Quelle  intel_hfi.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
/*
 * Hardware Feedback Interface Driver
 *
 * Copyright (c) 2021, Intel Corporation.
 *
 * Authors: Aubrey Li <aubrey.li@linux.intel.com>
 *          Ricardo Neri <ricardo.neri-calderon@linux.intel.com>
 *
 *
 * The Hardware Feedback Interface provides a performance and energy efficiency
 * capability information for each CPU in the system. Depending on the processor
 * model, hardware may periodically update these capabilities as a result of
 * changes in the operating conditions (e.g., power limits or thermal
 * constraints). On other processor models, there is a single HFI update
 * at boot.
 *
 * This file provides functionality to process HFI updates and relay these
 * updates to userspace.
 */

#define pr_fmt(fmt)  "intel-hfi: " fmt

#include <linux/bitops.h>
#include <linux/cpufeature.h>
#include <linux/cpumask.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/math.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/percpu-defs.h>
#include <linux/printk.h>
#include <linux/processor.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/spinlock.h>
#include <linux/suspend.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/syscore_ops.h>
#include <linux/topology.h>
#include <linux/workqueue.h>

#include <asm/msr.h>

#include "intel_hfi.h"
#include "thermal_interrupt.h"

#include "../thermal_netlink.h"

/* Hardware Feedback Interface MSR configuration bits */
#define HW_FEEDBACK_PTR_VALID_BIT  BIT(0)
#define HW_FEEDBACK_CONFIG_HFI_ENABLE_BIT BIT(0)

/* CPUID detection and enumeration definitions for HFI */

#define CPUID_HFI_LEAF 6

union hfi_capabilities {
 struct {
  u8 performance:1;
  u8 energy_efficiency:1;
  u8 __reserved:6;
 } split;
 u8 bits;
};

union cpuid6_edx {
 struct {
  union hfi_capabilities capabilities;
  u32   table_pages:4;
  u32   __reserved:4;
  s32   index:16;
 } split;
 u32 full;
};

/**
 * struct hfi_cpu_data - HFI capabilities per CPU
 * @perf_cap: Performance capability
 * @ee_cap: Energy efficiency capability
 *
 * Capabilities of a logical processor in the HFI table. These capabilities are
 * unitless.
 */
struct hfi_cpu_data {
 u8 perf_cap;
 u8 ee_cap;
} __packed;

/**
 * struct hfi_hdr - Header of the HFI table
 * @perf_updated: Hardware updated performance capabilities
 * @ee_updated: Hardware updated energy efficiency capabilities
 *
 * Properties of the data in an HFI table.
 */
struct hfi_hdr {
 u8 perf_updated;
 u8 ee_updated;
} __packed;

/**
 * struct hfi_instance - Representation of an HFI instance (i.e., a table)
 * @local_table: Base of the local copy of the HFI table
 * @timestamp: Timestamp of the last update of the local table.
 * Located at the base of the local table.
 * @hdr: Base address of the header of the local table
 * @data: Base address of the data of the local table
 * @cpus: CPUs represented in this HFI table instance
 * @hw_table: Pointer to the HFI table of this instance
 * @update_work: Delayed work to process HFI updates
 * @table_lock: Lock to protect acceses to the table of this instance
 * @event_lock: Lock to process HFI interrupts
 *
 * A set of parameters to parse and navigate a specific HFI table.
 */
struct hfi_instance {
 union {
  void   *local_table;
  u64   *timestamp;
 };
 void   *hdr;
 void   *data;
 cpumask_var_t  cpus;
 void   *hw_table;
 struct delayed_work update_work;
 raw_spinlock_t  table_lock;
 raw_spinlock_t  event_lock;
};

/**
 * struct hfi_features - Supported HFI features
 * @nr_table_pages: Size of the HFI table in 4KB pages
 * @cpu_stride: Stride size to locate the capability data of a logical
 * processor within the table (i.e., row stride)
 * @hdr_size: Size of the table header
 *
 * Parameters and supported features that are common to all HFI instances
 */
struct hfi_features {
 size_t  nr_table_pages;
 unsigned int cpu_stride;
 unsigned int hdr_size;
};

