Add necessary critical sections to microtime() and nanotime().
[dragonfly.git] / sys / kern / kern_clock.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1997, 1998 Poul-Henning Kamp <phk@FreeBSD.org>
3  * Copyright (c) 1982, 1986, 1991, 1993
4  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
5  * (c) UNIX System Laboratories, Inc.
6  * All or some portions of this file are derived from material licensed
7  * to the University of California by American Telephone and Telegraph
8  * Co. or Unix System Laboratories, Inc. and are reproduced herein with
9  * the permission of UNIX System Laboratories, Inc.
10  *
11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
12  * modification, are permitted provided that the following conditions
13  * are met:
14  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
16  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
18  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
19  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
20  *    must display the following acknowledgement:
21  *      This product includes software developed by the University of
22  *      California, Berkeley and its contributors.
23  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
24  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
25  *    without specific prior written permission.
26  *
27  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
28  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
29  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
30  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
31  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
32  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
33  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
34  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
35  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
36  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
37  * SUCH DAMAGE.
38  *
39  *      @(#)kern_clock.c        8.5 (Berkeley) 1/21/94
40  * $FreeBSD: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.105.2.10 2002/10/17 13:19:40 maxim Exp $
41  * $DragonFly: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.14 2004/01/07 20:21:46 dillon Exp $
42  */
43
44 #include "opt_ntp.h"
45
46 #include <sys/param.h>
47 #include <sys/systm.h>
48 #include <sys/dkstat.h>
49 #include <sys/callout.h>
50 #include <sys/kernel.h>
51 #include <sys/proc.h>
52 #include <sys/malloc.h>
53 #include <sys/resourcevar.h>
54 #include <sys/signalvar.h>
55 #include <sys/timex.h>
56 #include <sys/timepps.h>
57 #include <vm/vm.h>
58 #include <sys/lock.h>
59 #include <vm/pmap.h>
60 #include <vm/vm_map.h>
61 #include <sys/sysctl.h>
62 #include <sys/thread2.h>
63
64 #include <machine/cpu.h>
65 #include <machine/limits.h>
66 #include <machine/smp.h>
67
68 #ifdef GPROF
69 #include <sys/gmon.h>
70 #endif
71
72 #ifdef DEVICE_POLLING
73 extern void init_device_poll(void);
74 extern void hardclock_device_poll(void);
75 #endif /* DEVICE_POLLING */
76
77 /*
78  * Number of timecounters used to implement stable storage
79  */
80 #ifndef NTIMECOUNTER
81 #define NTIMECOUNTER    5
82 #endif
83
84 static MALLOC_DEFINE(M_TIMECOUNTER, "timecounter", 
85         "Timecounter stable storage");
86
87 static void initclocks (void *dummy);
88 SYSINIT(clocks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_FIRST, initclocks, NULL)
89
90 static void tco_forward (int force);
91 static void tco_setscales (struct timecounter *tc);
92 static __inline unsigned tco_delta (struct timecounter *tc);
93
94 /*
95  * Some of these don't belong here, but it's easiest to concentrate them.
96  * Note that cp_time[] counts in microseconds, but most userland programs
97  * just compare relative times against the total by delta.
98  */
99 long cp_time[CPUSTATES];
100
101 SYSCTL_OPAQUE(_kern, OID_AUTO, cp_time, CTLFLAG_RD, &cp_time, sizeof(cp_time),
102     "LU", "CPU time statistics");
103
104 long tk_cancc;
105 long tk_nin;
106 long tk_nout;
107 long tk_rawcc;
108
109 time_t time_second;
110
111 struct  timeval boottime;
112 SYSCTL_STRUCT(_kern, KERN_BOOTTIME, boottime, CTLFLAG_RD,
113     &boottime, timeval, "System boottime");
114
115 /*
116  * Which update policy to use.
117  *   0 - every tick, bad hardware may fail with "calcru negative..."
118  *   1 - more resistent to the above hardware, but less efficient.
119  */
120 static int tco_method;
121
122 /*
123  * Implement a dummy timecounter which we can use until we get a real one
124  * in the air.  This allows the console and other early stuff to use
125  * timeservices.
126  */
127
128 static unsigned 
129 dummy_get_timecount(struct timecounter *tc)
130 {
131         static unsigned now;
132         return (++now);
133 }
134
135 static struct timecounter dummy_timecounter = {
136         dummy_get_timecount,
137         0,
138         ~0u,
139         1000000,
140         "dummy"
141 };
142
143 struct timecounter *timecounter = &dummy_timecounter;
144
145 /*
146  * Clock handling routines.
147  *
148  * This code is written to operate with two timers that run independently of
149  * each other.
150  *
151  * The main timer, running hz times per second, is used to trigger interval
152  * timers, timeouts and rescheduling as needed.
