]> git.sur5r.net Git - u-boot/blobdiff - arch/x86/lib/tsc_timer.c
x86: baytrail: Issue full system reset in reset_cpu()
[u-boot] / arch / x86 / lib / tsc_timer.c
index d931e5f5e0156a62455e36c3873d4a0e849616ed..0df1af238c1d654e59d9b09c555c363cb2196943 100644 (file)
@@ -1,20 +1,10 @@
 /*
  * Copyright (c) 2012 The Chromium OS Authors.
  *
- * This program is free software; you can redistribute it and/or
- * modify it under the terms of the GNU General Public License as
- * published by the Free Software Foundation; either version 2 of
- * the License, or (at your option) any later version.
+ * TSC calibration codes are adapted from Linux kernel
+ * arch/x86/kernel/tsc_msr.c and arch/x86/kernel/tsc.c
  *
- * This program is distributed in the hope that it will be useful,
- * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
- * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
- * GNU General Public License for more details.
- *
- * You should have received a copy of the GNU General Public License
- * along with this program; if not, write to the Free Software
- * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston,
- * MA 02111-1307 USA
+ * SPDX-License-Identifier:    GPL-2.0+
  */
 
 #include <common.h>
 #include <asm/msr.h>
 #include <asm/u-boot-x86.h>
 
+/* CPU reference clock frequency: in KHz */
+#define FREQ_83                83200
+#define FREQ_100       99840
+#define FREQ_133       133200
+#define FREQ_166       166400
+
+#define MAX_NUM_FREQS  8
+
 DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;
 
