ac89595f8807f4b257041235ca69a15bfe6211a9
[dragonfly.git] / sys / platform / pc32 / i386 / mp_machdep.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1996, by Steve Passe
3  * All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10  * 2. The name of the developer may NOT be used to endorse or promote products
11  *    derived from this software without specific prior written permission.
12  *
13  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
14  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
15  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
16  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
17  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
18  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
19  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
20  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
21  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
22  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
23  * SUCH DAMAGE.
24  *
25  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/mp_machdep.c,v 1.115.2.15 2003/03/14 21:22:35 jhb Exp $
26  */
27
28 #include "opt_cpu.h"
29
30 #include <sys/param.h>
31 #include <sys/systm.h>
32 #include <sys/kernel.h>
33 #include <sys/sysctl.h>
34 #include <sys/malloc.h>
35 #include <sys/memrange.h>
36 #include <sys/cons.h>   /* cngetc() */
37 #include <sys/machintr.h>
38
39 #include <vm/vm.h>
40 #include <vm/vm_param.h>
41 #include <vm/pmap.h>
42 #include <vm/vm_kern.h>
43 #include <vm/vm_extern.h>
44 #include <sys/lock.h>
45 #include <vm/vm_map.h>
46 #include <sys/user.h>
47 #ifdef GPROF 
48 #include <sys/gmon.h>
49 #endif
50
51 #include <sys/mplock2.h>
52
53 #include <machine/smp.h>
54 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
55 #include <machine/atomic.h>
56 #include <machine/cpufunc.h>
57 #include <machine/cputypes.h>
58 #include <machine_base/icu/icu_var.h>
59 #include <machine_base/apic/ioapic_abi.h>
60 #include <machine_base/apic/lapic.h>
61 #include <machine_base/apic/ioapic.h>
62 #include <machine/psl.h>
63 #include <machine/segments.h>
64 #include <machine/tss.h>
65 #include <machine/specialreg.h>
66 #include <machine/globaldata.h>
67 #include <machine/pmap_inval.h>
68
69 #include <machine/md_var.h>             /* setidt() */
70 #include <machine_base/icu/icu.h>       /* IPIs */
71 #include <machine/intr_machdep.h>       /* IPIs */
72
73 #define WARMBOOT_TARGET         0
74 #define WARMBOOT_OFF            (KERNBASE + 0x0467)
75 #define WARMBOOT_SEG            (KERNBASE + 0x0469)
76
77 #define CMOS_REG                (0x70)
78 #define CMOS_DATA               (0x71)
79 #define BIOS_RESET              (0x0f)
80 #define BIOS_WARM               (0x0a)
81
82 /*
83  * this code MUST be enabled here and in mpboot.s.
84  * it follows the very early stages of AP boot by placing values in CMOS ram.
85  * it NORMALLY will never be needed and thus the primitive method for enabling.
86  *
87  */
88 #if defined(CHECK_POINTS)
89 #define CHECK_READ(A)    (outb(CMOS_REG, (A)), inb(CMOS_DATA))
90 #define CHECK_WRITE(A,D) (outb(CMOS_REG, (A)), outb(CMOS_DATA, (D)))
91
92 #define CHECK_INIT(D);                          \
93         CHECK_WRITE(0x34, (D));                 \
94         CHECK_WRITE(0x35, (D));                 \
95         CHECK_WRITE(0x36, (D));                 \
96         CHECK_WRITE(0x37, (D));                 \
97         CHECK_WRITE(0x38, (D));                 \
98         CHECK_WRITE(0x39, (D));
99
100 #define CHECK_PRINT(S);                         \
101         kprintf("%s: %d, %d, %d, %d, %d, %d\n", \
102            (S),                                 \
103            CHECK_READ(0x34),                    \
104            CHECK_READ(0x35),                    \
105            CHECK_READ(0x36),                    \
106            CHECK_READ(0x37),                    \
107            CHECK_READ(0x38),                    \
108            CHECK_READ(0x39));
109
110 #else                           /* CHECK_POINTS */
111
112 #define CHECK_INIT(D)
113 #define CHECK_PRINT(S)
114
115 #endif                          /* CHECK_POINTS */
116
117 /*
118  * Values to send to the POST hardware.
119  */
120 #define MP_BOOTADDRESS_POST     0x10
121 #define MP_PROBE_POST           0x11
122 #define MPTABLE_PASS1_POST      0x12
123
124 #define MP_START_POST           0x13
125 #define MP_ENABLE_POST          0x14
126 #define MPTABLE_PASS2_POST      0x15
127
128 #define START_ALL_APS_POST      0x16
129 #define INSTALL_AP_TRAMP_POST   0x17
130 #define START_AP_POST           0x18
131
132 #define MP_ANNOUNCE_POST        0x19
133
134 /** XXX FIXME: where does this really belong, isa.h/isa.c perhaps? */
135 int     current_postcode;
136
137 /** XXX FIXME: what system files declare these??? */
138 extern struct region_descriptor r_gdt, r_idt;
139
140 extern int nkpt;
141 extern int naps;
142
143 int64_t tsc0_offset;
144 extern int64_t tsc_offsets[];
145
146 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
147 char *bootSTK;
148 static int bootAP;
149
150 /* Hotwire a 0->4MB V==P mapping */
151 extern pt_entry_t *KPTphys;
152
153 /*
154  * SMP page table page.  Setup by locore to point to a page table
155  * page from which we allocate per-cpu privatespace areas io_apics,
156  * and so forth.
157  */
158 extern pt_entry_t *SMPpt;
159
160 struct pcb stoppcbs[MAXCPU];
161
162 /*
163  * Local data and functions.
