f06ead145e8a66caf36e0c9c75b610ea96c9c0a6
[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                 if (smibest) {
440                         smibest = smibest * (int64_t)1000000 /
441                                   get_apic_timer_frequency();
442                 }
443         }
444         if (smibest)
445                 kprintf("SMI Frequency (worst case): %d Hz (%d us)\n",
446                         1000000 / smibest, smibest);
447
448         /* start each AP */
449         for (x = 1; x <= naps; ++x) {
450                 /* This is a bit verbose, it will go away soon.  */
451
452                 pssize = sizeof(struct privatespace);
453                 ps = (void *)kmem_alloc3(&kernel_map, pssize, VM_SUBSYS_GD,
454                                          KM_CPU(x));
455                 CPU_prvspace[x] = ps;
456 #if 0
457                 kprintf("ps %d %p %d\n", x, ps, pssize);
458 #endif
459                 bzero(ps, pssize);
460                 gd = &ps->mdglobaldata;
461                 gd->mi.gd_prvspace = ps;
462
463                 /* prime data page for it to use */
464                 mi_gdinit(&gd->mi, x);
465                 cpu_gdinit(gd, x);
466                 ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * (naps + 1);
467                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc3(&kernel_map, ipiq_size,
468                                                     VM_SUBSYS_IPIQ,
469                                                     KM_CPU(x));
470                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, ipiq_size);
471
472                 gd->gd_acpi_id = CPUID_TO_ACPIID(gd->mi.gd_cpuid);
473
474                 /* setup a vector to our boot code */
475                 *((volatile u_short *) WARMBOOT_OFF) = WARMBOOT_TARGET;
476                 *((volatile u_short *) WARMBOOT_SEG) = (boot_addr >> 4);
477                 outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
478                 outb(CMOS_DATA, BIOS_WARM);     /* 'warm-start' */
479
480                 /*
481                  * Setup the AP boot stack
482                  */
483                 bootSTK = &ps->idlestack[UPAGES * PAGE_SIZE - PAGE_SIZE];
484                 bootAP = x;
485
486                 /* attempt to start the Application Processor */
487                 CHECK_INIT(99); /* setup checkpoints */
488                 if (!start_ap(gd, boot_addr, smibest)) {
489                         kprintf("\nAP #%d (PHY# %d) failed!\n",
490                                 x, CPUID_TO_APICID(x));
491                         CHECK_PRINT("trace");   /* show checkpoints */
492                         /* better panic as the AP may be running loose */
493                         kprintf("panic y/n? [y] ");
494                         cnpoll(TRUE);
495                         if (cngetc() != 'n')
496                                 panic("bye-bye");
497                         cnpoll(FALSE);
498                 }
499                 CHECK_PRINT("trace");           /* show checkpoints */
500         }
501
502         /* set ncpus to 1 + highest logical cpu.  Not all may have come up */
503         ncpus = x;
504
505         /* ncpus2 -- ncpus rounded down to the nearest power of 2 */
506         for (shift = 0; (1 << shift) <= ncpus; ++shift)
507                 ;
508         --shift;
509         ncpus2_shift = shift;
510         ncpus2 = 1 << shift;
511         ncpus2_mask = ncpus2 - 1;
512
513         /* ncpus_fit -- ncpus rounded up to the nearest power of 2 */
514         if ((1 << shift) < ncpus)
515                 ++shift;
516         ncpus_fit = 1 << shift;
517         ncpus_fit_mask = ncpus_fit - 1;
518
519         /* build our map of 'other' CPUs */
520         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
521         CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
522
523         gd = (struct mdglobaldata *)mycpu;
524         gd->gd_acpi_id = CPUID_TO_ACPIID(mycpu->gd_cpuid);
525
526         ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * ncpus;
527         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, ipiq_size,
528                                             VM_SUBSYS_IPIQ);
529         bzero(mycpu->gd_ipiq, ipiq_size);
530
531         /* restore the warmstart vector */
532         *(u_long *) WARMBOOT_OFF = mpbioswarmvec;
533         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
534         outb(CMOS_DATA, mpbiosreason);
535
536         /*
537          * NOTE!  The idlestack for the BSP was setup by locore.  Finish
538          * up, clean out the P==V mapping we did earlier.
539          */
540         pmap_set_opt();
541
542         /*
543          * Wait all APs to finish initializing LAPIC
544          */
545         if (bootverbose)
546                 kprintf("SMP: Waiting APs LAPIC initialization\n");
547         if (cpu_feature & CPUID_TSC)
548                 tsc0_offset = rdtsc();
549         tsc_offsets[0] = 0;
550         mp_finish_lapic = 1;
551         rel_mplock();
552
553         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_lapic_mask, smp_startup_mask)) {
554                 cpu_pause();
555                 cpu_lfence();
556                 if (cpu_feature & CPUID_TSC)
557                         tsc0_offset = rdtsc();
558         }
559         while (try_mplock() == 0) {
560                 cpu_pause();
561                 cpu_lfence();
562         }
563
564         /* number of APs actually started */
565         return ncpus - 1;
566 }
567
568
569 /*
570  * load the 1st level AP boot code into base memory.
571  */
572
573 /* targets for relocation */
574 extern void bigJump(void);
575 extern void bootCodeSeg(void);
576 extern void bootDataSeg(void);
577 extern void MPentry(void);
578 extern u_int MP_GDT;
579 extern u_int mp_gdtbase;
580
581 #if 0
582
583 static void
584 install_ap_tramp(u_int boot_addr)
585 {
586         int     x;
587         int     size = *(int *) ((u_long) & bootMP_size);
588         u_char *src = (u_char *) ((u_long) bootMP);
589         u_char *dst = (u_char *) boot_addr + KERNBASE;
590         u_int   boot_base = (u_int) bootMP;
591         u_int8_t *dst8;
592         u_int16_t *dst16;
593         u_int32_t *dst32;
594
595         POSTCODE(INSTALL_AP_TRAMP_POST);
596
597         for (x = 0; x < size; ++x)
598                 *dst++ = *src++;
599
600         /*
601          * modify addresses in code we just moved to basemem. unfortunately we
602          * need fairly detailed info about mpboot.s for this to work.  changes
603          * to mpboot.s might require changes here.
