kernel - Intel user/kernel separation MMU bug fix part 2/3
[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 naps;
144
145 int64_t tsc0_offset;
146 extern int64_t tsc_offsets[];
147
148 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
149 char *bootSTK;
150 static int bootAP;
151
152 struct pcb stoppcbs[MAXCPU];
153
154 extern inthand_t IDTVEC(fast_syscall), IDTVEC(fast_syscall32);
155
156 /*
157  * Local data and functions.
158  */
159
160 static u_int    boot_address;
161 static int      mp_finish;
162 static int      mp_finish_lapic;
163
164 static int      start_all_aps(u_int boot_addr);
165 #if 0
166 static void     install_ap_tramp(u_int boot_addr);
167 #endif
168 static int      start_ap(struct mdglobaldata *gd, u_int boot_addr, int smibest);
169 static int      smitest(void);
170 static void     mp_bsp_simple_setup(void);
171
172 /* which cpus have been started */
173 static cpumask_t smp_startup_mask = CPUMASK_INITIALIZER_ONLYONE;
174 /* which cpus have lapic been inited */
175 static cpumask_t smp_lapic_mask = CPUMASK_INITIALIZER_ONLYONE;
176 /* which cpus are ready for IPIs etc? */
177 cpumask_t smp_active_mask = CPUMASK_INITIALIZER_ONLYONE;
178 cpumask_t smp_finalize_mask = CPUMASK_INITIALIZER_ONLYONE;
179
180 SYSCTL_OPAQUE(_machdep, OID_AUTO, smp_active, CTLFLAG_RD,
181               &smp_active_mask, sizeof(smp_active_mask), "LU", "");
182 static u_int    bootMP_size;
183 static u_int    report_invlpg_src;
184 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, report_invlpg_src, CTLFLAG_RW,
185         &report_invlpg_src, 0, "");
186 static u_int    report_invltlb_src;
187 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, report_invltlb_src, CTLFLAG_RW,
188         &report_invltlb_src, 0, "");
189 static int      optimized_invltlb;
190 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, optimized_invltlb, CTLFLAG_RW,
191         &optimized_invltlb, 0, "");
192 static int      all_but_self_ipi_enable = 1;
193 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, all_but_self_ipi_enable, CTLFLAG_RW,
194         &all_but_self_ipi_enable, 0, "");
195
196 /* Local data for detecting CPU TOPOLOGY */
197 static int core_bits = 0;
198 static int logical_CPU_bits = 0;
199
200
201 /*
202  * Calculate usable address in base memory for AP trampoline code.
203  */
204 u_int
205 mp_bootaddress(u_int basemem)
206 {
207         POSTCODE(MP_BOOTADDRESS_POST);
208
209         bootMP_size = mptramp_end - mptramp_start;
210         boot_address = trunc_page(basemem * 1024); /* round down to 4k boundary */
211         if (((basemem * 1024) - boot_address) < bootMP_size)
212                 boot_address -= PAGE_SIZE;      /* not enough, lower by 4k */
213         /* 3 levels of page table pages */
214         mptramp_pagetables = boot_address - (PAGE_SIZE * 3);
215
216         return mptramp_pagetables;
217 }
218
219 /*
220  * Print various information about the SMP system hardware and setup.
221  */
222 void
223 mp_announce(void)
224 {
225         int     x;
226
227         POSTCODE(MP_ANNOUNCE_POST);
228
229         kprintf("DragonFly/MP: Multiprocessor motherboard\n");
230         kprintf(" cpu0 (BSP): apic id: %2d\n", CPUID_TO_APICID(0));
231         for (x = 1; x <= naps; ++x)
232                 kprintf(" cpu%d (AP):  apic id: %2d\n", x, CPUID_TO_APICID(x));
233
234         if (!ioapic_enable)
235                 kprintf(" Warning: APIC I/O disabled\n");
236 }
237
238 /*
239  * AP cpu's call this to sync up protected mode.
240  *
241  * WARNING! %gs is not set up on entry.  This routine sets up %gs.
242  */
243 void
244 init_secondary(void)
245 {
246         int     gsel_tss;
247         int     x, myid = bootAP;
248         u_int64_t msr, cr0;
249         struct mdglobaldata *md;
250         struct privatespace *ps;
251
252         ps = CPU_prvspace[myid];
253
254         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base =
255                 (long) &ps->mdglobaldata.gd_common_tss;
256         ps->mdglobaldata.mi.gd_prvspace = ps;
257
258         /* We fill the 32-bit segment descriptors */
259         for (x = 0; x < NGDT; x++) {
260                 if (x != GPROC0_SEL && x != (GPROC0_SEL + 1))
261                         ssdtosd(&gdt_segs[x], &gdt[myid * NGDT + x]);
262         }
263         /* And now a 64-bit one */
264         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
265             (struct system_segment_descriptor *)&gdt[myid * NGDT + GPROC0_SEL]);
266
267         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(gdt[0]) - 1;
268         r_gdt.rd_base = (long) &gdt[myid * NGDT];
269         lgdt(&r_gdt);                   /* does magic intra-segment return */
270
271         /* lgdt() destroys the GSBASE value, so we load GSBASE after lgdt() */
272         wrmsr(MSR_FSBASE, 0);           /* User value */
273         wrmsr(MSR_GSBASE, (u_int64_t)ps);
274         wrmsr(MSR_KGSBASE, 0);          /* XXX User value while we're in the kernel */
275
276         lidt(&r_idt_arr[mdcpu->mi.gd_cpuid]);
277
278 #if 0
279         lldt(_default_ldt);
280         mdcpu->gd_currentldt = _default_ldt;
281 #endif
282
283         gsel_tss = GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL);
284         gdt[myid * NGDT + GPROC0_SEL].sd_type = SDT_SYSTSS;
285
286         md = mdcpu;     /* loaded through %gs:0 (mdglobaldata.mi.gd_prvspace)*/
287
288         /*
289          * TSS entry point for interrupts, traps, and exceptions
290          * (sans NMI).  This will always go to near the top of the pcpu
291          * trampoline area.  Hardware-pushed data will be copied into
292          * the trap-frame on entry, and (if necessary) returned to the
293          * trampoline on exit.
294          *
295          * We store some pcb data for the trampoline code above the
296          * stack the cpu hw pushes into, and arrange things so the
297          * address of tr_pcb_rsp is the same as the desired top of
298          * stack.
