]> Pileus Git - ~andy/linux/blob - arch/x86/kernel/tsc.c
sched/clock, x86: Avoid a runtime condition in native_sched_clock()
[~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 #include <linux/static_key.h>
15
16 #include <asm/hpet.h>
17 #include <asm/timer.h>
18 #include <asm/vgtod.h>
19 #include <asm/time.h>
20 #include <asm/delay.h>
21 #include <asm/hypervisor.h>
22 #include <asm/nmi.h>
23 #include <asm/x86_init.h>
24
25 unsigned int __read_mostly cpu_khz;     /* TSC clocks / usec, not used here */
26 EXPORT_SYMBOL(cpu_khz);
27
28 unsigned int __read_mostly tsc_khz;
29 EXPORT_SYMBOL(tsc_khz);
30
31 /*
32  * TSC can be unstable due to cpufreq or due to unsynced TSCs
33  */
34 static int __read_mostly tsc_unstable;
35
36 /* native_sched_clock() is called before tsc_init(), so
37    we must start with the TSC soft disabled to prevent
38    erroneous rdtsc usage on !cpu_has_tsc processors */
39 static int __read_mostly tsc_disabled = -1;
40
41 static struct static_key __use_tsc = STATIC_KEY_INIT;
42
43 int tsc_clocksource_reliable;
44
45 /*
46  * Use a ring-buffer like data structure, where a writer advances the head by
47  * writing a new data entry and a reader advances the tail when it observes a
48  * new entry.
49  *
50  * Writers are made to wait on readers until there's space to write a new
51  * entry.
52  *
53  * This means that we can always use an {offset, mul} pair to compute a ns
54  * value that is 'roughly' in the right direction, even if we're writing a new
55  * {offset, mul} pair during the clock read.
56  *
57  * The down-side is that we can no longer guarantee strict monotonicity anymore
58  * (assuming the TSC was that to begin with), because while we compute the
59  * intersection point of the two clock slopes and make sure the time is
60  * continuous at the point of switching; we can no longer guarantee a reader is
61  * strictly before or after the switch point.
62  *
63  * It does mean a reader no longer needs to disable IRQs in order to avoid
64  * CPU-Freq updates messing with his times, and similarly an NMI reader will
65  * no longer run the risk of hitting half-written state.
66  */
67
68 struct cyc2ns {
69         struct cyc2ns_data data[2];     /*  0 + 2*24 = 48 */
70         struct cyc2ns_data *head;       /* 48 + 8    = 56 */
71         struct cyc2ns_data *tail;       /* 56 + 8    = 64 */
72 }; /* exactly fits one cacheline */
73
74 static DEFINE_PER_CPU_ALIGNED(struct cyc2ns, cyc2ns);
75
76 struct cyc2ns_data *cyc2ns_read_begin(void)
77 {
78         struct cyc2ns_data *head;
79
80         preempt_disable();
81
82         head = this_cpu_read(cyc2ns.head);
83         /*
84          * Ensure we observe the entry when we observe the pointer to it.
85          * matches the wmb from cyc2ns_write_end().
86          */
87         smp_read_barrier_depends();
88         head->__count++;
89         barrier();
90
91         return head;
92 }
93
94 void cyc2ns_read_end(struct cyc2ns_data *head)
95 {
96         barrier();
97         /*
98          * If we're the outer most nested read; update the tail pointer
99          * when we're done. This notifies possible pending writers
100          * that we've observed the head pointer and that the other
101          * entry is now free.
102          */
103         if (!--head->__count) {
104                 /*
105                  * x86-TSO does not reorder writes with older reads;
106                  * therefore once this write becomes visible to another
107                  * cpu, we must be finished reading the cyc2ns_data.
108                  *
109                  * matches with cyc2ns_write_begin().
110                  */
111                 this_cpu_write(cyc2ns.tail, head);
112         }
113         preempt_enable();
114 }
115
116 /*
117  * Begin writing a new @data entry for @cpu.
118  *
119  * Assumes some sort of write side lock; currently 'provided' by the assumption
120  * that cpufreq will call its notifiers sequentially.
121  */
122 static struct cyc2ns_data *cyc2ns_write_begin(int cpu)
123 {
124         struct cyc2ns *c2n = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
125         struct cyc2ns_data *data = c2n->data;
126
127         if (data == c2n->head)
128                 data++;
129
130         /* XXX send an IPI to @cpu in order to guarantee a read? */
131
132         /*
133          * When we observe the tail write from cyc2ns_read_end(),
134          * the cpu must be done with that entry and its safe
135          * to start writing to it.
136          */
137         while (c2n->tail == data)
138                 cpu_relax();
139
140         return data;
141 }
142
143 static void cyc2ns_write_end(int cpu, struct cyc2ns_data *data)
144 {
145         struct cyc2ns *c2n = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
146
147         /*
148          * Ensure the @data writes are visible before we publish the
149          * entry. Matches the data-depencency in cyc2ns_read_begin().
150          */
151         smp_wmb();
152
153         ACCESS_ONCE(c2n->head) = data;
154 }
155
156 /*
157  * Accelerators for sched_clock()
158  * convert from cycles(64bits) => nanoseconds (64bits)
159  *  basic equation:
160  *              ns = cycles / (freq / ns_per_sec)
161  *              ns = cycles * (ns_per_sec / freq)
162  *              ns = cycles * (10^9 / (cpu_khz * 10^3))
163  *              ns = cycles * (10^6 / cpu_khz)
164  *
165  *      Then we use scaling math (suggested by george@mvista.com) to get:
166  *              ns = cycles * (10^6 * SC / cpu_khz) / SC
167  *              ns = cycles * cyc2ns_scale / SC
168  *
169  *      And since SC is a constant power of two, we can convert the div
170  *  into a shift.
