arc4random: Make arc4random context per-cpu.
[dragonfly.git] / sys / platform / pc64 / x86_64 / mp_machdep.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1996, by Steve Passe
3  * All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10  * 2. The name of the developer may NOT be used to endorse or promote products
11  *    derived from this software without specific prior written permission.
12  *
13  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
14  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
15  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
16  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
17  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
18  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
19  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
20  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
21  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
22  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
23  * SUCH DAMAGE.
24  *
25  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/mp_machdep.c,v 1.115.2.15 2003/03/14 21:22:35 jhb Exp $
26  */
27
28 #include "opt_cpu.h"
29
30 #include <sys/param.h>
31 #include <sys/systm.h>
32 #include <sys/kernel.h>
33 #include <sys/sysctl.h>
34 #include <sys/malloc.h>
35 #include <sys/memrange.h>
36 #include <sys/cons.h>   /* cngetc() */
37 #include <sys/machintr.h>
38 #include <sys/cpu_topology.h>
39
40 #include <sys/mplock2.h>
41
42 #include <vm/vm.h>
43 #include <vm/vm_param.h>
44 #include <vm/pmap.h>
45 #include <vm/vm_kern.h>
46 #include <vm/vm_extern.h>
47 #include <sys/lock.h>
48 #include <vm/vm_map.h>
49 #include <sys/user.h>
50 #ifdef GPROF 
51 #include <sys/gmon.h>
52 #endif
53
54 #include <machine/smp.h>
55 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
56 #include <machine/atomic.h>
57 #include <machine/cpufunc.h>
58 #include <machine/cputypes.h>
59 #include <machine_base/apic/lapic.h>
60 #include <machine_base/apic/ioapic.h>
61 #include <machine_base/acpica/acpi_md_cpu.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 #include <machine/clock.h>
69
70 #include <machine/md_var.h>             /* setidt() */
71 #include <machine_base/icu/icu.h>       /* IPIs */
72 #include <machine_base/icu/icu_var.h>
73 #include <machine_base/apic/ioapic_abi.h>
74 #include <machine/intr_machdep.h>       /* IPIs */
75
76 #define WARMBOOT_TARGET         0
77 #define WARMBOOT_OFF            (KERNBASE + 0x0467)
78 #define WARMBOOT_SEG            (KERNBASE + 0x0469)
79
80 #define CMOS_REG                (0x70)
81 #define CMOS_DATA               (0x71)
82 #define BIOS_RESET              (0x0f)
83 #define BIOS_WARM               (0x0a)
84
85 /*
86  * this code MUST be enabled here and in mpboot.s.
87  * it follows the very early stages of AP boot by placing values in CMOS ram.
88  * it NORMALLY will never be needed and thus the primitive method for enabling.
89  *
90  */
91 #if defined(CHECK_POINTS)
92 #define CHECK_READ(A)    (outb(CMOS_REG, (A)), inb(CMOS_DATA))
93 #define CHECK_WRITE(A,D) (outb(CMOS_REG, (A)), outb(CMOS_DATA, (D)))
94
95 #define CHECK_INIT(D);                          \
96         CHECK_WRITE(0x34, (D));                 \
97         CHECK_WRITE(0x35, (D));                 \
98         CHECK_WRITE(0x36, (D));                 \
99         CHECK_WRITE(0x37, (D));                 \
100         CHECK_WRITE(0x38, (D));                 \
101         CHECK_WRITE(0x39, (D));
102
103 #define CHECK_PRINT(S);                         \
104         kprintf("%s: %d, %d, %d, %d, %d, %d\n", \
105            (S),                                 \
106            CHECK_READ(0x34),                    \
107            CHECK_READ(0x35),                    \
108            CHECK_READ(0x36),                    \
109            CHECK_READ(0x37),                    \
110            CHECK_READ(0x38),                    \
111            CHECK_READ(0x39));
112
113 #else                           /* CHECK_POINTS */
114
115 #define CHECK_INIT(D)
116 #define CHECK_PRINT(S)
117
118 #endif                          /* CHECK_POINTS */
119
120 /*
121  * Values to send to the POST hardware.
122  */
123 #define MP_BOOTADDRESS_POST     0x10
124 #define MP_PROBE_POST           0x11
125 #define MPTABLE_PASS1_POST      0x12
126
127 #define MP_START_POST           0x13
128 #define MP_ENABLE_POST          0x14
129 #define MPTABLE_PASS2_POST      0x15
130
131 #define START_ALL_APS_POST      0x16
132 #define INSTALL_AP_TRAMP_POST   0x17
133 #define START_AP_POST           0x18
134
135 #define MP_ANNOUNCE_POST        0x19
136
137 /** XXX FIXME: where does this really belong, isa.h/isa.c perhaps? */
138 int     current_postcode;
139
140 /** XXX FIXME: what system files declare these??? */
141 extern struct region_descriptor r_gdt;
142
143 extern int nkpt;
144 extern int naps;
145
146 int64_t tsc0_offset;
147 extern int64_t tsc_offsets[];
148
149 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
150 char *bootSTK;
151 static int bootAP;
152
153 struct pcb stoppcbs[MAXCPU];
154
155 extern inthand_t IDTVEC(fast_syscall), IDTVEC(fast_syscall32);
156
157 /*
158  * Local data and functions.
159  */
160
161 static u_int    boot_address;
162 static int      mp_finish;
163 static int      mp_finish_lapic;
164
165 static int      start_all_aps(u_int boot_addr);
166 #if 0
167 static void     install_ap_tramp(u_int boot_addr);
168 #endif
169 static int      start_ap(struct mdglobaldata *gd, u_int boot_addr, int smibest);
170 static int      smitest(void);
171 static void     mp_bsp_simple_setup(void);
172
173 /* which cpus have been started */
174 static cpumask_t smp_startup_mask = CPUMASK_INITIALIZER_ONLYONE;
175 /* which cpus have lapic been inited */
176 static cpumask_t smp_lapic_mask = CPUMASK_INITIALIZER_ONLYONE;
177 /* which cpus are ready for IPIs etc? */
178 cpumask_t smp_active_mask = CPUMASK_INITIALIZER_ONLYONE;
179 cpumask_t smp_finalize_mask = CPUMASK_INITIALIZER_ONLYONE;
180
181 SYSCTL_OPAQUE(_machdep, OID_AUTO, smp_active, CTLFLAG_RD,
182               &smp_active_mask, sizeof(smp_active_mask), "LU", "");
183 static u_int    bootMP_size;
184 static u_int    report_invlpg_src;
185 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, report_invlpg_src, CTLFLAG_RW,
186         &report_invlpg_src, 0, "");
187 static u_int    report_invltlb_src;
188 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, report_invltlb_src, CTLFLAG_RW,
189         &report_invltlb_src, 0, "");
190 static int      optimized_invltlb;
191 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, optimized_invltlb, CTLFLAG_RW,
192         &optimized_invltlb, 0, "");
193 static int      all_but_self_ipi_enable = 1;
194 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, all_but_self_ipi_enable, CTLFLAG_RW,
195         &all_but_self_ipi_enable, 0, "");
196
197 /* Local data for detecting CPU TOPOLOGY */
198 static int core_bits = 0;
199 static int logical_CPU_bits = 0;
200
201
202 /*
203  * Calculate usable address in base memory for AP trampoline code.
204  */
205 u_int
206 mp_bootaddress(u_int basemem)
207 {
208         POSTCODE(MP_BOOTADDRESS_POST);
209
210         bootMP_size = mptramp_end - mptramp_start;
211         boot_address = trunc_page(basemem * 1024); /* round down to 4k boundary */
212         if (((basemem * 1024) - boot_address) < bootMP_size)
213                 boot_address -= PAGE_SIZE;      /* not enough, lower by 4k */
214         /* 3 levels of page table pages */
215         mptramp_pagetables = boot_address - (PAGE_SIZE * 3);
216
217         return mptramp_pagetables;
218 }
219
220 /*
221  * Print various information about the SMP system hardware and setup.
222  */
223 void
224 mp_announce(void)
225 {
226         int     x;
227
228         POSTCODE(MP_ANNOUNCE_POST);
229
230         kprintf("DragonFly/MP: Multiprocessor motherboard\n");
231         kprintf(" cpu0 (BSP): apic id: %2d\n", CPUID_TO_APICID(0));
232         for (x = 1; x <= naps; ++x)
233                 kprintf(" cpu%d (AP):  apic id: %2d\n", x, CPUID_TO_APICID(x));
234
235         if (!ioapic_enable)
236                 kprintf(" Warning: APIC I/O disabled\n");
237 }
238
239 /*
240  * AP cpu's call this to sync up protected mode.