299          */
300         md->gd_common_tss.tss_rsp0 =
301                 (register_t)&((struct privatespace *)md)->trampoline.tr_pcb_rsp;
302         ((struct privatespace *)md)->trampoline.tr_pcb_rsp =
303                 md->gd_common_tss.tss_rsp0;
304
305 #if 0 /* JG XXX */
306         md->gd_common_tss.tss_ioopt = (sizeof md->gd_common_tss) << 16;
307 #endif
308         md->gd_tss_gdt = &gdt[myid * NGDT + GPROC0_SEL];
309         md->gd_common_tssd = *md->gd_tss_gdt;
310
311         /* double fault stack */
312         md->gd_common_tss.tss_ist1 =
313                 (long)&md->mi.gd_prvspace->idlestack[
314                         sizeof(md->mi.gd_prvspace->idlestack)];
315
316         ltr(gsel_tss);
317
318         /*
319          * Set to a known state:
320          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
321          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
322          */
323         cr0 = rcr0();
324         cr0 &= ~(CR0_CD | CR0_NW | CR0_EM);
325         load_cr0(cr0);
326
327         /* Set up the fast syscall stuff */
328         msr = rdmsr(MSR_EFER) | EFER_SCE;
329         wrmsr(MSR_EFER, msr);
330         wrmsr(MSR_LSTAR, (u_int64_t)IDTVEC(fast_syscall));
331         wrmsr(MSR_CSTAR, (u_int64_t)IDTVEC(fast_syscall32));
332         msr = ((u_int64_t)GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL) << 32) |
333               ((u_int64_t)GSEL(GUCODE32_SEL, SEL_UPL) << 48);
334         wrmsr(MSR_STAR, msr);
335         wrmsr(MSR_SF_MASK, PSL_NT|PSL_T|PSL_I|PSL_C|PSL_D|PSL_IOPL);
336
337         pmap_set_opt();         /* PSE/4MB pages, etc */
338         pmap_init_pat();        /* Page Attribute Table */
339
340         /* set up CPU registers and state */
341         cpu_setregs();
342
343         /* set up SSE/NX registers */
344         initializecpu(myid);
345
346         /* set up FPU state on the AP */
347         npxinit();
348
349         /* disable the APIC, just to be SURE */
350         lapic->svr &= ~APIC_SVR_ENABLE;
351 }
352
353 /*******************************************************************
354  * local functions and data
355  */
356
357 /*
358  * Start the SMP system
359  */
360 static void
361 mp_start_aps(void *dummy __unused)
362 {
363         if (lapic_enable) {
364                 /* start each Application Processor */
365                 start_all_aps(boot_address);
366         } else {
367                 mp_bsp_simple_setup();
368         }
369 }
370 SYSINIT(startaps, SI_BOOT2_START_APS, SI_ORDER_FIRST, mp_start_aps, NULL);
371
372 /*
373  * start each AP in our list
374  */
375 static int
376 start_all_aps(u_int boot_addr)
377 {
378         vm_offset_t va = boot_address + KERNBASE;
379         u_int64_t *pt4, *pt3, *pt2;
380         int     pssize;
381         int     x, i;
382         int     shift;
383         int     smicount;
384         int     smibest;
385         int     smilast;
386         u_char  mpbiosreason;
387         u_long  mpbioswarmvec;
388         struct mdglobaldata *gd;
389         struct privatespace *ps;
390         size_t ipiq_size;
391
392         POSTCODE(START_ALL_APS_POST);
393
394         /* install the AP 1st level boot code */
395         pmap_kenter(va, boot_address);
396         cpu_invlpg((void *)va);         /* JG XXX */
397         bcopy(mptramp_start, (void *)va, bootMP_size);
398
399         /* Locate the page tables, they'll be below the trampoline */
400         pt4 = (u_int64_t *)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + KERNBASE);
401         pt3 = pt4 + (PAGE_SIZE) / sizeof(u_int64_t);
402         pt2 = pt3 + (PAGE_SIZE) / sizeof(u_int64_t);
403
404         /* Create the initial 1GB replicated page tables */
405         for (i = 0; i < 512; i++) {
406                 /* Each slot of the level 4 pages points to the same level 3 page */
407                 pt4[i] = (u_int64_t)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + PAGE_SIZE);
408                 pt4[i] |= kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] |
409                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
410                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_U_IDX];
411
412                 /* Each slot of the level 3 pages points to the same level 2 page */
413                 pt3[i] = (u_int64_t)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + (2 * PAGE_SIZE));
414                 pt3[i] |= kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] |
415                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
416                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_U_IDX];
417
418                 /* The level 2 page slots are mapped with 2MB pages for 1GB. */
419                 pt2[i] = i * (2 * 1024 * 1024);
420                 pt2[i] |= kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] |
421                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
422                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_PS_IDX] |
423                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_U_IDX];
424         }
425
426         /* save the current value of the warm-start vector */
427         mpbioswarmvec = *((u_int32_t *) WARMBOOT_OFF);
428         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
429         mpbiosreason = inb(CMOS_DATA);
430
431         /* setup a vector to our boot code */
432         *((volatile u_short *) WARMBOOT_OFF) = WARMBOOT_TARGET;
433         *((volatile u_short *) WARMBOOT_SEG) = (boot_address >> 4);
434         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
435         outb(CMOS_DATA, BIOS_WARM);     /* 'warm-start' */
436
437         /*
438          * If we have a TSC we can figure out the SMI interrupt rate.
439          * The SMI does not necessarily use a constant rate.  Spend
440          * up to 250ms trying to figure it out.
441          */
442         smibest = 0;
443         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
444                 set_apic_timer(275000);
445                 smilast = read_apic_timer();
446                 for (x = 0; x < 20 && read_apic_timer(); ++x) {
447                         smicount = smitest();
448                         if (smibest == 0 || smilast - smicount < smibest)
449                                 smibest = smilast - smicount;
450                         smilast = smicount;
451                 }
452                 if (smibest > 250000)
453                         smibest = 0;
454         }
455         if (smibest)
456                 kprintf("SMI Frequency (worst case): %d Hz (%d us)\n",
457                         1000000 / smibest, smibest);
458
459         /* start each AP */
460         for (x = 1; x <= naps; ++x) {
461                 /* This is a bit verbose, it will go away soon.  */
462
463                 pssize = sizeof(struct privatespace);
464                 ps = (void *)kmem_alloc3(&kernel_map, pssize, VM_SUBSYS_GD,
465                                          KM_CPU(x));
466                 CPU_prvspace[x] = ps;
467 #if 0
468                 kprintf("ps %d %p %d\n", x, ps, pssize);
469 #endif
470                 bzero(ps, pssize);
471                 gd = &ps->mdglobaldata;
472                 gd->mi.gd_prvspace = ps;
473
474                 /* prime data page for it to use */
475                 mi_gdinit(&gd->mi, x);
476                 cpu_gdinit(gd, x);
477                 ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * (naps + 1);
478                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc3(&kernel_map, ipiq_size,
479                                                      VM_SUBSYS_IPIQ, KM_CPU(x));
480                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, ipiq_size);
481
482                 gd->gd_acpi_id = CPUID_TO_ACPIID(gd->mi.gd_cpuid);
483
484                 /* initialize arc4random. */
485                 arc4_init_pcpu(x);
486
487                 /* setup a vector to our boot code */
488                 *((volatile u_short *) WARMBOOT_OFF) = WARMBOOT_TARGET;
489                 *((volatile u_short *) WARMBOOT_SEG) = (boot_addr >> 4);
490                 outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
491                 outb(CMOS_DATA, BIOS_WARM);     /* 'warm-start' */
492
493                 /*
494                  * Setup the AP boot stack
495                  */
496                 bootSTK = &ps->idlestack[UPAGES * PAGE_SIZE - PAGE_SIZE];
497                 bootAP = x;
498
499                 /* attempt to start the Application Processor */
500                 CHECK_INIT(99); /* setup checkpoints */
501                 if (!start_ap(gd, boot_addr, smibest)) {
502                         kprintf("\nAP #%d (PHY# %d) failed!\n",
503                                 x, CPUID_TO_APICID(x));
504                         CHECK_PRINT("trace");   /* show checkpoints */
505                         /* better panic as the AP may be running loose */
506                         kprintf("panic y/n? [y] ");
507                         cnpoll(TRUE);
508                         if (cngetc() != 'n')
509                                 panic("bye-bye");
510                         cnpoll(FALSE);
511                 }
512                 CHECK_PRINT("trace");           /* show checkpoints */
513         }
514
515         /* set ncpus to 1 + highest logical cpu.  Not all may have come up */
516         ncpus = x;
517
518         for (shift = 0; (1 << shift) <= ncpus; ++shift)
519                 ;
520         --shift;
521
522         /* ncpus_fit -- ncpus rounded up to the nearest power of 2 */
523         if ((1 << shift) < ncpus)
524                 ++shift;
525         ncpus_fit = 1 << shift;
526         ncpus_fit_mask = ncpus_fit - 1;
527
528         /* build our map of 'other' CPUs */
529         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
530         CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
531
532         gd = (struct mdglobaldata *)mycpu;
533         gd->gd_acpi_id = CPUID_TO_ACPIID(mycpu->gd_cpuid);
534
535         ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * ncpus;
536         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc3(&kernel_map, ipiq_size,
537                                              VM_SUBSYS_IPIQ, KM_CPU(0));
538         bzero(mycpu->gd_ipiq, ipiq_size);
539
540         /* initialize arc4random. */
541         arc4_init_pcpu(0);
542
543         /* restore the warmstart vector */
544         *(u_long *) WARMBOOT_OFF = mpbioswarmvec;
545         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
546         outb(CMOS_DATA, mpbiosreason);
547
548         /*
549          * NOTE!  The idlestack for the BSP was setup by locore.  Finish
550          * up, clean out the P==V mapping we did earlier.