153  *
154  * The second timer handles kernel and user profiling,
155  * and does resource use estimation.  If the second timer is programmable,
156  * it is randomized to avoid aliasing between the two clocks.  For example,
157  * the randomization prevents an adversary from always giving up the cpu
158  * just before its quantum expires.  Otherwise, it would never accumulate
159  * cpu ticks.  The mean frequency of the second timer is stathz.
160  *
161  * If no second timer exists, stathz will be zero; in this case we drive
162  * profiling and statistics off the main clock.  This WILL NOT be accurate;
163  * do not do it unless absolutely necessary.
164  *
165  * The statistics clock may (or may not) be run at a higher rate while
166  * profiling.  This profile clock runs at profhz.  We require that profhz
167  * be an integral multiple of stathz.
168  *
169  * If the statistics clock is running fast, it must be divided by the ratio
170  * profhz/stathz for statistics.  (For profiling, every tick counts.)
171  *
172  * Time-of-day is maintained using a "timecounter", which may or may
173  * not be related to the hardware generating the above mentioned
174  * interrupts.
175  */
176
177 int     stathz;
178 int     profhz;
179 static int profprocs;
180 int     ticks;
181 static int psticks;                     /* profiler ticks */
182 static int psdiv;                       /* prof / stat divider */
183 int     psratio;                        /* ratio: prof * 100 / stat */
184
185 /*
186  * Initialize clock frequencies and start both clocks running.
187  */
188 /* ARGSUSED*/
189 static void
190 initclocks(dummy)
191         void *dummy;
192 {
193         int i;
194
195         /*
196          * Set divisors to 1 (normal case) and let the machine-specific
197          * code do its bit.
198          */
199         psdiv = 1;
200         cpu_initclocks();
201
202 #ifdef DEVICE_POLLING
203         init_device_poll();
204 #endif
205
206         /*
207          * Compute profhz/stathz, and fix profhz if needed.
208          */
209         i = stathz ? stathz : hz;
210         if (profhz == 0)
211                 profhz = i;
212         psratio = profhz / i;
213 }
214
215 /*
216  * The real-time timer, interrupting hz times per second.  This is implemented
217  * as a FAST interrupt so it is in the context of the thread it interrupted,
218  * and not in an interrupt thread.  YYY needs help.
219  */
220 void
221 hardclock(frame)
222         struct clockframe *frame;
223 {
224         struct proc *p;
225
226         p = curproc;
227         if (p) {
228                 struct pstats *pstats;
229
230                 /*
231                  * Run current process's virtual and profile time, as needed.
232                  */
233                 pstats = p->p_stats;
234                 if (CLKF_USERMODE(frame) &&
235                     timevalisset(&pstats->p_timer[ITIMER_VIRTUAL].it_value) &&
236                     itimerdecr(&pstats->p_timer[ITIMER_VIRTUAL], tick) == 0)
237                         psignal(p, SIGVTALRM);
238                 if (timevalisset(&pstats->p_timer[ITIMER_PROF].it_value) &&
239                     itimerdecr(&pstats->p_timer[ITIMER_PROF], tick) == 0)
240                         psignal(p, SIGPROF);
241         }
242
243 #if 0 /* SMP and BETTER_CLOCK */
244         forward_hardclock(pscnt);
245 #endif
246
247         /*
248          * If no separate statistics clock is available, run it from here.
249          */
250         if (stathz == 0)
251                 statclock(frame);
252
253         tco_forward(0);
254         ticks++;
255
256 #ifdef DEVICE_POLLING
257         hardclock_device_poll();        /* this is very short and quick */
258 #endif /* DEVICE_POLLING */
259
260         /*
261          * Process callouts at a very low cpu priority, so we don't keep the
262          * relatively high clock interrupt priority any longer than necessary.
263          */
264         if (TAILQ_FIRST(&callwheel[ticks & callwheelmask]) != NULL) {
265                 setsoftclock();
266         } else if (softticks + 1 == ticks) {
267                 ++softticks;
268         }
269 }
270
271 /*
272  * Compute number of ticks for the specified amount of time.  The 
273  * return value is intended to be used in a clock interrupt timed
274  * operation and guarenteed to meet or exceed the requested time.
275  * If the representation overflows, return INT_MAX.  The minimum return
276  * value is 1 ticks and the function will average the calculation up.
277  * If any value greater then 0 microseconds is supplied, a value
278  * of at least 2 will be returned to ensure that a near-term clock
279  * interrupt does not cause the timeout to occur (degenerately) early.
280  *
281  * Note that limit checks must take into account microseconds, which is
282  * done simply by using the smaller signed long maximum instead of
283  * the unsigned long maximum.
284  *
285  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
286  * 10ms ticks is 248 days.