241  *
242  * WARNING! %gs is not set up on entry.  This routine sets up %gs.
243  */
244 void
245 init_secondary(void)
246 {
247         int     gsel_tss;
248         int     x, myid = bootAP;
249         u_int64_t msr, cr0;
250         struct mdglobaldata *md;
251         struct privatespace *ps;
252
253         ps = CPU_prvspace[myid];
254
255         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base =
256                 (long) &ps->mdglobaldata.gd_common_tss;
257         ps->mdglobaldata.mi.gd_prvspace = ps;
258
259         /* We fill the 32-bit segment descriptors */
260         for (x = 0; x < NGDT; x++) {
261                 if (x != GPROC0_SEL && x != (GPROC0_SEL + 1))
262                         ssdtosd(&gdt_segs[x], &gdt[myid * NGDT + x]);
263         }
264         /* And now a 64-bit one */
265         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
266             (struct system_segment_descriptor *)&gdt[myid * NGDT + GPROC0_SEL]);
267
268         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(gdt[0]) - 1;
269         r_gdt.rd_base = (long) &gdt[myid * NGDT];
270         lgdt(&r_gdt);                   /* does magic intra-segment return */
271
272         /* lgdt() destroys the GSBASE value, so we load GSBASE after lgdt() */
273         wrmsr(MSR_FSBASE, 0);           /* User value */
274         wrmsr(MSR_GSBASE, (u_int64_t)ps);
275         wrmsr(MSR_KGSBASE, 0);          /* XXX User value while we're in the kernel */
276
277         lidt(&r_idt_arr[mdcpu->mi.gd_cpuid]);
278
279 #if 0
280         lldt(_default_ldt);
281         mdcpu->gd_currentldt = _default_ldt;
282 #endif
283
284         gsel_tss = GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL);
285         gdt[myid * NGDT + GPROC0_SEL].sd_type = SDT_SYSTSS;
286
287         md = mdcpu;     /* loaded through %gs:0 (mdglobaldata.mi.gd_prvspace)*/
288
289         md->gd_common_tss.tss_rsp0 = 0; /* not used until after switch */
290 #if 0 /* JG XXX */
291         md->gd_common_tss.tss_ioopt = (sizeof md->gd_common_tss) << 16;
292 #endif
293         md->gd_tss_gdt = &gdt[myid * NGDT + GPROC0_SEL];
294         md->gd_common_tssd = *md->gd_tss_gdt;
295
296         /* double fault stack */
297         md->gd_common_tss.tss_ist1 =
298                 (long)&md->mi.gd_prvspace->idlestack[
299                         sizeof(md->mi.gd_prvspace->idlestack)];
300
301         ltr(gsel_tss);
302
303         /*
304          * Set to a known state:
305          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
306          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
307          */
308         cr0 = rcr0();
309         cr0 &= ~(CR0_CD | CR0_NW | CR0_EM);
310         load_cr0(cr0);
311
312         /* Set up the fast syscall stuff */
313         msr = rdmsr(MSR_EFER) | EFER_SCE;
314         wrmsr(MSR_EFER, msr);
315         wrmsr(MSR_LSTAR, (u_int64_t)IDTVEC(fast_syscall));
316         wrmsr(MSR_CSTAR, (u_int64_t)IDTVEC(fast_syscall32));
317         msr = ((u_int64_t)GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL) << 32) |
318               ((u_int64_t)GSEL(GUCODE32_SEL, SEL_UPL) << 48);
319         wrmsr(MSR_STAR, msr);
320         wrmsr(MSR_SF_MASK, PSL_NT|PSL_T|PSL_I|PSL_C|PSL_D|PSL_IOPL);
321
322         pmap_set_opt();         /* PSE/4MB pages, etc */
323         pmap_init_pat();        /* Page Attribute Table */
324
325         /* set up CPU registers and state */
326         cpu_setregs();
327
328         /* set up SSE/NX registers */
329         initializecpu(myid);
330
331         /* set up FPU state on the AP */
332         npxinit();
333
334         /* disable the APIC, just to be SURE */
335         lapic->svr &= ~APIC_SVR_ENABLE;
336 }
337
338 /*******************************************************************
339  * local functions and data
340  */
341
342 /*
343  * Start the SMP system
344  */
345 static void
346 mp_start_aps(void *dummy __unused)
347 {
348         if (lapic_enable) {
349                 /* start each Application Processor */
350                 start_all_aps(boot_address);
351         } else {
352                 mp_bsp_simple_setup();
353         }
354 }
355 SYSINIT(startaps, SI_BOOT2_START_APS, SI_ORDER_FIRST, mp_start_aps, NULL);
356
357 /*
358  * start each AP in our list
359  */
360 static int
361 start_all_aps(u_int boot_addr)
362 {
363         vm_offset_t va = boot_address + KERNBASE;
364         u_int64_t *pt4, *pt3, *pt2;
365         int     pssize;
366         int     x, i;
367         int     shift;
368         int     smicount;
369         int     smibest;
370         int     smilast;
371         u_char  mpbiosreason;
372         u_long  mpbioswarmvec;
373         struct mdglobaldata *gd;
374         struct privatespace *ps;
375         size_t ipiq_size;
376
377         POSTCODE(START_ALL_APS_POST);
378
379         /* install the AP 1st level boot code */
380         pmap_kenter(va, boot_address);
381         cpu_invlpg((void *)va);         /* JG XXX */
382         bcopy(mptramp_start, (void *)va, bootMP_size);
383
384         /* Locate the page tables, they'll be below the trampoline */
385         pt4 = (u_int64_t *)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + KERNBASE);
386         pt3 = pt4 + (PAGE_SIZE) / sizeof(u_int64_t);
387         pt2 = pt3 + (PAGE_SIZE) / sizeof(u_int64_t);
388
389         /* Create the initial 1GB replicated page tables */
390         for (i = 0; i < 512; i++) {
391                 /* Each slot of the level 4 pages points to the same level 3 page */
392                 pt4[i] = (u_int64_t)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + PAGE_SIZE);
393                 pt4[i] |= kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] |
394                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
395                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_U_IDX];
396
397                 /* Each slot of the level 3 pages points to the same level 2 page */
398                 pt3[i] = (u_int64_t)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + (2 * PAGE_SIZE));
399                 pt3[i] |= kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] |
400                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
401                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_U_IDX];
402
403                 /* The level 2 page slots are mapped with 2MB pages for 1GB. */
404                 pt2[i] = i * (2 * 1024 * 1024);
405                 pt2[i] |= kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] |
406                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
407                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_PS_IDX] |
408                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_U_IDX];
409         }
410
411         /* save the current value of the warm-start vector */
412         mpbioswarmvec = *((u_int32_t *) WARMBOOT_OFF);
413         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
414         mpbiosreason = inb(CMOS_DATA);
415
416         /* setup a vector to our boot code */
417         *((volatile u_short *) WARMBOOT_OFF) = WARMBOOT_TARGET;
418         *((volatile u_short *) WARMBOOT_SEG) = (boot_address >> 4);
419         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
420         outb(CMOS_DATA, BIOS_WARM);     /* 'warm-start' */
421
422         /*
423          * If we have a TSC we can figure out the SMI interrupt rate.
424          * The SMI does not necessarily use a constant rate.  Spend
425          * up to 250ms trying to figure it out.
