sys/platform/pc32/isa/clock.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1990 The Regents of the University of California.
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   6  * William Jolitz and Don Ahn.
   7  *
   8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   9  * modification, are permitted provided that the following conditions
  10  * are met:
  11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  16  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  17  *    must display the following acknowledgement:
  18  *      This product includes software developed by the University of
  19  *      California, Berkeley and its contributors.
  20  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  21  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  22  *    without specific prior written permission.
  23  *
  24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  34  * SUCH DAMAGE.
  35  *
  36  *      from: @(#)clock.c       7.2 (Berkeley) 5/12/91
  37  * $FreeBSD: src/sys/i386/isa/clock.c,v 1.149.2.6 2002/11/02 04:41:50 iwasaki Exp $
  38  */
  39
  40 /*
  41  * Routines to handle clock hardware.
  42  */
  43
  44 /*
  45  * inittodr, settodr and support routines written
  46  * by Christoph Robitschko <chmr@edvz.tu-graz.ac.at>
  47  *
  48  * reintroduced and updated by Chris Stenton <chris@gnome.co.uk> 8/10/94
  49  */
  50
  51 #include "use_apm.h"
  52 #include "opt_clock.h"
  53
  54 #include <sys/param.h>
  55 #include <sys/systm.h>
  56 #include <sys/eventhandler.h>
  57 #include <sys/time.h>
  58 #include <sys/kernel.h>
  59 #include <sys/bus.h>
  60 #ifndef SMP
  61 #include <sys/lock.h>
  62 #endif
  63 #include <sys/sysctl.h>
  64 #include <sys/cons.h>
  65 #include <sys/systimer.h>
  66 #include <sys/globaldata.h>
  67 #include <sys/thread2.h>
  68 #include <sys/systimer.h>
  69 #include <sys/machintr.h>
  70
  71 #include <machine/clock.h>
  72 #ifdef CLK_CALIBRATION_LOOP
  73 #endif
  74 #include <machine/cputypes.h>
  75 #include <machine/frame.h>
  76 #include <machine/ipl.h>
  77 #include <machine/limits.h>
  78 #include <machine/md_var.h>
  79 #include <machine/psl.h>
  80 #include <machine/segments.h>
  81 #include <machine/smp.h>
  82 #include <machine/specialreg.h>
  83
  84 #include <machine_base/icu/icu.h>
  85 #include <bus/isa/isa.h>
  86 #include <bus/isa/rtc.h>
  87 #include <machine_base/isa/timerreg.h>
  88
  89 #include <machine_base/isa/intr_machdep.h>
  90
  91 #ifdef APIC_IO
  92 /* The interrupt triggered by the 8254 (timer) chip */
  93 int apic_8254_intr;
  94 static void setup_8254_mixed_mode (void);
  95 #endif
  96 static void i8254_restore(void);
  97 static void resettodr_on_shutdown(void *arg __unused);
  98
  99 /*
 100  * 32-bit time_t's can't reach leap years before 1904 or after 2036, so we
 101  * can use a simple formula for leap years.
 102  */
 103 #define LEAPYEAR(y) ((u_int)(y) % 4 == 0)
 104 #define DAYSPERYEAR   (31+28+31+30+31+30+31+31+30+31+30+31)
 105
 106 #ifndef TIMER_FREQ
 107 #define TIMER_FREQ   1193182
 108 #endif
 109
 110 static uint8_t i8254_walltimer_sel;
 111 static uint16_t i8254_walltimer_cntr;
 112
 113 int     adjkerntz;              /* local offset from GMT in seconds */
 114 int     disable_rtc_set;        /* disable resettodr() if != 0 */
 115 int     statclock_disable = 1;  /* we don't use the statclock right now */
 116 int     tsc_present;
 117 int64_t tsc_frequency;
 118 int     tsc_is_broken;
 119 int     wall_cmos_clock;        /* wall CMOS clock assumed if != 0 */
 120 int     timer0_running;
 121 enum tstate { RELEASED, ACQUIRED };
 122 enum tstate timer0_state;
 123 enum tstate timer1_state;
 124 enum tstate timer2_state;
 125
 126 static  int     beeping = 0;
 127 static  const u_char daysinmonth[] = {31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};
 128 static  u_char  rtc_statusa = RTCSA_DIVIDER | RTCSA_NOPROF;
 129 static  u_char  rtc_statusb = RTCSB_24HR | RTCSB_PINTR;
 130 static  int     rtc_loaded;
 131
 132 static int i8254_cputimer_div;
 133
 134 static int i8254_nointr;
 135 static int i8254_intr_disable = 0;
 136 TUNABLE_INT("hw.i8254.intr_disable", &i8254_intr_disable);
 137
 138 static struct callout sysbeepstop_ch;
 139
 140 static sysclock_t i8254_cputimer_count(void);
 141 static void i8254_cputimer_construct(struct cputimer *cputimer, sysclock_t last);
 142 static void i8254_cputimer_destruct(struct cputimer *cputimer);
 143
 144 static struct cputimer  i8254_cputimer = {
 145     SLIST_ENTRY_INITIALIZER,
 146     "i8254",
 147     CPUTIMER_PRI_8254,
 148     0,
 149     i8254_cputimer_count,
 150     cputimer_default_fromhz,
 151     cputimer_default_fromus,
 152     i8254_cputimer_construct,
 153     i8254_cputimer_destruct,
 154     TIMER_FREQ,
 155     0, 0, 0
 156 };
 157
 158 static void i8254_intr_reload(struct cputimer_intr *, sysclock_t);
 159 static void i8254_intr_config(struct cputimer_intr *, const struct cputimer *);
 160 static void i8254_intr_initclock(struct cputimer_intr *, boolean_t);
 161
 162 static struct cputimer_intr i8254_cputimer_intr = {
 163     .freq = TIMER_FREQ,
 164     .reload = i8254_intr_reload,
 165     .enable = cputimer_intr_default_enable,
 166     .config = i8254_intr_config,
 167     .restart = cputimer_intr_default_restart,
 168     .pmfixup = cputimer_intr_default_pmfixup,
 169     .initclock = i8254_intr_initclock,
 170     .next = SLIST_ENTRY_INITIALIZER,
 171     .name = "i8254",
 172     .type = CPUTIMER_INTR_8254,
 173     .prio = CPUTIMER_INTR_PRIO_8254,
 174     .caps = CPUTIMER_INTR_CAP_PS
 175 };
 176
 177 /*
 178  * timer0 clock interrupt.  Timer0 is in one-shot mode and has stopped
 179  * counting as of this interrupt.  We use timer1 in free-running mode (not
 180  * generating any interrupts) as our main counter.  Each cpu has timeouts
 181  * pending.