287  */
288 int
289 tvtohz_high(struct timeval *tv)
290 {
291         int ticks;
292         long sec, usec;
293
294         sec = tv->tv_sec;
295         usec = tv->tv_usec;
296         if (usec < 0) {
297                 sec--;
298                 usec += 1000000;
299         }
300         if (sec < 0) {
301 #ifdef DIAGNOSTIC
302                 if (usec > 0) {
303                         sec++;
304                         usec -= 1000000;
305                 }
306                 printf("tvotohz: negative time difference %ld sec %ld usec\n",
307                        sec, usec);
308 #endif
309                 ticks = 1;
310         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
311                 ticks = (int)(sec * hz + 
312                             ((u_long)usec + (tick - 1)) / tick) + 1;
313         } else {
314                 ticks = INT_MAX;
315         }
316         return (ticks);
317 }
318
319 /*
320  * Compute number of ticks for the specified amount of time, erroring on
321  * the side of it being too low to ensure that sleeping the returned number
322  * of ticks will not result in a late return.
323  *
324  * The supplied timeval may not be negative and should be normalized.  A
325  * return value of 0 is possible if the timeval converts to less then
326  * 1 tick.
327  *
328  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
329  * 10ms ticks is 248 days.
330  */
331 int
332 tvtohz_low(struct timeval *tv)
333 {
334         int ticks;
335         long sec;
336
337         sec = tv->tv_sec;
338         if (sec <= INT_MAX / hz)
339                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)tv->tv_usec / tick);
340         else
341                 ticks = INT_MAX;
342         return (ticks);
343 }
344
345
346 /*
347  * Start profiling on a process.
348  *
349  * Kernel profiling passes proc0 which never exits and hence
350  * keeps the profile clock running constantly.
351  */
352 void
353 startprofclock(p)
354         struct proc *p;
355 {
356         int s;
357
358         if ((p->p_flag & P_PROFIL) == 0) {
359                 p->p_flag |= P_PROFIL;
360                 if (++profprocs == 1 && stathz != 0) {
361                         s = splstatclock();
362                         psdiv = psratio;
363                         setstatclockrate(profhz);
364                         splx(s);
365                 }
366         }
367 }
368
369 /*
370  * Stop profiling on a process.
371  */
372 void
373 stopprofclock(p)
374         struct proc *p;
375 {
376         int s;
377
378         if (p->p_flag & P_PROFIL) {
379                 p->p_flag &= ~P_PROFIL;
380                 if (--profprocs == 0 && stathz != 0) {
381                         s = splstatclock();
382                         psdiv = 1;
383                         setstatclockrate(stathz);
384                         splx(s);
385                 }
386         }
387 }
388
389 /*
390  * Statistics clock.  Grab profile sample, and if divider reaches 0,
391  * do process and kernel statistics.  Most of the statistics are only
392  * used by user-level statistics programs.  The main exceptions are
393  * p->p_uticks, p->p_sticks, p->p_iticks, and p->p_estcpu.
394  *
395  * The statclock should be called from an exclusive, fast interrupt,
396  * so the context should be the thread/process that got interrupted and
397  * not an interrupt thread.
398  */
399 void
400 statclock(frame)
401         struct clockframe *frame;
402 {
403 #ifdef GPROF
404         struct gmonparam *g;
405         int i;
406 #endif
407         thread_t td;
408         struct pstats *pstats;
409         long rss;
410         struct rusage *ru;
411         struct vmspace *vm;
412         struct proc *p;
413         int bump;
414         struct timeval tv;
415         struct timeval *stv;
416
417         /*
418          * How big was our timeslice relative to the last time
419          */
420         microuptime(&tv);
421         stv = &mycpu->gd_stattv;
422         if (stv->tv_sec == 0) {
423             bump = 1;
424         } else {
425             bump = tv.tv_usec - stv->tv_usec +
426                 (tv.tv_sec - stv->tv_sec) * 1000000;
427             if (bump < 0)
428                 bump = 0;
429             if (bump > 1000000)
430                 bump = 1000000;
431         }
432         *stv = tv;
433
434         td = curthread;
435         p = td->td_proc;
436
437         if (CLKF_USERMODE(frame)) {
438                 /*
439                  * Came from userland, handle user time and deal with
440                  * possible process.
441                  */
442                 if (p && (p->p_flag & P_PROFIL))
443                         addupc_intr(p, CLKF_PC(frame), 1);
444 #if 0   /* SMP and BETTER_CLOCK */
445                 if (stathz != 0)
446                         forward_statclock(pscnt);
447 #endif
448                 td->td_uticks += bump;
449
450                 /*
451                  * Charge the time as appropriate
452                  */
453                 if (p && p->p_nice > NZERO)
454                         cp_time[CP_NICE] += bump;
455                 else
456                         cp_time[CP_USER] += bump;
457         } else {
458 #ifdef GPROF
459                 /*
460                  * Kernel statistics are just like addupc_intr, only easier.
