x86/microcode/intel: Fix initrd loading with CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY=y
[cascardo/linux.git] / 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 #include <asm/geode.h>
25
26 unsigned int __read_mostly cpu_khz;     /* TSC clocks / usec, not used here */
27 EXPORT_SYMBOL(cpu_khz);
28
29 unsigned int __read_mostly tsc_khz;
30 EXPORT_SYMBOL(tsc_khz);
31
32 /*
33  * TSC can be unstable due to cpufreq or due to unsynced TSCs
34  */
35 static int __read_mostly tsc_unstable;
36
37 /* native_sched_clock() is called before tsc_init(), so
38    we must start with the TSC soft disabled to prevent
39    erroneous rdtsc usage on !boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC) processors */
40 static int __read_mostly tsc_disabled = -1;
41
42 static DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(__use_tsc);
43
44 int tsc_clocksource_reliable;
45
46 static u32 art_to_tsc_numerator;
47 static u32 art_to_tsc_denominator;
48 static u64 art_to_tsc_offset;
49 struct clocksource *art_related_clocksource;
50
51 /*
52  * Use a ring-buffer like data structure, where a writer advances the head by
53  * writing a new data entry and a reader advances the tail when it observes a
54  * new entry.
55  *
56  * Writers are made to wait on readers until there's space to write a new
57  * entry.
58  *
59  * This means that we can always use an {offset, mul} pair to compute a ns
60  * value that is 'roughly' in the right direction, even if we're writing a new
61  * {offset, mul} pair during the clock read.
62  *
63  * The down-side is that we can no longer guarantee strict monotonicity anymore
64  * (assuming the TSC was that to begin with), because while we compute the
65  * intersection point of the two clock slopes and make sure the time is
66  * continuous at the point of switching; we can no longer guarantee a reader is
67  * strictly before or after the switch point.
68  *
69  * It does mean a reader no longer needs to disable IRQs in order to avoid
70  * CPU-Freq updates messing with his times, and similarly an NMI reader will
71  * no longer run the risk of hitting half-written state.
72  */
73
74 struct cyc2ns {
75         struct cyc2ns_data data[2];     /*  0 + 2*24 = 48 */
76         struct cyc2ns_data *head;       /* 48 + 8    = 56 */
77         struct cyc2ns_data *tail;       /* 56 + 8    = 64 */
78 }; /* exactly fits one cacheline */
79
80 static DEFINE_PER_CPU_ALIGNED(struct cyc2ns, cyc2ns);
81
82 struct cyc2ns_data *cyc2ns_read_begin(void)
83 {
84         struct cyc2ns_data *head;
85
86         preempt_disable();
87
88         head = this_cpu_read(cyc2ns.head);
89         /*
90          * Ensure we observe the entry when we observe the pointer to it.
91          * matches the wmb from cyc2ns_write_end().
92          */
93         smp_read_barrier_depends();
94         head->__count++;
95         barrier();
96
97         return head;
98 }
99
100 void cyc2ns_read_end(struct cyc2ns_data *head)
101 {
102         barrier();
103         /*
104          * If we're the outer most nested read; update the tail pointer
105          * when we're done. This notifies possible pending writers
106          * that we've observed the head pointer and that the other
107          * entry is now free.
108          */
109         if (!--head->__count) {
110                 /*
111                  * x86-TSO does not reorder writes with older reads;
112                  * therefore once this write becomes visible to another
113                  * cpu, we must be finished reading the cyc2ns_data.
114                  *
115                  * matches with cyc2ns_write_begin().
116                  */
117                 this_cpu_write(cyc2ns.tail, head);
118         }
119         preempt_enable();
120 }
121
122 /*
123  * Begin writing a new @data entry for @cpu.
124  *
125  * Assumes some sort of write side lock; currently 'provided' by the assumption
126  * that cpufreq will call its notifiers sequentially.
127  */
128 static struct cyc2ns_data *cyc2ns_write_begin(int cpu)
129 {
130         struct cyc2ns *c2n = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
131         struct cyc2ns_data *data = c2n->data;
132
133         if (data == c2n->head)
134                 data++;
135
136         /* XXX send an IPI to @cpu in order to guarantee a read? */
137
138         /*
139          * When we observe the tail write from cyc2ns_read_end(),
140          * the cpu must be done with that entry and its safe
141          * to start writing to it.
142          */
143         while (c2n->tail == data)
144                 cpu_relax();
145
146         return data;
147 }
148
149 static void cyc2ns_write_end(int cpu, struct cyc2ns_data *data)
150 {
151         struct cyc2ns *c2n = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
152
153         /*
154          * Ensure the @data writes are visible before we publish the
155          * entry. Matches the data-depencency in cyc2ns_read_begin().
156          */
157         smp_wmb();
158
159         ACCESS_ONCE(c2n->head) = data;
160 }
161
162 /*
163  * Accelerators for sched_clock()
164  * convert from cycles(64bits) => nanoseconds (64bits)
165  *  basic equation:
166  *              ns = cycles / (freq / ns_per_sec)
167  *              ns = cycles * (ns_per_sec / freq)
168  *              ns = cycles * (10^9 / (cpu_khz * 10^3))
169  *              ns = cycles * (10^6 / cpu_khz)
170  *
171  *      Then we use scaling math (suggested by george@mvista.com) to get:
172  *              ns = cycles * (10^6 * SC / cpu_khz) / SC
173  *              ns = cycles * cyc2ns_scale / SC
174  *
175  *      And since SC is a constant power of two, we can convert the div
176  *  into a shift. The larger SC is, the more accurate the conversion, but
177  *  cyc2ns_scale needs to be a 32-bit value so that 32-bit multiplication
178  *  (64-bit result) can be used.
179  *
180  *  We can use khz divisor instead of mhz to keep a better precision.
