jump_label/x86: Work around asm build bug on older/backported GCCs
[linux-drm-fsl-dcu.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
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 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(__use_tsc);
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 = 0;
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_notrace();
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_notrace();
233
234         return ns;
235 }
236
237 static void set_cyc2ns_scale(unsigned long cpu_khz, int cpu)
238 {
239         unsigned long long tsc_now, ns_now;
240         struct cyc2ns_data *data;
241         unsigned long flags;
242
243         local_irq_save(flags);
244         sched_clock_idle_sleep_event();
245
246         if (!cpu_khz)
247                 goto done;
248
249         data = cyc2ns_write_begin(cpu);
250
251         tsc_now = rdtsc();
252         ns_now = cycles_2_ns(tsc_now);
253
254         /*
255          * Compute a new multiplier as per the above comment and ensure our
256          * time function is continuous; see the comment near struct
257          * cyc2ns_data.
258          */
259         data->cyc2ns_mul =
260                 DIV_ROUND_CLOSEST(NSEC_PER_MSEC << CYC2NS_SCALE_FACTOR,
261                                   cpu_khz);
262         data->cyc2ns_shift = CYC2NS_SCALE_FACTOR;
263         data->cyc2ns_offset = ns_now -
264                 mul_u64_u32_shr(tsc_now, data->cyc2ns_mul, CYC2NS_SCALE_FACTOR);
265
266         cyc2ns_write_end(cpu, data);
267
268 done:
269         sched_clock_idle_wakeup_event(0);
270         local_irq_restore(flags);
271 }
272 /*
273  * Scheduler clock - returns current time in nanosec units.
274  */
275 u64 native_sched_clock(void)
276 {
277         if (static_branch_likely(&__use_tsc)) {
278                 u64 tsc_now = rdtsc();
279
280                 /* return the value in ns */
281                 return cycles_2_ns(tsc_now);
282         }
283
284         /*
285          * Fall back to jiffies if there's no TSC available:
286          * ( But note that we still use it if the TSC is marked
287          *   unstable. We do this because unlike Time Of Day,
288          *   the scheduler clock tolerates small errors and it's
289          *   very important for it to be as fast as the platform
290          *   can achieve it. )
291          */
292
293         /* No locking but a rare wrong value is not a big deal: */
294         return (jiffies_64 - INITIAL_JIFFIES) * (1000000000 / HZ);
295 }
296
297 /* We need to define a real function for sched_clock, to override the
298    weak default version */
299 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
300 unsigned long long sched_clock(void)
301 {
302         return paravirt_sched_clock();
303 }
304 #else
305 unsigned long long
306 sched_clock(void) __attribute__((alias("native_sched_clock")));
307 #endif
308
309 int check_tsc_unstable(void)
310 {
311         return tsc_unstable;
312 }
313 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_tsc_unstable);
314
315 int check_tsc_disabled(void)
316 {
317         return tsc_disabled;
318 }
319 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_tsc_disabled);
320
321 #ifdef CONFIG_X86_TSC
322 int __init notsc_setup(char *str)
323 {
324         pr_warn("Kernel compiled with CONFIG_X86_TSC, cannot disable TSC completely\n");
325         tsc_disabled = 1;
326         return 1;
327 }
328 #else
329 /*
330  * disable flag for tsc. Takes effect by clearing the TSC cpu flag
331  * in cpu/common.c
332  */
333 int __init notsc_setup(char *str)
334 {
335         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC);
336         return 1;
337 }
338 #endif
339
340 __setup("notsc", notsc_setup);
341
342 static int no_sched_irq_time;
343
344 static int __init tsc_setup(char *str)
345 {
346         if (!strcmp(str, "reliable"))
347                 tsc_clocksource_reliable = 1;
348         if (!strncmp(str, "noirqtime", 9))
349                 no_sched_irq_time = 1;
350         return 1;
351 }
352
353 __setup("tsc=", tsc_setup);
354