461                  */
462                 g = &_gmonparam;
463                 if (g->state == GMON_PROF_ON) {
464                         i = CLKF_PC(frame) - g->lowpc;
465                         if (i < g->textsize) {
466                                 i /= HISTFRACTION * sizeof(*g->kcount);
467                                 g->kcount[i]++;
468                         }
469                 }
470 #endif
471 #if 0   /* SMP and BETTER_CLOCK */
472                 if (stathz != 0)
473                         forward_statclock(pscnt);
474 #endif
475                 /*
476                  * Came from kernel mode, so we were:
477                  * - handling an interrupt,
478                  * - doing syscall or trap work on behalf of the current
479                  *   user process, or
480                  * - spinning in the idle loop.
481                  * Whichever it is, charge the time as appropriate.
482                  * Note that we charge interrupts to the current process,
483                  * regardless of whether they are ``for'' that process,
484                  * so that we know how much of its real time was spent
485                  * in ``non-process'' (i.e., interrupt) work.
486                  */
487                 if (CLKF_INTR(frame))
488                         td->td_iticks += bump;
489                 else
490                         td->td_sticks += bump;
491
492                 if (CLKF_INTR(frame)) {
493                         cp_time[CP_INTR] += bump;
494                 } else {
495                         if (td == &mycpu->gd_idlethread)
496                                 cp_time[CP_IDLE] += bump;
497                         else
498                                 cp_time[CP_SYS] += bump;
499                 }
500         }
501
502         /*
503          * bump psticks and check against gd_psticks.  When we hit the
504          * 1*hz mark (psdiv ticks) we do the more expensive stuff.  If
505          * psdiv changes we reset everything to avoid confusion.
506          */
507         ++psticks;
508         if (psticks < mycpu->gd_psticks && psdiv == mycpu->gd_psdiv)
509                 return;
510
511         mycpu->gd_psdiv = psdiv;
512         mycpu->gd_psticks = psticks + psdiv;
513
514         /*
515          * XXX YYY DragonFly... need to rewrite all of this,
516          * only schedclock is distributed at the moment
517          */
518         schedclock(NULL);
519 #ifdef SMP
520         if (smp_started && invltlb_ok && !cold && !panicstr) /* YYY */
521                 lwkt_send_ipiq_mask(mycpu->gd_other_cpus, schedclock, NULL);
522 #endif
523
524         if (p != NULL) {
525                 /* Update resource usage integrals and maximums. */
526                 if ((pstats = p->p_stats) != NULL &&
527                     (ru = &pstats->p_ru) != NULL &&
528                     (vm = p->p_vmspace) != NULL) {
529                         ru->ru_ixrss += pgtok(vm->vm_tsize);
530                         ru->ru_idrss += pgtok(vm->vm_dsize);
531                         ru->ru_isrss += pgtok(vm->vm_ssize);
532                         rss = pgtok(vmspace_resident_count(vm));
533                         if (ru->ru_maxrss < rss)
534                                 ru->ru_maxrss = rss;
535                 }
536         }
537 }
538
539 /*
540  * Return information about system clocks.
541  */
542 static int
543 sysctl_kern_clockrate(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
544 {
545         struct clockinfo clkinfo;
546         /*
547          * Construct clockinfo structure.
548          */
549         clkinfo.hz = hz;
550         clkinfo.tick = tick;
551         clkinfo.tickadj = tickadj;
552         clkinfo.profhz = profhz;
553         clkinfo.stathz = stathz ? stathz : hz;
554         return (sysctl_handle_opaque(oidp, &clkinfo, sizeof clkinfo, req));
555 }
556
557 SYSCTL_PROC(_kern, KERN_CLOCKRATE, clockrate, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD,
558         0, 0, sysctl_kern_clockrate, "S,clockinfo","");
559
560 static __inline unsigned
561 tco_delta(struct timecounter *tc)
562 {
563
564         return ((tc->tc_get_timecount(tc) - tc->tc_offset_count) & 
565             tc->tc_counter_mask);
566 }
567
568 /*
569  * We have eight functions for looking at the clock, four for
570  * microseconds and four for nanoseconds.  For each there is fast
571  * but less precise version "get{nano|micro}[up]time" which will
572  * return a time which is up to 1/HZ previous to the call, whereas
573  * the raw version "{nano|micro}[up]time" will return a timestamp
574  * which is as precise as possible.  The "up" variants return the
575  * time relative to system boot, these are well suited for time
576  * interval measurements.