426          */
427         smibest = 0;
428         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
429                 set_apic_timer(275000);
430                 smilast = read_apic_timer();
431                 for (x = 0; x < 20 && read_apic_timer(); ++x) {
432                         smicount = smitest();
433                         if (smibest == 0 || smilast - smicount < smibest)
434                                 smibest = smilast - smicount;
435                         smilast = smicount;
436                 }
437                 if (smibest > 250000)
438                         smibest = 0;
439         }
440         if (smibest)
441                 kprintf("SMI Frequency (worst case): %d Hz (%d us)\n",
442                         1000000 / smibest, smibest);
443
444         /* start each AP */
445         for (x = 1; x <= naps; ++x) {
446                 /* This is a bit verbose, it will go away soon.  */
447
448                 pssize = sizeof(struct privatespace);
449                 ps = (void *)kmem_alloc3(&kernel_map, pssize, VM_SUBSYS_GD,
450                                          KM_CPU(x));
451                 CPU_prvspace[x] = ps;
452 #if 0
453                 kprintf("ps %d %p %d\n", x, ps, pssize);
454 #endif
455                 bzero(ps, pssize);
456                 gd = &ps->mdglobaldata;
457                 gd->mi.gd_prvspace = ps;
458
459                 /* prime data page for it to use */
460                 mi_gdinit(&gd->mi, x);
461                 cpu_gdinit(gd, x);
462                 ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * (naps + 1);
463                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc3(&kernel_map, ipiq_size,
464                                                      VM_SUBSYS_IPIQ, KM_CPU(x));
465                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, ipiq_size);
466
467                 gd->gd_acpi_id = CPUID_TO_ACPIID(gd->mi.gd_cpuid);
468
469                 /* initialize arc4random. */
470                 arc4_init_pcpu(x);
471
472                 /* setup a vector to our boot code */
473                 *((volatile u_short *) WARMBOOT_OFF) = WARMBOOT_TARGET;
474                 *((volatile u_short *) WARMBOOT_SEG) = (boot_addr >> 4);
475                 outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
476                 outb(CMOS_DATA, BIOS_WARM);     /* 'warm-start' */
477
478                 /*
479                  * Setup the AP boot stack
480                  */
481                 bootSTK = &ps->idlestack[UPAGES * PAGE_SIZE - PAGE_SIZE];
482                 bootAP = x;
483
484                 /* attempt to start the Application Processor */
485                 CHECK_INIT(99); /* setup checkpoints */
486                 if (!start_ap(gd, boot_addr, smibest)) {
487                         kprintf("\nAP #%d (PHY# %d) failed!\n",
488                                 x, CPUID_TO_APICID(x));
489                         CHECK_PRINT("trace");   /* show checkpoints */
490                         /* better panic as the AP may be running loose */
491                         kprintf("panic y/n? [y] ");
492                         cnpoll(TRUE);
493                         if (cngetc() != 'n')
494                                 panic("bye-bye");
495                         cnpoll(FALSE);
496                 }
497                 CHECK_PRINT("trace");           /* show checkpoints */
498         }
499
500         /* set ncpus to 1 + highest logical cpu.  Not all may have come up */
501         ncpus = x;
502
503         /* ncpus2 -- ncpus rounded down to the nearest power of 2 */
504         for (shift = 0; (1 << shift) <= ncpus; ++shift)
505                 ;
506         --shift;
507         ncpus2_shift = shift;
508         ncpus2 = 1 << shift;
509         ncpus2_mask = ncpus2 - 1;
510
511         /* ncpus_fit -- ncpus rounded up to the nearest power of 2 */
512         if ((1 << shift) < ncpus)
513                 ++shift;
514         ncpus_fit = 1 << shift;
515         ncpus_fit_mask = ncpus_fit - 1;
516
517         /* build our map of 'other' CPUs */
518         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
519         CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
520
521         gd = (struct mdglobaldata *)mycpu;
522         gd->gd_acpi_id = CPUID_TO_ACPIID(mycpu->gd_cpuid);
523
524         ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * ncpus;
525         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc3(&kernel_map, ipiq_size,
526                                              VM_SUBSYS_IPIQ, KM_CPU(0));
527         bzero(mycpu->gd_ipiq, ipiq_size);
528
529         /* initialize arc4random. */
530         arc4_init_pcpu(0);
531
532         /* restore the warmstart vector */
533         *(u_long *) WARMBOOT_OFF = mpbioswarmvec;
534         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
535         outb(CMOS_DATA, mpbiosreason);
536
537         /*
538          * NOTE!  The idlestack for the BSP was setup by locore.  Finish
539          * up, clean out the P==V mapping we did earlier.
540          */
541         pmap_set_opt();
542
543         /*
544          * Wait all APs to finish initializing LAPIC
545          */
546         if (bootverbose)
547                 kprintf("SMP: Waiting APs LAPIC initialization\n");
548         if (cpu_feature & CPUID_TSC)
549                 tsc0_offset = rdtsc();
550         tsc_offsets[0] = 0;
551         mp_finish_lapic = 1;
552         rel_mplock();
553
554         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_lapic_mask, smp_startup_mask)) {
555                 cpu_pause();
556                 cpu_lfence();
557                 if (cpu_feature & CPUID_TSC)
558                         tsc0_offset = rdtsc();
559         }
560         while (try_mplock() == 0) {
561                 cpu_pause();
562                 cpu_lfence();
563         }
564
565         /* number of APs actually started */
566         return ncpus - 1;
567 }
568
569
570 /*
571  * load the 1st level AP boot code into base memory.
572  */
573
574 /* targets for relocation */
575 extern void bigJump(void);
576 extern void bootCodeSeg(void);
577 extern void bootDataSeg(void);
578 extern void MPentry(void);
579 extern u_int MP_GDT;
580 extern u_int mp_gdtbase;
581
582 #if 0
583
584 static void
585 install_ap_tramp(u_int boot_addr)
586 {
587         int     x;
588         int     size = *(int *) ((u_long) & bootMP_size);
589         u_char *src = (u_char *) ((u_long) bootMP);
590         u_char *dst = (u_char *) boot_addr + KERNBASE;
591         u_int   boot_base = (u_int) bootMP;
592         u_int8_t *dst8;
593         u_int16_t *dst16;
594         u_int32_t *dst32;
595
596         POSTCODE(INSTALL_AP_TRAMP_POST);
597
598         for (x = 0; x < size; ++x)
599                 *dst++ = *src++;
600
601         /*
602          * modify addresses in code we just moved to basemem. unfortunately we
603          * need fairly detailed info about mpboot.s for this to work.  changes
604          * to mpboot.s might require changes here.
605          */
606
607         /* boot code is located in KERNEL space */
608         dst = (u_char *) boot_addr + KERNBASE;
609
610         /* modify the lgdt arg */
611         dst32 = (u_int32_t *) (dst + ((u_int) & mp_gdtbase - boot_base));
612         *dst32 = boot_addr + ((u_int) & MP_GDT - boot_base);
613
614         /* modify the ljmp target for MPentry() */
615         dst32 = (u_int32_t *) (dst + ((u_int) bigJump - boot_base) + 1);
616         *dst32 = ((u_int) MPentry - KERNBASE);
617
618         /* modify the target for boot code segment */
619         dst16 = (u_int16_t *) (dst + ((u_int) bootCodeSeg - boot_base));
620         dst8 = (u_int8_t *) (dst16 + 1);
621         *dst16 = (u_int) boot_addr & 0xffff;
622         *dst8 = ((u_int) boot_addr >> 16) & 0xff;
623
624         /* modify the target for boot data segment */
625         dst16 = (u_int16_t *) (dst + ((u_int) bootDataSeg - boot_base));
626         dst8 = (u_int8_t *) (dst16 + 1);
627         *dst16 = (u_int) boot_addr & 0xffff;
628         *dst8 = ((u_int) boot_addr >> 16) & 0xff;
629 }
630
631 #endif
632
633 /*
634  * This function starts the AP (application processor) identified
635  * by the APIC ID 'physicalCpu'.  It does quite a "song and dance"
636  * to accomplish this.  This is necessary because of the nuances
637  * of the different hardware we might encounter.  It ain't pretty,
638  * but it seems to work.
639  *
640  * NOTE: eventually an AP gets to ap_init(), which is called just 
641  * before the AP goes into the LWKT scheduler's idle loop.
642  */
643 static int
644 start_ap(struct mdglobaldata *gd, u_int boot_addr, int smibest)
645 {
646         int     physical_cpu;
647         int     vector;
648         u_long  icr_lo, icr_hi;
649
650         POSTCODE(START_AP_POST);
651
652         /* get the PHYSICAL APIC ID# */
653         physical_cpu = CPUID_TO_APICID(gd->mi.gd_cpuid);
654
655         /* calculate the vector */
656         vector = (boot_addr >> 12) & 0xff;
657
658         /* We don't want anything interfering */
659         cpu_disable_intr();
660
661         /* Make sure the target cpu sees everything */
662         wbinvd();
663
664         /*
665          * Try to detect when a SMI has occurred, wait up to 200ms.
666          *
667          * If a SMI occurs during an AP reset but before we issue
668          * the STARTUP command, the AP may brick.  To work around
669          * this problem we hold off doing the AP startup until
670          * after we have detected the SMI.  Hopefully another SMI
671          * will not occur before we finish the AP startup.
