arch/alpha/kernel/time.c

   1 /*
   2  *  linux/arch/alpha/kernel/time.c
   3  *
   4  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1995, 1999, 2000  Linus Torvalds
   5  *
   6  * This file contains the PC-specific time handling details:
   7  * reading the RTC at bootup, etc..
   8  * 1994-07-02    Alan Modra
   9  *      fixed set_rtc_mmss, fixed time.year for >= 2000, new mktime
  10  * 1995-03-26    Markus Kuhn
  11  *      fixed 500 ms bug at call to set_rtc_mmss, fixed DS12887
  12  *      precision CMOS clock update
  13  * 1997-09-10   Updated NTP code according to technical memorandum Jan '96
  14  *              "A Kernel Model for Precision Timekeeping" by Dave Mills
  15  * 1997-01-09    Adrian Sun
  16  *      use interval timer if CONFIG_RTC=y
  17  * 1997-10-29    John Bowman (bowman@math.ualberta.ca)
  18  *      fixed tick loss calculation in timer_interrupt
  19  *      (round system clock to nearest tick instead of truncating)
  20  *      fixed algorithm in time_init for getting time from CMOS clock
  21  * 1999-04-16   Thorsten Kranzkowski (dl8bcu@gmx.net)
  22  *      fixed algorithm in do_gettimeofday() for calculating the precise time
  23  *      from processor cycle counter (now taking lost_ticks into account)
  24  * 2000-08-13   Jan-Benedict Glaw <jbglaw@lug-owl.de>
  25  *      Fixed time_init to be aware of epoches != 1900. This prevents
  26  *      booting up in 2048 for me;) Code is stolen from rtc.c.
  27  * 2003-06-03   R. Scott Bailey <scott.bailey@eds.com>
  28  *      Tighten sanity in time_init from 1% (10,000 PPM) to 250 PPM
  29  */
  30 #include <linux/errno.h>
  31 #include <linux/module.h>
  32 #include <linux/sched.h>
  33 #include <linux/kernel.h>
  34 #include <linux/param.h>
  35 #include <linux/string.h>
  36 #include <linux/mm.h>
  37 #include <linux/delay.h>
  38 #include <linux/ioport.h>
  39 #include <linux/irq.h>
  40 #include <linux/interrupt.h>
  41 #include <linux/init.h>
  42 #include <linux/bcd.h>
  43 #include <linux/profile.h>
  44
  45 #include <asm/uaccess.h>
  46 #include <asm/io.h>
  47 #include <asm/hwrpb.h>
  48 #include <asm/8253pit.h>
  49
  50 #include <linux/mc146818rtc.h>
  51 #include <linux/time.h>
  52 #include <linux/timex.h>
  53
  54 #include "proto.h"
  55 #include "irq_impl.h"
  56
  57 static int set_rtc_mmss(unsigned long);
  58
  59 DEFINE_SPINLOCK(rtc_lock);
  60 EXPORT_SYMBOL(rtc_lock);
  61
  62 #define TICK_SIZE (tick_nsec / 1000)
  63
  64 /*
  65  * Shift amount by which scaled_ticks_per_cycle is scaled.  Shifting
  66  * by 48 gives us 16 bits for HZ while keeping the accuracy good even
  67  * for large CPU clock rates.
  68  */
  69 #define FIX_SHIFT       48
  70
  71 /* lump static variables together for more efficient access: */
  72 static struct {
  73         /* cycle counter last time it got invoked */
  74         __u32 last_time;
  75         /* ticks/cycle * 2^48 */
  76         unsigned long scaled_ticks_per_cycle;
  77         /* last time the CMOS clock got updated */
  78         time_t last_rtc_update;
  79         /* partial unused tick */
  80         unsigned long partial_tick;
  81 } state;
  82
  83 unsigned long est_cycle_freq;
  84
  85
  86 static inline __u32 rpcc(void)
  87 {
  88     __u32 result;
  89     asm volatile ("rpcc %0" : "=r"(result));
  90     return result;
  91 }
  92
  93 /*
  94  * Scheduler clock - returns current time in nanosec units.
