[POWERPC] Call add_preferred_console when MPSC is console
[linux-2.6] / 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/errno.h>
46 #include <linux/sched.h>
47 #include <linux/kernel.h>
48 #include <linux/param.h>
49 #include <linux/string.h>
50 #include <linux/mm.h>
51 #include <linux/module.h>
52 #include <linux/interrupt.h>
53 #include <linux/timex.h>
54 #include <linux/kernel_stat.h>
55 #include <linux/mc146818rtc.h>
56 #include <linux/time.h>
57 #include <linux/init.h>
58 #include <linux/profile.h>
59
60 #include <asm/io.h>
61 #include <asm/nvram.h>
62 #include <asm/cache.h>
63 #include <asm/8xx_immap.h>
64 #include <asm/machdep.h>
65 #include <asm/irq_regs.h>
66
67 #include <asm/time.h>
68
69 unsigned long disarm_decr[NR_CPUS];
70
71 extern struct timezone sys_tz;
72
73 /* keep track of when we need to update the rtc */
74 time_t last_rtc_update;
75
76 /* The decrementer counts down by 128 every 128ns on a 601. */
77 #define DECREMENTER_COUNT_601   (1000000000 / HZ)
78
79 unsigned tb_ticks_per_jiffy;
80 unsigned tb_to_us;
81 unsigned tb_last_stamp;
82 unsigned long tb_to_ns_scale;
83
84 /* used for timezone offset */
85 static long timezone_offset;
86
87 DEFINE_SPINLOCK(rtc_lock);
88
89 EXPORT_SYMBOL(rtc_lock);
90
91 /* Timer interrupt helper function */
92 static inline int tb_delta(unsigned *jiffy_stamp) {
93         int delta;
94         if (__USE_RTC()) {
95                 delta = get_rtcl();
96                 if (delta < *jiffy_stamp) *jiffy_stamp -= 1000000000;
97                 delta -= *jiffy_stamp;
98         } else {
99                 delta = get_tbl() - *jiffy_stamp;
100         }
101         return delta;
102 }
103
104 #ifdef CONFIG_SMP
105 unsigned long profile_pc(struct pt_regs *regs)
106 {
107         unsigned long pc = instruction_pointer(regs);
108
109         if (in_lock_functions(pc))
110                 return regs->link;
111
112         return pc;
113 }
114 EXPORT_SYMBOL(profile_pc);
115 #endif
116
117 void wakeup_decrementer(void)
118 {
119         set_dec(tb_ticks_per_jiffy);
120         /* No currently-supported powerbook has a 601,
121          * so use get_tbl, not native
122          */
123         last_jiffy_stamp(0) = tb_last_stamp = get_tbl();
124 }
125
126 /*
127  * timer_interrupt - gets called when the decrementer overflows,
128  * with interrupts disabled.
129  * We set it up to overflow again in 1/HZ seconds.
130  */
131 void timer_interrupt(struct pt_regs * regs)
132 {
133         struct pt_regs *old_regs;
134         int next_dec;
135         unsigned long cpu = smp_processor_id();
136         unsigned jiffy_stamp = last_jiffy_stamp(cpu);
137         extern void do_IRQ(struct pt_regs *);
138
139         if (atomic_read(&ppc_n_lost_interrupts) != 0)
140                 do_IRQ(regs);
141
142         old_regs = set_irq_regs(regs);
143         irq_enter();
144
145         while ((next_dec = tb_ticks_per_jiffy - tb_delta(&jiffy_stamp)) <= 0) {
146                 jiffy_stamp += tb_ticks_per_jiffy;
147                 
148                 profile_tick(CPU_PROFILING);
149                 update_process_times(user_mode(regs));
150
151                 if (smp_processor_id())
152                         continue;
153
154                 /* We are in an interrupt, no need to save/restore flags */
155                 write_seqlock(&xtime_lock);
156                 tb_last_stamp = jiffy_stamp;
157                 do_timer(1);
158
159                 /*
160                  * update the rtc when needed, this should be performed on the
161                  * right fraction of a second. Half or full second ?