604          */
605
606         /* boot code is located in KERNEL space */
607         dst = (u_char *) boot_addr + KERNBASE;
608
609         /* modify the lgdt arg */
610         dst32 = (u_int32_t *) (dst + ((u_int) & mp_gdtbase - boot_base));
611         *dst32 = boot_addr + ((u_int) & MP_GDT - boot_base);
612
613         /* modify the ljmp target for MPentry() */
614         dst32 = (u_int32_t *) (dst + ((u_int) bigJump - boot_base) + 1);
615         *dst32 = ((u_int) MPentry - KERNBASE);
616
617         /* modify the target for boot code segment */
618         dst16 = (u_int16_t *) (dst + ((u_int) bootCodeSeg - boot_base));
619         dst8 = (u_int8_t *) (dst16 + 1);
620         *dst16 = (u_int) boot_addr & 0xffff;
621         *dst8 = ((u_int) boot_addr >> 16) & 0xff;
622
623         /* modify the target for boot data segment */
624         dst16 = (u_int16_t *) (dst + ((u_int) bootDataSeg - boot_base));
625         dst8 = (u_int8_t *) (dst16 + 1);
626         *dst16 = (u_int) boot_addr & 0xffff;
627         *dst8 = ((u_int) boot_addr >> 16) & 0xff;
628 }
629
630 #endif
631
632 /*
633  * This function starts the AP (application processor) identified
634  * by the APIC ID 'physicalCpu'.  It does quite a "song and dance"
635  * to accomplish this.  This is necessary because of the nuances
636  * of the different hardware we might encounter.  It ain't pretty,
637  * but it seems to work.
638  *
639  * NOTE: eventually an AP gets to ap_init(), which is called just 
640  * before the AP goes into the LWKT scheduler's idle loop.
641  */
642 static int
643 start_ap(struct mdglobaldata *gd, u_int boot_addr, int smibest)
644 {
645         int     physical_cpu;
646         int     vector;
647         u_long  icr_lo, icr_hi;
648
649         POSTCODE(START_AP_POST);
650
651         /* get the PHYSICAL APIC ID# */
652         physical_cpu = CPUID_TO_APICID(gd->mi.gd_cpuid);
653
654         /* calculate the vector */
655         vector = (boot_addr >> 12) & 0xff;
656
657         /* We don't want anything interfering */
658         cpu_disable_intr();
659
660         /* Make sure the target cpu sees everything */
661         wbinvd();
662
663         /*
664          * Try to detect when a SMI has occurred, wait up to 200ms.
665          *
666          * If a SMI occurs during an AP reset but before we issue
667          * the STARTUP command, the AP may brick.  To work around
668          * this problem we hold off doing the AP startup until
669          * after we have detected the SMI.  Hopefully another SMI
670          * will not occur before we finish the AP startup.
671          *
672          * Retries don't seem to help.  SMIs have a window of opportunity
673          * and if USB->legacy keyboard emulation is enabled in the BIOS
674          * the interrupt rate can be quite high.
675          *
676          * NOTE: Don't worry about the L1 cache load, it might bloat
677          *       ldelta a little but ndelta will be so huge when the SMI
678          *       occurs the detection logic will still work fine.
679          */
680         if (smibest) {
681                 set_apic_timer(200000);
682                 smitest();
683         }
684
685         /*
686          * first we do an INIT/RESET IPI this INIT IPI might be run, reseting
687          * and running the target CPU. OR this INIT IPI might be latched (P5
688          * bug), CPU waiting for STARTUP IPI. OR this INIT IPI might be
689          * ignored.
690          *
691          * see apic/apicreg.h for icr bit definitions.
692          *
693          * TIME CRITICAL CODE, DO NOT DO ANY KPRINTFS IN THE HOT PATH.
694          */
695
696         /*
697          * Setup the address for the target AP.  We can setup
698          * icr_hi once and then just trigger operations with
699          * icr_lo.
700          */
701         icr_hi = lapic->icr_hi & ~APIC_ID_MASK;
702         icr_hi |= (physical_cpu << 24);
703         icr_lo = lapic->icr_lo & 0xfff00000;
704         lapic->icr_hi = icr_hi;
705
706         /*
707          * Do an INIT IPI: assert RESET
708          *
709          * Use edge triggered mode to assert INIT
710          */
711         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00004500;
712         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
713                  /* spin */ ;
714
715         /*
716          * The spec calls for a 10ms delay but we may have to use a
717          * MUCH lower delay to avoid bricking an AP due to a fast SMI
718          * interrupt.  We have other loops here too and dividing by 2
719          * doesn't seem to be enough even after subtracting 350us,
720          * so we divide by 4.
721          *
722          * Our minimum delay is 150uS, maximum is 10ms.  If no SMI
723          * interrupt was detected we use the full 10ms.
724          */
725         if (smibest == 0)
726                 u_sleep(10000);
727         else if (smibest < 150 * 4 + 350)
728                 u_sleep(150);
729         else if ((smibest - 350) / 4 < 10000)
730                 u_sleep((smibest - 350) / 4);
731         else
732                 u_sleep(10000);
733
734         /*
735          * Do an INIT IPI: deassert RESET
736          *
737          * Use level triggered mode to deassert.  It is unclear
738          * why we need to do this.
739          */
740         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00008500;
741         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
742                  /* spin */ ;
743         u_sleep(150);                           /* wait 150us */
744
745         /*
746          * Next we do a STARTUP IPI: the previous INIT IPI might still be
747          * latched, (P5 bug) this 1st STARTUP would then terminate
748          * immediately, and the previously started INIT IPI would continue. OR
749          * the previous INIT IPI has already run. and this STARTUP IPI will
750          * run. OR the previous INIT IPI was ignored. and this STARTUP IPI
751          * will run.
752          */
753         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00000600 | vector;
754         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
755                  /* spin */ ;
756         u_sleep(200);           /* wait ~200uS */
757
758         /*
759          * Finally we do a 2nd STARTUP IPI: this 2nd STARTUP IPI should run IF
760          * the previous STARTUP IPI was cancelled by a latched INIT IPI. OR
761          * this STARTUP IPI will be ignored, as only ONE STARTUP IPI is
762          * recognized after hardware RESET or INIT IPI.
