]> Pileus Git - ~andy/linux/blob - arch/x86/kernel/tsc.c
53c12353724517727e4a1bb240bac7ce71f9c5bd
[~andy/linux] / arch / x86 / kernel / tsc.c
1 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
2
3 #include <linux/kernel.h>
4 #include <linux/sched.h>
5 #include <linux/init.h>
6 #include <linux/module.h>
7 #include <linux/timer.h>
8 #include <linux/acpi_pmtmr.h>
9 #include <linux/cpufreq.h>
10 #include <linux/delay.h>
11 #include <linux/clocksource.h>
12 #include <linux/percpu.h>
13 #include <linux/timex.h>
14
15 #include <asm/hpet.h>
16 #include <asm/timer.h>
17 #include <asm/vgtod.h>
18 #include <asm/time.h>
19 #include <asm/delay.h>
20 #include <asm/hypervisor.h>
21 #include <asm/nmi.h>
22 #include <asm/x86_init.h>
23
24 unsigned int __read_mostly cpu_khz;     /* TSC clocks / usec, not used here */
25 EXPORT_SYMBOL(cpu_khz);
26
27 unsigned int __read_mostly tsc_khz;
28 EXPORT_SYMBOL(tsc_khz);
29
30 /*
31  * TSC can be unstable due to cpufreq or due to unsynced TSCs
32  */
33 static int __read_mostly tsc_unstable;
34
35 /* native_sched_clock() is called before tsc_init(), so
36    we must start with the TSC soft disabled to prevent
37    erroneous rdtsc usage on !cpu_has_tsc processors */
38 static int __read_mostly tsc_disabled = -1;
39
40 int tsc_clocksource_reliable;
41
42 /*
43  * Use a ring-buffer like data structure, where a writer advances the head by
44  * writing a new data entry and a reader advances the tail when it observes a
45  * new entry.
46  *
47  * Writers are made to wait on readers until there's space to write a new
48  * entry.
49  *
50  * This means that we can always use an {offset, mul} pair to compute a ns
51  * value that is 'roughly' in the right direction, even if we're writing a new
52  * {offset, mul} pair during the clock read.
53  *
54  * The down-side is that we can no longer guarantee strict monotonicity anymore
55  * (assuming the TSC was that to begin with), because while we compute the
56  * intersection point of the two clock slopes and make sure the time is
57  * continuous at the point of switching; we can no longer guarantee a reader is
58  * strictly before or after the switch point.
59  *
60  * It does mean a reader no longer needs to disable IRQs in order to avoid
61  * CPU-Freq updates messing with his times, and similarly an NMI reader will
62  * no longer run the risk of hitting half-written state.
63  */
64
65 struct cyc2ns {
66         struct cyc2ns_data data[2];     /*  0 + 2*24 = 48 */
67         struct cyc2ns_data *head;       /* 48 + 8    = 56 */
68         struct cyc2ns_data *tail;       /* 56 + 8    = 64 */
69 }; /* exactly fits one cacheline */
70
71 static DEFINE_PER_CPU_ALIGNED(struct cyc2ns, cyc2ns);
72
73 struct cyc2ns_data *cyc2ns_read_begin(void)
74 {
75         struct cyc2ns_data *head;
76
77         preempt_disable();
78
79         head = this_cpu_read(cyc2ns.head);
80         /*
81          * Ensure we observe the entry when we observe the pointer to it.
82          * matches the wmb from cyc2ns_write_end().
83          */
84         smp_read_barrier_depends();
85         head->__count++;
86         barrier();
87
88         return head;
89 }
90
91 void cyc2ns_read_end(struct cyc2ns_data *head)
92 {
93         barrier();
94         /*
95          * If we're the outer most nested read; update the tail pointer
96          * when we're done. This notifies possible pending writers
97          * that we've observed the head pointer and that the other
98          * entry is now free.
99          */
100         if (!--head->__count) {
101                 /*
102                  * x86-TSO does not reorder writes with older reads;
103                  * therefore once this write becomes visible to another
104                  * cpu, we must be finished reading the cyc2ns_data.
105                  *
106                  * matches with cyc2ns_write_begin().
107                  */
108                 this_cpu_write(cyc2ns.tail, head);
109         }
110         preempt_enable();
111 }
112
113 /*
114  * Begin writing a new @data entry for @cpu.
115  *
116  * Assumes some sort of write side lock; currently 'provided' by the assumption
117  * that cpufreq will call its notifiers sequentially.
118  */
119 static struct cyc2ns_data *cyc2ns_write_begin(int cpu)
120 {
121         struct cyc2ns *c2n = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
122         struct cyc2ns_data *data = c2n->data;
123
124         if (data == c2n->head)
125                 data++;
126
127         /* XXX send an IPI to @cpu in order to guarantee a read? */
128
129         /*
130          * When we observe the tail write from cyc2ns_read_end(),
131          * the cpu must be done with that entry and its safe
132          * to start writing to it.
133          */
134         while (c2n->tail == data)
135                 cpu_relax();
136
137         return data;
138 }
139
140 static void cyc2ns_write_end(int cpu, struct cyc2ns_data *data)
141 {
142         struct cyc2ns *c2n = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
143
144         /*
145          * Ensure the @data writes are visible before we publish the
146          * entry. Matches the data-depencency in cyc2ns_read_begin().
