Initial revision
[linux-2.6.git] / include / linux / jiffies.h
1 #ifndef _LINUX_JIFFIES_H
2 #define _LINUX_JIFFIES_H
3
4 #include <linux/kernel.h>
5 #include <linux/types.h>
6 #include <linux/time.h>
7 #include <linux/timex.h>
8 #include <asm/param.h>                  /* for HZ */
9 #include <asm/div64.h>
10
11 #ifndef div_long_long_rem
12 #define div_long_long_rem(dividend,divisor,remainder) \
13 ({                                                      \
14         u64 result = dividend;                          \
15         *remainder = do_div(result,divisor);            \
16         result;                                         \
17 })
18 #endif
19
20 /*
21  * The following defines establish the engineering parameters of the PLL
22  * model. The HZ variable establishes the timer interrupt frequency, 100 Hz
23  * for the SunOS kernel, 256 Hz for the Ultrix kernel and 1024 Hz for the
24  * OSF/1 kernel. The SHIFT_HZ define expresses the same value as the
25  * nearest power of two in order to avoid hardware multiply operations.
26  */
27 #if HZ >= 12 && HZ < 24
28 # define SHIFT_HZ       4
29 #elif HZ >= 24 && HZ < 48
30 # define SHIFT_HZ       5
31 #elif HZ >= 48 && HZ < 96
32 # define SHIFT_HZ       6
33 #elif HZ >= 96 && HZ < 192
34 # define SHIFT_HZ       7
35 #elif HZ >= 192 && HZ < 384
36 # define SHIFT_HZ       8
37 #elif HZ >= 384 && HZ < 768
38 # define SHIFT_HZ       9
39 #elif HZ >= 768 && HZ < 1536
40 # define SHIFT_HZ       10
41 #else
42 # error You lose.
43 #endif
44
45 /* LATCH is used in the interval timer and ftape setup. */
46 #define LATCH  ((CLOCK_TICK_RATE + HZ/2) / HZ)  /* For divider */
47
48 /* Suppose we want to devide two numbers NOM and DEN: NOM/DEN, the we can
49  * improve accuracy by shifting LSH bits, hence calculating:
50  *     (NOM << LSH) / DEN
51  * This however means trouble for large NOM, because (NOM << LSH) may no
52  * longer fit in 32 bits. The following way of calculating this gives us
53  * some slack, under the following conditions:
54  *   - (NOM / DEN) fits in (32 - LSH) bits.
55  *   - (NOM % DEN) fits in (32 - LSH) bits.
56  */
57 #define SH_DIV(NOM,DEN,LSH) (   ((NOM / DEN) << LSH)                    \
58                              + (((NOM % DEN) << LSH) + DEN / 2) / DEN)
59
60 /* HZ is the requested value. ACTHZ is actual HZ ("<< 8" is for accuracy) */
61 #define ACTHZ (SH_DIV (CLOCK_TICK_RATE, LATCH, 8))
62
63 /* TICK_NSEC is the time between ticks in nsec assuming real ACTHZ */
64 #define TICK_NSEC (SH_DIV (1000000UL * 1000, ACTHZ, 8))
65
66 /* TICK_USEC is the time between ticks in usec assuming fake USER_HZ */
67 #define TICK_USEC ((1000000UL + USER_HZ/2) / USER_HZ)
68
69 /* TICK_USEC_TO_NSEC is the time between ticks in nsec assuming real ACTHZ and  */
70 /* a value TUSEC for TICK_USEC (can be set bij adjtimex)                */
71 #define TICK_USEC_TO_NSEC(TUSEC) (SH_DIV (TUSEC * USER_HZ * 1000, ACTHZ, 8))
72
73 /* some arch's have a small-data section that can be accessed register-relative
74  * but that can only take up to, say, 4-byte variables. jiffies being part of
75  * an 8-byte variable may not be correctly accessed unless we force the issue
76  */
77 #define __jiffy_data  __attribute__((section(".data")))
78
79 /*
80  * The 64-bit value is not volatile - you MUST NOT read it
81  * without sampling the sequence number in xtime_lock.
82  * get_jiffies_64() will do this for you as appropriate.
