_PPI, inb(IO_PPI) | 3);
530                 beeping = period;
531                 callout_reset(&sysbeepstop_ch, period, sysbeepstop, NULL);
532         }
533         return (0);
534 }
535
536 /*
537  * RTC support routines
538  */
539
540 int
541 rtcin(int reg)
542 {
543         u_char val;
544
545         crit_enter();
546         outb(IO_RTC, reg);
547         inb(0x84);
548         val = inb(IO_RTC + 1);
549         inb(0x84);
550         crit_exit();
551         return (val);
552 }
553
554 static __inline void
555 writertc(u_char reg, u_char val)
556 {
557         crit_enter();
558         inb(0x84);
559         outb(IO_RTC, reg);
560         inb(0x84);
561         outb(IO_RTC + 1, val);
562         inb(0x84);              /* XXX work around wrong order in rtcin() */
563         crit_exit();
564 }
565
566 static __inline int
567 readrtc(int port)
568 {
569         return(bcd2bin(rtcin(port)));
570 }
571
572 static u_int
573 calibrate_clocks(void)
574 {
575         u_int64_t old_tsc;
576         u_int count, prev_count, tot_count;
577         int sec, start_sec, timeout;
578
579         if (bootverbose)
580                 kprintf("Calibrating clock(s) ... ");
581         if (!(rtcin(RTC_STATUSD) & RTCSD_PWR))
582                 goto fail;
583         timeout = 100000000;
584
585         /* Read the mc146818A seconds counter. */
586         for (;;) {
587                 if (!(rtcin(RTC_STATUSA) & RTCSA_TUP)) {
588                         sec = rtcin(RTC_SEC);
589                         break;
590                 }
591                 if (--timeout == 0)
592                         goto fail;
593         }
594
595         /* Wait for the mC146818A seconds counter to change. */
596         start_sec = sec;
597         for (;;) {
598                 if (!(rtcin(RTC_STATUSA) & RTCSA_TUP)) {
599                         sec = rtcin(RTC_SEC);
600                         if (sec != start_sec)
601                                 break;
602                 }
603                 if (--timeout == 0)
604                         goto fail;
605         }
606
607         /* Start keeping track of the i8254 counter. */
608         prev_count = sys_cputimer->count();
609         tot_count = 0;
610
611         if (tsc_present) 
612                 old_tsc = rdtsc();
613         else
614                 old_tsc = 0;            /* shut up gcc */
615
616         /*
617          * Wait for the mc146818A seconds counter to change.  Read the i8254
618          * counter for each iteration since this is convenient and only
619          * costs a few usec of inaccuracy. The timing of the final reads
620          * of the counters almost matches the timing of the initial reads,
621          * so the main cause of inaccuracy is the varying latency from 
622          * inside getit() or rtcin(RTC_STATUSA) to the beginning of the
623          * rtcin(RTC_SEC) that returns a changed seconds count.  The
624          * maximum inaccuracy from this cause is < 10 usec on 486's.
625          */
626         start_sec = sec;
627         for (;;) {
628                 if (!(rtcin(RTC_STATUSA) & RTCSA_TUP))
629                         sec = rtcin(RTC_SEC);
630                 count = sys_cputimer->count();
631                 tot_count += (int)(count - prev_count);
632                 prev_count = count;
633                 if (sec != start_sec)
634                         break;
635                 if (--timeout == 0)
636                         goto fail;
637         }
638
639         /*
640          * Read the cpu cycle counter.  The timing considerations are
641          * similar to those for the i8254 clock.