355 #define MAX_RETRIES     5
356 #define SMI_TRESHOLD    50000
357
358 /*
359  * Read TSC and the reference counters. Take care of SMI disturbance
360  */
361 static u64 tsc_read_refs(u64 *p, int hpet)
362 {
363         u64 t1, t2;
364         int i;
365
366         for (i = 0; i < MAX_RETRIES; i++) {
367                 t1 = get_cycles();
368                 if (hpet)
369                         *p = hpet_readl(HPET_COUNTER) & 0xFFFFFFFF;
370                 else
371                         *p = acpi_pm_read_early();
372                 t2 = get_cycles();
373                 if ((t2 - t1) < SMI_TRESHOLD)
374                         return t2;
375         }
376         return ULLONG_MAX;
377 }
378
379 /*
380  * Calculate the TSC frequency from HPET reference
381  */
382 static unsigned long calc_hpet_ref(u64 deltatsc, u64 hpet1, u64 hpet2)
383 {
384         u64 tmp;
385
386         if (hpet2 < hpet1)
387                 hpet2 += 0x100000000ULL;
388         hpet2 -= hpet1;
389         tmp = ((u64)hpet2 * hpet_readl(HPET_PERIOD));
390         do_div(tmp, 1000000);
391         do_div(deltatsc, tmp);
392
393         return (unsigned long) deltatsc;
394 }
395
396 /*
397  * Calculate the TSC frequency from PMTimer reference
398  */
399 static unsigned long calc_pmtimer_ref(u64 deltatsc, u64 pm1, u64 pm2)
400 {
401         u64 tmp;
402
403         if (!pm1 && !pm2)
404                 return ULONG_MAX;
405
406         if (pm2 < pm1)
407                 pm2 += (u64)ACPI_PM_OVRRUN;
408         pm2 -= pm1;
409         tmp = pm2 * 1000000000LL;
410         do_div(tmp, PMTMR_TICKS_PER_SEC);
411         do_div(deltatsc, tmp);
412
413         return (unsigned long) deltatsc;
414 }
415
416 #define CAL_MS          10
417 #define CAL_LATCH       (PIT_TICK_RATE / (1000 / CAL_MS))
418 #define CAL_PIT_LOOPS   1000
419
420 #define CAL2_MS         50
421 #define CAL2_LATCH      (PIT_TICK_RATE / (1000 / CAL2_MS))
422 #define CAL2_PIT_LOOPS  5000
423
424
425 /*
426  * Try to calibrate the TSC against the Programmable
427  * Interrupt Timer and return the frequency of the TSC
428  * in kHz.
429  *
430  * Return ULONG_MAX on failure to calibrate.
431  */
432 static unsigned long pit_calibrate_tsc(u32 latch, unsigned long ms, int loopmin)
433 {
434         u64 tsc, t1, t2, delta;
435         unsigned long tscmin, tscmax;
436         int pitcnt;
437
438         /* Set the Gate high, disable speaker */
439         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
440
441         /*
442          * Setup CTC channel 2* for mode 0, (interrupt on terminal
443          * count mode), binary count. Set the latch register to 50ms
444          * (LSB then MSB) to begin countdown.
445          */
446         outb(0xb0, 0x43);
447         outb(latch & 0xff, 0x42);
448         outb(latch >> 8, 0x42);
449
450         tsc = t1 = t2 = get_cycles();
451
452         pitcnt = 0;
453         tscmax = 0;
454         tscmin = ULONG_MAX;
455         while ((inb(0x61) & 0x20) == 0) {
456                 t2 = get_cycles();
457                 delta = t2 - tsc;
458                 tsc = t2;
459                 if ((unsigned long) delta < tscmin)
460                         tscmin = (unsigned int) delta;
461                 if ((unsigned long) delta > tscmax)
462                         tscmax = (unsigned int) delta;
463                 pitcnt++;
464         }
465
466         /*
467          * Sanity checks:
468          *
469          * If we were not able to read the PIT more than loopmin
470          * times, then we have been hit by a massive SMI
471          *
472          * If the maximum is 10 times larger than the minimum,
473          * then we got hit by an SMI as well.
474          */
475         if (pitcnt < loopmin || tscmax > 10 * tscmin)
476                 return ULONG_MAX;
477
478         /* Calculate the PIT value */
479         delta = t2 - t1;
480         do_div(delta, ms);
481         return delta;
482 }
483
484 /*
485  * This reads the current MSB of the PIT counter, and
486  * checks if we are running on sufficiently fast and
487  * non-virtualized hardware.