672          *
673          * Retries don't seem to help.  SMIs have a window of opportunity
674          * and if USB->legacy keyboard emulation is enabled in the BIOS
675          * the interrupt rate can be quite high.
676          *
677          * NOTE: Don't worry about the L1 cache load, it might bloat
678          *       ldelta a little but ndelta will be so huge when the SMI
679          *       occurs the detection logic will still work fine.
680          */
681         if (smibest) {
682                 set_apic_timer(200000);
683                 smitest();
684         }
685
686         /*
687          * first we do an INIT/RESET IPI this INIT IPI might be run, reseting
688          * and running the target CPU. OR this INIT IPI might be latched (P5
689          * bug), CPU waiting for STARTUP IPI. OR this INIT IPI might be
690          * ignored.
691          *
692          * see apic/apicreg.h for icr bit definitions.
693          *
694          * TIME CRITICAL CODE, DO NOT DO ANY KPRINTFS IN THE HOT PATH.
695          */
696
697         /*
698          * Setup the address for the target AP.  We can setup
699          * icr_hi once and then just trigger operations with
700          * icr_lo.
701          */
702         icr_hi = lapic->icr_hi & ~APIC_ID_MASK;
703         icr_hi |= (physical_cpu << 24);
704         icr_lo = lapic->icr_lo & 0xfff00000;
705         lapic->icr_hi = icr_hi;
706
707         /*
708          * Do an INIT IPI: assert RESET
709          *
710          * Use edge triggered mode to assert INIT
711          */
712         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00004500;
713         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
714                  /* spin */ ;
715
716         /*
717          * The spec calls for a 10ms delay but we may have to use a
718          * MUCH lower delay to avoid bricking an AP due to a fast SMI
719          * interrupt.  We have other loops here too and dividing by 2
720          * doesn't seem to be enough even after subtracting 350us,
721          * so we divide by 4.
722          *
723          * Our minimum delay is 150uS, maximum is 10ms.  If no SMI
724          * interrupt was detected we use the full 10ms.
725          */
726         if (smibest == 0)
727                 u_sleep(10000);
728         else if (smibest < 150 * 4 + 350)
729                 u_sleep(150);
730         else if ((smibest - 350) / 4 < 10000)
731                 u_sleep((smibest - 350) / 4);
732         else
733                 u_sleep(10000);
734
735         /*
736          * Do an INIT IPI: deassert RESET
737          *
738          * Use level triggered mode to deassert.  It is unclear
739          * why we need to do this.
740          */
741         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00008500;
742         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
743                  /* spin */ ;
744         u_sleep(150);                           /* wait 150us */
745
746         /*
747          * Next we do a STARTUP IPI: the previous INIT IPI might still be
748          * latched, (P5 bug) this 1st STARTUP would then terminate
749          * immediately, and the previously started INIT IPI would continue. OR
750          * the previous INIT IPI has already run. and this STARTUP IPI will
751          * run. OR the previous INIT IPI was ignored. and this STARTUP IPI
752          * will run.
753          */
754         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00000600 | vector;
755         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
756                  /* spin */ ;
757         u_sleep(200);           /* wait ~200uS */
758
759         /*
760          * Finally we do a 2nd STARTUP IPI: this 2nd STARTUP IPI should run IF
761          * the previous STARTUP IPI was cancelled by a latched INIT IPI. OR
762          * this STARTUP IPI will be ignored, as only ONE STARTUP IPI is
763          * recognized after hardware RESET or INIT IPI.
764          */
765         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00000600 | vector;
766         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
767                  /* spin */ ;
768
769         /* Resume normal operation */
770         cpu_enable_intr();
771
772         /* wait for it to start, see ap_init() */
773         set_apic_timer(5000000);/* == 5 seconds */
774         while (read_apic_timer()) {
775                 if (CPUMASK_TESTBIT(smp_startup_mask, gd->mi.gd_cpuid))
776                         return 1;       /* return SUCCESS */
777         }
778
779         return 0;               /* return FAILURE */
780 }
781
782 static
783 int
784 smitest(void)
785 {
786         int64_t ltsc;
787         int64_t ntsc;
788         int64_t ldelta;
789         int64_t ndelta;
790         int count;
791
792         ldelta = 0;
793         ndelta = 0;
794         while (read_apic_timer()) {
795                 ltsc = rdtsc();
796                 for (count = 0; count < 100; ++count)
797                         ntsc = rdtsc(); /* force loop to occur */
798                 if (ldelta) {
799                         ndelta = ntsc - ltsc;
800                         if (ldelta > ndelta)
801                                 ldelta = ndelta;
802                         if (ndelta > ldelta * 2)
803                                 break;
804                 } else {
805                         ldelta = ntsc - ltsc;
806                 }
807         }
808         return(read_apic_timer());
809 }
810
811 /*
812  * Synchronously flush the TLB on all other CPU's.  The current cpu's
813  * TLB is not flushed.  If the caller wishes to flush the current cpu's
814  * TLB the caller must call cpu_invltlb() in addition to smp_invltlb().
815  *
816  * This routine may be called concurrently from multiple cpus.  When this
817  * happens, smp_invltlb() can wind up sticking around in the confirmation
818  * while() loop at the end as additional cpus are added to the global
819  * cpumask, until they are acknowledged by another IPI.
820  *
821  * NOTE: If for some reason we were unable to start all cpus we cannot
822  *       safely use broadcast IPIs.
823  */
824
825 cpumask_t smp_smurf_mask;
826 static cpumask_t smp_invltlb_mask;
827 #define LOOPRECOVER
828 #define LOOPMASK_IN
829 #ifdef LOOPMASK_IN
830 cpumask_t smp_in_mask;
831 #endif
832 cpumask_t smp_invmask;
833 extern cpumask_t smp_idleinvl_mask;
834 extern cpumask_t smp_idleinvl_reqs;
835
836 /*
837  * Atomically OR bits in *mask to smp_smurf_mask.  Adjust *mask to remove
838  * bits that do not need to be IPId.  These bits are still part of the command,
839  * but the target cpus have already been signalled and do not need to be
840  * sigalled again.
841  */
842 #include <sys/spinlock.h>
843 #include <sys/spinlock2.h>
844
845 static __noinline
846 void
847 smp_smurf_fetchset(cpumask_t *mask)
848 {
849         cpumask_t omask;
850         int i;
851         __uint64_t obits;
852         __uint64_t nbits;
853
854         i = 0;
855         while (i < CPUMASK_ELEMENTS) {
856                 obits = smp_smurf_mask.ary[i];
857                 cpu_ccfence();
858                 nbits = obits | mask->ary[i];
859                 if (atomic_cmpset_long(&smp_smurf_mask.ary[i], obits, nbits)) {
860                         omask.ary[i] = obits;
861                         ++i;
862                 }
863         }
864         CPUMASK_NANDMASK(*mask, omask);
865 }
866
867 /*
868  * This is a mechanism which guarantees that cpu_invltlb() will be executed
869  * on idle cpus without having to signal or wake them up.  The invltlb will be
870  * executed when they wake up, prior to any scheduling or interrupt thread.
871  *
872  * (*mask) is modified to remove the cpus we successfully negotiate this
873  * function with.  This function may only be used with semi-synchronous
874  * commands (typically invltlb's or semi-synchronous invalidations which
875  * are usually associated only with kernel memory).
876  */
877 void
878 smp_smurf_idleinvlclr(cpumask_t *mask)
879 {
880         if (optimized_invltlb) {
881                 ATOMIC_CPUMASK_ORMASK(smp_idleinvl_reqs, *mask);
882                 /* cpu_lfence() not needed */
883                 CPUMASK_NANDMASK(*mask, smp_idleinvl_mask);
884         }
885 }
886
887 /*
888  * Issue cpu_invltlb() across all cpus except the current cpu.
889  *
890  * This function will arrange to avoid idle cpus, but still gurantee that
891  * invltlb is run on them when they wake up prior to any scheduling or
892  * nominal interrupt.
893  */
894 void
895 smp_invltlb(void)
896 {
897         struct mdglobaldata *md = mdcpu;
898         cpumask_t mask;
899         unsigned long rflags;
900 #ifdef LOOPRECOVER
901         uint64_t tsc_base = rdtsc();
902         int repeats = 0;
903 #endif
904
905         if (report_invltlb_src > 0) {
906                 if (--report_invltlb_src <= 0)
907                         print_backtrace(8);
908         }
909
910         /*
911          * Disallow normal interrupts, set all active cpus except our own
912          * in the global smp_invltlb_mask.
