arch/ppc/kernel/time.c

   1 /*
   2  * Common time routines among all ppc machines.
   3  *
   4  * Written by Cort Dougan (cort@cs.nmt.edu) to merge
   5  * Paul Mackerras' version and mine for PReP and Pmac.
   6  * MPC8xx/MBX changes by Dan Malek (dmalek@jlc.net).
   7  *
   8  * First round of bugfixes by Gabriel Paubert (paubert@iram.es)
   9  * to make clock more stable (2.4.0-test5). The only thing
  10  * that this code assumes is that the timebases have been synchronized
  11  * by firmware on SMP and are never stopped (never do sleep
  12  * on SMP then, nap and doze are OK).
  13  *
  14  * TODO (not necessarily in this file):
  15  * - improve precision and reproducibility of timebase frequency
  16  * measurement at boot time.
  17  * - get rid of xtime_lock for gettimeofday (generic kernel problem
  18  * to be implemented on all architectures for SMP scalability and
  19  * eventually implementing gettimeofday without entering the kernel).
  20  * - put all time/clock related variables in a single structure
  21  * to minimize number of cache lines touched by gettimeofday()
  22  * - for astronomical applications: add a new function to get
  23  * non ambiguous timestamps even around leap seconds. This needs
  24  * a new timestamp format and a good name.
  25  *
  26  *
  27  * The following comment is partially obsolete (at least the long wait
  28  * is no more a valid reason):
  29  * Since the MPC8xx has a programmable interrupt timer, I decided to
  30  * use that rather than the decrementer.  Two reasons: 1.) the clock
  31  * frequency is low, causing 2.) a long wait in the timer interrupt
  32  *              while ((d = get_dec()) == dval)
  33  * loop.  The MPC8xx can be driven from a variety of input clocks,
  34  * so a number of assumptions have been made here because the kernel
  35  * parameter HZ is a constant.  We assume (correctly, today :-) that
  36  * the MPC8xx on the MBX board is driven from a 32.768 kHz crystal.
  37  * This is then divided by 4, providing a 8192 Hz clock into the PIT.
  38  * Since it is not possible to get a nice 100 Hz clock out of this, without
  39  * creating a software PLL, I have set HZ to 128.  -- Dan
  40  *
  41  * 1997-09-10  Updated NTP code according to technical memorandum Jan '96
  42  *             "A Kernel Model for Precision Timekeeping" by Dave Mills
  43  */
  44
  45 #include <linux/config.h>
  46 #include <linux/errno.h>
  47 #include <linux/sched.h>
  48 #include <linux/kernel.h>
  49 #include <linux/param.h>
  50 #include <linux/string.h>
  51 #include <linux/mm.h>
  52 #include <linux/module.h>
  53 #include <linux/interrupt.h>
  54 #include <linux/timex.h>
  55 #include <linux/kernel_stat.h>
  56 #include <linux/mc146818rtc.h>
  57 #include <linux/time.h>
  58 #include <linux/init.h>
  59 #include <linux/profile.h>
  60
  61 #include <asm/segment.h>
  62 #include <asm/io.h>
  63 #include <asm/nvram.h>
  64 #include <asm/cache.h>
  65 #include <asm/8xx_immap.h>
  66 #include <asm/machdep.h>
  67
  68 #include <asm/time.h>
  69
  70 /* XXX false sharing with below? */
  71 u64 jiffies_64 = INITIAL_JIFFIES;
  72
  73 EXPORT_SYMBOL(jiffies_64);
  74
  75 unsigned long disarm_decr[NR_CPUS];
  76
  77 extern struct timezone sys_tz;
  78
  79 /* keep track of when we need to update the rtc */
  80 time_t last_rtc_update;
  81
  82 /* The decrementer counts down by 128 every 128ns on a 601. */