171  *
172  *  We can use khz divisor instead of mhz to keep a better precision, since
173  *  cyc2ns_scale is limited to 10^6 * 2^10, which fits in 32 bits.
174  *  (mathieu.desnoyers@polymtl.ca)
175  *
176  *                      -johnstul@us.ibm.com "math is hard, lets go shopping!"
177  */
178
179 #define CYC2NS_SCALE_FACTOR 10 /* 2^10, carefully chosen */
180
181 static void cyc2ns_data_init(struct cyc2ns_data *data)
182 {
183         data->cyc2ns_mul = 1U << CYC2NS_SCALE_FACTOR;
184         data->cyc2ns_shift = CYC2NS_SCALE_FACTOR;
185         data->cyc2ns_offset = 0;
186         data->__count = 0;
187 }
188
189 static void cyc2ns_init(int cpu)
190 {
191         struct cyc2ns *c2n = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
192
193         cyc2ns_data_init(&c2n->data[0]);
194         cyc2ns_data_init(&c2n->data[1]);
195
196         c2n->head = c2n->data;
197         c2n->tail = c2n->data;
198 }
199
200 static inline unsigned long long cycles_2_ns(unsigned long long cyc)
201 {
202         struct cyc2ns_data *data, *tail;
203         unsigned long long ns;
204
205         /*
206          * See cyc2ns_read_*() for details; replicated in order to avoid
207          * an extra few instructions that came with the abstraction.
208          * Notable, it allows us to only do the __count and tail update
209          * dance when its actually needed.
210          */
211
212         preempt_disable();
213         data = this_cpu_read(cyc2ns.head);
214         tail = this_cpu_read(cyc2ns.tail);
215
216         if (likely(data == tail)) {
217                 ns = data->cyc2ns_offset;
218                 ns += mul_u64_u32_shr(cyc, data->cyc2ns_mul, CYC2NS_SCALE_FACTOR);
219         } else {
220                 data->__count++;
221
222                 barrier();
223
224                 ns = data->cyc2ns_offset;
225                 ns += mul_u64_u32_shr(cyc, data->cyc2ns_mul, CYC2NS_SCALE_FACTOR);
226
227                 barrier();
228
229                 if (!--data->__count)
230                         this_cpu_write(cyc2ns.tail, data);
231         }
232         preempt_enable();
233
234         return ns;
235 }
236
237 /* XXX surely we already have this someplace in the kernel?! */
238 #define DIV_ROUND(n, d) (((n) + ((d) / 2)) / (d))
239
240 static void set_cyc2ns_scale(unsigned long cpu_khz, int cpu)
241 {
242         unsigned long long tsc_now, ns_now;
243         struct cyc2ns_data *data;
244         unsigned long flags;
245
246         local_irq_save(flags);
247         sched_clock_idle_sleep_event();
248
249         if (!cpu_khz)
250                 goto done;
251
252         data = cyc2ns_write_begin(cpu);
253
254         rdtscll(tsc_now);
255         ns_now = cycles_2_ns(tsc_now);
256
257         /*
258          * Compute a new multiplier as per the above comment and ensure our
259          * time function is continuous; see the comment near struct
260          * cyc2ns_data.
261          */
262         data->cyc2ns_mul = DIV_ROUND(NSEC_PER_MSEC << CYC2NS_SCALE_FACTOR, cpu_khz);
263         data->cyc2ns_shift = CYC2NS_SCALE_FACTOR;
264         data->cyc2ns_offset = ns_now -
265                 mul_u64_u32_shr(tsc_now, data->cyc2ns_mul, CYC2NS_SCALE_FACTOR);
266
267         cyc2ns_write_end(cpu, data);
268
269 done:
270         sched_clock_idle_wakeup_event(0);
271         local_irq_restore(flags);
272 }
273 /*
274  * Scheduler clock - returns current time in nanosec units.
