Linux-2.6.12-rc2
[linux-3.10.git] / arch / alpha / kernel / time.c
1 /*
2  *  linux/arch/alpha/kernel/time.c
3  *
4  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1995, 1999, 2000  Linus Torvalds
5  *
6  * This file contains the PC-specific time handling details:
7  * reading the RTC at bootup, etc..
8  * 1994-07-02    Alan Modra
9  *      fixed set_rtc_mmss, fixed time.year for >= 2000, new mktime
10  * 1995-03-26    Markus Kuhn
11  *      fixed 500 ms bug at call to set_rtc_mmss, fixed DS12887
12  *      precision CMOS clock update
13  * 1997-09-10   Updated NTP code according to technical memorandum Jan '96
14  *              "A Kernel Model for Precision Timekeeping" by Dave Mills
15  * 1997-01-09    Adrian Sun
16  *      use interval timer if CONFIG_RTC=y
17  * 1997-10-29    John Bowman (bowman@math.ualberta.ca)
18  *      fixed tick loss calculation in timer_interrupt
19  *      (round system clock to nearest tick instead of truncating)
20  *      fixed algorithm in time_init for getting time from CMOS clock
21  * 1999-04-16   Thorsten Kranzkowski (dl8bcu@gmx.net)
22  *      fixed algorithm in do_gettimeofday() for calculating the precise time
23  *      from processor cycle counter (now taking lost_ticks into account)
24  * 2000-08-13   Jan-Benedict Glaw <jbglaw@lug-owl.de>
25  *      Fixed time_init to be aware of epoches != 1900. This prevents
26  *      booting up in 2048 for me;) Code is stolen from rtc.c.
27  * 2003-06-03   R. Scott Bailey <scott.bailey@eds.com>
28  *      Tighten sanity in time_init from 1% (10,000 PPM) to 250 PPM
29  */
30 #include <linux/config.h>
31 #include <linux/errno.h>
32 #include <linux/module.h>
33 #include <linux/sched.h>
34 #include <linux/kernel.h>
35 #include <linux/param.h>
36 #include <linux/string.h>
37 #include <linux/mm.h>
38 #include <linux/delay.h>
39 #include <linux/ioport.h>
40 #include <linux/irq.h>
41 #include <linux/interrupt.h>
42 #include <linux/init.h>
43 #include <linux/bcd.h>
44 #include <linux/profile.h>
45
46 #include <asm/uaccess.h>
47 #include <asm/io.h>
48 #include <asm/hwrpb.h>
49 #include <asm/8253pit.h>
50
51 #include <linux/mc146818rtc.h>
52 #include <linux/time.h>
53 #include <linux/timex.h>
54
55 #include "proto.h"
56 #include "irq_impl.h"
57
58 u64 jiffies_64 = INITIAL_JIFFIES;
59
60 EXPORT_SYMBOL(jiffies_64);
61
62 extern unsigned long wall_jiffies;      /* kernel/timer.c */
63
64 static int set_rtc_mmss(unsigned long);
65
66 DEFINE_SPINLOCK(rtc_lock);
67
68 #define TICK_SIZE (tick_nsec / 1000)
69
70 /*
71  * Shift amount by which scaled_ticks_per_cycle is scaled.  Shifting
72  * by 48 gives us 16 bits for HZ while keeping the accuracy good even
73  * for large CPU clock rates.
74  */
75 #define FIX_SHIFT       48
76
77 /* lump static variables together for more efficient access: */
78 static struct {
79         /* cycle counter last time it got invoked */
80         __u32 last_time;
81         /* ticks/cycle * 2^48 */
82         unsigned long scaled_ticks_per_cycle;
83         /* last time the CMOS clock got updated */
84         time_t last_rtc_update;
85         /* partial unused tick */
86         unsigned long partial_tick;
87 } state;
88
89 unsigned long est_cycle_freq;
90
91
92 static inline __u32 rpcc(void)
93 {
94     __u32 result;
95     asm volatile ("rpcc %0" : "=r"(result));
96     return result;
97 }
98
99 /*
100  * Scheduler clock - returns current time in nanosec units.