164  */
165
166 static u_int    boot_address;
167 static int      mp_finish;
168 static int      mp_finish_lapic;
169
170 static int      start_all_aps(u_int boot_addr);
171 static void     install_ap_tramp(u_int boot_addr);
172 static int      start_ap(struct mdglobaldata *gd, u_int boot_addr, int smibest);
173 static int      smitest(void);
174 static void     mp_bsp_simple_setup(void);
175
176 static cpumask_t smp_startup_mask = 1;  /* which cpus have been started */
177 static cpumask_t smp_lapic_mask = 1;    /* which cpus have lapic been inited */
178 cpumask_t smp_active_mask = 1;  /* which cpus are ready for IPIs etc? */
179 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, smp_active, CTLFLAG_RD, &smp_active_mask, 0, "");
180
181 /* Local data for detecting CPU TOPOLOGY */
182 static int core_bits = 0;
183 static int logical_CPU_bits = 0;
184
185
186 /*
187  * Calculate usable address in base memory for AP trampoline code.
188  */
189 u_int
190 mp_bootaddress(u_int basemem)
191 {
192         POSTCODE(MP_BOOTADDRESS_POST);
193
194         boot_address = basemem & ~0xfff;        /* round down to 4k boundary */
195         if ((basemem - boot_address) < bootMP_size)
196                 boot_address -= 4096;   /* not enough, lower by 4k */
197
198         return boot_address;
199 }
200
201 /*
202  * Print various information about the SMP system hardware and setup.
203  */
204 void
205 mp_announce(void)
206 {
207         int     x;
208
209         POSTCODE(MP_ANNOUNCE_POST);
210
211         kprintf("DragonFly/MP: Multiprocessor motherboard\n");
212         kprintf(" cpu0 (BSP): apic id: %2d\n", CPUID_TO_APICID(0));
213         for (x = 1; x <= naps; ++x)
214                 kprintf(" cpu%d (AP):  apic id: %2d\n", x, CPUID_TO_APICID(x));
215
216         if (!ioapic_enable)
217                 kprintf(" Warning: APIC I/O disabled\n");
218 }
219
220 /*
221  * AP cpu's call this to sync up protected mode.
222  *
223  * WARNING!  We must ensure that the cpu is sufficiently initialized to
224  * be able to use to the FP for our optimized bzero/bcopy code before
225  * we enter more mainstream C code.
226  *
227  * WARNING! %fs is not set up on entry.  This routine sets up %fs.
228  */
229 void
230 init_secondary(void)
231 {
232         int     gsel_tss;
233         int     x, myid = bootAP;
234         u_int   cr0;
235         struct mdglobaldata *md;
236         struct privatespace *ps;
237
238         ps = &CPU_prvspace[myid];
239
240         gdt_segs[GPRIV_SEL].ssd_base = (int)ps;
241         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base =
242                 (int) &ps->mdglobaldata.gd_common_tss;
243         ps->mdglobaldata.mi.gd_prvspace = ps;
244
245         for (x = 0; x < NGDT; x++) {
246                 ssdtosd(&gdt_segs[x], &gdt[myid * NGDT + x].sd);
247         }
248
249         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(gdt[0]) - 1;
250         r_gdt.rd_base = (int) &gdt[myid * NGDT];
251         lgdt(&r_gdt);                   /* does magic intra-segment return */
252
253         lidt(&r_idt);
254
255         lldt(_default_ldt);
256         mdcpu->gd_currentldt = _default_ldt;
257
258         gsel_tss = GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL);
259         gdt[myid * NGDT + GPROC0_SEL].sd.sd_type = SDT_SYS386TSS;
260
261         md = mdcpu;     /* loaded through %fs:0 (mdglobaldata.mi.gd_prvspace)*/
262
263         md->gd_common_tss.tss_esp0 = 0; /* not used until after switch */
264         md->gd_common_tss.tss_ss0 = GSEL(GDATA_SEL, SEL_KPL);
265         md->gd_common_tss.tss_ioopt = (sizeof md->gd_common_tss) << 16;
266         md->gd_tss_gdt = &gdt[myid * NGDT + GPROC0_SEL].sd;
267         md->gd_common_tssd = *md->gd_tss_gdt;
268         ltr(gsel_tss);
269
270         /*
271          * Set to a known state:
272          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
273          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
274          */
275         cr0 = rcr0();
276         cr0 &= ~(CR0_CD | CR0_NW | CR0_EM);
277         load_cr0(cr0);
278         pmap_set_opt();         /* PSE/4MB pages, etc */
279
280         /* set up CPU registers and state */
281         cpu_setregs();
282
283         /* set up FPU state on the AP */
284         npxinit(__INITIAL_NPXCW__);
285
286         /* set up SSE registers */
287         enable_sse();
288 }
289
290 /*******************************************************************
291  * local functions and data
292  */
293
294 /*
295  * Start the SMP system
296  */
297 static void
298 mp_start_aps(void *dummy __unused)
299 {
300         if (lapic_enable) {
301                 /* start each Application Processor */
302                 start_all_aps(boot_address);
303         } else {
304                 mp_bsp_simple_setup();
305         }
306 }
307 SYSINIT(startaps, SI_BOOT2_START_APS, SI_ORDER_FIRST, mp_start_aps, NULL)
308
309 /*
310  * start each AP in our list
311  */
312 static int
313 start_all_aps(u_int boot_addr)
314 {
315         int     x, i, pg;
316         int     shift;
317         int     smicount;
318         int     smibest;
319         int     smilast;
320         u_char  mpbiosreason;
321         u_long  mpbioswarmvec;
322         struct mdglobaldata *gd;
323         struct privatespace *ps;
324         char *stack;
325         uintptr_t kptbase;
326
327         POSTCODE(START_ALL_APS_POST);
328
329         /* install the AP 1st level boot code */
330         install_ap_tramp(boot_addr);
331
332
333         /* save the current value of the warm-start vector */
334         mpbioswarmvec = *((u_long *) WARMBOOT_OFF);
335         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
336         mpbiosreason = inb(CMOS_DATA);
337
338         /* setup a vector to our boot code */
339         *((volatile u_short *) WARMBOOT_OFF) = WARMBOOT_TARGET;
340         *((volatile u_short *) WARMBOOT_SEG) = (boot_addr >> 4);
341         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
342         outb(CMOS_DATA, BIOS_WARM);     /* 'warm-start' */
343
344         /*
345          * If we have a TSC we can figure out the SMI interrupt rate.