162                  * Full second works on mk48t59 clocks, others need testing.
163                  * Note that this update is basically only used through
164                  * the adjtimex system calls. Setting the HW clock in
165                  * any other way is a /dev/rtc and userland business.
166                  * This is still wrong by -0.5/+1.5 jiffies because of the
167                  * timer interrupt resolution and possible delay, but here we
168                  * hit a quantization limit which can only be solved by higher
169                  * resolution timers and decoupling time management from timer
170                  * interrupts. This is also wrong on the clocks
171                  * which require being written at the half second boundary.
172                  * We should have an rtc call that only sets the minutes and
173                  * seconds like on Intel to avoid problems with non UTC clocks.
174                  */
175                 if ( ppc_md.set_rtc_time && ntp_synced() &&
176                      xtime.tv_sec - last_rtc_update >= 659 &&
177                      abs((xtime.tv_nsec / 1000) - (1000000-1000000/HZ)) < 500000/HZ) {
178                         if (ppc_md.set_rtc_time(xtime.tv_sec+1 + timezone_offset) == 0)
179                                 last_rtc_update = xtime.tv_sec+1;
180                         else
181                                 /* Try again one minute later */
182                                 last_rtc_update += 60;
183                 }
184                 write_sequnlock(&xtime_lock);
185         }
186         if ( !disarm_decr[smp_processor_id()] )
187                 set_dec(next_dec);
188         last_jiffy_stamp(cpu) = jiffy_stamp;
189
190         if (ppc_md.heartbeat && !ppc_md.heartbeat_count--)
191                 ppc_md.heartbeat();
192
193         irq_exit();
194         set_irq_regs(old_regs);
195 }
196
197 /*
198  * This version of gettimeofday has microsecond resolution.
199  */
200 void do_gettimeofday(struct timeval *tv)
201 {
202         unsigned long flags;
203         unsigned long seq;
204         unsigned delta, usec, sec;
205
206         do {
207                 seq = read_seqbegin_irqsave(&xtime_lock, flags);
208                 sec = xtime.tv_sec;
209                 usec = (xtime.tv_nsec / 1000);
210                 delta = tb_ticks_since(tb_last_stamp);
211 #ifdef CONFIG_SMP
212                 /* As long as timebases are not in sync, gettimeofday can only
213                  * have jiffy resolution on SMP.
214                  */
215                 if (!smp_tb_synchronized)
216                         delta = 0;
217 #endif /* CONFIG_SMP */
218         } while (read_seqretry_irqrestore(&xtime_lock, seq, flags));
219
220         usec += mulhwu(tb_to_us, delta);
221         while (usec >= 1000000) {
222                 sec++;
223                 usec -= 1000000;
224         }
225         tv->tv_sec = sec;
226         tv->tv_usec = usec;
227 }
228
229 EXPORT_SYMBOL(do_gettimeofday);
230
231 int do_settimeofday(struct timespec *tv)
232 {
233         time_t wtm_sec, new_sec = tv->tv_sec;
234         long wtm_nsec, new_nsec = tv->tv_nsec;
235         unsigned long flags;
236         int tb_delta;
237
238         if ((unsigned long)tv->tv_nsec >= NSEC_PER_SEC)
239                 return -EINVAL;
240
241         write_seqlock_irqsave(&xtime_lock, flags);
242         /* Updating the RTC is not the job of this code. If the time is
243          * stepped under NTP, the RTC will be update after STA_UNSYNC
244          * is cleared. Tool like clock/hwclock either copy the RTC
245          * to the system time, in which case there is no point in writing
246          * to the RTC again, or write to the RTC but then they don't call
247          * settimeofday to perform this operation. Note also that
248          * we don't touch the decrementer since:
249          * a) it would lose timer interrupt synchronization on SMP
250          * (if it is working one day)
251          * b) it could make one jiffy spuriously shorter or longer
252          * which would introduce another source of uncertainty potentially
253          * harmful to relatively short timers.