913          */
914         ++md->mi.gd_cnt.v_smpinvltlb;
915         crit_enter_gd(&md->mi);
916
917         /*
918          * Bits we want to set in smp_invltlb_mask.  We do not want to signal
919          * our own cpu.  Also try to remove bits associated with idle cpus
920          * that we can flag for auto-invltlb.
921          */
922         mask = smp_active_mask;
923         CPUMASK_NANDBIT(mask, md->mi.gd_cpuid);
924         smp_smurf_idleinvlclr(&mask);
925
926         rflags = read_rflags();
927         cpu_disable_intr();
928         ATOMIC_CPUMASK_ORMASK(smp_invltlb_mask, mask);
929
930         /*
931          * IPI non-idle cpus represented by mask.  The omask calculation
932          * removes cpus from the mask which already have a Xinvltlb IPI
933          * pending (avoid double-queueing the IPI).
934          *
935          * We must disable real interrupts when setting the smurf flags or
936          * we might race a XINVLTLB before we manage to send the ipi's for
937          * the bits we set.
938          *
939          * NOTE: We are not signalling ourselves, mask already does NOT
940          * include our own cpu.
941          */
942         smp_smurf_fetchset(&mask);
943
944         /*
945          * Issue the IPI.  Note that the XINVLTLB IPI runs regardless of
946          * the critical section count on the target cpus.
947          */
948         CPUMASK_ORMASK(mask, md->mi.gd_cpumask);
949         if (all_but_self_ipi_enable &&
950             (all_but_self_ipi_enable >= 2 ||
951              CPUMASK_CMPMASKEQ(smp_startup_mask, mask))) {
952                 all_but_self_ipi(XINVLTLB_OFFSET);
953         } else {
954                 CPUMASK_NANDMASK(mask, md->mi.gd_cpumask);
955                 selected_apic_ipi(mask, XINVLTLB_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
956         }
957
958         /*
959          * Wait for acknowledgement by all cpus.  smp_inval_intr() will
960          * temporarily enable interrupts to avoid deadlocking the lapic,
961          * and will also handle running cpu_invltlb() and remote invlpg
962          * command son our cpu if some other cpu requests it of us.
963          *
964          * WARNING! I originally tried to implement this as a hard loop
965          *          checking only smp_invltlb_mask (and issuing a local
966          *          cpu_invltlb() if requested), with interrupts enabled
967          *          and without calling smp_inval_intr().  This DID NOT WORK.
968          *          It resulted in weird races where smurf bits would get
969          *          cleared without any action being taken.
970          */
971         smp_inval_intr();
972         CPUMASK_ASSZERO(mask);
973         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_invltlb_mask, mask)) {
974                 smp_inval_intr();
975                 cpu_pause();
976 #ifdef LOOPRECOVER
977                 if (tsc_frequency && rdtsc() - tsc_base > tsc_frequency) {
978                         /*
979                          * cpuid        - cpu doing the waiting
980                          * invltlb_mask - IPI in progress
981                          */
982                         kprintf("smp_invltlb %d: waited too long inv=%08jx "
983                                 "smurf=%08jx "
984 #ifdef LOOPMASK_IN
985                                 "in=%08jx "
986 #endif
987                                 "idle=%08jx/%08jx\n",
988                                 md->mi.gd_cpuid,
989                                 smp_invltlb_mask.ary[0],
990                                 smp_smurf_mask.ary[0],
991 #ifdef LOOPMASK_IN
992                                 smp_in_mask.ary[0],
993 #endif
994                                 smp_idleinvl_mask.ary[0],
995                                 smp_idleinvl_reqs.ary[0]);
996                         mdcpu->gd_xinvaltlb = 0;
997                         ATOMIC_CPUMASK_NANDMASK(smp_smurf_mask,
998                                                 smp_invltlb_mask);
999                         smp_invlpg(&smp_active_mask);
1000                         tsc_base = rdtsc();
1001                         if (++repeats > 10) {
1002                                 kprintf("smp_invltlb: giving up\n");
1003                                 CPUMASK_ASSZERO(smp_invltlb_mask);
1004                         }
1005                 }
1006 #endif
1007         }
1008         write_rflags(rflags);
1009         crit_exit_gd(&md->mi);
1010 }
1011
1012 /*
1013  * Called from a critical section with interrupts hard-disabled.
1014  * This function issues an XINVLTLB IPI and then executes any pending
1015  * command on the current cpu before returning.
1016  */
1017 void
1018 smp_invlpg(cpumask_t *cmdmask)
1019 {
1020         struct mdglobaldata *md = mdcpu;
1021         cpumask_t mask;
1022
1023         if (report_invlpg_src > 0) {
1024                 if (--report_invlpg_src <= 0)
1025                         print_backtrace(8);
1026         }
1027
1028         /*
1029          * Disallow normal interrupts, set all active cpus in the pmap,
1030          * plus our own for completion processing (it might or might not
1031          * be part of the set).
1032          */
1033         mask = smp_active_mask;
1034         CPUMASK_ANDMASK(mask, *cmdmask);
1035         CPUMASK_ORMASK(mask, md->mi.gd_cpumask);
1036
1037         /*
1038          * Avoid double-queuing IPIs, which can deadlock us.  We must disable
1039          * real interrupts when setting the smurf flags or we might race a
1040          * XINVLTLB before we manage to send the ipi's for the bits we set.
1041          *
1042          * NOTE: We might be including our own cpu in the smurf mask.
1043          */
1044         smp_smurf_fetchset(&mask);
1045
1046         /*
1047          * Issue the IPI.  Note that the XINVLTLB IPI runs regardless of
1048          * the critical section count on the target cpus.
1049          *
1050          * We do not include our own cpu when issuing the IPI.
1051          */
1052         if (all_but_self_ipi_enable &&
1053             (all_but_self_ipi_enable >= 2 ||
1054              CPUMASK_CMPMASKEQ(smp_startup_mask, mask))) {
1055                 all_but_self_ipi(XINVLTLB_OFFSET);
1056         } else {
1057                 CPUMASK_NANDMASK(mask, md->mi.gd_cpumask);
1058                 selected_apic_ipi(mask, XINVLTLB_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
1059         }
1060
1061         /*
1062          * This will synchronously wait for our command to complete,
1063          * as well as process commands from other cpus.  It also handles
1064          * reentrancy.
1065          *
1066          * (interrupts are disabled and we are in a critical section here)
1067          */
1068         smp_inval_intr();
1069 }
1070
1071 void
1072 smp_sniff(void)
1073 {
1074         globaldata_t gd = mycpu;
1075         int dummy;
1076         register_t rflags;
1077
1078         /*
1079          * Ignore all_but_self_ipi_enable here and just use it.
1080          */
1081         rflags = read_rflags();
1082         cpu_disable_intr();
1083         all_but_self_ipi(XSNIFF_OFFSET);
1084         gd->gd_sample_pc = smp_sniff;
1085         gd->gd_sample_sp = &dummy;
1086         write_rflags(rflags);
1087 }
1088
1089 void
1090 cpu_sniff(int dcpu)
1091 {
1092         globaldata_t rgd = globaldata_find(dcpu);
1093         register_t rflags;
1094         int dummy;
1095
1096         /*
1097          * Ignore all_but_self_ipi_enable here and just use it.
1098          */
1099         rflags = read_rflags();
1100         cpu_disable_intr();
1101         single_apic_ipi(dcpu, XSNIFF_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
1102         rgd->gd_sample_pc = cpu_sniff;
1103         rgd->gd_sample_sp = &dummy;
1104         write_rflags(rflags);
1105 }
1106
1107 /*
1108  * Called from Xinvltlb assembly with interrupts hard-disabled and in a
1109  * critical section.  gd_intr_nesting_level may or may not be bumped
1110  * depending on entry.
1111  *
1112  * THIS CODE IS INTENDED TO EXPLICITLY IGNORE THE CRITICAL SECTION COUNT.
1113  * THAT IS, THE INTERRUPT IS INTENDED TO FUNCTION EVEN WHEN MAINLINE CODE
1114  * IS IN A CRITICAL SECTION.