642          */
643         if (tsc_present) {
644                 tsc_frequency = rdtsc() - old_tsc;
645         }
646
647         if (tsc_present)
648                 kprintf("TSC clock: %llu Hz, ", (long long)tsc_frequency);
649         kprintf("i8254 clock: %u Hz\n", tot_count);
650         return (tot_count);
651
652 fail:
653         kprintf("failed, using default i8254 clock of %u Hz\n",
654                 i8254_cputimer.freq);
655         return (i8254_cputimer.freq);
656 }
657
658 static void
659 i8254_restore(void)
660 {
661         timer0_state = ACQUIRED;
662
663         clock_lock();
664
665         /*
666          * Timer0 is our fine-grained variable clock interrupt
667          */
668         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_SWSTROBE | TIMER_16BIT);
669         outb(TIMER_CNTR0, 2);   /* lsb */
670         outb(TIMER_CNTR0, 0);   /* msb */
671         clock_unlock();
672
673         if (!i8254_nointr) {
674                 cputimer_intr_register(&i8254_cputimer_intr);
675                 cputimer_intr_select(&i8254_cputimer_intr, 0);
676         }
677
678         /*
679          * Timer1 or timer2 is our free-running clock, but only if another
680          * has not been selected.
681          */
682         cputimer_register(&i8254_cputimer);
683         cputimer_select(&i8254_cputimer, 0);
684 }
685
686 static void
687 i8254_cputimer_construct(struct cputimer *timer, sysclock_t oldclock)
688 {
689         int which;
690
691         /*
692          * Should we use timer 1 or timer 2 ?
693          */
694         which = 0;
695         TUNABLE_INT_FETCH("hw.i8254.walltimer", &which);
696         if (which != 1 && which != 2)
697                 which = 2;
698
699         switch(which) {
700         case 1:
701                 timer->name = "i8254_timer1";
702                 timer->type = CPUTIMER_8254_SEL1;
703                 i8254_walltimer_sel = TIMER_SEL1;
704                 i8254_walltimer_cntr = TIMER_CNTR1;
705                 timer1_state = ACQUIRED;
706                 break;
707         case 2:
708                 timer->name = "i8254_timer2";
709                 timer->type = CPUTIMER_8254_SEL2;
710                 i8254_walltimer_sel = TIMER_SEL2;
711                 i8254_walltimer_cntr = TIMER_CNTR2;
712                 timer2_state = ACQUIRED;
713                 break;
714         }
715
716         timer->base = (oldclock + 0xFFFF) & ~0xFFFF;
717
718         clock_lock();
719         outb(TIMER_MODE, i8254_walltimer_sel | TIMER_RATEGEN | TIMER_16BIT);
720         outb(i8254_walltimer_cntr, 0);  /* lsb */
721         outb(i8254_walltimer_cntr, 0);  /* msb */
722         outb(IO_PPI, inb(IO_PPI) | 1);  /* bit 0: enable gate, bit 1: spkr */
723         clock_unlock();
724 }
725
726 static void
727 i8254_cputimer_destruct(struct cputimer *timer)
728 {
729         switch(timer->type) {
730         case CPUTIMER_8254_SEL1:
731             timer1_state = RELEASED;
732             break;
733         case CPUTIMER_8254_SEL2:
734             timer2_state = RELEASED;
735             break;
736         default:
737             break;
738         }
739         timer->type = 0;
740 }
741
742 static void
743 rtc_restore(void)
744 {
745         /* Restore all of the RTC's "status" (actually, control) registers. */
746         writertc(RTC_STATUSB, RTCSB_24HR);
747         writertc(RTC_STATUSA, rtc_statusa);
748         writertc(RTC_STATUSB, rtc_statusb);
749 }
750
751 /*
752  * Restore all the timers.
753  *
754  * This function is called to resynchronize our core timekeeping after a
755  * long halt, e.g. from apm_default_resume() and friends.  It is also 
756  * called if after a BIOS call we have detected munging of the 8254.
757  * It is necessary because cputimer_count() counter's delta may have grown
758  * too large for nanouptime() and friends to handle, or (in the case of 8254
759  * munging) might cause the SYSTIMER code to prematurely trigger.
760  */
761 void
762 timer_restore(void)
763 {
764         crit_enter();
765         i8254_restore();                /* restore timer_freq and hz */
766         rtc_restore();                  /* reenable RTC interrupts */
767         crit_exit();
768 }
769
770 /*
771  * Initialize 8254 timer 0 early so that it can be used in DELAY().
772  */
773 void
774 startrtclock(void)
775 {
776         u_int delta, freq;
777
778         /* 
779          * Can we use the TSC?