83  */
84 extern u64 __jiffy_data jiffies_64;
85 extern unsigned long volatile __jiffy_data jiffies;
86
87 #if (BITS_PER_LONG < 64)
88 u64 get_jiffies_64(void);
89 #else
90 static inline u64 get_jiffies_64(void)
91 {
92         return (u64)jiffies;
93 }
94 #endif
95
96 /*
97  *      These inlines deal with timer wrapping correctly. You are 
98  *      strongly encouraged to use them
99  *      1. Because people otherwise forget
100  *      2. Because if the timer wrap changes in future you won't have to
101  *         alter your driver code.
102  *
103  * time_after(a,b) returns true if the time a is after time b.
104  *
105  * Do this with "<0" and ">=0" to only test the sign of the result. A
106  * good compiler would generate better code (and a really good compiler
107  * wouldn't care). Gcc is currently neither.
108  */
109 #define time_after(a,b)         \
110         (typecheck(unsigned long, a) && \
111          typecheck(unsigned long, b) && \
112          ((long)(b) - (long)(a) < 0))
113 #define time_before(a,b)        time_after(b,a)
114
115 #define time_after_eq(a,b)      \
116         (typecheck(unsigned long, a) && \
117          typecheck(unsigned long, b) && \
118          ((long)(a) - (long)(b) >= 0))
119 #define time_before_eq(a,b)     time_after_eq(b,a)
120
121 /*
122  * Have the 32 bit jiffies value wrap 5 minutes after boot
123  * so jiffies wrap bugs show up earlier.
124  */
125 #define INITIAL_JIFFIES ((unsigned long)(unsigned int) (-300*HZ))
126
127 /*
128  * Change timeval to jiffies, trying to avoid the
129  * most obvious overflows..
130  *
131  * And some not so obvious.
132  *
133  * Note that we don't want to return MAX_LONG, because
134  * for various timeout reasons we often end up having
135  * to wait "jiffies+1" in order to guarantee that we wait
136  * at _least_ "jiffies" - so "jiffies+1" had better still
137  * be positive.
138  */
139 #define MAX_JIFFY_OFFSET ((~0UL >> 1)-1)
140
141 /*
142  * We want to do realistic conversions of time so we need to use the same
143  * values the update wall clock code uses as the jiffies size.  This value
144  * is: TICK_NSEC (which is defined in timex.h).  This
145  * is a constant and is in nanoseconds.  We will used scaled math
146  * with a set of scales defined here as SEC_JIFFIE_SC,  USEC_JIFFIE_SC and
147  * NSEC_JIFFIE_SC.  Note that these defines contain nothing but
148  * constants and so are computed at compile time.  SHIFT_HZ (computed in
149  * timex.h) adjusts the scaling for different HZ values.
150
151  * Scaled math???  What is that?
152  *
153  * Scaled math is a way to do integer math on values that would,
154  * otherwise, either overflow, underflow, or cause undesired div
155  * instructions to appear in the execution path.  In short, we "scale"
156  * up the operands so they take more bits (more precision, less
157  * underflow), do the desired operation and then "scale" the result back
158  * by the same amount.  If we do the scaling by shifting we avoid the
159  * costly mpy and the dastardly div instructions.
160
161  * Suppose, for example, we want to convert from seconds to jiffies
162  * where jiffies is defined in nanoseconds as NSEC_PER_JIFFIE.  The
163  * simple math is: jiff = (sec * NSEC_PER_SEC) / NSEC_PER_JIFFIE; We
164  * observe that (NSEC_PER_SEC / NSEC_PER_JIFFIE) is a constant which we
165  * might calculate at compile time, however, the result will only have
166  * about 3-4 bits of precision (less for smaller values of HZ).
