sched: restore deterministic CPU accounting on powerpc
[linux-2.6] / arch / powerpc / 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  * Converted for 64-bit by Mike Corrigan (mikejc@us.ibm.com)
8  *
9  * First round of bugfixes by Gabriel Paubert (paubert@iram.es)
10  * to make clock more stable (2.4.0-test5). The only thing
11  * that this code assumes is that the timebases have been synchronized
12  * by firmware on SMP and are never stopped (never do sleep
13  * on SMP then, nap and doze are OK).
14  * 
15  * Speeded up do_gettimeofday by getting rid of references to
16  * xtime (which required locks for consistency). (mikejc@us.ibm.com)
17  *
18  * TODO (not necessarily in this file):
19  * - improve precision and reproducibility of timebase frequency
20  * measurement at boot time. (for iSeries, we calibrate the timebase
21  * against the Titan chip's clock.)
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  * 1997-09-10  Updated NTP code according to technical memorandum Jan '96
27  *             "A Kernel Model for Precision Timekeeping" by Dave Mills
28  *
29  *      This program is free software; you can redistribute it and/or
30  *      modify it under the terms of the GNU General Public License
31  *      as published by the Free Software Foundation; either version
32  *      2 of the License, or (at your option) any later version.
33  */
34
35 #include <linux/errno.h>
36 #include <linux/module.h>
37 #include <linux/sched.h>
38 #include <linux/kernel.h>
39 #include <linux/param.h>
40 #include <linux/string.h>
41 #include <linux/mm.h>
42 #include <linux/interrupt.h>
43 #include <linux/timex.h>
44 #include <linux/kernel_stat.h>
45 #include <linux/time.h>
46 #include <linux/init.h>
47 #include <linux/profile.h>
48 #include <linux/cpu.h>
49 #include <linux/security.h>
50 #include <linux/percpu.h>
51 #include <linux/rtc.h>
52 #include <linux/jiffies.h>
53 #include <linux/posix-timers.h>
54 #include <linux/irq.h>
55
56 #include <asm/io.h>
57 #include <asm/processor.h>
58 #include <asm/nvram.h>
59 #include <asm/cache.h>
60 #include <asm/machdep.h>
61 #include <asm/uaccess.h>
62 #include <asm/time.h>
63 #include <asm/prom.h>
64 #include <asm/irq.h>
65 #include <asm/div64.h>
66 #include <asm/smp.h>
67 #include <asm/vdso_datapage.h>
68 #include <asm/firmware.h>
69 #ifdef CONFIG_PPC_ISERIES
70 #include <asm/iseries/it_lp_queue.h>
71 #include <asm/iseries/hv_call_xm.h>
72 #endif
73
74 /* powerpc clocksource/clockevent code */
75
76 #include <linux/clockchips.h>
77 #include <linux/clocksource.h>
78
79 static cycle_t rtc_read(void);
80 static struct clocksource clocksource_rtc = {
81         .name         = "rtc",
82         .rating       = 400,
83         .flags        = CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS,
84         .mask         = CLOCKSOURCE_MASK(64),
85         .shift        = 22,
86         .mult         = 0,      /* To be filled in */
87         .read         = rtc_read,
88 };
89
90 static cycle_t timebase_read(void);
91 static struct clocksource clocksource_timebase = {
92         .name         = "timebase",
93         .rating       = 400,
94         .flags        = CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS,
95         .mask         = CLOCKSOURCE_MASK(64),
96         .shift        = 22,
97         .mult         = 0,      /* To be filled in */
98         .read         = timebase_read,
99 };
100
101 #define DECREMENTER_MAX 0x7fffffff
102
103 static int decrementer_set_next_event(unsigned long evt,
104                                       struct clock_event_device *dev);
105 static void decrementer_set_mode(enum clock_event_mode mode,
106                                  struct clock_event_device *dev);
107
108 static struct clock_event_device decrementer_clockevent = {
109        .name           = "decrementer",
110        .rating         = 200,
111        .shift          = 16,
112        .mult           = 0,     /* To be filled in */
113        .irq            = 0,
114        .set_next_event = decrementer_set_next_event,
115        .set_mode       = decrementer_set_mode,
116        .features       = CLOCK_EVT_FEAT_ONESHOT,
117 };
118
119 static DEFINE_PER_CPU(struct clock_event_device, decrementers);
120 void init_decrementer_clockevent(void);
121 static DEFINE_PER_CPU(u64, decrementer_next_tb);
122
123 #ifdef CONFIG_PPC_ISERIES
124 static unsigned long __initdata iSeries_recal_titan;
125 static signed long __initdata iSeries_recal_tb;
126
127 /* Forward declaration is only needed for iSereis compiles */
128 void __init clocksource_init(void);
129 #endif
130
131 #define XSEC_PER_SEC (1024*1024)
132
133 #ifdef CONFIG_PPC64
134 #define SCALE_XSEC(xsec, max)   (((xsec) * max) / XSEC_PER_SEC)
135 #else
136 /* compute ((xsec << 12) * max) >> 32 */
137 #define SCALE_XSEC(xsec, max)   mulhwu((xsec) << 12, max)
138 #endif
139
140 unsigned long tb_ticks_per_jiffy;
141 unsigned long tb_ticks_per_usec = 100; /* sane default */
142 EXPORT_SYMBOL(tb_ticks_per_usec);
143 unsigned long tb_ticks_per_sec;
144 EXPORT_SYMBOL(tb_ticks_per_sec);        /* for cputime_t conversions */
145 u64 tb_to_xs;
146 unsigned tb_to_us;
147
148 #define TICKLEN_SCALE   TICK_LENGTH_SHIFT
149 u64 last_tick_len;      /* units are ns / 2^TICKLEN_SCALE */
150 u64 ticklen_to_xs;      /* 0.64 fraction */
151
152 /* If last_tick_len corresponds to about 1/HZ seconds, then
153    last_tick_len << TICKLEN_SHIFT will be about 2^63. */
154 #define TICKLEN_SHIFT   (63 - 30 - TICKLEN_SCALE + SHIFT_HZ)
155
156 DEFINE_SPINLOCK(rtc_lock);
157 EXPORT_SYMBOL_GPL(rtc_lock);
158
159 static u64 tb_to_ns_scale __read_mostly;
160 static unsigned tb_to_ns_shift __read_mostly;
161 static unsigned long boot_tb __read_mostly;
162
163 struct gettimeofday_struct do_gtod;
164
165 extern struct timezone sys_tz;
166 static long timezone_offset;
167
168 unsigned long ppc_proc_freq;
169 EXPORT_SYMBOL(ppc_proc_freq);
170 unsigned long ppc_tb_freq;
171
172 static u64 tb_last_jiffy __cacheline_aligned_in_smp;
173 static DEFINE_PER_CPU(u64, last_jiffy);
174
175 #ifdef CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING
176 /*
177  * Factors for converting from cputime_t (timebase ticks) to
178  * jiffies, milliseconds, seconds, and clock_t (1/USER_HZ seconds).