780          */
781         if (cpu_feature & CPUID_TSC)
782                 tsc_present = 1;
783         else
784                 tsc_present = 0;
785
786         /*
787          * Initial RTC state, don't do anything unexpected
788          */
789         writertc(RTC_STATUSA, rtc_statusa);
790         writertc(RTC_STATUSB, RTCSB_24HR);
791
792         /*
793          * Set the 8254 timer0 in TIMER_SWSTROBE mode and cause it to 
794          * generate an interrupt, which we will ignore for now.
795          *
796          * Set the 8254 timer1 in TIMER_RATEGEN mode and load 0x0000
797          * (so it counts a full 2^16 and repeats).  We will use this timer
798          * for our counting.
799          */
800         i8254_restore();
801         freq = calibrate_clocks();
802 #ifdef CLK_CALIBRATION_LOOP
803         if (bootverbose) {
804                 kprintf(
805                 "Press a key on the console to abort clock calibration\n");
806                 while (cncheckc() == -1)
807                         calibrate_clocks();
808         }
809 #endif
810
811         /*
812          * Use the calibrated i8254 frequency if it seems reasonable.
813          * Otherwise use the default, and don't use the calibrated i586
814          * frequency.
815          */
816         delta = freq > i8254_cputimer.freq ? 
817                         freq - i8254_cputimer.freq : i8254_cputimer.freq - freq;
818         if (delta < i8254_cputimer.freq / 100) {
819 #ifndef CLK_USE_I8254_CALIBRATION
820                 if (bootverbose)
821                         kprintf(
822 "CLK_USE_I8254_CALIBRATION not specified - using default frequency\n");
823                 freq = i8254_cputimer.freq;
824 #endif
825                 /*
826                  * NOTE:
827                  * Interrupt timer's freq must be adjusted
828                  * before we change the cuptimer's frequency.
829                  */
830                 i8254_cputimer_intr.freq = freq;
831                 cputimer_set_frequency(&i8254_cputimer, freq);
832         } else {
833                 if (bootverbose)
834                         kprintf(
835                     "%d Hz differs from default of %d Hz by more than 1%%\n",
836                                freq, i8254_cputimer.freq);
837                 tsc_frequency = 0;
838         }
839
840 #ifndef CLK_USE_TSC_CALIBRATION
841         if (tsc_frequency != 0) {
842                 if (bootverbose)
843                         kprintf(
844 "CLK_USE_TSC_CALIBRATION not specified - using old calibration method\n");
845                 tsc_frequency = 0;
846         }
847 #endif
848         if (tsc_present && tsc_frequency == 0) {
849                 /*
850                  * Calibration of the i586 clock relative to the mc146818A
851                  * clock failed.  Do a less accurate calibration relative
852                  * to the i8254 clock.
853                  */
854                 u_int64_t old_tsc = rdtsc();
855
856                 DELAY(1000000);
857                 tsc_frequency = rdtsc() - old_tsc;
858 #ifdef CLK_USE_TSC_CALIBRATION
859                 if (bootverbose) {
860                         kprintf("TSC clock: %llu Hz (Method B)\n",
861                                 tsc_frequency);
862                 }
863 #endif
864         }
865
866         EVENTHANDLER_REGISTER(shutdown_post_sync, resettodr_on_shutdown, NULL, SHUTDOWN_PRI_LAST);
867
868 #if !defined(SMP)
869         /*
870          * We can not use the TSC in SMP mode, until we figure out a
871          * cheap (impossible), reliable and precise (yeah right!)  way
872          * to synchronize the TSCs of all the CPUs.
873          * Curse Intel for leaving the counter out of the I/O APIC.
874          */
875
876 #if NAPM > 0
877         /*
878          * We can not use the TSC if we support APM. Precise timekeeping
879          * on an APM'ed machine is at best a fools pursuit, since 
880          * any and all of the time spent in various SMM code can't 
881          * be reliably accounted for.  Reading the RTC is your only
882          * source of reliable time info.  The i8254 looses too of course
883          * but we need to have some kind of time...
884          * We don't know at this point whether APM is going to be used
885          * or not, nor when it might be activated.  Play it safe.