488  *
489  * Our expectations are:
490  *
491  *  - the PIT is running at roughly 1.19MHz
492  *
493  *  - each IO is going to take about 1us on real hardware,
494  *    but we allow it to be much faster (by a factor of 10) or
495  *    _slightly_ slower (ie we allow up to a 2us read+counter
496  *    update - anything else implies a unacceptably slow CPU
497  *    or PIT for the fast calibration to work.
498  *
499  *  - with 256 PIT ticks to read the value, we have 214us to
500  *    see the same MSB (and overhead like doing a single TSC
501  *    read per MSB value etc).
502  *
503  *  - We're doing 2 reads per loop (LSB, MSB), and we expect
504  *    them each to take about a microsecond on real hardware.
505  *    So we expect a count value of around 100. But we'll be
506  *    generous, and accept anything over 50.
507  *
508  *  - if the PIT is stuck, and we see *many* more reads, we
509  *    return early (and the next caller of pit_expect_msb()
510  *    then consider it a failure when they don't see the
511  *    next expected value).
512  *
513  * These expectations mean that we know that we have seen the
514  * transition from one expected value to another with a fairly
515  * high accuracy, and we didn't miss any events. We can thus
516  * use the TSC value at the transitions to calculate a pretty
517  * good value for the TSC frequencty.
518  */
519 static inline int pit_verify_msb(unsigned char val)
520 {
521         /* Ignore LSB */
522         inb(0x42);
523         return inb(0x42) == val;
524 }
525
526 static inline int pit_expect_msb(unsigned char val, u64 *tscp, unsigned long *deltap)
527 {
528         int count;
529         u64 tsc = 0, prev_tsc = 0;
530
531         for (count = 0; count < 50000; count++) {
532                 if (!pit_verify_msb(val))
533                         break;
534                 prev_tsc = tsc;
535                 tsc = get_cycles();
536         }
537         *deltap = get_cycles() - prev_tsc;
538         *tscp = tsc;
539
540         /*
541          * We require _some_ success, but the quality control
542          * will be based on the error terms on the TSC values.
543          */
544         return count > 5;
545 }
546
547 /*
548  * How many MSB values do we want to see? We aim for
549  * a maximum error rate of 500ppm (in practice the
550  * real error is much smaller), but refuse to spend
551  * more than 50ms on it.
552  */
553 #define MAX_QUICK_PIT_MS 50
554 #define MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS (MAX_QUICK_PIT_MS * PIT_TICK_RATE / 1000 / 256)
555
556 static unsigned long quick_pit_calibrate(void)
557 {
558         int i;
559         u64 tsc, delta;
560         unsigned long d1, d2;
561
562         /* Set the Gate high, disable speaker */
563         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
564
565         /*
566          * Counter 2, mode 0 (one-shot), binary count
567          *
568          * NOTE! Mode 2 decrements by two (and then the
569          * output is flipped each time, giving the same
570          * final output frequency as a decrement-by-one),
571          * so mode 0 is much better when looking at the
572          * individual counts.
573          */
574         outb(0xb0, 0x43);
575
576         /* Start at 0xffff */
577         outb(0xff, 0x42);
578         outb(0xff, 0x42);
579
580         /*
581          * The PIT starts counting at the next edge, so we
582          * need to delay for a microsecond. The easiest way
583          * to do that is to just read back the 16-bit counter
584          * once from the PIT.
585          */
586         pit_verify_msb(0);
587
588         if (pit_expect_msb(0xff, &tsc, &d1)) {
589                 for (i = 1; i <= MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS; i++) {
590                         if (!pit_expect_msb(0xff-i, &delta, &d2))
591                                 break;
592
593                         delta -= tsc;
594
595                         /*
596                          * Extrapolate the error and fail fast if the error will
597                          * never be below 500 ppm.