551          */
552         pmap_set_opt();
553
554         /*
555          * Wait all APs to finish initializing LAPIC
556          */
557         if (bootverbose)
558                 kprintf("SMP: Waiting APs LAPIC initialization\n");
559         if (cpu_feature & CPUID_TSC)
560                 tsc0_offset = rdtsc();
561         tsc_offsets[0] = 0;
562         mp_finish_lapic = 1;
563         rel_mplock();
564
565         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_lapic_mask, smp_startup_mask)) {
566                 cpu_pause();
567                 cpu_lfence();
568                 if (cpu_feature & CPUID_TSC)
569                         tsc0_offset = rdtsc();
570         }
571         while (try_mplock() == 0) {
572                 cpu_pause();
573                 cpu_lfence();
574         }
575
576         /* number of APs actually started */
577         return ncpus - 1;
578 }
579
580
581 /*
582  * load the 1st level AP boot code into base memory.
583  */
584
585 /* targets for relocation */
586 extern void bigJump(void);
587 extern void bootCodeSeg(void);
588 extern void bootDataSeg(void);
589 extern void MPentry(void);
590 extern u_int MP_GDT;
591 extern u_int mp_gdtbase;
592
593 #if 0
594
595 static void
596 install_ap_tramp(u_int boot_addr)
597 {
598         int     x;
599         int     size = *(int *) ((u_long) & bootMP_size);
600         u_char *src = (u_char *) ((u_long) bootMP);
601         u_char *dst = (u_char *) boot_addr + KERNBASE;
602         u_int   boot_base = (u_int) bootMP;
603         u_int8_t *dst8;
604         u_int16_t *dst16;
605         u_int32_t *dst32;
606
607         POSTCODE(INSTALL_AP_TRAMP_POST);
608
609         for (x = 0; x < size; ++x)
610                 *dst++ = *src++;
611
612         /*
613          * modify addresses in code we just moved to basemem. unfortunately we
614          * need fairly detailed info about mpboot.s for this to work.  changes
615          * to mpboot.s might require changes here.
616          */
617
618         /* boot code is located in KERNEL space */
619         dst = (u_char *) boot_addr + KERNBASE;
620
621         /* modify the lgdt arg */
622         dst32 = (u_int32_t *) (dst + ((u_int) & mp_gdtbase - boot_base));
623         *dst32 = boot_addr + ((u_int) & MP_GDT - boot_base);
624
625         /* modify the ljmp target for MPentry() */
626         dst32 = (u_int32_t *) (dst + ((u_int) bigJump - boot_base) + 1);
627         *dst32 = ((u_int) MPentry - KERNBASE);
628
629         /* modify the target for boot code segment */
630         dst16 = (u_int16_t *) (dst + ((u_int) bootCodeSeg - boot_base));
631         dst8 = (u_int8_t *) (dst16 + 1);
632         *dst16 = (u_int) boot_addr & 0xffff;
633         *dst8 = ((u_int) boot_addr >> 16) & 0xff;
634
635         /* modify the target for boot data segment */
636         dst16 = (u_int16_t *) (dst + ((u_int) bootDataSeg - boot_base));
637         dst8 = (u_int8_t *) (dst16 + 1);
638         *dst16 = (u_int) boot_addr & 0xffff;
639         *dst8 = ((u_int) boot_addr >> 16) & 0xff;
640 }
641
642 #endif
643
644 /*
645  * This function starts the AP (application processor) identified
646  * by the APIC ID 'physicalCpu'.  It does quite a "song and dance"
647  * to accomplish this.  This is necessary because of the nuances
648  * of the different hardware we might encounter.  It ain't pretty,
649  * but it seems to work.
650  *
651  * NOTE: eventually an AP gets to ap_init(), which is called just 
652  * before the AP goes into the LWKT scheduler's idle loop.
653  */
654 static int
655 start_ap(struct mdglobaldata *gd, u_int boot_addr, int smibest)
656 {
657         int     physical_cpu;
658         int     vector;
659         u_long  icr_lo, icr_hi;
660
661         POSTCODE(START_AP_POST);
662
663         /* get the PHYSICAL APIC ID# */
664         physical_cpu = CPUID_TO_APICID(gd->mi.gd_cpuid);
665
666         /* calculate the vector */
667         vector = (boot_addr >> 12) & 0xff;
668
669         /* We don't want anything interfering */
670         cpu_disable_intr();
671
672         /* Make sure the target cpu sees everything */
673         wbinvd();
674
675         /*
676          * Try to detect when a SMI has occurred, wait up to 200ms.
677          *
678          * If a SMI occurs during an AP reset but before we issue
679          * the STARTUP command, the AP may brick.  To work around
680          * this problem we hold off doing the AP startup until
681          * after we have detected the SMI.  Hopefully another SMI
682          * will not occur before we finish the AP startup.
683          *
684          * Retries don't seem to help.  SMIs have a window of opportunity
685          * and if USB->legacy keyboard emulation is enabled in the BIOS
686          * the interrupt rate can be quite high.
687          *
688          * NOTE: Don't worry about the L1 cache load, it might bloat
689          *       ldelta a little but ndelta will be so huge when the SMI
690          *       occurs the detection logic will still work fine.
691          */
692         if (smibest) {
693                 set_apic_timer(200000);
694                 smitest();
695         }
696
697         /*
698          * first we do an INIT/RESET IPI this INIT IPI might be run, reseting
699          * and running the target CPU. OR this INIT IPI might be latched (P5
700          * bug), CPU waiting for STARTUP IPI. OR this INIT IPI might be
701          * ignored.
702          *
703          * see apic/apicreg.h for icr bit definitions.
704          *
705          * TIME CRITICAL CODE, DO NOT DO ANY KPRINTFS IN THE HOT PATH.
706          */
707
708         /*
709          * Setup the address for the target AP.  We can setup
710          * icr_hi once and then just trigger operations with
711          * icr_lo.
712          */
713         icr_hi = lapic->icr_hi & ~APIC_ID_MASK;
714         icr_hi |= (physical_cpu << 24);
715         icr_lo = lapic->icr_lo & 0xfff00000;
716         lapic->icr_hi = icr_hi;
717
718         /*
719          * Do an INIT IPI: assert RESET
720          *
721          * Use edge triggered mode to assert INIT
722          */
723         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00004500;
724         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
725                  /* spin */ ;
726
727         /*
728          * The spec calls for a 10ms delay but we may have to use a
729          * MUCH lower delay to avoid bricking an AP due to a fast SMI
730          * interrupt.  We have other loops here too and dividing by 2
731          * doesn't seem to be enough even after subtracting 350us,
732          * so we divide by 4.
733          *
734          * Our minimum delay is 150uS, maximum is 10ms.  If no SMI
735          * interrupt was detected we use the full 10ms.
736          */
737         if (smibest == 0)
738                 u_sleep(10000);
739         else if (smibest < 150 * 4 + 350)
740                 u_sleep(150);
741         else if ((smibest - 350) / 4 < 10000)
742                 u_sleep((smibest - 350) / 4);
743         else
744                 u_sleep(10000);
745
746         /*
747          * Do an INIT IPI: deassert RESET
748          *
749          * Use level triggered mode to deassert.  It is unclear
750          * why we need to do this.
751          */
752         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00008500;
753         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
754                  /* spin */ ;
755         u_sleep(150);                           /* wait 150us */
756
757         /*
758          * Next we do a STARTUP IPI: the previous INIT IPI might still be
759          * latched, (P5 bug) this 1st STARTUP would then terminate
760          * immediately, and the previously started INIT IPI would continue. OR
761          * the previous INIT IPI has already run. and this STARTUP IPI will
762          * run. OR the previous INIT IPI was ignored. and this STARTUP IPI
763          * will run.