/**
 * struct hfi_cpu_info - Per-CPU attributes to consume HFI data
 * @index: Row of this CPU in its HFI table
 * @hfi_instance: Attributes of the HFI table to which this CPU belongs
 *
 * Parameters to link a logical processor to an HFI table and a row within it.
 */
struct hfi_cpu_info {
 s16   index;
 struct hfi_instance *hfi_instance;
};

static DEFINE_PER_CPU(struct hfi_cpu_info, hfi_cpu_info) = { .index = -1 };

static int max_hfi_instances;
static int hfi_clients_nr;
static struct hfi_instance *hfi_instances;

static struct hfi_features hfi_features;
static DEFINE_MUTEX(hfi_instance_lock);

static struct workqueue_struct *hfi_updates_wq;
#define HFI_UPDATE_DELAY_MS  100
#define HFI_THERMNL_CAPS_PER_EVENT 64

static void get_hfi_caps(struct hfi_instance *hfi_instance,
    struct thermal_genl_cpu_caps *cpu_caps)
{
 int cpu, i = 0;

 raw_spin_lock_irq(&hfi_instance->table_lock);
 for_each_cpu(cpu, hfi_instance->cpus) {
  struct hfi_cpu_data *caps;
  s16 index;

  index = per_cpu(hfi_cpu_info, cpu).index;
  caps = hfi_instance->data + index * hfi_features.cpu_stride;
  cpu_caps[i].cpu = cpu;

  /*
 * Scale performance and energy efficiency to
 * the [0, 1023] interval that thermal netlink uses.
 */
  cpu_caps[i].performance = caps->perf_cap << 2;
  cpu_caps[i].efficiency = caps->ee_cap << 2;

  ++i;
 }
 raw_spin_unlock_irq(&hfi_instance->table_lock);
}

/*
 * Call update_capabilities() when there are changes in the HFI table.
 */
static void update_capabilities(struct hfi_instance *hfi_instance)
{
 struct thermal_genl_cpu_caps *cpu_caps;
 int i = 0, cpu_count;

 /* CPUs may come online/offline while processing an HFI update. */
 mutex_lock(&hfi_instance_lock);

 cpu_count = cpumask_weight(hfi_instance->cpus);

 /* No CPUs to report in this hfi_instance. */
 if (!cpu_count)
  goto out;

 cpu_caps = kcalloc(cpu_count, sizeof(*cpu_caps), GFP_KERNEL);
 if (!cpu_caps)
  goto out;

 get_hfi_caps(hfi_instance, cpu_caps);

 if (cpu_count < HFI_THERMNL_CAPS_PER_EVENT)
  goto last_cmd;

 /* Process complete chunks of HFI_THERMNL_CAPS_PER_EVENT capabilities. */
 for (i = 0;
      (i + HFI_THERMNL_CAPS_PER_EVENT) <= cpu_count;
      i += HFI_THERMNL_CAPS_PER_EVENT)
  thermal_genl_cpu_capability_event(HFI_THERMNL_CAPS_PER_EVENT,
        &cpu_caps[i]);

 cpu_count = cpu_count - i;

last_cmd:
 /* Process the remaining capabilities if any. */
 if (cpu_count)
  thermal_genl_cpu_capability_event(cpu_count, &cpu_caps[i]);

 kfree(cpu_caps);
out:
 mutex_unlock(&hfi_instance_lock);
}

static void hfi_update_work_fn(struct work_struct *work)
{
 struct hfi_instance *hfi_instance;

 hfi_instance = container_of(to_delayed_work(work), struct hfi_instance,
        update_work);

 update_capabilities(hfi_instance);
}

void intel_hfi_process_event(__u64 pkg_therm_status_msr_val)
{
 struct hfi_instance *hfi_instance;
 int cpu = smp_processor_id();
 struct hfi_cpu_info *info;
 u64 new_timestamp, msr, hfi;

 if (!pkg_therm_status_msr_val)
  return;

 info = &per_cpu(hfi_cpu_info, cpu);
 if (!info)
  return;

 /*
 * A CPU is linked to its HFI instance before the thermal vector in the
 * local APIC is unmasked. Hence, info->hfi_instance cannot be NULL
 * when receiving an HFI event.
 */
 hfi_instance = info->hfi_instance;
 if (unlikely(!hfi_instance)) {
  pr_debug("Received event on CPU %d but instance was null", cpu);
  return;
 }

 /*
 * On most systems, all CPUs in the package receive a package-level
 * thermal interrupt when there is an HFI update. It is sufficient to
 * let a single CPU to acknowledge the update and queue work to
 * process it. The remaining CPUs can resume their work.
 */
 if (!raw_spin_trylock(&hfi_instance->event_lock))
  return;

 rdmsrq(MSR_IA32_PACKAGE_THERM_STATUS, msr);
 hfi = msr & PACKAGE_THERM_STATUS_HFI_UPDATED;
 if (!hfi) {
  raw_spin_unlock(&hfi_instance->event_lock);
  return;
 }

