4  * ARM performance counter support.
 
   6  * Copyright (C) 2009 picoChip Designs, Ltd., Jamie Iles
 
   7  * Copyright (C) 2010 ARM Ltd., Will Deacon <will.deacon@arm.com>
 
   9  * This code is based on the sparc64 perf event code, which is in turn based
 
  10  * on the x86 code. Callchain code is based on the ARM OProfile backtrace
 
  13 #define pr_fmt(fmt) "hw perfevents: " fmt
 
  15 #include <linux/interrupt.h>
 
  16 #include <linux/kernel.h>
 
  17 #include <linux/module.h>
 
  18 #include <linux/perf_event.h>
 
  19 #include <linux/platform_device.h>
 
  20 #include <linux/spinlock.h>
 
  21 #include <linux/uaccess.h>
 
  23 #include <asm/cputype.h>
 
  25 #include <asm/irq_regs.h>
 
  27 #include <asm/stacktrace.h>
 
  29 static struct platform_device *pmu_device;
 
  32  * Hardware lock to serialize accesses to PMU registers. Needed for the
 
  33  * read/modify/write sequences.
 
  35 static DEFINE_RAW_SPINLOCK(pmu_lock);
 
  38  * ARMv6 supports a maximum of 3 events, starting from index 1. If we add
 
  39  * another platform that supports more, we need to increase this to be the
 
  40  * largest of all platforms.
 
  42  * ARMv7 supports up to 32 events:
 
  43  *  cycle counter CCNT + 31 events counters CNT0..30.
 
  44  *  Cortex-A8 has 1+4 counters, Cortex-A9 has 1+6 counters.
 
  46 #define ARMPMU_MAX_HWEVENTS             33
 
  48 /* The events for a given CPU. */
 
  49 struct cpu_hw_events {
 
  51          * The events that are active on the CPU for the given index. Index 0
 
  54         struct perf_event       *events[ARMPMU_MAX_HWEVENTS];
 
  57          * A 1 bit for an index indicates that the counter is being used for
 
  58          * an event. A 0 means that the counter can be used.
 
  60         unsigned long           used_mask[BITS_TO_LONGS(ARMPMU_MAX_HWEVENTS)];
 
  63          * A 1 bit for an index indicates that the counter is actively being
 
  66         unsigned long           active_mask[BITS_TO_LONGS(ARMPMU_MAX_HWEVENTS)];
 
  68 static DEFINE_PER_CPU(struct cpu_hw_events, cpu_hw_events);
 
  71         enum arm_perf_pmu_ids id;
 
  73         irqreturn_t     (*handle_irq)(int irq_num, void *dev);
 
  74         void            (*enable)(struct hw_perf_event *evt, int idx);
 
  75         void            (*disable)(struct hw_perf_event *evt, int idx);
 
  76         int             (*get_event_idx)(struct cpu_hw_events *cpuc,
 
  77                                          struct hw_perf_event *hwc);
 
  78         u32             (*read_counter)(int idx);
 
  79         void            (*write_counter)(int idx, u32 val);
 
  82         void            (*reset)(void *);
 
  83         const unsigned  (*cache_map)[PERF_COUNT_HW_CACHE_MAX]
 
  84                                     [PERF_COUNT_HW_CACHE_OP_MAX]
 
  85                                     [PERF_COUNT_HW_CACHE_RESULT_MAX];
 
  86         const unsigned  (*event_map)[PERF_COUNT_HW_MAX];
 
  92 /* Set at runtime when we know what CPU type we are. */
 
  93 static const struct arm_pmu *armpmu;
 
  96 armpmu_get_pmu_id(void)
 
 105 EXPORT_SYMBOL_GPL(armpmu_get_pmu_id);
 
 108 armpmu_get_max_events(void)
 
 113                 max_events = armpmu->num_events;
 
 117 EXPORT_SYMBOL_GPL(armpmu_get_max_events);
 
 119 int perf_num_counters(void)
 
 121         return armpmu_get_max_events();
 
 123 EXPORT_SYMBOL_GPL(perf_num_counters);
 
 125 #define HW_OP_UNSUPPORTED               0xFFFF
 
 128         PERF_COUNT_HW_CACHE_##_x
 
 130 #define CACHE_OP_UNSUPPORTED            0xFFFF
 
 133 armpmu_map_cache_event(u64 config)
 
 135         unsigned int cache_type, cache_op, cache_result, ret;
 
 137         cache_type = (config >>  0) & 0xff;
 