275  */
276 u64 native_sched_clock(void)
277 {
278         u64 tsc_now;
279
280         /*
281          * Fall back to jiffies if there's no TSC available:
282          * ( But note that we still use it if the TSC is marked
283          *   unstable. We do this because unlike Time Of Day,
284          *   the scheduler clock tolerates small errors and it's
285          *   very important for it to be as fast as the platform
286          *   can achieve it. )
287          */
288         if (!static_key_false(&__use_tsc)) {
289                 /* No locking but a rare wrong value is not a big deal: */
290                 return (jiffies_64 - INITIAL_JIFFIES) * (1000000000 / HZ);
291         }
292
293         /* read the Time Stamp Counter: */
294         rdtscll(tsc_now);
295
296         /* return the value in ns */
297         return cycles_2_ns(tsc_now);
298 }
299
300 /* We need to define a real function for sched_clock, to override the
301    weak default version */
302 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
303 unsigned long long sched_clock(void)
304 {
305         return paravirt_sched_clock();
306 }
307 #else
308 unsigned long long
309 sched_clock(void) __attribute__((alias("native_sched_clock")));
310 #endif
311
312 unsigned long long native_read_tsc(void)
313 {
314         return __native_read_tsc();
315 }
316 EXPORT_SYMBOL(native_read_tsc);
317
318 int check_tsc_unstable(void)
319 {
320         return tsc_unstable;
321 }
322 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_tsc_unstable);
323
324 int check_tsc_disabled(void)
325 {
326         return tsc_disabled;
327 }
328 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_tsc_disabled);
329
330 #ifdef CONFIG_X86_TSC
331 int __init notsc_setup(char *str)
332 {
333         pr_warn("Kernel compiled with CONFIG_X86_TSC, cannot disable TSC completely\n");
334         tsc_disabled = 1;
335         return 1;
336 }
337 #else
338 /*
339  * disable flag for tsc. Takes effect by clearing the TSC cpu flag
340  * in cpu/common.c
341  */
342 int __init notsc_setup(char *str)
343 {
344         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC);
345         return 1;
346 }
347 #endif
348
349 __setup("notsc", notsc_setup);
350
351 static int no_sched_irq_time;
352
353 static int __init tsc_setup(char *str)
354 {
355         if (!strcmp(str, "reliable"))
356                 tsc_clocksource_reliable = 1;
357         if (!strncmp(str, "noirqtime", 9))
358                 no_sched_irq_time = 1;
359         return 1;
360 }
361
362 __setup("tsc=", tsc_setup);
363
364 #define MAX_RETRIES     5
365 #define SMI_TRESHOLD    50000
366
367 /*
368  * Read TSC and the reference counters. Take care of SMI disturbance
369  */
370 static u64 tsc_read_refs(u64 *p, int hpet)
371 {
372         u64 t1, t2;
373         int i;
374
375         for (i = 0; i < MAX_RETRIES; i++) {
376                 t1 = get_cycles();
377                 if (hpet)
378                         *p = hpet_readl(HPET_COUNTER) & 0xFFFFFFFF;
379                 else
380                         *p = acpi_pm_read_early();
381                 t2 = get_cycles();
382                 if ((t2 - t1) < SMI_TRESHOLD)
383                         return t2;
384         }
385         return ULLONG_MAX;
386 }
387
388 /*
389  * Calculate the TSC frequency from HPET reference
390  */
391 static unsigned long calc_hpet_ref(u64 deltatsc, u64 hpet1, u64 hpet2)
392 {
393         u64 tmp;
394
395         if (hpet2 < hpet1)
396                 hpet2 += 0x100000000ULL;
397         hpet2 -= hpet1;
398         tmp = ((u64)hpet2 * hpet_readl(HPET_PERIOD));
399         do_div(tmp, 1000000);
400         do_div(deltatsc, tmp);
401
402         return (unsigned long) deltatsc;
403 }
404
405 /*
406  * Calculate the TSC frequency from PMTimer reference
407  */
408 static unsigned long calc_pmtimer_ref(u64 deltatsc, u64 pm1, u64 pm2)
409 {
410         u64 tmp;
411
412         if (!pm1 && !pm2)
413                 return ULONG_MAX;
414
415         if (pm2 < pm1)
416                 pm2 += (u64)ACPI_PM_OVRRUN;
417         pm2 -= pm1;
418         tmp = pm2 * 1000000000LL;
419         do_div(tmp, PMTMR_TICKS_PER_SEC);
420         do_div(deltatsc, tmp);
421
422         return (unsigned long) deltatsc;
423 }
424
425 #define CAL_MS          10
426 #define CAL_LATCH       (PIT_TICK_RATE / (1000 / CAL_MS))
427 #define CAL_PIT_LOOPS   1000
428
429 #define CAL2_MS         50
430 #define CAL2_LATCH      (PIT_TICK_RATE / (1000 / CAL2_MS))
431 #define CAL2_PIT_LOOPS  5000
432
433
434 /*
435  * Try to calibrate the TSC against the Programmable
436  * Interrupt Timer and return the frequency of the TSC
437  * in kHz.
438  *
439  * Return ULONG_MAX on failure to calibrate.
440  */
441 static unsigned long pit_calibrate_tsc(u32 latch, unsigned long ms, int loopmin)
442 {
443         u64 tsc, t1, t2, delta;
444         unsigned long tscmin, tscmax;
445         int pitcnt;
446
447         /* Set the Gate high, disable speaker */
448         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
449
450         /*
451          * Setup CTC channel 2* for mode 0, (interrupt on terminal
452          * count mode), binary count. Set the latch register to 50ms
453          * (LSB then MSB) to begin countdown.
454          */
455         outb(0xb0, 0x43);
456         outb(latch & 0xff, 0x42);
457         outb(latch >> 8, 0x42);
458
459         tsc = t1 = t2 = get_cycles();
460
461         pitcnt = 0;
462         tscmax = 0;
463         tscmin = ULONG_MAX;
464         while ((inb(0x61) & 0x20) == 0) {
465                 t2 = get_cycles();
466                 delta = t2 - tsc;
467                 tsc = t2;
468                 if ((unsigned long) delta < tscmin)
469                         tscmin = (unsigned int) delta;
470                 if ((unsigned long) delta > tscmax)
471                         tscmax = (unsigned int) delta;
472                 pitcnt++;
473         }
474
475         /*
476          * Sanity checks:
477          *
478          * If we were not able to read the PIT more than loopmin
479          * times, then we have been hit by a massive SMI
480          *
481          * If the maximum is 10 times larger than the minimum,
482          * then we got hit by an SMI as well.
483          */
484         if (pitcnt < loopmin || tscmax > 10 * tscmin)
485                 return ULONG_MAX;
486
487         /* Calculate the PIT value */
488         delta = t2 - t1;
489         do_div(delta, ms);
490         return delta;
491 }
492
493 /*
494  * This reads the current MSB of the PIT counter, and
495  * checks if we are running on sufficiently fast and
496  * non-virtualized hardware.