101  *
102  * Copied from ARM code for expediency... ;-}
103  */
104 unsigned long long sched_clock(void)
105 {
106         return (unsigned long long)jiffies * (1000000000 / HZ);
107 }
108
109
110 /*
111  * timer_interrupt() needs to keep up the real-time clock,
112  * as well as call the "do_timer()" routine every clocktick
113  */
114 irqreturn_t timer_interrupt(int irq, void *dev, struct pt_regs * regs)
115 {
116         unsigned long delta;
117         __u32 now;
118         long nticks;
119
120 #ifndef CONFIG_SMP
121         /* Not SMP, do kernel PC profiling here.  */
122         profile_tick(CPU_PROFILING, regs);
123 #endif
124
125         write_seqlock(&xtime_lock);
126
127         /*
128          * Calculate how many ticks have passed since the last update,
129          * including any previous partial leftover.  Save any resulting
130          * fraction for the next pass.
131          */
132         now = rpcc();
133         delta = now - state.last_time;
134         state.last_time = now;
135         delta = delta * state.scaled_ticks_per_cycle + state.partial_tick;
136         state.partial_tick = delta & ((1UL << FIX_SHIFT) - 1); 
137         nticks = delta >> FIX_SHIFT;
138
139         while (nticks > 0) {
140                 do_timer(regs);
141 #ifndef CONFIG_SMP
142                 update_process_times(user_mode(regs));
143 #endif
144                 nticks--;
145         }
146
147         /*
148          * If we have an externally synchronized Linux clock, then update
149          * CMOS clock accordingly every ~11 minutes. Set_rtc_mmss() has to be
150          * called as close as possible to 500 ms before the new second starts.
151          */
152         if ((time_status & STA_UNSYNC) == 0
153             && xtime.tv_sec > state.last_rtc_update + 660
154             && xtime.tv_nsec >= 500000 - ((unsigned) TICK_SIZE) / 2
155             && xtime.tv_nsec <= 500000 + ((unsigned) TICK_SIZE) / 2) {
156                 int tmp = set_rtc_mmss(xtime.tv_sec);
157                 state.last_rtc_update = xtime.tv_sec - (tmp ? 600 : 0);
158         }
159
160         write_sequnlock(&xtime_lock);
161         return IRQ_HANDLED;
162 }
163
164 void
165 common_init_rtc(void)
166 {
167         unsigned char x;
168
169         /* Reset periodic interrupt frequency.  */
170         x = CMOS_READ(RTC_FREQ_SELECT) & 0x3f;
171         /* Test includes known working values on various platforms
172            where 0x26 is wrong; we refuse to change those. */
173         if (x != 0x26 && x != 0x25 && x != 0x19 && x != 0x06) {
174                 printk("Setting RTC_FREQ to 1024 Hz (%x)\n", x);
175                 CMOS_WRITE(0x26, RTC_FREQ_SELECT);
176         }
177
178         /* Turn on periodic interrupts.  */
179         x = CMOS_READ(RTC_CONTROL);
180         if (!(x & RTC_PIE)) {
181                 printk("Turning on RTC interrupts.\n");
182                 x |= RTC_PIE;
183                 x &= ~(RTC_AIE | RTC_UIE);
184                 CMOS_WRITE(x, RTC_CONTROL);
185         }
186         (void) CMOS_READ(RTC_INTR_FLAGS);
187
188         outb(0x36, 0x43);       /* pit counter 0: system timer */
189         outb(0x00, 0x40);
190         outb(0x00, 0x40);
191
192         outb(0xb6, 0x43);       /* pit counter 2: speaker */
193         outb(0x31, 0x42);
194         outb(0x13, 0x42);
195
196         init_rtc_irq();
197 }
198
199
200 /* Validate a computed cycle counter result against the known bounds for
201    the given processor core.  There's too much brokenness in the way of
202    timing hardware for any one method to work everywhere.  :-(
203
204    Return 0 if the result cannot be trusted, otherwise return the argument.  */