181  *  (mathieu.desnoyers@polymtl.ca)
182  *
183  *                      -johnstul@us.ibm.com "math is hard, lets go shopping!"
184  */
185
186 static void cyc2ns_data_init(struct cyc2ns_data *data)
187 {
188         data->cyc2ns_mul = 0;
189         data->cyc2ns_shift = 0;
190         data->cyc2ns_offset = 0;
191         data->__count = 0;
192 }
193
194 static void cyc2ns_init(int cpu)
195 {
196         struct cyc2ns *c2n = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
197
198         cyc2ns_data_init(&c2n->data[0]);
199         cyc2ns_data_init(&c2n->data[1]);
200
201         c2n->head = c2n->data;
202         c2n->tail = c2n->data;
203 }
204
205 static inline unsigned long long cycles_2_ns(unsigned long long cyc)
206 {
207         struct cyc2ns_data *data, *tail;
208         unsigned long long ns;
209
210         /*
211          * See cyc2ns_read_*() for details; replicated in order to avoid
212          * an extra few instructions that came with the abstraction.
213          * Notable, it allows us to only do the __count and tail update
214          * dance when its actually needed.
215          */
216
217         preempt_disable_notrace();
218         data = this_cpu_read(cyc2ns.head);
219         tail = this_cpu_read(cyc2ns.tail);
220
221         if (likely(data == tail)) {
222                 ns = data->cyc2ns_offset;
223                 ns += mul_u64_u32_shr(cyc, data->cyc2ns_mul, data->cyc2ns_shift);
224         } else {
225                 data->__count++;
226
227                 barrier();
228
229                 ns = data->cyc2ns_offset;
230                 ns += mul_u64_u32_shr(cyc, data->cyc2ns_mul, data->cyc2ns_shift);
231
232                 barrier();
233
234                 if (!--data->__count)
235                         this_cpu_write(cyc2ns.tail, data);
236         }
237         preempt_enable_notrace();
238
239         return ns;
240 }
241
242 static void set_cyc2ns_scale(unsigned long cpu_khz, int cpu)
243 {
244         unsigned long long tsc_now, ns_now;
245         struct cyc2ns_data *data;
246         unsigned long flags;
247
248         local_irq_save(flags);
249         sched_clock_idle_sleep_event();
250
251         if (!cpu_khz)
252                 goto done;
253
254         data = cyc2ns_write_begin(cpu);
255
256         tsc_now = rdtsc();
257         ns_now = cycles_2_ns(tsc_now);
258
259         /*
260          * Compute a new multiplier as per the above comment and ensure our
261          * time function is continuous; see the comment near struct
262          * cyc2ns_data.
263          */
264         clocks_calc_mult_shift(&data->cyc2ns_mul, &data->cyc2ns_shift, cpu_khz,
265                                NSEC_PER_MSEC, 0);
266
267         /*
268          * cyc2ns_shift is exported via arch_perf_update_userpage() where it is
269          * not expected to be greater than 31 due to the original published
270          * conversion algorithm shifting a 32-bit value (now specifies a 64-bit
271          * value) - refer perf_event_mmap_page documentation in perf_event.h.
272          */
273         if (data->cyc2ns_shift == 32) {
274                 data->cyc2ns_shift = 31;
275                 data->cyc2ns_mul >>= 1;
276         }
277
278         data->cyc2ns_offset = ns_now -
279                 mul_u64_u32_shr(tsc_now, data->cyc2ns_mul, data->cyc2ns_shift);
280
281         cyc2ns_write_end(cpu, data);
282
283 done:
284         sched_clock_idle_wakeup_event(0);
285         local_irq_restore(flags);
286 }
287 /*
288  * Scheduler clock - returns current time in nanosec units.
289  */
290 u64 native_sched_clock(void)
291 {
292         if (static_branch_likely(&__use_tsc)) {
293                 u64 tsc_now = rdtsc();
294
295                 /* return the value in ns */
296                 return cycles_2_ns(tsc_now);
297         }
298
299         /*
300          * Fall back to jiffies if there's no TSC available:
301          * ( But note that we still use it if the TSC is marked
302          *   unstable. We do this because unlike Time Of Day,
303          *   the scheduler clock tolerates small errors and it's
304          *   very important for it to be as fast as the platform
305          *   can achieve it. )
306          */
307
308         /* No locking but a rare wrong value is not a big deal: */
309         return (jiffies_64 - INITIAL_JIFFIES) * (1000000000 / HZ);
310 }
311
312 /*
313  * Generate a sched_clock if you already have a TSC value.