577  */
578
579 void
580 getmicrotime(struct timeval *tvp)
581 {
582         struct timecounter *tc;
583
584         if (!tco_method) {
585                 tc = timecounter;
586                 *tvp = tc->tc_microtime;
587         } else {
588                 microtime(tvp);
589         }
590 }
591
592 void
593 getnanotime(struct timespec *tsp)
594 {
595         struct timecounter *tc;
596
597         if (!tco_method) {
598                 tc = timecounter;
599                 *tsp = tc->tc_nanotime;
600         } else {
601                 nanotime(tsp);
602         }
603 }
604
605 void
606 microtime(struct timeval *tv)
607 {
608         struct timecounter *tc;
609         int delta;
610
611         tc = timecounter;
612         crit_enter();
613         delta = tco_delta(tc);
614         tv->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
615         tv->tv_usec = tc->tc_offset_micro;
616         tv->tv_usec += ((u_int64_t)delta * tc->tc_scale_micro) >> 32;
617         crit_exit();
618         tv->tv_usec += boottime.tv_usec;
619         tv->tv_sec += boottime.tv_sec;
620         while (tv->tv_usec < 0) {
621                 tv->tv_usec += 1000000;
622                 if (tv->tv_sec > 0)
623                         tv->tv_sec--;
624         }
625         while (tv->tv_usec >= 1000000) {
626                 tv->tv_usec -= 1000000;
627                 tv->tv_sec++;
628         }
629 }
630
631 void
632 nanotime(struct timespec *ts)
633 {
634         unsigned count;
635         u_int64_t delta;
636         struct timecounter *tc;
637
638         tc = timecounter;
639         crit_enter();
640         ts->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
641         count = tco_delta(tc);
642         delta = tc->tc_offset_nano;
643         crit_exit();
644         delta += ((u_int64_t)count * tc->tc_scale_nano_f);
645         delta >>= 32;
646         delta += ((u_int64_t)count * tc->tc_scale_nano_i);
647         delta += boottime.tv_usec * 1000;
648         ts->tv_sec += boottime.tv_sec;
649         while (delta < 0) {
650                 delta += 1000000000;
651                 if (ts->tv_sec > 0)
652                         ts->tv_sec--;
653         }
654         while (delta >= 1000000000) {
655                 delta -= 1000000000;
656                 ts->tv_sec++;
657         }
658         ts->tv_nsec = delta;
659 }
660
661 void
662 getmicrouptime(struct timeval *tvp)
663 {
664         struct timecounter *tc;
665
666         if (!tco_method) {
667                 tc = timecounter;
668                 tvp->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
669                 tvp->tv_usec = tc->tc_offset_micro;
670         } else {
671                 microuptime(tvp);
672         }
673 }
674
675 void
676 getnanouptime(struct timespec *tsp)
677 {
678         struct timecounter *tc;
679
680         if (!tco_method) {
681                 tc = timecounter;
682                 tsp->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
683                 tsp->tv_nsec = tc->tc_offset_nano >> 32;
684         } else {
685                 nanouptime(tsp);
686         }
687 }
688
689 void
690 microuptime(struct timeval *tv)
691 {
692         struct timecounter *tc;
693
694         tc = timecounter;
695         tv->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
696         tv->tv_usec = tc->tc_offset_micro;
697         tv->tv_usec += ((u_int64_t)tco_delta(tc) * tc->tc_scale_micro) >> 32;
698         while (tv->tv_usec < 0) {
699                 tv->tv_usec += 1000000;
700                 if (tv->tv_sec > 0)
701                         tv->tv_sec--;
702         }
703         while (tv->tv_usec >= 1000000) {
704                 tv->tv_usec -= 1000000;
705                 tv->tv_sec++;
706         }
707 }
708
709 void
710 nanouptime(struct timespec *ts)
711 {
712         unsigned count;
713         u_int64_t delta;
714         struct timecounter *tc;
715
716         tc = timecounter;
717         ts->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
718         count = tco_delta(tc);
719         delta = tc->tc_offset_nano;
720         delta += ((u_int64_t)count * tc->tc_scale_nano_f);
721         delta >>= 32;
722         delta += ((u_int64_t)count * tc->tc_scale_nano_i);
723         while (delta < 0) {
724                 delta += 1000000000;
725                 if (ts->tv_sec > 0)
726                         ts->tv_sec--;
727         }
728         while (delta >= 1000000000) {
729                 delta -= 1000000000;
730                 ts->tv_sec++;
731         }
732         ts->tv_nsec = delta;
733 }
734
735 static void
736 tco_setscales(struct timecounter *tc)
737 {
