Merged the timing and measurement stuff together and cleaned it up a bit
[akaros.git] / kern / apic.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2009 The Regents of the University of California
3  * See LICENSE for details.
4  */
5
6 #include <inc/mmu.h>
7 #include <inc/x86.h>
8 #include <inc/assert.h>
9 #include <inc/timer.h>
10
11 #include <kern/apic.h>
12
13 system_timing_t system_timing = {0, 0, 0xffff, 0};
14
15 /*
16  * Remaps the Programmable Interrupt Controller to use IRQs 32-47
17  * http://wiki.osdev.org/PIC
18  * Not 100% on this stuff, after looking over 
19  * http://bochs.sourceforge.net/techspec/PORTS.LST  The cascading and other 
20  * stuff might need to be in one command, and after that all we are doing
21  * is toggling masks.
22  */
23 void pic_remap() 
24 {
25         // start initialization
26         outb(PIC1_CMD, 0x11);
27         outb(PIC2_CMD, 0x11);
28         // set new offsets
29         outb(PIC1_DATA, PIC1_OFFSET);
30         outb(PIC2_DATA, PIC2_OFFSET);
31         // set up cascading
32         outb(PIC1_DATA, 0x04);
33         outb(PIC2_DATA, 0x02);
34         // other stuff (put in 8086/88 mode, or whatever)
35         outb(PIC1_DATA, 0x01);
36         outb(PIC2_DATA, 0x01);
37         // set masks, defaulting to all masked for now
38         outb(PIC1_DATA, 0xff);
39         outb(PIC2_DATA, 0xff);
40 }
41
42 void pic_mask_irq(uint8_t irq)
43 {
44         if (irq > 7)
45                 outb(PIC2_DATA, inb(PIC2_DATA) | (1 << (irq - 8)));
46         else
47                 outb(PIC1_DATA, inb(PIC1_DATA) | (1 << irq));
48 }
49
50 void pic_unmask_irq(uint8_t irq)
51 {
52         if (irq > 7) {
53                 outb(PIC2_DATA, inb(PIC2_DATA) & ~(1 << (irq - 8)));
54                 outb(PIC1_DATA, inb(PIC1_DATA) & 0xfd); // make sure irq2 is unmasked
55         } else
56                 outb(PIC1_DATA, inb(PIC1_DATA) & ~(1 << irq));
57 }
58
59
60 /*
61  * Sets the LAPIC timer to go off after a certain number of ticks.  The primary
62  * clock freq is actually the bus clock, which we figure out during timer_init
63  * Unmasking is implied.  Ref SDM, 3A, 9.6.4
64  */
65 void __lapic_set_timer(uint32_t ticks, uint8_t vec, bool periodic, uint8_t div)
66 {
67         // clears bottom bit and then set divider
68         write_mmreg32(LAPIC_TIMER_DIVIDE, (read_mmreg32(LAPIC_TIMER_DIVIDE) &~0xf) |
69                       (div & 0xf));
70         // set LVT with interrupt handling information
71         write_mmreg32(LAPIC_LVT_TIMER, vec | (periodic << 17));
72         write_mmreg32(LAPIC_TIMER_INIT, ticks);
73         // For debugging when we expand this
74         //cprintf("LAPIC LVT Timer: 0x%08x\n", read_mmreg32(LAPIC_LVT_TIMER));
75         //cprintf("LAPIC Init Count: 0x%08x\n", read_mmreg32(LAPIC_TIMER_INIT));
76         //cprintf("LAPIC Current Count: 0x%08x\n", read_mmreg32(LAPIC_TIMER_CURRENT));
77 }
78
79 void lapic_set_timer(uint32_t usec, bool periodic)
80 {
81         // divide the bus clock by 128, which is the max.