167  *
168  * So, we scale as follows:
169  * jiff = (sec) * (NSEC_PER_SEC / NSEC_PER_JIFFIE);
170  * jiff = ((sec) * ((NSEC_PER_SEC * SCALE)/ NSEC_PER_JIFFIE)) / SCALE;
171  * Then we make SCALE a power of two so:
172  * jiff = ((sec) * ((NSEC_PER_SEC << SCALE)/ NSEC_PER_JIFFIE)) >> SCALE;
173  * Now we define:
174  * #define SEC_CONV = ((NSEC_PER_SEC << SCALE)/ NSEC_PER_JIFFIE))
175  * jiff = (sec * SEC_CONV) >> SCALE;
176  *
177  * Often the math we use will expand beyond 32-bits so we tell C how to
178  * do this and pass the 64-bit result of the mpy through the ">> SCALE"
179  * which should take the result back to 32-bits.  We want this expansion
180  * to capture as much precision as possible.  At the same time we don't
181  * want to overflow so we pick the SCALE to avoid this.  In this file,
182  * that means using a different scale for each range of HZ values (as
183  * defined in timex.h).
184  *
185  * For those who want to know, gcc will give a 64-bit result from a "*"
186  * operator if the result is a long long AND at least one of the
187  * operands is cast to long long (usually just prior to the "*" so as
188  * not to confuse it into thinking it really has a 64-bit operand,
189  * which, buy the way, it can do, but it take more code and at least 2
190  * mpys).
191
192  * We also need to be aware that one second in nanoseconds is only a
193  * couple of bits away from overflowing a 32-bit word, so we MUST use
194  * 64-bits to get the full range time in nanoseconds.
195
196  */
197
198 /*
199  * Here are the scales we will use.  One for seconds, nanoseconds and
200  * microseconds.
201  *
202  * Within the limits of cpp we do a rough cut at the SEC_JIFFIE_SC and
203  * check if the sign bit is set.  If not, we bump the shift count by 1.
204  * (Gets an extra bit of precision where we can use it.)
205  * We know it is set for HZ = 1024 and HZ = 100 not for 1000.
206  * Haven't tested others.
207
208  * Limits of cpp (for #if expressions) only long (no long long), but
209  * then we only need the most signicant bit.
210  */
211
212 #define SEC_JIFFIE_SC (31 - SHIFT_HZ)
213 #if !((((NSEC_PER_SEC << 2) / TICK_NSEC) << (SEC_JIFFIE_SC - 2)) & 0x80000000)
214 #undef SEC_JIFFIE_SC
215 #define SEC_JIFFIE_SC (32 - SHIFT_HZ)
216 #endif
217 #define NSEC_JIFFIE_SC (SEC_JIFFIE_SC + 29)
218 #define USEC_JIFFIE_SC (SEC_JIFFIE_SC + 19)
219 #define SEC_CONVERSION ((unsigned long)((((u64)NSEC_PER_SEC << SEC_JIFFIE_SC) +\
220                                 TICK_NSEC -1) / (u64)TICK_NSEC))
221
222 #define NSEC_CONVERSION ((unsigned long)((((u64)1 << NSEC_JIFFIE_SC) +\
223                                         TICK_NSEC -1) / (u64)TICK_NSEC))
224 #define USEC_CONVERSION  \
225                     ((unsigned long)((((u64)NSEC_PER_USEC << USEC_JIFFIE_SC) +\
226                                         TICK_NSEC -1) / (u64)TICK_NSEC))
227 /*
228  * USEC_ROUND is used in the timeval to jiffie conversion.  See there
229  * for more details.  It is the scaled resolution rounding value.  Note
230  * that it is a 64-bit value.  Since, when it is applied, we are already
231  * in jiffies (albit scaled), it is nothing but the bits we will shift
232  * off.
233  */
234 #define USEC_ROUND (u64)(((u64)1 << USEC_JIFFIE_SC) - 1)
235 /*
236  * The maximum jiffie value is (MAX_INT >> 1).  Here we translate that
237  * into seconds.  The 64-bit case will overflow if we are not careful,
238  * so use the messy SH_DIV macro to do it.  Still all constants.
239  */
240 #if BITS_PER_LONG < 64
241 # define MAX_SEC_IN_JIFFIES \
242         (long)((u64)((u64)MAX_JIFFY_OFFSET * TICK_NSEC) / NSEC_PER_SEC)
243 #else   /* take care of overflow on 64 bits machines */
244 # define MAX_SEC_IN_JIFFIES \
245         (SH_DIV((MAX_JIFFY_OFFSET >> SEC_JIFFIE_SC) * TICK_NSEC, NSEC_PER_SEC, 1) - 1)
246
247 #endif
248
249 /*
250  * Convert jiffies to milliseconds and back.
