50724139402ca25c46089cbf914e770a3d9168e2
[linux-3.10.git] / arch / ppc / kernel / time.c
1 /*
2  * Common time routines among all ppc machines.
3  *
4  * Written by Cort Dougan (cort@cs.nmt.edu) to merge
5  * Paul Mackerras' version and mine for PReP and Pmac.
6  * MPC8xx/MBX changes by Dan Malek (dmalek@jlc.net).
7  *
8  * First round of bugfixes by Gabriel Paubert (paubert@iram.es)
9  * to make clock more stable (2.4.0-test5). The only thing
10  * that this code assumes is that the timebases have been synchronized
11  * by firmware on SMP and are never stopped (never do sleep
12  * on SMP then, nap and doze are OK).
13  *
14  * TODO (not necessarily in this file):
15  * - improve precision and reproducibility of timebase frequency
16  * measurement at boot time.
17  * - get rid of xtime_lock for gettimeofday (generic kernel problem
18  * to be implemented on all architectures for SMP scalability and
19  * eventually implementing gettimeofday without entering the kernel).
20  * - put all time/clock related variables in a single structure
21  * to minimize number of cache lines touched by gettimeofday()
22  * - for astronomical applications: add a new function to get
23  * non ambiguous timestamps even around leap seconds. This needs
24  * a new timestamp format and a good name.
25  *
26  *
27  * The following comment is partially obsolete (at least the long wait
28  * is no more a valid reason):
29  * Since the MPC8xx has a programmable interrupt timer, I decided to
30  * use that rather than the decrementer.  Two reasons: 1.) the clock
31  * frequency is low, causing 2.) a long wait in the timer interrupt
32  *              while ((d = get_dec()) == dval)
33  * loop.  The MPC8xx can be driven from a variety of input clocks,
34  * so a number of assumptions have been made here because the kernel
35  * parameter HZ is a constant.  We assume (correctly, today :-) that
36  * the MPC8xx on the MBX board is driven from a 32.768 kHz crystal.
37  * This is then divided by 4, providing a 8192 Hz clock into the PIT.
38  * Since it is not possible to get a nice 100 Hz clock out of this, without
39  * creating a software PLL, I have set HZ to 128.  -- Dan
40  *
41  * 1997-09-10  Updated NTP code according to technical memorandum Jan '96
42  *             "A Kernel Model for Precision Timekeeping" by Dave Mills
43  */
44
45 #include <linux/config.h>
46 #include <linux/errno.h>
47 #include <linux/sched.h>
48 #include <linux/kernel.h>
49 #include <linux/param.h>
50 #include <linux/string.h>
51 #include <linux/mm.h>
52 #include <linux/module.h>
53 #include <linux/interrupt.h>
54 #include <linux/timex.h>
55 #include <linux/kernel_stat.h>
56 #include <linux/mc146818rtc.h>
57 #include <linux/time.h>
58 #include <linux/init.h>
59 #include <linux/profile.h>
60
61 #include <asm/segment.h>
62 #include <asm/io.h>
63 #include <asm/nvram.h>
64 #include <asm/cache.h>
65 #include <asm/8xx_immap.h>
66 #include <asm/machdep.h>
67
68 #include <asm/time.h>
69
70 /* XXX false sharing with below? */
71 u64 jiffies_64 = INITIAL_JIFFIES;
72
73 EXPORT_SYMBOL(jiffies_64);
74
75 unsigned long disarm_decr[NR_CPUS];
76
77 extern struct timezone sys_tz;
78
79 /* keep track of when we need to update the rtc */
80 time_t last_rtc_update;
81
82 /* The decrementer counts down by 128 every 128ns on a 601. */
83 #define DECREMENTER_COUNT_601   (1000000000 / HZ)
84
85 unsigned tb_ticks_per_jiffy;
86 unsigned tb_to_us;
87 unsigned tb_last_stamp;
88 unsigned long tb_to_ns_scale;
89
90 extern unsigned long wall_jiffies;
91
92 static long time_offset;
93
94 DEFINE_SPINLOCK(rtc_lock);
95
96 EXPORT_SYMBOL(rtc_lock);
97
98 /* Timer interrupt helper function */
99 static inline int tb_delta(unsigned *jiffy_stamp) {
100         int delta;
101         if (__USE_RTC()) {
102                 delta = get_rtcl();
103                 if (delta < *jiffy_stamp) *jiffy_stamp -= 1000000000;
104                 delta -= *jiffy_stamp;
105         } else {
106                 delta = get_tbl() - *jiffy_stamp;
107         }
108         return delta;
109 }
110
111 #ifdef CONFIG_SMP
112 unsigned long profile_pc(struct pt_regs *regs)
113 {
114         unsigned long pc = instruction_pointer(regs);
115
116         if (in_lock_functions(pc))
117                 return regs->link;
118
119         return pc;
120 }
121 EXPORT_SYMBOL(profile_pc);
122 #endif
123
124 /*
125  * timer_interrupt - gets called when the decrementer overflows,
126  * with interrupts disabled.
