GNU Linux-libre 4.4.288-gnu1
[releases.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 !cpu_has_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 /*
47  * Use a ring-buffer like data structure, where a writer advances the head by
48  * writing a new data entry and a reader advances the tail when it observes a
49  * new entry.
50  *
51  * Writers are made to wait on readers until there's space to write a new
52  * entry.
53  *
54  * This means that we can always use an {offset, mul} pair to compute a ns
55  * value that is 'roughly' in the right direction, even if we're writing a new
56  * {offset, mul} pair during the clock read.
57  *
58  * The down-side is that we can no longer guarantee strict monotonicity anymore
59  * (assuming the TSC was that to begin with), because while we compute the
60  * intersection point of the two clock slopes and make sure the time is
61  * continuous at the point of switching; we can no longer guarantee a reader is
62  * strictly before or after the switch point.
63  *
64  * It does mean a reader no longer needs to disable IRQs in order to avoid
65  * CPU-Freq updates messing with his times, and similarly an NMI reader will
66  * no longer run the risk of hitting half-written state.
67  */
68
69 struct cyc2ns {
70         struct cyc2ns_data data[2];     /*  0 + 2*24 = 48 */
71         struct cyc2ns_data *head;       /* 48 + 8    = 56 */
72         struct cyc2ns_data *tail;       /* 56 + 8    = 64 */
73 }; /* exactly fits one cacheline */
74
75 static DEFINE_PER_CPU_ALIGNED(struct cyc2ns, cyc2ns);
76
77 struct cyc2ns_data *cyc2ns_read_begin(void)
78 {
79         struct cyc2ns_data *head;
80
81         preempt_disable();
82
83         head = this_cpu_read(cyc2ns.head);
84         /*
85          * Ensure we observe the entry when we observe the pointer to it.
86          * matches the wmb from cyc2ns_write_end().
87          */
88         smp_read_barrier_depends();
89         head->__count++;
90         barrier();
91
92         return head;
93 }
94
95 void cyc2ns_read_end(struct cyc2ns_data *head)
96 {
97         barrier();
98         /*
99          * If we're the outer most nested read; update the tail pointer
100          * when we're done. This notifies possible pending writers
101          * that we've observed the head pointer and that the other
102          * entry is now free.
103          */
104         if (!--head->__count) {
105                 /*
106                  * x86-TSO does not reorder writes with older reads;
107                  * therefore once this write becomes visible to another
108                  * cpu, we must be finished reading the cyc2ns_data.
109                  *
110                  * matches with cyc2ns_write_begin().
111                  */
112                 this_cpu_write(cyc2ns.tail, head);
113         }
114         preempt_enable();
115 }
116
117 /*
118  * Begin writing a new @data entry for @cpu.
119  *
120  * Assumes some sort of write side lock; currently 'provided' by the assumption
121  * that cpufreq will call its notifiers sequentially.
122  */
123 static struct cyc2ns_data *cyc2ns_write_begin(int cpu)
124 {
125         struct cyc2ns *c2n = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
126         struct cyc2ns_data *data = c2n->data;
127
128         if (data == c2n->head)
129                 data++;
130
131         /* XXX send an IPI to @cpu in order to guarantee a read? */
132
133         /*
134          * When we observe the tail write from cyc2ns_read_end(),
135          * the cpu must be done with that entry and its safe
136          * to start writing to it.
137          */
138         while (c2n->tail == data)
139                 cpu_relax();
140
141         return data;
142 }
143
144 static void cyc2ns_write_end(int cpu, struct cyc2ns_data *data)
145 {
146         struct cyc2ns *c2n = &per_cpu(cyc2ns, cpu);
147
148         /*
149          * Ensure the @data writes are visible before we publish the
150          * entry. Matches the data-depencency in cyc2ns_read_begin().
151          */
152         smp_wmb();
153
154         ACCESS_ONCE(c2n->head) = data;
155 }
156
157 /*
158  * Accelerators for sched_clock()
159  * convert from cycles(64bits) => nanoseconds (64bits)
160  *  basic equation:
161  *              ns = cycles / (freq / ns_per_sec)
162  *              ns = cycles * (ns_per_sec / freq)
163  *              ns = cycles * (10^9 / (cpu_khz * 10^3))
164  *              ns = cycles * (10^6 / cpu_khz)
165  *
166  *      Then we use scaling math (suggested by george@mvista.com) to get:
167  *              ns = cycles * (10^6 * SC / cpu_khz) / SC
168  *              ns = cycles * cyc2ns_scale / SC
169  *
170  *      And since SC is a constant power of two, we can convert the div
171  *  into a shift. The larger SC is, the more accurate the conversion, but
172  *  cyc2ns_scale needs to be a 32-bit value so that 32-bit multiplication
173  *  (64-bit result) can be used.
174  *
175  *  We can use khz divisor instead of mhz to keep a better precision.
176  *  (mathieu.desnoyers@polymtl.ca)
177  *
178  *                      -johnstul@us.ibm.com "math is hard, lets go shopping!"