497  *
498  * Our expectations are:
499  *
500  *  - the PIT is running at roughly 1.19MHz
501  *
502  *  - each IO is going to take about 1us on real hardware,
503  *    but we allow it to be much faster (by a factor of 10) or
504  *    _slightly_ slower (ie we allow up to a 2us read+counter
505  *    update - anything else implies a unacceptably slow CPU
506  *    or PIT for the fast calibration to work.
507  *
508  *  - with 256 PIT ticks to read the value, we have 214us to
509  *    see the same MSB (and overhead like doing a single TSC
510  *    read per MSB value etc).
511  *
512  *  - We're doing 2 reads per loop (LSB, MSB), and we expect
513  *    them each to take about a microsecond on real hardware.
514  *    So we expect a count value of around 100. But we'll be
515  *    generous, and accept anything over 50.
516  *
517  *  - if the PIT is stuck, and we see *many* more reads, we
518  *    return early (and the next caller of pit_expect_msb()
519  *    then consider it a failure when they don't see the
520  *    next expected value).
521  *
522  * These expectations mean that we know that we have seen the
523  * transition from one expected value to another with a fairly
524  * high accuracy, and we didn't miss any events. We can thus
525  * use the TSC value at the transitions to calculate a pretty
526  * good value for the TSC frequencty.
527  */
528 static inline int pit_verify_msb(unsigned char val)
529 {
530         /* Ignore LSB */
531         inb(0x42);
532         return inb(0x42) == val;
533 }
534
535 static inline int pit_expect_msb(unsigned char val, u64 *tscp, unsigned long *deltap)
536 {
537         int count;
538         u64 tsc = 0, prev_tsc = 0;
539
540         for (count = 0; count < 50000; count++) {
541                 if (!pit_verify_msb(val))
542                         break;
543                 prev_tsc = tsc;
544                 tsc = get_cycles();
545         }
546         *deltap = get_cycles() - prev_tsc;
547         *tscp = tsc;
548
549         /*
550          * We require _some_ success, but the quality control
551          * will be based on the error terms on the TSC values.
552          */
553         return count > 5;
554 }
555
556 /*
557  * How many MSB values do we want to see? We aim for
558  * a maximum error rate of 500ppm (in practice the
559  * real error is much smaller), but refuse to spend
560  * more than 50ms on it.
561  */
562 #define MAX_QUICK_PIT_MS 50
563 #define MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS (MAX_QUICK_PIT_MS * PIT_TICK_RATE / 1000 / 256)
564
565 static unsigned long quick_pit_calibrate(void)
566 {
567         int i;
568         u64 tsc, delta;
569         unsigned long d1, d2;
570
571         /* Set the Gate high, disable speaker */
572         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
573
574         /*
575          * Counter 2, mode 0 (one-shot), binary count
576          *
577          * NOTE! Mode 2 decrements by two (and then the
578          * output is flipped each time, giving the same
579          * final output frequency as a decrement-by-one),
580          * so mode 0 is much better when looking at the
581          * individual counts.
582          */
583         outb(0xb0, 0x43);
584
585         /* Start at 0xffff */
586         outb(0xff, 0x42);
587         outb(0xff, 0x42);
588
589         /*
590          * The PIT starts counting at the next edge, so we
591          * need to delay for a microsecond. The easiest way
592          * to do that is to just read back the 16-bit counter
593          * once from the PIT.
594          */
595         pit_verify_msb(0);
596
597         if (pit_expect_msb(0xff, &tsc, &d1)) {
598                 for (i = 1; i <= MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS; i++) {
599                         if (!pit_expect_msb(0xff-i, &delta, &d2))
600                                 break;
601
602                         /*
603                          * Iterate until the error is less than 500 ppm
604                          */
605                         delta -= tsc;
606                         if (d1+d2 >= delta >> 11)
607                                 continue;
608
609                         /*
610                          * Check the PIT one more time to verify that
611                          * all TSC reads were stable wrt the PIT.
612                          *
613                          * This also guarantees serialization of the
614                          * last cycle read ('d2') in pit_expect_msb.
615                          */
616                         if (!pit_verify_msb(0xfe - i))
617                                 break;
618                         goto success;
619                 }
620         }
621         pr_err("Fast TSC calibration failed\n");
622         return 0;
623
624 success:
625         /*
626          * Ok, if we get here, then we've seen the
627          * MSB of the PIT decrement 'i' times, and the
628          * error has shrunk to less than 500 ppm.
629          *
630          * As a result, we can depend on there not being
631          * any odd delays anywhere, and the TSC reads are
632          * reliable (within the error).