205
206 static unsigned long __init
207 validate_cc_value(unsigned long cc)
208 {
209         static struct bounds {
210                 unsigned int min, max;
211         } cpu_hz[] __initdata = {
212                 [EV3_CPU]    = {   50000000,  200000000 },      /* guess */
213                 [EV4_CPU]    = {  100000000,  300000000 },
214                 [LCA4_CPU]   = {  100000000,  300000000 },      /* guess */
215                 [EV45_CPU]   = {  200000000,  300000000 },
216                 [EV5_CPU]    = {  250000000,  433000000 },
217                 [EV56_CPU]   = {  333000000,  667000000 },
218                 [PCA56_CPU]  = {  400000000,  600000000 },      /* guess */
219                 [PCA57_CPU]  = {  500000000,  600000000 },      /* guess */
220                 [EV6_CPU]    = {  466000000,  600000000 },
221                 [EV67_CPU]   = {  600000000,  750000000 },
222                 [EV68AL_CPU] = {  750000000,  940000000 },
223                 [EV68CB_CPU] = { 1000000000, 1333333333 },
224                 /* None of the following are shipping as of 2001-11-01.  */
225                 [EV68CX_CPU] = { 1000000000, 1700000000 },      /* guess */
226                 [EV69_CPU]   = { 1000000000, 1700000000 },      /* guess */
227                 [EV7_CPU]    = {  800000000, 1400000000 },      /* guess */
228                 [EV79_CPU]   = { 1000000000, 2000000000 },      /* guess */
229         };
230
231         /* Allow for some drift in the crystal.  10MHz is more than enough.  */
232         const unsigned int deviation = 10000000;
233
234         struct percpu_struct *cpu;
235         unsigned int index;
236
237         cpu = (struct percpu_struct *)((char*)hwrpb + hwrpb->processor_offset);
238         index = cpu->type & 0xffffffff;
239
240         /* If index out of bounds, no way to validate.  */
241         if (index >= sizeof(cpu_hz)/sizeof(cpu_hz[0]))
242                 return cc;
243
244         /* If index contains no data, no way to validate.  */
245         if (cpu_hz[index].max == 0)
246                 return cc;
247
248         if (cc < cpu_hz[index].min - deviation
249             || cc > cpu_hz[index].max + deviation)
250                 return 0;
251
252         return cc;
253 }
254
255
256 /*
257  * Calibrate CPU clock using legacy 8254 timer/counter. Stolen from
258  * arch/i386/time.c.
259  */
260
261 #define CALIBRATE_LATCH 0xffff
262 #define TIMEOUT_COUNT   0x100000
263
264 static unsigned long __init
265 calibrate_cc_with_pit(void)
266 {
267         int cc, count = 0;
268
269         /* Set the Gate high, disable speaker */
270         outb((inb(0x61) & ~0x02) | 0x01, 0x61);
271
272         /*
273          * Now let's take care of CTC channel 2
274          *
275          * Set the Gate high, program CTC channel 2 for mode 0,
276          * (interrupt on terminal count mode), binary count,
277          * load 5 * LATCH count, (LSB and MSB) to begin countdown.
278          */
279         outb(0xb0, 0x43);               /* binary, mode 0, LSB/MSB, Ch 2 */
280         outb(CALIBRATE_LATCH & 0xff, 0x42);     /* LSB of count */
281         outb(CALIBRATE_LATCH >> 8, 0x42);       /* MSB of count */
282
283         cc = rpcc();
284         do {
285                 count++;
286         } while ((inb(0x61) & 0x20) == 0 && count < TIMEOUT_COUNT);
287         cc = rpcc() - cc;
288
289         /* Error: ECTCNEVERSET or ECPUTOOFAST.  */
290         if (count <= 1 || count == TIMEOUT_COUNT)
291                 return 0;
292
293         return ((long)cc * PIT_TICK_RATE) / (CALIBRATE_LATCH + 1);
294 }
295
296 /* The Linux interpretation of the CMOS clock register contents:
297    When the Update-In-Progress (UIP) flag goes from 1 to 0, the
298    RTC registers show the second which has precisely just started.
299    Let's hope other operating systems interpret the RTC the same way.  */
300
301 static unsigned long __init
302 rpcc_after_update_in_progress(void)
303 {
304         do { } while (!(CMOS_READ(RTC_FREQ_SELECT) & RTC_UIP));
305         do { } while (CMOS_READ(RTC_FREQ_SELECT) & RTC_UIP);
306
307         return rpcc();
308 }
309
310 void __init
311 time_init(void)
312 {
313         unsigned int year, mon, day, hour, min, sec, cc1, cc2, epoch;
314         unsigned long cycle_freq, tolerance;
315         long diff;
316
317         /* Calibrate CPU clock -- attempt #1.  */
318         if (!est_cycle_freq)
319                 est_cycle_freq = validate_cc_value(calibrate_cc_with_pit());
320
321         cc1 = rpcc_after_update_in_progress();
322
323         /* Calibrate CPU clock -- attempt #2.  */
324         if (!est_cycle_freq) {
325                 cc2 = rpcc_after_update_in_progress();
326                 est_cycle_freq = validate_cc_value(cc2 - cc1);
327                 cc1 = cc2;
328         }
329
330         cycle_freq = hwrpb->cycle_freq;
331         if (est_cycle_freq) {
332                 /* If the given value is within 250 PPM of what we calculated,
333                    accept it.  Otherwise, use what we found.  */
334                 tolerance = cycle_freq / 4000;
335                 diff = cycle_freq - est_cycle_freq;
336                 if (diff < 0)
337                         diff = -diff;
338                 if ((unsigned long)diff > tolerance) {
339                         cycle_freq = est_cycle_freq;
340                         printk("HWRPB cycle frequency bogus.  "
341                                "Estimated %lu Hz\n", cycle_freq);
342                 } else {
343                         est_cycle_freq = 0;
344                 }
345         } else if (! validate_cc_value (cycle_freq)) {
346                 printk("HWRPB cycle frequency bogus, "
347                        "and unable to estimate a proper value!\n");
348         }
349
350         /* From John Bowman <bowman@math.ualberta.ca>: allow the values
351            to settle, as the Update-In-Progress bit going low isn't good
352            enough on some hardware.  2ms is our guess; we haven't found 
353            bogomips yet, but this is close on a 500Mhz box.  */
354         __delay(1000000);
355
356         sec = CMOS_READ(RTC_SECONDS);
357         min = CMOS_READ(RTC_MINUTES);
358         hour = CMOS_READ(RTC_HOURS);
359         day = CMOS_READ(RTC_DAY_OF_MONTH);
360         mon = CMOS_READ(RTC_MONTH);
361         year = CMOS_READ(RTC_YEAR);
362
363         if (!(CMOS_READ(RTC_CONTROL) & RTC_DM_BINARY) || RTC_ALWAYS_BCD) {
364                 BCD_TO_BIN(sec);
365                 BCD_TO_BIN(min);
366                 BCD_TO_BIN(hour);
367                 BCD_TO_BIN(day);
368                 BCD_TO_BIN(mon);
369                 BCD_TO_BIN(year);
370         }
371
372         /* PC-like is standard; used for year >= 70 */
373         epoch = 1900;
374         if (year < 20)
375                 epoch = 2000;
376         else if (year >= 20 && year < 48)
377                 /* NT epoch */
378                 epoch = 1980;
379         else if (year >= 48 && year < 70)
380                 /* Digital UNIX epoch */
381                 epoch = 1952;
382
383         printk(KERN_INFO "Using epoch = %d\n", epoch);
384
385         if ((year += epoch) < 1970)
386                 year += 100;
387
388         xtime.tv_sec = mktime(year, mon, day, hour, min, sec);
389         xtime.tv_nsec = 0;
390
391         wall_to_monotonic.tv_sec -= xtime.tv_sec;
392         wall_to_monotonic.tv_nsec = 0;
393
394         if (HZ > (1<<16)) {
395                 extern void __you_loose (void);
396                 __you_loose();
397         }
398
399         state.last_time = cc1;
400         state.scaled_ticks_per_cycle
401                 = ((unsigned long) HZ << FIX_SHIFT) / cycle_freq;
402         state.last_rtc_update = 0;
403         state.partial_tick = 0L;
404
405         /* Startup the timer source. */
406         alpha_mv.init_rtc();
407 }
408
409 /*
410  * Use the cycle counter to estimate an displacement from the last time
411  * tick.  Unfortunately the Alpha designers made only the low 32-bits of
412  * the cycle counter active, so we overflow on 8.2 seconds on a 500MHz
413  * part.  So we can't do the "find absolute time in terms of cycles" thing
414  * that the other ports do.