179  * These are all stored as 0.64 fixed-point binary fractions.
180  */
181 u64 __cputime_jiffies_factor;
182 EXPORT_SYMBOL(__cputime_jiffies_factor);
183 u64 __cputime_msec_factor;
184 EXPORT_SYMBOL(__cputime_msec_factor);
185 u64 __cputime_sec_factor;
186 EXPORT_SYMBOL(__cputime_sec_factor);
187 u64 __cputime_clockt_factor;
188 EXPORT_SYMBOL(__cputime_clockt_factor);
189
190 static void calc_cputime_factors(void)
191 {
192         struct div_result res;
193
194         div128_by_32(HZ, 0, tb_ticks_per_sec, &res);
195         __cputime_jiffies_factor = res.result_low;
196         div128_by_32(1000, 0, tb_ticks_per_sec, &res);
197         __cputime_msec_factor = res.result_low;
198         div128_by_32(1, 0, tb_ticks_per_sec, &res);
199         __cputime_sec_factor = res.result_low;
200         div128_by_32(USER_HZ, 0, tb_ticks_per_sec, &res);
201         __cputime_clockt_factor = res.result_low;
202 }
203
204 /*
205  * Read the PURR on systems that have it, otherwise the timebase.
206  */
207 static u64 read_purr(void)
208 {
209         if (cpu_has_feature(CPU_FTR_PURR))
210                 return mfspr(SPRN_PURR);
211         return mftb();
212 }
213
214 /*
215  * Read the SPURR on systems that have it, otherwise the purr
216  */
217 static u64 read_spurr(u64 purr)
218 {
219         if (cpu_has_feature(CPU_FTR_SPURR))
220                 return mfspr(SPRN_SPURR);
221         return purr;
222 }
223
224 /*
225  * Account time for a transition between system, hard irq
226  * or soft irq state.
227  */
228 void account_system_vtime(struct task_struct *tsk)
229 {
230         u64 now, nowscaled, delta, deltascaled;
231         unsigned long flags;
232
233         local_irq_save(flags);
234         now = read_purr();
235         delta = now - get_paca()->startpurr;
236         get_paca()->startpurr = now;
237         nowscaled = read_spurr(now);
238         deltascaled = nowscaled - get_paca()->startspurr;
239         get_paca()->startspurr = nowscaled;
240         if (!in_interrupt()) {
241                 /* deltascaled includes both user and system time.
242                  * Hence scale it based on the purr ratio to estimate
243                  * the system time */
244                 deltascaled = deltascaled * get_paca()->system_time /
245                         (get_paca()->system_time + get_paca()->user_time);
246                 delta += get_paca()->system_time;
247                 get_paca()->system_time = 0;
248         }
249         account_system_time(tsk, 0, delta);
250         get_paca()->purrdelta = delta;
251         account_system_time_scaled(tsk, deltascaled);
252         get_paca()->spurrdelta = deltascaled;
253         local_irq_restore(flags);
254 }
255
256 /*
257  * Transfer the user and system times accumulated in the paca
258  * by the exception entry and exit code to the generic process
259  * user and system time records.
260  * Must be called with interrupts disabled.
261  */
262 void account_process_tick(struct task_struct *tsk, int user_tick)
263 {
264         cputime_t utime, utimescaled;
265
266         utime = get_paca()->user_time;
267         get_paca()->user_time = 0;
268         account_user_time(tsk, utime);
269
270         /* Estimate the scaled utime by scaling the real utime based
271          * on the last spurr to purr ratio */
272         utimescaled = utime * get_paca()->spurrdelta / get_paca()->purrdelta;
273         get_paca()->spurrdelta = get_paca()->purrdelta = 0;
274         account_user_time_scaled(tsk, utimescaled);
275 }
276
277 /*
278  * Stuff for accounting stolen time.
