]> git.sur5r.net Git - u-boot/blob - drivers/timer/tsc_timer.c
Merge git://www.denx.de/git/u-boot-imx
[u-boot] / drivers / timer / tsc_timer.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2012 The Chromium OS Authors.
3  *
4  * TSC calibration codes are adapted from Linux kernel
5  * arch/x86/kernel/tsc_msr.c and arch/x86/kernel/tsc.c
6  *
7  * SPDX-License-Identifier:     GPL-2.0+
8  */
9
10 #include <common.h>
11 #include <dm.h>
12 #include <malloc.h>
13 #include <timer.h>
14 #include <asm/cpu.h>
15 #include <asm/io.h>
16 #include <asm/i8254.h>
17 #include <asm/ibmpc.h>
18 #include <asm/msr.h>
19 #include <asm/u-boot-x86.h>
20
21 #define MAX_NUM_FREQS   8
22
23 DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;
24
25 /*
26  * According to Intel 64 and IA-32 System Programming Guide,
27  * if MSR_PERF_STAT[31] is set, the maximum resolved bus ratio can be
28  * read in MSR_PLATFORM_ID[12:8], otherwise in MSR_PERF_STAT[44:40].
29  * Unfortunately some Intel Atom SoCs aren't quite compliant to this,
30  * so we need manually differentiate SoC families. This is what the
31  * field msr_plat does.
32  */
33 struct freq_desc {
34         u8 x86_family;  /* CPU family */
35         u8 x86_model;   /* model */
36         /* 2: use 100MHz, 1: use MSR_PLATFORM_INFO, 0: MSR_IA32_PERF_STATUS */
37         u8 msr_plat;
38         u32 freqs[MAX_NUM_FREQS];
39 };
40
41 static struct freq_desc freq_desc_tables[] = {
42         /* PNW */
43         { 6, 0x27, 0, { 0, 0, 0, 0, 0, 99840, 0, 83200 } },
44         /* CLV+ */
45         { 6, 0x35, 0, { 0, 133200, 0, 0, 0, 99840, 0, 83200 } },
46         /* TNG - Intel Atom processor Z3400 series */
47         { 6, 0x4a, 1, { 0, 100000, 133300, 0, 0, 0, 0, 0 } },
48         /* VLV2 - Intel Atom processor E3000, Z3600, Z3700 series */
49         { 6, 0x37, 1, { 83300, 100000, 133300, 116700, 80000, 0, 0, 0 } },
50         /* ANN - Intel Atom processor Z3500 series */
51         { 6, 0x5a, 1, { 83300, 100000, 133300, 100000, 0, 0, 0, 0 } },
52         /* Ivybridge */
53         { 6, 0x3a, 2, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 } },
54 };
55
56 static int match_cpu(u8 family, u8 model)
57 {
58         int i;
59
60         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(freq_desc_tables); i++) {
61                 if ((family == freq_desc_tables[i].x86_family) &&
62                     (model == freq_desc_tables[i].x86_model))
63                         return i;
64         }
65
66         return -1;
67 }
68
69 /* Map CPU reference clock freq ID(0-7) to CPU reference clock freq(KHz) */
70 #define id_to_freq(cpu_index, freq_id) \
71         (freq_desc_tables[cpu_index].freqs[freq_id])
72
73 /*
74  * TSC on Intel Atom SoCs capable of determining TSC frequency by MSR is
75  * reliable and the frequency is known (provided by HW).
76  *
77  * On these platforms PIT/HPET is generally not available so calibration won't
78  * work at all and there is no other clocksource to act as a watchdog for the
79  * TSC, so we have no other choice than to trust it.
80  *
81  * Returns the TSC frequency in MHz or 0 if HW does not provide it.