147          */
148         smp_wmb();
149
150         ACCESS_ONCE(c2n->head) = data;
151 }
152
153 /*
154  * Accelerators for sched_clock()
155  * convert from cycles(64bits) => nanoseconds (64bits)
156  *  basic equation:
157  *              ns = cycles / (freq / ns_per_sec)
158  *              ns = cycles * (ns_per_sec / freq)
159  *              ns = cycles * (10^9 / (cpu_khz * 10^3))
160  *              ns = cycles * (10^6 / cpu_khz)
161  *
162  *      Then we use scaling math (suggested by george@mvista.com) to get:
163  *              ns = cycles * (10^6 * SC / cpu_khz) / SC
164  *              ns = cycles * cyc2ns_scale / SC
165  *
166  *      And since SC is a constant power of two, we can convert the div
167  *  into a shift.
168  *
169  *  We can use khz divisor instead of mhz to keep a better precision, since
170  *  cyc2ns_scale is limited to 10^6 * 2^10, which fits in 32 bits.
171  *  (mathieu.desnoyers@polymtl.ca)
172  *
173  *                      -johnstul@us.ibm.com "math is hard, lets go shopping!"
174  */
175
176 #define CYC2NS_SCALE_FACTOR 10 /* 2^10, carefully chosen */
177
178 static void cyc2ns_data_init(struct cyc2ns_data *data)
179 {
180         data->cyc2ns_mul = 1U << CYC2NS_SCALE_FACTOR;
181         data->cyc2ns_shift = CYC2NS_SCALE_FACTOR;
182         data->cyc2ns_offset = 0;
183         data->__count = 0;
184 }
185
186 static void cyc2ns_init(int cpu)
187 {
188         struct cyc2ns *c2n = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
189
190         cyc2ns_data_init(&c2n->data[0]);
191         cyc2ns_data_init(&c2n->data[1]);
192
193         c2n->head = c2n->data;
194         c2n->tail = c2n->data;
195 }
196
197 static inline unsigned long long cycles_2_ns(unsigned long long cyc)
198 {
199         struct cyc2ns_data *data, *tail;
200         unsigned long long ns;
201
202         /*
203          * See cyc2ns_read_*() for details; replicated in order to avoid
204          * an extra few instructions that came with the abstraction.
205          * Notable, it allows us to only do the __count and tail update
206          * dance when its actually needed.
207          */
208
209         preempt_disable();
210         data = this_cpu_read(cyc2ns.head);
211         tail = this_cpu_read(cyc2ns.tail);
212
213         if (likely(data == tail)) {
214                 ns = data->cyc2ns_offset;
215                 ns += mul_u64_u32_shr(cyc, data->cyc2ns_mul, CYC2NS_SCALE_FACTOR);
216         } else {
217                 data->__count++;
218
219                 barrier();
220
221                 ns = data->cyc2ns_offset;
222                 ns += mul_u64_u32_shr(cyc, data->cyc2ns_mul, CYC2NS_SCALE_FACTOR);
223
224                 barrier();
225
226                 if (!--data->__count)
227                         this_cpu_write(cyc2ns.tail, data);
228         }
229         preempt_enable();
230
231         return ns;
232 }
233
234 /* XXX surely we already have this someplace in the kernel?! */
235 #define DIV_ROUND(n, d) (((n) + ((d) / 2)) / (d))
236
237 static void set_cyc2ns_scale(unsigned long cpu_khz, int cpu)
238 {
239         unsigned long long tsc_now, ns_now;
240         struct cyc2ns_data *data;
241         unsigned long flags;
242
243         local_irq_save(flags);
244         sched_clock_idle_sleep_event();
245
246         if (!cpu_khz)
247                 goto done;
248
249         data = cyc2ns_write_begin(cpu);
250
251         rdtscll(tsc_now);
252         ns_now = cycles_2_ns(tsc_now);
253
254         /*
255          * Compute a new multiplier as per the above comment and ensure our
256          * time function is continuous; see the comment near struct
257          * cyc2ns_data.
258          */
259         data->cyc2ns_mul = DIV_ROUND(NSEC_PER_MSEC << CYC2NS_SCALE_FACTOR, cpu_khz);
260         data->cyc2ns_shift = CYC2NS_SCALE_FACTOR;
261         data->cyc2ns_offset = ns_now -
262                 mul_u64_u32_shr(tsc_now, data->cyc2ns_mul, CYC2NS_SCALE_FACTOR);
263
264         cyc2ns_write_end(cpu, data);
265
266 done:
267         sched_clock_idle_wakeup_event(0);
268         local_irq_restore(flags);
269 }
270 /*
271  * Scheduler clock - returns current time in nanosec units.