279  */
280 struct cpu_purr_data {
281         int     initialized;                    /* thread is running */
282         u64     tb;                     /* last TB value read */
283         u64     purr;                   /* last PURR value read */
284         u64     spurr;                  /* last SPURR value read */
285 };
286
287 /*
288  * Each entry in the cpu_purr_data array is manipulated only by its
289  * "owner" cpu -- usually in the timer interrupt but also occasionally
290  * in process context for cpu online.  As long as cpus do not touch
291  * each others' cpu_purr_data, disabling local interrupts is
292  * sufficient to serialize accesses.
293  */
294 static DEFINE_PER_CPU(struct cpu_purr_data, cpu_purr_data);
295
296 static void snapshot_tb_and_purr(void *data)
297 {
298         unsigned long flags;
299         struct cpu_purr_data *p = &__get_cpu_var(cpu_purr_data);
300
301         local_irq_save(flags);
302         p->tb = get_tb_or_rtc();
303         p->purr = mfspr(SPRN_PURR);
304         wmb();
305         p->initialized = 1;
306         local_irq_restore(flags);
307 }
308
309 /*
310  * Called during boot when all cpus have come up.
311  */
312 void snapshot_timebases(void)
313 {
314         if (!cpu_has_feature(CPU_FTR_PURR))
315                 return;
316         on_each_cpu(snapshot_tb_and_purr, NULL, 0, 1);
317 }
318
319 /*
320  * Must be called with interrupts disabled.
321  */
322 void calculate_steal_time(void)
323 {
324         u64 tb, purr;
325         s64 stolen;
326         struct cpu_purr_data *pme;
327
328         if (!cpu_has_feature(CPU_FTR_PURR))
329                 return;
330         pme = &per_cpu(cpu_purr_data, smp_processor_id());
331         if (!pme->initialized)
332                 return;         /* this can happen in early boot */
333         tb = mftb();
334         purr = mfspr(SPRN_PURR);
335         stolen = (tb - pme->tb) - (purr - pme->purr);
336         if (stolen > 0)
337                 account_steal_time(current, stolen);
338         pme->tb = tb;
339         pme->purr = purr;
340 }
341
342 #ifdef CONFIG_PPC_SPLPAR
343 /*
344  * Must be called before the cpu is added to the online map when
345  * a cpu is being brought up at runtime.
346  */
347 static void snapshot_purr(void)
348 {
349         struct cpu_purr_data *pme;
350         unsigned long flags;
351
352         if (!cpu_has_feature(CPU_FTR_PURR))
353                 return;
354         local_irq_save(flags);
355         pme = &per_cpu(cpu_purr_data, smp_processor_id());
356         pme->tb = mftb();
357         pme->purr = mfspr(SPRN_PURR);
358         pme->initialized = 1;
359         local_irq_restore(flags);
360 }
361
362 #endif /* CONFIG_PPC_SPLPAR */
363
364 #else /* ! CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING */
365 #define calc_cputime_factors()
366 #define calculate_steal_time()          do { } while (0)
367 #endif
368
369 #if !(defined(CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING) && defined(CONFIG_PPC_SPLPAR))
370 #define snapshot_purr()                 do { } while (0)
371 #endif
372
373 /*
374  * Called when a cpu comes up after the system has finished booting,
375  * i.e. as a result of a hotplug cpu action.
376  */
377 void snapshot_timebase(void)
378 {
379         __get_cpu_var(last_jiffy) = get_tb_or_rtc();
380         snapshot_purr();
381 }
382
383 void __delay(unsigned long loops)
384 {
385         unsigned long start;
386         int diff;
387
388         if (__USE_RTC()) {
389                 start = get_rtcl();
390                 do {
391                         /* the RTCL register wraps at 1000000000 */
392                         diff = get_rtcl() - start;
393                         if (diff < 0)
394                                 diff += 1000000000;
395                 } while (diff < loops);
396         } else {
397                 start = get_tbl();
398                 while (get_tbl() - start < loops)
399                         HMT_low();
400                 HMT_medium();
401         }
402 }
403 EXPORT_SYMBOL(__delay);
404
405 void udelay(unsigned long usecs)
406 {
407         __delay(tb_ticks_per_usec * usecs);
408 }
409 EXPORT_SYMBOL(udelay);
410
411
412 /*
413  * There are two copies of tb_to_xs and stamp_xsec so that no
414  * lock is needed to access and use these values in
415  * do_gettimeofday.  We alternate the copies and as long as a
416  * reasonable time elapses between changes, there will never
417  * be inconsistent values.  ntpd has a minimum of one minute
418  * between updates.
419  */
420 static inline void update_gtod(u64 new_tb_stamp, u64 new_stamp_xsec,
421                                u64 new_tb_to_xs)
422 {
423         unsigned temp_idx;
424         struct gettimeofday_vars *temp_varp;
425
426         temp_idx = (do_gtod.var_idx == 0);
427         temp_varp = &do_gtod.vars[temp_idx];
428
429         temp_varp->tb_to_xs = new_tb_to_xs;
430         temp_varp->tb_orig_stamp = new_tb_stamp;
431         temp_varp->stamp_xsec = new_stamp_xsec;
432         smp_mb();
433         do_gtod.varp = temp_varp;
434         do_gtod.var_idx = temp_idx;
435
436         /*
437          * tb_update_count is used to allow the userspace gettimeofday code
438          * to assure itself that it sees a consistent view of the tb_to_xs and
439          * stamp_xsec variables.  It reads the tb_update_count, then reads
440          * tb_to_xs and stamp_xsec and then reads tb_update_count again.  If
441          * the two values of tb_update_count match and are even then the
442          * tb_to_xs and stamp_xsec values are consistent.  If not, then it
443          * loops back and reads them again until this criteria is met.