886          */
887         return;
888 #endif /* NAPM > 0 */
889
890 #endif /* !defined(SMP) */
891 }
892
893 /*
894  * Sync the time of day back to the RTC on shutdown, but only if
895  * we have already loaded it and have not crashed.
896  */
897 static void
898 resettodr_on_shutdown(void *arg __unused)
899 {
900         if (rtc_loaded && panicstr == NULL) {
901                 resettodr();
902         }
903 }
904
905 /*
906  * Initialize the time of day register, based on the time base which is, e.g.
907  * from a filesystem.
908  */
909 void
910 inittodr(time_t base)
911 {
912         unsigned long   sec, days;
913         int             year, month;
914         int             y, m;
915         struct timespec ts;
916
917         if (base) {
918                 ts.tv_sec = base;
919                 ts.tv_nsec = 0;
920                 set_timeofday(&ts);
921         }
922
923         /* Look if we have a RTC present and the time is valid */
924         if (!(rtcin(RTC_STATUSD) & RTCSD_PWR))
925                 goto wrong_time;
926
927         /* wait for time update to complete */
928         /* If RTCSA_TUP is zero, we have at least 244us before next update */
929         crit_enter();
930         while (rtcin(RTC_STATUSA) & RTCSA_TUP) {
931                 crit_exit();
932                 crit_enter();
933         }
934
935         days = 0;
936 #ifdef USE_RTC_CENTURY
937         year = readrtc(RTC_YEAR) + readrtc(RTC_CENTURY) * 100;
938 #else
939         year = readrtc(RTC_YEAR) + 1900;
940         if (year < 1970)
941                 year += 100;
942 #endif
943         if (year < 1970) {
944                 crit_exit();
945                 goto wrong_time;
946         }
947         month = readrtc(RTC_MONTH);
948         for (m = 1; m < month; m++)
949                 days += daysinmonth[m-1];
950         if ((month > 2) && LEAPYEAR(year))
951                 days ++;
952         days += readrtc(RTC_DAY) - 1;
953         for (y = 1970; y < year; y++)
954                 days += DAYSPERYEAR + LEAPYEAR(y);
955         sec = ((( days * 24 +
956                   readrtc(RTC_HRS)) * 60 +
957                   readrtc(RTC_MIN)) * 60 +
958                   readrtc(RTC_SEC));
959         /* sec now contains the number of seconds, since Jan 1 1970,
960            in the local time zone */
961
962         sec += tz.tz_minuteswest * 60 + (wall_cmos_clock ? adjkerntz : 0);
963
964         y = time_second - sec;
965         if (y <= -2 || y >= 2) {
966                 /* badly off, adjust it */
967                 ts.tv_sec = sec;
968                 ts.tv_nsec = 0;
969                 set_timeofday(&ts);
970         }
971         rtc_loaded = 1;
972         crit_exit();
973         return;
974
975 wrong_time:
976         kprintf("Invalid time in real time clock.\n");
977         kprintf("Check and reset the date immediately!\n");
978 }
979
980 /*
981  * Write system time back to RTC
982  */
983 void
984 resettodr(void)
985 {
986         struct timeval tv;
987         unsigned long tm;
988         int m;
989         int y;
990
991         if (disable_rtc_set)
992                 return;
993
994         microtime(&tv);
995         tm = tv.tv_sec;
996
997         crit_enter();
998         /* Disable RTC updates and interrupts. */
999         writertc(RTC_STATUSB, RTCSB_HALT | RTCSB_24HR);
1000
1001         /* Calculate local time to put in RTC */
1002
1003         tm -= tz.tz_minuteswest * 60 + (wall_cmos_clock ? adjkerntz : 0);
1004
1005         writertc(RTC_SEC, bin2bcd(tm%60)); tm /= 60;    /* Write back Seconds */
1006         writertc(RTC_MIN, bin2bcd(tm%60)); tm /= 60;    /* Write back Minutes */
1007         writertc(RTC_HRS, bin2bcd(tm%24)); tm /= 24;    /* Write back Hours   */
1008
1009         /* We have now the days since 01-01-1970 in tm */
1010         writertc(RTC_WDAY, (tm+4)%7);                   /* Write back Weekday */
1011         for (y = 1970, m = DAYSPERYEAR + LEAPYEAR(y);
1012              tm >= m;
1013              y++,      m = DAYSPERYEAR + LEAPYEAR(y))
1014              tm -= m;
1015
1016         /* Now we have the years in y and the day-of-the-year in tm */
1017         writertc(RTC_YEAR, bin2bcd(y%100));             /* Write back Year    */
1018 #ifdef USE_RTC_CENTURY
1019         writertc(RTC_CENTURY, bin2bcd(y/100));          /* ... and Century    */
1020 #endif
1021         for (m = 0; ; m++) {