251  *
252  * Avoid unnecessary multiplications/divisions in the
253  * two most common HZ cases:
254  */
255 static inline unsigned int jiffies_to_msecs(const unsigned long j)
256 {
257 #if HZ <= 1000 && !(1000 % HZ)
258         return (1000 / HZ) * j;
259 #elif HZ > 1000 && !(HZ % 1000)
260         return (j + (HZ / 1000) - 1)/(HZ / 1000);
261 #else
262         return (j * 1000) / HZ;
263 #endif
264 }
265
266 static inline unsigned int jiffies_to_usecs(const unsigned long j)
267 {
268 #if HZ <= 1000000 && !(1000000 % HZ)
269         return (1000000 / HZ) * j;
270 #elif HZ > 1000000 && !(HZ % 1000000)
271         return (j + (HZ / 1000000) - 1)/(HZ / 1000000);
272 #else
273         return (j * 1000000) / HZ;
274 #endif
275 }
276
277 static inline unsigned long msecs_to_jiffies(const unsigned int m)
278 {
279         if (m > jiffies_to_msecs(MAX_JIFFY_OFFSET))
280                 return MAX_JIFFY_OFFSET;
281 #if HZ <= 1000 && !(1000 % HZ)
282         return (m + (1000 / HZ) - 1) / (1000 / HZ);
283 #elif HZ > 1000 && !(HZ % 1000)
284         return m * (HZ / 1000);
285 #else
286         return (m * HZ + 999) / 1000;
287 #endif
288 }
289
290 static inline unsigned long usecs_to_jiffies(const unsigned int u)
291 {
292         if (u > jiffies_to_usecs(MAX_JIFFY_OFFSET))
293                 return MAX_JIFFY_OFFSET;
294 #if HZ <= 1000000 && !(1000000 % HZ)
295         return (u + (1000000 / HZ) - 1) / (1000000 / HZ);
296 #elif HZ > 1000000 && !(HZ % 1000000)
297         return u * (HZ / 1000000);
298 #else
299         return (u * HZ + 999999) / 1000000;
300 #endif
301 }
302
303 /*
304  * The TICK_NSEC - 1 rounds up the value to the next resolution.  Note
305  * that a remainder subtract here would not do the right thing as the
306  * resolution values don't fall on second boundries.  I.e. the line:
307  * nsec -= nsec % TICK_NSEC; is NOT a correct resolution rounding.
308  *
309  * Rather, we just shift the bits off the right.
310  *
311  * The >> (NSEC_JIFFIE_SC - SEC_JIFFIE_SC) converts the scaled nsec
312  * value to a scaled second value.
313  */
314 static __inline__ unsigned long
315 timespec_to_jiffies(const struct timespec *value)
316 {
317         unsigned long sec = value->tv_sec;
318         long nsec = value->tv_nsec + TICK_NSEC - 1;
319
320         if (sec >= MAX_SEC_IN_JIFFIES){
321                 sec = MAX_SEC_IN_JIFFIES;
322                 nsec = 0;
323         }
324         return (((u64)sec * SEC_CONVERSION) +
325                 (((u64)nsec * NSEC_CONVERSION) >>
326                  (NSEC_JIFFIE_SC - SEC_JIFFIE_SC))) >> SEC_JIFFIE_SC;
327
328 }
329
330 static __inline__ void
331 jiffies_to_timespec(const unsigned long jiffies, struct timespec *value)
332 {
333         /*
334          * Convert jiffies to nanoseconds and separate with
335          * one divide.
336          */
337         u64 nsec = (u64)jiffies * TICK_NSEC;
338         value->tv_sec = div_long_long_rem(nsec, NSEC_PER_SEC, &value->tv_nsec);
339 }
340
341 /* Same for "timeval"
342  *
343  * Well, almost.  The problem here is that the real system resolution is
344  * in nanoseconds and the value being converted is in micro seconds.