 182  *
 183  * This code is INTR_MPSAFE and may be called without the BGL held.
 184  */
 185 static void
 186 clkintr(void *dummy, void *frame_arg)
 187 {
 188         static sysclock_t sysclock_count;       /* NOTE! Must be static */
 189         struct globaldata *gd = mycpu;
 190 #ifdef SMP
 191         struct globaldata *gscan;
 192         int n;
 193 #endif
 194
 195         /*
 196          * SWSTROBE mode is a one-shot, the timer is no longer running
 197          */
 198         timer0_running = 0;
 199
 200         /*
 201          * XXX the dispatcher needs work.  right now we call systimer_intr()
 202          * directly or via IPI for any cpu with systimers queued, which is
 203          * usually *ALL* of them.  We need to use the LAPIC timer for this.
 204          */
 205         sysclock_count = sys_cputimer->count();
 206 #ifdef SMP
 207         for (n = 0; n < ncpus; ++n) {
 208             gscan = globaldata_find(n);
 209             if (TAILQ_FIRST(&gscan->gd_systimerq) == NULL)
 210                 continue;
 211             if (gscan != gd) {
 212                 lwkt_send_ipiq3(gscan, (ipifunc3_t)systimer_intr,
 213                                 &sysclock_count, 0);
 214             } else {
 215                 systimer_intr(&sysclock_count, 0, frame_arg);
 216             }
 217         }
 218 #else
 219         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_systimerq) != NULL)
 220             systimer_intr(&sysclock_count, 0, frame_arg);
 221 #endif
 222 }
 223
 224
 225 /*
 226  * NOTE! not MP safe.
 227  */
 228 int
 229 acquire_timer2(int mode)
 230 {
 231         if (timer2_state != RELEASED)
 232                 return (-1);
 233         timer2_state = ACQUIRED;
 234
 235         /*
 236          * This access to the timer registers is as atomic as possible
 237          * because it is a single instruction.  We could do better if we
 238          * knew the rate.
 239          */
 240         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL2 | (mode & 0x3f));
 241         return (0);
 242 }
 243
 244 int
 245 release_timer2(void)
 246 {
 247         if (timer2_state != ACQUIRED)
 248                 return (-1);
 249         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL2 | TIMER_SQWAVE | TIMER_16BIT);
 250         timer2_state = RELEASED;
 251         return (0);
 252 }
 253
 254 /*
 255  * This routine receives statistical clock interrupts from the RTC.
 256  * As explained above, these occur at 128 interrupts per second.
 257  * When profiling, we receive interrupts at a rate of 1024 Hz.
 258  *
 259  * This does not actually add as much overhead as it sounds, because
 260  * when the statistical clock is active, the hardclock driver no longer
 261  * needs to keep (inaccurate) statistics on its own.  This decouples
 262  * statistics gathering from scheduling interrupts.
 263  *
 264  * The RTC chip requires that we read status register C (RTC_INTR)
 265  * to acknowledge an interrupt, before it will generate the next one.
 266  * Under high interrupt load, rtcintr() can be indefinitely delayed and
 267  * the clock can tick immediately after the read from RTC_INTR.  In this
 268  * case, the mc146818A interrupt signal will not drop for long enough
 269  * to register with the 8259 PIC.  If an interrupt is missed, the stat
 270  * clock will halt, considerably degrading system performance.  This is
 271  * why we use 'while' rather than a more straightforward 'if' below.
 272  * Stat clock ticks can still be lost, causing minor loss of accuracy
 273  * in the statistics, but the stat clock will no longer stop.
 274  */
 275 static void
 276 rtcintr(void *dummy, void *frame)
 277 {
 278         while (rtcin(RTC_INTR) & RTCIR_PERIOD)
 279                 ;
 280                 /* statclock(frame); no longer used */
 281 }
 282
 283 #include "opt_ddb.h"
 284 #ifdef DDB
 285 #include <ddb/ddb.h>
 286
 287 DB_SHOW_COMMAND(rtc, rtc)
 288 {
 289         kprintf("%02x/%02x/%02x %02x:%02x:%02x, A = %02x, B = %02x, C = %02x\n",
 290                rtcin(RTC_YEAR), rtcin(RTC_MONTH), rtcin(RTC_DAY),
 291                rtcin(RTC_HRS), rtcin(RTC_MIN), rtcin(RTC_SEC),
 292                rtcin(RTC_STATUSA), rtcin(RTC_STATUSB), rtcin(RTC_INTR));
 293 }
 294 #endif /* DDB */
 295
 296 /*
 297  * Return the current cpu timer count as a 32 bit integer.
 298  */
 299 static
 300 sysclock_t
 301 i8254_cputimer_count(void)
 302 {
 303         static __uint16_t cputimer_last;
 304         __uint16_t count;
 305         sysclock_t ret;
 306
 307         clock_lock();
 308         outb(TIMER_MODE, i8254_walltimer_sel | TIMER_LATCH);
 309         count = (__uint8_t)inb(i8254_walltimer_cntr);           /* get countdown */
 310         count |= ((__uint8_t)inb(i8254_walltimer_cntr) << 8);
 311         count = -count;                                 /* -> countup */
 312         if (count < cputimer_last)                      /* rollover */
 313                 i8254_cputimer.base += 0x00010000;
 314         ret = i8254_cputimer.base | count;
 315         cputimer_last = count;
 316         clock_unlock();
 317         return(ret);
 318 }
 319
 320 /*
 321  * This function is called whenever the system timebase changes, allowing
 322  * us to calculate what is needed to convert a system timebase tick
 323  * into an 8254 tick for the interrupt timer.  If we can convert to a
 324  * simple shift, multiplication, or division, we do so.  Otherwise 64
 325  * bit arithmatic is required every time the interrupt timer is reloaded.