1022                 int ml;
1023
1024                 ml = daysinmonth[m];
1025                 if (m == 1 && LEAPYEAR(y))
1026                         ml++;
1027                 if (tm < ml)
1028                         break;
1029                 tm -= ml;
1030         }
1031
1032         writertc(RTC_MONTH, bin2bcd(m + 1));            /* Write back Month   */
1033         writertc(RTC_DAY, bin2bcd(tm + 1));             /* Write back Month Day */
1034
1035         /* Reenable RTC updates and interrupts. */
1036         writertc(RTC_STATUSB, rtc_statusb);
1037         crit_exit();
1038 }
1039
1040
1041 /*
1042  * Start both clocks running.  DragonFly note: the stat clock is no longer
1043  * used.  Instead, 8254 based systimers are used for all major clock
1044  * interrupts.  statclock_disable is set by default.
1045  */
1046 static void
1047 i8254_intr_initclock(struct cputimer_intr *cti, boolean_t selected)
1048 {
1049         int diag;
1050 #ifdef APIC_IO
1051         int apic_8254_trial;
1052         void *clkdesc;
1053 #endif /* APIC_IO */
1054
1055         callout_init(&sysbeepstop_ch);
1056
1057         if (!selected && i8254_intr_disable) {
1058                 i8254_nointr = 1; /* don't try to register again */
1059                 cputimer_intr_deregister(cti);
1060                 return;
1061         }
1062
1063         if (statclock_disable) {
1064                 /*
1065                  * The stat interrupt mask is different without the
1066                  * statistics clock.  Also, don't set the interrupt
1067                  * flag which would normally cause the RTC to generate
1068                  * interrupts.
1069                  */
1070                 rtc_statusb = RTCSB_24HR;
1071         } else {
1072                 /* Setting stathz to nonzero early helps avoid races. */
1073                 stathz = RTC_NOPROFRATE;
1074                 profhz = RTC_PROFRATE;
1075         }
1076
1077         /* Finish initializing 8253 timer 0. */
1078 #ifdef APIC_IO
1079
1080         apic_8254_intr = isa_apic_irq(0);
1081         apic_8254_trial = 0;
1082         if (apic_8254_intr >= 0 ) {
1083                 if (apic_int_type(0, 0) == 3)
1084                         apic_8254_trial = 1;
1085         } else {
1086                 /* look for ExtInt on pin 0 */
1087                 if (apic_int_type(0, 0) == 3) {
1088                         apic_8254_intr = apic_irq(0, 0);
1089                         setup_8254_mixed_mode();
1090                 } else 
1091                         panic("APIC_IO: Cannot route 8254 interrupt to CPU");
1092         }
1093
1094         clkdesc = register_int(apic_8254_intr, clkintr, NULL, "clk",
1095                                NULL,
1096                                INTR_EXCL | INTR_CLOCK |
1097                                INTR_NOPOLL | INTR_MPSAFE | 
1098                                INTR_NOENTROPY);
1099         machintr_intren(apic_8254_intr);
1100         
1101 #else /* APIC_IO */
1102
1103         register_int(0, clkintr, NULL, "clk", NULL,
1104                      INTR_EXCL | INTR_CLOCK |
1105                      INTR_NOPOLL | INTR_MPSAFE |
1106                      INTR_NOENTROPY);
1107         machintr_intren(ICU_IRQ0);
1108
1109 #endif /* APIC_IO */
1110
1111         /* Initialize RTC. */
1112         writertc(RTC_STATUSA, rtc_statusa);
1113         writertc(RTC_STATUSB, RTCSB_24HR);
1114
1115         if (statclock_disable == 0) {
1116                 diag = rtcin(RTC_DIAG);
1117                 if (diag != 0)
1118                         kprintf("RTC BIOS diagnostic error %b\n", diag, RTCDG_BITS);
1119
1120 #ifdef APIC_IO
1121                 if (isa_apic_irq(8) != 8)
1122                         panic("APIC RTC != 8");
1123 #endif /* APIC_IO */
1124
1125                 register_int(8, (inthand2_t *)rtcintr, NULL, "rtc", NULL,
1126                              INTR_EXCL | INTR_CLOCK | INTR_NOPOLL |
1127                              INTR_NOENTROPY);
1128                 machintr_intren(8);
1129
1130                 writertc(RTC_STATUSB, rtc_statusb);
1131         }
1132
1133 #ifdef APIC_IO
1134         if (apic_8254_trial) {
1135                 sysclock_t base;
1136                 long lastcnt;
1137
1138                 /*
1139                  * Following code assumes the 8254 is the cpu timer,
1140                  * so make sure it is.