346          * The SMI does not necessarily use a constant rate.  Spend
347          * up to 250ms trying to figure it out.
348          */
349         smibest = 0;
350         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
351                 set_apic_timer(275000);
352                 smilast = read_apic_timer();
353                 for (x = 0; x < 20 && read_apic_timer(); ++x) {
354                         smicount = smitest();
355                         if (smibest == 0 || smilast - smicount < smibest)
356                                 smibest = smilast - smicount;
357                         smilast = smicount;
358                 }
359                 if (smibest > 250000)
360                         smibest = 0;
361                 if (smibest) {
362                         smibest = smibest * (int64_t)1000000 /
363                                   get_apic_timer_frequency();
364                 }
365         }
366         if (smibest)
367                 kprintf("SMI Frequency (worst case): %d Hz (%d us)\n",
368                         1000000 / smibest, smibest);
369
370
371         /* set up temporary P==V mapping for AP boot */
372         /* XXX this is a hack, we should boot the AP on its own stack/PTD */
373         kptbase = (uintptr_t)(void *)KPTphys;
374         for (x = 0; x < NKPT; x++) {
375                 PTD[x] = (pd_entry_t)(PG_V | PG_RW |
376                     ((kptbase + x * PAGE_SIZE) & PG_FRAME));
377         }
378         cpu_invltlb();
379
380         /* start each AP */
381         for (x = 1; x <= naps; ++x) {
382
383                 /* This is a bit verbose, it will go away soon.  */
384
385                 /* first page of AP's private space */
386                 pg = x * i386_btop(sizeof(struct privatespace));
387
388                 /* allocate new private data page(s) */
389                 gd = (struct mdglobaldata *)kmem_alloc(&kernel_map, 
390                                 MDGLOBALDATA_BASEALLOC_SIZE);
391                 /* wire it into the private page table page */
392                 for (i = 0; i < MDGLOBALDATA_BASEALLOC_SIZE; i += PAGE_SIZE) {
393                         SMPpt[pg + i / PAGE_SIZE] = (pt_entry_t)
394                             (PG_V | PG_RW | vtophys_pte((char *)gd + i));
395                 }
396                 pg += MDGLOBALDATA_BASEALLOC_PAGES;
397
398                 SMPpt[pg + 0] = 0;              /* *gd_CMAP1 */
399                 SMPpt[pg + 1] = 0;              /* *gd_CMAP2 */
400                 SMPpt[pg + 2] = 0;              /* *gd_CMAP3 */
401                 SMPpt[pg + 3] = 0;              /* *gd_PMAP1 */
402
403                 /* allocate and set up an idle stack data page */
404                 stack = (char *)kmem_alloc(&kernel_map, UPAGES*PAGE_SIZE);
405                 for (i = 0; i < UPAGES; i++) {
406                         SMPpt[pg + 4 + i] = (pt_entry_t)
407                             (PG_V | PG_RW | vtophys_pte(PAGE_SIZE * i + stack));
408                 }
409
410                 gd = &CPU_prvspace[x].mdglobaldata;     /* official location */
411                 bzero(gd, sizeof(*gd));
412                 gd->mi.gd_prvspace = ps = &CPU_prvspace[x];
413
414                 /* prime data page for it to use */
415                 mi_gdinit(&gd->mi, x);
416                 cpu_gdinit(gd, x);
417                 gd->gd_CMAP1 = &SMPpt[pg + 0];
418                 gd->gd_CMAP2 = &SMPpt[pg + 1];
419                 gd->gd_CMAP3 = &SMPpt[pg + 2];
420                 gd->gd_PMAP1 = &SMPpt[pg + 3];
421                 gd->gd_CADDR1 = ps->CPAGE1;
422                 gd->gd_CADDR2 = ps->CPAGE2;
423                 gd->gd_CADDR3 = ps->CPAGE3;
424                 gd->gd_PADDR1 = (unsigned *)ps->PPAGE1;
425
426                 /*
427                  * Per-cpu pmap for get_ptbase().
428                  */
429                 gd->gd_GDADDR1= (unsigned *)
430                         kmem_alloc_nofault(&kernel_map, SEG_SIZE, SEG_SIZE);
431                 gd->gd_GDMAP1 = &PTD[(vm_offset_t)gd->gd_GDADDR1 >> PDRSHIFT];
432
433                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, sizeof(lwkt_ipiq) * (naps + 1));
434                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * (naps + 1));
435
436                 /*
437                  * Setup the AP boot stack
438                  */
439                 bootSTK = &ps->idlestack[UPAGES*PAGE_SIZE/2];
440                 bootAP = x;
441
442                 /* attempt to start the Application Processor */
443                 CHECK_INIT(99); /* setup checkpoints */
444                 if (!start_ap(gd, boot_addr, smibest)) {
445                         kprintf("AP #%d (PHY# %d) failed!\n", x,
446                             CPUID_TO_APICID(x));
447                         CHECK_PRINT("trace");   /* show checkpoints */
448                         /* better panic as the AP may be running loose */
449                         kprintf("panic y/n? [y] ");
450                         if (cngetc() != 'n')
451                                 panic("bye-bye");
452                 }
453                 CHECK_PRINT("trace");           /* show checkpoints */
454         }
455
456         /* set ncpus to 1 + highest logical cpu.  Not all may have come up */
457         ncpus = x;
458
459         /* ncpus2 -- ncpus rounded down to the nearest power of 2 */
460         for (shift = 0; (1 << shift) <= ncpus; ++shift)
461                 ;
462         --shift;
463         ncpus2_shift = shift;
464         ncpus2 = 1 << shift;
465         ncpus2_mask = ncpus2 - 1;
466
467         /* ncpus_fit -- ncpus rounded up to the nearest power of 2 */
468         if ((1 << shift) < ncpus)
469                 ++shift;
470         ncpus_fit = 1 << shift;
471         ncpus_fit_mask = ncpus_fit - 1;
472
473         /* build our map of 'other' CPUs */
474         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
475         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
476         bzero(mycpu->gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
477
478         /* restore the warmstart vector */
479         *(u_long *) WARMBOOT_OFF = mpbioswarmvec;
480         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
481         outb(CMOS_DATA, mpbiosreason);
482
483         /*
484          * NOTE!  The idlestack for the BSP was setup by locore.  Finish
485          * up, clean out the P==V mapping we did earlier.
