powerpc/8xx: Perf events on PPC 8xx
authorChristophe Leroy <christophe.leroy@c-s.fr>
Thu, 15 Dec 2016 12:42:18 +0000 (13:42 +0100)
committerScott Wood <oss@buserror.net>
Thu, 26 Jan 2017 23:49:34 +0000 (17:49 -0600)
This patch has been reworked since RFC version. In the RFC, this patch
was preceded by a patch clearing MSR RI for all PPC32 at all time at
exception prologs. Now MSR RI clearing is done only when this 8xx perf
events functionality is compiled in, it is therefore limited to 8xx
and merged inside this patch.
Other main changes have been to take into account detailed review from
Peter Zijlstra. The instructions counter has been reworked to behave
as a free running counter like the three other counters.

The 8xx has no PMU, however some events can be emulated by other means.

This patch implements the following events (as reported by 'perf list'):
  cpu-cycles OR cycles [Hardware event]
  instructions [Hardware event]
  dTLB-load-misses [Hardware cache event]
  iTLB-load-misses [Hardware cache event]

'cycles' event is implemented using the timebase clock. Timebase clock
corresponds to CPU clock divided by 16, so number of cycles is
approximatly 16 times the number of TB ticks

On the 8xx, TLB misses are handled by software. It is therefore
easy to count all TLB misses each time the TLB miss exception is
called.

'instructions' is calculated by using instruction watchpoint counter.
This patch sets counter A to count instructions at address greater
than 0, hence we count all instructions executed while MSR RI bit is
set. The counter is set to the maximum which is 0xffff. Every 65535
instructions, debug instruction breakpoint exception fires. The
exception handler increments a counter in memory which then
represent the upper part of the instruction counter. We therefore
end up with a 48 bits counter. In order to avoid unnecessary overhead
while no perf event is active, this counter is started when the first
event referring to this counter is added, and the counter is stopped
when the last event referring to it is deleted. In order to properly
support breakpoint exceptions, MSR RI bit has to be unset in exception
epilogs in order to avoid breakpoint exceptions during critical
sections during changes to SRR0 and SRR1 would be problematic.

All counters are handled as free running counters.

Signed-off-by: Christophe Leroy <christophe.leroy@c-s.fr>
Signed-off-by: Scott Wood <oss@buserror.net>
arch/powerpc/include/asm/reg.h
arch/powerpc/include/asm/reg_8xx.h
arch/powerpc/kernel/entry_32.S
arch/powerpc/kernel/head_8xx.S
arch/powerpc/perf/8xx-pmu.c [new file with mode: 0644]
arch/powerpc/perf/Makefile
arch/powerpc/platforms/Kconfig.cputype

index 0d4531a..9098b35 100644 (file)
 #define SPRN_IBAT7U    0x236           /* Instruction BAT 7 Upper Register */
 #define SPRN_ICMP      0x3D5           /* Instruction TLB Compare Register */
 #define SPRN_ICTC      0x3FB   /* Instruction Cache Throttling Control Reg */
+#ifndef SPRN_ICTRL
 #define SPRN_ICTRL     0x3F3   /* 1011 7450 icache and interrupt ctrl */
+#endif
 #define ICTRL_EICE     0x08000000      /* enable icache parity errs */
 #define ICTRL_EDC      0x04000000      /* enable dcache parity errs */
 #define ICTRL_EICP     0x00000100      /* enable icache par. check */
index c52725b..ae16fef 100644 (file)
 /* Special MSR manipulation registers */
 #define SPRN_EIE       80      /* External interrupt enable (EE=1, RI=1) */
 #define SPRN_EID       81      /* External interrupt disable (EE=0, RI=1) */
+#define SPRN_NRI       82      /* Non recoverable interrupt (EE=0, RI=0) */
 
 /* Debug registers */
+#define SPRN_CMPA      144
+#define SPRN_COUNTA    150
 #define SPRN_CMPE      152
 #define SPRN_CMPF      153
 #define SPRN_LCTRL1    156
 #define SPRN_LCTRL2    157
+#define SPRN_ICTRL     158
 #define SPRN_BAR       159
 