179  */
180
181 static void cyc2ns_data_init(struct cyc2ns_data *data)
182 {
183         data->cyc2ns_mul = 0;
184         data->cyc2ns_shift = 0;
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, data->cyc2ns_shift);
219         } else {
220                 data->__count++;
221
222                 barrier();
223
224                 ns = data->cyc2ns_offset;
225                 ns += mul_u64_u32_shr(cyc, data->cyc2ns_mul, data->cyc2ns_shift);
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         clocks_calc_mult_shift(&data->cyc2ns_mul, &data->cyc2ns_shift, cpu_khz,
260                                NSEC_PER_MSEC, 0);
261
262         /*
263          * cyc2ns_shift is exported via arch_perf_update_userpage() where it is
264          * not expected to be greater than 31 due to the original published
265          * conversion algorithm shifting a 32-bit value (now specifies a 64-bit
266          * value) - refer perf_event_mmap_page documentation in perf_event.h.
267          */
268         if (data->cyc2ns_shift == 32) {
269                 data->cyc2ns_shift = 31;
270                 data->cyc2ns_mul >>= 1;
271         }
272
273         data->cyc2ns_offset = ns_now -
274                 mul_u64_u32_shr(tsc_now, data->cyc2ns_mul, data->cyc2ns_shift);
275
276         cyc2ns_write_end(cpu, data);
277
278 done:
279         sched_clock_idle_wakeup_event(0);
280         local_irq_restore(flags);
281 }
282 /*
283  * Scheduler clock - returns current time in nanosec units.
284  */
285 u64 native_sched_clock(void)
286 {
287         if (static_branch_likely(&__use_tsc)) {
288                 u64 tsc_now = rdtsc();
289
290                 /* return the value in ns */
291                 return cycles_2_ns(tsc_now);
292         }
293
294         /*
295          * Fall back to jiffies if there's no TSC available:
296          * ( But note that we still use it if the TSC is marked
297          *   unstable. We do this because unlike Time Of Day,
298          *   the scheduler clock tolerates small errors and it's
299          *   very important for it to be as fast as the platform
300          *   can achieve it. )
301          */
302
303         /* No locking but a rare wrong value is not a big deal: */
304         return (jiffies_64 - INITIAL_JIFFIES) * (1000000000 / HZ);
305 }
306
307 /*
308  * Generate a sched_clock if you already have a TSC value.
309  */
310 u64 native_sched_clock_from_tsc(u64 tsc)
311 {
312         return cycles_2_ns(tsc);
313 }
314
315 /* We need to define a real function for sched_clock, to override the
316    weak default version */
317 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
318 unsigned long long sched_clock(void)
319 {
320         return paravirt_sched_clock();
321 }
322 #else
323 unsigned long long
324 sched_clock(void) __attribute__((alias("native_sched_clock")));
325 #endif
326
327 int check_tsc_unstable(void)
328 {
329         return tsc_unstable;
330 }
331 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_tsc_unstable);
332
333 int check_tsc_disabled(void)
334 {
335         return tsc_disabled;
336 }
337 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_tsc_disabled);
338
339 #ifdef CONFIG_X86_TSC
340 int __init notsc_setup(char *str)
341 {
342         pr_warn("Kernel compiled with CONFIG_X86_TSC, cannot disable TSC completely\n");
343         tsc_disabled = 1;
344         return 1;
345 }
346 #else
347 /*
348  * disable flag for tsc. Takes effect by clearing the TSC cpu flag
349  * in cpu/common.c
350  */
351 int __init notsc_setup(char *str)
352 {
353         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC);
354         return 1;
355 }
356 #endif
357
358 __setup("notsc", notsc_setup);
359
360 static int no_sched_irq_time;
361
362 static int __init tsc_setup(char *str)
363 {
364         if (!strcmp(str, "reliable"))
365                 tsc_clocksource_reliable = 1;
366         if (!strncmp(str, "noirqtime", 9))
367                 no_sched_irq_time = 1;
368         if (!strcmp(str, "unstable"))
369                 mark_tsc_unstable("boot parameter");
370         return 1;
371 }
372
373 __setup("tsc=", tsc_setup);
374
375 #define MAX_RETRIES     5
376 #define SMI_TRESHOLD    50000
377
378 /*
379  * Read TSC and the reference counters. Take care of SMI disturbance
380  */
381 static u64 tsc_read_refs(u64 *p, int hpet)
382 {
383         u64 t1, t2;
384         int i;
385
386         for (i = 0; i < MAX_RETRIES; i++) {
387                 t1 = get_cycles();
388                 if (hpet)
389                         *p = hpet_readl(HPET_COUNTER) & 0xFFFFFFFF;
390                 else
391                         *p = acpi_pm_read_early();
392                 t2 = get_cycles();
393                 if ((t2 - t1) < SMI_TRESHOLD)
394                         return t2;
395         }