  95  *
  96  * Copied from ARM code for expediency... ;-}
  97  */
  98 unsigned long long sched_clock(void)
  99 {
 100         return (unsigned long long)jiffies * (1000000000 / HZ);
 101 }
 102
 103
 104 /*
 105  * timer_interrupt() needs to keep up the real-time clock,
 106  * as well as call the "do_timer()" routine every clocktick
 107  */
 108 irqreturn_t timer_interrupt(int irq, void *dev)
 109 {
 110         unsigned long delta;
 111         __u32 now;
 112         long nticks;
 113
 114 #ifndef CONFIG_SMP
 115         /* Not SMP, do kernel PC profiling here.  */
 116         profile_tick(CPU_PROFILING);
 117 #endif
 118
 119         write_seqlock(&xtime_lock);
 120
 121         /*
 122          * Calculate how many ticks have passed since the last update,
 123          * including any previous partial leftover.  Save any resulting
 124          * fraction for the next pass.
 125          */
 126         now = rpcc();
 127         delta = now - state.last_time;
 128         state.last_time = now;
 129         delta = delta * state.scaled_ticks_per_cycle + state.partial_tick;
 130         state.partial_tick = delta & ((1UL << FIX_SHIFT) - 1);
 131         nticks = delta >> FIX_SHIFT;
 132
 133         while (nticks > 0) {
 134                 do_timer(1);
 135 #ifndef CONFIG_SMP
 136                 update_process_times(user_mode(get_irq_regs()));
 137 #endif
 138                 nticks--;
 139         }
 140
 141         /*
 142          * If we have an externally synchronized Linux clock, then update
 143          * CMOS clock accordingly every ~11 minutes. Set_rtc_mmss() has to be
 144          * called as close as possible to 500 ms before the new second starts.
 145          */
 146         if (ntp_synced()
 147             && xtime.tv_sec > state.last_rtc_update + 660
 148             && xtime.tv_nsec >= 500000 - ((unsigned) TICK_SIZE) / 2
 149             && xtime.tv_nsec <= 500000 + ((unsigned) TICK_SIZE) / 2) {
 150                 int tmp = set_rtc_mmss(xtime.tv_sec);
 151                 state.last_rtc_update = xtime.tv_sec - (tmp ? 600 : 0);
 152         }
 153
 154         write_sequnlock(&xtime_lock);
 155         return IRQ_HANDLED;
 156 }
 157
 158 void
 159 common_init_rtc(void)
 160 {
 161         unsigned char x;
 162
 163         /* Reset periodic interrupt frequency.  */
 164         x = CMOS_READ(RTC_FREQ_SELECT) & 0x3f;
 165         /* Test includes known working values on various platforms
 166            where 0x26 is wrong; we refuse to change those. */
 167         if (x != 0x26 && x != 0x25 && x != 0x19 && x != 0x06) {
 168                 printk("Setting RTC_FREQ to 1024 Hz (%x)\n", x);
 169                 CMOS_WRITE(0x26, RTC_FREQ_SELECT);
 170         }
 171
 172         /* Turn on periodic interrupts.  */
 173         x = CMOS_READ(RTC_CONTROL);
 174         if (!(x & RTC_PIE)) {
 175                 printk("Turning on RTC interrupts.\n");
 176                 x |= RTC_PIE;
 177                 x &= ~(RTC_AIE | RTC_UIE);
 178                 CMOS_WRITE(x, RTC_CONTROL);
 179         }
 180         (void) CMOS_READ(RTC_INTR_FLAGS);
 181
 182         outb(0x36, 0x43);       /* pit counter 0: system timer */
 183         outb(0x00, 0x40);
 184         outb(0x00, 0x40);
 185
 186         outb(0xb6, 0x43);       /* pit counter 2: speaker */
 187         outb(0x31, 0x42);
 188         outb(0x13, 0x42);
 189
 190         init_rtc_irq();
 191 }
 192
 193
 194 /* Validate a computed cycle counter result against the known bounds for
 195    the given processor core.  There's too much brokenness in the way of
 196    timing hardware for any one method to work everywhere.  :-(
 197
 198    Return 0 if the result cannot be trusted, otherwise return the argument.  */
