99905e180532e094c2efb0fc8c3ce6c66c63d92b
[linux-2.6.git] / include / linux / jiffies.h
1 #ifndef _LINUX_JIFFIES_H
2 #define _LINUX_JIFFIES_H
3
4 #include <linux/calc64.h>
5 #include <linux/kernel.h>
6 #include <linux/types.h>
7 #include <linux/time.h>
8 #include <linux/timex.h>
9 #include <asm/param.h>                  /* for HZ */
10
11 /*
12  * The following defines establish the engineering parameters of the PLL
13  * model. The HZ variable establishes the timer interrupt frequency, 100 Hz
14  * for the SunOS kernel, 256 Hz for the Ultrix kernel and 1024 Hz for the
15  * OSF/1 kernel. The SHIFT_HZ define expresses the same value as the
16  * nearest power of two in order to avoid hardware multiply operations.
17  */
18 #if HZ >= 12 && HZ < 24
19 # define SHIFT_HZ       4
20 #elif HZ >= 24 && HZ < 48
21 # define SHIFT_HZ       5
22 #elif HZ >= 48 && HZ < 96
23 # define SHIFT_HZ       6
24 #elif HZ >= 96 && HZ < 192
25 # define SHIFT_HZ       7
26 #elif HZ >= 192 && HZ < 384
27 # define SHIFT_HZ       8
28 #elif HZ >= 384 && HZ < 768
29 # define SHIFT_HZ       9
30 #elif HZ >= 768 && HZ < 1536
31 # define SHIFT_HZ       10
32 #else
33 # error You lose.
34 #endif
35
36 /* LATCH is used in the interval timer and ftape setup. */
37 #define LATCH  ((CLOCK_TICK_RATE + HZ/2) / HZ)  /* For divider */
38
39 /* Suppose we want to devide two numbers NOM and DEN: NOM/DEN, the we can
40  * improve accuracy by shifting LSH bits, hence calculating:
41  *     (NOM << LSH) / DEN
42  * This however means trouble for large NOM, because (NOM << LSH) may no
43  * longer fit in 32 bits. The following way of calculating this gives us
44  * some slack, under the following conditions:
45  *   - (NOM / DEN) fits in (32 - LSH) bits.
46  *   - (NOM % DEN) fits in (32 - LSH) bits.
47  */
48 #define SH_DIV(NOM,DEN,LSH) (   ((NOM / DEN) << LSH)                    \
49                              + (((NOM % DEN) << LSH) + DEN / 2) / DEN)
50
51 /* HZ is the requested value. ACTHZ is actual HZ ("<< 8" is for accuracy) */
52 #define ACTHZ (SH_DIV (CLOCK_TICK_RATE, LATCH, 8))
53
54 /* TICK_NSEC is the time between ticks in nsec assuming real ACTHZ */
55 #define TICK_NSEC (SH_DIV (1000000UL * 1000, ACTHZ, 8))
56
57 /* TICK_USEC is the time between ticks in usec assuming fake USER_HZ */
58 #define TICK_USEC ((1000000UL + USER_HZ/2) / USER_HZ)
59
60 /* TICK_USEC_TO_NSEC is the time between ticks in nsec assuming real ACTHZ and  */
61 /* a value TUSEC for TICK_USEC (can be set bij adjtimex)                */
62 #define TICK_USEC_TO_NSEC(TUSEC) (SH_DIV (TUSEC * USER_HZ * 1000, ACTHZ, 8))
63
64 /* some arch's have a small-data section that can be accessed register-relative
65  * but that can only take up to, say, 4-byte variables. jiffies being part of
66  * an 8-byte variable may not be correctly accessed unless we force the issue
67  */
68 #define __jiffy_data  __attribute__((section(".data")))
69
70 /*
71  * The 64-bit value is not volatile - you MUST NOT read it
72  * without sampling the sequence number in xtime_lock.
73  * get_jiffies_64() will do this for you as appropriate.