 138         if (cache_type >= PERF_COUNT_HW_CACHE_MAX)
 
 141         cache_op = (config >>  8) & 0xff;
 
 142         if (cache_op >= PERF_COUNT_HW_CACHE_OP_MAX)
 
 145         cache_result = (config >> 16) & 0xff;
 
 146         if (cache_result >= PERF_COUNT_HW_CACHE_RESULT_MAX)
 
 149         ret = (int)(*armpmu->cache_map)[cache_type][cache_op][cache_result];
 
 151         if (ret == CACHE_OP_UNSUPPORTED)
 
 158 armpmu_map_event(u64 config)
 
 160         int mapping = (*armpmu->event_map)[config];
 
 161         return mapping == HW_OP_UNSUPPORTED ? -EOPNOTSUPP : mapping;
 
 165 armpmu_map_raw_event(u64 config)
 
 167         return (int)(config & armpmu->raw_event_mask);
 
 171 armpmu_event_set_period(struct perf_event *event,
 
 172                         struct hw_perf_event *hwc,
 
 175         s64 left = local64_read(&hwc->period_left);
 
 176         s64 period = hwc->sample_period;
 
 179         if (unlikely(left <= -period)) {
 
 181                 local64_set(&hwc->period_left, left);
 
 182                 hwc->last_period = period;
 
 186         if (unlikely(left <= 0)) {
 
 188                 local64_set(&hwc->period_left, left);
 
 189                 hwc->last_period = period;
 
 193         if (left > (s64)armpmu->max_period)
 
 194                 left = armpmu->max_period;
 
 196         local64_set(&hwc->prev_count, (u64)-left);
 
 198         armpmu->write_counter(idx, (u64)(-left) & 0xffffffff);
 
 200         perf_event_update_userpage(event);
 
 206 armpmu_event_update(struct perf_event *event,
 
 207                     struct hw_perf_event *hwc,
 
 208                     int idx, int overflow)
 
 210         u64 delta, prev_raw_count, new_raw_count;
 
 213         prev_raw_count = local64_read(&hwc->prev_count);
 
 214         new_raw_count = armpmu->read_counter(idx);
 
 216         if (local64_cmpxchg(&hwc->prev_count, prev_raw_count,
 
 217                              new_raw_count) != prev_raw_count)
 
 220         new_raw_count &= armpmu->max_period;
 
 221         prev_raw_count &= armpmu->max_period;
 
 224                 delta = armpmu->max_period - prev_raw_count + new_raw_count + 1;
 
 226                 delta = new_raw_count - prev_raw_count;
 
 228         local64_add(delta, &event->count);
 
 229         local64_sub(delta, &hwc->period_left);
 
 231         return new_raw_count;
 
 235 armpmu_read(struct perf_event *event)
 
 237         struct hw_perf_event *hwc = &event->hw;
 
 239         /* Don't read disabled counters! */
 
 243         armpmu_event_update(event, hwc, hwc->idx, 0);
 
 247 armpmu_stop(struct perf_event *event, int flags)
 
 249         struct hw_perf_event *hwc = &event->hw;
 
 255          * ARM pmu always has to update the counter, so ignore
 
 256          * PERF_EF_UPDATE, see comments in armpmu_start().
 
 258         if (!(hwc->state & PERF_HES_STOPPED)) {
 
 259                 armpmu->disable(hwc, hwc->idx);
 
 260                 barrier(); /* why? */
 
 261                 armpmu_event_update(event, hwc, hwc->idx, 0);
 
 262                 hwc->state |= PERF_HES_STOPPED | PERF_HES_UPTODATE;
 
 267 armpmu_start(struct perf_event *event, int flags)
 
 269         struct hw_perf_event *hwc = &event->hw;
 
 275          * ARM pmu always has to reprogram the period, so ignore
 
 276          * PERF_EF_RELOAD, see the comment below.
 
 278         if (flags & PERF_EF_RELOAD)
 
 279                 WARN_ON_ONCE(!(hwc->state & PERF_HES_UPTODATE));
 
 283          * Set the period again. Some counters can't be stopped, so when we
 
 284          * were stopped we simply disabled the IRQ source and the counter
 
 285          * may have been left counting. If we don't do this step then we may
 
 286          * get an interrupt too soon or *way* too late if the overflow has
 
 287          * happened since disabling.
 