314  */
315 u64 native_sched_clock_from_tsc(u64 tsc)
316 {
317         return cycles_2_ns(tsc);
318 }
319
320 /* We need to define a real function for sched_clock, to override the
321    weak default version */
322 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
323 unsigned long long sched_clock(void)
324 {
325         return paravirt_sched_clock();
326 }
327 #else
328 unsigned long long
329 sched_clock(void) __attribute__((alias("native_sched_clock")));
330 #endif
331
332 int check_tsc_unstable(void)
333 {
334         return tsc_unstable;
335 }
336 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_tsc_unstable);
337
338 int check_tsc_disabled(void)
339 {
340         return tsc_disabled;
341 }
342 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_tsc_disabled);
343
344 #ifdef CONFIG_X86_TSC
345 int __init notsc_setup(char *str)
346 {
347         pr_warn("Kernel compiled with CONFIG_X86_TSC, cannot disable TSC completely\n");
348         tsc_disabled = 1;
349         return 1;
350 }
351 #else
352 /*
353  * disable flag for tsc. Takes effect by clearing the TSC cpu flag
354  * in cpu/common.c
355  */
356 int __init notsc_setup(char *str)
357 {
358         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC);
359         return 1;
360 }
361 #endif
362
363 __setup("notsc", notsc_setup);
364
365 static int no_sched_irq_time;
366
367 static int __init tsc_setup(char *str)
368 {
369         if (!strcmp(str, "reliable"))
370                 tsc_clocksource_reliable = 1;
371         if (!strncmp(str, "noirqtime", 9))
372                 no_sched_irq_time = 1;
373         return 1;
374 }
375
376 __setup("tsc=", tsc_setup);
377
378 #define MAX_RETRIES     5
379 #define SMI_TRESHOLD    50000
380
381 /*
382  * Read TSC and the reference counters. Take care of SMI disturbance
383  */
384 static u64 tsc_read_refs(u64 *p, int hpet)
385 {
386         u64 t1, t2;
387         int i;
388
389         for (i = 0; i < MAX_RETRIES; i++) {
390                 t1 = get_cycles();
391                 if (hpet)
392                         *p = hpet_readl(HPET_COUNTER) & 0xFFFFFFFF;
393                 else
394                         *p = acpi_pm_read_early();
395                 t2 = get_cycles();
396                 if ((t2 - t1) < SMI_TRESHOLD)
397                         return t2;
398         }
399         return ULLONG_MAX;
400 }
401
402 /*
403  * Calculate the TSC frequency from HPET reference
404  */
405 static unsigned long calc_hpet_ref(u64 deltatsc, u64 hpet1, u64 hpet2)
406 {
407         u64 tmp;
408
409         if (hpet2 < hpet1)
410                 hpet2 += 0x100000000ULL;
411         hpet2 -= hpet1;
412         tmp = ((u64)hpet2 * hpet_readl(HPET_PERIOD));
413         do_div(tmp, 1000000);
414         do_div(deltatsc, tmp);
415
416         return (unsigned long) deltatsc;
417 }
418
419 /*
420  * Calculate the TSC frequency from PMTimer reference
421  */
422 static unsigned long calc_pmtimer_ref(u64 deltatsc, u64 pm1, u64 pm2)
423 {
424         u64 tmp;
425
426         if (!pm1 && !pm2)
427                 return ULONG_MAX;
428
429         if (pm2 < pm1)
430                 pm2 += (u64)ACPI_PM_OVRRUN;
431         pm2 -= pm1;
432         tmp = pm2 * 1000000000LL;
433         do_div(tmp, PMTMR_TICKS_PER_SEC);
434         do_div(deltatsc, tmp);
435
436         return (unsigned long) deltatsc;
437 }
438
439 #define CAL_MS          10
440 #define CAL_LATCH       (PIT_TICK_RATE / (1000 / CAL_MS))
441 #define CAL_PIT_LOOPS   1000
442
443 #define CAL2_MS         50
444 #define CAL2_LATCH      (PIT_TICK_RATE / (1000 / CAL2_MS))
445 #define CAL2_PIT_LOOPS  5000
446
447
448 /*
449  * Try to calibrate the TSC against the Programmable
450  * Interrupt Timer and return the frequency of the TSC
451  * in kHz.
452  *
453  * Return ULONG_MAX on failure to calibrate.
454  */
455 static unsigned long pit_calibrate_tsc(u32 latch, unsigned long ms, int loopmin)
456 {
457         u64 tsc, t1, t2, delta;
458         unsigned long tscmin, tscmax;
459         int pitcnt;
460
461         /* Set the Gate high, disable speaker */
462         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
463
464         /*
465          * Setup CTC channel 2* for mode 0, (interrupt on terminal
466          * count mode), binary count. Set the latch register to 50ms
467          * (LSB then MSB) to begin countdown.
468          */
469         outb(0xb0, 0x43);
470         outb(latch & 0xff, 0x42);
471         outb(latch >> 8, 0x42);
472
473         tsc = t1 = t2 = get_cycles();
474
475         pitcnt = 0;
476         tscmax = 0;
477         tscmin = ULONG_MAX;
478         while ((inb(0x61) & 0x20) == 0) {
479                 t2 = get_cycles();
480                 delta = t2 - tsc;
481                 tsc = t2;
482                 if ((unsigned long) delta < tscmin)
483                         tscmin = (unsigned int) delta;
484                 if ((unsigned long) delta > tscmax)
485                         tscmax = (unsigned int) delta;
486                 pitcnt++;
487         }
488
489         /*
490          * Sanity checks:
491          *
492          * If we were not able to read the PIT more than loopmin
493          * times, then we have been hit by a massive SMI
494          *
495          * If the maximum is 10 times larger than the minimum,
496          * then we got hit by an SMI as well.
497          */
498         if (pitcnt < loopmin || tscmax > 10 * tscmin)
499                 return ULONG_MAX;
500
501         /* Calculate the PIT value */
502         delta = t2 - t1;
503         do_div(delta, ms);
504         return delta;
505 }
506
507 /*
508  * This reads the current MSB of the PIT counter, and
509  * checks if we are running on sufficiently fast and
510  * non-virtualized hardware.
511  *
512  * Our expectations are:
513  *
514  *  - the PIT is running at roughly 1.19MHz
515  *
516  *  - each IO is going to take about 1us on real hardware,
517  *    but we allow it to be much faster (by a factor of 10) or
518  *    _slightly_ slower (ie we allow up to a 2us read+counter
519  *    update - anything else implies a unacceptably slow CPU
520  *    or PIT for the fast calibration to work.
521  *
522  *  - with 256 PIT ticks to read the value, we have 214us to
523  *    see the same MSB (and overhead like doing a single TSC
524  *    read per MSB value etc).
525  *
526  *  - We're doing 2 reads per loop (LSB, MSB), and we expect
527  *    them each to take about a microsecond on real hardware.
528  *    So we expect a count value of around 100. But we'll be
529  *    generous, and accept anything over 50.