396         return ULLONG_MAX;
397 }
398
399 /*
400  * Calculate the TSC frequency from HPET reference
401  */
402 static unsigned long calc_hpet_ref(u64 deltatsc, u64 hpet1, u64 hpet2)
403 {
404         u64 tmp;
405
406         if (hpet2 < hpet1)
407                 hpet2 += 0x100000000ULL;
408         hpet2 -= hpet1;
409         tmp = ((u64)hpet2 * hpet_readl(HPET_PERIOD));
410         do_div(tmp, 1000000);
411         deltatsc = div64_u64(deltatsc, tmp);
412
413         return (unsigned long) deltatsc;
414 }
415
416 /*
417  * Calculate the TSC frequency from PMTimer reference
418  */
419 static unsigned long calc_pmtimer_ref(u64 deltatsc, u64 pm1, u64 pm2)
420 {
421         u64 tmp;
422
423         if (!pm1 && !pm2)
424                 return ULONG_MAX;
425
426         if (pm2 < pm1)
427                 pm2 += (u64)ACPI_PM_OVRRUN;
428         pm2 -= pm1;
429         tmp = pm2 * 1000000000LL;
430         do_div(tmp, PMTMR_TICKS_PER_SEC);
431         do_div(deltatsc, tmp);
432
433         return (unsigned long) deltatsc;
434 }
435
436 #define CAL_MS          10
437 #define CAL_LATCH       (PIT_TICK_RATE / (1000 / CAL_MS))
438 #define CAL_PIT_LOOPS   1000
439
440 #define CAL2_MS         50
441 #define CAL2_LATCH      (PIT_TICK_RATE / (1000 / CAL2_MS))
442 #define CAL2_PIT_LOOPS  5000
443
444
445 /*
446  * Try to calibrate the TSC against the Programmable
447  * Interrupt Timer and return the frequency of the TSC
448  * in kHz.
449  *
450  * Return ULONG_MAX on failure to calibrate.
451  */
452 static unsigned long pit_calibrate_tsc(u32 latch, unsigned long ms, int loopmin)
453 {
454         u64 tsc, t1, t2, delta;
455         unsigned long tscmin, tscmax;
456         int pitcnt;
457
458         /* Set the Gate high, disable speaker */
459         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
460
461         /*
462          * Setup CTC channel 2* for mode 0, (interrupt on terminal
463          * count mode), binary count. Set the latch register to 50ms
464          * (LSB then MSB) to begin countdown.
465          */
466         outb(0xb0, 0x43);
467         outb(latch & 0xff, 0x42);
468         outb(latch >> 8, 0x42);
469
470         tsc = t1 = t2 = get_cycles();
471
472         pitcnt = 0;
473         tscmax = 0;
474         tscmin = ULONG_MAX;
475         while ((inb(0x61) & 0x20) == 0) {
476                 t2 = get_cycles();
477                 delta = t2 - tsc;
478                 tsc = t2;
479                 if ((unsigned long) delta < tscmin)
480                         tscmin = (unsigned int) delta;
481                 if ((unsigned long) delta > tscmax)
482                         tscmax = (unsigned int) delta;
483                 pitcnt++;
484         }
485
486         /*
487          * Sanity checks:
488          *
489          * If we were not able to read the PIT more than loopmin
490          * times, then we have been hit by a massive SMI
491          *
492          * If the maximum is 10 times larger than the minimum,
493          * then we got hit by an SMI as well.
494          */
495         if (pitcnt < loopmin || tscmax > 10 * tscmin)
496                 return ULONG_MAX;
497
498         /* Calculate the PIT value */
499         delta = t2 - t1;
500         do_div(delta, ms);
501         return delta;
502 }
503
504 /*
505  * This reads the current MSB of the PIT counter, and
506  * checks if we are running on sufficiently fast and
507  * non-virtualized hardware.
508  *
509  * Our expectations are:
510  *
511  *  - the PIT is running at roughly 1.19MHz
512  *
513  *  - each IO is going to take about 1us on real hardware,
514  *    but we allow it to be much faster (by a factor of 10) or
515  *    _slightly_ slower (ie we allow up to a 2us read+counter
516  *    update - anything else implies a unacceptably slow CPU
517  *    or PIT for the fast calibration to work.
518  *
519  *  - with 256 PIT ticks to read the value, we have 214us to
520  *    see the same MSB (and overhead like doing a single TSC
521  *    read per MSB value etc).
522  *
523  *  - We're doing 2 reads per loop (LSB, MSB), and we expect
524  *    them each to take about a microsecond on real hardware.
525  *    So we expect a count value of around 100. But we'll be
526  *    generous, and accept anything over 50.
527  *
528  *  - if the PIT is stuck, and we see *many* more reads, we
529  *    return early (and the next caller of pit_expect_msb()
530  *    then consider it a failure when they don't see the
531  *    next expected value).
532  *
533  * These expectations mean that we know that we have seen the
534  * transition from one expected value to another with a fairly
535  * high accuracy, and we didn't miss any events. We can thus
536  * use the TSC value at the transitions to calculate a pretty
537  * good value for the TSC frequencty.