764          */
765         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00000600 | vector;
766         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
767                  /* spin */ ;
768         u_sleep(200);           /* wait ~200uS */
769
770         /*
771          * Finally we do a 2nd STARTUP IPI: this 2nd STARTUP IPI should run IF
772          * the previous STARTUP IPI was cancelled by a latched INIT IPI. OR
773          * this STARTUP IPI will be ignored, as only ONE STARTUP IPI is
774          * recognized after hardware RESET or INIT IPI.
775          */
776         lapic->icr_lo = icr_lo | 0x00000600 | vector;
777         while (lapic->icr_lo & APIC_DELSTAT_MASK)
778                  /* spin */ ;
779
780         /* Resume normal operation */
781         cpu_enable_intr();
782
783         /* wait for it to start, see ap_init() */
784         set_apic_timer(5000000);/* == 5 seconds */
785         while (read_apic_timer()) {
786                 if (CPUMASK_TESTBIT(smp_startup_mask, gd->mi.gd_cpuid))
787                         return 1;       /* return SUCCESS */
788         }
789
790         return 0;               /* return FAILURE */
791 }
792
793 static
794 int
795 smitest(void)
796 {
797         int64_t ltsc;
798         int64_t ntsc;
799         int64_t ldelta;
800         int64_t ndelta;
801         int count;
802
803         ldelta = 0;
804         ndelta = 0;
805         while (read_apic_timer()) {
806                 ltsc = rdtsc();
807                 for (count = 0; count < 100; ++count)
808                         ntsc = rdtsc(); /* force loop to occur */
809                 if (ldelta) {
810                         ndelta = ntsc - ltsc;
811                         if (ldelta > ndelta)
812                                 ldelta = ndelta;
813                         if (ndelta > ldelta * 2)
814                                 break;
815                 } else {
816                         ldelta = ntsc - ltsc;
817                 }
818         }
819         return(read_apic_timer());
820 }
821
822 /*
823  * Synchronously flush the TLB on all other CPU's.  The current cpu's
824  * TLB is not flushed.  If the caller wishes to flush the current cpu's
825  * TLB the caller must call cpu_invltlb() in addition to smp_invltlb().
826  *
827  * This routine may be called concurrently from multiple cpus.  When this
828  * happens, smp_invltlb() can wind up sticking around in the confirmation
829  * while() loop at the end as additional cpus are added to the global
830  * cpumask, until they are acknowledged by another IPI.
831  *
832  * NOTE: If for some reason we were unable to start all cpus we cannot
833  *       safely use broadcast IPIs.
834  */
835
836 cpumask_t smp_smurf_mask;
837 static cpumask_t smp_invltlb_mask;
838 #define LOOPRECOVER
839 #define LOOPMASK_IN
840 #ifdef LOOPMASK_IN
841 cpumask_t smp_in_mask;
842 #endif
843 cpumask_t smp_invmask;
844 extern cpumask_t smp_idleinvl_mask;
845 extern cpumask_t smp_idleinvl_reqs;
846
847 /*
848  * Atomically OR bits in *mask to smp_smurf_mask.  Adjust *mask to remove
849  * bits that do not need to be IPId.  These bits are still part of the command,
850  * but the target cpus have already been signalled and do not need to be
851  * sigalled again.
852  */
853 #include <sys/spinlock.h>
854 #include <sys/spinlock2.h>
855
856 static __noinline
857 void
858 smp_smurf_fetchset(cpumask_t *mask)
859 {
860         cpumask_t omask;
861         int i;
862         __uint64_t obits;
863         __uint64_t nbits;
864
865         i = 0;
866         while (i < CPUMASK_ELEMENTS) {
867                 obits = smp_smurf_mask.ary[i];
868                 cpu_ccfence();
869                 nbits = obits | mask->ary[i];
870                 if (atomic_cmpset_long(&smp_smurf_mask.ary[i], obits, nbits)) {
871                         omask.ary[i] = obits;
872                         ++i;
873                 }
874         }
875         CPUMASK_NANDMASK(*mask, omask);
876 }
877
878 /*
879  * This is a mechanism which guarantees that cpu_invltlb() will be executed
880  * on idle cpus without having to signal or wake them up.  The invltlb will be
881  * executed when they wake up, prior to any scheduling or interrupt thread.
882  *
883  * (*mask) is modified to remove the cpus we successfully negotiate this
884  * function with.  This function may only be used with semi-synchronous
885  * commands (typically invltlb's or semi-synchronous invalidations which
886  * are usually associated only with kernel memory).
887  */
888 void
889 smp_smurf_idleinvlclr(cpumask_t *mask)
890 {
891         if (optimized_invltlb) {
892                 ATOMIC_CPUMASK_ORMASK(smp_idleinvl_reqs, *mask);
893                 /* cpu_lfence() not needed */
894                 CPUMASK_NANDMASK(*mask, smp_idleinvl_mask);
895         }
896 }
897
898 /*
899  * Issue cpu_invltlb() across all cpus except the current cpu.
900  *
901  * This function will arrange to avoid idle cpus, but still gurantee that
902  * invltlb is run on them when they wake up prior to any scheduling or
903  * nominal interrupt.
904  */
905 void
906 smp_invltlb(void)
907 {
908         struct mdglobaldata *md = mdcpu;
909         cpumask_t mask;
910         unsigned long rflags;
911 #ifdef LOOPRECOVER
912         tsc_uclock_t tsc_base = rdtsc();
913         int repeats = 0;
914 #endif
915
916         if (report_invltlb_src > 0) {
917                 if (--report_invltlb_src <= 0)
918                         print_backtrace(8);
919         }
920
921         /*
922          * Disallow normal interrupts, set all active cpus except our own
923          * in the global smp_invltlb_mask.
924          */
925         ++md->mi.gd_cnt.v_smpinvltlb;
926         crit_enter_gd(&md->mi);
927
928         /*
929          * Bits we want to set in smp_invltlb_mask.  We do not want to signal
930          * our own cpu.  Also try to remove bits associated with idle cpus
931          * that we can flag for auto-invltlb.
932          */
933         mask = smp_active_mask;
934         CPUMASK_NANDBIT(mask, md->mi.gd_cpuid);
935         smp_smurf_idleinvlclr(&mask);
936
937         rflags = read_rflags();
938         cpu_disable_intr();
939         ATOMIC_CPUMASK_ORMASK(smp_invltlb_mask, mask);
940
941         /*
942          * IPI non-idle cpus represented by mask.  The omask calculation
943          * removes cpus from the mask which already have a Xinvltlb IPI
944          * pending (avoid double-queueing the IPI).
945          *
946          * We must disable real interrupts when setting the smurf flags or
947          * we might race a XINVLTLB before we manage to send the ipi's for
948          * the bits we set.
949          *
950          * NOTE: We are not signalling ourselves, mask already does NOT
951          * include our own cpu.
952          */
953         smp_smurf_fetchset(&mask);
954
955         /*
956          * Issue the IPI.  Note that the XINVLTLB IPI runs regardless of
957          * the critical section count on the target cpus.
958          */
959         CPUMASK_ORMASK(mask, md->mi.gd_cpumask);
960         if (all_but_self_ipi_enable &&
961             (all_but_self_ipi_enable >= 2 ||
962              CPUMASK_CMPMASKEQ(smp_startup_mask, mask))) {
963                 all_but_self_ipi(XINVLTLB_OFFSET);
964         } else {
965                 CPUMASK_NANDMASK(mask, md->mi.gd_cpumask);
966                 selected_apic_ipi(mask, XINVLTLB_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
967         }
968
969         /*
970          * Wait for acknowledgement by all cpus.  smp_inval_intr() will
971          * temporarily enable interrupts to avoid deadlocking the lapic,
972          * and will also handle running cpu_invltlb() and remote invlpg
973          * command son our cpu if some other cpu requests it of us.
974          *
975          * WARNING! I originally tried to implement this as a hard loop
976          *          checking only smp_invltlb_mask (and issuing a local
977          *          cpu_invltlb() if requested), with interrupts enabled
978          *          and without calling smp_inval_intr().  This DID NOT WORK.
979          *          It resulted in weird races where smurf bits would get
980          *          cleared without any action being taken.