254          */
255
256         /* This works perfectly on SMP only if the tb are in sync but
257          * guarantees an error < 1 jiffy even if they are off by eons,
258          * still reasonable when gettimeofday resolution is 1 jiffy.
259          */
260         tb_delta = tb_ticks_since(last_jiffy_stamp(smp_processor_id()));
261
262         new_nsec -= 1000 * mulhwu(tb_to_us, tb_delta);
263
264         wtm_sec  = wall_to_monotonic.tv_sec + (xtime.tv_sec - new_sec);
265         wtm_nsec = wall_to_monotonic.tv_nsec + (xtime.tv_nsec - new_nsec);
266
267         set_normalized_timespec(&xtime, new_sec, new_nsec);
268         set_normalized_timespec(&wall_to_monotonic, wtm_sec, wtm_nsec);
269
270         /* In case of a large backwards jump in time with NTP, we want the
271          * clock to be updated as soon as the PLL is again in lock.
272          */
273         last_rtc_update = new_sec - 658;
274
275         ntp_clear();
276         write_sequnlock_irqrestore(&xtime_lock, flags);
277         clock_was_set();
278         return 0;
279 }
280
281 EXPORT_SYMBOL(do_settimeofday);
282
283 /* This function is only called on the boot processor */
284 void __init time_init(void)
285 {
286         time_t sec, old_sec;
287         unsigned old_stamp, stamp, elapsed;
288
289         if (ppc_md.time_init != NULL)
290                 timezone_offset = ppc_md.time_init();
291
292         if (__USE_RTC()) {
293                 /* 601 processor: dec counts down by 128 every 128ns */
294                 tb_ticks_per_jiffy = DECREMENTER_COUNT_601;
295                 /* mulhwu_scale_factor(1000000000, 1000000) is 0x418937 */
296                 tb_to_us = 0x418937;
297         } else {
298                 ppc_md.calibrate_decr();
299                 tb_to_ns_scale = mulhwu(tb_to_us, 1000 << 10);
300         }
301
302         /* Now that the decrementer is calibrated, it can be used in case the
303          * clock is stuck, but the fact that we have to handle the 601
304          * makes things more complex. Repeatedly read the RTC until the
305          * next second boundary to try to achieve some precision.  If there
306          * is no RTC, we still need to set tb_last_stamp and
307          * last_jiffy_stamp(cpu 0) to the current stamp.
308          */
309         stamp = get_native_tbl();
310         if (ppc_md.get_rtc_time) {
311                 sec = ppc_md.get_rtc_time();
312                 elapsed = 0;
313                 do {
314                         old_stamp = stamp;
315                         old_sec = sec;
316                         stamp = get_native_tbl();
317                         if (__USE_RTC() && stamp < old_stamp)
318                                 old_stamp -= 1000000000;
319                         elapsed += stamp - old_stamp;
320                         sec = ppc_md.get_rtc_time();
321                 } while ( sec == old_sec && elapsed < 2*HZ*tb_ticks_per_jiffy);
322                 if (sec==old_sec)
323                         printk("Warning: real time clock seems stuck!\n");
324                 xtime.tv_sec = sec;
325                 xtime.tv_nsec = 0;
326                 /* No update now, we just read the time from the RTC ! */
327                 last_rtc_update = xtime.tv_sec;
328         }
329         last_jiffy_stamp(0) = tb_last_stamp = stamp;
330
331         /* Not exact, but the timer interrupt takes care of this */
332         set_dec(tb_ticks_per_jiffy);
333
334         /* If platform provided a timezone (pmac), we correct the time */
335         if (timezone_offset) {
336                 sys_tz.tz_minuteswest = -timezone_offset / 60;
337                 sys_tz.tz_dsttime = 0;
338                 xtime.tv_sec -= timezone_offset;
339         }
340         set_normalized_timespec(&wall_to_monotonic,
341                                 -xtime.tv_sec, -xtime.tv_nsec);
342 }
343