  83 #define DECREMENTER_COUNT_601   (1000000000 / HZ)
  84
  85 unsigned tb_ticks_per_jiffy;
  86 unsigned tb_to_us;
  87 unsigned tb_last_stamp;
  88 unsigned long tb_to_ns_scale;
  89
  90 extern unsigned long wall_jiffies;
  91
  92 static long time_offset;
  93
  94 spinlock_t rtc_lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED;
  95
  96 EXPORT_SYMBOL(rtc_lock);
  97
  98 /* Timer interrupt helper function */
  99 static inline int tb_delta(unsigned *jiffy_stamp) {
 100         int delta;
 101         if (__USE_RTC()) {
 102                 delta = get_rtcl();
 103                 if (delta < *jiffy_stamp) *jiffy_stamp -= 1000000000;
 104                 delta -= *jiffy_stamp;
 105         } else {
 106                 delta = get_tbl() - *jiffy_stamp;
 107         }
 108         return delta;
 109 }
 110
 111 #ifdef CONFIG_SMP
 112 unsigned long profile_pc(struct pt_regs *regs)
 113 {
 114         unsigned long pc = instruction_pointer(regs);
 115
 116         if (in_lock_functions(pc))
 117                 return regs->link;
 118
 119         return pc;
 120 }
 121 EXPORT_SYMBOL(profile_pc);
 122 #endif
 123
 124 /*
 125  * timer_interrupt - gets called when the decrementer overflows,
 126  * with interrupts disabled.
 127  * We set it up to overflow again in 1/HZ seconds.
 128  */
 129 void timer_interrupt(struct pt_regs * regs)
 130 {
 131         int next_dec;
 132         unsigned long cpu = smp_processor_id();
 133         unsigned jiffy_stamp = last_jiffy_stamp(cpu);
 134         extern void do_IRQ(struct pt_regs *);
 135
 136         if (atomic_read(&ppc_n_lost_interrupts) != 0)
 137                 do_IRQ(regs);
 138
 139         irq_enter();
 140
 141         while ((next_dec = tb_ticks_per_jiffy - tb_delta(&jiffy_stamp)) <= 0) {
 142                 jiffy_stamp += tb_ticks_per_jiffy;
 143
 144                 profile_tick(CPU_PROFILING, regs);
 145
 146                 if (smp_processor_id())
 147                         continue;
 148
 149                 /* We are in an interrupt, no need to save/restore flags */
 150                 write_seqlock(&xtime_lock);
 151                 tb_last_stamp = jiffy_stamp;
 152                 do_timer(regs);
 153 #ifndef CONFIG_SMP
 154                 update_process_times(user_mode(regs));
 155 #endif
 156
 157                 /*
 158                  * update the rtc when needed, this should be performed on the
 159                  * right fraction of a second. Half or full second ?
 160                  * Full second works on mk48t59 clocks, others need testing.
 161                  * Note that this update is basically only used through
 162                  * the adjtimex system calls. Setting the HW clock in
 163                  * any other way is a /dev/rtc and userland business.
 164                  * This is still wrong by -0.5/+1.5 jiffies because of the
 165                  * timer interrupt resolution and possible delay, but here we
 166                  * hit a quantization limit which can only be solved by higher
 167                  * resolution timers and decoupling time management from timer
 168                  * interrupts. This is also wrong on the clocks
 169                  * which require being written at the half second boundary.
 170                  * We should have an rtc call that only sets the minutes and
 171                  * seconds like on Intel to avoid problems with non UTC clocks.