+/*
+ * According to Intel 64 and IA-32 System Programming Guide,
+ * if MSR_PERF_STAT[31] is set, the maximum resolved bus ratio can be
+ * read in MSR_PLATFORM_ID[12:8], otherwise in MSR_PERF_STAT[44:40].
+ * Unfortunately some Intel Atom SoCs aren't quite compliant to this,
+ * so we need manually differentiate SoC families. This is what the
+ * field msr_plat does.
+ */
+struct freq_desc {
+       u8 x86_family;  /* CPU family */
+       u8 x86_model;   /* model */
+       /* 2: use 100MHz, 1: use MSR_PLATFORM_INFO, 0: MSR_IA32_PERF_STATUS */
+       u8 msr_plat;
+       u32 freqs[MAX_NUM_FREQS];
+};
+
+static struct freq_desc freq_desc_tables[] = {
+       /* PNW */
+       { 6, 0x27, 0, { 0, 0, 0, 0, 0, FREQ_100, 0, FREQ_83 } },
+       /* CLV+ */
+       { 6, 0x35, 0, { 0, FREQ_133, 0, 0, 0, FREQ_100, 0, FREQ_83 } },
+       /* TNG */
+       { 6, 0x4a, 1, { 0, FREQ_100, FREQ_133, 0, 0, 0, 0, 0 } },
+       /* VLV2 */
+       { 6, 0x37, 1, { FREQ_83, FREQ_100, FREQ_133, FREQ_166, 0, 0, 0, 0 } },
+       /* Ivybridge */
+       { 6, 0x3a, 2, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 } },
+       /* ANN */
+       { 6, 0x5a, 1, { FREQ_83, FREQ_100, FREQ_133, FREQ_100, 0, 0, 0, 0 } },
+};
+
+static int match_cpu(u8 family, u8 model)
+{
+       int i;
+
+       for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(freq_desc_tables); i++) {
+               if ((family == freq_desc_tables[i].x86_family) &&
+                   (model == freq_desc_tables[i].x86_model))
+                       return i;
+       }
+
+       return -1;
+}
+
+/* Map CPU reference clock freq ID(0-7) to CPU reference clock freq(KHz) */
+#define id_to_freq(cpu_index, freq_id) \
+       (freq_desc_tables[cpu_index].freqs[freq_id])
+
+/*
+ * Do MSR calibration only for known/supported CPUs.
+ *
+ * Returns the calibration value or 0 if MSR calibration failed.
+ */
+static unsigned long __maybe_unused try_msr_calibrate_tsc(void)
+{
+       u32 lo, hi, ratio, freq_id, freq;
+       unsigned long res;
+       int cpu_index;
+
+       cpu_index = match_cpu(gd->arch.x86, gd->arch.x86_model);
+       if (cpu_index < 0)
+               return 0;
+
+       if (freq_desc_tables[cpu_index].msr_plat) {
+               rdmsr(MSR_PLATFORM_INFO, lo, hi);
+               ratio = (lo >> 8) & 0x1f;
+       } else {
+               rdmsr(MSR_IA32_PERF_STATUS, lo, hi);
+               ratio = (hi >> 8) & 0x1f;
+       }
+       debug("Maximum core-clock to bus-clock ratio: 0x%x\n", ratio);
+
+       if (!ratio)
+               goto fail;
+
+       if (freq_desc_tables[cpu_index].msr_plat == 2) {
+               /* TODO: Figure out how best to deal with this */
+               freq = FREQ_100;
+               debug("Using frequency: %u KHz\n", freq);
+       } else {
+               /* Get FSB FREQ ID */
+               rdmsr(MSR_FSB_FREQ, lo, hi);
+               freq_id = lo & 0x7;
+               freq = id_to_freq(cpu_index, freq_id);
+               debug("Resolved frequency ID: %u, frequency: %u KHz\n",
+                     freq_id, freq);
+       }
+       if (!freq)
+               goto fail;
+
+       /* TSC frequency = maximum resolved freq * maximum resolved bus ratio */
+       res = freq * ratio / 1000;
+       debug("TSC runs at %lu MHz\n", res);
+
+       return res;
+
+fail:
+       debug("Fast TSC calibration using MSR failed\n");
+       return 0;
+}
+
+/*
+ * This reads the current MSB of the PIT counter, and
+ * checks if we are running on sufficiently fast and
+ * non-virtualized hardware.
+ *
+ * Our expectations are:
+ *
+ *  - the PIT is running at roughly 1.19MHz
+ *
+ *  - each IO is going to take about 1us on real hardware,
+ *    but we allow it to be much faster (by a factor of 10) or
+ *    _slightly_ slower (ie we allow up to a 2us read+counter
+ *    update - anything else implies a unacceptably slow CPU
+ *    or PIT for the fast calibration to work.
+ *
+ *  - with 256 PIT ticks to read the value, we have 214us to
+ *    see the same MSB (and overhead like doing a single TSC
+ *    read per MSB value etc).
+ *
+ *  - We're doing 2 reads per loop (LSB, MSB), and we expect
+ *    them each to take about a microsecond on real hardware.
+ *    So we expect a count value of around 100. But we'll be
+ *    generous, and accept anything over 50.
+ *
+ *  - if the PIT is stuck, and we see *many* more reads, we
+ *    return early (and the next caller of pit_expect_msb()
+ *    then consider it a failure when they don't see the
+ *    next expected value).
+ *
+ * These expectations mean that we know that we have seen the
+ * transition from one expected value to another with a fairly
+ * high accuracy, and we didn't miss any events. We can thus
+ * use the TSC value at the transitions to calculate a pretty
+ * good value for the TSC frequencty.
+ */
+static inline int pit_verify_msb(unsigned char val)
+{
+       /* Ignore LSB */
+       inb(0x42);
+       return inb(0x42) == val;
+}
+
+static inline int pit_expect_msb(unsigned char val, u64 *tscp,
+                                unsigned long *deltap)
+{
+       int count;
+       u64 tsc = 0, prev_tsc = 0;
+
+       for (count = 0; count < 50000; count++) {
+               if (!pit_verify_msb(val))
+                       break;
+               prev_tsc = tsc;
+               tsc = rdtsc();
+       }
+       *deltap = rdtsc() - prev_tsc;
+       *tscp = tsc;
+
+       /*
+        * We require _some_ success, but the quality control
+        * will be based on the error terms on the TSC values.
+        */
+       return count > 5;
+}
+
+/*
+ * How many MSB values do we want to see? We aim for
+ * a maximum error rate of 500ppm (in practice the
+ * real error is much smaller), but refuse to spend
+ * more than 50ms on it.
+ */
+#define MAX_QUICK_PIT_MS 50
+#define MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS (MAX_QUICK_PIT_MS * PIT_TICK_RATE / 1000 / 256)
+
+static unsigned long __maybe_unused quick_pit_calibrate(void)
+{
+       int i;
+       u64 tsc, delta;
+       unsigned long d1, d2;
+
+       /* Set the Gate high, disable speaker */
+       outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
+
+       /*
+        * Counter 2, mode 0 (one-shot), binary count
+        *
+        * NOTE! Mode 2 decrements by two (and then the
+        * output is flipped each time, giving the same
+        * final output frequency as a decrement-by-one),
+        * so mode 0 is much better when looking at the
+        * individual counts.
+        */
+       outb(0xb0, 0x43);
+
+       /* Start at 0xffff */
+       outb(0xff, 0x42);
+       outb(0xff, 0x42);
+
+       /*
+        * The PIT starts counting at the next edge, so we
+        * need to delay for a microsecond. The easiest way
+        * to do that is to just read back the 16-bit counter
+        * once from the PIT.
+        */
+       pit_verify_msb(0);
+
+       if (pit_expect_msb(0xff, &tsc, &d1)) {
+               for (i = 1; i <= MAX_QUICK_PIT_ITERATIONS; i++) {
+                       if (!pit_expect_msb(0xff-i, &delta, &d2))
+                               break;
+
+                       /*
+                        * Iterate until the error is less than 500 ppm
+                        */
+                       delta -= tsc;
+                       if (d1+d2 >= delta >> 11)
+                               continue;
+
+                       /*
+                        * Check the PIT one more time to verify that
+                        * all TSC reads were stable wrt the PIT.
+                        *
+                        * This also guarantees serialization of the
+                        * last cycle read ('d2') in pit_expect_msb.
+                        */
+                       if (!pit_verify_msb(0xfe - i))
+                               break;
+                       goto success;
+               }
+       }
+       debug("Fast TSC calibration failed\n");
+       return 0;
+
+success:
+       /*
+        * Ok, if we get here, then we've seen the
+        * MSB of the PIT decrement 'i' times, and the
+        * error has shrunk to less than 500 ppm.
+        *
+        * As a result, we can depend on there not being
+        * any odd delays anywhere, and the TSC reads are
+        * reliable (within the error).
+        *
+        * kHz = ticks / time-in-seconds / 1000;
+        * kHz = (t2 - t1) / (I * 256 / PIT_TICK_RATE) / 1000
+        * kHz = ((t2 - t1) * PIT_TICK_RATE) / (I * 256 * 1000)
+        */
+       delta *= PIT_TICK_RATE;
+       delta /= (i*256*1000);
+       debug("Fast TSC calibration using PIT\n");
+       return delta / 1000;
+}
+
 void timer_set_base(u64 base)
 {
        gd->arch.tsc_base = base;
@@ -37,7 +288,7 @@ void timer_set_base(u64 base)
  * restart. This yields a free running counter guaranteed to take almost 6
  * years to wrap around even at 100GHz clock rate.
  */
-u64 get_ticks(void)
+u64 __attribute__((no_instrument_function)) get_ticks(void)
 {
        u64 now_tick = rdtsc();
 