538  */
539 static inline int pit_verify_msb(unsigned char val)
540 {
541         /* Ignore LSB */
542         inb(0x42);
543         return inb(0x42) == val;
544 }
545
546 static inline int pit_expect_msb(unsigned char val, u64 *tscp, unsigned long *deltap)
547 {
548         int count;
549         u64 tsc = 0, prev_tsc = 0;
550
551         for (count = 0; count < 50000; count++) {
552                 if (!pit_verify_msb(val))
553                         break;
554                 prev_tsc = tsc;
555                 tsc = get_cycles();
556         }
557         *deltap = get_cycles() - prev_tsc;
558         *tscp = tsc;
559
560         /*
561          * We require _some_ success, but the quality control
562          * will be based on the error terms on the TSC values.
563          */
564         return count > 5;
565 }
566
567 /*
568  * How many MSB values do we want to see? We aim for
569  * a maximum error rate of 500ppm (in practice the
570  * real error is much smaller), but refuse to spend
571  * more than 50ms on it.
572  */
573 #define MAX_QUICK_PIT_MS 50
574 #define MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS (MAX_QUICK_PIT_MS * PIT_TICK_RATE / 1000 / 256)
575
576 static unsigned long quick_pit_calibrate(void)
577 {
578         int i;
579         u64 tsc, delta;
580         unsigned long d1, d2;
581
582         /* Set the Gate high, disable speaker */
583         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
584
585         /*
586          * Counter 2, mode 0 (one-shot), binary count
587          *
588          * NOTE! Mode 2 decrements by two (and then the
589          * output is flipped each time, giving the same
590          * final output frequency as a decrement-by-one),
591          * so mode 0 is much better when looking at the
592          * individual counts.
593          */
594         outb(0xb0, 0x43);
595
596         /* Start at 0xffff */
597         outb(0xff, 0x42);
598         outb(0xff, 0x42);
599
600         /*
601          * The PIT starts counting at the next edge, so we
602          * need to delay for a microsecond. The easiest way
603          * to do that is to just read back the 16-bit counter
604          * once from the PIT.
605          */
606         pit_verify_msb(0);
607
608         if (pit_expect_msb(0xff, &tsc, &d1)) {
609                 for (i = 1; i <= MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS; i++) {
610                         if (!pit_expect_msb(0xff-i, &delta, &d2))
611                                 break;
612
613                         delta -= tsc;
614
615                         /*
616                          * Extrapolate the error and fail fast if the error will
617                          * never be below 500 ppm.
618                          */
619                         if (i == 1 &&
620                             d1 + d2 >= (delta * MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS) >> 11)
621                                 return 0;
622
623                         /*
624                          * Iterate until the error is less than 500 ppm
625                          */
626                         if (d1+d2 >= delta >> 11)
627                                 continue;
628
629                         /*
630                          * Check the PIT one more time to verify that
631                          * all TSC reads were stable wrt the PIT.
632                          *
633                          * This also guarantees serialization of the
634                          * last cycle read ('d2') in pit_expect_msb.
635                          */
636                         if (!pit_verify_msb(0xfe - i))
637                                 break;
638                         goto success;
639                 }
640         }
641         pr_info("Fast TSC calibration failed\n");
642         return 0;
643
644 success:
645         /*
646          * Ok, if we get here, then we've seen the
647          * MSB of the PIT decrement 'i' times, and the
648          * error has shrunk to less than 500 ppm.
649          *
650          * As a result, we can depend on there not being
651          * any odd delays anywhere, and the TSC reads are
652          * reliable (within the error).
653          *
654          * kHz = ticks / time-in-seconds / 1000;
655          * kHz = (t2 - t1) / (I * 256 / PIT_TICK_RATE) / 1000
656          * kHz = ((t2 - t1) * PIT_TICK_RATE) / (I * 256 * 1000)
657          */
658         delta *= PIT_TICK_RATE;
659         do_div(delta, i*256*1000);
660         pr_info("Fast TSC calibration using PIT\n");
661         return delta;
662 }
663
664 /**
665  * native_calibrate_tsc - calibrate the tsc on boot
666  */
667 unsigned long native_calibrate_tsc(void)
668 {
669         u64 tsc1, tsc2, delta, ref1, ref2;
670         unsigned long tsc_pit_min = ULONG_MAX, tsc_ref_min = ULONG_MAX;
671         unsigned long flags, latch, ms, fast_calibrate;
672         int hpet = is_hpet_enabled(), i, loopmin;
673
674         /* Calibrate TSC using MSR for Intel Atom SoCs */
675         local_irq_save(flags);
676         fast_calibrate = try_msr_calibrate_tsc();
677         local_irq_restore(flags);
678         if (fast_calibrate)
679                 return fast_calibrate;
680
681         local_irq_save(flags);
682         fast_calibrate = quick_pit_calibrate();
683         local_irq_restore(flags);
684         if (fast_calibrate)
685                 return fast_calibrate;
686
687         /*
688          * Run 5 calibration loops to get the lowest frequency value
689          * (the best estimate). We use two different calibration modes
690          * here:
691          *
692          * 1) PIT loop. We set the PIT Channel 2 to oneshot mode and
693          * load a timeout of 50ms. We read the time right after we
694          * started the timer and wait until the PIT count down reaches
695          * zero. In each wait loop iteration we read the TSC and check
696          * the delta to the previous read. We keep track of the min
697          * and max values of that delta. The delta is mostly defined
698          * by the IO time of the PIT access, so we can detect when a
699          * SMI/SMM disturbance happened between the two reads. If the
700          * maximum time is significantly larger than the minimum time,
701          * then we discard the result and have another try.