 199
 200 static unsigned long __init
 201 validate_cc_value(unsigned long cc)
 202 {
 203         static struct bounds {
 204                 unsigned int min, max;
 205         } cpu_hz[] __initdata = {
 206                 [EV3_CPU]    = {   50000000,  200000000 },      /* guess */
 207                 [EV4_CPU]    = {  100000000,  300000000 },
 208                 [LCA4_CPU]   = {  100000000,  300000000 },      /* guess */
 209                 [EV45_CPU]   = {  200000000,  300000000 },
 210                 [EV5_CPU]    = {  250000000,  433000000 },
 211                 [EV56_CPU]   = {  333000000,  667000000 },
 212                 [PCA56_CPU]  = {  400000000,  600000000 },      /* guess */
 213                 [PCA57_CPU]  = {  500000000,  600000000 },      /* guess */
 214                 [EV6_CPU]    = {  466000000,  600000000 },
 215                 [EV67_CPU]   = {  600000000,  750000000 },
 216                 [EV68AL_CPU] = {  750000000,  940000000 },
 217                 [EV68CB_CPU] = { 1000000000, 1333333333 },
 218                 /* None of the following are shipping as of 2001-11-01.  */
 219                 [EV68CX_CPU] = { 1000000000, 1700000000 },      /* guess */
 220                 [EV69_CPU]   = { 1000000000, 1700000000 },      /* guess */
 221                 [EV7_CPU]    = {  800000000, 1400000000 },      /* guess */
 222                 [EV79_CPU]   = { 1000000000, 2000000000 },      /* guess */
 223         };
 224
 225         /* Allow for some drift in the crystal.  10MHz is more than enough.  */
 226         const unsigned int deviation = 10000000;
 227
 228         struct percpu_struct *cpu;
 229         unsigned int index;
 230
 231         cpu = (struct percpu_struct *)((char*)hwrpb + hwrpb->processor_offset);
 232         index = cpu->type & 0xffffffff;
 233
 234         /* If index out of bounds, no way to validate.  */
 235         if (index >= ARRAY_SIZE(cpu_hz))
 236                 return cc;
 237
 238         /* If index contains no data, no way to validate.  */
 239         if (cpu_hz[index].max == 0)
 240                 return cc;
 241
 242         if (cc < cpu_hz[index].min - deviation
 243             || cc > cpu_hz[index].max + deviation)
 244                 return 0;
 245
 246         return cc;
 247 }
 248
 249
 250 /*
 251  * Calibrate CPU clock using legacy 8254 timer/counter. Stolen from
 252  * arch/i386/time.c.
 253  */
 254
 255 #define CALIBRATE_LATCH 0xffff
 256 #define TIMEOUT_COUNT   0x100000
 257
 258 static unsigned long __init
 259 calibrate_cc_with_pit(void)
 260 {
 261         int cc, count = 0;
 262
 263         /* Set the Gate high, disable speaker */
 264         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
 265
 266         /*
 267          * Now let's take care of CTC channel 2
 268          *
 269          * Set the Gate high, program CTC channel 2 for mode 0,
 270          * (interrupt on terminal count mode), binary count,
 271          * load 5 * LATCH count, (LSB and MSB) to begin countdown.
 272          */
 273         outb(0xb0, 0x43);               /* binary, mode 0, LSB/MSB, Ch 2 */
 274         outb(CALIBRATE_LATCH & 0xff, 0x42);     /* LSB of count */
 275         outb(CALIBRATE_LATCH >> 8, 0x42);       /* MSB of count */
 276
 277         cc = rpcc();
 278         do {
 279                 count++;
 280         } while ((inb(0x61) & 0x20) == 0 && count < TIMEOUT_COUNT);
 281         cc = rpcc() - cc;
 282
 283         /* Error: ECTCNEVERSET or ECPUTOOFAST.  */
 284         if (count <= 1 || count == TIMEOUT_COUNT)
 285                 return 0;
 286
 287         return ((long)cc * PIT_TICK_RATE) / (CALIBRATE_LATCH + 1);
 288 }
 289
 290 /* The Linux interpretation of the CMOS clock register contents:
 291    When the Update-In-Progress (UIP) flag goes from 1 to 0, the
 292    RTC registers show the second which has precisely just started.
 293    Let's hope other operating systems interpret the RTC the same way.  */
 294
 295 static unsigned long __init
 296 rpcc_after_update_in_progress(void)
 297 {
 298         do { } while (!(CMOS_READ(RTC_FREQ_SELECT) & RTC_UIP));
 299         do { } while (CMOS_READ(RTC_FREQ_SELECT) & RTC_UIP);
 300
 301         return rpcc();
 302 }
 303
 304 void __init
 305 time_init(void)
 306 {
 307         unsigned int year, mon, day, hour, min, sec, cc1, cc2, epoch;
 308         unsigned long cycle_freq, tolerance;
 309         long diff;
 310
 311         /* Calibrate CPU clock -- attempt #1.  */
 312         if (!est_cycle_freq)
 313                 est_cycle_freq = validate_cc_value(calibrate_cc_with_pit());
 314
 315         cc1 = rpcc();
 316
 317         /* Calibrate CPU clock -- attempt #2.  */
 318         if (!est_cycle_freq) {
 319                 cc1 = rpcc_after_update_in_progress();
 320                 cc2 = rpcc_after_update_in_progress();
 321                 est_cycle_freq = validate_cc_value(cc2 - cc1);
 322                 cc1 = cc2;
 323         }
 324
 325         cycle_freq = hwrpb->cycle_freq;
 326         if (est_cycle_freq) {
 327                 /* If the given value is within 250 PPM of what we calculated,
 328                    accept it.  Otherwise, use what we found.  */
 329                 tolerance = cycle_freq / 4000;
 330                 diff = cycle_freq - est_cycle_freq;
 331                 if (diff < 0)
 332                         diff = -diff;
 333                 if ((unsigned long)diff > tolerance) {
 334                         cycle_freq = est_cycle_freq;
 335                         printk("HWRPB cycle frequency bogus.  "
 336                                "Estimated %lu Hz\n", cycle_freq);
 337                 } else {
 338                         est_cycle_freq = 0;
 339                 }
 340         } else if (! validate_cc_value (cycle_freq)) {
 341                 printk("HWRPB cycle frequency bogus, "
 342                        "and unable to estimate a proper value!\n");
 343         }
 344
 345         /* From John Bowman <bowman@math.ualberta.ca>: allow the values
 346            to settle, as the Update-In-Progress bit going low isn't good
 347            enough on some hardware.  2ms is our guess; we haven't found
 348            bogomips yet, but this is close on a 500Mhz box.  */
 349         __delay(1000000);
 350
 351         sec = CMOS_READ(RTC_SECONDS);
 352         min = CMOS_READ(RTC_MINUTES);
 353         hour = CMOS_READ(RTC_HOURS);
 354         day = CMOS_READ(RTC_DAY_OF_MONTH);
 355         mon = CMOS_READ(RTC_MONTH);
 356         year = CMOS_READ(RTC_YEAR);
 357
 358         if (!(CMOS_READ(RTC_CONTROL) & RTC_DM_BINARY) || RTC_ALWAYS_BCD) {
 359                 BCD_TO_BIN(sec);
 360                 BCD_TO_BIN(min);
 361                 BCD_TO_BIN(hour);
 362                 BCD_TO_BIN(day);
 363                 BCD_TO_BIN(mon);
 364                 BCD_TO_BIN(year);
 365         }
 366
 367         /* PC-like is standard; used for year >= 70 */
 368         epoch = 1900;
 369         if (year < 20)
 370                 epoch = 2000;
 371         else if (year >= 20 && year < 48)
 372                 /* NT epoch */
 373                 epoch = 1980;
 374         else if (year >= 48 && year < 70)
 375                 /* Digital UNIX epoch */
 376                 epoch = 1952;
 377
 378         printk(KERN_INFO "Using epoch = %d\n", epoch);
 379
 380         if ((year += epoch) < 1970)
 381                 year += 100;
 382
 383         xtime.tv_sec = mktime(year, mon, day, hour, min, sec);
 384         xtime.tv_nsec = 0;
 385
 386         wall_to_monotonic.tv_sec -= xtime.tv_sec;
 387         wall_to_monotonic.tv_nsec = 0;
 388
 389         if (HZ > (1<<16)) {
 390                 extern void __you_loose (void);
 391                 __you_loose();
 392         }
 393
 394         state.last_time = cc1;
 395         state.scaled_ticks_per_cycle
 396                 = ((unsigned long) HZ << FIX_SHIFT) / cycle_freq;
 397         state.last_rtc_update = 0;
 398         state.partial_tick = 0L;
 399
 400         /* Startup the timer source. */
 401         alpha_mv.init_rtc();
 402 }
 403
 404 /*
 405  * Use the cycle counter to estimate an displacement from the last time
 406  * tick.  Unfortunately the Alpha designers made only the low 32-bits of
 407  * the cycle counter active, so we overflow on 8.2 seconds on a 500MHz
 408  * part.  So we can't do the "find absolute time in terms of cycles" thing
 409  * that the other ports do.