598                          */
599                         if (i == 1 &&
600                             d1 + d2 >= (delta * MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS) >> 11)
601                                 return 0;
602
603                         /*
604                          * Iterate until the error is less than 500 ppm
605                          */
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_info("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         /* Calibrate TSC using MSR for Intel Atom SoCs */
655         local_irq_save(flags);
656         fast_calibrate = try_msr_calibrate_tsc();
657         local_irq_restore(flags);
658         if (fast_calibrate)
659                 return fast_calibrate;
660
661         local_irq_save(flags);
662         fast_calibrate = quick_pit_calibrate();
663         local_irq_restore(flags);
664         if (fast_calibrate)
665                 return fast_calibrate;
666
667         /*
668          * Run 5 calibration loops to get the lowest frequency value
669          * (the best estimate). We use two different calibration modes
670          * here:
671          *
672          * 1) PIT loop. We set the PIT Channel 2 to oneshot mode and
673          * load a timeout of 50ms. We read the time right after we
674          * started the timer and wait until the PIT count down reaches
675          * zero. In each wait loop iteration we read the TSC and check
676          * the delta to the previous read. We keep track of the min
677          * and max values of that delta. The delta is mostly defined
678          * by the IO time of the PIT access, so we can detect when a
679          * SMI/SMM disturbance happened between the two reads. If the
680          * maximum time is significantly larger than the minimum time,
681          * then we discard the result and have another try.
682          *
683          * 2) Reference counter. If available we use the HPET or the
684          * PMTIMER as a reference to check the sanity of that value.
685          * We use separate TSC readouts and check inside of the
686          * reference read for a SMI/SMM disturbance. We dicard
687          * disturbed values here as well. We do that around the PIT
688          * calibration delay loop as we have to wait for a certain
689          * amount of time anyway.
690          */
691
692         /* Preset PIT loop values */
693         latch = CAL_LATCH;
694         ms = CAL_MS;
695         loopmin = CAL_PIT_LOOPS;
696
697         for (i = 0; i < 3; i++) {
698                 unsigned long tsc_pit_khz;
699
700                 /*
701                  * Read the start value and the reference count of
702                  * hpet/pmtimer when available. Then do the PIT
703                  * calibration, which will take at least 50ms, and
704                  * read the end value.
705                  */
706                 local_irq_save(flags);
707                 tsc1 = tsc_read_refs(&ref1, hpet);
708                 tsc_pit_khz = pit_calibrate_tsc(latch, ms, loopmin);
709                 tsc2 = tsc_read_refs(&ref2, hpet);
710                 local_irq_restore(flags);
711
712                 /* Pick the lowest PIT TSC calibration so far */
713                 tsc_pit_min = min(tsc_pit_min, tsc_pit_khz);
714
715                 /* hpet or pmtimer available ? */
716                 if (ref1 == ref2)
717                         continue;
718
719                 /* Check, whether the sampling was disturbed by an SMI */
720                 if (tsc1 == ULLONG_MAX || tsc2 == ULLONG_MAX)
721                         continue;
722
723                 tsc2 = (tsc2 - tsc1) * 1000000LL;
724                 if (hpet)
725                         tsc2 = calc_hpet_ref(tsc2, ref1, ref2);
726                 else
727                         tsc2 = calc_pmtimer_ref(tsc2, ref1, ref2);
728
729                 tsc_ref_min = min(tsc_ref_min, (unsigned long) tsc2);
730
731                 /* Check the reference deviation */
732                 delta = ((u64) tsc_pit_min) * 100;
733                 do_div(delta, tsc_ref_min);
734
735                 /*
736                  * If both calibration results are inside a 10% window
737                  * then we can be sure, that the calibration
738                  * succeeded. We break out of the loop right away. We
739                  * use the reference value, as it is more precise.
740                  */
741                 if (delta >= 90 && delta <= 110) {
742                         pr_info("PIT calibration matches %s. %d loops\n",
743                                 hpet ? "HPET" : "PMTIMER", i + 1);
744                         return tsc_ref_min;
745                 }
746
747                 /*
748                  * Check whether PIT failed more than once. This
749                  * happens in virtualized environments. We need to
750                  * give the virtual PC a slightly longer timeframe for
751                  * the HPET/PMTIMER to make the result precise.
752                  */
753                 if (i == 1 && tsc_pit_min == ULONG_MAX) {
754                         latch = CAL2_LATCH;
755                         ms = CAL2_MS;
756                         loopmin = CAL2_PIT_LOOPS;
757                 }
758         }
759
760         /*
761          * Now check the results.