 172                  */
 173                 if ( ppc_md.set_rtc_time && (time_status & STA_UNSYNC) == 0 &&
 174                      xtime.tv_sec - last_rtc_update >= 659 &&
 175                      abs((xtime.tv_nsec / 1000) - (1000000-1000000/HZ)) < 500000/HZ &&
 176                      jiffies - wall_jiffies == 1) {
 177                         if (ppc_md.set_rtc_time(xtime.tv_sec+1 + time_offset) == 0)
 178                                 last_rtc_update = xtime.tv_sec+1;
 179                         else
 180                                 /* Try again one minute later */
 181                                 last_rtc_update += 60;
 182                 }
 183                 write_sequnlock(&xtime_lock);
 184         }
 185         if ( !disarm_decr[smp_processor_id()] )
 186                 set_dec(next_dec);
 187         last_jiffy_stamp(cpu) = jiffy_stamp;
 188
 189 #ifdef CONFIG_SMP
 190         smp_local_timer_interrupt(regs);
 191 #endif /* CONFIG_SMP */
 192
 193         if (ppc_md.heartbeat && !ppc_md.heartbeat_count--)
 194                 ppc_md.heartbeat();
 195
 196         irq_exit();
 197 }
 198
 199 /*
 200  * This version of gettimeofday has microsecond resolution.
 201  */
 202 void do_gettimeofday(struct timeval *tv)
 203 {
 204         unsigned long flags;
 205         unsigned long seq;
 206         unsigned delta, lost_ticks, usec, sec;
 207
 208         do {
 209                 seq = read_seqbegin_irqsave(&xtime_lock, flags);
 210                 sec = xtime.tv_sec;
 211                 usec = (xtime.tv_nsec / 1000);
 212                 delta = tb_ticks_since(tb_last_stamp);
 213 #ifdef CONFIG_SMP
 214                 /* As long as timebases are not in sync, gettimeofday can only
 215                  * have jiffy resolution on SMP.
 216                  */
 217                 if (!smp_tb_synchronized)
 218                         delta = 0;
 219 #endif /* CONFIG_SMP */
 220                 lost_ticks = jiffies - wall_jiffies;
 221         } while (read_seqretry_irqrestore(&xtime_lock, seq, flags));
 222
 223         usec += mulhwu(tb_to_us, tb_ticks_per_jiffy * lost_ticks + delta);
 224         while (usec >= 1000000) {
 225                 sec++;
 226                 usec -= 1000000;
 227         }
 228         tv->tv_sec = sec;
 229         tv->tv_usec = usec;
 230 }
 231
 232 EXPORT_SYMBOL(do_gettimeofday);
 233
 234 int do_settimeofday(struct timespec *tv)
 235 {
 236         time_t wtm_sec, new_sec = tv->tv_sec;
 237         long wtm_nsec, new_nsec = tv->tv_nsec;
 238         unsigned long flags;
 239         int tb_delta;
 240
 241         if ((unsigned long)tv->tv_nsec >= NSEC_PER_SEC)
 242                 return -EINVAL;
 243
 244         write_seqlock_irqsave(&xtime_lock, flags);
 245         /* Updating the RTC is not the job of this code. If the time is
 246          * stepped under NTP, the RTC will be update after STA_UNSYNC
 247          * is cleared. Tool like clock/hwclock either copy the RTC
 248          * to the system time, in which case there is no point in writing
 249          * to the RTC again, or write to the RTC but then they don't call
 250          * settimeofday to perform this operation. Note also that
 251          * we don't touch the decrementer since:
 252          * a) it would lose timer interrupt synchronization on SMP
 253          * (if it is working one day)
 254          * b) it could make one jiffy spuriously shorter or longer
 255          * which would introduce another source of uncertainty potentially
 256          * harmful to relatively short timers.
 257          */
 258
 259         /* This works perfectly on SMP only if the tb are in sync but
 260          * guarantees an error < 1 jiffy even if they are off by eons,
 261          * still reasonable when gettimeofday resolution is 1 jiffy.
 262          */
 263         tb_delta = tb_ticks_since(last_jiffy_stamp(smp_processor_id()));
 264         tb_delta += (jiffies - wall_jiffies) * tb_ticks_per_jiffy;
 265
 266         new_nsec -= 1000 * mulhwu(tb_to_us, tb_delta);
 267
 268         wtm_sec  = wall_to_monotonic.tv_sec + (xtime.tv_sec - new_sec);
 269         wtm_nsec = wall_to_monotonic.tv_nsec + (xtime.tv_nsec - new_nsec);
 270
 271         set_normalized_timespec(&xtime, new_sec, new_nsec);
 272         set_normalized_timespec(&wall_to_monotonic, wtm_sec, wtm_nsec);
 273
 274         /* In case of a large backwards jump in time with NTP, we want the
 275          * clock to be updated as soon as the PLL is again in lock.