 410  */
 411 void
 412 do_gettimeofday(struct timeval *tv)
 413 {
 414         unsigned long flags;
 415         unsigned long sec, usec, seq;
 416         unsigned long delta_cycles, delta_usec, partial_tick;
 417
 418         do {
 419                 seq = read_seqbegin_irqsave(&xtime_lock, flags);
 420
 421                 delta_cycles = rpcc() - state.last_time;
 422                 sec = xtime.tv_sec;
 423                 usec = (xtime.tv_nsec / 1000);
 424                 partial_tick = state.partial_tick;
 425
 426         } while (read_seqretry_irqrestore(&xtime_lock, seq, flags));
 427
 428 #ifdef CONFIG_SMP
 429         /* Until and unless we figure out how to get cpu cycle counters
 430            in sync and keep them there, we can't use the rpcc tricks.  */
 431         delta_usec = 0;
 432 #else
 433         /*
 434          * usec = cycles * ticks_per_cycle * 2**48 * 1e6 / (2**48 * ticks)
 435          *      = cycles * (s_t_p_c) * 1e6 / (2**48 * ticks)
 436          *      = cycles * (s_t_p_c) * 15625 / (2**42 * ticks)
 437          *
 438          * which, given a 600MHz cycle and a 1024Hz tick, has a
 439          * dynamic range of about 1.7e17, which is less than the
 440          * 1.8e19 in an unsigned long, so we are safe from overflow.
 441          *
 442          * Round, but with .5 up always, since .5 to even is harder
 443          * with no clear gain.
 444          */
 445
 446         delta_usec = (delta_cycles * state.scaled_ticks_per_cycle
 447                       + partial_tick) * 15625;
 448         delta_usec = ((delta_usec / ((1UL << (FIX_SHIFT-6-1)) * HZ)) + 1) / 2;
 449 #endif
 450
 451         usec += delta_usec;
 452         if (usec >= 1000000) {
 453                 sec += 1;
 454                 usec -= 1000000;
 455         }
 456
 457         tv->tv_sec = sec;
 458         tv->tv_usec = usec;
 459 }
 460
 461 EXPORT_SYMBOL(do_gettimeofday);
 462
 463 int
 464 do_settimeofday(struct timespec *tv)
 465 {
 466         time_t wtm_sec, sec = tv->tv_sec;
 467         long wtm_nsec, nsec = tv->tv_nsec;
 468         unsigned long delta_nsec;
 469
 470         if ((unsigned long)tv->tv_nsec >= NSEC_PER_SEC)
 471                 return -EINVAL;
 472
 473         write_seqlock_irq(&xtime_lock);
 474
 475         /* The offset that is added into time in do_gettimeofday above
 476            must be subtracted out here to keep a coherent view of the
 477            time.  Without this, a full-tick error is possible.  */
 478
 479 #ifdef CONFIG_SMP
 480         delta_nsec = 0;
 481 #else
 482         delta_nsec = rpcc() - state.last_time;
 483         delta_nsec = (delta_nsec * state.scaled_ticks_per_cycle
 484                       + state.partial_tick) * 15625;
 485         delta_nsec = ((delta_nsec / ((1UL << (FIX_SHIFT-6-1)) * HZ)) + 1) / 2;
 486         delta_nsec *= 1000;
 487 #endif
 488
 489         nsec -= delta_nsec;
 490
 491         wtm_sec  = wall_to_monotonic.tv_sec + (xtime.tv_sec - sec);
 492         wtm_nsec = wall_to_monotonic.tv_nsec + (xtime.tv_nsec - nsec);
 493
 494         set_normalized_timespec(&xtime, sec, nsec);
 495         set_normalized_timespec(&wall_to_monotonic, wtm_sec, wtm_nsec);
 496
 497         ntp_clear();
 498
 499         write_sequnlock_irq(&xtime_lock);
 500         clock_was_set();
 501         return 0;
 502 }
 503
 504 EXPORT_SYMBOL(do_settimeofday);
 505
 506
 507 /*
 508  * In order to set the CMOS clock precisely, set_rtc_mmss has to be
 509  * called 500 ms after the second nowtime has started, because when
 510  * nowtime is written into the registers of the CMOS clock, it will
 511  * jump to the next second precisely 500 ms later. Check the Motorola
 512  * MC146818A or Dallas DS12887 data sheet for details.