444          * We expect the caller to have done the first increment of
445          * vdso_data->tb_update_count already.
446          */
447         vdso_data->tb_orig_stamp = new_tb_stamp;
448         vdso_data->stamp_xsec = new_stamp_xsec;
449         vdso_data->tb_to_xs = new_tb_to_xs;
450         vdso_data->wtom_clock_sec = wall_to_monotonic.tv_sec;
451         vdso_data->wtom_clock_nsec = wall_to_monotonic.tv_nsec;
452         smp_wmb();
453         ++(vdso_data->tb_update_count);
454 }
455
456 #ifdef CONFIG_SMP
457 unsigned long profile_pc(struct pt_regs *regs)
458 {
459         unsigned long pc = instruction_pointer(regs);
460
461         if (in_lock_functions(pc))
462                 return regs->link;
463
464         return pc;
465 }
466 EXPORT_SYMBOL(profile_pc);
467 #endif
468
469 #ifdef CONFIG_PPC_ISERIES
470
471 /* 
472  * This function recalibrates the timebase based on the 49-bit time-of-day
473  * value in the Titan chip.  The Titan is much more accurate than the value
474  * returned by the service processor for the timebase frequency.  
475  */
476
477 static int __init iSeries_tb_recal(void)
478 {
479         struct div_result divres;
480         unsigned long titan, tb;
481
482         /* Make sure we only run on iSeries */
483         if (!firmware_has_feature(FW_FEATURE_ISERIES))
484                 return -ENODEV;
485
486         tb = get_tb();
487         titan = HvCallXm_loadTod();
488         if ( iSeries_recal_titan ) {
489                 unsigned long tb_ticks = tb - iSeries_recal_tb;
490                 unsigned long titan_usec = (titan - iSeries_recal_titan) >> 12;
491                 unsigned long new_tb_ticks_per_sec   = (tb_ticks * USEC_PER_SEC)/titan_usec;
492                 unsigned long new_tb_ticks_per_jiffy = (new_tb_ticks_per_sec+(HZ/2))/HZ;
493                 long tick_diff = new_tb_ticks_per_jiffy - tb_ticks_per_jiffy;
494                 char sign = '+';                
495                 /* make sure tb_ticks_per_sec and tb_ticks_per_jiffy are consistent */
496                 new_tb_ticks_per_sec = new_tb_ticks_per_jiffy * HZ;
497
498                 if ( tick_diff < 0 ) {
499                         tick_diff = -tick_diff;
500                         sign = '-';
501                 }
502                 if ( tick_diff ) {
503                         if ( tick_diff < tb_ticks_per_jiffy/25 ) {
504                                 printk( "Titan recalibrate: new tb_ticks_per_jiffy = %lu (%c%ld)\n",
505                                                 new_tb_ticks_per_jiffy, sign, tick_diff );
506                                 tb_ticks_per_jiffy = new_tb_ticks_per_jiffy;
507                                 tb_ticks_per_sec   = new_tb_ticks_per_sec;
508                                 calc_cputime_factors();
509                                 div128_by_32( XSEC_PER_SEC, 0, tb_ticks_per_sec, &divres );
510                                 do_gtod.tb_ticks_per_sec = tb_ticks_per_sec;
511                                 tb_to_xs = divres.result_low;
512                                 do_gtod.varp->tb_to_xs = tb_to_xs;
513                                 vdso_data->tb_ticks_per_sec = tb_ticks_per_sec;
514                                 vdso_data->tb_to_xs = tb_to_xs;
515                         }
516                         else {
517                                 printk( "Titan recalibrate: FAILED (difference > 4 percent)\n"
518                                         "                   new tb_ticks_per_jiffy = %lu\n"
519                                         "                   old tb_ticks_per_jiffy = %lu\n",
520                                         new_tb_ticks_per_jiffy, tb_ticks_per_jiffy );
521                         }
522                 }
523         }
524         iSeries_recal_titan = titan;
525         iSeries_recal_tb = tb;
526
527         /* Called here as now we know accurate values for the timebase */
528         clocksource_init();
529         return 0;
530 }
531 late_initcall(iSeries_tb_recal);
532
533 /* Called from platform early init */
534 void __init iSeries_time_init_early(void)
535 {
536         iSeries_recal_tb = get_tb();
537         iSeries_recal_titan = HvCallXm_loadTod();
538 }
539 #endif /* CONFIG_PPC_ISERIES */
540
541 /*
542  * For iSeries shared processors, we have to let the hypervisor
543  * set the hardware decrementer.  We set a virtual decrementer
544  * in the lppaca and call the hypervisor if the virtual
545  * decrementer is less than the current value in the hardware
546  * decrementer. (almost always the new decrementer value will
547  * be greater than the current hardware decementer so the hypervisor
548  * call will not be needed)
549  */
550
551 /*
552  * timer_interrupt - gets called when the decrementer overflows,
553  * with interrupts disabled.