 326  */
 327 static void
 328 i8254_intr_config(struct cputimer_intr *cti, const struct cputimer *timer)
 329 {
 330     int freq;
 331     int div;
 332
 333     /*
 334      * Will a simple divide do the trick?
 335      */
 336     div = (timer->freq + (cti->freq / 2)) / cti->freq;
 337     freq = cti->freq * div;
 338
 339     if (freq >= timer->freq - 1 && freq <= timer->freq + 1)
 340         i8254_cputimer_div = div;
 341     else
 342         i8254_cputimer_div = 0;
 343 }
 344
 345 /*
 346  * Reload for the next timeout.  It is possible for the reload value
 347  * to be 0 or negative, indicating that an immediate timer interrupt
 348  * is desired.  For now make the minimum 2 ticks.
 349  *
 350  * We may have to convert from the system timebase to the 8254 timebase.
 351  */
 352 static void
 353 i8254_intr_reload(struct cputimer_intr *cti, sysclock_t reload)
 354 {
 355     __uint16_t count;
 356
 357     if (i8254_cputimer_div)
 358         reload /= i8254_cputimer_div;
 359     else
 360         reload = (int64_t)reload * cti->freq / sys_cputimer->freq;
 361
 362     if ((int)reload < 2)
 363         reload = 2;
 364
 365     clock_lock();
 366     if (timer0_running) {
 367         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_LATCH);     /* count-down timer */
 368         count = (__uint8_t)inb(TIMER_CNTR0);            /* lsb */
 369         count |= ((__uint8_t)inb(TIMER_CNTR0) << 8);    /* msb */
 370         if (reload < count) {
 371             outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_SWSTROBE | TIMER_16BIT);
 372             outb(TIMER_CNTR0, (__uint8_t)reload);       /* lsb */
 373             outb(TIMER_CNTR0, (__uint8_t)(reload >> 8)); /* msb */
 374         }
 375     } else {
 376         timer0_running = 1;
 377         if (reload > 0xFFFF)
 378             reload = 0;         /* full count */
 379         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_SWSTROBE | TIMER_16BIT);
 380         outb(TIMER_CNTR0, (__uint8_t)reload);           /* lsb */
 381         outb(TIMER_CNTR0, (__uint8_t)(reload >> 8));    /* msb */
 382     }
 383     clock_unlock();
 384 }
 385
 386 /*
 387  * DELAY(usec)       - Spin for the specified number of microseconds.
 388  * DRIVERSLEEP(usec) - Spin for the specified number of microseconds,
 389  *                     but do a thread switch in the loop
 390  *
 391  * Relies on timer 1 counting down from (cputimer_freq / hz)
 392  * Note: timer had better have been programmed before this is first used!
 393  */
 394 static void
 395 DODELAY(int n, int doswitch)
 396 {
 397         int delta, prev_tick, tick, ticks_left;
 398
 399 #ifdef DELAYDEBUG
 400         int getit_calls = 1;
 401         int n1;
 402         static int state = 0;
 403
 404         if (state == 0) {
 405                 state = 1;
 406                 for (n1 = 1; n1 <= 10000000; n1 *= 10)
 407                         DELAY(n1);
 408                 state = 2;
 409         }
 410         if (state == 1)
 411                 kprintf("DELAY(%d)...", n);
 412 #endif
 413         /*
 414          * Guard against the timer being uninitialized if we are called
 415          * early for console i/o.
 416          */
 417         if (timer0_state == RELEASED)
 418                 i8254_restore();
 419
 420         /*
 421          * Read the counter first, so that the rest of the setup overhead is
 422          * counted.  Then calculate the number of hardware timer ticks
 423          * required, rounding up to be sure we delay at least the requested
 424          * number of microseconds.
 425          */
 426         prev_tick = sys_cputimer->count();
 427         ticks_left = ((u_int)n * (int64_t)sys_cputimer->freq + 999999) /
 428                      1000000;
 429
 430         /*
 431          * Loop until done.
 432          */
 433         while (ticks_left > 0) {
 434                 tick = sys_cputimer->count();
 435 #ifdef DELAYDEBUG
 436                 ++getit_calls;
 437 #endif
 438                 delta = tick - prev_tick;
 439                 prev_tick = tick;
 440                 if (delta < 0)
 441                         delta = 0;
 442                 ticks_left -= delta;
 443                 if (doswitch && ticks_left > 0)
 444                         lwkt_switch();
 445                 cpu_pause();
 446         }
 447 #ifdef DELAYDEBUG
 448         if (state == 1)
 449                 kprintf(" %d calls to getit() at %d usec each\n",
 450                        getit_calls, (n + 5) / getit_calls);
 451 #endif
 452 }
 453
 454 /*
 455  * DELAY() never switches
 456  */
 457 void
 458 DELAY(int n)
 459 {
 460         DODELAY(n, 0);
 461 }
 462
 463 /*
 464  * DRIVERSLEEP() does not switch if called with a spinlock held or
 465  * from a hard interrupt.