 /* Commands.  Only the first few are available to the instruction cache.
index 980626a..f3e4fc1 100644 (file)
@@ -205,6 +205,9 @@ transfer_to_handler_cont:
        mflr    r9
        lwz     r11,0(r9)               /* virtual address of handler */
        lwz     r9,4(r9)                /* where to go when done */
+#ifdef CONFIG_PPC_8xx_PERF_EVENT
+       mtspr   SPRN_NRI, r0
+#endif
 #ifdef CONFIG_TRACE_IRQFLAGS
        lis     r12,reenable_mmu@h
        ori     r12,r12,reenable_mmu@l
@@ -292,6 +295,9 @@ stack_ovf:
        lis     r9,StackOverflow@ha
        addi    r9,r9,StackOverflow@l
        LOAD_MSR_KERNEL(r10,MSR_KERNEL)
+#ifdef CONFIG_PPC_8xx_PERF_EVENT
+       mtspr   SPRN_NRI, r0
+#endif
        mtspr   SPRN_SRR0,r9
        mtspr   SPRN_SRR1,r10
        SYNC
@@ -418,6 +424,9 @@ END_FTR_SECTION_IFSET(CPU_FTR_NEED_PAIRED_STWCX)
        lwz     r7,_NIP(r1)
        lwz     r2,GPR2(r1)
        lwz     r1,GPR1(r1)
+#ifdef CONFIG_PPC_8xx_PERF_EVENT
+       mtspr   SPRN_NRI, r0
+#endif
        mtspr   SPRN_SRR0,r7
        mtspr   SPRN_SRR1,r8
        SYNC
@@ -701,6 +710,9 @@ fast_exception_return:
        lwz     r10,_LINK(r11)
        mtlr    r10
        REST_GPR(10, r11)
+#ifdef CONFIG_PPC_8xx_PERF_EVENT
+       mtspr   SPRN_NRI, r0
+#endif
        mtspr   SPRN_SRR1,r9
        mtspr   SPRN_SRR0,r12
        REST_GPR(9, r11)
@@ -949,6 +961,9 @@ END_FTR_SECTION_IFSET(CPU_FTR_NEED_PAIRED_STWCX)
        .globl exc_exit_restart
 exc_exit_restart:
        lwz     r12,_NIP(r1)
+#ifdef CONFIG_PPC_8xx_PERF_EVENT
+       mtspr   SPRN_NRI, r0
+#endif
        mtspr   SPRN_SRR0,r12
        mtspr   SPRN_SRR1,r9
        REST_4GPRS(9, r1)
index 5fcbd79..c032fe8 100644 (file)
@@ -329,6 +329,12 @@ InstructionTLBMiss:
        mtspr   SPRN_SPRG_SCRATCH2, r3
 #endif
        EXCEPTION_PROLOG_0
+#ifdef CONFIG_PPC_8xx_PERF_EVENT
+       lis     r10, (itlb_miss_counter - PAGE_OFFSET)@ha
+       lwz     r11, (itlb_miss_counter - PAGE_OFFSET)@l(r10)
+       addi    r11, r11, 1
+       stw     r11, (itlb_miss_counter - PAGE_OFFSET)@l(r10)
+#endif
 
        /* If we are faulting a kernel address, we have to use the
         * kernel page tables.
@@ -429,6 +435,12 @@ InstructionTLBMiss:
 DataStoreTLBMiss:
        mtspr   SPRN_SPRG_SCRATCH2, r3
        EXCEPTION_PROLOG_0
+#ifdef CONFIG_PPC_8xx_PERF_EVENT
+       lis     r10, (dtlb_miss_counter - PAGE_OFFSET)@ha
+       lwz     r11, (dtlb_miss_counter - PAGE_OFFSET)@l(r10)
+       addi    r11, r11, 1
+       stw     r11, (dtlb_miss_counter - PAGE_OFFSET)@l(r10)
+#endif
        mfcr    r3
 
        /* If we are faulting a kernel address, we have to use the
@@ -625,7 +637,22 @@ DataBreakpoint:
        EXCEPTION_EPILOG_0
        rfi
 
+#ifdef CONFIG_PPC_8xx_PERF_EVENT
+       . = 0x1d00
+InstructionBreakpoint:
+       EXCEPTION_PROLOG_0
+       lis     r10, (instruction_counter - PAGE_OFFSET)@ha
+       lwz     r11, (instruction_counter - PAGE_OFFSET)@l(r10)
+       addi    r11, r11, -1
+       stw     r11, (instruction_counter - PAGE_OFFSET)@l(r10)
+       lis     r10, 0xffff
+       ori     r10, r10, 0x01
+       mtspr   SPRN_COUNTA, r10
+       EXCEPTION_EPILOG_0
+       rfi
+#else
        EXCEPTION(0x1d00, Trap_1d, unknown_exception, EXC_XFER_EE)
+#endif
        EXCEPTION(0x1e00, Trap_1e, unknown_exception, EXC_XFER_EE)
        EXCEPTION(0x1f00, Trap_1f, unknown_exception, EXC_XFER_EE)
 