554  */
555 void timer_interrupt(struct pt_regs * regs)
556 {
557         struct pt_regs *old_regs;
558         int cpu = smp_processor_id();
559         struct clock_event_device *evt = &per_cpu(decrementers, cpu);
560         u64 now;
561
562         /* Ensure a positive value is written to the decrementer, or else
563          * some CPUs will continuue to take decrementer exceptions */
564         set_dec(DECREMENTER_MAX);
565
566 #ifdef CONFIG_PPC32
567         if (atomic_read(&ppc_n_lost_interrupts) != 0)
568                 do_IRQ(regs);
569 #endif
570
571         now = get_tb_or_rtc();
572         if (now < per_cpu(decrementer_next_tb, cpu)) {
573                 /* not time for this event yet */
574                 now = per_cpu(decrementer_next_tb, cpu) - now;
575                 if (now <= DECREMENTER_MAX)
576                         set_dec((unsigned int)now - 1);
577                 return;
578         }
579         old_regs = set_irq_regs(regs);
580         irq_enter();
581
582         calculate_steal_time();
583
584 #ifdef CONFIG_PPC_ISERIES
585         if (firmware_has_feature(FW_FEATURE_ISERIES))
586                 get_lppaca()->int_dword.fields.decr_int = 0;
587 #endif
588
589         if (evt->event_handler)
590                 evt->event_handler(evt);
591         else
592                 evt->set_next_event(DECREMENTER_MAX, evt);
593
594 #ifdef CONFIG_PPC_ISERIES
595         if (firmware_has_feature(FW_FEATURE_ISERIES) && hvlpevent_is_pending())
596                 process_hvlpevents();
597 #endif
598
599 #ifdef CONFIG_PPC64
600         /* collect purr register values often, for accurate calculations */
601         if (firmware_has_feature(FW_FEATURE_SPLPAR)) {
602                 struct cpu_usage *cu = &__get_cpu_var(cpu_usage_array);
603                 cu->current_tb = mfspr(SPRN_PURR);
604         }
605 #endif
606
607         irq_exit();
608         set_irq_regs(old_regs);
609 }
610
611 void wakeup_decrementer(void)
612 {
613         unsigned long ticks;
614
615         /*
616          * The timebase gets saved on sleep and restored on wakeup,
617          * so all we need to do is to reset the decrementer.
618          */
619         ticks = tb_ticks_since(__get_cpu_var(last_jiffy));
620         if (ticks < tb_ticks_per_jiffy)
621                 ticks = tb_ticks_per_jiffy - ticks;
622         else
623                 ticks = 1;
624         set_dec(ticks);
625 }
626
627 #ifdef CONFIG_SMP
628 void __init smp_space_timers(unsigned int max_cpus)
629 {
630         int i;
631         u64 previous_tb = per_cpu(last_jiffy, boot_cpuid);
632
633         /* make sure tb > per_cpu(last_jiffy, cpu) for all cpus always */
634         previous_tb -= tb_ticks_per_jiffy;
635
636         for_each_possible_cpu(i) {
637                 if (i == boot_cpuid)
638                         continue;
639                 per_cpu(last_jiffy, i) = previous_tb;
640         }
641 }
642 #endif
643
644 /*
645  * Scheduler clock - returns current time in nanosec units.
646  *
647  * Note: mulhdu(a, b) (multiply high double unsigned) returns
648  * the high 64 bits of a * b, i.e. (a * b) >> 64, where a and b
649  * are 64-bit unsigned numbers.
650  */
651 unsigned long long sched_clock(void)
652 {
653         if (__USE_RTC())
654                 return get_rtc();
655         return mulhdu(get_tb() - boot_tb, tb_to_ns_scale) << tb_to_ns_shift;
656 }
657
658 static int __init get_freq(char *name, int cells, unsigned long *val)
659 {
660         struct device_node *cpu;
661         const unsigned int *fp;
662         int found = 0;
663
664         /* The cpu node should have timebase and clock frequency properties */
665         cpu = of_find_node_by_type(NULL, "cpu");
666
667         if (cpu) {
668                 fp = of_get_property(cpu, name, NULL);
669                 if (fp) {
670                         found = 1;
671                         *val = of_read_ulong(fp, cells);
672                 }
673
674                 of_node_put(cpu);
675         }
676
677         return found;
678 }
679
680 void __init generic_calibrate_decr(void)
681 {
682         ppc_tb_freq = DEFAULT_TB_FREQ;          /* hardcoded default */
683
684         if (!get_freq("ibm,extended-timebase-frequency", 2, &ppc_tb_freq) &&
685             !get_freq("timebase-frequency", 1, &ppc_tb_freq)) {
686
687                 printk(KERN_ERR "WARNING: Estimating decrementer frequency "
688                                 "(not found)\n");
689         }
690
691         ppc_proc_freq = DEFAULT_PROC_FREQ;      /* hardcoded default */
692
693         if (!get_freq("ibm,extended-clock-frequency", 2, &ppc_proc_freq) &&
694             !get_freq("clock-frequency", 1, &ppc_proc_freq)) {
695
696                 printk(KERN_ERR "WARNING: Estimating processor frequency "
697                                 "(not found)\n");
698         }
699
700 #if defined(CONFIG_BOOKE) || defined(CONFIG_40x)
701         /* Set the time base to zero */
702         mtspr(SPRN_TBWL, 0);
703         mtspr(SPRN_TBWU, 0);
704
705         /* Clear any pending timer interrupts */
706         mtspr(SPRN_TSR, TSR_ENW | TSR_WIS | TSR_DIS | TSR_FIS);
707
708         /* Enable decrementer interrupt */
709         mtspr(SPRN_TCR, TCR_DIE);
710 #endif
711 }
712
713 int update_persistent_clock(struct timespec now)
714 {
715         struct rtc_time tm;
716
717         if (!ppc_md.set_rtc_time)
718                 return 0;
719
720         to_tm(now.tv_sec + 1 + timezone_offset, &tm);
721         tm.tm_year -= 1900;
722         tm.tm_mon -= 1;
723
724         return ppc_md.set_rtc_time(&tm);
725 }
726
727 unsigned long read_persistent_clock(void)
728 {
729         struct rtc_time tm;
730         static int first = 1;
731
732         /* XXX this is a litle fragile but will work okay in the short term */