763          */
764         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00000600 | vector;
765         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
766                  /* spin */ ;
767
768         /* Resume normal operation */
769         cpu_enable_intr();
770
771         /* wait for it to start, see ap_init() */
772         set_apic_timer(5000000);/* == 5 seconds */
773         while (read_apic_timer()) {
774                 if (CPUMASK_TESTBIT(smp_startup_mask, gd->mi.gd_cpuid))
775                         return 1;       /* return SUCCESS */
776         }
777
778         return 0;               /* return FAILURE */
779 }
780
781 static
782 int
783 smitest(void)
784 {
785         int64_t ltsc;
786         int64_t ntsc;
787         int64_t ldelta;
788         int64_t ndelta;
789         int count;
790
791         ldelta = 0;
792         ndelta = 0;
793         while (read_apic_timer()) {
794                 ltsc = rdtsc();
795                 for (count = 0; count < 100; ++count)
796                         ntsc = rdtsc(); /* force loop to occur */
797                 if (ldelta) {
798                         ndelta = ntsc - ltsc;
799                         if (ldelta > ndelta)
800                                 ldelta = ndelta;
801                         if (ndelta > ldelta * 2)
802                                 break;
803                 } else {
804                         ldelta = ntsc - ltsc;
805                 }
806         }
807         return(read_apic_timer());
808 }
809
810 /*
811  * Synchronously flush the TLB on all other CPU's.  The current cpu's
812  * TLB is not flushed.  If the caller wishes to flush the current cpu's
813  * TLB the caller must call cpu_invltlb() in addition to smp_invltlb().
814  *
815  * This routine may be called concurrently from multiple cpus.  When this
816  * happens, smp_invltlb() can wind up sticking around in the confirmation
817  * while() loop at the end as additional cpus are added to the global
818  * cpumask, until they are acknowledged by another IPI.
819  *
820  * NOTE: If for some reason we were unable to start all cpus we cannot
821  *       safely use broadcast IPIs.
822  */
823
824 cpumask_t smp_smurf_mask;
825 static cpumask_t smp_invltlb_mask;
826 #define LOOPRECOVER
827 #define LOOPMASK_IN
828 #ifdef LOOPMASK_IN
829 cpumask_t smp_in_mask;
830 #endif
831 cpumask_t smp_invmask;
832 extern cpumask_t smp_idleinvl_mask;
833 extern cpumask_t smp_idleinvl_reqs;
834
835 /*
836  * Atomically OR bits in *mask to smp_smurf_mask.  Adjust *mask to remove
837  * bits that do not need to be IPId.  These bits are still part of the command,
838  * but the target cpus have already been signalled and do not need to be
839  * sigalled again.
840  */
841 #include <sys/spinlock.h>
842 #include <sys/spinlock2.h>
843
844 static __noinline
845 void
846 smp_smurf_fetchset(cpumask_t *mask)
847 {
848         cpumask_t omask;
849         int i;
850         __uint64_t obits;
851         __uint64_t nbits;
852
853         i = 0;
854         while (i < CPUMASK_ELEMENTS) {
855                 obits = smp_smurf_mask.ary[i];
856                 cpu_ccfence();
857                 nbits = obits | mask->ary[i];
858                 if (atomic_cmpset_long(&smp_smurf_mask.ary[i], obits, nbits)) {
859                         omask.ary[i] = obits;
860                         ++i;
861                 }
862         }
863         CPUMASK_NANDMASK(*mask, omask);
864 }
865
866 /*
867  * This is a mechanism which guarantees that cpu_invltlb() will be executed
868  * on idle cpus without having to signal or wake them up.  The invltlb will be
869  * executed when they wake up, prior to any scheduling or interrupt thread.
870  *
871  * (*mask) is modified to remove the cpus we successfully negotiate this
872  * function with.  This function may only be used with semi-synchronous
873  * commands (typically invltlb's or semi-synchronous invalidations which
874  * are usually associated only with kernel memory).
875  */
876 void
877 smp_smurf_idleinvlclr(cpumask_t *mask)
878 {
879         if (optimized_invltlb) {
880                 ATOMIC_CPUMASK_ORMASK(smp_idleinvl_reqs, *mask);
881                 /* cpu_lfence() not needed */
882                 CPUMASK_NANDMASK(*mask, smp_idleinvl_mask);
883         }
884 }
885
886 /*
887  * Issue cpu_invltlb() across all cpus except the current cpu.
888  *
889  * This function will arrange to avoid idle cpus, but still gurantee that
890  * invltlb is run on them when they wake up prior to any scheduling or
891  * nominal interrupt.
892  */
893 void
894 smp_invltlb(void)
895 {
896         struct mdglobaldata *md = mdcpu;
897         cpumask_t mask;
898         unsigned long rflags;
899 #ifdef LOOPRECOVER
900         uint64_t tsc_base = rdtsc();
901         int repeats = 0;
902 #endif
903
904         if (report_invltlb_src > 0) {
905                 if (--report_invltlb_src <= 0)
906                         print_backtrace(8);
907         }
908
909         /*
910          * Disallow normal interrupts, set all active cpus except our own
911          * in the global smp_invltlb_mask.
912          */
913         ++md->mi.gd_cnt.v_smpinvltlb;
914         crit_enter_gd(&md->mi);
915
916         /*
917          * Bits we want to set in smp_invltlb_mask.  We do not want to signal
918          * our own cpu.  Also try to remove bits associated with idle cpus
919          * that we can flag for auto-invltlb.
920          */
921         mask = smp_active_mask;
922         CPUMASK_NANDBIT(mask, md->mi.gd_cpuid);
923         smp_smurf_idleinvlclr(&mask);
924
925         rflags = read_rflags();
926         cpu_disable_intr();
927         ATOMIC_CPUMASK_ORMASK(smp_invltlb_mask, mask);
928
929         /*
930          * IPI non-idle cpus represented by mask.  The omask calculation
931          * removes cpus from the mask which already have a Xinvltlb IPI
932          * pending (avoid double-queueing the IPI).
933          *
934          * We must disable real interrupts when setting the smurf flags or
935          * we might race a XINVLTLB before we manage to send the ipi's for
936          * the bits we set.
937          *
938          * NOTE: We are not signalling ourselves, mask already does NOT
939          * include our own cpu.
940          */
941         smp_smurf_fetchset(&mask);
942
943         /*
944          * Issue the IPI.  Note that the XINVLTLB IPI runs regardless of
945          * the critical section count on the target cpus.