415  */
416 void
417 do_gettimeofday(struct timeval *tv)
418 {
419         unsigned long flags;
420         unsigned long sec, usec, lost, seq;
421         unsigned long delta_cycles, delta_usec, partial_tick;
422
423         do {
424                 seq = read_seqbegin_irqsave(&xtime_lock, flags);
425
426                 delta_cycles = rpcc() - state.last_time;
427                 sec = xtime.tv_sec;
428                 usec = (xtime.tv_nsec / 1000);
429                 partial_tick = state.partial_tick;
430                 lost = jiffies - wall_jiffies;
431
432         } while (read_seqretry_irqrestore(&xtime_lock, seq, flags));
433
434 #ifdef CONFIG_SMP
435         /* Until and unless we figure out how to get cpu cycle counters
436            in sync and keep them there, we can't use the rpcc tricks.  */
437         delta_usec = lost * (1000000 / HZ);
438 #else
439         /*
440          * usec = cycles * ticks_per_cycle * 2**48 * 1e6 / (2**48 * ticks)
441          *      = cycles * (s_t_p_c) * 1e6 / (2**48 * ticks)
442          *      = cycles * (s_t_p_c) * 15625 / (2**42 * ticks)
443          *
444          * which, given a 600MHz cycle and a 1024Hz tick, has a
445          * dynamic range of about 1.7e17, which is less than the
446          * 1.8e19 in an unsigned long, so we are safe from overflow.
447          *
448          * Round, but with .5 up always, since .5 to even is harder
449          * with no clear gain.
450          */
451
452         delta_usec = (delta_cycles * state.scaled_ticks_per_cycle 
453                       + partial_tick
454                       + (lost << FIX_SHIFT)) * 15625;
455         delta_usec = ((delta_usec / ((1UL << (FIX_SHIFT-6-1)) * HZ)) + 1) / 2;
456 #endif
457
458         usec += delta_usec;
459         if (usec >= 1000000) {
460                 sec += 1;
461                 usec -= 1000000;
462         }
463
464         tv->tv_sec = sec;
465         tv->tv_usec = usec;
466 }
467
468 EXPORT_SYMBOL(do_gettimeofday);
469
470 int
471 do_settimeofday(struct timespec *tv)
472 {
473         time_t wtm_sec, sec = tv->tv_sec;
474         long wtm_nsec, nsec = tv->tv_nsec;
475         unsigned long delta_nsec;
476
477         if ((unsigned long)tv->tv_nsec >= NSEC_PER_SEC)
478                 return -EINVAL;
479
480         write_seqlock_irq(&xtime_lock);
481
482         /* The offset that is added into time in do_gettimeofday above
483            must be subtracted out here to keep a coherent view of the
484            time.  Without this, a full-tick error is possible.  */
485
486 #ifdef CONFIG_SMP
487         delta_nsec = (jiffies - wall_jiffies) * (NSEC_PER_SEC / HZ);
488 #else
489         delta_nsec = rpcc() - state.last_time;
490         delta_nsec = (delta_nsec * state.scaled_ticks_per_cycle 
491                       + state.partial_tick
492                       + ((jiffies - wall_jiffies) << FIX_SHIFT)) * 15625;
493         delta_nsec = ((delta_nsec / ((1UL << (FIX_SHIFT-6-1)) * HZ)) + 1) / 2;
494         delta_nsec *= 1000;
495 #endif
496
497         nsec -= delta_nsec;
498
499         wtm_sec  = wall_to_monotonic.tv_sec + (xtime.tv_sec - sec);
500         wtm_nsec = wall_to_monotonic.tv_nsec + (xtime.tv_nsec - nsec);
501
502         set_normalized_timespec(&xtime, sec, nsec);
503         set_normalized_timespec(&wall_to_monotonic, wtm_sec, wtm_nsec);
504
505         time_adjust = 0;                /* stop active adjtime() */
506         time_status |= STA_UNSYNC;
507         time_maxerror = NTP_PHASE_LIMIT;
508         time_esterror = NTP_PHASE_LIMIT;
509
510         write_sequnlock_irq(&xtime_lock);
511         clock_was_set();
512         return 0;
513 }
514
515 EXPORT_SYMBOL(do_settimeofday);
516
517
518 /*
519  * In order to set the CMOS clock precisely, set_rtc_mmss has to be
520  * called 500 ms after the second nowtime has started, because when
521  * nowtime is written into the registers of the CMOS clock, it will
522  * jump to the next second precisely 500 ms later. Check the Motorola
523  * MC146818A or Dallas DS12887 data sheet for details.