733         if (first) {
734                 first = 0;
735                 if (ppc_md.time_init)
736                         timezone_offset = ppc_md.time_init();
737
738                 /* get_boot_time() isn't guaranteed to be safe to call late */
739                 if (ppc_md.get_boot_time)
740                         return ppc_md.get_boot_time() -timezone_offset;
741         }
742         if (!ppc_md.get_rtc_time)
743                 return 0;
744         ppc_md.get_rtc_time(&tm);
745         return mktime(tm.tm_year+1900, tm.tm_mon+1, tm.tm_mday,
746                       tm.tm_hour, tm.tm_min, tm.tm_sec);
747 }
748
749 /* clocksource code */
750 static cycle_t rtc_read(void)
751 {
752         return (cycle_t)get_rtc();
753 }
754
755 static cycle_t timebase_read(void)
756 {
757         return (cycle_t)get_tb();
758 }
759
760 void update_vsyscall(struct timespec *wall_time, struct clocksource *clock)
761 {
762         u64 t2x, stamp_xsec;
763
764         if (clock != &clocksource_timebase)
765                 return;
766
767         /* Make userspace gettimeofday spin until we're done. */
768         ++vdso_data->tb_update_count;
769         smp_mb();
770
771         /* XXX this assumes clock->shift == 22 */
772         /* 4611686018 ~= 2^(20+64-22) / 1e9 */
773         t2x = (u64) clock->mult * 4611686018ULL;
774         stamp_xsec = (u64) xtime.tv_nsec * XSEC_PER_SEC;
775         do_div(stamp_xsec, 1000000000);
776         stamp_xsec += (u64) xtime.tv_sec * XSEC_PER_SEC;
777         update_gtod(clock->cycle_last, stamp_xsec, t2x);
778 }
779
780 void update_vsyscall_tz(void)
781 {
782         /* Make userspace gettimeofday spin until we're done. */
783         ++vdso_data->tb_update_count;
784         smp_mb();
785         vdso_data->tz_minuteswest = sys_tz.tz_minuteswest;
786         vdso_data->tz_dsttime = sys_tz.tz_dsttime;
787         smp_mb();
788         ++vdso_data->tb_update_count;
789 }
790
791 void __init clocksource_init(void)
792 {
793         struct clocksource *clock;
794
795         if (__USE_RTC())
796                 clock = &clocksource_rtc;
797         else
798                 clock = &clocksource_timebase;
799
800         clock->mult = clocksource_hz2mult(tb_ticks_per_sec, clock->shift);
801
802         if (clocksource_register(clock)) {
803                 printk(KERN_ERR "clocksource: %s is already registered\n",
804                        clock->name);
805                 return;
806         }
807
808         printk(KERN_INFO "clocksource: %s mult[%x] shift[%d] registered\n",
809                clock->name, clock->mult, clock->shift);
810 }
811
812 static int decrementer_set_next_event(unsigned long evt,
813                                       struct clock_event_device *dev)
814 {
815         __get_cpu_var(decrementer_next_tb) = get_tb_or_rtc() + evt;
816         /* The decrementer interrupts on the 0 -> -1 transition */
817         if (evt)
818                 --evt;
819         set_dec(evt);
820         return 0;
821 }
822
823 static void decrementer_set_mode(enum clock_event_mode mode,
824                                  struct clock_event_device *dev)
825 {
826         if (mode != CLOCK_EVT_MODE_ONESHOT)
827                 decrementer_set_next_event(DECREMENTER_MAX, dev);
828 }
829
830 static void register_decrementer_clockevent(int cpu)
831 {
832         struct clock_event_device *dec = &per_cpu(decrementers, cpu);
833
834         *dec = decrementer_clockevent;
835         dec->cpumask = cpumask_of_cpu(cpu);
836
837         printk(KERN_INFO "clockevent: %s mult[%lx] shift[%d] cpu[%d]\n",
838                dec->name, dec->mult, dec->shift, cpu);
839
840         clockevents_register_device(dec);
841 }
842
843 void init_decrementer_clockevent(void)
844 {
845         int cpu = smp_processor_id();
846
847         decrementer_clockevent.mult = div_sc(ppc_tb_freq, NSEC_PER_SEC,
848                                              decrementer_clockevent.shift);
849         decrementer_clockevent.max_delta_ns =
850                 clockevent_delta2ns(DECREMENTER_MAX, &decrementer_clockevent);
851         decrementer_clockevent.min_delta_ns = 1000;
852
853         register_decrementer_clockevent(cpu);
854 }
855
856 void secondary_cpu_time_init(void)
857 {
858         /* FIME: Should make unrelatred change to move snapshot_timebase
859          * call here ! */
860         register_decrementer_clockevent(smp_processor_id());
861 }
862
863 /* This function is only called on the boot processor */
864 void __init time_init(void)
865 {
866         unsigned long flags;
867         struct div_result res;
868         u64 scale, x;
869         unsigned shift;
870
871         if (__USE_RTC()) {
872                 /* 601 processor: dec counts down by 128 every 128ns */
873                 ppc_tb_freq = 1000000000;
874                 tb_last_jiffy = get_rtcl();
875         } else {
876                 /* Normal PowerPC with timebase register */
877                 ppc_md.calibrate_decr();
878                 printk(KERN_DEBUG "time_init: decrementer frequency = %lu.%.6lu MHz\n",
879                        ppc_tb_freq / 1000000, ppc_tb_freq % 1000000);
880                 printk(KERN_DEBUG "time_init: processor frequency   = %lu.%.6lu MHz\n",
881                        ppc_proc_freq / 1000000, ppc_proc_freq % 1000000);
882                 tb_last_jiffy = get_tb();
883         }
884
885         tb_ticks_per_jiffy = ppc_tb_freq / HZ;
886         tb_ticks_per_sec = ppc_tb_freq;
887         tb_ticks_per_usec = ppc_tb_freq / 1000000;
888         tb_to_us = mulhwu_scale_factor(ppc_tb_freq, 1000000);
889         calc_cputime_factors();
890
891         /*
892          * Calculate the length of each tick in ns.  It will not be
893          * exactly 1e9/HZ unless ppc_tb_freq is divisible by HZ.