127  * We set it up to overflow again in 1/HZ seconds.
128  */
129 void timer_interrupt(struct pt_regs * regs)
130 {
131         int next_dec;
132         unsigned long cpu = smp_processor_id();
133         unsigned jiffy_stamp = last_jiffy_stamp(cpu);
134         extern void do_IRQ(struct pt_regs *);
135
136         if (atomic_read(&ppc_n_lost_interrupts) != 0)
137                 do_IRQ(regs);
138
139         irq_enter();
140
141         while ((next_dec = tb_ticks_per_jiffy - tb_delta(&jiffy_stamp)) <= 0) {
142                 jiffy_stamp += tb_ticks_per_jiffy;
143                 
144                 profile_tick(CPU_PROFILING, regs);
145                 update_process_times(user_mode(regs));
146
147                 if (smp_processor_id())
148                         continue;
149
150                 /* We are in an interrupt, no need to save/restore flags */
151                 write_seqlock(&xtime_lock);
152                 tb_last_stamp = jiffy_stamp;
153                 do_timer(regs);
154
155                 /*
156                  * update the rtc when needed, this should be performed on the
157                  * right fraction of a second. Half or full second ?
158                  * Full second works on mk48t59 clocks, others need testing.
159                  * Note that this update is basically only used through
160                  * the adjtimex system calls. Setting the HW clock in
161                  * any other way is a /dev/rtc and userland business.
162                  * This is still wrong by -0.5/+1.5 jiffies because of the
163                  * timer interrupt resolution and possible delay, but here we
164                  * hit a quantization limit which can only be solved by higher
165                  * resolution timers and decoupling time management from timer
166                  * interrupts. This is also wrong on the clocks
167                  * which require being written at the half second boundary.
168                  * We should have an rtc call that only sets the minutes and
169                  * seconds like on Intel to avoid problems with non UTC clocks.
170                  */
171                 if ( ppc_md.set_rtc_time && (time_status & STA_UNSYNC) == 0 &&
172                      xtime.tv_sec - last_rtc_update >= 659 &&
173                      abs((xtime.tv_nsec / 1000) - (1000000-1000000/HZ)) < 500000/HZ &&
174                      jiffies - wall_jiffies == 1) {
175                         if (ppc_md.set_rtc_time(xtime.tv_sec+1 + time_offset) == 0)
176                                 last_rtc_update = xtime.tv_sec+1;
177                         else
178                                 /* Try again one minute later */
179                                 last_rtc_update += 60;
180                 }
181                 write_sequnlock(&xtime_lock);
182         }
183         if ( !disarm_decr[smp_processor_id()] )
184                 set_dec(next_dec);
185         last_jiffy_stamp(cpu) = jiffy_stamp;
186
187         if (ppc_md.heartbeat && !ppc_md.heartbeat_count--)
188                 ppc_md.heartbeat();
189
190         irq_exit();
191 }
192
193 /*
194  * This version of gettimeofday has microsecond resolution.
195  */
196 void do_gettimeofday(struct timeval *tv)
197 {
198         unsigned long flags;
199         unsigned long seq;
200         unsigned delta, lost_ticks, usec, sec;
201
202         do {
203                 seq = read_seqbegin_irqsave(&xtime_lock, flags);
204                 sec = xtime.tv_sec;
205                 usec = (xtime.tv_nsec / 1000);
206                 delta = tb_ticks_since(tb_last_stamp);
207 #ifdef CONFIG_SMP
208                 /* As long as timebases are not in sync, gettimeofday can only
209                  * have jiffy resolution on SMP.