524  *
525  * BUG: This routine does not handle hour overflow properly; it just
526  *      sets the minutes. Usually you won't notice until after reboot!
527  */
528
529
530 static int
531 set_rtc_mmss(unsigned long nowtime)
532 {
533         int retval = 0;
534         int real_seconds, real_minutes, cmos_minutes;
535         unsigned char save_control, save_freq_select;
536
537         /* irq are locally disabled here */
538         spin_lock(&rtc_lock);
539         /* Tell the clock it's being set */
540         save_control = CMOS_READ(RTC_CONTROL);
541         CMOS_WRITE((save_control|RTC_SET), RTC_CONTROL);
542
543         /* Stop and reset prescaler */
544         save_freq_select = CMOS_READ(RTC_FREQ_SELECT);
545         CMOS_WRITE((save_freq_select|RTC_DIV_RESET2), RTC_FREQ_SELECT);
546
547         cmos_minutes = CMOS_READ(RTC_MINUTES);
548         if (!(save_control & RTC_DM_BINARY) || RTC_ALWAYS_BCD)
549                 BCD_TO_BIN(cmos_minutes);
550
551         /*
552          * since we're only adjusting minutes and seconds,
553          * don't interfere with hour overflow. This avoids
554          * messing with unknown time zones but requires your
555          * RTC not to be off by more than 15 minutes
556          */
557         real_seconds = nowtime % 60;
558         real_minutes = nowtime / 60;
559         if (((abs(real_minutes - cmos_minutes) + 15)/30) & 1) {
560                 /* correct for half hour time zone */
561                 real_minutes += 30;
562         }
563         real_minutes %= 60;
564
565         if (abs(real_minutes - cmos_minutes) < 30) {
566                 if (!(save_control & RTC_DM_BINARY) || RTC_ALWAYS_BCD) {
567                         BIN_TO_BCD(real_seconds);
568                         BIN_TO_BCD(real_minutes);
569                 }
570                 CMOS_WRITE(real_seconds,RTC_SECONDS);
571                 CMOS_WRITE(real_minutes,RTC_MINUTES);
572         } else {
573                 printk(KERN_WARNING
574                        "set_rtc_mmss: can't update from %d to %d\n",
575                        cmos_minutes, real_minutes);
576                 retval = -1;
577         }
578
579         /* The following flags have to be released exactly in this order,
580          * otherwise the DS12887 (popular MC146818A clone with integrated
581          * battery and quartz) will not reset the oscillator and will not
582          * update precisely 500 ms later. You won't find this mentioned in
583          * the Dallas Semiconductor data sheets, but who believes data
584          * sheets anyway ...                           -- Markus Kuhn
585          */
586         CMOS_WRITE(save_control, RTC_CONTROL);
587         CMOS_WRITE(save_freq_select, RTC_FREQ_SELECT);
588         spin_unlock(&rtc_lock);
589
590         return retval;
591 }