1141                  */
1142                 KKASSERT(sys_cputimer == &i8254_cputimer);
1143                 KKASSERT(cti == &i8254_cputimer_intr);
1144
1145                 lastcnt = get_interrupt_counter(apic_8254_intr);
1146
1147                 /*
1148                  * Force an 8254 Timer0 interrupt and wait 1/100s for
1149                  * it to happen, then see if we got it.
1150                  */
1151                 kprintf("APIC_IO: Testing 8254 interrupt delivery\n");
1152                 i8254_intr_reload(cti, 2);
1153                 base = sys_cputimer->count();
1154                 while (sys_cputimer->count() - base < sys_cputimer->freq / 100)
1155                         ;       /* nothing */
1156                 if (get_interrupt_counter(apic_8254_intr) - lastcnt == 0) {
1157                         /* 
1158                          * The MP table is broken.
1159                          * The 8254 was not connected to the specified pin
1160                          * on the IO APIC.
1161                          * Workaround: Limited variant of mixed mode.
1162                          */
1163                         machintr_intrdis(apic_8254_intr);
1164                         unregister_int(clkdesc);
1165                         kprintf("APIC_IO: Broken MP table detected: "
1166                                "8254 is not connected to "
1167                                "IOAPIC #%d intpin %d\n",
1168                                int_to_apicintpin[apic_8254_intr].ioapic,
1169                                int_to_apicintpin[apic_8254_intr].int_pin);
1170                         /* 
1171                          * Revoke current ISA IRQ 0 assignment and 
1172                          * configure a fallback interrupt routing from
1173                          * the 8254 Timer via the 8259 PIC to the
1174                          * an ExtInt interrupt line on IOAPIC #0 intpin 0.
1175                          * We reuse the low level interrupt handler number.
1176                          */
1177                         if (apic_irq(0, 0) < 0) {
1178                                 revoke_apic_irq(apic_8254_intr);
1179                                 assign_apic_irq(0, 0, apic_8254_intr);
1180                         }
1181                         apic_8254_intr = apic_irq(0, 0);
1182                         setup_8254_mixed_mode();
1183                         register_int(apic_8254_intr, clkintr, NULL, "clk",
1184                                      NULL,
1185                                      INTR_EXCL | INTR_CLOCK |
1186                                      INTR_NOPOLL | INTR_MPSAFE |
1187                                      INTR_NOENTROPY);
1188                         machintr_intren(apic_8254_intr);
1189                 }
1190         }
1191         if (apic_int_type(0, 0) != 3 ||
1192             int_to_apicintpin[apic_8254_intr].ioapic != 0 ||
1193             int_to_apicintpin[apic_8254_intr].int_pin != 0) {
1194                 kprintf("APIC_IO: routing 8254 via IOAPIC #%d intpin %d\n",
1195                        int_to_apicintpin[apic_8254_intr].ioapic,