738         u_int64_t scale;
739
740         scale = 1000000000LL << 32;
741         scale += tc->tc_adjustment;
742         scale /= tc->tc_tweak->tc_frequency;
743         tc->tc_scale_micro = scale / 1000;
744         tc->tc_scale_nano_f = scale & 0xffffffff;
745         tc->tc_scale_nano_i = scale >> 32;
746 }
747
748 void
749 update_timecounter(struct timecounter *tc)
750 {
751         tco_setscales(tc);
752 }
753
754 void
755 init_timecounter(struct timecounter *tc)
756 {
757         struct timespec ts1;
758         struct timecounter *t1, *t2, *t3;
759         unsigned u;
760         int i;
761
762         u = tc->tc_frequency / tc->tc_counter_mask;
763         if (u > hz) {
764                 printf("Timecounter \"%s\" frequency %lu Hz"
765                        " -- Insufficient hz, needs at least %u\n",
766                        tc->tc_name, (u_long) tc->tc_frequency, u);
767                 return;
768         }
769
770         tc->tc_adjustment = 0;
771         tc->tc_tweak = tc;
772         tco_setscales(tc);
773         tc->tc_offset_count = tc->tc_get_timecount(tc);
774         if (timecounter == &dummy_timecounter)
775                 tc->tc_avail = tc;
776         else {
777                 tc->tc_avail = timecounter->tc_tweak->tc_avail;
778                 timecounter->tc_tweak->tc_avail = tc;
779         }
780         MALLOC(t1, struct timecounter *, sizeof *t1, M_TIMECOUNTER, M_WAITOK);
781         tc->tc_other = t1;
782         *t1 = *tc;
783         t2 = t1;
784         for (i = 1; i < NTIMECOUNTER; i++) {
785                 MALLOC(t3, struct timecounter *, sizeof *t3,
786                     M_TIMECOUNTER, M_WAITOK);
787                 *t3 = *tc;
788                 t3->tc_other = t2;
789                 t2 = t3;
790         }
791         t1->tc_other = t3;
792         tc = t1;
793
794         printf("Timecounter \"%s\"  frequency %lu Hz\n", 
795             tc->tc_name, (u_long)tc->tc_frequency);
796
797         /* XXX: For now always start using the counter. */
798         tc->tc_offset_count = tc->tc_get_timecount(tc);
799         nanouptime(&ts1);
800         tc->tc_offset_nano = (u_int64_t)ts1.tv_nsec << 32;
801         tc->tc_offset_micro = ts1.tv_nsec / 1000;
802         tc->tc_offset_sec = ts1.tv_sec;
803         timecounter = tc;
804 }
805
806 void
807 set_timecounter(struct timespec *ts)
808 {
809         struct timespec ts2;
810
811         nanouptime(&ts2);
812         boottime.tv_sec = ts->tv_sec - ts2.tv_sec;
813         boottime.tv_usec = (ts->tv_nsec - ts2.tv_nsec) / 1000;
814         if (boottime.tv_usec < 0) {
815                 boottime.tv_usec += 1000000;
816                 boottime.tv_sec--;
817         }
818         /* fiddle all the little crinkly bits around the fiords... */
819         tco_forward(1);
820 }
821
822 static void
823 switch_timecounter(struct timecounter *newtc)
824 {
825         int s;
826         struct timecounter *tc;
827         struct timespec ts;
828
829         s = splclock();
830         tc = timecounter;
831         if (newtc->tc_tweak == tc->tc_tweak) {
832                 splx(s);
833                 return;
834         }
835         newtc = newtc->tc_tweak->tc_other;
836         nanouptime(&ts);
837         newtc->tc_offset_sec = ts.tv_sec;
838         newtc->tc_offset_nano = (u_int64_t)ts.tv_nsec << 32;
839         newtc->tc_offset_micro = ts.tv_nsec / 1000;
840         newtc->tc_offset_count = newtc->tc_get_timecount(newtc);
841         tco_setscales(newtc);
842         timecounter = newtc;
843         splx(s);
844 }
845
846 static struct timecounter *
847 sync_other_counter(void)
848 {
849         struct timecounter *tc, *tcn, *tco;
850         unsigned delta;
851
852         tco = timecounter;
853         tc = tco->tc_other;
854         tcn = tc->tc_other;
855         *tc = *tco;
856         tc->tc_other = tcn;
857         delta = tco_delta(tc);
858         tc->tc_offset_count += delta;
859         tc->tc_offset_count &= tc->tc_counter_mask;
860         tc->tc_offset_nano += (u_int64_t)delta * tc->tc_scale_nano_f;
861         tc->tc_offset_nano += (u_int64_t)delta * tc->tc_scale_nano_i << 32;
862         return (tc);
863 }
864
865 static void
866 tco_forward(int force)
867 {
868         struct timecounter *tc, *tco;
869         struct timeval tvt;
870
871         tco = timecounter;
872         tc = sync_other_counter();
873         /*
874          * We may be inducing a tiny error here, the tc_poll_pps() may
875          * process a latched count which happens after the tco_delta()
876          * in sync_other_counter(), which would extend the previous
877          * counters parameters into the domain of this new one.