981          */
982         smp_inval_intr();
983         CPUMASK_ASSZERO(mask);
984         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_invltlb_mask, mask)) {
985                 smp_inval_intr();
986                 cpu_pause();
987 #ifdef LOOPRECOVER
988                 if (tsc_frequency && rdtsc() - tsc_base > tsc_frequency) {
989                         /*
990                          * cpuid        - cpu doing the waiting
991                          * invltlb_mask - IPI in progress
992                          */
993                         kprintf("smp_invltlb %d: waited too long inv=%08jx "
994                                 "smurf=%08jx "
995 #ifdef LOOPMASK_IN
996                                 "in=%08jx "
997 #endif
998                                 "idle=%08jx/%08jx\n",
999                                 md->mi.gd_cpuid,
1000                                 smp_invltlb_mask.ary[0],
1001                                 smp_smurf_mask.ary[0],
1002 #ifdef LOOPMASK_IN
1003                                 smp_in_mask.ary[0],
1004 #endif
1005                                 smp_idleinvl_mask.ary[0],
1006                                 smp_idleinvl_reqs.ary[0]);
1007                         mdcpu->gd_xinvaltlb = 0;
1008                         ATOMIC_CPUMASK_NANDMASK(smp_smurf_mask,
1009                                                 smp_invltlb_mask);
1010                         smp_invlpg(&smp_active_mask);
1011                         tsc_base = rdtsc();
1012                         if (++repeats > 10) {
1013                                 kprintf("smp_invltlb: giving up\n");
1014                                 CPUMASK_ASSZERO(smp_invltlb_mask);
1015                         }
1016                 }
1017 #endif
1018         }
1019         write_rflags(rflags);
1020         crit_exit_gd(&md->mi);
1021 }
1022
1023 /*
1024  * Called from a critical section with interrupts hard-disabled.
1025  * This function issues an XINVLTLB IPI and then executes any pending
1026  * command on the current cpu before returning.
1027  */
1028 void
1029 smp_invlpg(cpumask_t *cmdmask)
1030 {
1031         struct mdglobaldata *md = mdcpu;
1032         cpumask_t mask;
1033
1034         if (report_invlpg_src > 0) {
1035                 if (--report_invlpg_src <= 0)
1036                         print_backtrace(8);
1037         }
1038
1039         /*
1040          * Disallow normal interrupts, set all active cpus in the pmap,
1041          * plus our own for completion processing (it might or might not
1042          * be part of the set).
1043          */
1044         mask = smp_active_mask;
1045         CPUMASK_ANDMASK(mask, *cmdmask);
1046         CPUMASK_ORMASK(mask, md->mi.gd_cpumask);
1047
1048         /*
1049          * Avoid double-queuing IPIs, which can deadlock us.  We must disable
1050          * real interrupts when setting the smurf flags or we might race a
1051          * XINVLTLB before we manage to send the ipi's for the bits we set.
1052          *
1053          * NOTE: We might be including our own cpu in the smurf mask.
1054          */
1055         smp_smurf_fetchset(&mask);
1056
1057         /*
1058          * Issue the IPI.  Note that the XINVLTLB IPI runs regardless of
1059          * the critical section count on the target cpus.
1060          *
1061          * We do not include our own cpu when issuing the IPI.
1062          */
1063         if (all_but_self_ipi_enable &&
1064             (all_but_self_ipi_enable >= 2 ||
1065              CPUMASK_CMPMASKEQ(smp_startup_mask, mask))) {
1066                 all_but_self_ipi(XINVLTLB_OFFSET);
1067         } else {
1068                 CPUMASK_NANDMASK(mask, md->mi.gd_cpumask);
1069                 selected_apic_ipi(mask, XINVLTLB_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
1070         }
1071
1072         /*
1073          * This will synchronously wait for our command to complete,
1074          * as well as process commands from other cpus.  It also handles
1075          * reentrancy.
1076          *
1077          * (interrupts are disabled and we are in a critical section here)
1078          */
1079         smp_inval_intr();
1080 }
1081
1082 void
1083 smp_sniff(void)
1084 {
1085         globaldata_t gd = mycpu;
1086         int dummy;
1087         register_t rflags;
1088
1089         /*
1090          * Ignore all_but_self_ipi_enable here and just use it.
1091          */
1092         rflags = read_rflags();
1093         cpu_disable_intr();
1094         all_but_self_ipi(XSNIFF_OFFSET);
1095         gd->gd_sample_pc = smp_sniff;
1096         gd->gd_sample_sp = &dummy;
1097         write_rflags(rflags);
1098 }
1099
1100 void
1101 cpu_sniff(int dcpu)
1102 {
1103         globaldata_t rgd = globaldata_find(dcpu);
1104         register_t rflags;
1105         int dummy;
1106
1107         /*
1108          * Ignore all_but_self_ipi_enable here and just use it.
1109          */
1110         rflags = read_rflags();
1111         cpu_disable_intr();
1112         single_apic_ipi(dcpu, XSNIFF_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
1113         rgd->gd_sample_pc = cpu_sniff;
1114         rgd->gd_sample_sp = &dummy;
1115         write_rflags(rflags);
1116 }
1117
1118 /*
1119  * Called from Xinvltlb assembly with interrupts hard-disabled and in a
1120  * critical section.  gd_intr_nesting_level may or may not be bumped
1121  * depending on entry.
1122  *
1123  * THIS CODE IS INTENDED TO EXPLICITLY IGNORE THE CRITICAL SECTION COUNT.
1124  * THAT IS, THE INTERRUPT IS INTENDED TO FUNCTION EVEN WHEN MAINLINE CODE
1125  * IS IN A CRITICAL SECTION.
1126  */
1127 void
1128 smp_inval_intr(void)
1129 {
1130         struct mdglobaldata *md = mdcpu;
1131         cpumask_t cpumask;
1132 #ifdef LOOPRECOVER
1133         tsc_uclock_t tsc_base = rdtsc();
1134 #endif
1135
1136 #if 0
1137         /*
1138          * The idle code is in a critical section, but that doesn't stop
1139          * Xinvltlb from executing, so deal with the race which can occur
1140          * in that situation.  Otherwise r-m-w operations by pmap_inval_intr()
1141          * may have problems.
1142          */
1143         if (ATOMIC_CPUMASK_TESTANDCLR(smp_idleinvl_reqs, md->mi.gd_cpuid)) {
1144                 ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(smp_invltlb_mask, md->mi.gd_cpuid);
1145                 cpu_invltlb();
1146                 cpu_mfence();
1147         }
1148 #endif
1149
1150         /*
1151          * This is a real mess.  I'd like to just leave interrupts disabled
1152          * but it can cause the lapic to deadlock if too many interrupts queue
1153          * to it, due to the idiotic design of the lapic.  So instead we have
1154          * to enter a critical section so normal interrupts are made pending
1155          * and track whether this one was reentered.
1156          */
1157         if (md->gd_xinvaltlb) {         /* reentrant on cpu */
1158                 md->gd_xinvaltlb = 2;
1159                 return;
1160         }
1161         md->gd_xinvaltlb = 1;
1162
1163         /*
1164          * Check only those cpus with active Xinvl* commands pending.
1165          *
1166          * We are going to enable interrupts so make sure we are in a
1167          * critical section.  This is necessary to avoid deadlocking
1168          * the lapic and to ensure that we execute our commands prior to
1169          * any nominal interrupt or preemption.
1170          *
1171          * WARNING! It is very important that we only clear out but in
1172          *          smp_smurf_mask once for each interrupt we take.  In
1173          *          this case, we clear it on initial entry and only loop
1174          *          on the reentrancy detect (caused by another interrupt).
1175          */
1176         cpumask = smp_invmask;
1177 #ifdef LOOPMASK_IN
1178         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_in_mask, md->mi.gd_cpuid);
1179 #endif
1180 loop:
1181         cpu_enable_intr();
1182         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(smp_smurf_mask, md->mi.gd_cpuid);
1183
1184         /*
1185          * Specific page request(s), and we can't return until all bits
1186          * are zero.