272  */
273 u64 native_sched_clock(void)
274 {
275         u64 tsc_now;
276
277         /*
278          * Fall back to jiffies if there's no TSC available:
279          * ( But note that we still use it if the TSC is marked
280          *   unstable. We do this because unlike Time Of Day,
281          *   the scheduler clock tolerates small errors and it's
282          *   very important for it to be as fast as the platform
283          *   can achieve it. )
284          */
285         if (unlikely(tsc_disabled)) {
286                 /* No locking but a rare wrong value is not a big deal: */
287                 return (jiffies_64 - INITIAL_JIFFIES) * (1000000000 / HZ);
288         }
289
290         /* read the Time Stamp Counter: */
291         rdtscll(tsc_now);
292
293         /* return the value in ns */
294         return cycles_2_ns(tsc_now);
295 }
296
297 /* We need to define a real function for sched_clock, to override the
298    weak default version */
299 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
300 unsigned long long sched_clock(void)
301 {
302         return paravirt_sched_clock();
303 }
304 #else
305 unsigned long long
306 sched_clock(void) __attribute__((alias("native_sched_clock")));
307 #endif
308
309 unsigned long long native_read_tsc(void)
310 {
311         return __native_read_tsc();
312 }
313 EXPORT_SYMBOL(native_read_tsc);
314
315 int check_tsc_unstable(void)
316 {
317         return tsc_unstable;
318 }
319 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_tsc_unstable);
320
321 int check_tsc_disabled(void)
322 {
323         return tsc_disabled;
324 }
325 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_tsc_disabled);
326
327 #ifdef CONFIG_X86_TSC
328 int __init notsc_setup(char *str)
329 {
330         pr_warn("Kernel compiled with CONFIG_X86_TSC, cannot disable TSC completely\n");
331         tsc_disabled = 1;
332         return 1;
333 }
334 #else
335 /*
336  * disable flag for tsc. Takes effect by clearing the TSC cpu flag
337  * in cpu/common.c
338  */
339 int __init notsc_setup(char *str)
340 {
341         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC);
342         return 1;
343 }
344 #endif
345
346 __setup("notsc", notsc_setup);
347
348 static int no_sched_irq_time;
349
350 static int __init tsc_setup(char *str)
351 {
352         if (!strcmp(str, "reliable"))
353                 tsc_clocksource_reliable = 1;
354         if (!strncmp(str, "noirqtime", 9))
355                 no_sched_irq_time = 1;
356         return 1;
357 }
358
359 __setup("tsc=", tsc_setup);
360
361 #define MAX_RETRIES     5
362 #define SMI_TRESHOLD    50000
363
364 /*
365  * Read TSC and the reference counters. Take care of SMI disturbance
366  */
367 static u64 tsc_read_refs(u64 *p, int hpet)
368 {
369         u64 t1, t2;
370         int i;
371
372         for (i = 0; i < MAX_RETRIES; i++) {
373                 t1 = get_cycles();
374                 if (hpet)
375                         *p = hpet_readl(HPET_COUNTER) & 0xFFFFFFFF;
376                 else
377                         *p = acpi_pm_read_early();
378                 t2 = get_cycles();
379                 if ((t2 - t1) < SMI_TRESHOLD)
380                         return t2;
381         }
382         return ULLONG_MAX;
383 }
384
385 /*
386  * Calculate the TSC frequency from HPET reference
387  */
388 static unsigned long calc_hpet_ref(u64 deltatsc, u64 hpet1, u64 hpet2)
389 {
390         u64 tmp;
391
392         if (hpet2 < hpet1)
393                 hpet2 += 0x100000000ULL;
394         hpet2 -= hpet1;
395         tmp = ((u64)hpet2 * hpet_readl(HPET_PERIOD));
396         do_div(tmp, 1000000);
397         do_div(deltatsc, tmp);
398
399         return (unsigned long) deltatsc;
400 }
401
402 /*
403  * Calculate the TSC frequency from PMTimer reference
404  */
405 static unsigned long calc_pmtimer_ref(u64 deltatsc, u64 pm1, u64 pm2)
406 {
407         u64 tmp;
408
409         if (!pm1 && !pm2)
410                 return ULONG_MAX;
411
412         if (pm2 < pm1)
413                 pm2 += (u64)ACPI_PM_OVRRUN;
414         pm2 -= pm1;
415         tmp = pm2 * 1000000000LL;
416         do_div(tmp, PMTMR_TICKS_PER_SEC);
417         do_div(deltatsc, tmp);
418
419         return (unsigned long) deltatsc;
420 }
421
422 #define CAL_MS          10
423 #define CAL_LATCH       (PIT_TICK_RATE / (1000 / CAL_MS))
424 #define CAL_PIT_LOOPS   1000
425
426 #define CAL2_MS         50
427 #define CAL2_LATCH      (PIT_TICK_RATE / (1000 / CAL2_MS))
428 #define CAL2_PIT_LOOPS  5000
429
430
431 /*
432  * Try to calibrate the TSC against the Programmable
433  * Interrupt Timer and return the frequency of the TSC
434  * in kHz.
435  *
436  * Return ULONG_MAX on failure to calibrate.
437  */
438 static unsigned long pit_calibrate_tsc(u32 latch, unsigned long ms, int loopmin)
439 {
440         u64 tsc, t1, t2, delta;
441         unsigned long tscmin, tscmax;
442         int pitcnt;
443
444         /* Set the Gate high, disable speaker */
445         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
446
447         /*
448          * Setup CTC channel 2* for mode 0, (interrupt on terminal
449          * count mode), binary count. Set the latch register to 50ms
450          * (LSB then MSB) to begin countdown.
451          */
452         outb(0xb0, 0x43);
453         outb(latch & 0xff, 0x42);
454         outb(latch >> 8, 0x42);
455
456         tsc = t1 = t2 = get_cycles();
457
458         pitcnt = 0;
459         tscmax = 0;
460         tscmin = ULONG_MAX;
461         while ((inb(0x61) & 0x20) == 0) {
462                 t2 = get_cycles();
463                 delta = t2 - tsc;
464                 tsc = t2;
465                 if ((unsigned long) delta < tscmin)
466                         tscmin = (unsigned int) delta;
467                 if ((unsigned long) delta > tscmax)
468                         tscmax = (unsigned int) delta;
469                 pitcnt++;
470         }
471
472         /*
473          * Sanity checks:
474          *
475          * If we were not able to read the PIT more than loopmin
476          * times, then we have been hit by a massive SMI
477          *
478          * If the maximum is 10 times larger than the minimum,
479          * then we got hit by an SMI as well.