 289         armpmu_event_set_period(event, hwc, hwc->idx);
 
 290         armpmu->enable(hwc, hwc->idx);
 
 294 armpmu_del(struct perf_event *event, int flags)
 
 296         struct cpu_hw_events *cpuc = &__get_cpu_var(cpu_hw_events);
 
 297         struct hw_perf_event *hwc = &event->hw;
 
 302         clear_bit(idx, cpuc->active_mask);
 
 303         armpmu_stop(event, PERF_EF_UPDATE);
 
 304         cpuc->events[idx] = NULL;
 
 305         clear_bit(idx, cpuc->used_mask);
 
 307         perf_event_update_userpage(event);
 
 311 armpmu_add(struct perf_event *event, int flags)
 
 313         struct cpu_hw_events *cpuc = &__get_cpu_var(cpu_hw_events);
 
 314         struct hw_perf_event *hwc = &event->hw;
 
 318         perf_pmu_disable(event->pmu);
 
 320         /* If we don't have a space for the counter then finish early. */
 
 321         idx = armpmu->get_event_idx(cpuc, hwc);
 
 328          * If there is an event in the counter we are going to use then make
 
 329          * sure it is disabled.
 
 332         armpmu->disable(hwc, idx);
 
 333         cpuc->events[idx] = event;
 
 334         set_bit(idx, cpuc->active_mask);
 
 336         hwc->state = PERF_HES_STOPPED | PERF_HES_UPTODATE;
 
 337         if (flags & PERF_EF_START)
 
 338                 armpmu_start(event, PERF_EF_RELOAD);
 
 340         /* Propagate our changes to the userspace mapping. */
 
 341         perf_event_update_userpage(event);
 
 344         perf_pmu_enable(event->pmu);
 
 348 static struct pmu pmu;
 
 351 validate_event(struct cpu_hw_events *cpuc,
 
 352                struct perf_event *event)
 
 354         struct hw_perf_event fake_event = event->hw;
 
 356         if (event->pmu != &pmu || event->state <= PERF_EVENT_STATE_OFF)
 
 359         return armpmu->get_event_idx(cpuc, &fake_event) >= 0;
 
 363 validate_group(struct perf_event *event)
 
 365         struct perf_event *sibling, *leader = event->group_leader;
 
 366         struct cpu_hw_events fake_pmu;
 
 368         memset(&fake_pmu, 0, sizeof(fake_pmu));
 
 370         if (!validate_event(&fake_pmu, leader))
 
 373         list_for_each_entry(sibling, &leader->sibling_list, group_entry) {
 
 374                 if (!validate_event(&fake_pmu, sibling))
 
 378         if (!validate_event(&fake_pmu, event))
 
 384 static irqreturn_t armpmu_platform_irq(int irq, void *dev)
 
 386         struct arm_pmu_platdata *plat = dev_get_platdata(&pmu_device->dev);
 
 388         return plat->handle_irq(irq, dev, armpmu->handle_irq);
 
 392 armpmu_reserve_hardware(void)
 
 394         struct arm_pmu_platdata *plat;
 
 395         irq_handler_t handle_irq;
 
 396         int i, err = -ENODEV, irq;
 
 398         pmu_device = reserve_pmu(ARM_PMU_DEVICE_CPU);
 
 399         if (IS_ERR(pmu_device)) {
 
 400                 pr_warning("unable to reserve pmu\n");
 
 401                 return PTR_ERR(pmu_device);
 
 404         init_pmu(ARM_PMU_DEVICE_CPU);
 
 406         plat = dev_get_platdata(&pmu_device->dev);
 
 407         if (plat && plat->handle_irq)
 
 408                 handle_irq = armpmu_platform_irq;
 
 410                 handle_irq = armpmu->handle_irq;
 
 412         if (pmu_device->num_resources < 1) {
 
 413                 pr_err("no irqs for PMUs defined\n");
 
 417         for (i = 0; i < pmu_device->num_resources; ++i) {
 
 418                 irq = platform_get_irq(pmu_device, i);
 
 422                 err = request_irq(irq, handle_irq,
 
 423                                   IRQF_DISABLED | IRQF_NOBALANCING,
 
 426                         pr_warning("unable to request IRQ%d for ARM perf "
 
 433                 for (i = i - 1; i >= 0; --i) {
 
 434                         irq = platform_get_irq(pmu_device, i);
 
 438                 release_pmu(pmu_device);
 
 446 armpmu_release_hardware(void)
 
 450         for (i = pmu_device->num_resources - 1; i >= 0; --i) {
 
 451                 irq = platform_get_irq(pmu_device, i);
 
 457         release_pmu(pmu_device);
 