344 #define FEBRUARY                2
345 #define STARTOFTIME             1970
346 #define SECDAY                  86400L
347 #define SECYR                   (SECDAY * 365)
348
349 /*
350  * Note: this is wrong for 2100, but our signed 32-bit time_t will
351  * have overflowed long before that, so who cares.  -- paulus
352  */
353 #define leapyear(year)          ((year) % 4 == 0)
354 #define days_in_year(a)         (leapyear(a) ? 366 : 365)
355 #define days_in_month(a)        (month_days[(a) - 1])
356
357 static int month_days[12] = {
358         31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31
359 };
360
361 void to_tm(int tim, struct rtc_time * tm)
362 {
363         register int i;
364         register long hms, day, gday;
365
366         gday = day = tim / SECDAY;
367         hms = tim % SECDAY;
368
369         /* Hours, minutes, seconds are easy */
370         tm->tm_hour = hms / 3600;
371         tm->tm_min = (hms % 3600) / 60;
372         tm->tm_sec = (hms % 3600) % 60;
373
374         /* Number of years in days */
375         for (i = STARTOFTIME; day >= days_in_year(i); i++)
376                 day -= days_in_year(i);
377         tm->tm_year = i;
378
379         /* Number of months in days left */
380         if (leapyear(tm->tm_year))
381                 days_in_month(FEBRUARY) = 29;
382         for (i = 1; day >= days_in_month(i); i++)
383                 day -= days_in_month(i);
384         days_in_month(FEBRUARY) = 28;
385         tm->tm_mon = i;
386
387         /* Days are what is left over (+1) from all that. */
388         tm->tm_mday = day + 1;
389
390         /*
391          * Determine the day of week. Jan. 1, 1970 was a Thursday.
392          */
393         tm->tm_wday = (gday + 4) % 7;
394 }
395
396 /* Auxiliary function to compute scaling factors */
397 /* Actually the choice of a timebase running at 1/4 the of the bus
398  * frequency giving resolution of a few tens of nanoseconds is quite nice.
399  * It makes this computation very precise (27-28 bits typically) which
400  * is optimistic considering the stability of most processor clock
401  * oscillators and the precision with which the timebase frequency
402  * is measured but does not harm.
403  */
404 unsigned mulhwu_scale_factor(unsigned inscale, unsigned outscale) {
405         unsigned mlt=0, tmp, err;
406         /* No concern for performance, it's done once: use a stupid
407          * but safe and compact method to find the multiplier.
408          */
409         for (tmp = 1U<<31; tmp != 0; tmp >>= 1) {
410                 if (mulhwu(inscale, mlt|tmp) < outscale) mlt|=tmp;
411         }
412         /* We might still be off by 1 for the best approximation.
413          * A side effect of this is that if outscale is too large
414          * the returned value will be zero.
415          * Many corner cases have been checked and seem to work,
416          * some might have been forgotten in the test however.
417          */
418         err = inscale*(mlt+1);
419         if (err <= inscale/2) mlt++;
420         return mlt;
421 }
422
423 unsigned long long sched_clock(void)
424 {
425         unsigned long lo, hi, hi2;
426         unsigned long long tb;
427
428         if (!__USE_RTC()) {
429                 do {
430                         hi = get_tbu();
431                         lo = get_tbl();
432                         hi2 = get_tbu();
433                 } while (hi2 != hi);
434                 tb = ((unsigned long long) hi << 32) | lo;
435                 tb = (tb * tb_to_ns_scale) >> 10;
436         } else {
437                 do {
438                         hi = get_rtcu();
439                         lo = get_rtcl();
440                         hi2 = get_rtcu();
441                 } while (hi2 != hi);
442                 tb = ((unsigned long long) hi) * 1000000000 + lo;
443         }
444         return tb;
445 }