633          *
634          * kHz = ticks / time-in-seconds / 1000;
635          * kHz = (t2 - t1) / (I * 256 / PIT_TICK_RATE) / 1000
636          * kHz = ((t2 - t1) * PIT_TICK_RATE) / (I * 256 * 1000)
637          */
638         delta *= PIT_TICK_RATE;
639         do_div(delta, i*256*1000);
640         pr_info("Fast TSC calibration using PIT\n");
641         return delta;
642 }
643
644 /**
645  * native_calibrate_tsc - calibrate the tsc on boot
646  */
647 unsigned long native_calibrate_tsc(void)
648 {
649         u64 tsc1, tsc2, delta, ref1, ref2;
650         unsigned long tsc_pit_min = ULONG_MAX, tsc_ref_min = ULONG_MAX;
651         unsigned long flags, latch, ms, fast_calibrate;
652         int hpet = is_hpet_enabled(), i, loopmin;
653
654         local_irq_save(flags);
655         fast_calibrate = quick_pit_calibrate();
656         local_irq_restore(flags);
657         if (fast_calibrate)
658                 return fast_calibrate;
659
660         /*
661          * Run 5 calibration loops to get the lowest frequency value
662          * (the best estimate). We use two different calibration modes
663          * here:
664          *
665          * 1) PIT loop. We set the PIT Channel 2 to oneshot mode and
666          * load a timeout of 50ms. We read the time right after we
667          * started the timer and wait until the PIT count down reaches
668          * zero. In each wait loop iteration we read the TSC and check
669          * the delta to the previous read. We keep track of the min
670          * and max values of that delta. The delta is mostly defined
671          * by the IO time of the PIT access, so we can detect when a
672          * SMI/SMM disturbance happened between the two reads. If the
673          * maximum time is significantly larger than the minimum time,
674          * then we discard the result and have another try.
675          *
676          * 2) Reference counter. If available we use the HPET or the
677          * PMTIMER as a reference to check the sanity of that value.
678          * We use separate TSC readouts and check inside of the
679          * reference read for a SMI/SMM disturbance. We dicard
680          * disturbed values here as well. We do that around the PIT
681          * calibration delay loop as we have to wait for a certain
682          * amount of time anyway.
683          */
684
685         /* Preset PIT loop values */
686         latch = CAL_LATCH;
687         ms = CAL_MS;
688         loopmin = CAL_PIT_LOOPS;
689
690         for (i = 0; i < 3; i++) {
691                 unsigned long tsc_pit_khz;
692
693                 /*
694                  * Read the start value and the reference count of
695                  * hpet/pmtimer when available. Then do the PIT
696                  * calibration, which will take at least 50ms, and
697                  * read the end value.
698                  */
699                 local_irq_save(flags);
700                 tsc1 = tsc_read_refs(&ref1, hpet);
701                 tsc_pit_khz = pit_calibrate_tsc(latch, ms, loopmin);
702                 tsc2 = tsc_read_refs(&ref2, hpet);
703                 local_irq_restore(flags);
704
705                 /* Pick the lowest PIT TSC calibration so far */
706                 tsc_pit_min = min(tsc_pit_min, tsc_pit_khz);
707
708                 /* hpet or pmtimer available ? */
709                 if (ref1 == ref2)
710                         continue;
711
712                 /* Check, whether the sampling was disturbed by an SMI */
713                 if (tsc1 == ULLONG_MAX || tsc2 == ULLONG_MAX)
714                         continue;
715
716                 tsc2 = (tsc2 - tsc1) * 1000000LL;
717                 if (hpet)
718                         tsc2 = calc_hpet_ref(tsc2, ref1, ref2);
719                 else
720                         tsc2 = calc_pmtimer_ref(tsc2, ref1, ref2);
721
722                 tsc_ref_min = min(tsc_ref_min, (unsigned long) tsc2);
723
724                 /* Check the reference deviation */
725                 delta = ((u64) tsc_pit_min) * 100;
726                 do_div(delta, tsc_ref_min);
727
728                 /*
729                  * If both calibration results are inside a 10% window
730                  * then we can be sure, that the calibration
731                  * succeeded. We break out of the loop right away. We
732                  * use the reference value, as it is more precise.
733                  */
734                 if (delta >= 90 && delta <= 110) {
735                         pr_info("PIT calibration matches %s. %d loops\n",
736                                 hpet ? "HPET" : "PMTIMER", i + 1);
737                         return tsc_ref_min;
738                 }
739
740                 /*
741                  * Check whether PIT failed more than once. This
742                  * happens in virtualized environments. We need to
743                  * give the virtual PC a slightly longer timeframe for
744                  * the HPET/PMTIMER to make the result precise.
745                  */
746                 if (i == 1 && tsc_pit_min == ULONG_MAX) {
747                         latch = CAL2_LATCH;
748                         ms = CAL2_MS;
749                         loopmin = CAL2_PIT_LOOPS;
750                 }
751         }
752
753         /*
754          * Now check the results.