878          * Since the timewindow is very small for this, the error is
879          * going to be only a few weenieseconds (as Dave Mills would
880          * say), so lets just not talk more about it, OK ?
881          */
882         if (tco->tc_poll_pps) 
883                 tco->tc_poll_pps(tco);
884         if (timedelta != 0) {
885                 tvt = boottime;
886                 tvt.tv_usec += tickdelta;
887                 if (tvt.tv_usec >= 1000000) {
888                         tvt.tv_sec++;
889                         tvt.tv_usec -= 1000000;
890                 } else if (tvt.tv_usec < 0) {
891                         tvt.tv_sec--;
892                         tvt.tv_usec += 1000000;
893                 }
894                 boottime = tvt;
895                 timedelta -= tickdelta;
896         }
897
898         while (tc->tc_offset_nano >= 1000000000ULL << 32) {
899                 tc->tc_offset_nano -= 1000000000ULL << 32;
900                 tc->tc_offset_sec++;
901                 ntp_update_second(tc);  /* XXX only needed if xntpd runs */
902                 tco_setscales(tc);
903                 force++;
904         }
905
906         if (tco_method && !force)
907                 return;
908
909         tc->tc_offset_micro = (tc->tc_offset_nano / 1000) >> 32;
910
911         /* Figure out the wall-clock time */
912         tc->tc_nanotime.tv_sec = tc->tc_offset_sec + boottime.tv_sec;
913         tc->tc_nanotime.tv_nsec = 
914             (tc->tc_offset_nano >> 32) + boottime.tv_usec * 1000;
915         tc->tc_microtime.tv_usec = tc->tc_offset_micro + boottime.tv_usec;
916         while (tc->tc_nanotime.tv_nsec >= 1000000000) {
917                 tc->tc_nanotime.tv_nsec -= 1000000000;
918                 tc->tc_microtime.tv_usec -= 1000000;
919                 tc->tc_nanotime.tv_sec++;
920         }
921         time_second = tc->tc_microtime.tv_sec = tc->tc_nanotime.tv_sec;
922
923         timecounter = tc;
924 }
925
926 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, timecounter, CTLFLAG_RW, 0, "");
927
928 SYSCTL_INT(_kern_timecounter, OID_AUTO, method, CTLFLAG_RW, &tco_method, 0,
929     "This variable determines the method used for updating timecounters. "
930     "If the default algorithm (0) fails with \"calcru negative...\" messages "
931     "try the alternate algorithm (1) which handles bad hardware better."
932
933 );
934
935 static int
936 sysctl_kern_timecounter_hardware(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
937 {
938         char newname[32];
939         struct timecounter *newtc, *tc;
940         int error;
941
942         tc = timecounter->tc_tweak;
943         strncpy(newname, tc->tc_name, sizeof(newname));
944         error = sysctl_handle_string(oidp, &newname[0], sizeof(newname), req);
945         if (error == 0 && req->newptr != NULL &&
946             strcmp(newname, tc->tc_name) != 0) {
947                 for (newtc = tc->tc_avail; newtc != tc;
948                     newtc = newtc->tc_avail) {
949                         if (strcmp(newname, newtc->tc_name) == 0) {
950                                 /* Warm up new timecounter. */
951                                 (void)newtc->tc_get_timecount(newtc);
952
953                                 switch_timecounter(newtc);
954                                 return (0);
955                         }
956                 }
957                 return (EINVAL);
958         }
959         return (error);
960 }
961
962 SYSCTL_PROC(_kern_timecounter, OID_AUTO, hardware, CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RW,
963     0, 0, sysctl_kern_timecounter_hardware, "A", "");
964
965
966 int
967 pps_ioctl(u_long cmd, caddr_t data, struct pps_state *pps)
968 {
969         pps_params_t *app;
970         struct pps_fetch_args *fapi;
971 #ifdef PPS_SYNC
972         struct pps_kcbind_args *kapi;
973 #endif
974
975         switch (cmd) {
976         case PPS_IOC_CREATE:
977                 return (0);
978         case PPS_IOC_DESTROY:
979                 return (0);
980         case PPS_IOC_SETPARAMS:
981                 app = (pps_params_t *)data;
982                 if (app->mode & ~pps->ppscap)
983                         return (EINVAL);
984                 pps->ppsparam = *app;         
985                 return (0);
986         case PPS_IOC_GETPARAMS:
987                 app = (pps_params_t *)data;
988                 *app = pps->ppsparam;
989                 app->api_version = PPS_API_VERS_1;
990                 return (0);
991         case PPS_IOC_GETCAP:
992                 *(int*)data = pps->ppscap;
993                 return (0);
994         case PPS_IOC_FETCH:
995                 fapi = (struct pps_fetch_args *)data;