 276          */
 277         last_rtc_update = new_sec - 658;
 278
 279         time_adjust = 0;                /* stop active adjtime() */
 280         time_status |= STA_UNSYNC;
 281         time_state = TIME_ERROR;        /* p. 24, (a) */
 282         time_maxerror = NTP_PHASE_LIMIT;
 283         time_esterror = NTP_PHASE_LIMIT;
 284         write_sequnlock_irqrestore(&xtime_lock, flags);
 285         clock_was_set();
 286         return 0;
 287 }
 288
 289 EXPORT_SYMBOL(do_settimeofday);
 290
 291 /* This function is only called on the boot processor */
 292 void __init time_init(void)
 293 {
 294         time_t sec, old_sec;
 295         unsigned old_stamp, stamp, elapsed;
 296
 297         if (ppc_md.time_init != NULL)
 298                 time_offset = ppc_md.time_init();
 299
 300         if (__USE_RTC()) {
 301                 /* 601 processor: dec counts down by 128 every 128ns */
 302                 tb_ticks_per_jiffy = DECREMENTER_COUNT_601;
 303                 /* mulhwu_scale_factor(1000000000, 1000000) is 0x418937 */
 304                 tb_to_us = 0x418937;
 305         } else {
 306                 ppc_md.calibrate_decr();
 307                 tb_to_ns_scale = mulhwu(tb_to_us, 1000 << 10);
 308         }
 309
 310         /* Now that the decrementer is calibrated, it can be used in case the
 311          * clock is stuck, but the fact that we have to handle the 601
 312          * makes things more complex. Repeatedly read the RTC until the
 313          * next second boundary to try to achieve some precision.  If there
 314          * is no RTC, we still need to set tb_last_stamp and
 315          * last_jiffy_stamp(cpu 0) to the current stamp.
 316          */
 317         stamp = get_native_tbl();
 318         if (ppc_md.get_rtc_time) {
 319                 sec = ppc_md.get_rtc_time();
 320                 elapsed = 0;
 321                 do {
 322                         old_stamp = stamp;
 323                         old_sec = sec;
 324                         stamp = get_native_tbl();
 325                         if (__USE_RTC() && stamp < old_stamp)
 326                                 old_stamp -= 1000000000;
 327                         elapsed += stamp - old_stamp;
 328                         sec = ppc_md.get_rtc_time();
 329                 } while ( sec == old_sec && elapsed < 2*HZ*tb_ticks_per_jiffy);
 330                 if (sec==old_sec)
 331                         printk("Warning: real time clock seems stuck!\n");
 332                 xtime.tv_sec = sec;
 333                 xtime.tv_nsec = 0;
 334                 /* No update now, we just read the time from the RTC ! */
 335                 last_rtc_update = xtime.tv_sec;
 336         }
 337         last_jiffy_stamp(0) = tb_last_stamp = stamp;
 338
 339         /* Not exact, but the timer interrupt takes care of this */
 340         set_dec(tb_ticks_per_jiffy);
 341
 342         /* If platform provided a timezone (pmac), we correct the time */
 343         if (time_offset) {
 344                 sys_tz.tz_minuteswest = -time_offset / 60;
 345                 sys_tz.tz_dsttime = 0;
 346                 xtime.tv_sec -= time_offset;
 347         }
 348         set_normalized_timespec(&wall_to_monotonic,
 349                                 -xtime.tv_sec, -xtime.tv_nsec);
 350 }
 351
 352 #define FEBRUARY                2
 353 #define STARTOFTIME             1970
 354 #define SECDAY                  86400L
 355 #define SECYR                   (SECDAY * 365)
 356
 357 /*
 358  * Note: this is wrong for 2100, but our signed 32-bit time_t will
 359  * have overflowed long before that, so who cares.  -- paulus