480          */
481         if (pitcnt < loopmin || tscmax > 10 * tscmin)
482                 return ULONG_MAX;
483
484         /* Calculate the PIT value */
485         delta = t2 - t1;
486         do_div(delta, ms);
487         return delta;
488 }
489
490 /*
491  * This reads the current MSB of the PIT counter, and
492  * checks if we are running on sufficiently fast and
493  * non-virtualized hardware.
494  *
495  * Our expectations are:
496  *
497  *  - the PIT is running at roughly 1.19MHz
498  *
499  *  - each IO is going to take about 1us on real hardware,
500  *    but we allow it to be much faster (by a factor of 10) or
501  *    _slightly_ slower (ie we allow up to a 2us read+counter
502  *    update - anything else implies a unacceptably slow CPU
503  *    or PIT for the fast calibration to work.
504  *
505  *  - with 256 PIT ticks to read the value, we have 214us to
506  *    see the same MSB (and overhead like doing a single TSC
507  *    read per MSB value etc).
508  *
509  *  - We're doing 2 reads per loop (LSB, MSB), and we expect
510  *    them each to take about a microsecond on real hardware.
511  *    So we expect a count value of around 100. But we'll be
512  *    generous, and accept anything over 50.
513  *
514  *  - if the PIT is stuck, and we see *many* more reads, we
515  *    return early (and the next caller of pit_expect_msb()
516  *    then consider it a failure when they don't see the
517  *    next expected value).
518  *
519  * These expectations mean that we know that we have seen the
520  * transition from one expected value to another with a fairly
521  * high accuracy, and we didn't miss any events. We can thus
522  * use the TSC value at the transitions to calculate a pretty
523  * good value for the TSC frequencty.
524  */
525 static inline int pit_verify_msb(unsigned char val)
526 {
527         /* Ignore LSB */
528         inb(0x42);
529         return inb(0x42) == val;
530 }
531
532 static inline int pit_expect_msb(unsigned char val, u64 *tscp, unsigned long *deltap)
533 {
534         int count;
535         u64 tsc = 0, prev_tsc = 0;
536
537         for (count = 0; count < 50000; count++) {
538                 if (!pit_verify_msb(val))
539                         break;
540                 prev_tsc = tsc;
541                 tsc = get_cycles();
542         }
543         *deltap = get_cycles() - prev_tsc;
544         *tscp = tsc;
545
546         /*
547          * We require _some_ success, but the quality control
548          * will be based on the error terms on the TSC values.
549          */
550         return count > 5;
551 }
552
553 /*
554  * How many MSB values do we want to see? We aim for
555  * a maximum error rate of 500ppm (in practice the
556  * real error is much smaller), but refuse to spend
557  * more than 50ms on it.
558  */
559 #define MAX_QUICK_PIT_MS 50
560 #define MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS (MAX_QUICK_PIT_MS * PIT_TICK_RATE / 1000 / 256)
561
562 static unsigned long quick_pit_calibrate(void)
563 {
564         int i;
565         u64 tsc, delta;
566         unsigned long d1, d2;
567
568         /* Set the Gate high, disable speaker */
569         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
570
571         /*
572          * Counter 2, mode 0 (one-shot), binary count
573          *
574          * NOTE! Mode 2 decrements by two (and then the
575          * output is flipped each time, giving the same
576          * final output frequency as a decrement-by-one),
577          * so mode 0 is much better when looking at the
578          * individual counts.
579          */
580         outb(0xb0, 0x43);
581
582         /* Start at 0xffff */
583         outb(0xff, 0x42);
584         outb(0xff, 0x42);
585
586         /*
587          * The PIT starts counting at the next edge, so we
588          * need to delay for a microsecond. The easiest way
589          * to do that is to just read back the 16-bit counter
590          * once from the PIT.
591          */
592         pit_verify_msb(0);
593
594         if (pit_expect_msb(0xff, &tsc, &d1)) {
595                 for (i = 1; i <= MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS; i++) {
596                         if (!pit_expect_msb(0xff-i, &delta, &d2))
597                                 break;
598
599                         /*
600                          * Iterate until the error is less than 500 ppm
601                          */
602                         delta -= tsc;
603                         if (d1+d2 >= delta >> 11)
604                                 continue;
605
606                         /*
607                          * Check the PIT one more time to verify that
608                          * all TSC reads were stable wrt the PIT.
609                          *
610                          * This also guarantees serialization of the
611                          * last cycle read ('d2') in pit_expect_msb.
612                          */
613                         if (!pit_verify_msb(0xfe - i))
614                                 break;
615                         goto success;
616                 }
617         }
618         pr_err("Fast TSC calibration failed\n");
619         return 0;
620
621 success:
622         /*
623          * Ok, if we get here, then we've seen the
624          * MSB of the PIT decrement 'i' times, and the
625          * error has shrunk to less than 500 ppm.
626          *
627          * As a result, we can depend on there not being
628          * any odd delays anywhere, and the TSC reads are
629          * reliable (within the error).