702          *
703          * 2) Reference counter. If available we use the HPET or the
704          * PMTIMER as a reference to check the sanity of that value.
705          * We use separate TSC readouts and check inside of the
706          * reference read for a SMI/SMM disturbance. We dicard
707          * disturbed values here as well. We do that around the PIT
708          * calibration delay loop as we have to wait for a certain
709          * amount of time anyway.
710          */
711
712         /* Preset PIT loop values */
713         latch = CAL_LATCH;
714         ms = CAL_MS;
715         loopmin = CAL_PIT_LOOPS;
716
717         for (i = 0; i < 3; i++) {
718                 unsigned long tsc_pit_khz;
719
720                 /*
721                  * Read the start value and the reference count of
722                  * hpet/pmtimer when available. Then do the PIT
723                  * calibration, which will take at least 50ms, and
724                  * read the end value.
725                  */
726                 local_irq_save(flags);
727                 tsc1 = tsc_read_refs(&ref1, hpet);
728                 tsc_pit_khz = pit_calibrate_tsc(latch, ms, loopmin);
729                 tsc2 = tsc_read_refs(&ref2, hpet);
730                 local_irq_restore(flags);
731
732                 /* Pick the lowest PIT TSC calibration so far */
733                 tsc_pit_min = min(tsc_pit_min, tsc_pit_khz);
734
735                 /* hpet or pmtimer available ? */
736                 if (ref1 == ref2)
737                         continue;
738
739                 /* Check, whether the sampling was disturbed by an SMI */
740                 if (tsc1 == ULLONG_MAX || tsc2 == ULLONG_MAX)
741                         continue;
742
743                 tsc2 = (tsc2 - tsc1) * 1000000LL;
744                 if (hpet)
745                         tsc2 = calc_hpet_ref(tsc2, ref1, ref2);
746                 else
747                         tsc2 = calc_pmtimer_ref(tsc2, ref1, ref2);
748
749                 tsc_ref_min = min(tsc_ref_min, (unsigned long) tsc2);
750
751                 /* Check the reference deviation */
752                 delta = ((u64) tsc_pit_min) * 100;
753                 do_div(delta, tsc_ref_min);
754
755                 /*
756                  * If both calibration results are inside a 10% window
757                  * then we can be sure, that the calibration
758                  * succeeded. We break out of the loop right away. We
759                  * use the reference value, as it is more precise.
760                  */
761                 if (delta >= 90 && delta <= 110) {
762                         pr_info("PIT calibration matches %s. %d loops\n",
763                                 hpet ? "HPET" : "PMTIMER", i + 1);
764                         return tsc_ref_min;
765                 }
766
767                 /*
768                  * Check whether PIT failed more than once. This
769                  * happens in virtualized environments. We need to
770                  * give the virtual PC a slightly longer timeframe for
771                  * the HPET/PMTIMER to make the result precise.
772                  */
773                 if (i == 1 && tsc_pit_min == ULONG_MAX) {
774                         latch = CAL2_LATCH;
775                         ms = CAL2_MS;
776                         loopmin = CAL2_PIT_LOOPS;
777                 }
778         }
779
780         /*
781          * Now check the results.
