pintos-os.org Git - pintos-anon/blob - src/devices/timer.c

   1 #include "devices/timer.h"
   2 #include <debug.h>
   3 #include <inttypes.h>
   4 #include <round.h>
   5 #include <stdio.h>
   6 #include "threads/interrupt.h"
   7 #include "threads/io.h"
   8 #include "threads/thread.h"
   9
  10 /* See [8254] for hardware details of the 8254 timer chip. */
  11
  12 #if TIMER_FREQ < 19
  13 #error 8254 timer requires TIMER_FREQ >= 19
  14 #endif
  15 #if TIMER_FREQ > 1000
  16 #error TIMER_FREQ <= 1000 recommended
  17 #endif
  18
  19 /* Number of time ticks to elapse between process yields. */
  20 #define TIME_SLICE 1
  21
  22 /* Number of timer ticks since OS booted. */
  23 static volatile int64_t ticks;
  24
  25 /* Number of loops per timer tick.
  26    Initialized by timer_calibrate(). */
  27 static unsigned loops_per_tick;
  28
  29 static intr_handler_func timer_interrupt;
  30 static bool too_many_loops (unsigned loops);
  31 static void busy_wait (int64_t loops);
  32 static void real_time_sleep (int64_t num, int32_t denom);
  33
  34 /* Sets up the 8254 Programmable Interval Timer (PIT) to
  35    interrupt PIT_FREQ times per second, and registers the
  36    corresponding interrupt. */
  37 void
  38 timer_init (void)
  39 {
  40   /* 8254 input frequency divided by TIMER_FREQ, rounded to
  41      nearest. */
  42   uint16_t count = (1193180 + TIMER_FREQ / 2) / TIMER_FREQ;
  43
  44   outb (0x43, 0x34);    /* CW: counter 0, LSB then MSB, mode 2, binary. */
  45   outb (0x40, count & 0xff);
  46   outb (0x40, count >> 8);
  47
  48   intr_register (0x20, 0, INTR_OFF, timer_interrupt, "8254 Timer");
  49 }
  50
  51 /* Calibrates loops_per_tick, used to implement brief delays. */
  52 void
  53 timer_calibrate (void)
  54 {
  55   unsigned high_bit, test_bit;
  56
  57   ASSERT (intr_get_level () == INTR_ON);
  58   printf ("Calibrating timer...  ");
  59
  60   /* Approximate loops_per_tick as the largest power-of-two
  61      still less than one timer tick. */
  62   loops_per_tick = 1u << 10;
  63   while (!too_many_loops (loops_per_tick << 1))
  64     loops_per_tick <<= 1;
  65
  66   /* Refine the next 8 bits of loops_per_tick. */
  67   high_bit = loops_per_tick;
  68   for (test_bit = high_bit >> 1; test_bit != high_bit >> 10; test_bit >>= 1)
  69     if (!too_many_loops (high_bit | test_bit))
  70       loops_per_tick |= test_bit;
  71
  72   printf ("%'"PRIu64" loops/s.\n", (uint64_t) loops_per_tick * TIMER_FREQ);
  73 }
  74
  75 /* Returns the number of timer ticks since the OS booted. */
  76 int64_t
  77 timer_ticks (void)
  78 {
  79   enum intr_level old_level = intr_disable ();
  80   int64_t t = ticks;
  81   intr_set_level (old_level);
  82   return t;
  83 }
  84
  85 /* Returns the number of timer ticks elapsed since THEN, which
  86    should be a value once returned by timer_ticks(). */
  87 int64_t
  88 timer_elapsed (int64_t then)
  89 {
  90   return timer_ticks () - then;
  91 }
  92
  93 /* Suspends execution for approximately TICKS timer ticks. */
  94 void
  95 timer_sleep (int64_t ticks)
  96 {
  97   int64_t start = timer_ticks ();
  98
  99   ASSERT (intr_get_level () == INTR_ON);
 100   while (timer_elapsed (start) < ticks)
 101     thread_yield ();
 102 }
 103
 104 /* Suspends execution for approximately MS milliseconds. */
 105 void
 106 timer_msleep (int64_t ms)
 107 {
 108   real_time_sleep (ms, 1000);
 109 }
 110
 111 /* Suspends execution for approximately US microseconds. */
 112 void
 113 timer_usleep (int64_t us)
 114 {
 115   real_time_sleep (us, 1000 * 1000);
 116 }
 117
 118 /* Suspends execution for approximately NS nanoseconds. */
 119 void
 120 timer_nsleep (int64_t ns)
 121 {
 122   real_time_sleep (ns, 1000 * 1000 * 1000);
 123 }
 124
 125 /* Prints timer statistics. */
 126 void
 127 timer_print_stats (void)
 128 {
 129   printf ("Timer: %"PRId64" ticks\n", ticks);
 130 }
 131 \f
 132 /* Timer interrupt handler. */
 133 static void
 134 timer_interrupt (struct intr_frame *args UNUSED)
 135 {
 136   ticks++;
 137   thread_tick ();
 138   if (ticks % TIME_SLICE == 0)
 139     intr_yield_on_return ();
 140 }
 141
 142 /* Returns true if LOOPS iterations waits for more than one timer
 143    tick, otherwise false. */
 144 static bool
 145 too_many_loops (unsigned loops)
 146 {
 147   int64_t start;
 148
 149   /* Wait for a timer tick. */
 150   start = ticks;
 151   while (ticks == start)
 152     continue;
 153
 154   /* Run LOOPS loops. */
 155   start = ticks;
 156   busy_wait (loops);
 157
 158   /* If the tick count changed, we iterated too long. */
 159   return start != ticks;
 160 }
 161
 162 /* Iterates through a simple loop LOOPS times, for implementing
 163    brief delays.
 164
 165    Marked NO_INLINE because code alignment can significantly
 166    affect timings, so that if this function was inlined
 167    differently in different places the results would be difficult
 168    to predict. */
 169 static void NO_INLINE
 170 busy_wait (int64_t loops)
 171 {
 172   while (loops-- > 0)
 173     continue;
 174 }
 175
 176 /* Sleep for approximately NUM/DENOM seconds. */
 177 static void
 178 real_time_sleep (int64_t num, int32_t denom)
 179 {
 180   /* Convert NUM/DENOM seconds into timer ticks, rounding down.
 181
 182         (NUM / DENOM) s
 183      ---------------------- = NUM * TIMER_FREQ / DENOM ticks.
 184      1 s / TIMER_FREQ ticks
 185   */
 186   int64_t ticks = num * TIMER_FREQ / denom;
 187
 188   ASSERT (intr_get_level () == INTR_ON);
 189   if (ticks > 0)
 190     {
 191       /* We're waiting for at least one full timer tick.  Use
 192          timer_sleep() because it will yield the CPU to other
 193          processes. */
 194       timer_sleep (ticks);
 195     }
 196   else
 197     {
 198       /* Otherwise, use a busy-wait loop for more accurate
 199          sub-tick timing.  We scale the numerator and denominator
 200          down by 1000 to avoid the possibility of overflow. */
 201       ASSERT (denom % 1000 == 0);
 202       busy_wait (loops_per_tick * num / 1000 * TIMER_FREQ / (denom / 1000));
 203     }
 204 }
 205