894          * We compute 1e9 * tb_ticks_per_jiffy / ppc_tb_freq,
895          * rounded up.
896          */
897         x = (u64) NSEC_PER_SEC * tb_ticks_per_jiffy + ppc_tb_freq - 1;
898         do_div(x, ppc_tb_freq);
899         tick_nsec = x;
900         last_tick_len = x << TICKLEN_SCALE;
901
902         /*
903          * Compute ticklen_to_xs, which is a factor which gets multiplied
904          * by (last_tick_len << TICKLEN_SHIFT) to get a tb_to_xs value.
905          * It is computed as:
906          * ticklen_to_xs = 2^N / (tb_ticks_per_jiffy * 1e9)
907          * where N = 64 + 20 - TICKLEN_SCALE - TICKLEN_SHIFT
908          * which turns out to be N = 51 - SHIFT_HZ.
909          * This gives the result as a 0.64 fixed-point fraction.
910          * That value is reduced by an offset amounting to 1 xsec per
911          * 2^31 timebase ticks to avoid problems with time going backwards
912          * by 1 xsec when we do timer_recalc_offset due to losing the
913          * fractional xsec.  That offset is equal to ppc_tb_freq/2^51
914          * since there are 2^20 xsec in a second.
915          */
916         div128_by_32((1ULL << 51) - ppc_tb_freq, 0,
917                      tb_ticks_per_jiffy << SHIFT_HZ, &res);
918         div128_by_32(res.result_high, res.result_low, NSEC_PER_SEC, &res);
919         ticklen_to_xs = res.result_low;
920
921         /* Compute tb_to_xs from tick_nsec */
922         tb_to_xs = mulhdu(last_tick_len << TICKLEN_SHIFT, ticklen_to_xs);
923
924         /*
925          * Compute scale factor for sched_clock.
926          * The calibrate_decr() function has set tb_ticks_per_sec,
927          * which is the timebase frequency.
928          * We compute 1e9 * 2^64 / tb_ticks_per_sec and interpret
929          * the 128-bit result as a 64.64 fixed-point number.
930          * We then shift that number right until it is less than 1.0,
931          * giving us the scale factor and shift count to use in
932          * sched_clock().
933          */
934         div128_by_32(1000000000, 0, tb_ticks_per_sec, &res);
935         scale = res.result_low;
936         for (shift = 0; res.result_high != 0; ++shift) {
937                 scale = (scale >> 1) | (res.result_high << 63);
938                 res.result_high >>= 1;
939         }
940         tb_to_ns_scale = scale;
941         tb_to_ns_shift = shift;
942         /* Save the current timebase to pretty up CONFIG_PRINTK_TIME */
943         boot_tb = get_tb_or_rtc();
944
945         write_seqlock_irqsave(&xtime_lock, flags);
946
947         /* If platform provided a timezone (pmac), we correct the time */
948         if (timezone_offset) {
949                 sys_tz.tz_minuteswest = -timezone_offset / 60;
950                 sys_tz.tz_dsttime = 0;
951         }
952
953         do_gtod.varp = &do_gtod.vars[0];
954         do_gtod.var_idx = 0;
955         do_gtod.varp->tb_orig_stamp = tb_last_jiffy;
956         __get_cpu_var(last_jiffy) = tb_last_jiffy;
957         do_gtod.varp->stamp_xsec = (u64) xtime.tv_sec * XSEC_PER_SEC;
958         do_gtod.tb_ticks_per_sec = tb_ticks_per_sec;
959         do_gtod.varp->tb_to_xs = tb_to_xs;
960         do_gtod.tb_to_us = tb_to_us;
961
962         vdso_data->tb_orig_stamp = tb_last_jiffy;
963         vdso_data->tb_update_count = 0;
964         vdso_data->tb_ticks_per_sec = tb_ticks_per_sec;
965         vdso_data->stamp_xsec = (u64) xtime.tv_sec * XSEC_PER_SEC;
966         vdso_data->tb_to_xs = tb_to_xs;
967
968         time_freq = 0;
969
970         write_sequnlock_irqrestore(&xtime_lock, flags);
971
972         /* Register the clocksource, if we're not running on iSeries */
973         if (!firmware_has_feature(FW_FEATURE_ISERIES))
974                 clocksource_init();
975
976         init_decrementer_clockevent();
977 }
978
979
980 #define FEBRUARY        2
981 #define STARTOFTIME     1970
982 #define SECDAY          86400L
983 #define SECYR           (SECDAY * 365)
984 #define leapyear(year)          ((year) % 4 == 0 && \
985                                  ((year) % 100 != 0 || (year) % 400 == 0))
986 #define days_in_year(a)         (leapyear(a) ? 366 : 365)
987 #define days_in_month(a)        (month_days[(a) - 1])
988
989 static int month_days[12] = {
990         31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31
991 };
992
993 /*
994  * This only works for the Gregorian calendar - i.e. after 1752 (in the UK)
995  */