 466  */
 467 void
 468 DRIVERSLEEP(int usec)
 469 {
 470         globaldata_t gd = mycpu;
 471
 472         if (gd->gd_intr_nesting_level || gd->gd_spinlocks_wr) {
 473                 DODELAY(usec, 0);
 474         } else {
 475                 DODELAY(usec, 1);
 476         }
 477 }
 478
 479 static void
 480 sysbeepstop(void *chan)
 481 {
 482         outb(IO_PPI, inb(IO_PPI)&0xFC); /* disable counter2 output to speaker */
 483         beeping = 0;
 484         release_timer2();
 485 }
 486
 487 int
 488 sysbeep(int pitch, int period)
 489 {
 490         if (acquire_timer2(TIMER_SQWAVE|TIMER_16BIT))
 491                 return(-1);
 492         /*
 493          * Nobody else is using timer2, we do not need the clock lock
 494          */
 495         outb(TIMER_CNTR2, pitch);
 496         outb(TIMER_CNTR2, (pitch>>8));
 497         if (!beeping) {
 498                 /* enable counter2 output to speaker */
 499                 outb(IO_PPI, inb(IO_PPI) | 3);
 500                 beeping = period;
 501                 callout_reset(&sysbeepstop_ch, period, sysbeepstop, NULL);
 502         }
 503         return (0);
 504 }
 505
 506 /*
 507  * RTC support routines
 508  */
 509
 510 int
 511 rtcin(int reg)
 512 {
 513         u_char val;
 514
 515         crit_enter();
 516         outb(IO_RTC, reg);
 517         inb(0x84);
 518         val = inb(IO_RTC + 1);
 519         inb(0x84);
 520         crit_exit();
 521         return (val);
 522 }
 523
 524 static __inline void
 525 writertc(u_char reg, u_char val)
 526 {
 527         crit_enter();
 528         inb(0x84);
 529         outb(IO_RTC, reg);
 530         inb(0x84);
 531         outb(IO_RTC + 1, val);
 532         inb(0x84);              /* XXX work around wrong order in rtcin() */
 533         crit_exit();
 534 }
 535
 536 static __inline int
 537 readrtc(int port)
 538 {
 539         return(bcd2bin(rtcin(port)));
 540 }
 541
 542 static u_int
 543 calibrate_clocks(void)
 544 {
 545         u_int64_t old_tsc;
 546         u_int count, prev_count, tot_count;
 547         int sec, start_sec, timeout;
 548
 549         if (bootverbose)
 550                 kprintf("Calibrating clock(s) ... ");
 551         if (!(rtcin(RTC_STATUSD) & RTCSD_PWR))
 552                 goto fail;
 553         timeout = 100000000;
 554
 555         /* Read the mc146818A seconds counter. */
 556         for (;;) {
 557                 if (!(rtcin(RTC_STATUSA) & RTCSA_TUP)) {
 558                         sec = rtcin(RTC_SEC);
 559                         break;
 560                 }
 561                 if (--timeout == 0)
 562                         goto fail;
 563         }
 564
 565         /* Wait for the mC146818A seconds counter to change. */
 566         start_sec = sec;
 567         for (;;) {
 568                 if (!(rtcin(RTC_STATUSA) & RTCSA_TUP)) {
 569                         sec = rtcin(RTC_SEC);
 570                         if (sec != start_sec)
 571                                 break;
 572                 }
 573                 if (--timeout == 0)
 574                         goto fail;
 575         }
 576
 577         /* Start keeping track of the i8254 counter. */
 578         prev_count = sys_cputimer->count();
 579         tot_count = 0;
 580
 581         if (tsc_present)
 582                 old_tsc = rdtsc();
 583         else
 584                 old_tsc = 0;            /* shut up gcc */
 585
 586         /*
 587          * Wait for the mc146818A seconds counter to change.  Read the i8254
 588          * counter for each iteration since this is convenient and only
 589          * costs a few usec of inaccuracy. The timing of the final reads
 590          * of the counters almost matches the timing of the initial reads,
 591          * so the main cause of inaccuracy is the varying latency from
 592          * inside getit() or rtcin(RTC_STATUSA) to the beginning of the
 593          * rtcin(RTC_SEC) that returns a changed seconds count.  The
 594          * maximum inaccuracy from this cause is < 10 usec on 486's.
 595          */
 596         start_sec = sec;
 597         for (;;) {
 598                 if (!(rtcin(RTC_STATUSA) & RTCSA_TUP))
 599                         sec = rtcin(RTC_SEC);
 600                 count = sys_cputimer->count();
 601                 tot_count += (int)(count - prev_count);
 602                 prev_count = count;
 603                 if (sec != start_sec)
 604                         break;
 605                 if (--timeout == 0)
 606                         goto fail;
 607         }
 608
 609         /*
 610          * Read the cpu cycle counter.  The timing considerations are
 611          * similar to those for the i8254 clock.
 612          */
 613         if (tsc_present) {
 614                 tsc_frequency = rdtsc() - old_tsc;
 615         }
 616
 617         if (tsc_present)
 618                 kprintf("TSC clock: %llu Hz, ", tsc_frequency);
 619         kprintf("i8254 clock: %u Hz\n", tot_count);
 620         return (tot_count);
 621
 622 fail:
 623         kprintf("failed, using default i8254 clock of %u Hz\n",
 624                 i8254_cputimer.freq);
 625         return (i8254_cputimer.freq);
 626 }
 627
 628 static void
 629 i8254_restore(void)
 630 {
 631         timer0_state = ACQUIRED;
 632
 633         clock_lock();
 634
 635         /*
 636          * Timer0 is our fine-grained variable clock interrupt
 637          */
 638         outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_SWSTROBE | TIMER_16BIT);
 639         outb(TIMER_CNTR0, 2);   /* lsb */
 640         outb(TIMER_CNTR0, 0);   /* msb */
 641         clock_unlock();
 642
 643         if (!i8254_nointr) {
 644                 cputimer_intr_register(&i8254_cputimer_intr);
 645                 cputimer_intr_select(&i8254_cputimer_intr, 0);
 646         }
 647
 648         /*
 649          * Timer1 or timer2 is our free-running clock, but only if another
 650          * has not been selected.
 651          */
 652         cputimer_register(&i8254_cputimer);
 653         cputimer_select(&i8254_cputimer, 0);
 654 }
 655
 656 static void
 657 i8254_cputimer_construct(struct cputimer *timer, sysclock_t oldclock)
 658 {
 659         int which;
 660
 661         /*
 662          * Should we use timer 1 or timer 2 ?