1187          */
1188         for (;;) {
1189                 int toolong;
1190
1191                 /*
1192                  * Also execute any pending full invalidation request in
1193                  * this loop.
1194                  */
1195                 if (CPUMASK_TESTBIT(smp_invltlb_mask, md->mi.gd_cpuid)) {
1196                         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(smp_invltlb_mask,
1197                                                md->mi.gd_cpuid);
1198                         cpu_invltlb();
1199                         cpu_mfence();
1200                 }
1201
1202 #ifdef LOOPRECOVER
1203                 if (tsc_frequency && rdtsc() - tsc_base > tsc_frequency) {
1204                         /*
1205                          * cpuid        - cpu doing the waiting
1206                          * invmask      - IPI in progress
1207                          * invltlb_mask - which ones are TLB invalidations?
1208                          */
1209                         kprintf("smp_inval_intr %d inv=%08jx tlbm=%08jx "
1210                                 "smurf=%08jx "
1211 #ifdef LOOPMASK_IN
1212                                 "in=%08jx "
1213 #endif
1214                                 "idle=%08jx/%08jx\n",
1215                                 md->mi.gd_cpuid,
1216                                 smp_invmask.ary[0],
1217                                 smp_invltlb_mask.ary[0],
1218                                 smp_smurf_mask.ary[0],
1219 #ifdef LOOPMASK_IN
1220                                 smp_in_mask.ary[0],
1221 #endif
1222                                 smp_idleinvl_mask.ary[0],
1223                                 smp_idleinvl_reqs.ary[0]);
1224                         tsc_base = rdtsc();
1225                         toolong = 1;
1226                 } else {
1227                         toolong = 0;
1228                 }
1229 #else
1230                 toolong = 0;
1231 #endif
1232
1233                 /*
1234                  * We can only add bits to the cpumask to test during the
1235                  * loop because the smp_invmask bit is cleared once the
1236                  * originator completes the command (the targets may still
1237                  * be cycling their own completions in this loop, afterwords).
1238                  *
1239                  * lfence required prior to all tests as this Xinvltlb
1240                  * interrupt could race the originator (already be in progress
1241                  * wnen the originator decides to issue, due to an issue by
1242                  * another cpu).
1243                  */
1244                 cpu_lfence();
1245                 CPUMASK_ORMASK(cpumask, smp_invmask);
1246                 /*cpumask = smp_active_mask;*/  /* XXX */
1247                 cpu_lfence();
1248
1249                 if (pmap_inval_intr(&cpumask, toolong) == 0) {
1250                         /*
1251                          * Clear our smurf mask to allow new IPIs, but deal
1252                          * with potential races.
1253                          */
1254                         break;
1255                 }
1256
1257                 /*
1258                  * Test if someone sent us another invalidation IPI, break
1259                  * out so we can take it to avoid deadlocking the lapic
1260                  * interrupt queue (? stupid intel, amd).
1261                  */
1262                 if (md->gd_xinvaltlb == 2)
1263                         break;
1264                 /*
1265                 if (CPUMASK_TESTBIT(smp_smurf_mask, md->mi.gd_cpuid))
1266                         break;
1267                 */
1268         }
1269
1270         /*
1271          * Full invalidation request
1272          */
1273         if (CPUMASK_TESTBIT(smp_invltlb_mask, md->mi.gd_cpuid)) {
1274                 ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(smp_invltlb_mask,
1275                                        md->mi.gd_cpuid);
1276                 cpu_invltlb();
1277                 cpu_mfence();
1278         }
1279
1280         /*
1281          * Check to see if another Xinvltlb interrupt occurred and loop up
1282          * if it did.
1283          */
1284         cpu_disable_intr();
1285         if (md->gd_xinvaltlb == 2) {
1286                 md->gd_xinvaltlb = 1;
1287                 goto loop;
1288         }
1289 #ifdef LOOPMASK_IN
1290         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(smp_in_mask, md->mi.gd_cpuid);
1291 #endif
1292         md->gd_xinvaltlb = 0;
1293 }
1294
1295 void
1296 cpu_wbinvd_on_all_cpus_callback(void *arg)
1297 {
1298         wbinvd();
1299 }
1300
1301 /*
1302  * When called the executing CPU will send an IPI to all other CPUs
1303  * requesting that they halt execution.
1304  *
1305  * Usually (but not necessarily) called with 'other_cpus' as its arg.
1306  *
1307  *  - Signals all CPUs in map to stop.
1308  *  - Waits for each to stop.
1309  *
1310  * Returns:
1311  *  -1: error
1312  *   0: NA
1313  *   1: ok
1314  *
1315  * XXX FIXME: this is not MP-safe, needs a lock to prevent multiple CPUs
1316  *            from executing at same time.
1317  */
1318 int
1319 stop_cpus(cpumask_t map)
1320 {
1321         cpumask_t mask;
1322
1323         CPUMASK_ANDMASK(map, smp_active_mask);
1324
1325         /* send the Xcpustop IPI to all CPUs in map */
1326         selected_apic_ipi(map, XCPUSTOP_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
1327
1328         do {
1329                 mask = stopped_cpus;
1330                 CPUMASK_ANDMASK(mask, map);
1331                 /* spin */
1332         } while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(mask, map));
1333
1334         return 1;
1335 }
1336
1337
1338 /*
1339  * Called by a CPU to restart stopped CPUs. 
1340  *
1341  * Usually (but not necessarily) called with 'stopped_cpus' as its arg.
1342  *
1343  *  - Signals all CPUs in map to restart.
1344  *  - Waits for each to restart.
1345  *
1346  * Returns:
1347  *  -1: error
1348  *   0: NA
1349  *   1: ok
1350  */
1351 int
1352 restart_cpus(cpumask_t map)
1353 {
1354         cpumask_t mask;
1355
1356         /* signal other cpus to restart */
1357         mask = map;
1358         CPUMASK_ANDMASK(mask, smp_active_mask);
1359         cpu_ccfence();
1360         started_cpus = mask;
1361         cpu_ccfence();
1362
1363         /* wait for each to clear its bit */
1364         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(stopped_cpus, map))
1365                 cpu_pause();
1366
1367         return 1;
1368 }
1369
1370 /*
1371  * This is called once the mpboot code has gotten us properly relocated
1372  * and the MMU turned on, etc.   ap_init() is actually the idle thread,
1373  * and when it returns the scheduler will call the real cpu_idle() main
1374  * loop for the idlethread.  Interrupts are disabled on entry and should
1375  * remain disabled at return.
1376  */
1377 void
1378 ap_init(void)
1379 {
1380         int     cpu_id;
1381
1382         /*
1383          * Adjust smp_startup_mask to signal the BSP that we have started
1384          * up successfully.  Note that we do not yet hold the BGL.  The BSP
1385          * is waiting for our signal.
1386          *
1387          * We can't set our bit in smp_active_mask yet because we are holding
1388          * interrupts physically disabled and remote cpus could deadlock
1389          * trying to send us an IPI.
1390          */
1391         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_startup_mask, mycpu->gd_cpuid);
1392         cpu_mfence();
1393
1394         /*
1395          * Interlock for LAPIC initialization.  Wait until mp_finish_lapic is
1396          * non-zero, then get the MP lock.
1397          *
1398          * Note: We are in a critical section.
1399          *
1400          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
1401          *
1402          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
1403          * from improperly caching mp_finish_lapic, and the cpu from improperly
1404          * caching it.
1405          */
1406         while (mp_finish_lapic == 0) {
1407                 cpu_pause();
1408                 cpu_lfence();
1409         }
1410 #if 0
1411         while (try_mplock() == 0) {
1412                 cpu_pause();
1413                 cpu_lfence();
1414         }
1415 #endif
1416
1417         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
1418                 /*
1419                  * The BSP is constantly updating tsc0_offset, figure out
1420                  * the relative difference to synchronize ktrdump.