345  * Also for some machines (those that use HZ = 1024, in-particular),
346  * there is a LARGE error in the tick size in microseconds.
347
348  * The solution we use is to do the rounding AFTER we convert the
349  * microsecond part.  Thus the USEC_ROUND, the bits to be shifted off.
350  * Instruction wise, this should cost only an additional add with carry
351  * instruction above the way it was done above.
352  */
353 static __inline__ unsigned long
354 timeval_to_jiffies(const struct timeval *value)
355 {
356         unsigned long sec = value->tv_sec;
357         long usec = value->tv_usec;
358
359         if (sec >= MAX_SEC_IN_JIFFIES){
360                 sec = MAX_SEC_IN_JIFFIES;
361                 usec = 0;
362         }
363         return (((u64)sec * SEC_CONVERSION) +
364                 (((u64)usec * USEC_CONVERSION + USEC_ROUND) >>
365                  (USEC_JIFFIE_SC - SEC_JIFFIE_SC))) >> SEC_JIFFIE_SC;
366 }
367
368 static __inline__ void
369 jiffies_to_timeval(const unsigned long jiffies, struct timeval *value)
370 {
371         /*
372          * Convert jiffies to nanoseconds and separate with
373          * one divide.
374          */
375         u64 nsec = (u64)jiffies * TICK_NSEC;
376         value->tv_sec = div_long_long_rem(nsec, NSEC_PER_SEC, &value->tv_usec);
377         value->tv_usec /= NSEC_PER_USEC;
378 }
379
380 /*
381  * Convert jiffies/jiffies_64 to clock_t and back.
382  */
383 static inline clock_t jiffies_to_clock_t(long x)
384 {
385 #if (TICK_NSEC % (NSEC_PER_SEC / USER_HZ)) == 0
386         return x / (HZ / USER_HZ);
387 #else
388         u64 tmp = (u64)x * TICK_NSEC;
389         do_div(tmp, (NSEC_PER_SEC / USER_HZ));
390         return (long)tmp;
391 #endif
392 }
393
394 static inline unsigned long clock_t_to_jiffies(unsigned long x)
395 {
396 #if (HZ % USER_HZ)==0
397         if (x >= ~0UL / (HZ / USER_HZ))
398                 return ~0UL;
399         return x * (HZ / USER_HZ);
400 #else
401         u64 jif;
402
403         /* Don't worry about loss of precision here .. */
404         if (x >= ~0UL / HZ * USER_HZ)
405                 return ~0UL;
406
407         /* .. but do try to contain it here */
408         jif = x * (u64) HZ;
409         do_div(jif, USER_HZ);
410         return jif;
411 #endif
412 }
413
414 static inline u64 jiffies_64_to_clock_t(u64 x)
415 {
416 #if (TICK_NSEC % (NSEC_PER_SEC / USER_HZ)) == 0
417         do_div(x, HZ / USER_HZ);
418 #else
419         /*
420          * There are better ways that don't overflow early,
421          * but even this doesn't overflow in hundreds of years
422          * in 64 bits, so..
423          */
424         x *= TICK_NSEC;
425         do_div(x, (NSEC_PER_SEC / USER_HZ));
426 #endif
427         return x;
428 }
429
430 static inline u64 nsec_to_clock_t(u64 x)
431 {
432 #if (NSEC_PER_SEC % USER_HZ) == 0
433         do_div(x, (NSEC_PER_SEC / USER_HZ));
434 #elif (USER_HZ % 512) == 0
435         x *= USER_HZ/512;
436         do_div(x, (NSEC_PER_SEC / 512));
437 #else
438         /*
439          * max relative error 5.7e-8 (1.8s per year) for USER_HZ <= 1024,
440          * overflow after 64.99 years.
441          * exact for HZ=60, 72, 90, 120, 144, 180, 300, 600, 900, ...
442          */
443         x *= 9;
444         do_div(x, (unsigned long)((9ull * NSEC_PER_SEC + (USER_HZ/2))
445                                   / USER_HZ));
446 #endif
447         return x;
448 }
449
450 #endif