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