996 void GregorianDay(struct rtc_time * tm)
997 {
998         int leapsToDate;
999         int lastYear;
1000         int day;
1001         int MonthOffset[] = { 0, 31, 59, 90, 120, 151, 181, 212, 243, 273, 304, 334 };
1002
1003         lastYear = tm->tm_year - 1;
1004
1005         /*
1006          * Number of leap corrections to apply up to end of last year
1007          */
1008         leapsToDate = lastYear / 4 - lastYear / 100 + lastYear / 400;
1009
1010         /*
1011          * This year is a leap year if it is divisible by 4 except when it is
1012          * divisible by 100 unless it is divisible by 400
1013          *
1014          * e.g. 1904 was a leap year, 1900 was not, 1996 is, and 2000 was
1015          */
1016         day = tm->tm_mon > 2 && leapyear(tm->tm_year);
1017
1018         day += lastYear*365 + leapsToDate + MonthOffset[tm->tm_mon-1] +
1019                    tm->tm_mday;
1020
1021         tm->tm_wday = day % 7;
1022 }
1023
1024 void to_tm(int tim, struct rtc_time * tm)
1025 {
1026         register int    i;
1027         register long   hms, day;
1028
1029         day = tim / SECDAY;
1030         hms = tim % SECDAY;
1031
1032         /* Hours, minutes, seconds are easy */
1033         tm->tm_hour = hms / 3600;
1034         tm->tm_min = (hms % 3600) / 60;
1035         tm->tm_sec = (hms % 3600) % 60;
1036
1037         /* Number of years in days */
1038         for (i = STARTOFTIME; day >= days_in_year(i); i++)
1039                 day -= days_in_year(i);
1040         tm->tm_year = i;
1041
1042         /* Number of months in days left */
1043         if (leapyear(tm->tm_year))
1044                 days_in_month(FEBRUARY) = 29;
1045         for (i = 1; day >= days_in_month(i); i++)
1046                 day -= days_in_month(i);
1047         days_in_month(FEBRUARY) = 28;
1048         tm->tm_mon = i;
1049
1050         /* Days are what is left over (+1) from all that. */
1051         tm->tm_mday = day + 1;
1052
1053         /*
1054          * Determine the day of week
1055          */
1056         GregorianDay(tm);
1057 }
1058
1059 /* Auxiliary function to compute scaling factors */
1060 /* Actually the choice of a timebase running at 1/4 the of the bus
1061  * frequency giving resolution of a few tens of nanoseconds is quite nice.
1062  * It makes this computation very precise (27-28 bits typically) which
1063  * is optimistic considering the stability of most processor clock
1064  * oscillators and the precision with which the timebase frequency
1065  * is measured but does not harm.
1066  */
1067 unsigned mulhwu_scale_factor(unsigned inscale, unsigned outscale)
1068 {
1069         unsigned mlt=0, tmp, err;
1070         /* No concern for performance, it's done once: use a stupid
1071          * but safe and compact method to find the multiplier.
1072          */
1073   
1074         for (tmp = 1U<<31; tmp != 0; tmp >>= 1) {
1075                 if (mulhwu(inscale, mlt|tmp) < outscale)
1076                         mlt |= tmp;
1077         }
1078   
1079         /* We might still be off by 1 for the best approximation.
1080          * A side effect of this is that if outscale is too large
1081          * the returned value will be zero.
1082          * Many corner cases have been checked and seem to work,
1083          * some might have been forgotten in the test however.
1084          */
1085   
1086         err = inscale * (mlt+1);
1087         if (err <= inscale/2)
1088                 mlt++;
1089         return mlt;
1090 }
1091
1092 /*
1093  * Divide a 128-bit dividend by a 32-bit divisor, leaving a 128 bit
1094  * result.
1095  */
1096 void div128_by_32(u64 dividend_high, u64 dividend_low,
1097                   unsigned divisor, struct div_result *dr)
1098 {
1099         unsigned long a, b, c, d;
1100         unsigned long w, x, y, z;
1101         u64 ra, rb, rc;
1102
1103         a = dividend_high >> 32;
1104         b = dividend_high & 0xffffffff;
1105         c = dividend_low >> 32;
1106         d = dividend_low & 0xffffffff;
1107
1108         w = a / divisor;
1109         ra = ((u64)(a - (w * divisor)) << 32) + b;
1110
1111         rb = ((u64) do_div(ra, divisor) << 32) + c;
1112         x = ra;
1113
1114         rc = ((u64) do_div(rb, divisor) << 32) + d;
1115         y = rb;
1116
1117         do_div(rc, divisor);
1118         z = rc;
1119
1120         dr->result_high = ((u64)w << 32) + x;
1121         dr->result_low  = ((u64)y << 32) + z;
1122
1123 }