762          */
763         if (tsc_pit_min == ULONG_MAX) {
764                 /* PIT gave no useful value */
765                 pr_warn("Unable to calibrate against PIT\n");
766
767                 /* We don't have an alternative source, disable TSC */
768                 if (!hpet && !ref1 && !ref2) {
769                         pr_notice("No reference (HPET/PMTIMER) available\n");
770                         return 0;
771                 }
772
773                 /* The alternative source failed as well, disable TSC */
774                 if (tsc_ref_min == ULONG_MAX) {
775                         pr_warn("HPET/PMTIMER calibration failed\n");
776                         return 0;
777                 }
778
779                 /* Use the alternative source */
780                 pr_info("using %s reference calibration\n",
781                         hpet ? "HPET" : "PMTIMER");
782
783                 return tsc_ref_min;
784         }
785
786         /* We don't have an alternative source, use the PIT calibration value */
787         if (!hpet && !ref1 && !ref2) {
788                 pr_info("Using PIT calibration value\n");
789                 return tsc_pit_min;
790         }
791
792         /* The alternative source failed, use the PIT calibration value */
793         if (tsc_ref_min == ULONG_MAX) {
794                 pr_warn("HPET/PMTIMER calibration failed. Using PIT calibration.\n");
795                 return tsc_pit_min;
796         }
797
798         /*
799          * The calibration values differ too much. In doubt, we use
800          * the PIT value as we know that there are PMTIMERs around
801          * running at double speed. At least we let the user know:
802          */
803         pr_warn("PIT calibration deviates from %s: %lu %lu\n",
804                 hpet ? "HPET" : "PMTIMER", tsc_pit_min, tsc_ref_min);
805         pr_info("Using PIT calibration value\n");
806         return tsc_pit_min;
807 }
808
809 int recalibrate_cpu_khz(void)
810 {
811 #ifndef CONFIG_SMP
812         unsigned long cpu_khz_old = cpu_khz;
813
814         if (cpu_has_tsc) {
815                 tsc_khz = x86_platform.calibrate_tsc();
816                 cpu_khz = tsc_khz;
817                 cpu_data(0).loops_per_jiffy =
818                         cpufreq_scale(cpu_data(0).loops_per_jiffy,
819                                         cpu_khz_old, cpu_khz);
820                 return 0;
821         } else
822                 return -ENODEV;
823 #else
824         return -ENODEV;
825 #endif
826 }
827
828 EXPORT_SYMBOL(recalibrate_cpu_khz);
829
830
831 static unsigned long long cyc2ns_suspend;
832
833 void tsc_save_sched_clock_state(void)
834 {
835         if (!sched_clock_stable())
836                 return;
837
838         cyc2ns_suspend = sched_clock();
839 }
840
841 /*
842  * Even on processors with invariant TSC, TSC gets reset in some the
843  * ACPI system sleep states. And in some systems BIOS seem to reinit TSC to
844  * arbitrary value (still sync'd across cpu's) during resume from such sleep
845  * states. To cope up with this, recompute the cyc2ns_offset for each cpu so
846  * that sched_clock() continues from the point where it was left off during
847  * suspend.
848  */
849 void tsc_restore_sched_clock_state(void)
850 {
851         unsigned long long offset;
852         unsigned long flags;
853         int cpu;
854
855         if (!sched_clock_stable())
856                 return;
857
858         local_irq_save(flags);
859
860         /*
861          * We're comming out of suspend, there's no concurrency yet; don't
862          * bother being nice about the RCU stuff, just write to both
863          * data fields.
864          */
865
866         this_cpu_write(cyc2ns.data[0].cyc2ns_offset, 0);
867         this_cpu_write(cyc2ns.data[1].cyc2ns_offset, 0);
868
869         offset = cyc2ns_suspend - sched_clock();
870
871         for_each_possible_cpu(cpu) {
872                 per_cpu(cyc2ns.data[0].cyc2ns_offset, cpu) = offset;
873                 per_cpu(cyc2ns.data[1].cyc2ns_offset, cpu) = offset;
874         }
875
876         local_irq_restore(flags);
877 }
878
879 #ifdef CONFIG_CPU_FREQ
880
881 /* Frequency scaling support. Adjust the TSC based timer when the cpu frequency
882  * changes.
883  *
884  * RED-PEN: On SMP we assume all CPUs run with the same frequency.  It's
885  * not that important because current Opteron setups do not support
886  * scaling on SMP anyroads.
887  *
888  * Should fix up last_tsc too. Currently gettimeofday in the
889  * first tick after the change will be slightly wrong.