530  *
531  *  - if the PIT is stuck, and we see *many* more reads, we
532  *    return early (and the next caller of pit_expect_msb()
533  *    then consider it a failure when they don't see the
534  *    next expected value).
535  *
536  * These expectations mean that we know that we have seen the
537  * transition from one expected value to another with a fairly
538  * high accuracy, and we didn't miss any events. We can thus
539  * use the TSC value at the transitions to calculate a pretty
540  * good value for the TSC frequencty.
541  */
542 static inline int pit_verify_msb(unsigned char val)
543 {
544         /* Ignore LSB */
545         inb(0x42);
546         return inb(0x42) == val;
547 }
548
549 static inline int pit_expect_msb(unsigned char val, u64 *tscp, unsigned long *deltap)
550 {
551         int count;
552         u64 tsc = 0, prev_tsc = 0;
553
554         for (count = 0; count < 50000; count++) {
555                 if (!pit_verify_msb(val))
556                         break;
557                 prev_tsc = tsc;
558                 tsc = get_cycles();
559         }
560         *deltap = get_cycles() - prev_tsc;
561         *tscp = tsc;
562
563         /*
564          * We require _some_ success, but the quality control
565          * will be based on the error terms on the TSC values.
566          */
567         return count > 5;
568 }
569
570 /*
571  * How many MSB values do we want to see? We aim for
572  * a maximum error rate of 500ppm (in practice the
573  * real error is much smaller), but refuse to spend
574  * more than 50ms on it.
575  */
576 #define MAX_QUICK_PIT_MS 50
577 #define MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS (MAX_QUICK_PIT_MS * PIT_TICK_RATE / 1000 / 256)
578
579 static unsigned long quick_pit_calibrate(void)
580 {
581         int i;
582         u64 tsc, delta;
583         unsigned long d1, d2;
584
585         /* Set the Gate high, disable speaker */
586         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
587
588         /*
589          * Counter 2, mode 0 (one-shot), binary count
590          *
591          * NOTE! Mode 2 decrements by two (and then the
592          * output is flipped each time, giving the same
593          * final output frequency as a decrement-by-one),
594          * so mode 0 is much better when looking at the
595          * individual counts.
596          */
597         outb(0xb0, 0x43);
598
599         /* Start at 0xffff */
600         outb(0xff, 0x42);
601         outb(0xff, 0x42);
602
603         /*
604          * The PIT starts counting at the next edge, so we
605          * need to delay for a microsecond. The easiest way
606          * to do that is to just read back the 16-bit counter
607          * once from the PIT.
608          */
609         pit_verify_msb(0);
610
611         if (pit_expect_msb(0xff, &tsc, &d1)) {
612                 for (i = 1; i <= MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS; i++) {
613                         if (!pit_expect_msb(0xff-i, &delta, &d2))
614                                 break;
615
616                         delta -= tsc;
617
618                         /*
619                          * Extrapolate the error and fail fast if the error will
620                          * never be below 500 ppm.
621                          */
622                         if (i == 1 &&
623                             d1 + d2 >= (delta * MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS) >> 11)
624                                 return 0;
625
626                         /*
627                          * Iterate until the error is less than 500 ppm
628                          */
629                         if (d1+d2 >= delta >> 11)
630                                 continue;
631
632                         /*
633                          * Check the PIT one more time to verify that
634                          * all TSC reads were stable wrt the PIT.
635                          *
636                          * This also guarantees serialization of the
637                          * last cycle read ('d2') in pit_expect_msb.
638                          */
639                         if (!pit_verify_msb(0xfe - i))
640                                 break;
641                         goto success;
642                 }
643         }
644         pr_info("Fast TSC calibration failed\n");
645         return 0;
646
647 success:
648         /*
649          * Ok, if we get here, then we've seen the
650          * MSB of the PIT decrement 'i' times, and the
651          * error has shrunk to less than 500 ppm.
652          *
653          * As a result, we can depend on there not being
654          * any odd delays anywhere, and the TSC reads are
655          * reliable (within the error).
656          *
657          * kHz = ticks / time-in-seconds / 1000;
658          * kHz = (t2 - t1) / (I * 256 / PIT_TICK_RATE) / 1000
659          * kHz = ((t2 - t1) * PIT_TICK_RATE) / (I * 256 * 1000)
660          */
661         delta *= PIT_TICK_RATE;
662         do_div(delta, i*256*1000);
663         pr_info("Fast TSC calibration using PIT\n");
664         return delta;
665 }
666
667 /**
668  * native_calibrate_tsc - calibrate the tsc on boot
669  */
670 unsigned long native_calibrate_tsc(void)
671 {
672         u64 tsc1, tsc2, delta, ref1, ref2;
673         unsigned long tsc_pit_min = ULONG_MAX, tsc_ref_min = ULONG_MAX;
674         unsigned long flags, latch, ms, fast_calibrate;
675         int hpet = is_hpet_enabled(), i, loopmin;
676
677         /* Calibrate TSC using MSR for Intel Atom SoCs */
678         local_irq_save(flags);
679         fast_calibrate = try_msr_calibrate_tsc();
680         local_irq_restore(flags);
681         if (fast_calibrate)
682                 return fast_calibrate;
683
684         local_irq_save(flags);
685         fast_calibrate = quick_pit_calibrate();
686         local_irq_restore(flags);
687         if (fast_calibrate)
688                 return fast_calibrate;
689
690         /*
691          * Run 5 calibration loops to get the lowest frequency value
692          * (the best estimate). We use two different calibration modes
693          * here:
694          *
695          * 1) PIT loop. We set the PIT Channel 2 to oneshot mode and
696          * load a timeout of 50ms. We read the time right after we
697          * started the timer and wait until the PIT count down reaches
698          * zero. In each wait loop iteration we read the TSC and check
699          * the delta to the previous read. We keep track of the min
700          * and max values of that delta. The delta is mostly defined
701          * by the IO time of the PIT access, so we can detect when a
702          * SMI/SMM disturbance happened between the two reads. If the
703          * maximum time is significantly larger than the minimum time,
704          * then we discard the result and have another try.