74  */
75 extern u64 __jiffy_data jiffies_64;
76 extern unsigned long volatile __jiffy_data jiffies;
77
78 #if (BITS_PER_LONG < 64)
79 u64 get_jiffies_64(void);
80 #else
81 static inline u64 get_jiffies_64(void)
82 {
83         return (u64)jiffies;
84 }
85 #endif
86
87 /*
88  *      These inlines deal with timer wrapping correctly. You are 
89  *      strongly encouraged to use them
90  *      1. Because people otherwise forget
91  *      2. Because if the timer wrap changes in future you won't have to
92  *         alter your driver code.
93  *
94  * time_after(a,b) returns true if the time a is after time b.
95  *
96  * Do this with "<0" and ">=0" to only test the sign of the result. A
97  * good compiler would generate better code (and a really good compiler
98  * wouldn't care). Gcc is currently neither.
99  */
100 #define time_after(a,b)         \
101         (typecheck(unsigned long, a) && \
102          typecheck(unsigned long, b) && \
103          ((long)(b) - (long)(a) < 0))
104 #define time_before(a,b)        time_after(b,a)
105
106 #define time_after_eq(a,b)      \
107         (typecheck(unsigned long, a) && \
108          typecheck(unsigned long, b) && \
109          ((long)(a) - (long)(b) >= 0))
110 #define time_before_eq(a,b)     time_after_eq(b,a)
111
112 /*
113  * Have the 32 bit jiffies value wrap 5 minutes after boot
114  * so jiffies wrap bugs show up earlier.
115  */
116 #define INITIAL_JIFFIES ((unsigned long)(unsigned int) (-300*HZ))
117
118 /*
119  * Change timeval to jiffies, trying to avoid the
120  * most obvious overflows..
121  *
122  * And some not so obvious.
123  *
124  * Note that we don't want to return MAX_LONG, because
125  * for various timeout reasons we often end up having
126  * to wait "jiffies+1" in order to guarantee that we wait
127  * at _least_ "jiffies" - so "jiffies+1" had better still
128  * be positive.
129  */
130 #define MAX_JIFFY_OFFSET ((~0UL >> 1)-1)
131
132 /*
133  * We want to do realistic conversions of time so we need to use the same
134  * values the update wall clock code uses as the jiffies size.  This value
135  * is: TICK_NSEC (which is defined in timex.h).  This
136  * is a constant and is in nanoseconds.  We will used scaled math
137  * with a set of scales defined here as SEC_JIFFIE_SC,  USEC_JIFFIE_SC and
138  * NSEC_JIFFIE_SC.  Note that these defines contain nothing but
139  * constants and so are computed at compile time.  SHIFT_HZ (computed in
140  * timex.h) adjusts the scaling for different HZ values.
141
142  * Scaled math???  What is that?
143  *
144  * Scaled math is a way to do integer math on values that would,
145  * otherwise, either overflow, underflow, or cause undesired div
146  * instructions to appear in the execution path.  In short, we "scale"
147  * up the operands so they take more bits (more precision, less
148  * underflow), do the desired operation and then "scale" the result back
149  * by the same amount.  If we do the scaling by shifting we avoid the
150  * costly mpy and the dastardly div instructions.
151
152  * Suppose, for example, we want to convert from seconds to jiffies
153  * where jiffies is defined in nanoseconds as NSEC_PER_JIFFIE.  The
154  * simple math is: jiff = (sec * NSEC_PER_SEC) / NSEC_PER_JIFFIE; We
155  * observe that (NSEC_PER_SEC / NSEC_PER_JIFFIE) is a constant which we
156  * might calculate at compile time, however, the result will only have
157  * about 3-4 bits of precision (less for smaller values of HZ).
158  *
159  * So, we scale as follows:
160  * jiff = (sec) * (NSEC_PER_SEC / NSEC_PER_JIFFIE);
161  * jiff = ((sec) * ((NSEC_PER_SEC * SCALE)/ NSEC_PER_JIFFIE)) / SCALE;
162  * Then we make SCALE a power of two so:
163  * jiff = ((sec) * ((NSEC_PER_SEC << SCALE)/ NSEC_PER_JIFFIE)) >> SCALE;
164  * Now we define:
165  * #define SEC_CONV = ((NSEC_PER_SEC << SCALE)/ NSEC_PER_JIFFIE))
166  * jiff = (sec * SEC_CONV) >> SCALE;
167  *
168  * Often the math we use will expand beyond 32-bits so we tell C how to
169  * do this and pass the 64-bit result of the mpy through the ">> SCALE"
170  * which should take the result back to 32-bits.  We want this expansion
171  * to capture as much precision as possible.  At the same time we don't
172  * want to overflow so we pick the SCALE to avoid this.  In this file,
173  * that means using a different scale for each range of HZ values (as
174  * defined in timex.h).