755          */
756         if (tsc_pit_min == ULONG_MAX) {
757                 /* PIT gave no useful value */
758                 pr_warn("Unable to calibrate against PIT\n");
759
760                 /* We don't have an alternative source, disable TSC */
761                 if (!hpet && !ref1 && !ref2) {
762                         pr_notice("No reference (HPET/PMTIMER) available\n");
763                         return 0;
764                 }
765
766                 /* The alternative source failed as well, disable TSC */
767                 if (tsc_ref_min == ULONG_MAX) {
768                         pr_warn("HPET/PMTIMER calibration failed\n");
769                         return 0;
770                 }
771
772                 /* Use the alternative source */
773                 pr_info("using %s reference calibration\n",
774                         hpet ? "HPET" : "PMTIMER");
775
776                 return tsc_ref_min;
777         }
778
779         /* We don't have an alternative source, use the PIT calibration value */
780         if (!hpet && !ref1 && !ref2) {
781                 pr_info("Using PIT calibration value\n");
782                 return tsc_pit_min;
783         }
784
785         /* The alternative source failed, use the PIT calibration value */
786         if (tsc_ref_min == ULONG_MAX) {
787                 pr_warn("HPET/PMTIMER calibration failed. Using PIT calibration.\n");
788                 return tsc_pit_min;
789         }
790
791         /*
792          * The calibration values differ too much. In doubt, we use
793          * the PIT value as we know that there are PMTIMERs around
794          * running at double speed. At least we let the user know:
795          */
796         pr_warn("PIT calibration deviates from %s: %lu %lu\n",
797                 hpet ? "HPET" : "PMTIMER", tsc_pit_min, tsc_ref_min);
798         pr_info("Using PIT calibration value\n");
799         return tsc_pit_min;
800 }
801
802 int recalibrate_cpu_khz(void)
803 {
804 #ifndef CONFIG_SMP
805         unsigned long cpu_khz_old = cpu_khz;
806
807         if (cpu_has_tsc) {
808                 tsc_khz = x86_platform.calibrate_tsc();
809                 cpu_khz = tsc_khz;
810                 cpu_data(0).loops_per_jiffy =
811                         cpufreq_scale(cpu_data(0).loops_per_jiffy,
812                                         cpu_khz_old, cpu_khz);
813                 return 0;
814         } else
815                 return -ENODEV;
816 #else
817         return -ENODEV;
818 #endif
819 }
820
821 EXPORT_SYMBOL(recalibrate_cpu_khz);
822
823
824 static unsigned long long cyc2ns_suspend;
825
826 void tsc_save_sched_clock_state(void)
827 {
828         if (!sched_clock_stable())
829                 return;
830
831         cyc2ns_suspend = sched_clock();
832 }
833
834 /*
835  * Even on processors with invariant TSC, TSC gets reset in some the
836  * ACPI system sleep states. And in some systems BIOS seem to reinit TSC to
837  * arbitrary value (still sync'd across cpu's) during resume from such sleep
838  * states. To cope up with this, recompute the cyc2ns_offset for each cpu so
839  * that sched_clock() continues from the point where it was left off during
840  * suspend.
841  */
842 void tsc_restore_sched_clock_state(void)
843 {
844         unsigned long long offset;
845         unsigned long flags;
846         int cpu;
847
848         if (!sched_clock_stable())
849                 return;
850
851         local_irq_save(flags);
852
853         /*
854          * We're comming out of suspend, there's no concurrency yet; don't
855          * bother being nice about the RCU stuff, just write to both
856          * data fields.
857          */
858
859         this_cpu_write(cyc2ns.data[0].cyc2ns_offset, 0);
860         this_cpu_write(cyc2ns.data[1].cyc2ns_offset, 0);
861
862         offset = cyc2ns_suspend - sched_clock();
863
864         for_each_possible_cpu(cpu) {
865                 per_cpu(cyc2ns.data[0].cyc2ns_offset, cpu) = offset;
866                 per_cpu(cyc2ns.data[1].cyc2ns_offset, cpu) = offset;
867         }
868
869         local_irq_restore(flags);
870 }
871
872 #ifdef CONFIG_CPU_FREQ
873
874 /* Frequency scaling support. Adjust the TSC based timer when the cpu frequency
875  * changes.
876  *
877  * RED-PEN: On SMP we assume all CPUs run with the same frequency.  It's
878  * not that important because current Opteron setups do not support
879  * scaling on SMP anyroads.
880  *
881  * Should fix up last_tsc too. Currently gettimeofday in the
882  * first tick after the change will be slightly wrong.
883  */
884
885 static unsigned int  ref_freq;
886 static unsigned long loops_per_jiffy_ref;
887 static unsigned long tsc_khz_ref;
888
889 static int time_cpufreq_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long val,
890                                 void *data)
891 {
892         struct cpufreq_freqs *freq = data;
893         unsigned long *lpj;
894
895         if (cpu_has(&cpu_data(freq->cpu), X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
896                 return 0;
897
898         lpj = &boot_cpu_data.loops_per_jiffy;
899 #ifdef CONFIG_SMP
900         if (!(freq->flags & CPUFREQ_CONST_LOOPS))
901                 lpj = &cpu_data(freq->cpu).loops_per_jiffy;
902 #endif
903
904         if (!ref_freq) {
905                 ref_freq = freq->old;
906                 loops_per_jiffy_ref = *lpj;
907                 tsc_khz_ref = tsc_khz;
908         }
909         if ((val == CPUFREQ_PRECHANGE  && freq->old < freq->new) ||
910                         (val == CPUFREQ_POSTCHANGE && freq->old > freq->new) ||
911                         (val == CPUFREQ_RESUMECHANGE)) {
912                 *lpj = cpufreq_scale(loops_per_jiffy_ref, ref_freq, freq->new);
913
914                 tsc_khz = cpufreq_scale(tsc_khz_ref, ref_freq, freq->new);
915                 if (!(freq->flags & CPUFREQ_CONST_LOOPS))
916                         mark_tsc_unstable("cpufreq changes");
917         }
918
919         set_cyc2ns_scale(tsc_khz, freq->cpu);
920
921         return 0;
922 }
923
924 static struct notifier_block time_cpufreq_notifier_block = {
925         .notifier_call  = time_cpufreq_notifier
926 };
927
928 static int __init cpufreq_tsc(void)
929 {
930         if (!cpu_has_tsc)
931                 return 0;
932         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
933                 return 0;
934         cpufreq_register_notifier(&time_cpufreq_notifier_block,
935                                 CPUFREQ_TRANSITION_NOTIFIER);
936         return 0;
937 }
938
939 core_initcall(cpufreq_tsc);
940
941 #endif /* CONFIG_CPU_FREQ */
942
943 /* clocksource code */
944
945 static struct clocksource clocksource_tsc;
946
947 /*
948  * We compare the TSC to the cycle_last value in the clocksource
949  * structure to avoid a nasty time-warp. This can be observed in a
950  * very small window right after one CPU updated cycle_last under
951  * xtime/vsyscall_gtod lock and the other CPU reads a TSC value which
952  * is smaller than the cycle_last reference value due to a TSC which
953  * is slighty behind. This delta is nowhere else observable, but in
954  * that case it results in a forward time jump in the range of hours
955  * due to the unsigned delta calculation of the time keeping core
956  * code, which is necessary to support wrapping clocksources like pm
957  * timer.
