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