486          */
487         for (x = 0; x < NKPT; x++)
488                 PTD[x] = 0;
489         pmap_set_opt();
490
491         /*
492          * Wait all APs to finish initializing LAPIC
493          */
494         mp_finish_lapic = 1;
495         if (bootverbose)
496                 kprintf("SMP: Waiting APs LAPIC initialization\n");
497         if (cpu_feature & CPUID_TSC)
498                 tsc0_offset = rdtsc();
499         tsc_offsets[0] = 0;
500         rel_mplock();
501         while (smp_lapic_mask != smp_startup_mask) {
502                 cpu_lfence();
503                 if (cpu_feature & CPUID_TSC)
504                         tsc0_offset = rdtsc();
505         }
506         while (try_mplock() == 0)
507                 ;
508
509         /* number of APs actually started */
510         return ncpus - 1;
511 }
512
513 /*
514  * load the 1st level AP boot code into base memory.
515  */
516
517 /* targets for relocation */
518 extern void bigJump(void);
519 extern void bootCodeSeg(void);
520 extern void bootDataSeg(void);
521 extern void MPentry(void);
522 extern u_int MP_GDT;
523 extern u_int mp_gdtbase;
524
525 static void
526 install_ap_tramp(u_int boot_addr)
527 {
528         int     x;
529         int     size = *(int *) ((u_long) & bootMP_size);
530         u_char *src = (u_char *) ((u_long) bootMP);
531         u_char *dst = (u_char *) boot_addr + KERNBASE;
532         u_int   boot_base = (u_int) bootMP;
533         u_int8_t *dst8;
534         u_int16_t *dst16;
535         u_int32_t *dst32;
536
537         POSTCODE(INSTALL_AP_TRAMP_POST);
538
539         for (x = 0; x < size; ++x)
540                 *dst++ = *src++;
541
542         /*
543          * modify addresses in code we just moved to basemem. unfortunately we
544          * need fairly detailed info about mpboot.s for this to work.  changes
545          * to mpboot.s might require changes here.
546          */
547
548         /* boot code is located in KERNEL space */
549         dst = (u_char *) boot_addr + KERNBASE;
550
551         /* modify the lgdt arg */
552         dst32 = (u_int32_t *) (dst + ((u_int) & mp_gdtbase - boot_base));
553         *dst32 = boot_addr + ((u_int) & MP_GDT - boot_base);
554
555         /* modify the ljmp target for MPentry() */
556         dst32 = (u_int32_t *) (dst + ((u_int) bigJump - boot_base) + 1);
557         *dst32 = ((u_int) MPentry - KERNBASE);
558
559         /* modify the target for boot code segment */
560         dst16 = (u_int16_t *) (dst + ((u_int) bootCodeSeg - boot_base));
561         dst8 = (u_int8_t *) (dst16 + 1);
562         *dst16 = boot_addr & 0xffff;
563         *dst8 = (boot_addr >> 16) & 0xff;
564
565         /* modify the target for boot data segment */
566         dst16 = (u_int16_t *) (dst + ((u_int) bootDataSeg - boot_base));
567         dst8 = (u_int8_t *) (dst16 + 1);
568         *dst16 = boot_addr & 0xffff;
569         *dst8 = (boot_addr >> 16) & 0xff;
570 }
571
572
573 /*
574  * This function starts the AP (application processor) identified
575  * by the APIC ID 'physicalCpu'.  It does quite a "song and dance"
576  * to accomplish this.  This is necessary because of the nuances
577  * of the different hardware we might encounter.  It ain't pretty,
578  * but it seems to work.
579  *
580  * NOTE: eventually an AP gets to ap_init(), which is called just 
581  * before the AP goes into the LWKT scheduler's idle loop.
582  */
583 static int
584 start_ap(struct mdglobaldata *gd, u_int boot_addr, int smibest)
585 {
586         int     physical_cpu;
587         int     vector;
588         u_long  icr_lo, icr_hi;
589
590         POSTCODE(START_AP_POST);
591
592         /* get the PHYSICAL APIC ID# */
593         physical_cpu = CPUID_TO_APICID(gd->mi.gd_cpuid);
594
595         /* calculate the vector */
596         vector = (boot_addr >> 12) & 0xff;
597
598         /* We don't want anything interfering */
599         cpu_disable_intr();
600
601         /* Make sure the target cpu sees everything */
602         wbinvd();
603
604         /*
605          * Try to detect when a SMI has occurred, wait up to 200ms.