 513  *
 514  * BUG: This routine does not handle hour overflow properly; it just
 515  *      sets the minutes. Usually you won't notice until after reboot!
 516  */
 517
 518
 519 static int
 520 set_rtc_mmss(unsigned long nowtime)
 521 {
 522         int retval = 0;
 523         int real_seconds, real_minutes, cmos_minutes;
 524         unsigned char save_control, save_freq_select;
 525
 526         /* irq are locally disabled here */
 527         spin_lock(&rtc_lock);
 528         /* Tell the clock it's being set */
 529         save_control = CMOS_READ(RTC_CONTROL);
 530         CMOS_WRITE((save_control|RTC_SET), RTC_CONTROL);
 531
 532         /* Stop and reset prescaler */
 533         save_freq_select = CMOS_READ(RTC_FREQ_SELECT);
 534         CMOS_WRITE((save_freq_select|RTC_DIV_RESET2), RTC_FREQ_SELECT);
 535
 536         cmos_minutes = CMOS_READ(RTC_MINUTES);
 537         if (!(save_control & RTC_DM_BINARY) || RTC_ALWAYS_BCD)
 538                 BCD_TO_BIN(cmos_minutes);
 539
 540         /*
 541          * since we're only adjusting minutes and seconds,
 542          * don't interfere with hour overflow. This avoids
 543          * messing with unknown time zones but requires your
 544          * RTC not to be off by more than 15 minutes
 545          */
 546         real_seconds = nowtime % 60;
 547         real_minutes = nowtime / 60;
 548         if (((abs(real_minutes - cmos_minutes) + 15)/30) & 1) {
 549                 /* correct for half hour time zone */
 550                 real_minutes += 30;
 551         }
 552         real_minutes %= 60;
 553
 554         if (abs(real_minutes - cmos_minutes) < 30) {
 555                 if (!(save_control & RTC_DM_BINARY) || RTC_ALWAYS_BCD) {
 556                         BIN_TO_BCD(real_seconds);
 557                         BIN_TO_BCD(real_minutes);
 558                 }
 559                 CMOS_WRITE(real_seconds,RTC_SECONDS);
 560                 CMOS_WRITE(real_minutes,RTC_MINUTES);
 561         } else {
 562                 printk(KERN_WARNING
 563                        "set_rtc_mmss: can't update from %d to %d\n",
 564                        cmos_minutes, real_minutes);
 565                 retval = -1;
 566         }
 567
 568         /* The following flags have to be released exactly in this order,
 569          * otherwise the DS12887 (popular MC146818A clone with integrated
 570          * battery and quartz) will not reset the oscillator and will not
 571          * update precisely 500 ms later. You won't find this mentioned in
 572          * the Dallas Semiconductor data sheets, but who believes data
 573          * sheets anyway ...                           -- Markus Kuhn
 574          */
 575         CMOS_WRITE(save_control, RTC_CONTROL);
 576         CMOS_WRITE(save_freq_select, RTC_FREQ_SELECT);
 577         spin_unlock(&rtc_lock);
 578
 579         return retval;
 580 }