782          */
783         if (tsc_pit_min == ULONG_MAX) {
784                 /* PIT gave no useful value */
785                 pr_warn("Unable to calibrate against PIT\n");
786
787                 /* We don't have an alternative source, disable TSC */
788                 if (!hpet && !ref1 && !ref2) {
789                         pr_notice("No reference (HPET/PMTIMER) available\n");
790                         return 0;
791                 }
792
793                 /* The alternative source failed as well, disable TSC */
794                 if (tsc_ref_min == ULONG_MAX) {
795                         pr_warn("HPET/PMTIMER calibration failed\n");
796                         return 0;
797                 }
798
799                 /* Use the alternative source */
800                 pr_info("using %s reference calibration\n",
801                         hpet ? "HPET" : "PMTIMER");
802
803                 return tsc_ref_min;
804         }
805
806         /* We don't have an alternative source, use the PIT calibration value */
807         if (!hpet && !ref1 && !ref2) {
808                 pr_info("Using PIT calibration value\n");
809                 return tsc_pit_min;
810         }
811
812         /* The alternative source failed, use the PIT calibration value */
813         if (tsc_ref_min == ULONG_MAX) {
814                 pr_warn("HPET/PMTIMER calibration failed. Using PIT calibration.\n");
815                 return tsc_pit_min;
816         }
817
818         /*
819          * The calibration values differ too much. In doubt, we use
820          * the PIT value as we know that there are PMTIMERs around
821          * running at double speed. At least we let the user know:
822          */
823         pr_warn("PIT calibration deviates from %s: %lu %lu\n",
824                 hpet ? "HPET" : "PMTIMER", tsc_pit_min, tsc_ref_min);
825         pr_info("Using PIT calibration value\n");
826         return tsc_pit_min;
827 }
828
829 int recalibrate_cpu_khz(void)
830 {
831 #ifndef CONFIG_SMP
832         unsigned long cpu_khz_old = cpu_khz;
833
834         if (cpu_has_tsc) {
835                 tsc_khz = x86_platform.calibrate_tsc();
836                 cpu_khz = tsc_khz;
837                 cpu_data(0).loops_per_jiffy =
838                         cpufreq_scale(cpu_data(0).loops_per_jiffy,
839                                         cpu_khz_old, cpu_khz);
840                 return 0;
841         } else
842                 return -ENODEV;
843 #else
844         return -ENODEV;
845 #endif
846 }
847
848 EXPORT_SYMBOL(recalibrate_cpu_khz);
849
850
851 static unsigned long long cyc2ns_suspend;
852
853 void tsc_save_sched_clock_state(void)
854 {
855         if (!sched_clock_stable())
856                 return;
857
858         cyc2ns_suspend = sched_clock();
859 }
860
861 /*
862  * Even on processors with invariant TSC, TSC gets reset in some the
863  * ACPI system sleep states. And in some systems BIOS seem to reinit TSC to
864  * arbitrary value (still sync'd across cpu's) during resume from such sleep
865  * states. To cope up with this, recompute the cyc2ns_offset for each cpu so
866  * that sched_clock() continues from the point where it was left off during
867  * suspend.
868  */
869 void tsc_restore_sched_clock_state(void)
870 {
871         unsigned long long offset;
872         unsigned long flags;
873         int cpu;
874
875         if (!sched_clock_stable())
876                 return;
877
878         local_irq_save(flags);
879
880         /*
881          * We're comming out of suspend, there's no concurrency yet; don't
882          * bother being nice about the RCU stuff, just write to both
883          * data fields.
884          */
885
886         this_cpu_write(cyc2ns.data[0].cyc2ns_offset, 0);
887         this_cpu_write(cyc2ns.data[1].cyc2ns_offset, 0);
888
889         offset = cyc2ns_suspend - sched_clock();
890
891         for_each_possible_cpu(cpu) {
892                 per_cpu(cyc2ns.data[0].cyc2ns_offset, cpu) = offset;
893                 per_cpu(cyc2ns.data[1].cyc2ns_offset, cpu) = offset;
894         }
895
896         local_irq_restore(flags);
897 }
898
899 #ifdef CONFIG_CPU_FREQ
900
901 /* Frequency scaling support. Adjust the TSC based timer when the cpu frequency
902  * changes.
903  *
904  * RED-PEN: On SMP we assume all CPUs run with the same frequency.  It's
905  * not that important because current Opteron setups do not support
906  * scaling on SMP anyroads.
907  *
908  * Should fix up last_tsc too. Currently gettimeofday in the
909  * first tick after the change will be slightly wrong.
910  */
911
912 static unsigned int  ref_freq;
913 static unsigned long loops_per_jiffy_ref;
914 static unsigned long tsc_khz_ref;
915
916 static int time_cpufreq_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long val,
917                                 void *data)
918 {
919         struct cpufreq_freqs *freq = data;
920         unsigned long *lpj;
921
922         if (cpu_has(&cpu_data(freq->cpu), X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
923                 return 0;
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_tsc(void)
955 {
956         if (!cpu_has_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_tsc);
966
967 #endif /* CONFIG_CPU_FREQ */
968
969 /* clocksource code */
970
971 static struct clocksource clocksource_tsc;
972
973 /*
974  * We used to compare the TSC to the cycle_last value in the clocksource
975  * structure to avoid a nasty time-warp. This can be observed in a
976  * very small window right after one CPU updated cycle_last under
977  * xtime/vsyscall_gtod lock and the other CPU reads a TSC value which
978  * is smaller than the cycle_last reference value due to a TSC which
979  * is slighty behind. This delta is nowhere else observable, but in
980  * that case it results in a forward time jump in the range of hours
981  * due to the unsigned delta calculation of the time keeping core
982  * code, which is necessary to support wrapping clocksources like pm
983  * timer.
984  *
985  * This sanity check is now done in the core timekeeping code.
986  * checking the result of read_tsc() - cycle_last for being negative.
987  * That works because CLOCKSOURCE_MASK(64) does not mask out any bit.