705          *
706          * 2) Reference counter. If available we use the HPET or the
707          * PMTIMER as a reference to check the sanity of that value.
708          * We use separate TSC readouts and check inside of the
709          * reference read for a SMI/SMM disturbance. We dicard
710          * disturbed values here as well. We do that around the PIT
711          * calibration delay loop as we have to wait for a certain
712          * amount of time anyway.
713          */
714
715         /* Preset PIT loop values */
716         latch = CAL_LATCH;
717         ms = CAL_MS;
718         loopmin = CAL_PIT_LOOPS;
719
720         for (i = 0; i < 3; i++) {
721                 unsigned long tsc_pit_khz;
722
723                 /*
724                  * Read the start value and the reference count of
725                  * hpet/pmtimer when available. Then do the PIT
726                  * calibration, which will take at least 50ms, and
727                  * read the end value.
728                  */
729                 local_irq_save(flags);
730                 tsc1 = tsc_read_refs(&ref1, hpet);
731                 tsc_pit_khz = pit_calibrate_tsc(latch, ms, loopmin);
732                 tsc2 = tsc_read_refs(&ref2, hpet);
733                 local_irq_restore(flags);
734
735                 /* Pick the lowest PIT TSC calibration so far */
736                 tsc_pit_min = min(tsc_pit_min, tsc_pit_khz);
737
738                 /* hpet or pmtimer available ? */
739                 if (ref1 == ref2)
740                         continue;
741
742                 /* Check, whether the sampling was disturbed by an SMI */
743                 if (tsc1 == ULLONG_MAX || tsc2 == ULLONG_MAX)
744                         continue;
745
746                 tsc2 = (tsc2 - tsc1) * 1000000LL;
747                 if (hpet)
748                         tsc2 = calc_hpet_ref(tsc2, ref1, ref2);
749                 else
750                         tsc2 = calc_pmtimer_ref(tsc2, ref1, ref2);
751
752                 tsc_ref_min = min(tsc_ref_min, (unsigned long) tsc2);
753
754                 /* Check the reference deviation */
755                 delta = ((u64) tsc_pit_min) * 100;
756                 do_div(delta, tsc_ref_min);
757
758                 /*
759                  * If both calibration results are inside a 10% window
760                  * then we can be sure, that the calibration
761                  * succeeded. We break out of the loop right away. We
762                  * use the reference value, as it is more precise.
763                  */
764                 if (delta >= 90 && delta <= 110) {
765                         pr_info("PIT calibration matches %s. %d loops\n",
766                                 hpet ? "HPET" : "PMTIMER", i + 1);
767                         return tsc_ref_min;
768                 }
769
770                 /*
771                  * Check whether PIT failed more than once. This
772                  * happens in virtualized environments. We need to
773                  * give the virtual PC a slightly longer timeframe for
774                  * the HPET/PMTIMER to make the result precise.
775                  */
776                 if (i == 1 && tsc_pit_min == ULONG_MAX) {
777                         latch = CAL2_LATCH;
778                         ms = CAL2_MS;
779                         loopmin = CAL2_PIT_LOOPS;
780                 }
781         }
782
783         /*
784          * Now check the results.
785          */
786         if (tsc_pit_min == ULONG_MAX) {
787                 /* PIT gave no useful value */
788                 pr_warn("Unable to calibrate against PIT\n");
789
790                 /* We don't have an alternative source, disable TSC */
791                 if (!hpet && !ref1 && !ref2) {
792                         pr_notice("No reference (HPET/PMTIMER) available\n");
793                         return 0;
794                 }
795
796                 /* The alternative source failed as well, disable TSC */
797                 if (tsc_ref_min == ULONG_MAX) {
798                         pr_warn("HPET/PMTIMER calibration failed\n");
799                         return 0;
800                 }
801
802                 /* Use the alternative source */
803                 pr_info("using %s reference calibration\n",
804                         hpet ? "HPET" : "PMTIMER");
805
806                 return tsc_ref_min;
807         }
808
809         /* We don't have an alternative source, use the PIT calibration value */
810         if (!hpet && !ref1 && !ref2) {
811                 pr_info("Using PIT calibration value\n");
812                 return tsc_pit_min;
813         }
814
815         /* The alternative source failed, use the PIT calibration value */
816         if (tsc_ref_min == ULONG_MAX) {
817                 pr_warn("HPET/PMTIMER calibration failed. Using PIT calibration.\n");
818                 return tsc_pit_min;
819         }
820
821         /*
822          * The calibration values differ too much. In doubt, we use
823          * the PIT value as we know that there are PMTIMERs around
824          * running at double speed. At least we let the user know:
825          */
826         pr_warn("PIT calibration deviates from %s: %lu %lu\n",
827                 hpet ? "HPET" : "PMTIMER", tsc_pit_min, tsc_ref_min);
828         pr_info("Using PIT calibration value\n");
829         return tsc_pit_min;
830 }
831
832 int recalibrate_cpu_khz(void)
833 {
834 #ifndef CONFIG_SMP
835         unsigned long cpu_khz_old = cpu_khz;
836
837         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC))
838                 return -ENODEV;
839
840         tsc_khz = x86_platform.calibrate_tsc();
841         cpu_khz = tsc_khz;
842         cpu_data(0).loops_per_jiffy = cpufreq_scale(cpu_data(0).loops_per_jiffy,
843                                                     cpu_khz_old, cpu_khz);
844
845         return 0;
846 #else
847         return -ENODEV;
848 #endif
849 }
850
851 EXPORT_SYMBOL(recalibrate_cpu_khz);
852
853
854 static unsigned long long cyc2ns_suspend;
855
856 void tsc_save_sched_clock_state(void)
857 {
858         if (!sched_clock_stable())
859                 return;
860
861         cyc2ns_suspend = sched_clock();
862 }
863
864 /*
865  * Even on processors with invariant TSC, TSC gets reset in some the
866  * ACPI system sleep states. And in some systems BIOS seem to reinit TSC to
867  * arbitrary value (still sync'd across cpu's) during resume from such sleep
868  * states. To cope up with this, recompute the cyc2ns_offset for each cpu so
869  * that sched_clock() continues from the point where it was left off during
870  * suspend.