 360  */
 361 #define leapyear(year)          ((year) % 4 == 0)
 362 #define days_in_year(a)         (leapyear(a) ? 366 : 365)
 363 #define days_in_month(a)        (month_days[(a) - 1])
 364
 365 static int month_days[12] = {
 366         31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31
 367 };
 368
 369 void to_tm(int tim, struct rtc_time * tm)
 370 {
 371         register int i;
 372         register long hms, day, gday;
 373
 374         gday = day = tim / SECDAY;
 375         hms = tim % SECDAY;
 376
 377         /* Hours, minutes, seconds are easy */
 378         tm->tm_hour = hms / 3600;
 379         tm->tm_min = (hms % 3600) / 60;
 380         tm->tm_sec = (hms % 3600) % 60;
 381
 382         /* Number of years in days */
 383         for (i = STARTOFTIME; day >= days_in_year(i); i++)
 384                 day -= days_in_year(i);
 385         tm->tm_year = i;
 386
 387         /* Number of months in days left */
 388         if (leapyear(tm->tm_year))
 389                 days_in_month(FEBRUARY) = 29;
 390         for (i = 1; day >= days_in_month(i); i++)
 391                 day -= days_in_month(i);
 392         days_in_month(FEBRUARY) = 28;
 393         tm->tm_mon = i;
 394
 395         /* Days are what is left over (+1) from all that. */
 396         tm->tm_mday = day + 1;
 397
 398         /*
 399          * Determine the day of week. Jan. 1, 1970 was a Thursday.
 400          */
 401         tm->tm_wday = (gday + 4) % 7;
 402 }
 403
 404 /* Auxiliary function to compute scaling factors */
 405 /* Actually the choice of a timebase running at 1/4 the of the bus
 406  * frequency giving resolution of a few tens of nanoseconds is quite nice.
 407  * It makes this computation very precise (27-28 bits typically) which
 408  * is optimistic considering the stability of most processor clock
 409  * oscillators and the precision with which the timebase frequency
 410  * is measured but does not harm.
 411  */
 412 unsigned mulhwu_scale_factor(unsigned inscale, unsigned outscale) {
 413         unsigned mlt=0, tmp, err;
 414         /* No concern for performance, it's done once: use a stupid
 415          * but safe and compact method to find the multiplier.
 416          */
 417         for (tmp = 1U<<31; tmp != 0; tmp >>= 1) {
 418                 if (mulhwu(inscale, mlt|tmp) < outscale) mlt|=tmp;
 419         }
 420         /* We might still be off by 1 for the best approximation.
 421          * A side effect of this is that if outscale is too large
 422          * the returned value will be zero.
 423          * Many corner cases have been checked and seem to work,
 424          * some might have been forgotten in the test however.
 425          */
 426         err = inscale*(mlt+1);
 427         if (err <= inscale/2) mlt++;
 428         return mlt;
 429 }
 430
 431 unsigned long long sched_clock(void)
 432 {
 433         unsigned long lo, hi, hi2;
 434         unsigned long long tb;
 435
 436         if (!__USE_RTC()) {
 437                 do {
 438                         hi = get_tbu();
 439                         lo = get_tbl();
 440                         hi2 = get_tbu();
 441                 } while (hi2 != hi);
 442                 tb = ((unsigned long long) hi << 32) | lo;
 443                 tb = (tb * tb_to_ns_scale) >> 10;
 444         } else {
 445                 do {
 446                         hi = get_rtcu();
 447                         lo = get_rtcl();
 448                         hi2 = get_rtcu();
 449                 } while (hi2 != hi);
 450                 tb = ((unsigned long long) hi) * 1000000000 + lo;
 451         }
 452         return tb;
 453 }