1115  */
1116 void
1117 smp_inval_intr(void)
1118 {
1119         struct mdglobaldata *md = mdcpu;
1120         cpumask_t cpumask;
1121 #ifdef LOOPRECOVER
1122         uint64_t tsc_base = rdtsc();
1123 #endif
1124
1125 #if 0
1126         /*
1127          * The idle code is in a critical section, but that doesn't stop
1128          * Xinvltlb from executing, so deal with the race which can occur
1129          * in that situation.  Otherwise r-m-w operations by pmap_inval_intr()
1130          * may have problems.
1131          */
1132         if (ATOMIC_CPUMASK_TESTANDCLR(smp_idleinvl_reqs, md->mi.gd_cpuid)) {
1133                 ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(smp_invltlb_mask, md->mi.gd_cpuid);
1134                 cpu_invltlb();
1135                 cpu_mfence();
1136         }
1137 #endif
1138
1139         /*
1140          * This is a real mess.  I'd like to just leave interrupts disabled
1141          * but it can cause the lapic to deadlock if too many interrupts queue
1142          * to it, due to the idiotic design of the lapic.  So instead we have
1143          * to enter a critical section so normal interrupts are made pending
1144          * and track whether this one was reentered.
1145          */
1146         if (md->gd_xinvaltlb) {         /* reentrant on cpu */
1147                 md->gd_xinvaltlb = 2;
1148                 return;
1149         }
1150         md->gd_xinvaltlb = 1;
1151
1152         /*
1153          * Check only those cpus with active Xinvl* commands pending.
1154          *
1155          * We are going to enable interrupts so make sure we are in a
1156          * critical section.  This is necessary to avoid deadlocking
1157          * the lapic and to ensure that we execute our commands prior to
1158          * any nominal interrupt or preemption.
1159          *
1160          * WARNING! It is very important that we only clear out but in
1161          *          smp_smurf_mask once for each interrupt we take.  In
1162          *          this case, we clear it on initial entry and only loop
1163          *          on the reentrancy detect (caused by another interrupt).
1164          */
1165         cpumask = smp_invmask;
1166 #ifdef LOOPMASK_IN
1167         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_in_mask, md->mi.gd_cpuid);
1168 #endif
1169 loop:
1170         cpu_enable_intr();
1171         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(smp_smurf_mask, md->mi.gd_cpuid);
1172
1173         /*
1174          * Specific page request(s), and we can't return until all bits
1175          * are zero.
1176          */
1177         for (;;) {
1178                 int toolong;
1179
1180                 /*
1181                  * Also execute any pending full invalidation request in
1182                  * this loop.
1183                  */
1184                 if (CPUMASK_TESTBIT(smp_invltlb_mask, md->mi.gd_cpuid)) {
1185                         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(smp_invltlb_mask,
1186                                                md->mi.gd_cpuid);
1187                         cpu_invltlb();
1188                         cpu_mfence();
1189                 }
1190
1191 #ifdef LOOPRECOVER
1192                 if (tsc_frequency && rdtsc() - tsc_base > tsc_frequency) {
1193                         /*
1194                          * cpuid        - cpu doing the waiting
1195                          * invmask      - IPI in progress
1196                          * invltlb_mask - which ones are TLB invalidations?
1197                          */
1198                         kprintf("smp_inval_intr %d inv=%08jx tlbm=%08jx "
1199                                 "smurf=%08jx "
1200 #ifdef LOOPMASK_IN
1201                                 "in=%08jx "
1202 #endif
1203                                 "idle=%08jx/%08jx\n",
1204                                 md->mi.gd_cpuid,
1205                                 smp_invmask.ary[0],
1206                                 smp_invltlb_mask.ary[0],
1207                                 smp_smurf_mask.ary[0],
1208 #ifdef LOOPMASK_IN
1209                                 smp_in_mask.ary[0],
1210 #endif
1211                                 smp_idleinvl_mask.ary[0],
1212                                 smp_idleinvl_reqs.ary[0]);
1213                         tsc_base = rdtsc();
1214                         toolong = 1;
1215                 } else {
1216                         toolong = 0;
1217                 }
1218 #else
1219                 toolong = 0;
1220 #endif
1221
1222                 /*
1223                  * We can only add bits to the cpumask to test during the
1224                  * loop because the smp_invmask bit is cleared once the
1225                  * originator completes the command (the targets may still
1226                  * be cycling their own completions in this loop, afterwords).
1227                  *
1228                  * lfence required prior to all tests as this Xinvltlb
1229                  * interrupt could race the originator (already be in progress
1230                  * wnen the originator decides to issue, due to an issue by
1231                  * another cpu).
1232                  */
1233                 cpu_lfence();
1234                 CPUMASK_ORMASK(cpumask, smp_invmask);
1235                 /*cpumask = smp_active_mask;*/  /* XXX */
1236                 cpu_lfence();
1237
1238                 if (pmap_inval_intr(&cpumask, toolong) == 0) {
1239                         /*
1240                          * Clear our smurf mask to allow new IPIs, but deal
1241                          * with potential races.
1242                          */
1243                         break;
1244                 }
1245
1246                 /*
1247                  * Test if someone sent us another invalidation IPI, break
1248                  * out so we can take it to avoid deadlocking the lapic
1249                  * interrupt queue (? stupid intel, amd).
1250                  */
1251                 if (md->gd_xinvaltlb == 2)
1252                         break;
1253                 /*
1254                 if (CPUMASK_TESTBIT(smp_smurf_mask, md->mi.gd_cpuid))
1255                         break;
1256                 */
1257         }
1258
1259         /*
1260          * Full invalidation request
1261          */
1262         if (CPUMASK_TESTBIT(smp_invltlb_mask, md->mi.gd_cpuid)) {
1263                 ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(smp_invltlb_mask,
1264                                        md->mi.gd_cpuid);
1265                 cpu_invltlb();
1266                 cpu_mfence();
1267         }
1268
1269         /*
1270          * Check to see if another Xinvltlb interrupt occurred and loop up
1271          * if it did.
1272          */
1273         cpu_disable_intr();
1274         if (md->gd_xinvaltlb == 2) {
1275                 md->gd_xinvaltlb = 1;
1276                 goto loop;
1277         }
1278 #ifdef LOOPMASK_IN
1279         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(smp_in_mask, md->mi.gd_cpuid);
1280 #endif
1281         md->gd_xinvaltlb = 0;
1282 }
1283
1284 void
1285 cpu_wbinvd_on_all_cpus_callback(void *arg)
1286 {
1287         wbinvd();
1288 }
1289
1290 /*
1291  * When called the executing CPU will send an IPI to all other CPUs
1292  * requesting that they halt execution.
1293  *
1294  * Usually (but not necessarily) called with 'other_cpus' as its arg.
1295  *
1296  *  - Signals all CPUs in map to stop.
1297  *  - Waits for each to stop.
1298  *
1299  * Returns:
1300  *  -1: error
1301  *   0: NA
1302  *   1: ok
1303  *
1304  * XXX FIXME: this is not MP-safe, needs a lock to prevent multiple CPUs
1305  *            from executing at same time.
1306  */
1307 int
1308 stop_cpus(cpumask_t map)
1309 {
1310         cpumask_t mask;
1311
1312         CPUMASK_ANDMASK(map, smp_active_mask);
1313
1314         /* send the Xcpustop IPI to all CPUs in map */
1315         selected_apic_ipi(map, XCPUSTOP_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
1316
1317         do {
1318                 mask = stopped_cpus;
1319                 CPUMASK_ANDMASK(mask, map);
1320                 /* spin */
1321         } while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(mask, map));
1322
1323         return 1;
1324 }
1325
1326
1327 /*
1328  * Called by a CPU to restart stopped CPUs. 
1329  *
1330  * Usually (but not necessarily) called with 'stopped_cpus' as its arg.
1331  *
1332  *  - Signals all CPUs in map to restart.
1333  *  - Waits for each to restart.
1334  *
1335  * Returns:
1336  *  -1: error
1337  *   0: NA
1338  *   1: ok
1339  */
1340 int
1341 restart_cpus(cpumask_t map)
1342 {
1343         cpumask_t mask;
1344
1345         /* signal other cpus to restart */
1346         mask = map;
1347         CPUMASK_ANDMASK(mask, smp_active_mask);
1348         cpu_ccfence();
1349         started_cpus = mask;
1350         cpu_ccfence();
1351
1352         /* wait for each to clear its bit */
1353         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(stopped_cpus, map))
1354                 cpu_pause();
1355
1356         return 1;
1357 }
1358
1359 /*
1360  * This is called once the mpboot code has gotten us properly relocated
1361  * and the MMU turned on, etc.   ap_init() is actually the idle thread,
1362  * and when it returns the scheduler will call the real cpu_idle() main
1363  * loop for the idlethread.  Interrupts are disabled on entry and should
1364  * remain disabled at return.