82  */
83 static unsigned long __maybe_unused cpu_mhz_from_msr(void)
84 {
85         u32 lo, hi, ratio, freq_id, freq;
86         unsigned long res;
87         int cpu_index;
88
89         if (gd->arch.x86_vendor != X86_VENDOR_INTEL)
90                 return 0;
91
92         cpu_index = match_cpu(gd->arch.x86, gd->arch.x86_model);
93         if (cpu_index < 0)
94                 return 0;
95
96         if (freq_desc_tables[cpu_index].msr_plat) {
97                 rdmsr(MSR_PLATFORM_INFO, lo, hi);
98                 ratio = (lo >> 8) & 0xff;
99         } else {
100                 rdmsr(MSR_IA32_PERF_STATUS, lo, hi);
101                 ratio = (hi >> 8) & 0x1f;
102         }
103         debug("Maximum core-clock to bus-clock ratio: 0x%x\n", ratio);
104
105         if (freq_desc_tables[cpu_index].msr_plat == 2) {
106                 /* TODO: Figure out how best to deal with this */
107                 freq = 100000;
108                 debug("Using frequency: %u KHz\n", freq);
109         } else {
110                 /* Get FSB FREQ ID */
111                 rdmsr(MSR_FSB_FREQ, lo, hi);
112                 freq_id = lo & 0x7;
113                 freq = id_to_freq(cpu_index, freq_id);
114                 debug("Resolved frequency ID: %u, frequency: %u KHz\n",
115                       freq_id, freq);
116         }
117
118         /* TSC frequency = maximum resolved freq * maximum resolved bus ratio */
119         res = freq * ratio / 1000;
120         debug("TSC runs at %lu MHz\n", res);
121
122         return res;
123 }
124
125 /*
126  * This reads the current MSB of the PIT counter, and
127  * checks if we are running on sufficiently fast and
128  * non-virtualized hardware.
129  *
130  * Our expectations are:
131  *
132  *  - the PIT is running at roughly 1.19MHz
133  *
134  *  - each IO is going to take about 1us on real hardware,
135  *    but we allow it to be much faster (by a factor of 10) or
136  *    _slightly_ slower (ie we allow up to a 2us read+counter
137  *    update - anything else implies a unacceptably slow CPU
138  *    or PIT for the fast calibration to work.
139  *
140  *  - with 256 PIT ticks to read the value, we have 214us to
141  *    see the same MSB (and overhead like doing a single TSC
142  *    read per MSB value etc).
143  *
144  *  - We're doing 2 reads per loop (LSB, MSB), and we expect
145  *    them each to take about a microsecond on real hardware.
146  *    So we expect a count value of around 100. But we'll be
147  *    generous, and accept anything over 50.
148  *
149  *  - if the PIT is stuck, and we see *many* more reads, we
150  *    return early (and the next caller of pit_expect_msb()
151  *    then consider it a failure when they don't see the
152  *    next expected value).
153  *
154  * These expectations mean that we know that we have seen the
155  * transition from one expected value to another with a fairly
156  * high accuracy, and we didn't miss any events. We can thus
157  * use the TSC value at the transitions to calculate a pretty
158  * good value for the TSC frequencty.
159  */
160 static inline int pit_verify_msb(unsigned char val)
161 {
162         /* Ignore LSB */
163         inb(0x42);
164         return inb(0x42) == val;
165 }
166
167 static inline int pit_expect_msb(unsigned char val, u64 *tscp,
168                                  unsigned long *deltap)
169 {
170         int count;
171         u64 tsc = 0, prev_tsc = 0;
172
173         for (count = 0; count < 50000; count++) {
174                 if (!pit_verify_msb(val))
175                         break;
176                 prev_tsc = tsc;
177                 tsc = rdtsc();
178         }
179         *deltap = rdtsc() - prev_tsc;
180         *tscp = tsc;
181
182         /*
183          * We require _some_ success, but the quality control
184          * will be based on the error terms on the TSC values.
185          */
186         return count > 5;
187 }
188
189 /*
190  * How many MSB values do we want to see? We aim for
191  * a maximum error rate of 500ppm (in practice the
192  * real error is much smaller), but refuse to spend
193  * more than 50ms on it.
194  */
195 #define MAX_QUICK_PIT_MS 50
196 #define MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS (MAX_QUICK_PIT_MS * PIT_TICK_RATE / 1000 / 256)
197
198 static unsigned long __maybe_unused quick_pit_calibrate(void)
199 {
200         int i;
201         u64 tsc, delta;
202         unsigned long d1, d2;
203
204         /* Set the Gate high, disable speaker */
205         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
206
207         /*
208          * Counter 2, mode 0 (one-shot), binary count
209          *
210          * NOTE! Mode 2 decrements by two (and then the
211          * output is flipped each time, giving the same
212          * final output frequency as a decrement-by-one),
213          * so mode 0 is much better when looking at the
214          * individual counts.
215          */
216         outb(0xb0, 0x43);
217
218         /* Start at 0xffff */
219         outb(0xff, 0x42);
220         outb(0xff, 0x42);
221
222         /*
223          * The PIT starts counting at the next edge, so we
224          * need to delay for a microsecond. The easiest way
225          * to do that is to just read back the 16-bit counter
226          * once from the PIT.