946          */
947         CPUMASK_ORMASK(mask, md->mi.gd_cpumask);
948         if (all_but_self_ipi_enable &&
949             (all_but_self_ipi_enable >= 2 ||
950              CPUMASK_CMPMASKEQ(smp_startup_mask, mask))) {
951                 all_but_self_ipi(XINVLTLB_OFFSET);
952         } else {
953                 CPUMASK_NANDMASK(mask, md->mi.gd_cpumask);
954                 selected_apic_ipi(mask, XINVLTLB_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
955         }
956
957         /*
958          * Wait for acknowledgement by all cpus.  smp_inval_intr() will
959          * temporarily enable interrupts to avoid deadlocking the lapic,
960          * and will also handle running cpu_invltlb() and remote invlpg
961          * command son our cpu if some other cpu requests it of us.
962          *
963          * WARNING! I originally tried to implement this as a hard loop
964          *          checking only smp_invltlb_mask (and issuing a local
965          *          cpu_invltlb() if requested), with interrupts enabled
966          *          and without calling smp_inval_intr().  This DID NOT WORK.
967          *          It resulted in weird races where smurf bits would get
968          *          cleared without any action being taken.
969          */
970         smp_inval_intr();
971         CPUMASK_ASSZERO(mask);
972         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_invltlb_mask, mask)) {
973                 smp_inval_intr();
974                 cpu_pause();
975 #ifdef LOOPRECOVER
976                 if (tsc_frequency && rdtsc() - tsc_base > tsc_frequency) {
977                         /*
978                          * cpuid        - cpu doing the waiting
979                          * invltlb_mask - IPI in progress
980                          */
981                         kprintf("smp_invltlb %d: waited too long inv=%08jx "
982                                 "smurf=%08jx "
983 #ifdef LOOPMASK_IN
984                                 "in=%08jx "
985 #endif
986                                 "idle=%08jx/%08jx\n",
987                                 md->mi.gd_cpuid,
988                                 smp_invltlb_mask.ary[0],
989                                 smp_smurf_mask.ary[0],
990 #ifdef LOOPMASK_IN
991                                 smp_in_mask.ary[0],
992 #endif
993                                 smp_idleinvl_mask.ary[0],
994                                 smp_idleinvl_reqs.ary[0]);
995                         mdcpu->gd_xinvaltlb = 0;
996                         ATOMIC_CPUMASK_NANDMASK(smp_smurf_mask,
997                                                 smp_invltlb_mask);
998                         smp_invlpg(&smp_active_mask);
999                         tsc_base = rdtsc();
1000                         if (++repeats > 10) {
1001                                 kprintf("smp_invltlb: giving up\n");
1002                                 CPUMASK_ASSZERO(smp_invltlb_mask);
1003                         }
1004                 }
1005 #endif
1006         }
1007         write_rflags(rflags);
1008         crit_exit_gd(&md->mi);
1009 }
1010
1011 /*
1012  * Called from a critical section with interrupts hard-disabled.
1013  * This function issues an XINVLTLB IPI and then executes any pending
1014  * command on the current cpu before returning.
1015  */
1016 void
1017 smp_invlpg(cpumask_t *cmdmask)
1018 {
1019         struct mdglobaldata *md = mdcpu;
1020         cpumask_t mask;
1021
1022         if (report_invlpg_src > 0) {
1023                 if (--report_invlpg_src <= 0)
1024                         print_backtrace(8);
1025         }
1026
1027         /*
1028          * Disallow normal interrupts, set all active cpus in the pmap,
1029          * plus our own for completion processing (it might or might not
1030          * be part of the set).
1031          */
1032         mask = smp_active_mask;
1033         CPUMASK_ANDMASK(mask, *cmdmask);
1034         CPUMASK_ORMASK(mask, md->mi.gd_cpumask);
1035
1036         /*
1037          * Avoid double-queuing IPIs, which can deadlock us.  We must disable
1038          * real interrupts when setting the smurf flags or we might race a
1039          * XINVLTLB before we manage to send the ipi's for the bits we set.
1040          *
1041          * NOTE: We might be including our own cpu in the smurf mask.
1042          */
1043         smp_smurf_fetchset(&mask);
1044
1045         /*
1046          * Issue the IPI.  Note that the XINVLTLB IPI runs regardless of
1047          * the critical section count on the target cpus.
1048          *
1049          * We do not include our own cpu when issuing the IPI.
1050          */
1051         if (all_but_self_ipi_enable &&
1052             (all_but_self_ipi_enable >= 2 ||
1053              CPUMASK_CMPMASKEQ(smp_startup_mask, mask))) {
1054                 all_but_self_ipi(XINVLTLB_OFFSET);
1055         } else {
1056                 CPUMASK_NANDMASK(mask, md->mi.gd_cpumask);
1057                 selected_apic_ipi(mask, XINVLTLB_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
1058         }
1059
1060         /*
1061          * This will synchronously wait for our command to complete,
1062          * as well as process commands from other cpus.  It also handles
1063          * reentrancy.
1064          *
1065          * (interrupts are disabled and we are in a critical section here)
1066          */
1067         smp_inval_intr();
1068 }
1069
1070 void
1071 smp_sniff(void)
1072 {
1073         globaldata_t gd = mycpu;
1074         int dummy;
1075         register_t rflags;
1076
1077         /*
1078          * Ignore all_but_self_ipi_enable here and just use it.
1079          */
1080         rflags = read_rflags();
1081         cpu_disable_intr();
1082         all_but_self_ipi(XSNIFF_OFFSET);
1083         gd->gd_sample_pc = smp_sniff;
1084         gd->gd_sample_sp = &dummy;
1085         write_rflags(rflags);
1086 }
1087
1088 void
1089 cpu_sniff(int dcpu)
1090 {
1091         globaldata_t rgd = globaldata_find(dcpu);
1092         register_t rflags;
1093         int dummy;
1094
1095         /*
1096          * Ignore all_but_self_ipi_enable here and just use it.
1097          */
1098         rflags = read_rflags();
1099         cpu_disable_intr();
1100         single_apic_ipi(dcpu, XSNIFF_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
1101         rgd->gd_sample_pc = cpu_sniff;
1102         rgd->gd_sample_sp = &dummy;
1103         write_rflags(rflags);
1104 }
1105
1106 /*
1107  * Called from Xinvltlb assembly with interrupts hard-disabled and in a
1108  * critical section.  gd_intr_nesting_level may or may not be bumped
1109  * depending on entry.
1110  *
1111  * THIS CODE IS INTENDED TO EXPLICITLY IGNORE THE CRITICAL SECTION COUNT.
1112  * THAT IS, THE INTERRUPT IS INTENDED TO FUNCTION EVEN WHEN MAINLINE CODE
1113  * IS IN A CRITICAL SECTION.