988  */
989 static cycle_t read_tsc(struct clocksource *cs)
990 {
991         return (cycle_t)rdtsc_ordered();
992 }
993
994 /*
995  * .mask MUST be CLOCKSOURCE_MASK(64). See comment above read_tsc()
996  */
997 static struct clocksource clocksource_tsc = {
998         .name                   = "tsc",
999         .rating                 = 300,
1000         .read                   = read_tsc,
1001         .mask                   = CLOCKSOURCE_MASK(64),
1002         .flags                  = CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS |
1003                                   CLOCK_SOURCE_MUST_VERIFY,
1004         .archdata               = { .vclock_mode = VCLOCK_TSC },
1005 };
1006
1007 void mark_tsc_unstable(char *reason)
1008 {
1009         if (!tsc_unstable) {
1010                 tsc_unstable = 1;
1011                 clear_sched_clock_stable();
1012                 disable_sched_clock_irqtime();
1013                 pr_info("Marking TSC unstable due to %s\n", reason);
1014                 /* Change only the rating, when not registered */
1015                 if (clocksource_tsc.mult)
1016                         clocksource_mark_unstable(&clocksource_tsc);
1017                 else {
1018                         clocksource_tsc.flags |= CLOCK_SOURCE_UNSTABLE;
1019                         clocksource_tsc.rating = 0;
1020                 }
1021         }
1022 }
1023
1024 EXPORT_SYMBOL_GPL(mark_tsc_unstable);
1025
1026 static void __init check_system_tsc_reliable(void)
1027 {
1028 #if defined(CONFIG_MGEODEGX1) || defined(CONFIG_MGEODE_LX) || defined(CONFIG_X86_GENERIC)
1029         if (is_geode_lx()) {
1030                 /* RTSC counts during suspend */
1031 #define RTSC_SUSP 0x100
1032                 unsigned long res_low, res_high;
1033
1034                 rdmsr_safe(MSR_GEODE_BUSCONT_CONF0, &res_low, &res_high);
1035                 /* Geode_LX - the OLPC CPU has a very reliable TSC */
1036                 if (res_low & RTSC_SUSP)
1037                         tsc_clocksource_reliable = 1;
1038         }
1039 #endif
1040         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC_RELIABLE))
1041                 tsc_clocksource_reliable = 1;
1042 }
1043
1044 /*
1045  * Make an educated guess if the TSC is trustworthy and synchronized
1046  * over all CPUs.
1047  */
1048 int unsynchronized_tsc(void)
1049 {
1050         if (!cpu_has_tsc || tsc_unstable)
1051                 return 1;
1052
1053 #ifdef CONFIG_SMP
1054         if (apic_is_clustered_box())
1055                 return 1;
1056 #endif
1057
1058         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
1059                 return 0;
1060
1061         if (tsc_clocksource_reliable)
1062                 return 0;
1063         /*
1064          * Intel systems are normally all synchronized.
1065          * Exceptions must mark TSC as unstable:
1066          */
1067         if (boot_cpu_data.x86_vendor != X86_VENDOR_INTEL) {
1068                 /* assume multi socket systems are not synchronized: */
1069                 if (num_possible_cpus() > 1)
1070                         return 1;
1071         }
1072
1073         return 0;
1074 }
1075
1076
1077 static void tsc_refine_calibration_work(struct work_struct *work);
1078 static DECLARE_DELAYED_WORK(tsc_irqwork, tsc_refine_calibration_work);
1079 /**
1080  * tsc_refine_calibration_work - Further refine tsc freq calibration
1081  * @work - ignored.
1082  *
1083  * This functions uses delayed work over a period of a
1084  * second to further refine the TSC freq value. Since this is
1085  * timer based, instead of loop based, we don't block the boot
1086  * process while this longer calibration is done.
1087  *
1088  * If there are any calibration anomalies (too many SMIs, etc),
1089  * or the refined calibration is off by 1% of the fast early
1090  * calibration, we throw out the new calibration and use the
1091  * early calibration.
1092  */
1093 static void tsc_refine_calibration_work(struct work_struct *work)
1094 {
1095         static u64 tsc_start = -1, ref_start;
1096         static int hpet;
1097         u64 tsc_stop, ref_stop, delta;
1098         unsigned long freq;
1099
1100         /* Don't bother refining TSC on unstable systems */
1101         if (check_tsc_unstable())
1102                 goto out;
1103
1104         /*
1105          * Since the work is started early in boot, we may be
1106          * delayed the first time we expire. So set the workqueue
1107          * again once we know timers are working.
1108          */
1109         if (tsc_start == -1) {
1110                 /*
1111                  * Only set hpet once, to avoid mixing hardware
1112                  * if the hpet becomes enabled later.