 663          */
 664         which = 0;
 665         TUNABLE_INT_FETCH("hw.i8254.walltimer", &which);
 666         if (which != 1 && which != 2)
 667                 which = 2;
 668
 669         switch(which) {
 670         case 1:
 671                 timer->name = "i8254_timer1";
 672                 timer->type = CPUTIMER_8254_SEL1;
 673                 i8254_walltimer_sel = TIMER_SEL1;
 674                 i8254_walltimer_cntr = TIMER_CNTR1;
 675                 timer1_state = ACQUIRED;
 676                 break;
 677         case 2:
 678                 timer->name = "i8254_timer2";
 679                 timer->type = CPUTIMER_8254_SEL2;
 680                 i8254_walltimer_sel = TIMER_SEL2;
 681                 i8254_walltimer_cntr = TIMER_CNTR2;
 682                 timer2_state = ACQUIRED;
 683                 break;
 684         }
 685
 686         timer->base = (oldclock + 0xFFFF) & ~0xFFFF;
 687
 688         clock_lock();
 689         outb(TIMER_MODE, i8254_walltimer_sel | TIMER_RATEGEN | TIMER_16BIT);
 690         outb(i8254_walltimer_cntr, 0);  /* lsb */
 691         outb(i8254_walltimer_cntr, 0);  /* msb */
 692         outb(IO_PPI, inb(IO_PPI) | 1);  /* bit 0: enable gate, bit 1: spkr */
 693         clock_unlock();
 694 }
 695
 696 static void
 697 i8254_cputimer_destruct(struct cputimer *timer)
 698 {
 699         switch(timer->type) {
 700         case CPUTIMER_8254_SEL1:
 701             timer1_state = RELEASED;
 702             break;
 703         case CPUTIMER_8254_SEL2:
 704             timer2_state = RELEASED;
 705             break;
 706         default:
 707             break;
 708         }
 709         timer->type = 0;
 710 }
 711
 712 static void
 713 rtc_restore(void)
 714 {
 715         /* Restore all of the RTC's "status" (actually, control) registers. */
 716         writertc(RTC_STATUSB, RTCSB_24HR);
 717         writertc(RTC_STATUSA, rtc_statusa);
 718         writertc(RTC_STATUSB, rtc_statusb);
 719 }
 720
 721 /*
 722  * Restore all the timers.
 723  *
 724  * This function is called to resynchronize our core timekeeping after a
 725  * long halt, e.g. from apm_default_resume() and friends.  It is also
 726  * called if after a BIOS call we have detected munging of the 8254.
 727  * It is necessary because cputimer_count() counter's delta may have grown
 728  * too large for nanouptime() and friends to handle, or (in the case of 8254
 729  * munging) might cause the SYSTIMER code to prematurely trigger.
 730  */
 731 void
 732 timer_restore(void)
 733 {
 734         crit_enter();
 735         i8254_restore();                /* restore timer_freq and hz */
 736         rtc_restore();                  /* reenable RTC interrupts */
 737         crit_exit();
 738 }
 739
 740 /*
 741  * Initialize 8254 timer 0 early so that it can be used in DELAY().
 742  */
 743 void
 744 startrtclock(void)
 745 {
 746         u_int delta, freq;
 747
 748         /*
 749          * Can we use the TSC?
 750          */
 751         if (cpu_feature & CPUID_TSC)
 752                 tsc_present = 1;
 753         else
 754                 tsc_present = 0;
 755
 756         /*
 757          * Initial RTC state, don't do anything unexpected
 758          */
 759         writertc(RTC_STATUSA, rtc_statusa);
 760         writertc(RTC_STATUSB, RTCSB_24HR);
 761
 762         /*
 763          * Set the 8254 timer0 in TIMER_SWSTROBE mode and cause it to
 764          * generate an interrupt, which we will ignore for now.
 765          *
 766          * Set the 8254 timer1 in TIMER_RATEGEN mode and load 0x0000
 767          * (so it counts a full 2^16 and repeats).  We will use this timer
 768          * for our counting.
 769          */
 770         i8254_restore();
 771         freq = calibrate_clocks();
 772 #ifdef CLK_CALIBRATION_LOOP
 773         if (bootverbose) {
 774                 kprintf(
 775                 "Press a key on the console to abort clock calibration\n");
 776                 while (cncheckc() == -1)
 777                         calibrate_clocks();
 778         }
 779 #endif
 780
 781         /*
 782          * Use the calibrated i8254 frequency if it seems reasonable.
 783          * Otherwise use the default, and don't use the calibrated i586
 784          * frequency.
 785          */
 786         delta = freq > i8254_cputimer.freq ?
 787                         freq - i8254_cputimer.freq : i8254_cputimer.freq - freq;
 788         if (delta < i8254_cputimer.freq / 100) {
 789 #ifndef CLK_USE_I8254_CALIBRATION
 790                 if (bootverbose)
 791                         kprintf(
 792 "CLK_USE_I8254_CALIBRATION not specified - using default frequency\n");
 793                 freq = i8254_cputimer.freq;
 794 #endif
 795                 /*
 796                  * NOTE:
 797                  * Interrupt timer's freq must be adjusted
 798                  * before we change the cuptimer's frequency.
 799                  */
 800                 i8254_cputimer_intr.freq = freq;
 801                 cputimer_set_frequency(&i8254_cputimer, freq);
 802         } else {
 803                 if (bootverbose)
 804                         kprintf(
 805                     "%d Hz differs from default of %d Hz by more than 1%%\n",
 806                                freq, i8254_cputimer.freq);
 807                 tsc_frequency = 0;
 808         }
 809
 810 #ifndef CLK_USE_TSC_CALIBRATION
 811         if (tsc_frequency != 0) {
 812                 if (bootverbose)
 813                         kprintf(
 814 "CLK_USE_TSC_CALIBRATION not specified - using old calibration method\n");
 815                 tsc_frequency = 0;
 816         }
 817 #endif
 818         if (tsc_present && tsc_frequency == 0) {
 819                 /*
 820                  * Calibration of the i586 clock relative to the mc146818A
 821                  * clock failed.  Do a less accurate calibration relative
 822                  * to the i8254 clock.