 /*
 * Ack duplicate update. Since there is an active HFI
 * status from HW, it must be a new event, not a case
 * where a lagging CPU entered the locked region.
 */
 new_timestamp = *(u64 *)hfi_instance->hw_table;
 if (*hfi_instance->timestamp == new_timestamp) {
  thermal_clear_package_intr_status(PACKAGE_LEVEL, PACKAGE_THERM_STATUS_HFI_UPDATED);
  raw_spin_unlock(&hfi_instance->event_lock);
  return;
 }

 raw_spin_lock(&hfi_instance->table_lock);

 /*
 * Copy the updated table into our local copy. This includes the new
 * timestamp.
 */
 memcpy(hfi_instance->local_table, hfi_instance->hw_table,
        hfi_features.nr_table_pages << PAGE_SHIFT);

 /*
 * Let hardware know that we are done reading the HFI table and it is
 * free to update it again.
 */
 thermal_clear_package_intr_status(PACKAGE_LEVEL, PACKAGE_THERM_STATUS_HFI_UPDATED);

 raw_spin_unlock(&hfi_instance->table_lock);
 raw_spin_unlock(&hfi_instance->event_lock);

 queue_delayed_work(hfi_updates_wq, &hfi_instance->update_work,
      msecs_to_jiffies(HFI_UPDATE_DELAY_MS));
}

static void init_hfi_cpu_index(struct hfi_cpu_info *info)
{
 union cpuid6_edx edx;

 /* Do not re-read @cpu's index if it has already been initialized. */
 if (info->index > -1)
  return;

 edx.full = cpuid_edx(CPUID_HFI_LEAF);
 info->index = edx.split.index;
}

/*
 * The format of the HFI table depends on the number of capabilities that the
 * hardware supports. Keep a data structure to navigate the table.
 */
static void init_hfi_instance(struct hfi_instance *hfi_instance)
{
 /* The HFI header is below the time-stamp. */
 hfi_instance->hdr = hfi_instance->local_table +
       sizeof(*hfi_instance->timestamp);

 /* The HFI data starts below the header. */
 hfi_instance->data = hfi_instance->hdr + hfi_features.hdr_size;
}

/* Caller must hold hfi_instance_lock. */
static void hfi_enable(void)
{
 u64 msr_val;

 rdmsrq(MSR_IA32_HW_FEEDBACK_CONFIG, msr_val);
 msr_val |= HW_FEEDBACK_CONFIG_HFI_ENABLE_BIT;
 wrmsrq(MSR_IA32_HW_FEEDBACK_CONFIG, msr_val);
}

static void hfi_set_hw_table(struct hfi_instance *hfi_instance)
{
 phys_addr_t hw_table_pa;
 u64 msr_val;

 hw_table_pa = virt_to_phys(hfi_instance->hw_table);
 msr_val = hw_table_pa | HW_FEEDBACK_PTR_VALID_BIT;
 wrmsrq(MSR_IA32_HW_FEEDBACK_PTR, msr_val);
}

/* Caller must hold hfi_instance_lock. */
static void hfi_disable(void)
{
 u64 msr_val;
 int i;

 rdmsrq(MSR_IA32_HW_FEEDBACK_CONFIG, msr_val);
 msr_val &= ~HW_FEEDBACK_CONFIG_HFI_ENABLE_BIT;
 wrmsrq(MSR_IA32_HW_FEEDBACK_CONFIG, msr_val);

 /*
 * Wait for hardware to acknowledge the disabling of HFI. Some
 * processors may not do it. Wait for ~2ms. This is a reasonable
 * time for hardware to complete any pending actions on the HFI
 * memory.
 */
 for (i = 0; i < 2000; i++) {
  rdmsrq(MSR_IA32_PACKAGE_THERM_STATUS, msr_val);
  if (msr_val & PACKAGE_THERM_STATUS_HFI_UPDATED)
   break;

  udelay(1);
  cpu_relax();
 }
}

/**
 * intel_hfi_online() - Enable HFI on @cpu
 * @cpu: CPU in which the HFI will be enabled
 *
 * Enable the HFI to be used in @cpu. The HFI is enabled at the package
 * level. The first CPU in the package to come online does the full HFI
 * initialization. Subsequent CPUs will just link themselves to the HFI
 * instance of their package.
 *
 * This function is called before enabling the thermal vector in the local APIC
 * in order to ensure that @cpu has an associated HFI instance when it receives
 * an HFI event.
 */
void intel_hfi_online(unsigned int cpu)
{
 struct hfi_instance *hfi_instance;
 struct hfi_cpu_info *info;
 u16 pkg_id;

 /* Nothing to do if hfi_instances are missing. */
 if (!hfi_instances)
  return;