1365  */
1366 void
1367 ap_init(void)
1368 {
1369         int     cpu_id;
1370
1371         /*
1372          * Adjust smp_startup_mask to signal the BSP that we have started
1373          * up successfully.  Note that we do not yet hold the BGL.  The BSP
1374          * is waiting for our signal.
1375          *
1376          * We can't set our bit in smp_active_mask yet because we are holding
1377          * interrupts physically disabled and remote cpus could deadlock
1378          * trying to send us an IPI.
1379          */
1380         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_startup_mask, mycpu->gd_cpuid);
1381         cpu_mfence();
1382
1383         /*
1384          * Interlock for LAPIC initialization.  Wait until mp_finish_lapic is
1385          * non-zero, then get the MP lock.
1386          *
1387          * Note: We are in a critical section.
1388          *
1389          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
1390          *
1391          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
1392          * from improperly caching mp_finish_lapic, and the cpu from improperly
1393          * caching it.
1394          */
1395         while (mp_finish_lapic == 0) {
1396                 cpu_pause();
1397                 cpu_lfence();
1398         }
1399 #if 0
1400         while (try_mplock() == 0) {
1401                 cpu_pause();
1402                 cpu_lfence();
1403         }
1404 #endif
1405
1406         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
1407                 /*
1408                  * The BSP is constantly updating tsc0_offset, figure out
1409                  * the relative difference to synchronize ktrdump.
1410                  */
1411                 tsc_offsets[mycpu->gd_cpuid] = rdtsc() - tsc0_offset;
1412         }
1413
1414         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
1415         cpu_invltlb();
1416
1417         /* Build our map of 'other' CPUs. */
1418         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
1419         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
1420
1421         /* A quick check from sanity claus */
1422         cpu_id = APICID_TO_CPUID((lapic->id & 0xff000000) >> 24);
1423         if (mycpu->gd_cpuid != cpu_id) {
1424                 kprintf("SMP: assigned cpuid = %d\n", mycpu->gd_cpuid);
1425                 kprintf("SMP: actual cpuid = %d lapicid %d\n",
1426                         cpu_id, (lapic->id & 0xff000000) >> 24);
1427 #if 0 /* JGXXX */
1428                 kprintf("PTD[MPPTDI] = %p\n", (void *)PTD[MPPTDI]);
1429 #endif
1430                 panic("cpuid mismatch! boom!!");
1431         }
1432
1433         /* Initialize AP's local APIC for irq's */
1434         lapic_init(FALSE);
1435
1436         /* LAPIC initialization is done */
1437         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_lapic_mask, mycpu->gd_cpuid);
1438         cpu_mfence();
1439
1440 #if 0
1441         /* Let BSP move onto the next initialization stage */
1442         rel_mplock();
1443 #endif
1444
1445         /*
1446          * Interlock for finalization.  Wait until mp_finish is non-zero,
1447          * then get the MP lock.
1448          *
1449          * Note: We are in a critical section.
1450          *
1451          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
1452          *
1453          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
1454          * from improperly caching mp_finish, and the cpu from improperly
1455          * caching it.
1456          */
1457         while (mp_finish == 0) {
1458                 cpu_pause();
1459                 cpu_lfence();
1460         }
1461
1462         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
1463         cpu_invltlb();
1464
1465         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
1466         mem_range_AP_init();
1467
1468         /*
1469          * Once we go active we must process any IPIQ messages that may
1470          * have been queued, because no actual IPI will occur until we
1471          * set our bit in the smp_active_mask.  If we don't the IPI
1472          * message interlock could be left set which would also prevent
1473          * further IPIs.
1474          *
1475          * The idle loop doesn't expect the BGL to be held and while
1476          * lwkt_switch() normally cleans things up this is a special case
1477          * because we returning almost directly into the idle loop.
1478          *
1479          * The idle thread is never placed on the runq, make sure
1480          * nothing we've done put it there.
1481          */
1482
1483         /*
1484          * Hold a critical section and allow real interrupts to occur.  Zero
1485          * any spurious interrupts which have accumulated, then set our
1486          * smp_active_mask indicating that we are fully operational.
1487          */
1488         crit_enter();
1489         __asm __volatile("sti; pause; pause"::);
1490         bzero(mdcpu->gd_ipending, sizeof(mdcpu->gd_ipending));
1491         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_active_mask, mycpu->gd_cpuid);
1492
1493         /*
1494          * Wait until all cpus have set their smp_active_mask and have fully
1495          * operational interrupts before proceeding.
1496          *
1497          * We need a final cpu_invltlb() because we would not have received
1498          * any until we set our bit in smp_active_mask.
1499          */
1500         while (mp_finish == 1) {
1501                 cpu_pause();
1502                 cpu_lfence();
1503         }
1504         cpu_invltlb();
1505
1506         /*
1507          * Initialize per-cpu clocks and do other per-cpu initialization.
1508          * At this point code is expected to be able to use the full kernel
1509          * API.
1510          */
1511         initclocks_pcpu();      /* clock interrupts (via IPIs) */
1512
1513         /*
1514          * Since we may have cleaned up the interrupt triggers, manually
1515          * process any pending IPIs before exiting our critical section.
1516          * Once the critical section has exited, normal interrupt processing
1517          * may occur.
1518          */
1519         atomic_swap_int(&mycpu->gd_npoll, 0);
1520         lwkt_process_ipiq();
1521         crit_exit();
1522
1523         /*
1524          * Final final, allow the waiting BSP to resume the boot process,
1525          * return 'into' the idle thread bootstrap.
1526          */
1527         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_finalize_mask, mycpu->gd_cpuid);
1528         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
1529 }
1530
1531 /*
1532  * Get SMP fully working before we start initializing devices.
1533  */
1534 static
1535 void
1536 ap_finish(void)
1537 {
1538         if (bootverbose)
1539                 kprintf("Finish MP startup\n");
1540         rel_mplock();
1541
1542         /*
1543          * Wait for the active mask to complete, after which all cpus will
1544          * be accepting interrupts.
1545          */
1546         mp_finish = 1;
1547         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_active_mask, smp_startup_mask)) {
1548                 cpu_pause();
1549                 cpu_lfence();
1550         }
1551
1552         /*
1553          * Wait for the finalization mask to complete, after which all cpus
1554          * have completely finished initializing and are entering or are in
1555          * their idle thread.
1556          *
1557          * BSP should have received all required invltlbs but do another
1558          * one just in case.