1421                  */
1422                 tsc_offsets[mycpu->gd_cpuid] = rdtsc() - tsc0_offset;
1423         }
1424
1425         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
1426         cpu_invltlb();
1427
1428         /* Build our map of 'other' CPUs. */
1429         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
1430         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
1431
1432         /* A quick check from sanity claus */
1433         cpu_id = APICID_TO_CPUID((lapic->id & 0xff000000) >> 24);
1434         if (mycpu->gd_cpuid != cpu_id) {
1435                 kprintf("SMP: assigned cpuid = %d\n", mycpu->gd_cpuid);
1436                 kprintf("SMP: actual cpuid = %d lapicid %d\n",
1437                         cpu_id, (lapic->id & 0xff000000) >> 24);
1438 #if 0 /* JGXXX */
1439                 kprintf("PTD[MPPTDI] = %p\n", (void *)PTD[MPPTDI]);
1440 #endif
1441                 panic("cpuid mismatch! boom!!");
1442         }
1443
1444         /* Initialize AP's local APIC for irq's */
1445         lapic_init(FALSE);
1446
1447         /* LAPIC initialization is done */
1448         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_lapic_mask, mycpu->gd_cpuid);
1449         cpu_mfence();
1450
1451 #if 0
1452         /* Let BSP move onto the next initialization stage */
1453         rel_mplock();
1454 #endif
1455
1456         /*
1457          * Interlock for finalization.  Wait until mp_finish is non-zero,
1458          * then get the MP lock.
1459          *
1460          * Note: We are in a critical section.
1461          *
1462          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
1463          *
1464          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
1465          * from improperly caching mp_finish, and the cpu from improperly
1466          * caching it.
1467          */
1468         while (mp_finish == 0) {
1469                 cpu_pause();
1470                 cpu_lfence();
1471         }
1472
1473         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
1474         cpu_invltlb();
1475
1476         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
1477         mem_range_AP_init();
1478
1479         /*
1480          * Once we go active we must process any IPIQ messages that may
1481          * have been queued, because no actual IPI will occur until we
1482          * set our bit in the smp_active_mask.  If we don't the IPI
1483          * message interlock could be left set which would also prevent
1484          * further IPIs.
1485          *
1486          * The idle loop doesn't expect the BGL to be held and while
1487          * lwkt_switch() normally cleans things up this is a special case
1488          * because we returning almost directly into the idle loop.
1489          *
1490          * The idle thread is never placed on the runq, make sure
1491          * nothing we've done put it there.
1492          */
1493
1494         /*
1495          * Hold a critical section and allow real interrupts to occur.  Zero
1496          * any spurious interrupts which have accumulated, then set our
1497          * smp_active_mask indicating that we are fully operational.
1498          */
1499         crit_enter();
1500         __asm __volatile("sti; pause; pause"::);
1501         bzero(mdcpu->gd_ipending, sizeof(mdcpu->gd_ipending));
1502         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_active_mask, mycpu->gd_cpuid);
1503
1504         /*
1505          * Wait until all cpus have set their smp_active_mask and have fully
1506          * operational interrupts before proceeding.
1507          *
1508          * We need a final cpu_invltlb() because we would not have received
1509          * any until we set our bit in smp_active_mask.
1510          */
1511         while (mp_finish == 1) {
1512                 cpu_pause();
1513                 cpu_lfence();
1514         }
1515         cpu_invltlb();
1516
1517         /*
1518          * Initialize per-cpu clocks and do other per-cpu initialization.
1519          * At this point code is expected to be able to use the full kernel
1520          * API.
1521          */
1522         initclocks_pcpu();      /* clock interrupts (via IPIs) */
1523
1524         /*
1525          * Since we may have cleaned up the interrupt triggers, manually
1526          * process any pending IPIs before exiting our critical section.
1527          * Once the critical section has exited, normal interrupt processing
1528          * may occur.
1529          */
1530         atomic_swap_int(&mycpu->gd_npoll, 0);
1531         lwkt_process_ipiq();
1532         crit_exit();
1533
1534         /*
1535          * Final final, allow the waiting BSP to resume the boot process,
1536          * return 'into' the idle thread bootstrap.
1537          */
1538         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_finalize_mask, mycpu->gd_cpuid);
1539         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
1540 }
1541
1542 /*
1543  * Get SMP fully working before we start initializing devices.
1544  */
1545 static
1546 void
1547 ap_finish(void)
1548 {
1549         if (bootverbose)
1550                 kprintf("Finish MP startup\n");
1551         rel_mplock();
1552
1553         /*
1554          * Wait for the active mask to complete, after which all cpus will
1555          * be accepting interrupts.
1556          */
1557         mp_finish = 1;
1558         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_active_mask, smp_startup_mask)) {
1559                 cpu_pause();
1560                 cpu_lfence();
1561         }
1562
1563         /*
1564          * Wait for the finalization mask to complete, after which all cpus
1565          * have completely finished initializing and are entering or are in
1566          * their idle thread.
1567          *
1568          * BSP should have received all required invltlbs but do another
1569          * one just in case.
1570          */
1571         cpu_invltlb();
1572         mp_finish = 2;
1573         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_finalize_mask, smp_startup_mask)) {
1574                 cpu_pause();
1575                 cpu_lfence();
1576         }
1577
1578         while (try_mplock() == 0) {
1579                 cpu_pause();
1580                 cpu_lfence();
1581         }
1582
1583         if (bootverbose) {
1584                 kprintf("Active CPU Mask: %016jx\n",
1585                         (uintmax_t)CPUMASK_LOWMASK(smp_active_mask));
1586         }
1587 }
1588
1589 SYSINIT(finishsmp, SI_BOOT2_FINISH_SMP, SI_ORDER_FIRST, ap_finish, NULL);
1590
1591 /*
1592  * Interrupts must be hard-disabled by caller
1593  */
1594 void
1595 cpu_send_ipiq(int dcpu)
1596 {
1597         if (CPUMASK_TESTBIT(smp_active_mask, dcpu))
1598                 single_apic_ipi(dcpu, XIPIQ_OFFSET, APIC_DELMODE_FIXED);
1599 }
1600
1601 #if 0   /* single_apic_ipi_passive() not working yet */
1602 /*
1603  * Returns 0 on failure, 1 on success
1604  */
1605 int
1606 cpu_send_ipiq_passive(int dcpu)
1607 {
1608         int r = 0;
1609         if (CPUMASK_TESTBIT(smp_active_mask, dcpu)) {
1610                 r = single_apic_ipi_passive(dcpu, XIPIQ_OFFSET,
1611                                         APIC_DELMODE_FIXED);
1612         }
1613         return(r);
1614 }
1615 #endif
1616
1617 static void
1618 mp_bsp_simple_setup(void)
1619 {
1620         struct mdglobaldata *gd;
1621         size_t ipiq_size;
1622
1623         /* build our map of 'other' CPUs */
1624         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
1625         CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
1626
1627         gd = (struct mdglobaldata *)mycpu;
1628         gd->gd_acpi_id = CPUID_TO_ACPIID(mycpu->gd_cpuid);
1629
1630         ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * ncpus;
1631         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, ipiq_size,
1632                                             VM_SUBSYS_IPIQ);
1633         bzero(mycpu->gd_ipiq, ipiq_size);
1634
1635         /* initialize arc4random. */
1636         arc4_init_pcpu(0);
1637
1638         pmap_set_opt();
1639
1640         if (cpu_feature & CPUID_TSC)
1641                 tsc0_offset = rdtsc();
1642 }
1643
1644
1645 /*
1646  * CPU TOPOLOGY DETECTION FUNCTIONS
1647  */
1648
1649 /* Detect intel topology using CPUID 