 /*
 * Link @cpu to the HFI instance of its package. It does not
 * matter whether the instance has been initialized.
 */
 info = &per_cpu(hfi_cpu_info, cpu);
 pkg_id = topology_logical_package_id(cpu);
 hfi_instance = info->hfi_instance;
 if (!hfi_instance) {
  if (pkg_id >= max_hfi_instances)
   return;

  hfi_instance = &hfi_instances[pkg_id];
  info->hfi_instance = hfi_instance;
 }

 init_hfi_cpu_index(info);

 /*
 * Now check if the HFI instance of the package of @cpu has been
 * initialized (by checking its header). In such case, all we have to
 * do is to add @cpu to this instance's cpumask and enable the instance
 * if needed.
 */
 mutex_lock(&hfi_instance_lock);
 if (hfi_instance->hdr)
  goto enable;

 /*
 * Hardware is programmed with the physical address of the first page
 * frame of the table. Hence, the allocated memory must be page-aligned.
 *
 * Some processors do not forget the initial address of the HFI table
 * even after having been reprogrammed. Keep using the same pages. Do
 * not free them.
 */
 hfi_instance->hw_table = alloc_pages_exact(hfi_features.nr_table_pages,
         GFP_KERNEL | __GFP_ZERO);
 if (!hfi_instance->hw_table)
  goto unlock;

 /*
 * Allocate memory to keep a local copy of the table that
 * hardware generates.
 */
 hfi_instance->local_table = kzalloc(hfi_features.nr_table_pages << PAGE_SHIFT,
         GFP_KERNEL);
 if (!hfi_instance->local_table)
  goto free_hw_table;

 init_hfi_instance(hfi_instance);

 INIT_DELAYED_WORK(&hfi_instance->update_work, hfi_update_work_fn);
 raw_spin_lock_init(&hfi_instance->table_lock);
 raw_spin_lock_init(&hfi_instance->event_lock);

enable:
 cpumask_set_cpu(cpu, hfi_instance->cpus);

 /*
 * Enable this HFI instance if this is its first online CPU and
 * there are user-space clients of thermal events.
 */
 if (cpumask_weight(hfi_instance->cpus) == 1 && hfi_clients_nr > 0) {
  hfi_set_hw_table(hfi_instance);
  hfi_enable();
 }

unlock:
 mutex_unlock(&hfi_instance_lock);
 return;

free_hw_table:
 free_pages_exact(hfi_instance->hw_table, hfi_features.nr_table_pages);
 goto unlock;
}

/**
 * intel_hfi_offline() - Disable HFI on @cpu
 * @cpu: CPU in which the HFI will be disabled
 *
 * Remove @cpu from those covered by its HFI instance.
 *
 * On some processors, hardware remembers previous programming settings even
 * after being reprogrammed. Thus, keep HFI enabled even if all CPUs in the
 * package of @cpu are offline. See note in intel_hfi_online().
 */
void intel_hfi_offline(unsigned int cpu)
{
 struct hfi_cpu_info *info = &per_cpu(hfi_cpu_info, cpu);
 struct hfi_instance *hfi_instance;

 /*
 * Check if @cpu as an associated, initialized (i.e., with a non-NULL
 * header). Also, HFI instances are only initialized if X86_FEATURE_HFI
 * is present.
 */
 hfi_instance = info->hfi_instance;
 if (!hfi_instance)
  return;

 if (!hfi_instance->hdr)
  return;

 mutex_lock(&hfi_instance_lock);
 cpumask_clear_cpu(cpu, hfi_instance->cpus);

 if (!cpumask_weight(hfi_instance->cpus))
  hfi_disable();

 mutex_unlock(&hfi_instance_lock);
}

static __init int hfi_parse_features(void)
{
 unsigned int nr_capabilities;
 union cpuid6_edx edx;

 if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_HFI))
  return -ENODEV;

 /*
 * If we are here we know that CPUID_HFI_LEAF exists. Parse the
 * supported capabilities and the size of the HFI table.
 */
 edx.full = cpuid_edx(CPUID_HFI_LEAF);

 if (!edx.split.capabilities.split.performance) {
  pr_debug("Performance reporting not supported! Not using HFI\n");
  return -ENODEV;
 }

 /*
 * The number of supported capabilities determines the number of
 * columns in the HFI table. Exclude the reserved bits.
 */
 edx.split.capabilities.split.__reserved = 0;
 nr_capabilities = hweight8(edx.split.capabilities.bits);

 /* The number of 4KB pages required by the table */
 hfi_features.nr_table_pages = edx.split.table_pages + 1;

 /*
 * The header contains change indications for each supported feature.
 * The size of the table header is rounded up to be a multiple of 8
 * bytes.
 */
 hfi_features.hdr_size = DIV_ROUND_UP(nr_capabilities, 8) * 8;