606          *
607          * If a SMI occurs during an AP reset but before we issue
608          * the STARTUP command, the AP may brick.  To work around
609          * this problem we hold off doing the AP startup until
610          * after we have detected the SMI.  Hopefully another SMI
611          * will not occur before we finish the AP startup.
612          *
613          * Retries don't seem to help.  SMIs have a window of opportunity
614          * and if USB->legacy keyboard emulation is enabled in the BIOS
615          * the interrupt rate can be quite high.
616          *
617          * NOTE: Don't worry about the L1 cache load, it might bloat
618          *       ldelta a little but ndelta will be so huge when the SMI
619          *       occurs the detection logic will still work fine.
620          */
621         if (smibest) {
622                 set_apic_timer(200000);
623                 smitest();
624         }
625
626         /*
627          * first we do an INIT/RESET IPI this INIT IPI might be run, reseting
628          * and running the target CPU. OR this INIT IPI might be latched (P5
629          * bug), CPU waiting for STARTUP IPI. OR this INIT IPI might be
630          * ignored.
631          *
632          * see apic/apicreg.h for icr bit definitions.
633          *
634          * TIME CRITICAL CODE, DO NOT DO ANY KPRINTFS IN THE HOT PATH.
635          */
636
637         /*
638          * Setup the address for the target AP.  We can setup
639          * icr_hi once and then just trigger operations with
640          * icr_lo.
641          */
642         icr_hi = lapic->icr_hi & ~APIC_ID_MASK;
643         icr_hi |= (physical_cpu << 24);
644         icr_lo = lapic->icr_lo & 0xfff00000;
645         lapic->icr_hi = icr_hi;
646
647         /*
648          * Do an INIT IPI: assert RESET
649          *
650          * Use edge triggered mode to assert INIT
651          */
652         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x0000c500;
653         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
654                  /* spin */ ;
655
656         /*
657          * The spec calls for a 10ms delay but we may have to use a
658          * MUCH lower delay to avoid bricking an AP due to a fast SMI
659          * interrupt.  We have other loops here too and dividing by 2
660          * doesn't seem to be enough even after subtracting 350us,
661          * so we divide by 4.
662          *
663          * Our minimum delay is 150uS, maximum is 10ms.  If no SMI
664          * interrupt was detected we use the full 10ms.
665          */
666         if (smibest == 0)
667                 u_sleep(10000);
668         else if (smibest < 150 * 4 + 350)
669                 u_sleep(150);
670         else if ((smibest - 350) / 4 < 10000)
671                 u_sleep((smibest - 350) / 4);
672         else
673                 u_sleep(10000);
674
675         /*
676          * Do an INIT IPI: deassert RESET
677          *
678          * Use level triggered mode to deassert.  It is unclear
679          * why we need to do this.
680          */
681         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00008500;
682         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
683                  /* spin */ ;
684         u_sleep(150);                           /* wait 150us */
685
686         /*
687          * Next we do a STARTUP IPI: the previous INIT IPI might still be
688          * latched, (P5 bug) this 1st STARTUP would then terminate
689          * immediately, and the previously started INIT IPI would continue. OR
690          * the previous INIT IPI has already run. and this STARTUP IPI will
691          * run. OR the previous INIT IPI was ignored. and this STARTUP IPI
692          * will run.
693          */
694         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00000600 | vector;
695         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
696                  /* spin */ ;
697         u_sleep(200);           /* wait ~200uS */
698
699         /*
700          * Finally we do a 2nd STARTUP IPI: this 2nd STARTUP IPI should run IF
701          * the previous STARTUP IPI was cancelled by a latched INIT IPI. OR
702          * this STARTUP IPI will be ignored, as only ONE STARTUP IPI is
703          * recognized after hardware RESET or INIT IPI.
704          */
705         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00000600 | vector;
706         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
707                  /* spin */ ;
708
709         /* Resume normal operation */
710         cpu_enable_intr();
711
712         /* wait for it to start, see ap_init() */
713         set_apic_timer(5000000);/* == 5 seconds */
714         while (read_apic_timer()) {
715                 if (smp_startup_mask & CPUMASK(gd->mi.gd_cpuid))
716                         return 1;       /* return SUCCESS */
717         }
718
719         return 0;               /* return FAILURE */
720 }
721
722 static
723 int
724 smitest(void)
725 {
726         int64_t ltsc;
727         int64_t ntsc;
728         int64_t ldelta;
729         int64_t ndelta;
730         int count;
731
732         ldelta = 0;
733         ndelta = 0;
734         while (read_apic_timer()) {
735                 ltsc = rdtsc();
736                 for (count = 0; count < 100; ++count)
737                         ntsc = rdtsc(); /* force loop to occur */
738                 if (ldelta) {
739                         ndelta = ntsc - ltsc;
740                         if (ldelta > ndelta)
741                                 ldelta = ndelta;
742                         if (ndelta > ldelta * 2)
743                                 break;
744                 } else {
745                         ldelta = ntsc - ltsc;
746                 }
747         }
748         return(read_apic_timer());
749 }
750
751 /*
752  * Lazy flush the TLB on all other CPU's.  DEPRECATED.
753  *
754  * If for some reason we were unable to start all cpus we cannot safely
755  * use broadcast IPIs.