 461 static atomic_t active_events = ATOMIC_INIT(0);
 
 462 static DEFINE_MUTEX(pmu_reserve_mutex);
 
 465 hw_perf_event_destroy(struct perf_event *event)
 
 467         if (atomic_dec_and_mutex_lock(&active_events, &pmu_reserve_mutex)) {
 
 468                 armpmu_release_hardware();
 
 469                 mutex_unlock(&pmu_reserve_mutex);
 
 474 __hw_perf_event_init(struct perf_event *event)
 
 476         struct hw_perf_event *hwc = &event->hw;
 
 479         /* Decode the generic type into an ARM event identifier. */
 
 480         if (PERF_TYPE_HARDWARE == event->attr.type) {
 
 481                 mapping = armpmu_map_event(event->attr.config);
 
 482         } else if (PERF_TYPE_HW_CACHE == event->attr.type) {
 
 483                 mapping = armpmu_map_cache_event(event->attr.config);
 
 484         } else if (PERF_TYPE_RAW == event->attr.type) {
 
 485                 mapping = armpmu_map_raw_event(event->attr.config);
 
 487                 pr_debug("event type %x not supported\n", event->attr.type);
 
 492                 pr_debug("event %x:%llx not supported\n", event->attr.type,
 
 498          * Check whether we need to exclude the counter from certain modes.
 
 499          * The ARM performance counters are on all of the time so if someone
 
 500          * has asked us for some excludes then we have to fail.
 
 502         if (event->attr.exclude_kernel || event->attr.exclude_user ||
 
 503             event->attr.exclude_hv || event->attr.exclude_idle) {
 
 504                 pr_debug("ARM performance counters do not support "
 
 510          * We don't assign an index until we actually place the event onto
 
 511          * hardware. Use -1 to signify that we haven't decided where to put it
 
 512          * yet. For SMP systems, each core has it's own PMU so we can't do any
 
 513          * clever allocation or constraints checking at this point.
 
 518          * Store the event encoding into the config_base field. config and
 
 519          * event_base are unused as the only 2 things we need to know are
 
 520          * the event mapping and the counter to use. The counter to use is
 
 521          * also the indx and the config_base is the event type.
 
 523         hwc->config_base            = (unsigned long)mapping;
 
 527         if (!hwc->sample_period) {
 
 528                 hwc->sample_period  = armpmu->max_period;
 
 529                 hwc->last_period    = hwc->sample_period;
 
 530                 local64_set(&hwc->period_left, hwc->sample_period);
 
 534         if (event->group_leader != event) {
 
 535                 err = validate_group(event);
 
 543 static int armpmu_event_init(struct perf_event *event)
 
 547         switch (event->attr.type) {
 
 549         case PERF_TYPE_HARDWARE:
 
 550         case PERF_TYPE_HW_CACHE:
 
 560         event->destroy = hw_perf_event_destroy;
 
 562         if (!atomic_inc_not_zero(&active_events)) {
 
 563                 mutex_lock(&pmu_reserve_mutex);
 
 564                 if (atomic_read(&active_events) == 0) {
 
 565                         err = armpmu_reserve_hardware();
 
 569                         atomic_inc(&active_events);
 
 570                 mutex_unlock(&pmu_reserve_mutex);
 
 576         err = __hw_perf_event_init(event);
 
 578                 hw_perf_event_destroy(event);
 
 583 static void armpmu_enable(struct pmu *pmu)
 
 585         /* Enable all of the perf events on hardware. */
 
 586         int idx, enabled = 0;
 
 587         struct cpu_hw_events *cpuc = &__get_cpu_var(cpu_hw_events);
 
 592         for (idx = 0; idx <= armpmu->num_events; ++idx) {
 
 593                 struct perf_event *event = cpuc->events[idx];
 
 598                 armpmu->enable(&event->hw, idx);
 
 606 static void armpmu_disable(struct pmu *pmu)
 
 612 static struct pmu pmu = {
 
 613         .pmu_enable     = armpmu_enable,
 
 614         .pmu_disable    = armpmu_disable,
 
 615         .event_init     = armpmu_event_init,
 
 618         .start          = armpmu_start,
 
 623 /* Include the PMU-specific implementations. */
 
 624 #include "perf_event_xscale.c"
 
 625 #include "perf_event_v6.c"
 
 626 #include "perf_event_v7.c"
 
 629  * Ensure the PMU has sane values out of reset.
 
 630  * This requires SMP to be available, so exists as a separate initcall.
 