1113                  */
1114                 hpet = is_hpet_enabled();
1115                 schedule_delayed_work(&tsc_irqwork, HZ);
1116                 tsc_start = tsc_read_refs(&ref_start, hpet);
1117                 return;
1118         }
1119
1120         tsc_stop = tsc_read_refs(&ref_stop, hpet);
1121
1122         /* hpet or pmtimer available ? */
1123         if (ref_start == ref_stop)
1124                 goto out;
1125
1126         /* Check, whether the sampling was disturbed by an SMI */
1127         if (tsc_start == ULLONG_MAX || tsc_stop == ULLONG_MAX)
1128                 goto out;
1129
1130         delta = tsc_stop - tsc_start;
1131         delta *= 1000000LL;
1132         if (hpet)
1133                 freq = calc_hpet_ref(delta, ref_start, ref_stop);
1134         else
1135                 freq = calc_pmtimer_ref(delta, ref_start, ref_stop);
1136
1137         /* Make sure we're within 1% */
1138         if (abs(tsc_khz - freq) > tsc_khz/100)
1139                 goto out;
1140
1141         tsc_khz = freq;
1142         pr_info("Refined TSC clocksource calibration: %lu.%03lu MHz\n",
1143                 (unsigned long)tsc_khz / 1000,
1144                 (unsigned long)tsc_khz % 1000);
1145
1146 out:
1147         clocksource_register_khz(&clocksource_tsc, tsc_khz);
1148 }
1149
1150
1151 static int __init init_tsc_clocksource(void)
1152 {
1153         if (!cpu_has_tsc || tsc_disabled > 0 || !tsc_khz)
1154                 return 0;
1155
1156         if (tsc_clocksource_reliable)
1157                 clocksource_tsc.flags &= ~CLOCK_SOURCE_MUST_VERIFY;
1158         /* lower the rating if we already know its unstable: */
1159         if (check_tsc_unstable()) {
1160                 clocksource_tsc.rating = 0;
1161                 clocksource_tsc.flags &= ~CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS;
1162         }
1163
1164         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_NONSTOP_TSC_S3))
1165                 clocksource_tsc.flags |= CLOCK_SOURCE_SUSPEND_NONSTOP;
1166
1167         /*
1168          * Trust the results of the earlier calibration on systems
1169          * exporting a reliable TSC.
1170          */
1171         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC_RELIABLE)) {
1172                 clocksource_register_khz(&clocksource_tsc, tsc_khz);
1173                 return 0;
1174         }
1175
1176         schedule_delayed_work(&tsc_irqwork, 0);
1177         return 0;
1178 }
1179 /*
1180  * We use device_initcall here, to ensure we run after the hpet
1181  * is fully initialized, which may occur at fs_initcall time.
1182  */
1183 device_initcall(init_tsc_clocksource);
1184
1185 void __init tsc_init(void)
1186 {
1187         u64 lpj;
1188         int cpu;
1189
1190         x86_init.timers.tsc_pre_init();
1191
1192         if (!cpu_has_tsc) {
1193                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC_DEADLINE_TIMER);
1194                 return;
1195         }
1196
1197         tsc_khz = x86_platform.calibrate_tsc();
1198         cpu_khz = tsc_khz;
1199
1200         if (!tsc_khz) {
1201                 mark_tsc_unstable("could not calculate TSC khz");
1202                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC_DEADLINE_TIMER);
1203                 return;
1204         }
1205
1206         pr_info("Detected %lu.%03lu MHz processor\n",
1207                 (unsigned long)cpu_khz / 1000,
1208                 (unsigned long)cpu_khz % 1000);
1209
1210         /*
1211          * Secondary CPUs do not run through tsc_init(), so set up
1212          * all the scale factors for all CPUs, assuming the same
1213          * speed as the bootup CPU. (cpufreq notifiers will fix this
1214          * up if their speed diverges)
1215          */
1216         for_each_possible_cpu(cpu) {
1217                 cyc2ns_init(cpu);
1218                 set_cyc2ns_scale(cpu_khz, cpu);
1219         }
1220
1221         if (tsc_disabled > 0)
1222                 return;
1223
1224         /* now allow native_sched_clock() to use rdtsc */
1225
1226         tsc_disabled = 0;
1227         static_branch_enable(&__use_tsc);
1228
1229         if (!no_sched_irq_time)
1230                 enable_sched_clock_irqtime();
1231
1232         lpj = ((u64)tsc_khz * 1000);
1233         do_div(lpj, HZ);
1234         lpj_fine = lpj;
1235
1236         use_tsc_delay();
1237
1238         if (unsynchronized_tsc())
1239                 mark_tsc_unstable("TSCs unsynchronized");
1240
1241         check_system_tsc_reliable();
1242 }
1243
1244 #ifdef CONFIG_SMP
1245 /*
1246  * If we have a constant TSC and are using the TSC for the delay loop,
1247  * we can skip clock calibration if another cpu in the same socket has already
1248  * been calibrated. This assumes that CONSTANT_TSC applies to all
1249  * cpus in the socket - this should be a safe assumption.
1250  */
1251 unsigned long calibrate_delay_is_known(void)
1252 {
1253         int i, cpu = smp_processor_id();
1254
1255         if (!tsc_disabled && !cpu_has(&cpu_data(cpu), X86_FEATURE_CONSTANT_TSC))
1256                 return 0;
1257
1258         for_each_online_cpu(i)
1259                 if (cpu_data(i).phys_proc_id == cpu_data(cpu).phys_proc_id)
1260                         return cpu_data(i).loops_per_jiffy;
1261         return 0;
1262 }
1263 #endif