756  */
757
758 static cpumask_t smp_invltlb_req;
759 #define SMP_INVLTLB_DEBUG
760
761 void
762 smp_invltlb(void)
763 {
764         struct mdglobaldata *md = mdcpu;
765 #ifdef SMP_INVLTLB_DEBUG
766         long count = 0;
767         long xcount = 0;
768 #endif
769
770         crit_enter_gd(&md->mi);
771         md->gd_invltlb_ret = 0;
772         ++md->mi.gd_cnt.v_smpinvltlb;
773         atomic_set_cpumask(&smp_invltlb_req, md->mi.gd_cpumask);
774 #ifdef SMP_INVLTLB_DEBUG
775 again:
776 #endif
777         if (smp_startup_mask == smp_active_mask) {
778                 all_but_self_ipi(XINVLTLB_OFFSET);
779         } else {
780                 selected_apic_ipi(smp_active_mask & ~md->mi.gd_cpumask,
781                                   XINVLTLB_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
782         }
783
784 #ifdef SMP_INVLTLB_DEBUG
785         if (xcount)
786                 kprintf("smp_invltlb: ipi sent\n");
787 #endif
788         while ((md->gd_invltlb_ret & smp_active_mask & ~md->mi.gd_cpumask) !=
789                (smp_active_mask & ~md->mi.gd_cpumask)) {
790                 cpu_mfence();
791                 cpu_pause();
792 #ifdef SMP_INVLTLB_DEBUG
793                 /* DEBUGGING */
794                 if (++count == 400000000) {
795                         print_backtrace(-1);
796                         kprintf("smp_invltlb: endless loop %08lx %08lx, "
797                                 "rflags %016lx retry",
798                                 (long)md->gd_invltlb_ret,
799                                 (long)smp_invltlb_req,
800                                 (long)read_eflags());
801                         __asm __volatile ("sti");
802                         ++xcount;
803                         if (xcount > 2)
804                                 lwkt_process_ipiq();
805                         if (xcount > 3) {
806                                 int bcpu = BSFCPUMASK(~md->gd_invltlb_ret &
807                                                       ~md->mi.gd_cpumask &
808                                                       smp_active_mask);
809                                 globaldata_t xgd;
810                                 kprintf("bcpu %d\n", bcpu);
811                                 xgd = globaldata_find(bcpu);
812                                 kprintf("thread %p %s\n", xgd->gd_curthread, xgd->gd_curthread->td_comm);
813                         }
814                         if (xcount > 5)
815                                 panic("giving up");
816                         count = 0;
817                         goto again;
818                 }
819 #endif
820         }
821         atomic_clear_cpumask(&smp_invltlb_req, md->mi.gd_cpumask);
822         crit_exit_gd(&md->mi);
823 }
824
825 /*
826  * Called from Xinvltlb assembly with interrupts disabled.  We didn't
827  * bother to bump the critical section count or nested interrupt count
828  * so only do very low level operations here.
829  */
830 void
831 smp_invltlb_intr(void)
832 {
833         struct mdglobaldata *md = mdcpu;
834         struct mdglobaldata *omd;
835         cpumask_t mask;
836         int cpu;
837
838         mask = smp_invltlb_req;
839         cpu_mfence();
840         cpu_invltlb();
841         while (mask) {
842                 cpu = BSFCPUMASK(mask);
843                 mask &= ~CPUMASK(cpu);
844                 omd = (struct mdglobaldata *)globaldata_find(cpu);
845                 atomic_set_cpumask(&omd->gd_invltlb_ret, md->mi.gd_cpumask);
846         }
847 }
848
849 /*
850  * When called the executing CPU will send an IPI to all other CPUs
851  *  requesting that they halt execution.
852  *
853  * Usually (but not necessarily) called with 'other_cpus' as its arg.
854  *
855  *  - Signals all CPUs in map to stop.
856  *  - Waits for each to stop.
857  *
858  * Returns:
859  *  -1: error
860  *   0: NA
861  *   1: ok
862  *
863  * XXX FIXME: this is not MP-safe, needs a lock to prevent multiple CPUs
864  *            from executing at same time.
865  */
866 int
867 stop_cpus(cpumask_t map)
868 {
869         map &= smp_active_mask;
870
871         /* send the Xcpustop IPI to all CPUs in map */
872         selected_apic_ipi(map, XCPUSTOP_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
873         
874         while ((stopped_cpus & map) != map)
875                 /* spin */ ;
876
877         return 1;
878 }
879
880
881 /*
882  * Called by a CPU to restart stopped CPUs. 
883  *
884  * Usually (but not necessarily) called with 'stopped_cpus' as its arg.
885  *
886  *  - Signals all CPUs in map to restart.
887  *  - Waits for each to restart.
888  *
889  * Returns:
890  *  -1: error
891  *   0: NA
892  *   1: ok
893  */
894 int
895 restart_cpus(cpumask_t map)
896 {
897         /* signal other cpus to restart */
898         started_cpus = map & smp_active_mask;
899
900         while ((stopped_cpus & map) != 0) /* wait for each to clear its bit */
901                 /* spin */ ;
902
903         return 1;
904 }
905
906 /*
907  * This is called once the mpboot code has gotten us properly relocated
908  * and the MMU turned on, etc.   ap_init() is actually the idle thread,
909  * and when it returns the scheduler will call the real cpu_idle() main
910  * loop for the idlethread.  Interrupts are disabled on entry and should
911  * remain disabled at return.
912  */
913 void
914 ap_init(void)
915 {
916         int     cpu_id;
917
918         /*
919          * Adjust smp_startup_mask to signal the BSP that we have started
920          * up successfully.  Note that we do not yet hold the BGL.  The BSP
921          * is waiting for our signal.
922          *
923          * We can't set our bit in smp_active_mask yet because we are holding
924          * interrupts physically disabled and remote cpus could deadlock
925          * trying to send us an IPI.
926          */
927         smp_startup_mask |= CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
928         cpu_mfence();
929
930         /*
931          * Interlock for LAPIC initialization.  Wait until mp_finish_lapic is
932          * non-zero, then get the MP lock.
933          *
934          * Note: We are in a critical section.
935          *
936          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
937          *
938          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
939          * from improperly caching mp_finish_lapic, and the cpu from improperly
940          * caching it.