 /*
 * Data of each logical processor is also rounded up to be a multiple
 * of 8 bytes.
 */
 hfi_features.cpu_stride = DIV_ROUND_UP(nr_capabilities, 8) * 8;

 return 0;
}

/*
 * If concurrency is not prevented by other means, the HFI enable/disable
 * routines must be called under hfi_instance_lock."
 */
static void hfi_enable_instance(void *ptr)
{
 hfi_set_hw_table(ptr);
 hfi_enable();
}

static void hfi_disable_instance(void *ptr)
{
 hfi_disable();
}

static void hfi_syscore_resume(void)
{
 /* This code runs only on the boot CPU. */
 struct hfi_cpu_info *info = &per_cpu(hfi_cpu_info, 0);
 struct hfi_instance *hfi_instance = info->hfi_instance;

 /* No locking needed. There is no concurrency with CPU online. */
 if (hfi_clients_nr > 0)
  hfi_enable_instance(hfi_instance);
}

static int hfi_syscore_suspend(void)
{
 /* No locking needed. There is no concurrency with CPU offline. */
 hfi_disable();

 return 0;
}

static struct syscore_ops hfi_pm_ops = {
 .resume = hfi_syscore_resume,
 .suspend = hfi_syscore_suspend,
};

static int hfi_thermal_notify(struct notifier_block *nb, unsigned long state,
         void *_notify)
{
 struct thermal_genl_notify *notify = _notify;
 struct hfi_instance *hfi_instance;
 smp_call_func_t func = NULL;
 unsigned int cpu;
 int i;

 if (notify->mcgrp != THERMAL_GENL_EVENT_GROUP)
  return NOTIFY_DONE;

 if (state != THERMAL_NOTIFY_BIND && state != THERMAL_NOTIFY_UNBIND)
  return NOTIFY_DONE;

 mutex_lock(&hfi_instance_lock);

 switch (state) {
 case THERMAL_NOTIFY_BIND:
  if (++hfi_clients_nr == 1)
   func = hfi_enable_instance;
  break;
 case THERMAL_NOTIFY_UNBIND:
  if (--hfi_clients_nr == 0)
   func = hfi_disable_instance;
  break;
 }

 if (!func)
  goto out;

 for (i = 0; i < max_hfi_instances; i++) {
  hfi_instance = &hfi_instances[i];
  if (cpumask_empty(hfi_instance->cpus))
   continue;

  cpu = cpumask_any(hfi_instance->cpus);
  smp_call_function_single(cpu, func, hfi_instance, true);
 }

out:
 mutex_unlock(&hfi_instance_lock);

 return NOTIFY_OK;
}

static struct notifier_block hfi_thermal_nb = {
 .notifier_call = hfi_thermal_notify,
};

void __init intel_hfi_init(void)
{
 struct hfi_instance *hfi_instance;
 int i, j;

 if (hfi_parse_features())
  return;

 /*
 * Note: HFI resources are managed at the physical package scope.
 * There could be platforms that enumerate packages as Linux dies.
 * Special handling would be needed if this happens on an HFI-capable
 * platform.
 */
 max_hfi_instances = topology_max_packages();

 /*
 * This allocation may fail. CPU hotplug callbacks must check
 * for a null pointer.
 */
 hfi_instances = kcalloc(max_hfi_instances, sizeof(*hfi_instances),
    GFP_KERNEL);
 if (!hfi_instances)
  return;

 for (i = 0; i < max_hfi_instances; i++) {
  hfi_instance = &hfi_instances[i];
  if (!zalloc_cpumask_var(&hfi_instance->cpus, GFP_KERNEL))
   goto err_nomem;
 }

 hfi_updates_wq = create_singlethread_workqueue("hfi-updates");
 if (!hfi_updates_wq)
  goto err_nomem;

 /*
 * Both thermal core and Intel HFI can not be build as modules.
 * As kernel build-in drivers they are initialized before user-space
 * starts, hence we can not miss BIND/UNBIND events when applications
 * add/remove thermal multicast group to/from a netlink socket.
 */
 if (thermal_genl_register_notifier(&hfi_thermal_nb))
  goto err_nl_notif;

 register_syscore_ops(&hfi_pm_ops);

 return;

err_nl_notif:
 destroy_workqueue(hfi_updates_wq);

err_nomem:
 for (j = 0; j < i; ++j) {
  hfi_instance = &hfi_instances[j];
  free_cpumask_var(hfi_instance->cpus);
 }

 kfree(hfi_instances);
 hfi_instances = NULL;
}