210                  */
211                 if (!smp_tb_synchronized)
212                         delta = 0;
213 #endif /* CONFIG_SMP */
214                 lost_ticks = jiffies - wall_jiffies;
215         } while (read_seqretry_irqrestore(&xtime_lock, seq, flags));
216
217         usec += mulhwu(tb_to_us, tb_ticks_per_jiffy * lost_ticks + delta);
218         while (usec >= 1000000) {
219                 sec++;
220                 usec -= 1000000;
221         }
222         tv->tv_sec = sec;
223         tv->tv_usec = usec;
224 }
225
226 EXPORT_SYMBOL(do_gettimeofday);
227
228 int do_settimeofday(struct timespec *tv)
229 {
230         time_t wtm_sec, new_sec = tv->tv_sec;
231         long wtm_nsec, new_nsec = tv->tv_nsec;
232         unsigned long flags;
233         int tb_delta;
234
235         if ((unsigned long)tv->tv_nsec >= NSEC_PER_SEC)
236                 return -EINVAL;
237
238         write_seqlock_irqsave(&xtime_lock, flags);
239         /* Updating the RTC is not the job of this code. If the time is
240          * stepped under NTP, the RTC will be update after STA_UNSYNC
241          * is cleared. Tool like clock/hwclock either copy the RTC
242          * to the system time, in which case there is no point in writing
243          * to the RTC again, or write to the RTC but then they don't call
244          * settimeofday to perform this operation. Note also that
245          * we don't touch the decrementer since:
246          * a) it would lose timer interrupt synchronization on SMP
247          * (if it is working one day)
248          * b) it could make one jiffy spuriously shorter or longer
249          * which would introduce another source of uncertainty potentially
250          * harmful to relatively short timers.
251          */
252
253         /* This works perfectly on SMP only if the tb are in sync but
254          * guarantees an error < 1 jiffy even if they are off by eons,
255          * still reasonable when gettimeofday resolution is 1 jiffy.
256          */
257         tb_delta = tb_ticks_since(last_jiffy_stamp(smp_processor_id()));
258         tb_delta += (jiffies - wall_jiffies) * tb_ticks_per_jiffy;
259
260         new_nsec -= 1000 * mulhwu(tb_to_us, tb_delta);
261
262         wtm_sec  = wall_to_monotonic.tv_sec + (xtime.tv_sec - new_sec);
263         wtm_nsec = wall_to_monotonic.tv_nsec + (xtime.tv_nsec - new_nsec);
264
265         set_normalized_timespec(&xtime, new_sec, new_nsec);
266         set_normalized_timespec(&wall_to_monotonic, wtm_sec, wtm_nsec);
267
268         /* In case of a large backwards jump in time with NTP, we want the
269          * clock to be updated as soon as the PLL is again in lock.
270          */
271         last_rtc_update = new_sec - 658;
272
273         time_adjust = 0;                /* stop active adjtime() */
274         time_status |= STA_UNSYNC;
275         time_state = TIME_ERROR;        /* p. 24, (a) */
276         time_maxerror = NTP_PHASE_LIMIT;
277         time_esterror = NTP_PHASE_LIMIT;
278         write_sequnlock_irqrestore(&xtime_lock, flags);
279         clock_was_set();
280         return 0;
281 }
282
283 EXPORT_SYMBOL(do_settimeofday);
284
285 /* This function is only called on the boot processor */
286 void __init time_init(void)
287 {
288         time_t sec, old_sec;
289         unsigned old_stamp, stamp, elapsed;
290
291         if (ppc_md.time_init != NULL)
292                 time_offset = ppc_md.time_init();
293
294         if (__USE_RTC()) {
295                 /* 601 processor: dec counts down by 128 every 128ns */
296                 tb_ticks_per_jiffy = DECREMENTER_COUNT_601;
297                 /* mulhwu_scale_factor(1000000000, 1000000) is 0x418937 */
298                 tb_to_us = 0x418937;
299         } else {
300                 ppc_md.calibrate_decr();
301                 tb_to_ns_scale = mulhwu(tb_to_us, 1000 << 10);
302         }
303
304         /* Now that the decrementer is calibrated, it can be used in case the
305          * clock is stuck, but the fact that we have to handle the 601
306          * makes things more complex. Repeatedly read the RTC until the
307          * next second boundary to try to achieve some precision.  If there
308          * is no RTC, we still need to set tb_last_stamp and
309          * last_jiffy_stamp(cpu 0) to the current stamp.