1114  */
1115 void
1116 smp_inval_intr(void)
1117 {
1118         struct mdglobaldata *md = mdcpu;
1119         cpumask_t cpumask;
1120 #ifdef LOOPRECOVER
1121         uint64_t tsc_base = rdtsc();
1122 #endif
1123
1124 #if 0
1125         /*
1126          * The idle code is in a critical section, but that doesn't stop
1127          * Xinvltlb from executing, so deal with the race which can occur
1128          * in that situation.  Otherwise r-m-w operations by pmap_inval_intr()
1129          * may have problems.
1130          */
1131         if (ATOMIC_CPUMASK_TESTANDCLR(smp_idleinvl_reqs, md->mi.gd_cpuid)) {
1132                 ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(smp_invltlb_mask, md->mi.gd_cpuid);
1133                 cpu_invltlb();
1134                 cpu_mfence();
1135         }
1136 #endif
1137
1138         /*
1139          * This is a real mess.  I'd like to just leave interrupts disabled
1140          * but it can cause the lapic to deadlock if too many interrupts queue
1141          * to it, due to the idiotic design of the lapic.  So instead we have
1142          * to enter a critical section so normal interrupts are made pending
1143          * and track whether this one was reentered.
1144          */
1145         if (md->gd_xinvaltlb) {         /* reentrant on cpu */
1146                 md->gd_xinvaltlb = 2;
1147                 return;
1148         }
1149         md->gd_xinvaltlb = 1;
1150
1151         /*
1152          * Check only those cpus with active Xinvl* commands pending.
1153          *
1154          * We are going to enable interrupts so make sure we are in a
1155          * critical section.  This is necessary to avoid deadlocking
1156          * the lapic and to ensure that we execute our commands prior to
1157          * any nominal interrupt or preemption.
1158          *
1159          * WARNING! It is very important that we only clear out but in
1160          *          smp_smurf_mask once for each interrupt we take.  In
1161          *          this case, we clear it on initial entry and only loop
1162          *          on the reentrancy detect (caused by another interrupt).
1163          */
1164         cpumask = smp_invmask;
1165 #ifdef LOOPMASK_IN
1166         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_in_mask, md->mi.gd_cpuid);
1167 #endif
1168 loop:
1169         cpu_enable_intr();
1170         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(smp_smurf_mask, md->mi.gd_cpuid);
1171
1172         /*
1173          * Specific page request(s), and we can't return until all bits
1174          * are zero.
1175          */
1176         for (;;) {
1177                 int toolong;
1178
1179                 /*
1180                  * Also execute any pending full invalidation request in
1181                  * this loop.
1182                  */
1183                 if (CPUMASK_TESTBIT(smp_invltlb_mask, md->mi.gd_cpuid)) {
1184                         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(smp_invltlb_mask,
1185                                                md->mi.gd_cpuid);
1186                         cpu_invltlb();
1187                         cpu_mfence();
1188                 }
1189
1190 #ifdef LOOPRECOVER
1191                 if (tsc_frequency && rdtsc() - tsc_base > tsc_frequency) {
1192                         /*
1193                          * cpuid        - cpu doing the waiting
1194                          * invmask      - IPI in progress
1195                          * invltlb_mask - which ones are TLB invalidations?
1196                          */
1197                         kprintf("smp_inval_intr %d inv=%08jx tlbm=%08jx "
1198                                 "smurf=%08jx "
1199 #ifdef LOOPMASK_IN
1200                                 "in=%08jx "
1201 #endif
1202                                 "idle=%08jx/%08jx\n",
1203                                 md->mi.gd_cpuid,
1204                                 smp_invmask.ary[0],
1205                                 smp_invltlb_mask.ary[0],
1206                                 smp_smurf_mask.ary[0],
1207 #ifdef LOOPMASK_IN
1208                                 smp_in_mask.ary[0],
1209 #endif
1210                                 smp_idleinvl_mask.ary[0],
1211                                 smp_idleinvl_reqs.ary[0]);
1212                         tsc_base = rdtsc();
1213                         toolong = 1;
1214                 } else {
1215                         toolong = 0;
1216                 }
1217 #else
1218                 toolong = 0;
1219 #endif
1220
1221                 /*
1222                  * We can only add bits to the cpumask to test during the
1223                  * loop because the smp_invmask bit is cleared once the
1224                  * originator completes the command (the targets may still
1225                  * be cycling their own completions in this loop, afterwords).
1226                  *
1227                  * lfence required prior to all tests as this Xinvltlb
1228                  * interrupt could race the originator (already be in progress
1229                  * wnen the originator decides to issue, due to an issue by
1230                  * another cpu).
1231                  */
1232                 cpu_lfence();
1233                 CPUMASK_ORMASK(cpumask, smp_invmask);
1234                 /*cpumask = smp_active_mask;*/  /* XXX */
1235                 cpu_lfence();
1236
1237                 if (pmap_inval_intr(&cpumask, toolong) == 0) {
1238                         /*
1239                          * Clear our smurf mask to allow new IPIs, but deal
1240                          * with potential races.
1241                          */
1242                         break;
1243                 }
1244
1245                 /*
1246                  * Test if someone sent us another invalidation IPI, break
1247                  * out so we can take it to avoid deadlocking the lapic
1248                  * interrupt queue (? stupid intel, amd).
1249                  */
1250                 if (md->gd_xinvaltlb == 2)
1251                         break;
1252                 /*
1253                 if (CPUMASK_TESTBIT(smp_smurf_mask, md->mi.gd_cpuid))
1254                         break;
1255                 */
1256         }
1257
1258         /*
1259          * Full invalidation request
1260          */
1261         if (CPUMASK_TESTBIT(smp_invltlb_mask, md->mi.gd_cpuid)) {
1262                 ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(smp_invltlb_mask,
1263                                        md->mi.gd_cpuid);
1264                 cpu_invltlb();
1265                 cpu_mfence();
1266         }
1267
1268         /*
1269          * Check to see if another Xinvltlb interrupt occurred and loop up
1270          * if it did.
1271          */
1272         cpu_disable_intr();
1273         if (md->gd_xinvaltlb == 2) {
1274                 md->gd_xinvaltlb = 1;
1275                 goto loop;
1276         }
1277 #ifdef LOOPMASK_IN
1278         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(smp_in_mask, md->mi.gd_cpuid);
1279 #endif
1280         md->gd_xinvaltlb = 0;
1281 }
1282
1283 void
1284 cpu_wbinvd_on_all_cpus_callback(void *arg)
1285 {
1286         wbinvd();
1287 }
1288
1289 /*
1290  * When called the executing CPU will send an IPI to all other CPUs
1291  * requesting that they halt execution.