 823                  */
 824                 u_int64_t old_tsc = rdtsc();
 825
 826                 DELAY(1000000);
 827                 tsc_frequency = rdtsc() - old_tsc;
 828 #ifdef CLK_USE_TSC_CALIBRATION
 829                 if (bootverbose) {
 830                         kprintf("TSC clock: %llu Hz (Method B)\n",
 831                                 tsc_frequency);
 832                 }
 833 #endif
 834         }
 835
 836         EVENTHANDLER_REGISTER(shutdown_post_sync, resettodr_on_shutdown, NULL, SHUTDOWN_PRI_LAST);
 837
 838 #if !defined(SMP)
 839         /*
 840          * We can not use the TSC in SMP mode, until we figure out a
 841          * cheap (impossible), reliable and precise (yeah right!)  way
 842          * to synchronize the TSCs of all the CPUs.
 843          * Curse Intel for leaving the counter out of the I/O APIC.
 844          */
 845
 846 #if NAPM > 0
 847         /*
 848          * We can not use the TSC if we support APM. Precise timekeeping
 849          * on an APM'ed machine is at best a fools pursuit, since
 850          * any and all of the time spent in various SMM code can't
 851          * be reliably accounted for.  Reading the RTC is your only
 852          * source of reliable time info.  The i8254 looses too of course
 853          * but we need to have some kind of time...
 854          * We don't know at this point whether APM is going to be used
 855          * or not, nor when it might be activated.  Play it safe.
 856          */
 857         return;
 858 #endif /* NAPM > 0 */
 859
 860 #endif /* !defined(SMP) */
 861 }
 862
 863 /*
 864  * Sync the time of day back to the RTC on shutdown, but only if
 865  * we have already loaded it and have not crashed.
 866  */
 867 static void
 868 resettodr_on_shutdown(void *arg __unused)
 869 {
 870         if (rtc_loaded && panicstr == NULL) {
 871                 resettodr();
 872         }
 873 }
 874
 875 /*
 876  * Initialize the time of day register, based on the time base which is, e.g.
 877  * from a filesystem.
 878  */
 879 void
 880 inittodr(time_t base)
 881 {
 882         unsigned long   sec, days;
 883         int             year, month;
 884         int             y, m;
 885         struct timespec ts;
 886
 887         if (base) {
 888                 ts.tv_sec = base;
 889                 ts.tv_nsec = 0;
 890                 set_timeofday(&ts);
 891         }
 892
 893         /* Look if we have a RTC present and the time is valid */
 894         if (!(rtcin(RTC_STATUSD) & RTCSD_PWR))
 895                 goto wrong_time;
 896
 897         /* wait for time update to complete */
 898         /* If RTCSA_TUP is zero, we have at least 244us before next update */
 899         crit_enter();
 900         while (rtcin(RTC_STATUSA) & RTCSA_TUP) {
 901                 crit_exit();
 902                 crit_enter();
 903         }
 904
 905         days = 0;
 906 #ifdef USE_RTC_CENTURY
 907         year = readrtc(RTC_YEAR) + readrtc(RTC_CENTURY) * 100;
 908 #else
 909         year = readrtc(RTC_YEAR) + 1900;
 910         if (year < 1970)
 911                 year += 100;
 912 #endif
 913         if (year < 1970) {
 914                 crit_exit();
 915                 goto wrong_time;
 916         }
 917         month = readrtc(RTC_MONTH);
 918         for (m = 1; m < month; m++)
 919                 days += daysinmonth[m-1];
 920         if ((month > 2) && LEAPYEAR(year))
 921                 days ++;
 922         days += readrtc(RTC_DAY) - 1;
 923         for (y = 1970; y < year; y++)
 924                 days += DAYSPERYEAR + LEAPYEAR(y);
 925         sec = ((( days * 24 +
 926                   readrtc(RTC_HRS)) * 60 +
 927                   readrtc(RTC_MIN)) * 60 +
 928                   readrtc(RTC_SEC));
 929         /* sec now contains the number of seconds, since Jan 1 1970,
 930            in the local time zone */
 931
 932         sec += tz.tz_minuteswest * 60 + (wall_cmos_clock ? adjkerntz : 0);
 933
 934         y = time_second - sec;
 935         if (y <= -2 || y >= 2) {
 936                 /* badly off, adjust it */
 937                 ts.tv_sec = sec;
 938                 ts.tv_nsec = 0;
 939                 set_timeofday(&ts);
 940         }
 941         rtc_loaded = 1;
 942         crit_exit();
 943         return;
 944
 945 wrong_time:
 946         kprintf("Invalid time in real time clock.\n");
 947         kprintf("Check and reset the date immediately!\n");
 948 }
 949
 950 /*
 951  * Write system time back to RTC
 952  */
 953 void
 954 resettodr(void)
 955 {
 956         struct timeval tv;
 957         unsigned long tm;
 958         int m;
 959         int y;
 960
 961         if (disable_rtc_set)
 962                 return;
 963
 964         microtime(&tv);
 965         tm = tv.tv_sec;
 966
 967         crit_enter();
 968         /* Disable RTC updates and interrupts. */
 969         writertc(RTC_STATUSB, RTCSB_HALT | RTCSB_24HR);
 970
 971         /* Calculate local time to put in RTC */
 972
 973         tm -= tz.tz_minuteswest * 60 + (wall_cmos_clock ? adjkerntz : 0);
 974
 975         writertc(RTC_SEC, bin2bcd(tm%60)); tm /= 60;    /* Write back Seconds */
 976         writertc(RTC_MIN, bin2bcd(tm%60)); tm /= 60;    /* Write back Minutes */
 977         writertc(RTC_HRS, bin2bcd(tm%24)); tm /= 24;    /* Write back Hours   */
 978
 979         /* We have now the days since 01-01-1970 in tm */
 980         writertc(RTC_WDAY, (tm+4)%7);                   /* Write back Weekday */
 981         for (y = 1970, m = DAYSPERYEAR + LEAPYEAR(y);
 982              tm >= m;
 983              y++,      m = DAYSPERYEAR + LEAPYEAR(y))
 984              tm -= m;
 985
 986         /* Now we have the years in y and the day-of-the-year in tm */
 987         writertc(RTC_YEAR, bin2bcd(y%100));             /* Write back Year    */
 988 #ifdef USE_RTC_CENTURY
 989         writertc(RTC_CENTURY, bin2bcd(y/100));          /* ... and Century    */
 990 #endif
 991         for (m = 0; ; m++) {
 992                 int ml;
 993
 994                 ml = daysinmonth[m];
 995                 if (m == 1 && LEAPYEAR(y))
 996                         ml++;
 997                 if (tm < ml)
 998                         break;
 999                 tm -= ml;
1000         }
1001
1002         writertc(RTC_MONTH, bin2bcd(m + 1));            /* Write back Month   */
1003         writertc(RTC_DAY, bin2bcd(tm + 1));             /* Write back Month Day */
1004
1005         /* Reenable RTC updates and interrupts. */
1006         writertc(RTC_STATUSB, rtc_statusb);
1007         crit_exit();
1008 }
1009
1010
1011 /*
1012  * Start both clocks running.  DragonFly note: the stat clock is no longer
1013  * used.  Instead, 8254 based systimers are used for all major clock
1014  * interrupts.  statclock_disable is set by default.