1650  * Ref: http://www.intel.com/Assets/PDF/appnote/241618.pdf, pg 41
1651  */
1652 static void
1653 detect_intel_topology(int count_htt_cores)
1654 {
1655         int shift = 0;
1656         int ecx_index = 0;
1657         int core_plus_logical_bits = 0;
1658         int cores_per_package;
1659         int logical_per_package;
1660         int logical_per_core;
1661         unsigned int p[4];
1662
1663         if (cpu_high >= 0xb) {
1664                 goto FUNC_B;
1665
1666         } else if (cpu_high >= 0x4) {
1667                 goto FUNC_4;
1668
1669         } else {
1670                 core_bits = 0;
1671                 for (shift = 0; (1 << shift) < count_htt_cores; ++shift)
1672                         ;
1673                 logical_CPU_bits = 1 << shift;
1674                 return;
1675         }
1676
1677 FUNC_B:
1678         cpuid_count(0xb, FUNC_B_THREAD_LEVEL, p);
1679
1680         /* if 0xb not supported - fallback to 0x4 */
1681         if (p[1] == 0 || (FUNC_B_TYPE(p[2]) != FUNC_B_THREAD_TYPE)) {
1682                 goto FUNC_4;
1683         }
1684
1685         logical_CPU_bits = FUNC_B_BITS_SHIFT_NEXT_LEVEL(p[0]);
1686
1687         ecx_index = FUNC_B_THREAD_LEVEL + 1;
1688         do {
1689                 cpuid_count(0xb, ecx_index, p);
1690
1691                 /* Check for the Core type in the implemented sub leaves. */
1692                 if (FUNC_B_TYPE(p[2]) == FUNC_B_CORE_TYPE) {
1693                         core_plus_logical_bits = FUNC_B_BITS_SHIFT_NEXT_LEVEL(p[0]);
1694                         break;
1695                 }
1696
1697                 ecx_index++;
1698
1699         } while (FUNC_B_TYPE(p[2]) != FUNC_B_INVALID_TYPE);
1700
1701         core_bits = core_plus_logical_bits - logical_CPU_bits;
1702
1703         return;
1704
1705 FUNC_4:
1706         cpuid_count(0x4, 0, p);
1707         cores_per_package = FUNC_4_MAX_CORE_NO(p[0]) + 1;
1708
1709         logical_per_package = count_htt_cores;
1710         logical_per_core = logical_per_package / cores_per_package;
1711         
1712         for (shift = 0; (1 << shift) < logical_per_core; ++shift)
1713                 ;
1714         logical_CPU_bits = shift;
1715
1716         for (shift = 0; (1 << shift) < cores_per_package; ++shift)
1717                 ;
1718         core_bits = shift;
1719
1720         return;
1721 }
1722
1723 /* Detect AMD topology using CPUID
1724  * Ref: http://support.amd.com/us/Embedded_TechDocs/25481.pdf, last page
1725  */
1726 static void
1727 detect_amd_topology(int count_htt_cores)
1728 {
1729         int shift = 0;
1730         if ((cpu_feature & CPUID_HTT) && (amd_feature2 & AMDID2_CMP)) {
1731                 if (cpu_procinfo2 & AMDID_COREID_SIZE) {
1732                         core_bits = (cpu_procinfo2 & AMDID_COREID_SIZE) >>
1733                                     AMDID_COREID_SIZE_SHIFT;
1734                 } else {
1735                         core_bits = (cpu_procinfo2 & AMDID_CMP_CORES) + 1;
1736                         for (shift = 0; (1 << shift) < core_bits; ++shift)
1737                                 ;
1738                         core_bits = shift;
1739                 }
1740
1741                 if (amd_feature2 & AMDID2_TOPOEXT) {
1742                         u_int p[4];
1743                         int i;
1744                         int type;
1745                         int level;
1746                         int share_count;
1747                         for (i = 0; i < 256; ++i)  {
1748                                 cpuid_count(0x8000001d, i, p);
1749                                 type = p[0] & 0x1f;
1750                                 level = (p[0] >> 5) & 0x7;
1751                                 share_count = 1 + ((p[0] >> 14) & 0xfff);
1752
1753                                 if (type == 0)
1754                                         break;
1755                                 if (bootverbose)
1756                                         kprintf("Topology probe i=%2d type=%d level=%d share_count=%d\n",
1757                                                 i, type, level, share_count);
1758                                 if (type == 1 && share_count) { /* CPUID_TYPE_SMT */
1759                                         for (shift = 0; (1 << shift) < count_htt_cores / share_count; ++shift)
1760                                                 ;
1761                                         core_bits = shift;
1762                                         break;
1763                                 }
1764                         }
1765                 }
1766
1767                 logical_CPU_bits = count_htt_cores >> core_bits;
1768                 for (shift = 0; (1 << shift) < logical_CPU_bits; ++shift)
1769                         ;
1770                 logical_CPU_bits = shift;
1771         } else {
1772                 for (shift = 0; (1 << shift) < count_htt_cores; ++shift)
1773                         ;
1774                 core_bits = shift;
1775                 logical_CPU_bits = 0;
1776         }
1777 }
1778
1779 static void
1780 amd_get_compute_unit_id(void *arg)
1781 {
1782         u_int regs[4];
1783
1784         do_cpuid(0x8000001e, regs);
1785         cpu_node_t * mynode = get_cpu_node_by_cpuid(mycpuid);
1786
1787         /* 
1788          * AMD - CPUID Specification September 2010
1789          * page 34 - //ComputeUnitID = ebx[0:7]//
1790          */
1791         mynode->compute_unit_id = regs[1] & 0xff;
1792 }
1793
1794 int
1795 fix_amd_topology(void)
1796 {
1797         cpumask_t mask;
1798
1799         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_AMD)
1800                 return -1;
1801         if ((amd_feature2 & AMDID2_TOPOEXT) == 0)
1802                 return -1;
1803
1804         CPUMASK_ASSALLONES(mask);
1805         lwkt_cpusync_simple(mask, amd_get_compute_unit_id, NULL);
1806
1807         kprintf("Compute unit iDS:\n");
1808         int i;
1809         for (i = 0; i < ncpus; i++) {
1810                 kprintf("%d-%d; \n",
1811                         i, get_cpu_node_by_cpuid(i)->compute_unit_id);
1812         }
1813         return 0;
1814 }
1815
1816 /*
1817  * Calculate
1818  * - logical_CPU_bits
1819  * - core_bits
1820  * With the values above (for AMD or INTEL) we are able to generally
1821  * detect the CPU topology (number of cores for each level):
1822  * Ref: http://wiki.osdev.org/Detecting_CPU_Topology_(80x86)
1823  * Ref: http://www.multicoreinfo.com/research/papers/whitepapers/Intel-detect-topology.pdf
1824  */
1825 void
1826 detect_cpu_topology(void)
1827 {
1828         static int topology_detected = 0;
1829         int count = 0;
1830         
1831         if (topology_detected)
1832                 goto OUT;
1833         if ((cpu_feature & CPUID_HTT) == 0) {
1834                 core_bits = 0;
1835                 logical_CPU_bits = 0;
1836                 goto OUT;
1837         }
1838         count = (cpu_procinfo & CPUID_HTT_CORES) >> CPUID_HTT_CORE_SHIFT;
1839
1840         if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL)
1841                 detect_intel_topology(count);   
1842         else if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_AMD)
1843                 detect_amd_topology(count);
1844         topology_detected = 1;
1845
1846 OUT:
1847         if (bootverbose) {
1848                 kprintf("Bits within APICID: logical_CPU_bits: %d; "
1849                         "core_bits: %d\n",
1850                         logical_CPU_bits, core_bits);
1851         }
1852 }
1853
1854 /*
1855  * Interface functions to calculate chip_ID,
1856  * core_number and logical_number
1857  * Ref: http://wiki.osdev.org/Detecting_CPU_Topology_(80x86)
1858  */
1859 int
1860 get_chip_ID(int cpuid)
1861 {
1862         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) >>
1863             (logical_CPU_bits + core_bits);
1864 }
1865
1866 int
1867 get_chip_ID_from_APICID(int apicid)
1868 {
1869         return apicid >> (logical_CPU_bits + core_bits);
1870 }
1871
1872 int
1873 get_core_number_within_chip(int cpuid)
1874 {
1875         return ((get_apicid_from_cpuid(cpuid) >> logical_CPU_bits) &
1876                 ((1 << core_bits) - 1));
1877 }
1878
1879 int
1880 get_logical_CPU_number_within_core(int cpuid)
1881 {
1882         return (get_apicid_from_cpuid(cpuid) &
1883                 ((1 << logical_CPU_bits) - 1));
1884 }