227          */
228         pit_verify_msb(0);
229
230         if (pit_expect_msb(0xff, &tsc, &d1)) {
231                 for (i = 1; i <= MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS; i++) {
232                         if (!pit_expect_msb(0xff-i, &delta, &d2))
233                                 break;
234
235                         /*
236                          * Iterate until the error is less than 500 ppm
237                          */
238                         delta -= tsc;
239                         if (d1+d2 >= delta >> 11)
240                                 continue;
241
242                         /*
243                          * Check the PIT one more time to verify that
244                          * all TSC reads were stable wrt the PIT.
245                          *
246                          * This also guarantees serialization of the
247                          * last cycle read ('d2') in pit_expect_msb.
248                          */
249                         if (!pit_verify_msb(0xfe - i))
250                                 break;
251                         goto success;
252                 }
253         }
254         debug("Fast TSC calibration failed\n");
255         return 0;
256
257 success:
258         /*
259          * Ok, if we get here, then we've seen the
260          * MSB of the PIT decrement 'i' times, and the
261          * error has shrunk to less than 500 ppm.
262          *
263          * As a result, we can depend on there not being
264          * any odd delays anywhere, and the TSC reads are
265          * reliable (within the error).
266          *
267          * kHz = ticks / time-in-seconds / 1000;
268          * kHz = (t2 - t1) / (I * 256 / PIT_TICK_RATE) / 1000
269          * kHz = ((t2 - t1) * PIT_TICK_RATE) / (I * 256 * 1000)
270          */
271         delta *= PIT_TICK_RATE;
272         delta /= (i*256*1000);
273         debug("Fast TSC calibration using PIT\n");
274         return delta / 1000;
275 }
276
277 /* Get the speed of the TSC timer in MHz */
278 unsigned notrace long get_tbclk_mhz(void)
279 {
280         return get_tbclk() / 1000000;
281 }
282
283 static ulong get_ms_timer(void)
284 {
285         return (get_ticks() * 1000) / get_tbclk();
286 }
287
288 ulong get_timer(ulong base)
289 {
290         return get_ms_timer() - base;
291 }
292
293 ulong notrace timer_get_us(void)
294 {
295         return get_ticks() / get_tbclk_mhz();
296 }
297
298 ulong timer_get_boot_us(void)
299 {
300         return timer_get_us();
301 }
302
303 void __udelay(unsigned long usec)
304 {
305         u64 now = get_ticks();
306         u64 stop;
307
308         stop = now + usec * get_tbclk_mhz();
309
310         while ((int64_t)(stop - get_ticks()) > 0)
311 #if defined(CONFIG_QEMU) && defined(CONFIG_SMP)
312                 /*
313                  * Add a 'pause' instruction on qemu target,
314                  * to give other VCPUs a chance to run.
315                  */
316                 asm volatile("pause");
317 #else
318                 ;
319 #endif
320 }
321
322 static int tsc_timer_get_count(struct udevice *dev, u64 *count)
323 {
324         u64 now_tick = rdtsc();
325
326         *count = now_tick - gd->arch.tsc_base;
327
328         return 0;
329 }
330
331 static int tsc_timer_probe(struct udevice *dev)
332 {
333         struct timer_dev_priv *uc_priv = dev_get_uclass_priv(dev);
334
335         gd->arch.tsc_base = rdtsc();
336
337         /*
338          * If there is no clock frequency specified in the device tree,
339          * calibrate it by ourselves.
340          */
341         if (!uc_priv->clock_rate) {
342                 unsigned long fast_calibrate;
343
344                 fast_calibrate = cpu_mhz_from_msr();
345                 if (!fast_calibrate) {
346                         fast_calibrate = quick_pit_calibrate();
347                         if (!fast_calibrate)
348                                 panic("TSC frequency is ZERO");
349                 }
350
351                 uc_priv->clock_rate = fast_calibrate * 1000000;
352         }
353
354         return 0;
355 }
356
357 static const struct timer_ops tsc_timer_ops = {
358         .get_count = tsc_timer_get_count,
359 };
360
361 static const struct udevice_id tsc_timer_ids[] = {
362         { .compatible = "x86,tsc-timer", },
363         { }
364 };
365
366 U_BOOT_DRIVER(tsc_timer) = {
367         .name   = "tsc_timer",
368         .id     = UCLASS_TIMER,
369         .of_match = tsc_timer_ids,
370         .probe = tsc_timer_probe,
371         .ops    = &tsc_timer_ops,
372         .flags = DM_FLAG_PRE_RELOC,
373 };