1292  *
1293  * Usually (but not necessarily) called with 'other_cpus' as its arg.
1294  *
1295  *  - Signals all CPUs in map to stop.
1296  *  - Waits for each to stop.
1297  *
1298  * Returns:
1299  *  -1: error
1300  *   0: NA
1301  *   1: ok
1302  *
1303  * XXX FIXME: this is not MP-safe, needs a lock to prevent multiple CPUs
1304  *            from executing at same time.
1305  */
1306 int
1307 stop_cpus(cpumask_t map)
1308 {
1309         cpumask_t mask;
1310
1311         CPUMASK_ANDMASK(map, smp_active_mask);
1312
1313         /* send the Xcpustop IPI to all CPUs in map */
1314         selected_apic_ipi(map, XCPUSTOP_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
1315
1316         do {
1317                 mask = stopped_cpus;
1318                 CPUMASK_ANDMASK(mask, map);
1319                 /* spin */
1320         } while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(mask, map));
1321
1322         return 1;
1323 }
1324
1325
1326 /*
1327  * Called by a CPU to restart stopped CPUs. 
1328  *
1329  * Usually (but not necessarily) called with 'stopped_cpus' as its arg.
1330  *
1331  *  - Signals all CPUs in map to restart.
1332  *  - Waits for each to restart.
1333  *
1334  * Returns:
1335  *  -1: error
1336  *   0: NA
1337  *   1: ok
1338  */
1339 int
1340 restart_cpus(cpumask_t map)
1341 {
1342         cpumask_t mask;
1343
1344         /* signal other cpus to restart */
1345         mask = map;
1346         CPUMASK_ANDMASK(mask, smp_active_mask);
1347         cpu_ccfence();
1348         started_cpus = mask;
1349         cpu_ccfence();
1350
1351         /* wait for each to clear its bit */
1352         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(stopped_cpus, map))
1353                 cpu_pause();
1354
1355         return 1;
1356 }
1357
1358 /*
1359  * This is called once the mpboot code has gotten us properly relocated
1360  * and the MMU turned on, etc.   ap_init() is actually the idle thread,
1361  * and when it returns the scheduler will call the real cpu_idle() main
1362  * loop for the idlethread.  Interrupts are disabled on entry and should
1363  * remain disabled at return.
1364  */
1365 void
1366 ap_init(void)
1367 {
1368         int     cpu_id;
1369
1370         /*
1371          * Adjust smp_startup_mask to signal the BSP that we have started
1372          * up successfully.  Note that we do not yet hold the BGL.  The BSP
1373          * is waiting for our signal.
1374          *
1375          * We can't set our bit in smp_active_mask yet because we are holding
1376          * interrupts physically disabled and remote cpus could deadlock
1377          * trying to send us an IPI.
1378          */
1379         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_startup_mask, mycpu->gd_cpuid);
1380         cpu_mfence();
1381
1382         /*
1383          * Interlock for LAPIC initialization.  Wait until mp_finish_lapic is
1384          * non-zero, then get the MP lock.
1385          *
1386          * Note: We are in a critical section.
1387          *
1388          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
1389          *
1390          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
1391          * from improperly caching mp_finish_lapic, and the cpu from improperly
1392          * caching it.
1393          */
1394         while (mp_finish_lapic == 0) {
1395                 cpu_pause();
1396                 cpu_lfence();
1397         }
1398 #if 0
1399         while (try_mplock() == 0) {
1400                 cpu_pause();
1401                 cpu_lfence();
1402         }
1403 #endif
1404
1405         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
1406                 /*
1407                  * The BSP is constantly updating tsc0_offset, figure out
1408                  * the relative difference to synchronize ktrdump.
1409                  */
1410                 tsc_offsets[mycpu->gd_cpuid] = rdtsc() - tsc0_offset;
1411         }
1412
1413         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
1414         cpu_invltlb();
1415
1416         /* Build our map of 'other' CPUs. */
1417         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
1418         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
1419
1420         /* A quick check from sanity claus */
1421         cpu_id = APICID_TO_CPUID((lapic->id & 0xff000000) >> 24);
1422         if (mycpu->gd_cpuid != cpu_id) {
1423                 kprintf("SMP: assigned cpuid = %d\n", mycpu->gd_cpuid);
1424                 kprintf("SMP: actual cpuid = %d lapicid %d\n",
1425                         cpu_id, (lapic->id & 0xff000000) >> 24);
1426 #if 0 /* JGXXX */
1427                 kprintf("PTD[MPPTDI] = %p\n", (void *)PTD[MPPTDI]);
1428 #endif
1429                 panic("cpuid mismatch! boom!!");
1430         }
1431
1432         /* Initialize AP's local APIC for irq's */
1433         lapic_init(FALSE);
1434
1435         /* LAPIC initialization is done */
1436         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_lapic_mask, mycpu->gd_cpuid);
1437         cpu_mfence();
1438
1439 #if 0
1440         /* Let BSP move onto the next initialization stage */
1441         rel_mplock();
1442 #endif
1443
1444         /*
1445          * Interlock for finalization.  Wait until mp_finish is non-zero,
1446          * then get the MP lock.
1447          *
1448          * Note: We are in a critical section.
1449          *
1450          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
1451          *
1452          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
1453          * from improperly caching mp_finish, and the cpu from improperly
1454          * caching it.
1455          */
1456         while (mp_finish == 0) {
1457                 cpu_pause();
1458                 cpu_lfence();
1459         }
1460
1461         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
1462         cpu_invltlb();
1463
1464         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
1465         mem_range_AP_init();
1466
1467         /*
1468          * Once we go active we must process any IPIQ messages that may
1469          * have been queued, because no actual IPI will occur until we
1470          * set our bit in the smp_active_mask.  If we don't the IPI
1471          * message interlock could be left set which would also prevent
1472          * further IPIs.
1473          *
1474          * The idle loop doesn't expect the BGL to be held and while
1475          * lwkt_switch() normally cleans things up this is a special case
1476          * because we returning almost directly into the idle loop.
1477          *
1478          * The idle thread is never placed on the runq, make sure
1479          * nothing we've done put it there.