630          *
631          * kHz = ticks / time-in-seconds / 1000;
632          * kHz = (t2 - t1) / (I * 256 / PIT_TICK_RATE) / 1000
633          * kHz = ((t2 - t1) * PIT_TICK_RATE) / (I * 256 * 1000)
634          */
635         delta *= PIT_TICK_RATE;
636         do_div(delta, i*256*1000);
637         pr_info("Fast TSC calibration using PIT\n");
638         return delta;
639 }
640
641 /**
642  * native_calibrate_tsc - calibrate the tsc on boot
643  */
644 unsigned long native_calibrate_tsc(void)
645 {
646         u64 tsc1, tsc2, delta, ref1, ref2;
647         unsigned long tsc_pit_min = ULONG_MAX, tsc_ref_min = ULONG_MAX;
648         unsigned long flags, latch, ms, fast_calibrate;
649         int hpet = is_hpet_enabled(), i, loopmin;
650
651         local_irq_save(flags);
652         fast_calibrate = quick_pit_calibrate();
653         local_irq_restore(flags);
654         if (fast_calibrate)
655                 return fast_calibrate;
656
657         /*
658          * Run 5 calibration loops to get the lowest frequency value
659          * (the best estimate). We use two different calibration modes
660          * here:
661          *
662          * 1) PIT loop. We set the PIT Channel 2 to oneshot mode and
663          * load a timeout of 50ms. We read the time right after we
664          * started the timer and wait until the PIT count down reaches
665          * zero. In each wait loop iteration we read the TSC and check
666          * the delta to the previous read. We keep track of the min
667          * and max values of that delta. The delta is mostly defined
668          * by the IO time of the PIT access, so we can detect when a
669          * SMI/SMM disturbance happened between the two reads. If the
670          * maximum time is significantly larger than the minimum time,
671          * then we discard the result and have another try.
672          *
673          * 2) Reference counter. If available we use the HPET or the
674          * PMTIMER as a reference to check the sanity of that value.
675          * We use separate TSC readouts and check inside of the
676          * reference read for a SMI/SMM disturbance. We dicard
677          * disturbed values here as well. We do that around the PIT
678          * calibration delay loop as we have to wait for a certain
679          * amount of time anyway.
680          */
681
682         /* Preset PIT loop values */
683         latch = CAL_LATCH;
684         ms = CAL_MS;
685         loopmin = CAL_PIT_LOOPS;
686
687         for (i = 0; i < 3; i++) {
688                 unsigned long tsc_pit_khz;
689
690                 /*
691                  * Read the start value and the reference count of
692                  * hpet/pmtimer when available. Then do the PIT
693                  * calibration, which will take at least 50ms, and
694                  * read the end value.
695                  */
696                 local_irq_save(flags);
697                 tsc1 = tsc_read_refs(&ref1, hpet);
698                 tsc_pit_khz = pit_calibrate_tsc(latch, ms, loopmin);
699                 tsc2 = tsc_read_refs(&ref2, hpet);
700                 local_irq_restore(flags);
701
702                 /* Pick the lowest PIT TSC calibration so far */
703                 tsc_pit_min = min(tsc_pit_min, tsc_pit_khz);
704
705                 /* hpet or pmtimer available ? */
706                 if (ref1 == ref2)
707                         continue;
708
709                 /* Check, whether the sampling was disturbed by an SMI */
710                 if (tsc1 == ULLONG_MAX || tsc2 == ULLONG_MAX)
711                         continue;
712
713                 tsc2 = (tsc2 - tsc1) * 1000000LL;
714                 if (hpet)
715                         tsc2 = calc_hpet_ref(tsc2, ref1, ref2);
716                 else
717                         tsc2 = calc_pmtimer_ref(tsc2, ref1, ref2);
718
719                 tsc_ref_min = min(tsc_ref_min, (unsigned long) tsc2);
720
721                 /* Check the reference deviation */
722                 delta = ((u64) tsc_pit_min) * 100;
723                 do_div(delta, tsc_ref_min);
724
725                 /*
726                  * If both calibration results are inside a 10% window
727                  * then we can be sure, that the calibration
728                  * succeeded. We break out of the loop right away. We
729                  * use the reference value, as it is more precise.
730                  */
731                 if (delta >= 90 && delta <= 110) {
732                         pr_info("PIT calibration matches %s. %d loops\n",
733                                 hpet ? "HPET" : "PMTIMER", i + 1);
734                         return tsc_ref_min;
735                 }
736
737                 /*
738                  * Check whether PIT failed more than once. This
739                  * happens in virtualized environments. We need to
740                  * give the virtual PC a slightly longer timeframe for
741                  * the HPET/PMTIMER to make the result precise.
742                  */
743                 if (i == 1 && tsc_pit_min == ULONG_MAX) {
744                         latch = CAL2_LATCH;
745                         ms = CAL2_MS;
746                         loopmin = CAL2_PIT_LOOPS;
747                 }
748         }
749
750         /*
751          * Now check the results.
