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