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 that a process gets before being
  20    preempted. */
  21 #define TIME_SLICE 1
  22
  23 /* Number of timer ticks since OS booted. */
  24 static volatile int64_t ticks;
  25
  26 /* Number of loops per timer tick.
  27    Initialized by timer_calibrate(). */
  28 static unsigned loops_per_tick;
  29
  30 static intr_handler_func timer_interrupt;
  31 static bool too_many_loops (unsigned loops);
  32 static void busy_wait (int64_t loops);
  33 static void real_time_sleep (int64_t num, int32_t denom);
  34
  35 /* Sets up the 8254 Programmable Interval Timer (PIT) to
  36    interrupt PIT_FREQ times per second, and registers the
  37    corresponding interrupt. */
  38 void
  39 timer_init (void)
  40 {
  41   /* 8254 input frequency divided by TIMER_FREQ, rounded to
  42      nearest. */
  43   uint16_t count = (1193180 + TIMER_FREQ / 2) / TIMER_FREQ;
  44
  45   outb (0x43, 0x34);    /* CW: counter 0, LSB then MSB, mode 2, binary. */
  46   outb (0x40, count & 0xff);
  47   outb (0x40, count >> 8);
  48
  49   intr_register (0x20, 0, INTR_OFF, timer_interrupt, "8254 Timer");
  50 }
  51
  52 /* Calibrates loops_per_tick, used to implement brief delays. */
  53 void
  54 timer_calibrate (void)
  55 {
  56   unsigned high_bit, test_bit;
  57
  58   ASSERT (intr_get_level () == INTR_ON);
  59   printf ("Calibrating timer...  ");
  60
  61   /* Approximate loops_per_tick as the largest power-of-two
  62      still less than one timer tick. */
  63   loops_per_tick = 1u << 10;
  64   while (!too_many_loops (loops_per_tick << 1))
  65     loops_per_tick <<= 1;
  66
  67   /* Refine the next 8 bits of loops_per_tick. */
  68   high_bit = loops_per_tick;
  69   for (test_bit = high_bit >> 1; test_bit != high_bit >> 10; test_bit >>= 1)
  70     if (!too_many_loops (high_bit | test_bit))
  71       loops_per_tick |= test_bit;
  72
  73   printf ("%'"PRIu64" loops/s.\n", (uint64_t) loops_per_tick * TIMER_FREQ);
  74 }
  75
  76 /* Returns the number of timer ticks since the OS booted. */
  77 int64_t
  78 timer_ticks (void)
  79 {
  80   enum intr_level old_level = intr_disable ();
  81   int64_t t = ticks;
  82   intr_set_level (old_level);
  83   return t;
  84 }
  85
  86 /* Returns the number of timer ticks elapsed since THEN, which
  87    should be a value once returned by timer_ticks(). */
  88 int64_t
  89 timer_elapsed (int64_t then)
  90 {
  91   return timer_ticks () - then;
  92 }
  93
  94 /* Suspends execution for approximately TICKS timer ticks. */
  95 void
  96 timer_sleep (int64_t ticks)
  97 {
  98   int64_t start = timer_ticks ();
  99
 100   ASSERT (intr_get_level () == INTR_ON);
 101   while (timer_elapsed (start) < ticks)
 102     thread_yield ();
 103 }
 104
 105 /* Suspends execution for approximately MS milliseconds. */
 106 void
 107 timer_msleep (int64_t ms)
 108 {
 109   real_time_sleep (ms, 1000);
 110 }
 111
 112 /* Suspends execution for approximately US microseconds. */
 113 void
 114 timer_usleep (int64_t us)
 115 {
 116   real_time_sleep (us, 1000 * 1000);
 117 }
 118
 119 /* Suspends execution for approximately NS nanoseconds. */
 120 void
 121 timer_nsleep (int64_t ns)
 122 {
 123   real_time_sleep (ns, 1000 * 1000 * 1000);
 124 }
 125
 126 /* Prints timer statistics. */
 127 void
 128 timer_print_stats (void)
 129 {
 130   printf ("Timer: %"PRId64" ticks\n", ticks);
 131 }
 132 \f
 133 /* Timer interrupt handler. */
 134 static void
 135 timer_interrupt (struct intr_frame *args UNUSED)
 136 {
 137   ticks++;
 138   thread_tick ();
 139   if (ticks % TIME_SLICE == 0)
 140     intr_yield_on_return ();
 141 }
 142
 143 /* Returns true if LOOPS iterations waits for more than one timer
 144    tick, otherwise false. */
 145 static bool
 146 too_many_loops (unsigned loops)
 147 {
 148   int64_t start;
 149
 150   /* Wait for a timer tick. */
 151   start = ticks;
 152   while (ticks == start)
 153     continue;
 154
 155   /* Run LOOPS loops. */
 156   start = ticks;
 157   busy_wait (loops);
 158
 159   /* If the tick count changed, we iterated too long. */
 160   return start != ticks;
 161 }
 162
 163 /* Iterates through a simple loop LOOPS times, for implementing
 164    brief delays.
 165
 166    Marked NO_INLINE because code alignment can significantly
 167    affect timings, so that if this function was inlined
 168    differently in different places the results would be difficult
 169    to predict. */
 170 static void NO_INLINE
 171 busy_wait (int64_t loops)
 172 {
 173   while (loops-- > 0)
 174     continue;
 175 }
 176
 177 /* Sleep for approximately NUM/DENOM seconds. */
 178 static void
 179 real_time_sleep (int64_t num, int32_t denom)
 180 {
 181   /* Convert NUM/DENOM seconds into timer ticks, rounding down.
 182
 183         (NUM / DENOM) s
 184      ---------------------- = NUM * TIMER_FREQ / DENOM ticks.
 185      1 s / TIMER_FREQ ticks
 186   */
 187   int64_t ticks = num * TIMER_FREQ / denom;
 188
 189   ASSERT (intr_get_level () == INTR_ON);
 190   if (ticks > 0)
 191     {
 192       /* We're waiting for at least one full timer tick.  Use
 193          timer_sleep() because it will yield the CPU to other
 194          processes. */
 195       timer_sleep (ticks);
 196     }
 197   else
 198     {
 199       /* Otherwise, use a busy-wait loop for more accurate
 200          sub-tick timing.  We scale the numerator and denominator
 201          down by 1000 to avoid the possibility of overflow. */
 202       ASSERT (denom % 1000 == 0);
 203       busy_wait (loops_per_tick * num / 1000 * TIMER_FREQ / (denom / 1000));
 204     }
 205 }
 206