@@ -999,9 +1026,13 @@ initial_mmu:
        lis     r8, IDC_ENABLE@h
        mtspr   SPRN_DC_CST, r8
 #endif
-       /* Disable debug mode entry on data breakpoints */
+       /* Disable debug mode entry on breakpoints */
        mfspr   r8, SPRN_DER
+#ifdef CONFIG_PPC_8xx_PERF_EVENT
+       rlwinm  r8, r8, 0, ~0xc
+#else
        rlwinm  r8, r8, 0, ~0x8
+#endif
        mtspr   SPRN_DER, r8
        blr
 
@@ -1036,3 +1067,16 @@ cpu6_errata_word:
        .space  16
 #endif
 
+#ifdef CONFIG_PPC_8xx_PERF_EVENT
+       .globl  itlb_miss_counter
+itlb_miss_counter:
+       .space  4
+
+       .globl  dtlb_miss_counter
+dtlb_miss_counter:
+       .space  4
+
+       .globl  instruction_counter
+instruction_counter:
+       .space  4
+#endif
diff --git a/arch/powerpc/perf/8xx-pmu.c b/arch/powerpc/perf/8xx-pmu.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..3c39f05
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,173 @@
+/*
+ * Performance event support - PPC 8xx
+ *
+ * Copyright 2016 Christophe Leroy, CS Systemes d'Information
+ *
+ * This program is free software; you can redistribute it and/or
+ * modify it under the terms of the GNU General Public License
+ * as published by the Free Software Foundation; either version
+ * 2 of the License, or (at your option) any later version.
+ */
+
+#include <linux/kernel.h>
+#include <linux/sched.h>
+#include <linux/perf_event.h>
+#include <linux/percpu.h>
+#include <linux/hardirq.h>
+#include <asm/pmc.h>
+#include <asm/machdep.h>
+#include <asm/firmware.h>
+#include <asm/ptrace.h>
+
+#define PERF_8xx_ID_CPU_CYCLES         1
+#define PERF_8xx_ID_HW_INSTRUCTIONS    2
+#define PERF_8xx_ID_ITLB_LOAD_MISS     3
+#define PERF_8xx_ID_DTLB_LOAD_MISS     4
+
+#define C(x)   PERF_COUNT_HW_CACHE_##x
+#define DTLB_LOAD_MISS (C(DTLB) | (C(OP_READ) << 8) | (C(RESULT_MISS) << 16))
+#define ITLB_LOAD_MISS (C(ITLB) | (C(OP_READ) << 8) | (C(RESULT_MISS) << 16))
+
+extern unsigned long itlb_miss_counter, dtlb_miss_counter;
+extern atomic_t instruction_counter;
+
+static atomic_t insn_ctr_ref;
+
+static s64 get_insn_ctr(void)
+{
+       int ctr;
+       unsigned long counta;
+
+       do {
+               ctr = atomic_read(&instruction_counter);
+               counta = mfspr(SPRN_COUNTA);
+       } while (ctr != atomic_read(&instruction_counter));
+
+       return ((s64)ctr << 16) | (counta >> 16);
+}
+
+static int event_type(struct perf_event *event)
+{
+       switch (event->attr.type) {
+       case PERF_TYPE_HARDWARE:
+               if (event->attr.config == PERF_COUNT_HW_CPU_CYCLES)
+                       return PERF_8xx_ID_CPU_CYCLES;
+               if (event->attr.config == PERF_COUNT_HW_INSTRUCTIONS)
+                       return PERF_8xx_ID_HW_INSTRUCTIONS;
+               break;
+       case PERF_TYPE_HW_CACHE:
+               if (event->attr.config == ITLB_LOAD_MISS)
+                       return PERF_8xx_ID_ITLB_LOAD_MISS;
+               if (event->attr.config == DTLB_LOAD_MISS)
+                       return PERF_8xx_ID_DTLB_LOAD_MISS;
+               break;
+       case PERF_TYPE_RAW:
+               break;
+       default:
+               return -ENOENT;
+       }
+       return -EOPNOTSUPP;
+}
+
+static int mpc8xx_pmu_event_init(struct perf_event *event)
+{
+       int type = event_type(event);
+
+       if (type < 0)
+               return type;
+       return 0;
+}
+
+static int mpc8xx_pmu_add(struct perf_event *event, int flags)
+{
+       int type = event_type(event);
+       s64 val = 0;
+
+       if (type < 0)
+               return type;
+
+       switch (type) {
