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