941          */
942         while (mp_finish_lapic == 0)
943                 cpu_lfence();
944         while (try_mplock() == 0)
945                 ;
946
947         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
948                 /*
949                  * The BSP is constantly updating tsc0_offset, figure out
950                  * the relative difference to synchronize ktrdump.
951                  */
952                 tsc_offsets[mycpu->gd_cpuid] = rdtsc() - tsc0_offset;
953         }
954
955         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
956         cpu_invltlb();
957
958 #if defined(I586_CPU) && !defined(NO_F00F_HACK)
959         lidt(&r_idt);
960 #endif
961
962         /* Build our map of 'other' CPUs. */
963         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
964
965         /* A quick check from sanity claus */
966         cpu_id = APICID_TO_CPUID((lapic->id & 0xff000000) >> 24);
967         if (mycpu->gd_cpuid != cpu_id) {
968                 kprintf("SMP: assigned cpuid = %d\n", mycpu->gd_cpuid);
969                 kprintf("SMP: actual cpuid = %d\n", cpu_id);
970                 kprintf("PTD[MPPTDI] = %p\n", (void *)PTD[MPPTDI]);
971                 panic("cpuid mismatch! boom!!");
972         }
973
974         /* Initialize AP's local APIC for irq's */
975         lapic_init(FALSE);
976
977         /* LAPIC initialization is done */
978         smp_lapic_mask |= CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
979         cpu_mfence();
980
981         /* Let BSP move onto the next initialization stage */
982         rel_mplock();
983
984         /*
985          * Interlock for finalization.  Wait until mp_finish is non-zero,
986          * then get the MP lock.
987          *
988          * Note: We are in a critical section.
989          *
990          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
991          *
992          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
993          * from improperly caching mp_finish, and the cpu from improperly
994          * caching it.
995          */
996         while (mp_finish == 0)
997                 cpu_lfence();
998         while (try_mplock() == 0)
999                 ;
1000
1001         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
1002         cpu_invltlb();
1003
1004         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
1005         mem_range_AP_init();
1006
1007         /*
1008          * Once we go active we must process any IPIQ messages that may
1009          * have been queued, because no actual IPI will occur until we
1010          * set our bit in the smp_active_mask.  If we don't the IPI
1011          * message interlock could be left set which would also prevent
1012          * further IPIs.
1013          *
1014          * The idle loop doesn't expect the BGL to be held and while
1015          * lwkt_switch() normally cleans things up this is a special case
1016          * because we returning almost directly into the idle loop.
1017          *
1018          * The idle thread is never placed on the runq, make sure
1019          * nothing we've done put it there.
1020          */
1021         KKASSERT(get_mplock_count(curthread) == 1);
1022         smp_active_mask |= CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
1023
1024         /*
1025          * Enable interrupts here.  idle_restore will also do it, but
1026          * doing it here lets us clean up any strays that got posted to
1027          * the CPU during the AP boot while we are still in a critical
1028          * section.
1029          */
1030         __asm __volatile("sti; pause; pause"::);
1031         bzero(mdcpu->gd_ipending, sizeof(mdcpu->gd_ipending));
1032
1033         initclocks_pcpu();      /* clock interrupts (via IPIs) */
1034         lwkt_process_ipiq();
1035
1036         /*
1037          * Releasing the mp lock lets the BSP finish up the SMP init
1038          */
1039         rel_mplock();
1040         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
1041 }
1042
1043 /*
1044  * Get SMP fully working before we start initializing devices.
1045  */
1046 static
1047 void
1048 ap_finish(void)
1049 {
1050         mp_finish = 1;
1051         if (bootverbose)
1052                 kprintf("Finish MP startup\n");
1053         rel_mplock();
1054         while (smp_active_mask != smp_startup_mask)
1055                 cpu_lfence();
1056         while (try_mplock() == 0)
1057                 ;
1058         if (bootverbose)
1059                 kprintf("Active CPU Mask: %08x\n", smp_active_mask);
1060 }
1061
1062 SYSINIT(finishsmp, SI_BOOT2_FINISH_SMP, SI_ORDER_FIRST, ap_finish, NULL)
1063
1064 void
1065 cpu_send_ipiq(int dcpu)
1066 {
1067         if (CPUMASK(dcpu) & smp_active_mask)
1068                 single_apic_ipi(dcpu, XIPIQ_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
1069 }
1070
1071 #if 0   /* single_apic_ipi_passive() not working yet */
1072 /*
1073  * Returns 0 on failure, 1 on success
1074  */
1075 int
1076 cpu_send_ipiq_passive(int dcpu)
1077 {
1078         int r = 0;
1079         if (CPUMASK(dcpu) & smp_active_mask) {
1080                 r = single_apic_ipi_passive(dcpu, XIPIQ_OFFSET,
1081                                         APIC_DELMODE_FIXED);
1082         }
1083         return(r);
1084 }
1085 #endif
1086
1087 static void
1088 mp_bsp_simple_setup(void)
1089 {
1090         /* build our map of 'other' CPUs */
1091         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
1092         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
1093         bzero(mycpu->gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
1094
1095         pmap_set_opt();
1096
1097         if (cpu_feature & CPUID_TSC)
1098                 tsc0_offset = rdtsc();
1099 }
1100
1101
1102 /*
1103  * CPU TOPOLOGY DETECTION FUNCTIONS