+       case PERF_8xx_ID_CPU_CYCLES:
+               val = get_tb();
+               break;
+       case PERF_8xx_ID_HW_INSTRUCTIONS:
+               if (atomic_inc_return(&insn_ctr_ref) == 1)
+                       mtspr(SPRN_ICTRL, 0xc0080007);
+               val = get_insn_ctr();
+               break;
+       case PERF_8xx_ID_ITLB_LOAD_MISS:
+               val = itlb_miss_counter;
+               break;
+       case PERF_8xx_ID_DTLB_LOAD_MISS:
+               val = dtlb_miss_counter;
+               break;
+       }
+       local64_set(&event->hw.prev_count, val);
+       return 0;
+}
+
+static void mpc8xx_pmu_read(struct perf_event *event)
+{
+       int type = event_type(event);
+       s64 prev, val = 0, delta = 0;
+
+       if (type < 0)
+               return;
+
+       do {
+               prev = local64_read(&event->hw.prev_count);
+               switch (type) {
+               case PERF_8xx_ID_CPU_CYCLES:
+                       val = get_tb();
+                       delta = 16 * (val - prev);
+                       break;
+               case PERF_8xx_ID_HW_INSTRUCTIONS:
+                       val = get_insn_ctr();
+                       delta = prev - val;
+                       if (delta < 0)
+                               delta += 0x1000000000000LL;
+                       break;
+               case PERF_8xx_ID_ITLB_LOAD_MISS:
+                       val = itlb_miss_counter;
+                       delta = (s64)((s32)val - (s32)prev);
+                       break;
+               case PERF_8xx_ID_DTLB_LOAD_MISS:
+                       val = dtlb_miss_counter;
+                       delta = (s64)((s32)val - (s32)prev);
+                       break;
+               }
+       } while (local64_cmpxchg(&event->hw.prev_count, prev, val) != prev);
+
+       local64_add(delta, &event->count);
+}
+
+static void mpc8xx_pmu_del(struct perf_event *event, int flags)
+{
+       mpc8xx_pmu_read(event);
+       if (event_type(event) != PERF_8xx_ID_HW_INSTRUCTIONS)
+               return;
+
+       /* If it was the last user, stop counting to avoid useles overhead */
+       if (atomic_dec_return(&insn_ctr_ref) == 0)
+               mtspr(SPRN_ICTRL, 7);
+}
+
+static struct pmu mpc8xx_pmu = {
+       .event_init     = mpc8xx_pmu_event_init,
+       .add            = mpc8xx_pmu_add,
+       .del            = mpc8xx_pmu_del,
+       .read           = mpc8xx_pmu_read,
+       .capabilities   = PERF_PMU_CAP_NO_INTERRUPT |
+                         PERF_PMU_CAP_NO_NMI,
+};
+
+static int init_mpc8xx_pmu(void)
+{
+       mtspr(SPRN_ICTRL, 7);
+       mtspr(SPRN_CMPA, 0);
+       mtspr(SPRN_COUNTA, 0xffff);
+
+       return perf_pmu_register(&mpc8xx_pmu, "cpu", PERF_TYPE_RAW);
+}
+
+early_initcall(init_mpc8xx_pmu);
index f102d53..4d606b9 100644 (file)
@@ -13,5 +13,7 @@ obj-$(CONFIG_FSL_EMB_PERF_EVENT_E500) += e500-pmu.o e6500-pmu.o
 
 obj-$(CONFIG_HV_PERF_CTRS) += hv-24x7.o hv-gpci.o hv-common.o
 
+obj-$(CONFIG_PPC_8xx_PERF_EVENT) += 8xx-pmu.o
+
 obj-$(CONFIG_PPC64)            += $(obj64-y)
 obj-$(CONFIG_PPC32)            += $(obj32-y)
index 6e89e5a..99b0ae8 100644 (file)
@@ -172,6 +172,13 @@ config PPC_FPU
        bool
        default y if PPC64
 
+config PPC_8xx_PERF_EVENT
+       bool "PPC 8xx perf events"
+       depends on PPC_8xx && PERF_EVENTS
+       help
+         This is Performance Events support for PPC 8xx. The 8xx doesn't
+         have a PMU but some events are emulated using 8xx features.
+
 config FSL_EMB_PERFMON
        bool "Freescale Embedded Perfmon"
        depends on E500 || PPC_83xx