1196                        int_to_apicintpin[apic_8254_intr].int_pin);
1197         } else {
1198                 kprintf("APIC_IO: "
1199                        "routing 8254 via 8259 and IOAPIC #0 intpin 0\n");
1200         }
1201 #endif
1202 }
1203
1204 #ifdef APIC_IO
1205
1206 static void 
1207 setup_8254_mixed_mode(void)
1208 {
1209         /*
1210          * Allow 8254 timer to INTerrupt 8259:
1211          *  re-initialize master 8259:
1212          *   reset; prog 4 bytes, single ICU, edge triggered
1213          */
1214         outb(IO_ICU1, 0x13);
1215         outb(IO_ICU1 + 1, IDT_OFFSET);  /* start vector (unused) */
1216         outb(IO_ICU1 + 1, 0x00);        /* ignore slave */
1217         outb(IO_ICU1 + 1, 0x03);        /* auto EOI, 8086 */
1218         outb(IO_ICU1 + 1, 0xfe);        /* unmask INT0 */
1219         
1220         /* program IO APIC for type 3 INT on INT0 */
1221         if (ext_int_setup(0, 0) < 0)
1222                 panic("8254 redirect via APIC pin0 impossible!");
1223 }
1224 #endif
1225
1226 void
1227 setstatclockrate(int newhz)
1228 {
1229         if (newhz == RTC_PROFRATE)
1230                 rtc_statusa = RTCSA_DIVIDER | RTCSA_PROF;
1231         else
1232                 rtc_statusa = RTCSA_DIVIDER | RTCSA_NOPROF;
1233         writertc(RTC_STATUSA, rtc_statusa);
1234 }
1235
1236 #if 0
1237 static unsigned
1238 tsc_get_timecount(struct timecounter *tc)
1239 {
1240         return (rdtsc());
1241 }
1242 #endif
1243
1244 #ifdef KERN_TIMESTAMP
1245 #define KERN_TIMESTAMP_SIZE 16384
1246 static u_long tsc[KERN_TIMESTAMP_SIZE] ;
1247 SYSCTL_OPAQUE(_debug, OID_AUTO, timestamp, CTLFLAG_RD, tsc,
1248         sizeof(tsc), "LU", "Kernel timestamps");
1249 void  
1250 _TSTMP(u_int32_t x)
1251 {
1252         static int i;
1253
1254         tsc[i] = (u_int32_t)rdtsc();
1255         tsc[i+1] = x;
1256         i = i + 2;
1257         if (i >= KERN_TIMESTAMP_SIZE)
1258                 i = 0;
1259         tsc[i] = 0; /* mark last entry */
1260 }
1261 #endif /* KERN_TIMESTAMP */
1262
1263 /*
1264  *
1265  */
1266
1267 static int
1268 hw_i8254_timestamp(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1269 {
1270     sysclock_t count;
1271     __uint64_t tscval;
1272     char buf[32];
1273
1274     crit_enter();
1275     if (sys_cputimer == &i8254_cputimer)
1276         count = sys_cputimer->count();
1277     else
1278         count = 0;
1279     if (tsc_present)
1280         tscval = rdtsc();
1281     else
1282         tscval = 0;
1283     crit_exit();
1284     ksnprintf(buf, sizeof(buf), "%08x %016llx", count, (long long)tscval);
1285     return(SYSCTL_OUT(req, buf, strlen(buf) + 1));
1286 }
1287
1288 SYSCTL_NODE(_hw, OID_AUTO, i8254, CTLFLAG_RW, 0, "I8254");
1289 SYSCTL_UINT(_hw_i8254, OID_AUTO, freq, CTLFLAG_RD, &i8254_cputimer.freq, 0,
1290             "frequency");
1291 SYSCTL_PROC(_hw_i8254, OID_AUTO, timestamp, CTLTYPE_STRING|CTLFLAG_RD,
1292             0, 0, hw_i8254_timestamp, "A", "");
1293
1294 SYSCTL_INT(_hw, OID_AUTO, tsc_present, CTLFLAG_RD,
1295             &tsc_present, 0, "TSC Available");
1296 SYSCTL_QUAD(_hw, OID_AUTO, tsc_frequency, CTLFLAG_RD,
1297             &tsc_frequency, 0, "TSC Frequency");
1298