871  */
872 void tsc_restore_sched_clock_state(void)
873 {
874         unsigned long long offset;
875         unsigned long flags;
876         int cpu;
877
878         if (!sched_clock_stable())
879                 return;
880
881         local_irq_save(flags);
882
883         /*
884          * We're coming out of suspend, there's no concurrency yet; don't
885          * bother being nice about the RCU stuff, just write to both
886          * data fields.
887          */
888
889         this_cpu_write(cyc2ns.data[0].cyc2ns_offset, 0);
890         this_cpu_write(cyc2ns.data[1].cyc2ns_offset, 0);
891
892         offset = cyc2ns_suspend - sched_clock();
893
894         for_each_possible_cpu(cpu) {
895                 per_cpu(cyc2ns.data[0].cyc2ns_offset, cpu) = offset;
896                 per_cpu(cyc2ns.data[1].cyc2ns_offset, cpu) = offset;
897         }
898
899         local_irq_restore(flags);
900 }
901
902 #ifdef CONFIG_CPU_FREQ
903
904 /* Frequency scaling support. Adjust the TSC based timer when the cpu frequency
905  * changes.
906  *
907  * RED-PEN: On SMP we assume all CPUs run with the same frequency.  It's
908  * not that important because current Opteron setups do not support
909  * scaling on SMP anyroads.
910  *
911  * Should fix up last_tsc too. Currently gettimeofday in the
912  * first tick after the change will be slightly wrong.
913  */
914
915 static unsigned int  ref_freq;
916 static unsigned long loops_per_jiffy_ref;
917 static unsigned long tsc_khz_ref;
918
919 static int time_cpufreq_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long val,
920                                 void *data)
921 {
922         struct cpufreq_freqs *freq = data;
923         unsigned long *lpj;
924
925         lpj = &boot_cpu_data.loops_per_jiffy;
926 #ifdef CONFIG_SMP
927         if (!(freq->flags & CPUFREQ_CONST_LOOPS))
928                 lpj = &cpu_data(freq->cpu).loops_per_jiffy;
929 #endif
930
931         if (!ref_freq) {
932                 ref_freq = freq->old;
933                 loops_per_jiffy_ref = *lpj;
934                 tsc_khz_ref = tsc_khz;
935         }
936         if ((val == CPUFREQ_PRECHANGE  && freq->old < freq->new) ||
937                         (val == CPUFREQ_POSTCHANGE && freq->old > freq->new)) {
938                 *lpj = cpufreq_scale(loops_per_jiffy_ref, ref_freq, freq->new);
939
940                 tsc_khz = cpufreq_scale(tsc_khz_ref, ref_freq, freq->new);
941                 if (!(freq->flags & CPUFREQ_CONST_LOOPS))
942                         mark_tsc_unstable("cpufreq changes");
943
944                 set_cyc2ns_scale(tsc_khz, freq->cpu);
945         }
946
947         return 0;
948 }
949
950 static struct notifier_block time_cpufreq_notifier_block = {
951         .notifier_call  = time_cpufreq_notifier
952 };
953
954 static int __init cpufreq_register_tsc_scaling(void)
955 {
956         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC))
957                 return 0;
958         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
959                 return 0;
960         cpufreq_register_notifier(&time_cpufreq_notifier_block,
961                                 CPUFREQ_TRANSITION_NOTIFIER);
962         return 0;
963 }
964
965 core_initcall(cpufreq_register_tsc_scaling);
966
967 #endif /* CONFIG_CPU_FREQ */
968
969 #define ART_CPUID_LEAF (0x15)
970 #define ART_MIN_DENOMINATOR (1)
971
972
973 /*
974  * If ART is present detect the numerator:denominator to convert to TSC
975  */
976 static void detect_art(void)
977 {
978         unsigned int unused[2];
979
980         if (boot_cpu_data.cpuid_level < ART_CPUID_LEAF)
981                 return;
982
983         cpuid(ART_CPUID_LEAF, &art_to_tsc_denominator,
984               &art_to_tsc_numerator, unused, unused+1);
985
986         /* Don't enable ART in a VM, non-stop TSC required */
987         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_HYPERVISOR) ||
988             !boot_cpu_has(X86_FEATURE_NONSTOP_TSC) ||
989             art_to_tsc_denominator < ART_MIN_DENOMINATOR)
990                 return;
991
992         if (rdmsrl_safe(MSR_IA32_TSC_ADJUST, &art_to_tsc_offset))
993                 return;
994
995         /* Make this sticky over multiple CPU init calls */
996         setup_force_cpu_cap(X86_FEATURE_ART);
997 }
998
999
1000 /* clocksource code */
1001
1002 static struct clocksource clocksource_tsc;
1003
1004 /*
1005  * We used to compare the TSC to the cycle_last value in the clocksource
1006  * structure to avoid a nasty time-warp. This can be observed in a
1007  * very small window right after one CPU updated cycle_last under
1008  * xtime/vsyscall_gtod lock and the other CPU reads a TSC value which
1009  * is smaller than the cycle_last reference value due to a TSC which
1010  * is slighty behind. This delta is nowhere else observable, but in
1011  * that case it results in a forward time jump in the range of hours
1012  * due to the unsigned delta calculation of the time keeping core
1013  * code, which is necessary to support wrapping clocksources like pm
1014  * timer.