 635         if (armpmu && armpmu->reset)
 
 636                 return on_each_cpu(armpmu->reset, NULL, 1);
 
 639 arch_initcall(armpmu_reset);
 
 642 init_hw_perf_events(void)
 
 644         unsigned long cpuid = read_cpuid_id();
 
 645         unsigned long implementor = (cpuid & 0xFF000000) >> 24;
 
 646         unsigned long part_number = (cpuid & 0xFFF0);
 
 649         if (0x41 == implementor) {
 
 650                 switch (part_number) {
 
 651                 case 0xB360:    /* ARM1136 */
 
 652                 case 0xB560:    /* ARM1156 */
 
 653                 case 0xB760:    /* ARM1176 */
 
 654                         armpmu = armv6pmu_init();
 
 656                 case 0xB020:    /* ARM11mpcore */
 
 657                         armpmu = armv6mpcore_pmu_init();
 
 659                 case 0xC080:    /* Cortex-A8 */
 
 660                         armpmu = armv7_a8_pmu_init();
 
 662                 case 0xC090:    /* Cortex-A9 */
 
 663                         armpmu = armv7_a9_pmu_init();
 
 665                 case 0xC050:    /* Cortex-A5 */
 
 666                         armpmu = armv7_a5_pmu_init();
 
 668                 case 0xC0F0:    /* Cortex-A15 */
 
 669                         armpmu = armv7_a15_pmu_init();
 
 672         /* Intel CPUs [xscale]. */
 
 673         } else if (0x69 == implementor) {
 
 674                 part_number = (cpuid >> 13) & 0x7;
 
 675                 switch (part_number) {
 
 677                         armpmu = xscale1pmu_init();
 
 680                         armpmu = xscale2pmu_init();
 
 686                 pr_info("enabled with %s PMU driver, %d counters available\n",
 
 687                         armpmu->name, armpmu->num_events);
 
 689                 pr_info("no hardware support available\n");
 
 692         perf_pmu_register(&pmu, "cpu", PERF_TYPE_RAW);
 
 696 early_initcall(init_hw_perf_events);
 
 699  * Callchain handling code.
 
 703  * The registers we're interested in are at the end of the variable
 
 704  * length saved register structure. The fp points at the end of this
 
 705  * structure so the address of this struct is:
 
 706  * (struct frame_tail *)(xxx->fp)-1
 
 708  * This code has been adapted from the ARM OProfile support.
 
 711         struct frame_tail __user *fp;
 
 714 } __attribute__((packed));
 
 717  * Get the return address for a single stackframe and return a pointer to the
 
 720 static struct frame_tail __user *
 
 721 user_backtrace(struct frame_tail __user *tail,
 
 722                struct perf_callchain_entry *entry)
 
 724         struct frame_tail buftail;
 
 726         /* Also check accessibility of one struct frame_tail beyond */
 
 727         if (!access_ok(VERIFY_READ, tail, sizeof(buftail)))
 
 729         if (__copy_from_user_inatomic(&buftail, tail, sizeof(buftail)))
 
 732         perf_callchain_store(entry, buftail.lr);
 
 735          * Frame pointers should strictly progress back up the stack
 
 736          * (towards higher addresses).
 
 738         if (tail + 1 >= buftail.fp)
 
 741         return buftail.fp - 1;
 
 745 perf_callchain_user(struct perf_callchain_entry *entry, struct pt_regs *regs)
 
 747         struct frame_tail __user *tail;
 
 750         tail = (struct frame_tail __user *)regs->ARM_fp - 1;
 
 752         while ((entry->nr < PERF_MAX_STACK_DEPTH) &&
 
 753                tail && !((unsigned long)tail & 0x3))
 
 754                 tail = user_backtrace(tail, entry);
 
 758  * Gets called by walk_stackframe() for every stackframe. This will be called
 
 759  * whist unwinding the stackframe and is like a subroutine return so we use
 
 763 callchain_trace(struct stackframe *fr,
 
 766         struct perf_callchain_entry *entry = data;
 
 767         perf_callchain_store(entry, fr->pc);
 
 772 perf_callchain_kernel(struct perf_callchain_entry *entry, struct pt_regs *regs)
 
 774         struct stackframe fr;
 
 776         fr.fp = regs->ARM_fp;
 
 777         fr.sp = regs->ARM_sp;
 
 778         fr.lr = regs->ARM_lr;
 
 779         fr.pc = regs->ARM_pc;
 
 780         walk_stackframe(&fr, callchain_trace, entry);