310          */
311         stamp = get_native_tbl();
312         if (ppc_md.get_rtc_time) {
313                 sec = ppc_md.get_rtc_time();
314                 elapsed = 0;
315                 do {
316                         old_stamp = stamp;
317                         old_sec = sec;
318                         stamp = get_native_tbl();
319                         if (__USE_RTC() && stamp < old_stamp)
320                                 old_stamp -= 1000000000;
321                         elapsed += stamp - old_stamp;
322                         sec = ppc_md.get_rtc_time();
323                 } while ( sec == old_sec && elapsed < 2*HZ*tb_ticks_per_jiffy);
324                 if (sec==old_sec)
325                         printk("Warning: real time clock seems stuck!\n");
326                 xtime.tv_sec = sec;
327                 xtime.tv_nsec = 0;
328                 /* No update now, we just read the time from the RTC ! */
329                 last_rtc_update = xtime.tv_sec;
330         }
331         last_jiffy_stamp(0) = tb_last_stamp = stamp;
332
333         /* Not exact, but the timer interrupt takes care of this */
334         set_dec(tb_ticks_per_jiffy);
335
336         /* If platform provided a timezone (pmac), we correct the time */
337         if (time_offset) {
338                 sys_tz.tz_minuteswest = -time_offset / 60;
339                 sys_tz.tz_dsttime = 0;
340                 xtime.tv_sec -= time_offset;
341         }
342         set_normalized_timespec(&wall_to_monotonic,
343                                 -xtime.tv_sec, -xtime.tv_nsec);
344 }
345
346 #define FEBRUARY                2
347 #define STARTOFTIME             1970
348 #define SECDAY                  86400L
349 #define SECYR                   (SECDAY * 365)
350
351 /*
352  * Note: this is wrong for 2100, but our signed 32-bit time_t will
353  * have overflowed long before that, so who cares.  -- paulus
354  */
355 #define leapyear(year)          ((year) % 4 == 0)
356 #define days_in_year(a)         (leapyear(a) ? 366 : 365)
357 #define days_in_month(a)        (month_days[(a) - 1])
358
359 static int month_days[12] = {
360         31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31
361 };
362
363 void to_tm(int tim, struct rtc_time * tm)
364 {
365         register int i;
366         register long hms, day, gday;
367
368         gday = day = tim / SECDAY;
369         hms = tim % SECDAY;
370
371         /* Hours, minutes, seconds are easy */
372         tm->tm_hour = hms / 3600;
373         tm->tm_min = (hms % 3600) / 60;
374         tm->tm_sec = (hms % 3600) % 60;
375
376         /* Number of years in days */
377         for (i = STARTOFTIME; day >= days_in_year(i); i++)
378                 day -= days_in_year(i);
379         tm->tm_year = i;
380
381         /* Number of months in days left */
382         if (leapyear(tm->tm_year))
383                 days_in_month(FEBRUARY) = 29;
384         for (i = 1; day >= days_in_month(i); i++)
385                 day -= days_in_month(i);
386         days_in_month(FEBRUARY) = 28;
387         tm->tm_mon = i;
388
389         /* Days are what is left over (+1) from all that. */
390         tm->tm_mday = day + 1;
391
392         /*
393          * Determine the day of week. Jan. 1, 1970 was a Thursday.
394          */
395         tm->tm_wday = (gday + 4) % 7;
396 }
397
398 /* Auxiliary function to compute scaling factors */
399 /* Actually the choice of a timebase running at 1/4 the of the bus
400  * frequency giving resolution of a few tens of nanoseconds is quite nice.
401  * It makes this computation very precise (27-28 bits typically) which
402  * is optimistic considering the stability of most processor clock
403  * oscillators and the precision with which the timebase frequency
404  * is measured but does not harm.
405  */
406 unsigned mulhwu_scale_factor(unsigned inscale, unsigned outscale) {
407         unsigned mlt=0, tmp, err;
408         /* No concern for performance, it's done once: use a stupid
409          * but safe and compact method to find the multiplier.
410          */
411         for (tmp = 1U<<31; tmp != 0; tmp >>= 1) {
412                 if (mulhwu(inscale, mlt|tmp) < outscale) mlt|=tmp;
413         }
414         /* We might still be off by 1 for the best approximation.
415          * A side effect of this is that if outscale is too large
416          * the returned value will be zero.
417          * Many corner cases have been checked and seem to work,
418          * some might have been forgotten in the test however.
419          */
420         err = inscale*(mlt+1);
421         if (err <= inscale/2) mlt++;
422         return mlt;
423 }
424
425 unsigned long long sched_clock(void)
426 {
427         unsigned long lo, hi, hi2;
428         unsigned long long tb;
429
430         if (!__USE_RTC()) {
431                 do {
432                         hi = get_tbu();
433                         lo = get_tbl();
434                         hi2 = get_tbu();
435                 } while (hi2 != hi);
436                 tb = ((unsigned long long) hi << 32) | lo;
437                 tb = (tb * tb_to_ns_scale) >> 10;
438         } else {
439                 do {
440                         hi = get_rtcu();
441                         lo = get_rtcl();
442                         hi2 = get_rtcu();
443                 } while (hi2 != hi);
444                 tb = ((unsigned long long) hi) * 1000000000 + lo;
445         }
446         return tb;
447 }