1104  */
1105
1106 /* Detect intel topology using CPUID 
1107  * Ref: http://www.intel.com/Assets/PDF/appnote/241618.pdf, pg 41
1108  */
1109 static void
1110 detect_intel_topology(int count_htt_cores)
1111 {
1112         int shift = 0;
1113         int ecx_index = 0;
1114         int core_plus_logical_bits = 0;
1115         int cores_per_package;
1116         int logical_per_package;
1117         int logical_per_core;
1118         unsigned int p[4];
1119
1120         if (cpu_high >= 0xb) {
1121                 goto FUNC_B;
1122
1123         } else if (cpu_high >= 0x4) {
1124                 goto FUNC_4;
1125
1126         } else {
1127                 core_bits = 0;
1128                 for (shift = 0; (1 << shift) < count_htt_cores; ++shift)
1129                         ;
1130                 logical_CPU_bits = 1 << shift;
1131                 return;
1132         }
1133
1134 FUNC_B:
1135         cpuid_count(0xb, FUNC_B_THREAD_LEVEL, p);
1136
1137         /* if 0xb not supported - fallback to 0x4 */
1138         if (p[1] == 0 || (FUNC_B_TYPE(p[2]) != FUNC_B_THREAD_TYPE)) {
1139                 goto FUNC_4;
1140         }
1141
1142         logical_CPU_bits = FUNC_B_BITS_SHIFT_NEXT_LEVEL(p[0]);
1143
1144         ecx_index = FUNC_B_THREAD_LEVEL + 1;
1145         do {
1146                 cpuid_count(0xb, ecx_index, p);
1147                 /* Check for the Core type in the implemented sub leaves. */
1148                 if (FUNC_B_TYPE(p[2]) == FUNC_B_CORE_TYPE) {
1149                         core_plus_logical_bits = FUNC_B_BITS_SHIFT_NEXT_LEVEL(p[0]);
1150                         break;
1151                 }
1152                 ecx_index++;
1153         } while (FUNC_B_TYPE(p[2]) != FUNC_B_INVALID_TYPE);
1154
1155         core_bits = core_plus_logical_bits - logical_CPU_bits;
1156
1157         return;
1158
1159 FUNC_4:
1160         cpuid_count(0x4, 0, p);
1161         cores_per_package = FUNC_4_MAX_CORE_NO(p[0]) + 1;
1162         
1163         logical_per_package = count_htt_cores;
1164         logical_per_core = logical_per_package / cores_per_package;
1165         
1166         for (shift = 0; (1 << shift) < logical_per_core; ++shift)
1167                 ;
1168         logical_CPU_bits = shift;
1169
1170         for (shift = 0; (1 << shift) < cores_per_package; ++shift)
1171                 ;
1172         core_bits = shift;
1173
1174         return;
1175 }
1176
1177 /* Detect AMD topology using CPUID 
1178  * Ref: http://support.amd.com/us/Embedded_TechDocs/25481.pdf, last page
1179  */
1180 static void
1181 detect_amd_topology(int count_htt_cores)
1182 {
1183         int shift = 0;
1184
1185         if ((cpu_feature & CPUID_HTT)
1186             && (amd_feature2 & AMDID2_CMP)) {
1187
1188                 if (cpu_procinfo2 & AMDID_COREID_SIZE) {
1189                         core_bits = (cpu_procinfo2 & AMDID_COREID_SIZE)
1190                                 >> AMDID_COREID_SIZE_SHIFT;
1191                 } else {
1192                         core_bits = (cpu_procinfo2 & AMDID_CMP_CORES) + 1;
1193                         for (shift = 0; (1 << shift) < core_bits; ++shift);
1194                         core_bits = shift;
1195                 }
1196
1197                 logical_CPU_bits = count_htt_cores >> core_bits;
1198                 for (shift = 0; (1 << shift) < logical_CPU_bits; ++shift)
1199                         ;
1200                 logical_CPU_bits = shift;
1201         } else {
1202                 for (shift = 0; (1 << shift) < count_htt_cores; ++shift)
1203                         ;
1204                 core_bits = shift;
1205                 logical_CPU_bits = 0;
1206         }
1207 }
1208
1209 /* Calculate
1210  * - logical_CPU_bits
1211  * - core_bits
1212  * With the values above (for AMD or INTEL) we are able to generally
1213  * detect the CPU topology (number of cores for each level):
1214  * Ref: http://wiki.osdev.org/Detecting_CPU_Topology_(80x86)
1215  * Ref: http://www.multicoreinfo.com/research/papers/whitepapers/Intel-detect-topology.pdf
1216  */
1217 void
1218 detect_cpu_topology(void)
1219 {
1220         static int topology_detected = 0;
1221         int count = 0;
1222         
1223         if (topology_detected) {
1224                 goto OUT;
1225         }
1226
1227         if ((cpu_feature & CPUID_HTT) == 0) {
1228                 core_bits = 0;
1229                 logical_CPU_bits = 0;
1230                 goto OUT;
1231         } else {
1232                 count = (cpu_procinfo & CPUID_HTT_CORES)
1233                     >> CPUID_HTT_CORE_SHIFT;
1234         }       
1235
1236         if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL) {
1237                 detect_intel_topology(count);   
1238         } else if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_AMD) {
1239                 detect_amd_topology(count);
1240         }
1241
1242 OUT:
1243         if (bootverbose)
1244                 kprintf("BITS within APICID: logical_CPU_bits: %d; core_bits: %d\n",
1245                     logical_CPU_bits, core_bits);
1246
1247         topology_detected = 1;
1248 }
1249
1250 /* Interface functions to calculate chip_ID,
1251  * core_number and logical_number
1252  * Ref: http://wiki.osdev.org/Detecting_CPU_Topology_(80x86)
1253  */
1254 int
1255 get_chip_ID(int cpuid)
1256 {
1257         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) >>
1258             (logical_CPU_bits + core_bits);
1259 }
1260
1261 int
1262 get_core_number_within_chip(int cpuid)
1263 {
1264         return (get_apicid_from_cpuid(cpuid) >> logical_CPU_bits) &
1265             ( (1 << core_bits) -1);
1266 }
1267
1268 int
1269 get_logical_CPU_number_within_core(int cpuid)
1270 {
1271         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) &
1272             ( (1 << logical_CPU_bits) -1);
1273 }