@@ -47,17 +298,28 @@ u64 get_ticks(void)
        return now_tick - gd->arch.tsc_base;
 }
 
-#define PLATFORM_INFO_MSR 0xce
-
 /* Get the speed of the TSC timer in MHz */
-unsigned long get_tbclk_mhz(void)
+unsigned __attribute__((no_instrument_function)) long get_tbclk_mhz(void)
 {
-       u32 ratio;
-       u64 platform_info = native_read_msr(PLATFORM_INFO_MSR);
+       unsigned long fast_calibrate;
 
-       /* 100MHz times Max Non Turbo ratio */
-       ratio = (platform_info >> 8) & 0xff;
-       return 100 * ratio;
+       if (gd->arch.tsc_mhz)
+               return gd->arch.tsc_mhz;
+
+#ifdef CONFIG_TSC_CALIBRATION_BYPASS
+       fast_calibrate = CONFIG_TSC_FREQ_IN_MHZ;
+#else
+       fast_calibrate = try_msr_calibrate_tsc();
+       if (!fast_calibrate) {
+
+               fast_calibrate = quick_pit_calibrate();
+               if (!fast_calibrate)
+                       panic("TSC frequency is ZERO");
+       }
+#endif
+
+       gd->arch.tsc_mhz = fast_calibrate;
+       return fast_calibrate;
 }
 
 unsigned long get_tbclk(void)
@@ -75,7 +337,7 @@ ulong get_timer(ulong base)
        return get_ms_timer() - base;
 }
 
-ulong timer_get_us(void)
+ulong __attribute__((no_instrument_function)) timer_get_us(void)
 {
        return get_ticks() / get_tbclk_mhz();
 }
@@ -93,11 +355,23 @@ void __udelay(unsigned long usec)
        stop = now + usec * get_tbclk_mhz();
 
        while ((int64_t)(stop - get_ticks()) > 0)
+#if defined(CONFIG_QEMU) && defined(CONFIG_SMP)
+               /*
+                * Add a 'pause' instruction on qemu target,
+                * to give other VCPUs a chance to run.
+                */
+               asm volatile("pause");
+#else
                ;
+#endif
 }
 
 int timer_init(void)
 {
-       /* Nothing to do here - the timer needs no init */
+#ifdef CONFIG_SYS_PCAT_TIMER
+       /* Set up the PCAT timer if required */
+       pcat_timer_init();
+#endif
+
        return 0;
 }