1015  */
1016 static void
1017 i8254_intr_initclock(struct cputimer_intr *cti, boolean_t selected)
1018 {
1019         int diag;
1020 #ifdef APIC_IO
1021         int apic_8254_trial;
1022         void *clkdesc;
1023 #endif /* APIC_IO */
1024
1025         callout_init(&sysbeepstop_ch);
1026
1027         if (!selected && i8254_intr_disable) {
1028                 i8254_nointr = 1; /* don't try to register again */
1029                 cputimer_intr_deregister(cti);
1030                 return;
1031         }
1032
1033         if (statclock_disable) {
1034                 /*
1035                  * The stat interrupt mask is different without the
1036                  * statistics clock.  Also, don't set the interrupt
1037                  * flag which would normally cause the RTC to generate
1038                  * interrupts.
1039                  */
1040                 rtc_statusb = RTCSB_24HR;
1041         } else {
1042                 /* Setting stathz to nonzero early helps avoid races. */
1043                 stathz = RTC_NOPROFRATE;
1044                 profhz = RTC_PROFRATE;
1045         }
1046
1047         /* Finish initializing 8253 timer 0. */
1048 #ifdef APIC_IO
1049
1050         apic_8254_intr = isa_apic_irq(0);
1051         apic_8254_trial = 0;
1052         if (apic_8254_intr >= 0 ) {
1053                 if (apic_int_type(0, 0) == 3)
1054                         apic_8254_trial = 1;
1055         } else {
1056                 /* look for ExtInt on pin 0 */
1057                 if (apic_int_type(0, 0) == 3) {
1058                         apic_8254_intr = apic_irq(0, 0);
1059                         setup_8254_mixed_mode();
1060                 } else
1061                         panic("APIC_IO: Cannot route 8254 interrupt to CPU");
1062         }
1063
1064         clkdesc = register_int(apic_8254_intr, clkintr, NULL, "clk",
1065                                NULL,
1066                                INTR_EXCL | INTR_CLOCK |
1067                                INTR_NOPOLL | INTR_MPSAFE |
1068                                INTR_NOENTROPY);
1069         machintr_intren(apic_8254_intr);
1070
1071 #else /* APIC_IO */
1072
1073         register_int(0, clkintr, NULL, "clk", NULL,
1074                      INTR_EXCL | INTR_CLOCK |
1075                      INTR_NOPOLL | INTR_MPSAFE |
1076                      INTR_NOENTROPY);
1077         machintr_intren(ICU_IRQ0);
1078
1079 #endif /* APIC_IO */
1080
1081         /* Initialize RTC. */
1082         writertc(RTC_STATUSA, rtc_statusa);
1083         writertc(RTC_STATUSB, RTCSB_24HR);
1084
1085         if (statclock_disable == 0) {
1086                 diag = rtcin(RTC_DIAG);
1087                 if (diag != 0)
1088                         kprintf("RTC BIOS diagnostic error %b\n", diag, RTCDG_BITS);
1089
1090 #ifdef APIC_IO
1091                 if (isa_apic_irq(8) != 8)
1092                         panic("APIC RTC != 8");
1093 #endif /* APIC_IO */
1094
1095                 register_int(8, (inthand2_t *)rtcintr, NULL, "rtc", NULL,
1096                              INTR_EXCL | INTR_CLOCK | INTR_NOPOLL |
1097                              INTR_NOENTROPY);
1098                 machintr_intren(8);
1099
1100                 writertc(RTC_STATUSB, rtc_statusb);
1101         }
1102
1103 #ifdef APIC_IO
1104         if (apic_8254_trial) {
1105                 sysclock_t base;
1106                 long lastcnt;
1107
1108                 /*
1109                  * Following code assumes the 8254 is the cpu timer,
1110                  * so make sure it is.
1111                  */
1112                 KKASSERT(sys_cputimer == &i8254_cputimer);
1113                 KKASSERT(cti == &i8254_cputimer_intr);
1114
1115                 lastcnt = get_interrupt_counter(apic_8254_intr);
1116
1117                 /*
1118                  * Force an 8254 Timer0 interrupt and wait 1/100s for
1119                  * it to happen, then see if we got it.
1120                  */
1121                 kprintf("APIC_IO: Testing 8254 interrupt delivery\n");
1122                 i8254_intr_reload(cti, 2);
1123                 base = sys_cputimer->count();
1124                 while (sys_cputimer->count() - base < sys_cputimer->freq / 100)
1125                         ;       /* nothing */
1126                 if (get_interrupt_counter(apic_8254_intr) - lastcnt == 0) {
1127                         /*
1128                          * The MP table is broken.
1129                          * The 8254 was not connected to the specified pin
1130                          * on the IO APIC.
1131                          * Workaround: Limited variant of mixed mode.