752          */
753         if (tsc_pit_min == ULONG_MAX) {
754                 /* PIT gave no useful value */
755                 pr_warn("Unable to calibrate against PIT\n");
756
757                 /* We don't have an alternative source, disable TSC */
758                 if (!hpet && !ref1 && !ref2) {
759                         pr_notice("No reference (HPET/PMTIMER) available\n");
760                         return 0;
761                 }
762
763                 /* The alternative source failed as well, disable TSC */
764                 if (tsc_ref_min == ULONG_MAX) {
765                         pr_warn("HPET/PMTIMER calibration failed\n");
766                         return 0;
767                 }
768
769                 /* Use the alternative source */
770                 pr_info("using %s reference calibration\n",
771                         hpet ? "HPET" : "PMTIMER");
772
773                 return tsc_ref_min;
774         }
775
776         /* We don't have an alternative source, use the PIT calibration value */
777         if (!hpet && !ref1 && !ref2) {
778                 pr_info("Using PIT calibration value\n");
779                 return tsc_pit_min;
780         }
781
782         /* The alternative source failed, use the PIT calibration value */
783         if (tsc_ref_min == ULONG_MAX) {
784                 pr_warn("HPET/PMTIMER calibration failed. Using PIT calibration.\n");
785                 return tsc_pit_min;
786         }
787
788         /*
789          * The calibration values differ too much. In doubt, we use
790          * the PIT value as we know that there are PMTIMERs around
791          * running at double speed. At least we let the user know:
792          */
793         pr_warn("PIT calibration deviates from %s: %lu %lu\n",
794                 hpet ? "HPET" : "PMTIMER", tsc_pit_min, tsc_ref_min);
795         pr_info("Using PIT calibration value\n");
796         return tsc_pit_min;
797 }
798
799 int recalibrate_cpu_khz(void)
800 {
801 #ifndef CONFIG_SMP
802         unsigned long cpu_khz_old = cpu_khz;
803
804         if (cpu_has_tsc) {
805                 tsc_khz = x86_platform.calibrate_tsc();
806                 cpu_khz = tsc_khz;
807                 cpu_data(0).loops_per_jiffy =
808                         cpufreq_scale(cpu_data(0).loops_per_jiffy,
809                                         cpu_khz_old, cpu_khz);
810                 return 0;
811         } else
812                 return -ENODEV;
813 #else
814         return -ENODEV;
815 #endif
816 }
817
818 EXPORT_SYMBOL(recalibrate_cpu_khz);
819
820
821 static unsigned long long cyc2ns_suspend;
822
823 void tsc_save_sched_clock_state(void)
824 {
825         if (!sched_clock_stable())
826                 return;
827
828         cyc2ns_suspend = sched_clock();
829 }
830
831 /*
832  * Even on processors with invariant TSC, TSC gets reset in some the
833  * ACPI system sleep states. And in some systems BIOS seem to reinit TSC to
834  * arbitrary value (still sync'd across cpu's) during resume from such sleep
835  * states. To cope up with this, recompute the cyc2ns_offset for each cpu so
836  * that sched_clock() continues from the point where it was left off during
837  * suspend.
838  */
839 void tsc_restore_sched_clock_state(void)
840 {
841         unsigned long long offset;
842         unsigned long flags;
843         int cpu;
844
845         if (!sched_clock_stable())
846                 return;
847
848         local_irq_save(flags);
849
850         /*
851          * We're comming out of suspend, there's no concurrency yet; don't
852          * bother being nice about the RCU stuff, just write to both
853          * data fields.
854          */
855
856         this_cpu_write(cyc2ns.data[0].cyc2ns_offset, 0);
857         this_cpu_write(cyc2ns.data[1].cyc2ns_offset, 0);
858
859         offset = cyc2ns_suspend - sched_clock();
860
861         for_each_possible_cpu(cpu) {
862                 per_cpu(cyc2ns.data[0].cyc2ns_offset, cpu) = offset;
863                 per_cpu(cyc2ns.data[1].cyc2ns_offset, cpu) = offset;
864         }
865
866         local_irq_restore(flags);
867 }
868
869 #ifdef CONFIG_CPU_FREQ
870
871 /* Frequency scaling support. Adjust the TSC based timer when the cpu frequency
872  * changes.
873  *
874  * RED-PEN: On SMP we assume all CPUs run with the same frequency.  It's
875  * not that important because current Opteron setups do not support
876  * scaling on SMP anyroads.
877  *
878  * Should fix up last_tsc too. Currently gettimeofday in the
879  * first tick after the change will be slightly wrong.
880  */
881
882 static unsigned int  ref_freq;
883 static unsigned long loops_per_jiffy_ref;
884 static unsigned long tsc_khz_ref;
885
886 static int time_cpufreq_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long val,
887                                 void *data)
888 {
889         struct cpufreq_freqs *freq = data;
890         unsigned long *lpj;
891
892         if (cpu_has(&cpu_data(freq->cpu), X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
893                 return 0;
894
895         lpj = &boot_cpu_data.loops_per_jiffy;
896 #ifdef CONFIG_SMP
897         if (!(freq->flags & CPUFREQ_CONST_LOOPS))
898                 lpj = &cpu_data(freq->cpu).loops_per_jiffy;
899 #endif
900
901         if (!ref_freq) {
902                 ref_freq = freq->old;
903                 loops_per_jiffy_ref = *lpj;
904                 tsc_khz_ref = tsc_khz;
905         }
906         if ((val == CPUFREQ_PRECHANGE  && freq->old < freq->new) ||
907                         (val == CPUFREQ_POSTCHANGE && freq->old > freq->new) ||
908                         (val == CPUFREQ_RESUMECHANGE)) {
909                 *lpj = cpufreq_scale(loops_per_jiffy_ref, ref_freq, freq->new);
910
911                 tsc_khz = cpufreq_scale(tsc_khz_ref, ref_freq, freq->new);
912                 if (!(freq->flags & CPUFREQ_CONST_LOOPS))
913                         mark_tsc_unstable("cpufreq changes");
914         }
915
916         set_cyc2ns_scale(tsc_khz, freq->cpu);
917
918         return 0;
919 }
920
921 static struct notifier_block time_cpufreq_notifier_block = {
922         .notifier_call  = time_cpufreq_notifier
923 };
924
925 static int __init cpufreq_tsc(void)
926 {
927         if (!cpu_has_tsc)
928                 return 0;
929         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
930                 return 0;
931         cpufreq_register_notifier(&time_cpufreq_notifier_block,
932                                 CPUFREQ_TRANSITION_NOTIFIER);
933         return 0;
934 }
935
936 core_initcall(cpufreq_tsc);
937
938 #endif /* CONFIG_CPU_FREQ */
939
940 /* clocksource code */
941
942 static struct clocksource clocksource_tsc;
943
944 /*
945  * We compare the TSC to the cycle_last value in the clocksource
946  * structure to avoid a nasty time-warp. This can be observed in a
947  * very small window right after one CPU updated cycle_last under
948  * xtime/vsyscall_gtod lock and the other CPU reads a TSC value which
949  * is smaller than the cycle_last reference value due to a TSC which
950  * is slighty behind. This delta is nowhere else observable, but in
951  * that case it results in a forward time jump in the range of hours
952  * due to the unsigned delta calculation of the time keeping core
953  * code, which is necessary to support wrapping clocksources like pm
954  * timer.