996                 if (fapi->tsformat && fapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
997                         return (EINVAL);
998                 if (fapi->timeout.tv_sec || fapi->timeout.tv_nsec)
999                         return (EOPNOTSUPP);
1000                 pps->ppsinfo.current_mode = pps->ppsparam.mode;         
1001                 fapi->pps_info_buf = pps->ppsinfo;
1002                 return (0);
1003         case PPS_IOC_KCBIND:
1004 #ifdef PPS_SYNC
1005                 kapi = (struct pps_kcbind_args *)data;
1006                 /* XXX Only root should be able to do this */
1007                 if (kapi->tsformat && kapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1008                         return (EINVAL);
1009                 if (kapi->kernel_consumer != PPS_KC_HARDPPS)
1010                         return (EINVAL);
1011                 if (kapi->edge & ~pps->ppscap)
1012                         return (EINVAL);
1013                 pps->kcmode = kapi->edge;
1014                 return (0);
1015 #else
1016                 return (EOPNOTSUPP);
1017 #endif
1018         default:
1019                 return (ENOTTY);
1020         }
1021 }
1022
1023 void
1024 pps_init(struct pps_state *pps)
1025 {
1026         pps->ppscap |= PPS_TSFMT_TSPEC;
1027         if (pps->ppscap & PPS_CAPTUREASSERT)
1028                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETASSERT;
1029         if (pps->ppscap & PPS_CAPTURECLEAR)
1030                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETCLEAR;
1031 }
1032
1033 void
1034 pps_event(struct pps_state *pps, struct timecounter *tc, unsigned count, int event)
1035 {
1036         struct timespec ts, *tsp, *osp;
1037         u_int64_t delta;
1038         unsigned tcount, *pcount;
1039         int foff, fhard;
1040         pps_seq_t       *pseq;
1041
1042         /* Things would be easier with arrays... */
1043         if (event == PPS_CAPTUREASSERT) {
1044                 tsp = &pps->ppsinfo.assert_timestamp;
1045                 osp = &pps->ppsparam.assert_offset;
1046                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETASSERT;
1047                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTUREASSERT;
1048                 pcount = &pps->ppscount[0];
1049                 pseq = &pps->ppsinfo.assert_sequence;
1050         } else {
1051                 tsp = &pps->ppsinfo.clear_timestamp;
1052                 osp = &pps->ppsparam.clear_offset;
1053                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETCLEAR;
1054                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTURECLEAR;
1055                 pcount = &pps->ppscount[1];
1056                 pseq = &pps->ppsinfo.clear_sequence;
1057         }
1058
1059         /* The timecounter changed: bail */
1060         if (!pps->ppstc || 
1061             pps->ppstc->tc_name != tc->tc_name || 
1062             tc->tc_name != timecounter->tc_name) {
1063                 pps->ppstc = tc;
1064                 *pcount = count;
1065                 return;
1066         }
1067
1068         /* Nothing really happened */
1069         if (*pcount == count)
1070                 return;
1071
1072         *pcount = count;
1073
1074         /* Convert the count to timespec */
1075         ts.tv_sec = tc->tc_offset_sec;
1076         tcount = count - tc->tc_offset_count;
1077         tcount &= tc->tc_counter_mask;
1078         delta = tc->tc_offset_nano;
1079         delta += ((u_int64_t)tcount * tc->tc_scale_nano_f);
1080         delta >>= 32;
1081         delta += ((u_int64_t)tcount * tc->tc_scale_nano_i);
1082         delta += boottime.tv_usec * 1000;
1083         ts.tv_sec += boottime.tv_sec;
1084         while (delta >= 1000000000) {
1085                 delta -= 1000000000;
1086                 ts.tv_sec++;
1087         }
1088         ts.tv_nsec = delta;
1089
1090         (*pseq)++;
1091         *tsp = ts;
1092
1093         if (foff) {
1094                 timespecadd(tsp, osp);
1095                 if (tsp->tv_nsec < 0) {
1096                         tsp->tv_nsec += 1000000000;
1097                         tsp->tv_sec -= 1;
1098                 }
1099         }
1100 #ifdef PPS_SYNC
1101         if (fhard) {
1102                 /* magic, at its best... */
1103                 tcount = count - pps->ppscount[2];
1104                 pps->ppscount[2] = count;
1105                 tcount &= tc->tc_counter_mask;
1106                 delta = ((u_int64_t)tcount * tc->tc_tweak->tc_scale_nano_f);
1107                 delta >>= 32;
1108                 delta += ((u_int64_t)tcount * tc->tc_tweak->tc_scale_nano_i);
1109                 hardpps(tsp, delta);
1110         }
1111 #endif
1112 }