1480          */
1481
1482         /*
1483          * Hold a critical section and allow real interrupts to occur.  Zero
1484          * any spurious interrupts which have accumulated, then set our
1485          * smp_active_mask indicating that we are fully operational.
1486          */
1487         crit_enter();
1488         __asm __volatile("sti; pause; pause"::);
1489         bzero(mdcpu->gd_ipending, sizeof(mdcpu->gd_ipending));
1490         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_active_mask, mycpu->gd_cpuid);
1491
1492         /*
1493          * Wait until all cpus have set their smp_active_mask and have fully
1494          * operational interrupts before proceeding.
1495          *
1496          * We need a final cpu_invltlb() because we would not have received
1497          * any until we set our bit in smp_active_mask.
1498          */
1499         while (mp_finish == 1) {
1500                 cpu_pause();
1501                 cpu_lfence();
1502         }
1503         cpu_invltlb();
1504
1505         /*
1506          * Initialize per-cpu clocks and do other per-cpu initialization.
1507          * At this point code is expected to be able to use the full kernel
1508          * API.
1509          */
1510         initclocks_pcpu();      /* clock interrupts (via IPIs) */
1511
1512         /*
1513          * Since we may have cleaned up the interrupt triggers, manually
1514          * process any pending IPIs before exiting our critical section.
1515          * Once the critical section has exited, normal interrupt processing
1516          * may occur.
1517          */
1518         atomic_swap_int(&mycpu->gd_npoll, 0);
1519         lwkt_process_ipiq();
1520         crit_exit();
1521
1522         /*
1523          * Final final, allow the waiting BSP to resume the boot process,
1524          * return 'into' the idle thread bootstrap.
1525          */
1526         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_finalize_mask, mycpu->gd_cpuid);
1527         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
1528 }
1529
1530 /*
1531  * Get SMP fully working before we start initializing devices.
1532  */
1533 static
1534 void
1535 ap_finish(void)
1536 {
1537         if (bootverbose)
1538                 kprintf("Finish MP startup\n");
1539         rel_mplock();
1540
1541         /*
1542          * Wait for the active mask to complete, after which all cpus will
1543          * be accepting interrupts.
1544          */
1545         mp_finish = 1;
1546         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_active_mask, smp_startup_mask)) {
1547                 cpu_pause();
1548                 cpu_lfence();
1549         }
1550
1551         /*
1552          * Wait for the finalization mask to complete, after which all cpus
1553          * have completely finished initializing and are entering or are in
1554          * their idle thread.
1555          *
1556          * BSP should have received all required invltlbs but do another
1557          * one just in case.
1558          */
1559         cpu_invltlb();
1560         mp_finish = 2;
1561         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_finalize_mask, smp_startup_mask)) {
1562                 cpu_pause();
1563                 cpu_lfence();
1564         }
1565
1566         while (try_mplock() == 0) {
1567                 cpu_pause();
1568                 cpu_lfence();
1569         }
1570
1571         if (bootverbose) {
1572                 kprintf("Active CPU Mask: %016jx\n",
1573                         (uintmax_t)CPUMASK_LOWMASK(smp_active_mask));
1574         }
1575 }
1576
1577 SYSINIT(finishsmp, SI_BOOT2_FINISH_SMP, SI_ORDER_FIRST, ap_finish, NULL);
1578
1579 /*
1580  * Interrupts must be hard-disabled by caller
1581  */
1582 void
1583 cpu_send_ipiq(int dcpu)
1584 {
1585         if (CPUMASK_TESTBIT(smp_active_mask, dcpu))
1586                 single_apic_ipi(dcpu, XIPIQ_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
1587 }
1588
1589 #if 0   /* single_apic_ipi_passive() not working yet */
1590 /*
1591  * Returns 0 on failure, 1 on success
1592  */
1593 int
1594 cpu_send_ipiq_passive(int dcpu)
1595 {
1596         int r = 0;
1597         if (CPUMASK_TESTBIT(smp_active_mask, dcpu)) {
1598                 r = single_apic_ipi_passive(dcpu, XIPIQ_OFFSET,
1599                                         APIC_DELMODE_FIXED);
1600         }
1601         return(r);
1602 }
1603 #endif
1604
1605 static void
1606 mp_bsp_simple_setup(void)
1607 {
1608         struct mdglobaldata *gd;
1609         size_t ipiq_size;
1610
1611         /* build our map of 'other' CPUs */
1612         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
1613         CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
1614
1615         gd = (struct mdglobaldata *)mycpu;
1616         gd->gd_acpi_id = CPUID_TO_ACPIID(mycpu->gd_cpuid);
1617
1618         ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * ncpus;
1619         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, ipiq_size,
1620                                             VM_SUBSYS_IPIQ);
1621         bzero(mycpu->gd_ipiq, ipiq_size);
1622
1623         pmap_set_opt();
1624
1625         if (cpu_feature & CPUID_TSC)
1626                 tsc0_offset = rdtsc();
1627 }
1628
1629
1630 /*
1631  * CPU TOPOLOGY DETECTION FUNCTIONS
1632  */
1633
1634 /* Detect intel topology using CPUID 
1635  * Ref: http://www.intel.com/Assets/PDF/appnote/241618.pdf, pg 41
1636  */
1637 static void
1638 detect_intel_topology(int count_htt_cores)
1639 {
1640         int shift = 0;
1641         int ecx_index = 0;
1642         int core_plus_logical_bits = 0;
1643         int cores_per_package;
1644         int logical_per_package;
1645         int logical_per_core;
1646         unsigned int p[4];
1647
1648         if (cpu_high >= 0xb) {
1649                 goto FUNC_B;
1650
1651         } else if (cpu_high >= 0x4) {
1652                 goto FUNC_4;
1653
1654         } else {
1655                 core_bits = 0;
1656                 for (shift = 0; (1 << shift) < count_htt_cores; ++shift)
1657                         ;
1658                 logical_CPU_bits = 1 << shift;