890  */
891
892 static unsigned int  ref_freq;
893 static unsigned long loops_per_jiffy_ref;
894 static unsigned long tsc_khz_ref;
895
896 static int time_cpufreq_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long val,
897                                 void *data)
898 {
899         struct cpufreq_freqs *freq = data;
900         unsigned long *lpj;
901
902         if (cpu_has(&cpu_data(freq->cpu), X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
903                 return 0;
904
905         lpj = &boot_cpu_data.loops_per_jiffy;
906 #ifdef CONFIG_SMP
907         if (!(freq->flags & CPUFREQ_CONST_LOOPS))
908                 lpj = &cpu_data(freq->cpu).loops_per_jiffy;
909 #endif
910
911         if (!ref_freq) {
912                 ref_freq = freq->old;
913                 loops_per_jiffy_ref = *lpj;
914                 tsc_khz_ref = tsc_khz;
915         }
916         if ((val == CPUFREQ_PRECHANGE  && freq->old < freq->new) ||
917                         (val == CPUFREQ_POSTCHANGE && freq->old > freq->new)) {
918                 *lpj = cpufreq_scale(loops_per_jiffy_ref, ref_freq, freq->new);
919
920                 tsc_khz = cpufreq_scale(tsc_khz_ref, ref_freq, freq->new);
921                 if (!(freq->flags & CPUFREQ_CONST_LOOPS))
922                         mark_tsc_unstable("cpufreq changes");
923
924                 set_cyc2ns_scale(tsc_khz, freq->cpu);
925         }
926
927         return 0;
928 }
929
930 static struct notifier_block time_cpufreq_notifier_block = {
931         .notifier_call  = time_cpufreq_notifier
932 };
933
934 static int __init cpufreq_tsc(void)
935 {
936         if (!cpu_has_tsc)
937                 return 0;
938         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
939                 return 0;
940         cpufreq_register_notifier(&time_cpufreq_notifier_block,
941                                 CPUFREQ_TRANSITION_NOTIFIER);
942         return 0;
943 }
944
945 core_initcall(cpufreq_tsc);
946
947 #endif /* CONFIG_CPU_FREQ */
948
949 /* clocksource code */
950
951 static struct clocksource clocksource_tsc;
952
953 /*
954  * We used to compare the TSC to the cycle_last value in the clocksource
955  * structure to avoid a nasty time-warp. This can be observed in a
956  * very small window right after one CPU updated cycle_last under
957  * xtime/vsyscall_gtod lock and the other CPU reads a TSC value which
958  * is smaller than the cycle_last reference value due to a TSC which
959  * is slighty behind. This delta is nowhere else observable, but in
960  * that case it results in a forward time jump in the range of hours
961  * due to the unsigned delta calculation of the time keeping core
962  * code, which is necessary to support wrapping clocksources like pm
963  * timer.
964  *
965  * This sanity check is now done in the core timekeeping code.
966  * checking the result of read_tsc() - cycle_last for being negative.
967  * That works because CLOCKSOURCE_MASK(64) does not mask out any bit.
968  */
969 static cycle_t read_tsc(struct clocksource *cs)
970 {
971         return (cycle_t)rdtsc_ordered();
972 }
973
974 /*
975  * .mask MUST be CLOCKSOURCE_MASK(64). See comment above read_tsc()
976  */
977 static struct clocksource clocksource_tsc = {
978         .name                   = "tsc",
979         .rating                 = 300,
980         .read                   = read_tsc,
981         .mask                   = CLOCKSOURCE_MASK(64),
982         .flags                  = CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS |
983                                   CLOCK_SOURCE_MUST_VERIFY,
984         .archdata               = { .vclock_mode = VCLOCK_TSC },
985 };
986
987 void mark_tsc_unstable(char *reason)
988 {
989         if (!tsc_unstable) {
990                 tsc_unstable = 1;
991                 clear_sched_clock_stable();
992                 disable_sched_clock_irqtime();
993                 pr_info("Marking TSC unstable due to %s\n", reason);
994                 /* Change only the rating, when not registered */
995                 if (clocksource_tsc.mult)
996                         clocksource_mark_unstable(&clocksource_tsc);
997                 else {
998                         clocksource_tsc.flags |= CLOCK_SOURCE_UNSTABLE;
999                         clocksource_tsc.rating = 0;
1000                 }
1001         }
1002 }
1003
1004 EXPORT_SYMBOL_GPL(mark_tsc_unstable);
1005
1006 static void __init check_system_tsc_reliable(void)
1007 {
1008 #ifdef CONFIG_MGEODE_LX
1009         /* RTSC counts during suspend */
1010 #define RTSC_SUSP 0x100
1011         unsigned long res_low, res_high;
1012
1013         rdmsr_safe(MSR_GEODE_BUSCONT_CONF0, &res_low, &res_high);
1014         /* Geode_LX - the OLPC CPU has a very reliable TSC */
1015         if (res_low & RTSC_SUSP)
1016                 tsc_clocksource_reliable = 1;
1017 #endif
1018         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC_RELIABLE))
1019                 tsc_clocksource_reliable = 1;
1020 }
1021
1022 /*
1023  * Make an educated guess if the TSC is trustworthy and synchronized
1024  * over all CPUs.