82         uint32_t ticks = (usec * system_timing.bus_freq / 128) / 1000000;
83         __lapic_set_timer(ticks, LAPIC_TIMER_DEFAULT_VECTOR, periodic,
84                           LAPIC_TIMER_DEFAULT_DIVISOR);
85 }
86
87 uint32_t lapic_get_default_id(void)
88 {
89         uint32_t ebx;
90         cpuid(1, 0, &ebx, 0, 0);
91         // p6 family only uses 4 bits here, and 0xf is reserved for the IOAPIC
92         return (ebx & 0xFF000000) >> 24;
93 }
94
95 // timer init calibrates both tsc timer and lapic timer using PIT
96 void timer_init(void){
97         uint64_t tscval[2];
98         long timercount[2];
99         pit_set_timer(0xffff, TIMER_RATEGEN);
100         // assume tsc exist
101         tscval[0] = read_tsc();
102         udelay_pit(1000000);
103         tscval[1] = read_tsc();
104         system_timing.tsc_freq = tscval[1] - tscval[0];
105         
106         cprintf("TSC Frequency: %llu\n", system_timing.tsc_freq);
107
108         __lapic_set_timer(0xffffffff, LAPIC_TIMER_DEFAULT_VECTOR, FALSE,
109                           LAPIC_TIMER_DEFAULT_DIVISOR);
110         // Mask the LAPIC Timer, so we never receive this interrupt (minor race)
111         mask_lapic_lvt(LAPIC_LVT_TIMER);
112         timercount[0] = read_mmreg32(LAPIC_TIMER_CURRENT);
113         udelay_pit(1000000);
114         timercount[1] = read_mmreg32(LAPIC_TIMER_CURRENT);
115         system_timing.bus_freq = (timercount[0] - timercount[1])*128;
116                 
117         cprintf("Bus Frequency: %llu\n", system_timing.bus_freq);
118 }
119
120 void pit_set_timer(uint32_t divisor, uint32_t mode)
121 {
122         if (divisor & 0xffff0000)
123                 warn("Divisor too large!");
124         mode = TIMER_SEL0|TIMER_16BIT|mode;
125         outb(TIMER_MODE, mode); 
126         outb(TIMER_CNTR0, divisor & 0xff);
127         outb(TIMER_CNTR0, (divisor >> 8) );
128         system_timing.pit_mode = mode;
129         system_timing.pit_divisor = divisor;
130         // cprintf("timer mode set to %d, divisor %d\n",mode, divisor);
131 }
132
133 static int getpit()
134 {
135     int high, low;
136         // TODO: need a lock to protect access to PIT
137
138     /* Select timer0 and latch counter value. */
139     outb(TIMER_MODE, TIMER_SEL0 | TIMER_LATCH);
140     
141     low = inb(TIMER_CNTR0);
142     high = inb(TIMER_CNTR0);
143
144     return ((high << 8) | low);
145 }
146
147 // forces cpu to relax for usec miliseconds
148 void udelay(uint64_t usec)
149 {
150         #if !defined(__BOCHS__)
151         if (system_timing.tsc_freq != 0)
152         {
153                 uint64_t start, end, now;
154
155                 start = read_tsc();
156         end = start + (system_timing.tsc_freq * usec) / 1000000;
157         //cprintf("start %llu, end %llu\n", start, end);
158                 if (end == 0) cprintf("This is terribly wrong \n");
159                 do {
160             cpu_relax();
161             now = read_tsc();
162                         //cprintf("now %llu\n", now);
163                 } while (now < end || (now > start && end < start));
164         return;
165
166         } else
167         #endif
168         {
169                 udelay_pit(usec);
170         }
171 }
172
173 void udelay_pit(uint64_t usec)
174 {
175         
176         int64_t delta, prev_tick, tick, ticks_left;
177         prev_tick = getpit();
178         /*
179          * Calculate (n * (i8254_freq / 1e6)) without using floating point
180          * and without any avoidable overflows.
181          */
182         if (usec <= 0)
183                 ticks_left = 0;
184         // some optimization from bsd code
185         else if (usec < 256)
186                 /*
187                  * Use fixed point to avoid a slow division by 1000000.
188                  * 39099 = 1193182 * 2^15 / 10^6 rounded to nearest.
189                  * 2^15 is the first power of 2 that gives exact results
190                  * for n between 0 and 256.
191                  */
192                 ticks_left = ((uint64_t)usec * 39099 + (1 << 15) - 1) >> 15;
193         else
194                 // round up the ticks left
195                 ticks_left = ((uint64_t)usec * (long long)PIT_FREQ+ 999999)
196                              / 1000000; 
197         while (ticks_left > 0) {
198                 tick = getpit();
199                 delta = prev_tick - tick;
200                 prev_tick = tick;
201                 if (delta < 0) {
202                         // counter looped around during the delta time period
203                         delta += system_timing.pit_divisor; // maximum count 
204                         if (delta < 0)
205                                 delta = 0;
206                 }
207                 ticks_left -= delta;
208         }
209 }
210
211 uint64_t gettimer(void)
212 {
213         return read_tsc();      
214 }
215
216 uint64_t getfreq(void)
217 {
218         return system_timing.tsc_freq;
219 }
220