1132                          */
1133                         machintr_intrdis(apic_8254_intr);
1134                         unregister_int(clkdesc);
1135                         kprintf("APIC_IO: Broken MP table detected: "
1136                                "8254 is not connected to "
1137                                "IOAPIC #%d intpin %d\n",
1138                                int_to_apicintpin[apic_8254_intr].ioapic,
1139                                int_to_apicintpin[apic_8254_intr].int_pin);
1140                         /*
1141                          * Revoke current ISA IRQ 0 assignment and
1142                          * configure a fallback interrupt routing from
1143                          * the 8254 Timer via the 8259 PIC to the
1144                          * an ExtInt interrupt line on IOAPIC #0 intpin 0.
1145                          * We reuse the low level interrupt handler number.
1146                          */
1147                         if (apic_irq(0, 0) < 0) {
1148                                 revoke_apic_irq(apic_8254_intr);
1149                                 assign_apic_irq(0, 0, apic_8254_intr);
1150                         }
1151                         apic_8254_intr = apic_irq(0, 0);
1152                         setup_8254_mixed_mode();
1153                         register_int(apic_8254_intr, clkintr, NULL, "clk",
1154                                      NULL,
1155                                      INTR_EXCL | INTR_CLOCK |
1156                                      INTR_NOPOLL | INTR_MPSAFE |
1157                                      INTR_NOENTROPY);
1158                         machintr_intren(apic_8254_intr);
1159                 }
1160         }
1161         if (apic_int_type(0, 0) != 3 ||
1162             int_to_apicintpin[apic_8254_intr].ioapic != 0 ||
1163             int_to_apicintpin[apic_8254_intr].int_pin != 0) {
1164                 kprintf("APIC_IO: routing 8254 via IOAPIC #%d intpin %d\n",
1165                        int_to_apicintpin[apic_8254_intr].ioapic,
1166                        int_to_apicintpin[apic_8254_intr].int_pin);
1167         } else {
1168                 kprintf("APIC_IO: "
1169                        "routing 8254 via 8259 and IOAPIC #0 intpin 0\n");
1170         }
1171 #endif
1172 }
1173
1174 #ifdef APIC_IO
1175
1176 static void
1177 setup_8254_mixed_mode(void)
1178 {
1179         /*
1180          * Allow 8254 timer to INTerrupt 8259:
1181          *  re-initialize master 8259:
1182          *   reset; prog 4 bytes, single ICU, edge triggered
1183          */
1184         outb(IO_ICU1, 0x13);
1185         outb(IO_ICU1 + 1, IDT_OFFSET);  /* start vector (unused) */
1186         outb(IO_ICU1 + 1, 0x00);        /* ignore slave */
1187         outb(IO_ICU1 + 1, 0x03);        /* auto EOI, 8086 */
1188         outb(IO_ICU1 + 1, 0xfe);        /* unmask INT0 */
1189
1190         /* program IO APIC for type 3 INT on INT0 */
1191         if (ext_int_setup(0, 0) < 0)
1192                 panic("8254 redirect via APIC pin0 impossible!");
1193 }
1194 #endif
1195
1196 void
1197 setstatclockrate(int newhz)
1198 {
1199         if (newhz == RTC_PROFRATE)
1200                 rtc_statusa = RTCSA_DIVIDER | RTCSA_PROF;
1201         else
1202                 rtc_statusa = RTCSA_DIVIDER | RTCSA_NOPROF;
1203         writertc(RTC_STATUSA, rtc_statusa);
1204 }
1205
1206 #if 0
1207 static unsigned
1208 tsc_get_timecount(struct timecounter *tc)
1209 {
1210         return (rdtsc());
1211 }
1212 #endif
1213
1214 #ifdef KERN_TIMESTAMP
1215 #define KERN_TIMESTAMP_SIZE 16384
1216 static u_long tsc[KERN_TIMESTAMP_SIZE] ;
1217 SYSCTL_OPAQUE(_debug, OID_AUTO, timestamp, CTLFLAG_RD, tsc,
1218         sizeof(tsc), "LU", "Kernel timestamps");
1219 void
1220 _TSTMP(u_int32_t x)
1221 {
1222         static int i;
1223
1224         tsc[i] = (u_int32_t)rdtsc();
1225         tsc[i+1] = x;
1226         i = i + 2;
1227         if (i >= KERN_TIMESTAMP_SIZE)
1228                 i = 0;
1229         tsc[i] = 0; /* mark last entry */
1230 }
1231 #endif /* KERN_TIMESTAMP */
1232
1233 /*
1234  *
1235  */
1236
1237 static int
1238 hw_i8254_timestamp(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1239 {
1240     sysclock_t count;
1241     __uint64_t tscval;
1242     char buf[32];
1243
1244     crit_enter();
1245     if (sys_cputimer == &i8254_cputimer)
1246         count = sys_cputimer->count();
1247     else
1248         count = 0;
1249     if (tsc_present)
1250         tscval = rdtsc();
1251     else
1252         tscval = 0;
1253     crit_exit();
1254     ksnprintf(buf, sizeof(buf), "%08x %016llx", count, (long long)tscval);
1255     return(SYSCTL_OUT(req, buf, strlen(buf) + 1));
1256 }
1257
1258 SYSCTL_NODE(_hw, OID_AUTO, i8254, CTLFLAG_RW, 0, "I8254");
1259 SYSCTL_UINT(_hw_i8254, OID_AUTO, freq, CTLFLAG_RD, &i8254_cputimer.freq, 0,
1260             "frequency");
1261 SYSCTL_PROC(_hw_i8254, OID_AUTO, timestamp, CTLTYPE_STRING|CTLFLAG_RD,
1262             0, 0, hw_i8254_timestamp, "A", "");
1263
1264 SYSCTL_INT(_hw, OID_AUTO, tsc_present, CTLFLAG_RD,
1265             &tsc_present, 0, "TSC Available");
1266 SYSCTL_QUAD(_hw, OID_AUTO, tsc_frequency, CTLFLAG_RD,
1267             &tsc_frequency, 0, "TSC Frequency");
1268