1659                 return;
1660         }
1661
1662 FUNC_B:
1663         cpuid_count(0xb, FUNC_B_THREAD_LEVEL, p);
1664
1665         /* if 0xb not supported - fallback to 0x4 */
1666         if (p[1] == 0 || (FUNC_B_TYPE(p[2]) != FUNC_B_THREAD_TYPE)) {
1667                 goto FUNC_4;
1668         }
1669
1670         logical_CPU_bits = FUNC_B_BITS_SHIFT_NEXT_LEVEL(p[0]);
1671
1672         ecx_index = FUNC_B_THREAD_LEVEL + 1;
1673         do {
1674                 cpuid_count(0xb, ecx_index, p);
1675
1676                 /* Check for the Core type in the implemented sub leaves. */
1677                 if (FUNC_B_TYPE(p[2]) == FUNC_B_CORE_TYPE) {
1678                         core_plus_logical_bits = FUNC_B_BITS_SHIFT_NEXT_LEVEL(p[0]);
1679                         break;
1680                 }
1681
1682                 ecx_index++;
1683
1684         } while (FUNC_B_TYPE(p[2]) != FUNC_B_INVALID_TYPE);
1685
1686         core_bits = core_plus_logical_bits - logical_CPU_bits;
1687
1688         return;
1689
1690 FUNC_4:
1691         cpuid_count(0x4, 0, p);
1692         cores_per_package = FUNC_4_MAX_CORE_NO(p[0]) + 1;
1693
1694         logical_per_package = count_htt_cores;
1695         logical_per_core = logical_per_package / cores_per_package;
1696         
1697         for (shift = 0; (1 << shift) < logical_per_core; ++shift)
1698                 ;
1699         logical_CPU_bits = shift;
1700
1701         for (shift = 0; (1 << shift) < cores_per_package; ++shift)
1702                 ;
1703         core_bits = shift;
1704
1705         return;
1706 }
1707
1708 /* Detect AMD topology using CPUID
1709  * Ref: http://support.amd.com/us/Embedded_TechDocs/25481.pdf, last page
1710  */
1711 static void
1712 detect_amd_topology(int count_htt_cores)
1713 {
1714         int shift = 0;
1715         if ((cpu_feature & CPUID_HTT) && (amd_feature2 & AMDID2_CMP)) {
1716                 if (cpu_procinfo2 & AMDID_COREID_SIZE) {
1717                         core_bits = (cpu_procinfo2 & AMDID_COREID_SIZE) >>
1718                                     AMDID_COREID_SIZE_SHIFT;
1719                 } else {
1720                         core_bits = (cpu_procinfo2 & AMDID_CMP_CORES) + 1;
1721                         for (shift = 0; (1 << shift) < core_bits; ++shift)
1722                                 ;
1723                         core_bits = shift;
1724                 }
1725
1726                 logical_CPU_bits = count_htt_cores >> core_bits;
1727                 for (shift = 0; (1 << shift) < logical_CPU_bits; ++shift)
1728                         ;
1729                 logical_CPU_bits = shift;
1730         } else {
1731                 for (shift = 0; (1 << shift) < count_htt_cores; ++shift)
1732                         ;
1733                 core_bits = shift;
1734                 logical_CPU_bits = 0;
1735         }
1736 }
1737
1738 static void
1739 amd_get_compute_unit_id(void *arg)
1740 {
1741         u_int regs[4];
1742
1743         do_cpuid(0x8000001e, regs);
1744         cpu_node_t * mynode = get_cpu_node_by_cpuid(mycpuid);
1745
1746         /* 
1747          * AMD - CPUID Specification September 2010
1748          * page 34 - //ComputeUnitID = ebx[0:7]//
1749          */
1750         mynode->compute_unit_id = regs[1] & 0xff;
1751 }
1752
1753 int
1754 fix_amd_topology(void)
1755 {
1756         cpumask_t mask;
1757
1758         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_AMD)
1759                 return -1;
1760         if ((amd_feature2 & AMDID2_TOPOEXT) == 0)
1761                 return -1;
1762
1763         CPUMASK_ASSALLONES(mask);
1764         lwkt_cpusync_simple(mask, amd_get_compute_unit_id, NULL);
1765
1766         kprintf("Compute unit iDS:\n");
1767         int i;
1768         for (i = 0; i < ncpus; i++) {
1769                 kprintf("%d-%d; \n",
1770                         i, get_cpu_node_by_cpuid(i)->compute_unit_id);
1771         }
1772         return 0;
1773 }
1774
1775 /*
1776  * Calculate
1777  * - logical_CPU_bits
1778  * - core_bits
1779  * With the values above (for AMD or INTEL) we are able to generally
1780  * detect the CPU topology (number of cores for each level):
1781  * Ref: http://wiki.osdev.org/Detecting_CPU_Topology_(80x86)
1782  * Ref: http://www.multicoreinfo.com/research/papers/whitepapers/Intel-detect-topology.pdf
1783  */
1784 void
1785 detect_cpu_topology(void)
1786 {
1787         static int topology_detected = 0;
1788         int count = 0;
1789         
1790         if (topology_detected)
1791                 goto OUT;
1792         if ((cpu_feature & CPUID_HTT) == 0) {
1793                 core_bits = 0;
1794                 logical_CPU_bits = 0;
1795                 goto OUT;
1796         }
1797         count = (cpu_procinfo & CPUID_HTT_CORES) >> CPUID_HTT_CORE_SHIFT;
1798
1799         if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL)
1800                 detect_intel_topology(count);   
1801         else if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_AMD)
1802                 detect_amd_topology(count);
1803         topology_detected = 1;
1804
1805 OUT:
1806         if (bootverbose) {
1807                 kprintf("Bits within APICID: logical_CPU_bits: %d; "
1808                         "core_bits: %d\n",
1809                         logical_CPU_bits, core_bits);
1810         }
1811 }
1812
1813 /*
1814  * Interface functions to calculate chip_ID,
1815  * core_number and logical_number
1816  * Ref: http://wiki.osdev.org/Detecting_CPU_Topology_(80x86)
1817  */
1818 int
1819 get_chip_ID(int cpuid)
1820 {
1821         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) >>
1822             (logical_CPU_bits + core_bits);
1823 }
1824
1825 int
1826 get_chip_ID_from_APICID(int apicid)
1827 {
1828         return apicid >> (logical_CPU_bits + core_bits);
1829 }
1830
1831 int
1832 get_core_number_within_chip(int cpuid)
1833 {
1834         return ((get_apicid_from_cpuid(cpuid) >> logical_CPU_bits) &
1835                 ((1 << core_bits) - 1));
1836 }
1837
1838 int
1839 get_logical_CPU_number_within_core(int cpuid)
1840 {
1841         return (get_apicid_from_cpuid(cpuid) &
1842                 ((1 << logical_CPU_bits) - 1));
1843 }