1025  */
1026 int unsynchronized_tsc(void)
1027 {
1028         if (!cpu_has_tsc || tsc_unstable)
1029                 return 1;
1030
1031 #ifdef CONFIG_SMP
1032         if (apic_is_clustered_box())
1033                 return 1;
1034 #endif
1035
1036         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
1037                 return 0;
1038
1039         if (tsc_clocksource_reliable)
1040                 return 0;
1041         /*
1042          * Intel systems are normally all synchronized.
1043          * Exceptions must mark TSC as unstable:
1044          */
1045         if (boot_cpu_data.x86_vendor != X86_VENDOR_INTEL) {
1046                 /* assume multi socket systems are not synchronized: */
1047                 if (num_possible_cpus() > 1)
1048                         return 1;
1049         }
1050
1051         return 0;
1052 }
1053
1054
1055 static void tsc_refine_calibration_work(struct work_struct *work);
1056 static DECLARE_DELAYED_WORK(tsc_irqwork, tsc_refine_calibration_work);
1057 /**
1058  * tsc_refine_calibration_work - Further refine tsc freq calibration
1059  * @work - ignored.
1060  *
1061  * This functions uses delayed work over a period of a
1062  * second to further refine the TSC freq value. Since this is
1063  * timer based, instead of loop based, we don't block the boot
1064  * process while this longer calibration is done.
1065  *
1066  * If there are any calibration anomalies (too many SMIs, etc),
1067  * or the refined calibration is off by 1% of the fast early
1068  * calibration, we throw out the new calibration and use the
1069  * early calibration.
1070  */
1071 static void tsc_refine_calibration_work(struct work_struct *work)
1072 {
1073         static u64 tsc_start = -1, ref_start;
1074         static int hpet;
1075         u64 tsc_stop, ref_stop, delta;
1076         unsigned long freq;
1077
1078         /* Don't bother refining TSC on unstable systems */
1079         if (check_tsc_unstable())
1080                 goto out;
1081
1082         /*
1083          * Since the work is started early in boot, we may be
1084          * delayed the first time we expire. So set the workqueue
1085          * again once we know timers are working.
1086          */
1087         if (tsc_start == -1) {
1088                 /*
1089                  * Only set hpet once, to avoid mixing hardware
1090                  * if the hpet becomes enabled later.
1091                  */
1092                 hpet = is_hpet_enabled();
1093                 schedule_delayed_work(&tsc_irqwork, HZ);
1094                 tsc_start = tsc_read_refs(&ref_start, hpet);
1095                 return;
1096         }
1097
1098         tsc_stop = tsc_read_refs(&ref_stop, hpet);
1099
1100         /* hpet or pmtimer available ? */
1101         if (ref_start == ref_stop)
1102                 goto out;
1103
1104         /* Check, whether the sampling was disturbed by an SMI */
1105         if (tsc_start == ULLONG_MAX || tsc_stop == ULLONG_MAX)
1106                 goto out;
1107
1108         delta = tsc_stop - tsc_start;
1109         delta *= 1000000LL;
1110         if (hpet)
1111                 freq = calc_hpet_ref(delta, ref_start, ref_stop);
1112         else
1113                 freq = calc_pmtimer_ref(delta, ref_start, ref_stop);
1114
1115         /* Make sure we're within 1% */
1116         if (abs(tsc_khz - freq) > tsc_khz/100)
1117                 goto out;
1118
1119         tsc_khz = freq;
1120         pr_info("Refined TSC clocksource calibration: %lu.%03lu MHz\n",
1121                 (unsigned long)tsc_khz / 1000,
1122                 (unsigned long)tsc_khz % 1000);
1123
1124 out:
1125         clocksource_register_khz(&clocksource_tsc, tsc_khz);
1126 }
1127
1128
1129 static int __init init_tsc_clocksource(void)
1130 {
1131         if (!cpu_has_tsc || tsc_disabled > 0 || !tsc_khz)
1132                 return 0;
1133
1134         if (tsc_clocksource_reliable)
1135                 clocksource_tsc.flags &= ~CLOCK_SOURCE_MUST_VERIFY;
1136         /* lower the rating if we already know its unstable: */
1137         if (check_tsc_unstable()) {
1138                 clocksource_tsc.rating = 0;
1139                 clocksource_tsc.flags &= ~CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS;
1140         }
1141
1142         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_NONSTOP_TSC_S3))
1143                 clocksource_tsc.flags |= CLOCK_SOURCE_SUSPEND_NONSTOP;
1144
1145         /*
1146          * Trust the results of the earlier calibration on systems
1147          * exporting a reliable TSC.