175  *
176  * For those who want to know, gcc will give a 64-bit result from a "*"
177  * operator if the result is a long long AND at least one of the
178  * operands is cast to long long (usually just prior to the "*" so as
179  * not to confuse it into thinking it really has a 64-bit operand,
180  * which, buy the way, it can do, but it take more code and at least 2
181  * mpys).
182
183  * We also need to be aware that one second in nanoseconds is only a
184  * couple of bits away from overflowing a 32-bit word, so we MUST use
185  * 64-bits to get the full range time in nanoseconds.
186
187  */
188
189 /*
190  * Here are the scales we will use.  One for seconds, nanoseconds and
191  * microseconds.
192  *
193  * Within the limits of cpp we do a rough cut at the SEC_JIFFIE_SC and
194  * check if the sign bit is set.  If not, we bump the shift count by 1.
195  * (Gets an extra bit of precision where we can use it.)
196  * We know it is set for HZ = 1024 and HZ = 100 not for 1000.
197  * Haven't tested others.
198
199  * Limits of cpp (for #if expressions) only long (no long long), but
200  * then we only need the most signicant bit.
201  */
202
203 #define SEC_JIFFIE_SC (31 - SHIFT_HZ)
204 #if !((((NSEC_PER_SEC << 2) / TICK_NSEC) << (SEC_JIFFIE_SC - 2)) & 0x80000000)
205 #undef SEC_JIFFIE_SC
206 #define SEC_JIFFIE_SC (32 - SHIFT_HZ)
207 #endif
208 #define NSEC_JIFFIE_SC (SEC_JIFFIE_SC + 29)
209 #define USEC_JIFFIE_SC (SEC_JIFFIE_SC + 19)
210 #define SEC_CONVERSION ((unsigned long)((((u64)NSEC_PER_SEC << SEC_JIFFIE_SC) +\
211                                 TICK_NSEC -1) / (u64)TICK_NSEC))
212
213 #define NSEC_CONVERSION ((unsigned long)((((u64)1 << NSEC_JIFFIE_SC) +\
214                                         TICK_NSEC -1) / (u64)TICK_NSEC))
215 #define USEC_CONVERSION  \
216                     ((unsigned long)((((u64)NSEC_PER_USEC << USEC_JIFFIE_SC) +\
217                                         TICK_NSEC -1) / (u64)TICK_NSEC))
218 /*
219  * USEC_ROUND is used in the timeval to jiffie conversion.  See there
220  * for more details.  It is the scaled resolution rounding value.  Note
221  * that it is a 64-bit value.  Since, when it is applied, we are already
222  * in jiffies (albit scaled), it is nothing but the bits we will shift
223  * off.
224  */
225 #define USEC_ROUND (u64)(((u64)1 << USEC_JIFFIE_SC) - 1)
226 /*
227  * The maximum jiffie value is (MAX_INT >> 1).  Here we translate that
228  * into seconds.  The 64-bit case will overflow if we are not careful,
229  * so use the messy SH_DIV macro to do it.  Still all constants.
230  */
231 #if BITS_PER_LONG < 64
232 # define MAX_SEC_IN_JIFFIES \
233         (long)((u64)((u64)MAX_JIFFY_OFFSET * TICK_NSEC) / NSEC_PER_SEC)
234 #else   /* take care of overflow on 64 bits machines */
235 # define MAX_SEC_IN_JIFFIES \
236         (SH_DIV((MAX_JIFFY_OFFSET >> SEC_JIFFIE_SC) * TICK_NSEC, NSEC_PER_SEC, 1) - 1)
237
238 #endif
239
240 /*
241  * Convert jiffies to milliseconds and back.