955  */
956 static cycle_t read_tsc(struct clocksource *cs)
957 {
958         cycle_t ret = (cycle_t)get_cycles();
959
960         return ret >= clocksource_tsc.cycle_last ?
961                 ret : clocksource_tsc.cycle_last;
962 }
963
964 static void resume_tsc(struct clocksource *cs)
965 {
966         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_NONSTOP_TSC_S3))
967                 clocksource_tsc.cycle_last = 0;
968 }
969
970 static struct clocksource clocksource_tsc = {
971         .name                   = "tsc",
972         .rating                 = 300,
973         .read                   = read_tsc,
974         .resume                 = resume_tsc,
975         .mask                   = CLOCKSOURCE_MASK(64),
976         .flags                  = CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS |
977                                   CLOCK_SOURCE_MUST_VERIFY,
978 #ifdef CONFIG_X86_64
979         .archdata               = { .vclock_mode = VCLOCK_TSC },
980 #endif
981 };
982
983 void mark_tsc_unstable(char *reason)
984 {
985         if (!tsc_unstable) {
986                 tsc_unstable = 1;
987                 clear_sched_clock_stable();
988                 disable_sched_clock_irqtime();
989                 pr_info("Marking TSC unstable due to %s\n", reason);
990                 /* Change only the rating, when not registered */
991                 if (clocksource_tsc.mult)
992                         clocksource_mark_unstable(&clocksource_tsc);
993                 else {
994                         clocksource_tsc.flags |= CLOCK_SOURCE_UNSTABLE;
995                         clocksource_tsc.rating = 0;
996                 }
997         }
998 }
999
1000 EXPORT_SYMBOL_GPL(mark_tsc_unstable);
1001
1002 static void __init check_system_tsc_reliable(void)
1003 {
1004 #ifdef CONFIG_MGEODE_LX
1005         /* RTSC counts during suspend */
1006 #define RTSC_SUSP 0x100
1007         unsigned long res_low, res_high;
1008
1009         rdmsr_safe(MSR_GEODE_BUSCONT_CONF0, &res_low, &res_high);
1010         /* Geode_LX - the OLPC CPU has a very reliable TSC */
1011         if (res_low & RTSC_SUSP)
1012                 tsc_clocksource_reliable = 1;
1013 #endif
1014         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC_RELIABLE))
1015                 tsc_clocksource_reliable = 1;
1016 }
1017
1018 /*
1019  * Make an educated guess if the TSC is trustworthy and synchronized
1020  * over all CPUs.
1021  */
1022 int unsynchronized_tsc(void)
1023 {
1024         if (!cpu_has_tsc || tsc_unstable)
1025                 return 1;
1026
1027 #ifdef CONFIG_SMP
1028         if (apic_is_clustered_box())
1029                 return 1;
1030 #endif
1031
1032         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
1033                 return 0;
1034
1035         if (tsc_clocksource_reliable)
1036                 return 0;
1037         /*
1038          * Intel systems are normally all synchronized.
1039          * Exceptions must mark TSC as unstable:
1040          */
1041         if (boot_cpu_data.x86_vendor != X86_VENDOR_INTEL) {
1042                 /* assume multi socket systems are not synchronized: */
1043                 if (num_possible_cpus() > 1)
1044                         return 1;
1045         }
1046
1047         return 0;
1048 }
1049
1050
1051 static void tsc_refine_calibration_work(struct work_struct *work);
1052 static DECLARE_DELAYED_WORK(tsc_irqwork, tsc_refine_calibration_work);
1053 /**
1054  * tsc_refine_calibration_work - Further refine tsc freq calibration
1055  * @work - ignored.
1056  *
1057  * This functions uses delayed work over a period of a
1058  * second to further refine the TSC freq value. Since this is
1059  * timer based, instead of loop based, we don't block the boot
1060  * process while this longer calibration is done.
1061  *
1062  * If there are any calibration anomalies (too many SMIs, etc),
1063  * or the refined calibration is off by 1% of the fast early
1064  * calibration, we throw out the new calibration and use the
1065  * early calibration.
1066  */
1067 static void tsc_refine_calibration_work(struct work_struct *work)
1068 {
1069         static u64 tsc_start = -1, ref_start;
1070         static int hpet;
1071         u64 tsc_stop, ref_stop, delta;
1072         unsigned long freq;
1073
1074         /* Don't bother refining TSC on unstable systems */
1075         if (check_tsc_unstable())
1076                 goto out;
1077
1078         /*
1079          * Since the work is started early in boot, we may be
1080          * delayed the first time we expire. So set the workqueue
1081          * again once we know timers are working.