1559          */
1560         cpu_invltlb();
1561         mp_finish = 2;
1562         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_finalize_mask, smp_startup_mask)) {
1563                 cpu_pause();
1564                 cpu_lfence();
1565         }
1566
1567         while (try_mplock() == 0) {
1568                 cpu_pause();
1569                 cpu_lfence();
1570         }
1571
1572         if (bootverbose) {
1573                 kprintf("Active CPU Mask: %016jx\n",
1574                         (uintmax_t)CPUMASK_LOWMASK(smp_active_mask));
1575         }
1576 }
1577
1578 SYSINIT(finishsmp, SI_BOOT2_FINISH_SMP, SI_ORDER_FIRST, ap_finish, NULL);
1579
1580 /*
1581  * Interrupts must be hard-disabled by caller
1582  */
1583 void
1584 cpu_send_ipiq(int dcpu)
1585 {
1586         if (CPUMASK_TESTBIT(smp_active_mask, dcpu))
1587                 single_apic_ipi(dcpu, XIPIQ_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
1588 }
1589
1590 #if 0   /* single_apic_ipi_passive() not working yet */
1591 /*
1592  * Returns 0 on failure, 1 on success
1593  */
1594 int
1595 cpu_send_ipiq_passive(int dcpu)
1596 {
1597         int r = 0;
1598         if (CPUMASK_TESTBIT(smp_active_mask, dcpu)) {
1599                 r = single_apic_ipi_passive(dcpu, XIPIQ_OFFSET,
1600                                         APIC_DELMODE_FIXED);
1601         }
1602         return(r);
1603 }
1604 #endif
1605
1606 static void
1607 mp_bsp_simple_setup(void)
1608 {
1609         struct mdglobaldata *gd;
1610         size_t ipiq_size;
1611
1612         /* build our map of 'other' CPUs */
1613         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
1614         CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
1615
1616         gd = (struct mdglobaldata *)mycpu;
1617         gd->gd_acpi_id = CPUID_TO_ACPIID(mycpu->gd_cpuid);
1618
1619         ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * ncpus;
1620         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, ipiq_size,
1621                                             VM_SUBSYS_IPIQ);
1622         bzero(mycpu->gd_ipiq, ipiq_size);
1623
1624         /* initialize arc4random. */
1625         arc4_init_pcpu(0);
1626
1627         pmap_set_opt();
1628
1629         if (cpu_feature & CPUID_TSC)
1630                 tsc0_offset = rdtsc();
1631 }
1632
1633
1634 /*
1635  * CPU TOPOLOGY DETECTION FUNCTIONS
1636  */
1637
1638 /* Detect intel topology using CPUID 
1639  * Ref: http://www.intel.com/Assets/PDF/appnote/241618.pdf, pg 41
1640  */
1641 static void
1642 detect_intel_topology(int count_htt_cores)
1643 {
1644         int shift = 0;
1645         int ecx_index = 0;
1646         int core_plus_logical_bits = 0;
1647         int cores_per_package;
1648         int logical_per_package;
1649         int logical_per_core;
1650         unsigned int p[4];
1651
1652         if (cpu_high >= 0xb) {
1653                 goto FUNC_B;
1654
1655         } else if (cpu_high >= 0x4) {
1656                 goto FUNC_4;
1657
1658         } else {
1659                 core_bits = 0;
1660                 for (shift = 0; (1 << shift) < count_htt_cores; ++shift)
1661                         ;
1662                 logical_CPU_bits = 1 << shift;
1663                 return;
1664         }
1665
1666 FUNC_B:
1667         cpuid_count(0xb, FUNC_B_THREAD_LEVEL, p);
1668
1669         /* if 0xb not supported - fallback to 0x4 */
1670         if (p[1] == 0 || (FUNC_B_TYPE(p[2]) != FUNC_B_THREAD_TYPE)) {
1671                 goto FUNC_4;
1672         }
1673
1674         logical_CPU_bits = FUNC_B_BITS_SHIFT_NEXT_LEVEL(p[0]);
1675
1676         ecx_index = FUNC_B_THREAD_LEVEL + 1;
1677         do {
1678                 cpuid_count(0xb, ecx_index, p);
1679
1680                 /* Check for the Core type in the implemented sub leaves. */
1681                 if (FUNC_B_TYPE(p[2]) == FUNC_B_CORE_TYPE) {
1682                         core_plus_logical_bits = FUNC_B_BITS_SHIFT_NEXT_LEVEL(p[0]);
1683                         break;
1684                 }
1685
1686                 ecx_index++;
1687
1688         } while (FUNC_B_TYPE(p[2]) != FUNC_B_INVALID_TYPE);
1689
1690         core_bits = core_plus_logical_bits - logical_CPU_bits;
1691
1692         return;
1693
1694 FUNC_4:
1695         cpuid_count(0x4, 0, p);
1696         cores_per_package = FUNC_4_MAX_CORE_NO(p[0]) + 1;
1697
1698         logical_per_package = count_htt_cores;
1699         logical_per_core = logical_per_package / cores_per_package;
1700         
1701         for (shift = 0; (1 << shift) < logical_per_core; ++shift)
1702                 ;
1703         logical_CPU_bits = shift;
1704
1705         for (shift = 0; (1 << shift) < cores_per_package; ++shift)
1706                 ;
1707         core_bits = shift;
1708
1709         return;
1710 }
1711
1712 /* Detect AMD topology using CPUID
1713  * Ref: http://support.amd.com/us/Embedded_TechDocs/25481.pdf, last page
1714  */
1715 static void
1716 detect_amd_topology(int count_htt_cores)
1717 {
1718         int shift = 0;
1719         if ((cpu_feature & CPUID_HTT) && (amd_feature2 & AMDID2_CMP)) {
1720                 if (cpu_procinfo2 & AMDID_COREID_SIZE) {
1721                         core_bits = (cpu_procinfo2 & AMDID_COREID_SIZE) >>
1722                                     AMDID_COREID_SIZE_SHIFT;
1723                 } else {
1724                         core_bits = (cpu_procinfo2 & AMDID_CMP_CORES) + 1;
1725                         for (shift = 0; (1 << shift) < core_bits; ++shift)
1726                                 ;
1727                         core_bits = shift;
1728                 }
1729
1730                 logical_CPU_bits = count_htt_cores >> core_bits;
1731                 for (shift = 0; (1 << shift) < logical_CPU_bits; ++shift)
1732                         ;
1733                 logical_CPU_bits = shift;
1734         } else {
1735                 for (shift = 0; (1 << shift) < count_htt_cores; ++shift)
1736                         ;
1737                 core_bits = shift;
1738                 logical_CPU_bits = 0;
1739         }
1740 }
1741
1742 static void
1743 amd_get_compute_unit_id(void *arg)
1744 {
1745         u_int regs[4];
1746
1747         do_cpuid(0x8000001e, regs);
1748         cpu_node_t * mynode = get_cpu_node_by_cpuid(mycpuid);
1749
1750         /* 
1751          * AMD - CPUID Specification September 2010
1752          * page 34 - //ComputeUnitID = ebx[0:7]//
1753          */
1754         mynode->compute_unit_id = regs[1] & 0xff;
1755 }
1756
1757 int
1758 fix_amd_topology(void)
1759 {
1760         cpumask_t mask;
1761
1762         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_AMD)
1763                 return -1;
1764         if ((amd_feature2 & AMDID2_TOPOEXT) == 0)
1765                 return -1;
1766
1767         CPUMASK_ASSALLONES(mask);
1768         lwkt_cpusync_simple(mask, amd_get_compute_unit_id, NULL);
1769
1770         kprintf("Compute unit iDS:\n");
1771         int i;
1772         for (i = 0; i < ncpus; i++) {
1773                 kprintf("%d-%d; \n",
1774                         i, get_cpu_node_by_cpuid(i)->compute_unit_id);
1775         }
1776         return 0;
1777 }
1778
1779 /*
1780  * Calculate
1781  * - logical_CPU_bits
1782  * - core_bits
1783  * With the values above (for AMD or INTEL) we are able to generally
1784  * detect the CPU topology (number of cores for each level):
1785  * Ref: http://wiki.osdev.org/Detecting_CPU_Topology_(80x86)
1786  * Ref: http://www.multicoreinfo.com/research/papers/whitepapers/Intel-detect-topology.pdf
1787  */
1788 void
1789 detect_cpu_topology(void)
1790 {
1791         static int topology_detected = 0;
1792         int count = 0;
1793         
1794         if (topology_detected)
1795                 goto OUT;
1796         if ((cpu_feature & CPUID_HTT) == 0) {
1797                 core_bits = 0;
1798                 logical_CPU_bits = 0;
1799                 goto OUT;
1800         }
1801         count = (cpu_procinfo & CPUID_HTT_CORES) >> CPUID_HTT_CORE_SHIFT;
1802
1803         if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL)
1804                 detect_intel_topology(count);   
1805         else if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_AMD)
1806                 detect_amd_topology(count);
1807         topology_detected = 1;
1808
1809 OUT:
1810         if (bootverbose) {
1811                 kprintf("Bits within APICID: logical_CPU_bits: %d; "
1812                         "core_bits: %d\n",
1813                         logical_CPU_bits, core_bits);
1814         }
1815 }
1816
1817 /*
1818  * Interface functions to calculate chip_ID,
1819  * core_number and logical_number
1820  * Ref: http://wiki.osdev.org/Detecting_CPU_Topology_(80x86)
1821  */
1822 int
1823 get_chip_ID(int cpuid)
1824 {
1825         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) >>
1826             (logical_CPU_bits + core_bits);
1827 }
1828
1829 int
1830 get_chip_ID_from_APICID(int apicid)
1831 {
1832         return apicid >> (logical_CPU_bits + core_bits);
1833 }
1834
1835 int
1836 get_core_number_within_chip(int cpuid)
1837 {
1838         return ((get_apicid_from_cpuid(cpuid) >> logical_CPU_bits) &
1839                 ((1 << core_bits) - 1));
1840 }
1841
1842 int
1843 get_logical_CPU_number_within_core(int cpuid)
1844 {
1845         return (get_apicid_from_cpuid(cpuid) &
1846                 ((1 << logical_CPU_bits) - 1));
1847 }