958  */
959 static cycle_t read_tsc(struct clocksource *cs)
960 {
961         cycle_t ret = (cycle_t)get_cycles();
962
963         return ret >= clocksource_tsc.cycle_last ?
964                 ret : clocksource_tsc.cycle_last;
965 }
966
967 static void resume_tsc(struct clocksource *cs)
968 {
969         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_NONSTOP_TSC_S3))
970                 clocksource_tsc.cycle_last = 0;
971 }
972
973 static struct clocksource clocksource_tsc = {
974         .name                   = "tsc",
975         .rating                 = 300,
976         .read                   = read_tsc,
977         .resume                 = resume_tsc,
978         .mask                   = CLOCKSOURCE_MASK(64),
979         .flags                  = CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS |
980                                   CLOCK_SOURCE_MUST_VERIFY,
981 #ifdef CONFIG_X86_64
982         .archdata               = { .vclock_mode = VCLOCK_TSC },
983 #endif
984 };
985
986 void mark_tsc_unstable(char *reason)
987 {
988         if (!tsc_unstable) {
989                 tsc_unstable = 1;
990                 clear_sched_clock_stable();
991                 disable_sched_clock_irqtime();
992                 pr_info("Marking TSC unstable due to %s\n", reason);
993                 /* Change only the rating, when not registered */
994                 if (clocksource_tsc.mult)
995                         clocksource_mark_unstable(&clocksource_tsc);
996                 else {
997                         clocksource_tsc.flags |= CLOCK_SOURCE_UNSTABLE;
998                         clocksource_tsc.rating = 0;
999                 }
1000         }
1001 }
1002
1003 EXPORT_SYMBOL_GPL(mark_tsc_unstable);
1004
1005 static void __init check_system_tsc_reliable(void)
1006 {
1007 #ifdef CONFIG_MGEODE_LX
1008         /* RTSC counts during suspend */
1009 #define RTSC_SUSP 0x100
1010         unsigned long res_low, res_high;
1011
1012         rdmsr_safe(MSR_GEODE_BUSCONT_CONF0, &res_low, &res_high);
1013         /* Geode_LX - the OLPC CPU has a very reliable TSC */
1014         if (res_low & RTSC_SUSP)
1015                 tsc_clocksource_reliable = 1;
1016 #endif
1017         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC_RELIABLE))
1018                 tsc_clocksource_reliable = 1;
1019 }
1020
1021 /*
1022  * Make an educated guess if the TSC is trustworthy and synchronized
1023  * over all CPUs.
1024  */
1025 int unsynchronized_tsc(void)
1026 {
1027         if (!cpu_has_tsc || tsc_unstable)
1028                 return 1;
1029
1030 #ifdef CONFIG_SMP
1031         if (apic_is_clustered_box())
1032                 return 1;
1033 #endif
1034
1035         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
1036                 return 0;
1037
1038         if (tsc_clocksource_reliable)
1039                 return 0;
1040         /*
1041          * Intel systems are normally all synchronized.
1042          * Exceptions must mark TSC as unstable:
1043          */
1044         if (boot_cpu_data.x86_vendor != X86_VENDOR_INTEL) {
1045                 /* assume multi socket systems are not synchronized: */
1046                 if (num_possible_cpus() > 1)
1047                         return 1;
1048         }
1049
1050         return 0;
1051 }
1052
1053
1054 static void tsc_refine_calibration_work(struct work_struct *work);
1055 static DECLARE_DELAYED_WORK(tsc_irqwork, tsc_refine_calibration_work);
1056 /**
1057  * tsc_refine_calibration_work - Further refine tsc freq calibration
1058  * @work - ignored.
1059  *
1060  * This functions uses delayed work over a period of a
1061  * second to further refine the TSC freq value. Since this is
1062  * timer based, instead of loop based, we don't block the boot
1063  * process while this longer calibration is done.
1064  *
1065  * If there are any calibration anomalies (too many SMIs, etc),
1066  * or the refined calibration is off by 1% of the fast early
1067  * calibration, we throw out the new calibration and use the
1068  * early calibration.
1069  */
1070 static void tsc_refine_calibration_work(struct work_struct *work)
1071 {
1072         static u64 tsc_start = -1, ref_start;
1073         static int hpet;
1074         u64 tsc_stop, ref_stop, delta;
1075         unsigned long freq;
1076
1077         /* Don't bother refining TSC on unstable systems */
1078         if (check_tsc_unstable())
1079                 goto out;
1080
1081         /*
1082          * Since the work is started early in boot, we may be
1083          * delayed the first time we expire. So set the workqueue
1084          * again once we know timers are working.
1085          */
1086         if (tsc_start == -1) {
1087                 /*
1088                  * Only set hpet once, to avoid mixing hardware
1089                  * if the hpet becomes enabled later.