1082          */
1083         if (tsc_start == -1) {
1084                 /*
1085                  * Only set hpet once, to avoid mixing hardware
1086                  * if the hpet becomes enabled later.
1087                  */
1088                 hpet = is_hpet_enabled();
1089                 schedule_delayed_work(&tsc_irqwork, HZ);
1090                 tsc_start = tsc_read_refs(&ref_start, hpet);
1091                 return;
1092         }
1093
1094         tsc_stop = tsc_read_refs(&ref_stop, hpet);
1095
1096         /* hpet or pmtimer available ? */
1097         if (ref_start == ref_stop)
1098                 goto out;
1099
1100         /* Check, whether the sampling was disturbed by an SMI */
1101         if (tsc_start == ULLONG_MAX || tsc_stop == ULLONG_MAX)
1102                 goto out;
1103
1104         delta = tsc_stop - tsc_start;
1105         delta *= 1000000LL;
1106         if (hpet)
1107                 freq = calc_hpet_ref(delta, ref_start, ref_stop);
1108         else
1109                 freq = calc_pmtimer_ref(delta, ref_start, ref_stop);
1110
1111         /* Make sure we're within 1% */
1112         if (abs(tsc_khz - freq) > tsc_khz/100)
1113                 goto out;
1114
1115         tsc_khz = freq;
1116         pr_info("Refined TSC clocksource calibration: %lu.%03lu MHz\n",
1117                 (unsigned long)tsc_khz / 1000,
1118                 (unsigned long)tsc_khz % 1000);
1119
1120 out:
1121         clocksource_register_khz(&clocksource_tsc, tsc_khz);
1122 }
1123
1124
1125 static int __init init_tsc_clocksource(void)
1126 {
1127         if (!cpu_has_tsc || tsc_disabled > 0 || !tsc_khz)
1128                 return 0;
1129
1130         if (tsc_clocksource_reliable)
1131                 clocksource_tsc.flags &= ~CLOCK_SOURCE_MUST_VERIFY;
1132         /* lower the rating if we already know its unstable: */
1133         if (check_tsc_unstable()) {
1134                 clocksource_tsc.rating = 0;
1135                 clocksource_tsc.flags &= ~CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS;
1136         }
1137
1138         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_NONSTOP_TSC_S3))
1139                 clocksource_tsc.flags |= CLOCK_SOURCE_SUSPEND_NONSTOP;
1140
1141         /*
1142          * Trust the results of the earlier calibration on systems
1143          * exporting a reliable TSC.
1144          */
1145         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC_RELIABLE)) {
1146                 clocksource_register_khz(&clocksource_tsc, tsc_khz);
1147                 return 0;
1148         }
1149
1150         schedule_delayed_work(&tsc_irqwork, 0);
1151         return 0;
1152 }
1153 /*
1154  * We use device_initcall here, to ensure we run after the hpet
1155  * is fully initialized, which may occur at fs_initcall time.
1156  */
1157 device_initcall(init_tsc_clocksource);
1158
1159 void __init tsc_init(void)
1160 {
1161         u64 lpj;
1162         int cpu;
1163
1164         x86_init.timers.tsc_pre_init();
1165
1166         if (!cpu_has_tsc)
1167                 return;
1168
1169         tsc_khz = x86_platform.calibrate_tsc();
1170         cpu_khz = tsc_khz;
1171
1172         if (!tsc_khz) {
1173                 mark_tsc_unstable("could not calculate TSC khz");
1174                 return;
1175         }
1176
1177         pr_info("Detected %lu.%03lu MHz processor\n",
1178                 (unsigned long)cpu_khz / 1000,
1179                 (unsigned long)cpu_khz % 1000);
1180
1181         /*
1182          * Secondary CPUs do not run through tsc_init(), so set up
1183          * all the scale factors for all CPUs, assuming the same
1184          * speed as the bootup CPU. (cpufreq notifiers will fix this
1185          * up if their speed diverges)
1186          */
1187         for_each_possible_cpu(cpu) {
1188                 cyc2ns_init(cpu);
1189                 set_cyc2ns_scale(cpu_khz, cpu);
1190         }
1191
1192         if (tsc_disabled > 0)
1193                 return;
1194
1195         /* now allow native_sched_clock() to use rdtsc */
1196         tsc_disabled = 0;
1197
1198         if (!no_sched_irq_time)
1199                 enable_sched_clock_irqtime();
1200
1201         lpj = ((u64)tsc_khz * 1000);
1202         do_div(lpj, HZ);
1203         lpj_fine = lpj;
1204
1205         use_tsc_delay();
1206
1207         if (unsynchronized_tsc())
1208                 mark_tsc_unstable("TSCs unsynchronized");
1209
1210         check_system_tsc_reliable();
1211 }
1212
1213 #ifdef CONFIG_SMP
1214 /*
1215  * If we have a constant TSC and are using the TSC for the delay loop,
1216  * we can skip clock calibration if another cpu in the same socket has already
1217  * been calibrated. This assumes that CONSTANT_TSC applies to all
1218  * cpus in the socket - this should be a safe assumption.
1219  */
1220 unsigned long calibrate_delay_is_known(void)
1221 {
1222         int i, cpu = smp_processor_id();
1223
1224         if (!tsc_disabled && !cpu_has(&cpu_data(cpu), X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
1225                 return 0;
1226
1227         for_each_online_cpu(i)
1228                 if (cpu_data(i).phys_proc_id == cpu_data(cpu).phys_proc_id)
1229                         return cpu_data(i).loops_per_jiffy;
1230         return 0;
1231 }
1232 #endif