1015  *
1016  * This sanity check is now done in the core timekeeping code.
1017  * checking the result of read_tsc() - cycle_last for being negative.
1018  * That works because CLOCKSOURCE_MASK(64) does not mask out any bit.
1019  */
1020 static cycle_t read_tsc(struct clocksource *cs)
1021 {
1022         return (cycle_t)rdtsc_ordered();
1023 }
1024
1025 /*
1026  * .mask MUST be CLOCKSOURCE_MASK(64). See comment above read_tsc()
1027  */
1028 static struct clocksource clocksource_tsc = {
1029         .name                   = "tsc",
1030         .rating                 = 300,
1031         .read                   = read_tsc,
1032         .mask                   = CLOCKSOURCE_MASK(64),
1033         .flags                  = CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS |
1034                                   CLOCK_SOURCE_MUST_VERIFY,
1035         .archdata               = { .vclock_mode = VCLOCK_TSC },
1036 };
1037
1038 void mark_tsc_unstable(char *reason)
1039 {
1040         if (!tsc_unstable) {
1041                 tsc_unstable = 1;
1042                 clear_sched_clock_stable();
1043                 disable_sched_clock_irqtime();
1044                 pr_info("Marking TSC unstable due to %s\n", reason);
1045                 /* Change only the rating, when not registered */
1046                 if (clocksource_tsc.mult)
1047                         clocksource_mark_unstable(&clocksource_tsc);
1048                 else {
1049                         clocksource_tsc.flags |= CLOCK_SOURCE_UNSTABLE;
1050                         clocksource_tsc.rating = 0;
1051                 }
1052         }
1053 }
1054
1055 EXPORT_SYMBOL_GPL(mark_tsc_unstable);
1056
1057 static void __init check_system_tsc_reliable(void)
1058 {
1059 #if defined(CONFIG_MGEODEGX1) || defined(CONFIG_MGEODE_LX) || defined(CONFIG_X86_GENERIC)
1060         if (is_geode_lx()) {
1061                 /* RTSC counts during suspend */
1062 #define RTSC_SUSP 0x100
1063                 unsigned long res_low, res_high;
1064
1065                 rdmsr_safe(MSR_GEODE_BUSCONT_CONF0, &res_low, &res_high);
1066                 /* Geode_LX - the OLPC CPU has a very reliable TSC */
1067                 if (res_low & RTSC_SUSP)
1068                         tsc_clocksource_reliable = 1;
1069         }
1070 #endif
1071         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC_RELIABLE))
1072                 tsc_clocksource_reliable = 1;
1073 }
1074
1075 /*
1076  * Make an educated guess if the TSC is trustworthy and synchronized
1077  * over all CPUs.
1078  */
1079 int unsynchronized_tsc(void)
1080 {
1081         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC) || tsc_unstable)
1082                 return 1;
1083
1084 #ifdef CONFIG_SMP
1085         if (apic_is_clustered_box())
1086                 return 1;
1087 #endif
1088
1089         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
1090                 return 0;
1091
1092         if (tsc_clocksource_reliable)
1093                 return 0;
1094         /*
1095          * Intel systems are normally all synchronized.
1096          * Exceptions must mark TSC as unstable:
1097          */
1098         if (boot_cpu_data.x86_vendor != X86_VENDOR_INTEL) {
1099                 /* assume multi socket systems are not synchronized: */
1100                 if (num_possible_cpus() > 1)
1101                         return 1;
1102         }
1103
1104         return 0;
1105 }
1106
1107 /*
1108  * Convert ART to TSC given numerator/denominator found in detect_art()
1109  */
1110 struct system_counterval_t convert_art_to_tsc(cycle_t art)
1111 {
1112         u64 tmp, res, rem;
1113
1114         rem = do_div(art, art_to_tsc_denominator);
1115
1116         res = art * art_to_tsc_numerator;
1117         tmp = rem * art_to_tsc_numerator;
1118
1119         do_div(tmp, art_to_tsc_denominator);
1120         res += tmp + art_to_tsc_offset;
1121
1122         return (struct system_counterval_t) {.cs = art_related_clocksource,
1123                         .cycles = res};
1124 }
1125 EXPORT_SYMBOL(convert_art_to_tsc);
1126
1127 static void tsc_refine_calibration_work(struct work_struct *work);
1128 static DECLARE_DELAYED_WORK(tsc_irqwork, tsc_refine_calibration_work);
1129 /**
1130  * tsc_refine_calibration_work - Further refine tsc freq calibration
1131  * @work - ignored.
1132  *
1133  * This functions uses delayed work over a period of a
1134  * second to further refine the TSC freq value. Since this is
1135  * timer based, instead of loop based, we don't block the boot
1136  * process while this longer calibration is done.
1137  *
1138  * If there are any calibration anomalies (too many SMIs, etc),
1139  * or the refined calibration is off by 1% of the fast early
1140  * calibration, we throw out the new calibration and use the
1141  * early calibration.
1142  */
1143 static void tsc_refine_calibration_work(struct work_struct *work)
1144 {
1145         static u64 tsc_start = -1, ref_start;
1146         static int hpet;
1147         u64 tsc_stop, ref_stop, delta;
1148         unsigned long freq;
1149
1150         /* Don't bother refining TSC on unstable systems */
1151         if (check_tsc_unstable())
1152                 goto out;
1153
1154         /*
1155          * Since the work is started early in boot, we may be
1156          * delayed the first time we expire. So set the workqueue
1157          * again once we know timers are working.