1090                  */
1091                 hpet = is_hpet_enabled();
1092                 schedule_delayed_work(&tsc_irqwork, HZ);
1093                 tsc_start = tsc_read_refs(&ref_start, hpet);
1094                 return;
1095         }
1096
1097         tsc_stop = tsc_read_refs(&ref_stop, hpet);
1098
1099         /* hpet or pmtimer available ? */
1100         if (ref_start == ref_stop)
1101                 goto out;
1102
1103         /* Check, whether the sampling was disturbed by an SMI */
1104         if (tsc_start == ULLONG_MAX || tsc_stop == ULLONG_MAX)
1105                 goto out;
1106
1107         delta = tsc_stop - tsc_start;
1108         delta *= 1000000LL;
1109         if (hpet)
1110                 freq = calc_hpet_ref(delta, ref_start, ref_stop);
1111         else
1112                 freq = calc_pmtimer_ref(delta, ref_start, ref_stop);
1113
1114         /* Make sure we're within 1% */
1115         if (abs(tsc_khz - freq) > tsc_khz/100)
1116                 goto out;
1117
1118         tsc_khz = freq;
1119         pr_info("Refined TSC clocksource calibration: %lu.%03lu MHz\n",
1120                 (unsigned long)tsc_khz / 1000,
1121                 (unsigned long)tsc_khz % 1000);
1122
1123 out:
1124         clocksource_register_khz(&clocksource_tsc, tsc_khz);
1125 }
1126
1127
1128 static int __init init_tsc_clocksource(void)
1129 {
1130         if (!cpu_has_tsc || tsc_disabled > 0 || !tsc_khz)
1131                 return 0;
1132
1133         if (tsc_clocksource_reliable)
1134                 clocksource_tsc.flags &= ~CLOCK_SOURCE_MUST_VERIFY;
1135         /* lower the rating if we already know its unstable: */
1136         if (check_tsc_unstable()) {
1137                 clocksource_tsc.rating = 0;
1138                 clocksource_tsc.flags &= ~CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS;
1139         }
1140
1141         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_NONSTOP_TSC_S3))
1142                 clocksource_tsc.flags |= CLOCK_SOURCE_SUSPEND_NONSTOP;
1143
1144         /*
1145          * Trust the results of the earlier calibration on systems
1146          * exporting a reliable TSC.
1147          */
1148         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC_RELIABLE)) {
1149                 clocksource_register_khz(&clocksource_tsc, tsc_khz);
1150                 return 0;
1151         }
1152
1153         schedule_delayed_work(&tsc_irqwork, 0);
1154         return 0;
1155 }
1156 /*
1157  * We use device_initcall here, to ensure we run after the hpet
1158  * is fully initialized, which may occur at fs_initcall time.
1159  */
1160 device_initcall(init_tsc_clocksource);
1161
1162 void __init tsc_init(void)
1163 {
1164         u64 lpj;
1165         int cpu;
1166
1167         x86_init.timers.tsc_pre_init();
1168
1169         if (!cpu_has_tsc)
1170                 return;
1171
1172         tsc_khz = x86_platform.calibrate_tsc();
1173         cpu_khz = tsc_khz;
1174
1175         if (!tsc_khz) {
1176                 mark_tsc_unstable("could not calculate TSC khz");
1177                 return;
1178         }
1179
1180         pr_info("Detected %lu.%03lu MHz processor\n",
1181                 (unsigned long)cpu_khz / 1000,
1182                 (unsigned long)cpu_khz % 1000);
1183
1184         /*
1185          * Secondary CPUs do not run through tsc_init(), so set up
1186          * all the scale factors for all CPUs, assuming the same
1187          * speed as the bootup CPU. (cpufreq notifiers will fix this
1188          * up if their speed diverges)
1189          */
1190         for_each_possible_cpu(cpu) {
1191                 cyc2ns_init(cpu);
1192                 set_cyc2ns_scale(cpu_khz, cpu);
1193         }
1194
1195         if (tsc_disabled > 0)
1196                 return;
1197
1198         /* now allow native_sched_clock() to use rdtsc */
1199
1200         tsc_disabled = 0;
1201         static_key_slow_inc(&__use_tsc);
1202
1203         if (!no_sched_irq_time)
1204                 enable_sched_clock_irqtime();
1205
1206         lpj = ((u64)tsc_khz * 1000);
1207         do_div(lpj, HZ);
1208         lpj_fine = lpj;
1209
1210         use_tsc_delay();
1211
1212         if (unsynchronized_tsc())
1213                 mark_tsc_unstable("TSCs unsynchronized");
1214
1215         check_system_tsc_reliable();
1216 }
1217
1218 #ifdef CONFIG_SMP
1219 /*
1220  * If we have a constant TSC and are using the TSC for the delay loop,
1221  * we can skip clock calibration if another cpu in the same socket has already
1222  * been calibrated. This assumes that CONSTANT_TSC applies to all
1223  * cpus in the socket - this should be a safe assumption.
1224  */
1225 unsigned long calibrate_delay_is_known(void)
1226 {
1227         int i, cpu = smp_processor_id();
1228
1229         if (!tsc_disabled && !cpu_has(&cpu_data(cpu), X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
1230                 return 0;
1231
1232         for_each_online_cpu(i)
1233                 if (cpu_data(i).phys_proc_id == cpu_data(cpu).phys_proc_id)
1234                         return cpu_data(i).loops_per_jiffy;
1235         return 0;
1236 }
1237 #endif