242  *
243  * Avoid unnecessary multiplications/divisions in the
244  * two most common HZ cases:
245  */
246 static inline unsigned int jiffies_to_msecs(const unsigned long j)
247 {
248 #if HZ <= MSEC_PER_SEC && !(MSEC_PER_SEC % HZ)
249         return (MSEC_PER_SEC / HZ) * j;
250 #elif HZ > MSEC_PER_SEC && !(HZ % MSEC_PER_SEC)
251         return (j + (HZ / MSEC_PER_SEC) - 1)/(HZ / MSEC_PER_SEC);
252 #else
253         return (j * MSEC_PER_SEC) / HZ;
254 #endif
255 }
256
257 static inline unsigned int jiffies_to_usecs(const unsigned long j)
258 {
259 #if HZ <= USEC_PER_SEC && !(USEC_PER_SEC % HZ)
260         return (USEC_PER_SEC / HZ) * j;
261 #elif HZ > USEC_PER_SEC && !(HZ % USEC_PER_SEC)
262         return (j + (HZ / USEC_PER_SEC) - 1)/(HZ / USEC_PER_SEC);
263 #else
264         return (j * USEC_PER_SEC) / HZ;
265 #endif
266 }
267
268 static inline unsigned long msecs_to_jiffies(const unsigned int m)
269 {
270         if (m > jiffies_to_msecs(MAX_JIFFY_OFFSET))
271                 return MAX_JIFFY_OFFSET;
272 #if HZ <= MSEC_PER_SEC && !(MSEC_PER_SEC % HZ)
273         return (m + (MSEC_PER_SEC / HZ) - 1) / (MSEC_PER_SEC / HZ);
274 #elif HZ > MSEC_PER_SEC && !(HZ % MSEC_PER_SEC)
275         return m * (HZ / MSEC_PER_SEC);
276 #else
277         return (m * HZ + MSEC_PER_SEC - 1) / MSEC_PER_SEC;
278 #endif
279 }
280
281 static inline unsigned long usecs_to_jiffies(const unsigned int u)
282 {
283         if (u > jiffies_to_usecs(MAX_JIFFY_OFFSET))
284                 return MAX_JIFFY_OFFSET;
285 #if HZ <= USEC_PER_SEC && !(USEC_PER_SEC % HZ)
286         return (u + (USEC_PER_SEC / HZ) - 1) / (USEC_PER_SEC / HZ);
287 #elif HZ > USEC_PER_SEC && !(HZ % USEC_PER_SEC)
288         return u * (HZ / USEC_PER_SEC);
289 #else
290         return (u * HZ + USEC_PER_SEC - 1) / USEC_PER_SEC;
291 #endif
292 }
293
294 /*
295  * The TICK_NSEC - 1 rounds up the value to the next resolution.  Note
296  * that a remainder subtract here would not do the right thing as the
297  * resolution values don't fall on second boundries.  I.e. the line:
298  * nsec -= nsec % TICK_NSEC; is NOT a correct resolution rounding.
299  *
300  * Rather, we just shift the bits off the right.
301  *
302  * The >> (NSEC_JIFFIE_SC - SEC_JIFFIE_SC) converts the scaled nsec
303  * value to a scaled second value.
304  */
305 static __inline__ unsigned long
306 timespec_to_jiffies(const struct timespec *value)
307 {
308         unsigned long sec = value->tv_sec;
309         long nsec = value->tv_nsec + TICK_NSEC - 1;
310
311         if (sec >= MAX_SEC_IN_JIFFIES){
312                 sec = MAX_SEC_IN_JIFFIES;
313                 nsec = 0;
314         }
315         return (((u64)sec * SEC_CONVERSION) +
316                 (((u64)nsec * NSEC_CONVERSION) >>
317                  (NSEC_JIFFIE_SC - SEC_JIFFIE_SC))) >> SEC_JIFFIE_SC;
318
319 }
320
321 static __inline__ void
322 jiffies_to_timespec(const unsigned long jiffies, struct timespec *value)
323 {
324         /*
325          * Convert jiffies to nanoseconds and separate with
326          * one divide.
327          */
328         u64 nsec = (u64)jiffies * TICK_NSEC;
329         value->tv_sec = div_long_long_rem(nsec, NSEC_PER_SEC, &value->tv_nsec);
330 }
331
332 /* Same for "timeval"
333  *
334  * Well, almost.  The problem here is that the real system resolution is
335  * in nanoseconds and the value being converted is in micro seconds.