1158          */
1159         if (tsc_start == -1) {
1160                 /*
1161                  * Only set hpet once, to avoid mixing hardware
1162                  * if the hpet becomes enabled later.
1163                  */
1164                 hpet = is_hpet_enabled();
1165                 schedule_delayed_work(&tsc_irqwork, HZ);
1166                 tsc_start = tsc_read_refs(&ref_start, hpet);
1167                 return;
1168         }
1169
1170         tsc_stop = tsc_read_refs(&ref_stop, hpet);
1171
1172         /* hpet or pmtimer available ? */
1173         if (ref_start == ref_stop)
1174                 goto out;
1175
1176         /* Check, whether the sampling was disturbed by an SMI */
1177         if (tsc_start == ULLONG_MAX || tsc_stop == ULLONG_MAX)
1178                 goto out;
1179
1180         delta = tsc_stop - tsc_start;
1181         delta *= 1000000LL;
1182         if (hpet)
1183                 freq = calc_hpet_ref(delta, ref_start, ref_stop);
1184         else
1185                 freq = calc_pmtimer_ref(delta, ref_start, ref_stop);
1186
1187         /* Make sure we're within 1% */
1188         if (abs(tsc_khz - freq) > tsc_khz/100)
1189                 goto out;
1190
1191         tsc_khz = freq;
1192         pr_info("Refined TSC clocksource calibration: %lu.%03lu MHz\n",
1193                 (unsigned long)tsc_khz / 1000,
1194                 (unsigned long)tsc_khz % 1000);
1195
1196 out:
1197         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_ART))
1198                 art_related_clocksource = &clocksource_tsc;
1199         clocksource_register_khz(&clocksource_tsc, tsc_khz);
1200 }
1201
1202
1203 static int __init init_tsc_clocksource(void)
1204 {
1205         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC) || tsc_disabled > 0 || !tsc_khz)
1206                 return 0;
1207
1208         if (tsc_clocksource_reliable)
1209                 clocksource_tsc.flags &= ~CLOCK_SOURCE_MUST_VERIFY;
1210         /* lower the rating if we already know its unstable: */
1211         if (check_tsc_unstable()) {
1212                 clocksource_tsc.rating = 0;
1213                 clocksource_tsc.flags &= ~CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS;
1214         }
1215
1216         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_NONSTOP_TSC_S3))
1217                 clocksource_tsc.flags |= CLOCK_SOURCE_SUSPEND_NONSTOP;
1218
1219         /*
1220          * Trust the results of the earlier calibration on systems
1221          * exporting a reliable TSC.
1222          */
1223         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC_RELIABLE)) {
1224                 clocksource_register_khz(&clocksource_tsc, tsc_khz);
1225                 return 0;
1226         }
1227
1228         schedule_delayed_work(&tsc_irqwork, 0);
1229         return 0;
1230 }
1231 /*
1232  * We use device_initcall here, to ensure we run after the hpet
1233  * is fully initialized, which may occur at fs_initcall time.
1234  */
1235 device_initcall(init_tsc_clocksource);
1236
1237 void __init tsc_init(void)
1238 {
1239         u64 lpj;
1240         int cpu;
1241
1242         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC)) {
1243                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC_DEADLINE_TIMER);
1244                 return;
1245         }
1246
1247         tsc_khz = x86_platform.calibrate_tsc();
1248         cpu_khz = tsc_khz;
1249
1250         if (!tsc_khz) {
1251                 mark_tsc_unstable("could not calculate TSC khz");
1252                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC_DEADLINE_TIMER);
1253                 return;
1254         }
1255
1256         pr_info("Detected %lu.%03lu MHz processor\n",
1257                 (unsigned long)cpu_khz / 1000,
1258                 (unsigned long)cpu_khz % 1000);
1259
1260         /*
1261          * Secondary CPUs do not run through tsc_init(), so set up
1262          * all the scale factors for all CPUs, assuming the same
1263          * speed as the bootup CPU. (cpufreq notifiers will fix this
1264          * up if their speed diverges)
1265          */
1266         for_each_possible_cpu(cpu) {
1267                 cyc2ns_init(cpu);
1268                 set_cyc2ns_scale(cpu_khz, cpu);
1269         }
1270
1271         if (tsc_disabled > 0)
1272                 return;
1273
1274         /* now allow native_sched_clock() to use rdtsc */
1275
1276         tsc_disabled = 0;
1277         static_branch_enable(&__use_tsc);
1278
1279         if (!no_sched_irq_time)
1280                 enable_sched_clock_irqtime();
1281
1282         lpj = ((u64)tsc_khz * 1000);
1283         do_div(lpj, HZ);
1284         lpj_fine = lpj;
1285
1286         use_tsc_delay();
1287
1288         if (unsynchronized_tsc())
1289                 mark_tsc_unstable("TSCs unsynchronized");
1290
1291         check_system_tsc_reliable();
1292
1293         detect_art();
1294 }
1295
1296 #ifdef CONFIG_SMP
1297 /*
1298  * If we have a constant TSC and are using the TSC for the delay loop,
1299  * we can skip clock calibration if another cpu in the same socket has already
1300  * been calibrated. This assumes that CONSTANT_TSC applies to all
1301  * cpus in the socket - this should be a safe assumption.
1302  */
1303 unsigned long calibrate_delay_is_known(void)
1304 {
1305         int sibling, cpu = smp_processor_id();
1306         struct cpumask *mask = topology_core_cpumask(cpu);
1307
1308         if (!tsc_disabled && !cpu_has(&cpu_data(cpu), X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
1309                 return 0;
1310
1311         if (!mask)
1312                 return 0;
1313
1314         sibling = cpumask_any_but(mask, cpu);
1315         if (sibling < nr_cpu_ids)
1316                 return cpu_data(sibling).loops_per_jiffy;
1317         return 0;
1318 }
1319 #endif