1148          */
1149         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC_RELIABLE)) {
1150                 clocksource_register_khz(&clocksource_tsc, tsc_khz);
1151                 return 0;
1152         }
1153
1154         schedule_delayed_work(&tsc_irqwork, 0);
1155         return 0;
1156 }
1157 /*
1158  * We use device_initcall here, to ensure we run after the hpet
1159  * is fully initialized, which may occur at fs_initcall time.
1160  */
1161 device_initcall(init_tsc_clocksource);
1162
1163 void __init tsc_init(void)
1164 {
1165         u64 lpj;
1166         int cpu;
1167
1168         x86_init.timers.tsc_pre_init();
1169
1170         if (!cpu_has_tsc) {
1171                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC_DEADLINE_TIMER);
1172                 return;
1173         }
1174
1175         tsc_khz = x86_platform.calibrate_tsc();
1176         cpu_khz = tsc_khz;
1177
1178         if (!tsc_khz) {
1179                 mark_tsc_unstable("could not calculate TSC khz");
1180                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC_DEADLINE_TIMER);
1181                 return;
1182         }
1183
1184         pr_info("Detected %lu.%03lu MHz processor\n",
1185                 (unsigned long)cpu_khz / 1000,
1186                 (unsigned long)cpu_khz % 1000);
1187
1188         /*
1189          * Secondary CPUs do not run through tsc_init(), so set up
1190          * all the scale factors for all CPUs, assuming the same
1191          * speed as the bootup CPU. (cpufreq notifiers will fix this
1192          * up if their speed diverges)
1193          */
1194         for_each_possible_cpu(cpu) {
1195                 cyc2ns_init(cpu);
1196                 set_cyc2ns_scale(cpu_khz, cpu);
1197         }
1198
1199         if (tsc_disabled > 0)
1200                 return;
1201
1202         /* now allow native_sched_clock() to use rdtsc */
1203
1204         tsc_disabled = 0;
1205         static_branch_enable(&__use_tsc);
1206
1207         if (!no_sched_irq_time)
1208                 enable_sched_clock_irqtime();
1209
1210         lpj = ((u64)tsc_khz * 1000);
1211         do_div(lpj, HZ);
1212         lpj_fine = lpj;
1213
1214         use_tsc_delay();
1215
1216         if (unsynchronized_tsc())
1217                 mark_tsc_unstable("TSCs unsynchronized");
1218
1219         check_system_tsc_reliable();
1220 }
1221
1222 #ifdef CONFIG_SMP
1223 /*
1224  * If we have a constant TSC and are using the TSC for the delay loop,
1225  * we can skip clock calibration if another cpu in the same socket has already
1226  * been calibrated. This assumes that CONSTANT_TSC applies to all
1227  * cpus in the socket - this should be a safe assumption.
1228  */
1229 unsigned long calibrate_delay_is_known(void)
1230 {
1231         int i, cpu = smp_processor_id();
1232
1233         if (!tsc_disabled && !cpu_has(&cpu_data(cpu), X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
1234                 return 0;
1235
1236         for_each_online_cpu(i)
1237                 if (cpu_data(i).phys_proc_id == cpu_data(cpu).phys_proc_id)
1238                         return cpu_data(i).loops_per_jiffy;
1239         return 0;
1240 }
1241 #endif