336  * Also for some machines (those that use HZ = 1024, in-particular),
337  * there is a LARGE error in the tick size in microseconds.
338
339  * The solution we use is to do the rounding AFTER we convert the
340  * microsecond part.  Thus the USEC_ROUND, the bits to be shifted off.
341  * Instruction wise, this should cost only an additional add with carry
342  * instruction above the way it was done above.
343  */
344 static __inline__ unsigned long
345 timeval_to_jiffies(const struct timeval *value)
346 {
347         unsigned long sec = value->tv_sec;
348         long usec = value->tv_usec;
349
350         if (sec >= MAX_SEC_IN_JIFFIES){
351                 sec = MAX_SEC_IN_JIFFIES;
352                 usec = 0;
353         }
354         return (((u64)sec * SEC_CONVERSION) +
355                 (((u64)usec * USEC_CONVERSION + USEC_ROUND) >>
356                  (USEC_JIFFIE_SC - SEC_JIFFIE_SC))) >> SEC_JIFFIE_SC;
357 }
358
359 static __inline__ void
360 jiffies_to_timeval(const unsigned long jiffies, struct timeval *value)
361 {
362         /*
363          * Convert jiffies to nanoseconds and separate with
364          * one divide.
365          */
366         u64 nsec = (u64)jiffies * TICK_NSEC;
367         long tv_usec;
368
369         value->tv_sec = div_long_long_rem(nsec, NSEC_PER_SEC, &tv_usec);
370         tv_usec /= NSEC_PER_USEC;
371         value->tv_usec = tv_usec;
372 }
373
374 /*
375  * Convert jiffies/jiffies_64 to clock_t and back.
376  */
377 static inline clock_t jiffies_to_clock_t(long x)
378 {
379 #if (TICK_NSEC % (NSEC_PER_SEC / USER_HZ)) == 0
380         return x / (HZ / USER_HZ);
381 #else
382         u64 tmp = (u64)x * TICK_NSEC;
383         do_div(tmp, (NSEC_PER_SEC / USER_HZ));
384         return (long)tmp;
385 #endif
386 }
387
388 static inline unsigned long clock_t_to_jiffies(unsigned long x)
389 {
390 #if (HZ % USER_HZ)==0
391         if (x >= ~0UL / (HZ / USER_HZ))
392                 return ~0UL;
393         return x * (HZ / USER_HZ);
394 #else
395         u64 jif;
396
397         /* Don't worry about loss of precision here .. */
398         if (x >= ~0UL / HZ * USER_HZ)
399                 return ~0UL;
400
401         /* .. but do try to contain it here */
402         jif = x * (u64) HZ;
403         do_div(jif, USER_HZ);
404         return jif;
405 #endif
406 }
407
408 static inline u64 jiffies_64_to_clock_t(u64 x)
409 {
410 #if (TICK_NSEC % (NSEC_PER_SEC / USER_HZ)) == 0
411         do_div(x, HZ / USER_HZ);
412 #else
413         /*
414          * There are better ways that don't overflow early,
415          * but even this doesn't overflow in hundreds of years
416          * in 64 bits, so..
417          */
418         x *= TICK_NSEC;
419         do_div(x, (NSEC_PER_SEC / USER_HZ));
420 #endif
421         return x;
422 }
423
424 static inline u64 nsec_to_clock_t(u64 x)
425 {
426 #if (NSEC_PER_SEC % USER_HZ) == 0
427         do_div(x, (NSEC_PER_SEC / USER_HZ));
428 #elif (USER_HZ % 512) == 0
429         x *= USER_HZ/512;
430         do_div(x, (NSEC_PER_SEC / 512));
431 #else
432         /*
433          * max relative error 5.7e-8 (1.8s per year) for USER_HZ <= 1024,
434          * overflow after 64.99 years.
435          * exact for HZ=60, 72, 90, 120, 144, 180, 300, 600, 900, ...
436          */
437         x *= 9;
438         do_div(x, (unsigned long)((9ull * NSEC_PER_SEC + (USER_HZ/2))
439                                   / USER_HZ));
440 #endif
441         return x;
442 }
443
444 #endif