Add kernel PLL for system clock
authortholo <tholo@openbsd.org>
Mon, 29 Jan 1996 23:05:03 +0000 (23:05 +0000)
committertholo <tholo@openbsd.org>
Mon, 29 Jan 1996 23:05:03 +0000 (23:05 +0000)
Add ntp_adjtime() and ntp_gettime() system calls
Mostly stolen from FreeBSD

lib/libc/sys/Makefile.inc
sys/conf/files
sys/kern/init_sysent.c
sys/kern/kern_clock.c
sys/kern/kern_ntptime.c [new file with mode: 0644]
sys/kern/syscalls.c
sys/kern/syscalls.master
sys/sys/syscall.h
sys/sys/syscallargs.h
sys/sys/timex.h [new file with mode: 0644]

index 5fc262b..dfb229b 100644 (file)
@@ -25,7 +25,9 @@ ASM=  accept.o access.o acct.o adjtime.o bind.o chdir.o chflags.o chmod.o \
        listen.o lstat.o madvise.o mincore.o minherit.o mkdir.o mkfifo.o \
        mknod.o mlock.o \
        mount.o mprotect.o msgctl.o msgget.o msgrcv.o msgsnd.o msync.o \
-       munlock.o munmap.o nfssvc.o open.o pathconf.o profil.o quotactl.o \
+       munlock.o munmap.o nfssvc.o \
+       ntp_gettime.o ntp_adjtime.o \
+       open.o pathconf.o profil.o quotactl.o \
        read.o readlink.o readv.o recvfrom.o recvmsg.o rename.o revoke.o \
        rfork.o \
        rmdir.o select.o semconfig.o semget.o semop.o sendmsg.o sendto.o \
index 9c57fdf..a0fbb20 100644 (file)
@@ -94,6 +94,7 @@ file kern/kern_fork.c
 file kern/kern_ktrace.c                        ktrace
 file kern/kern_lkm.c                   lkm
 file kern/kern_malloc.c
+file kern/kern_ntptime.c
 file kern/kern_physio.c
 file kern/kern_proc.c
 file kern/kern_prot.c
index bd5c709..5e2b614 100644 (file)
@@ -419,10 +419,10 @@ struct sysent sysent[] = {
            sys_nosys },                        /* 174 = unimplemented */
        { 0, 0,
            sys_nosys },                        /* 175 = unimplemented */
-       { 0, 0,
-           sys_nosys },                        /* 176 = unimplemented */
-       { 0, 0,
-           sys_nosys },                        /* 177 = unimplemented */
+       { 1, s(struct sys_ntp_adjtime_args),
+           sys_ntp_adjtime },                  /* 176 = ntp_adjtime */
+       { 1, s(struct sys_ntp_gettime_args),
+           sys_ntp_gettime },                  /* 177 = ntp_gettime */
        { 0, 0,
            sys_nosys },                        /* 178 = unimplemented */
        { 0, 0,
index 8659269..2251d74 100644 (file)
@@ -1,4 +1,4 @@
-/*     $NetBSD: kern_clock.c,v 1.24 1996/01/17 04:37:31 cgd Exp $      */
+/*     $NetBSD: kern_clock.c,v 1.23 1995/12/28 19:16:41 thorpej Exp $  */
 
 /*-
  * Copyright (c) 1982, 1986, 1991, 1993
  *     @(#)kern_clock.c        8.5 (Berkeley) 1/21/94
  */
 
+/* Portions of this software are covered by the following: */
+/******************************************************************************
+ *                                                                            *
+ * Copyright (c) David L. Mills 1993, 1994                                    *
+ *                                                                            *
+ * Permission to use, copy, modify, and distribute this software and its      *
+ * documentation for any purpose and without fee is hereby granted, provided  *
+ * that the above copyright notice appears in all copies and that both the    *
+ * copyright notice and this permission notice appear in supporting           *
+ * documentation, and that the name University of Delaware not be used in     *
+ * advertising or publicity pertaining to distribution of the software        *
+ * without specific, written prior permission.  The University of Delaware    *
+ * makes no representations about the suitability this software for any       *
+ * purpose.  It is provided "as is" without express or implied warranty.      *
+ *                                                                            *
+ *****************************************************************************/
+
 #include <sys/param.h>
 #include <sys/systm.h>
 #include <sys/dkstat.h>
@@ -47,6 +64,7 @@
 #include <sys/kernel.h>
 #include <sys/proc.h>
 #include <sys/resourcevar.h>
+#include <sys/timex.h>
 
 #include <machine/cpu.h>
 
@@ -103,12 +121,211 @@ int      profprocs;
 int    ticks;
 static int psdiv, pscnt;               /* prof => stat divider */
 int    psratio;                        /* ratio: prof / stat */
-int    tickfix, tickfixinterval;       /* used if tick not really integral */
-static int tickfixcnt;                 /* number of ticks since last fix */
 
 volatile struct        timeval time;
 volatile struct        timeval mono_time;
 
+/*
+ * Phase-lock loop (PLL) definitions
+ *
+ * The following variables are read and set by the ntp_adjtime() system
+ * call.
+ *
+ * time_state shows the state of the system clock, with values defined
+ * in the timex.h header file.
+ *
+ * time_status shows the status of the system clock, with bits defined
+ * in the timex.h header file.
+ *
+ * time_offset is used by the PLL to adjust the system time in small
+ * increments.
+ *
+ * time_constant determines the bandwidth or "stiffness" of the PLL.
+ *
+ * time_tolerance determines maximum frequency error or tolerance of the
+ * CPU clock oscillator and is a property of the architecture; however,
+ * in principle it could change as result of the presence of external
+ * discipline signals, for instance.
+ *
+ * time_precision is usually equal to the kernel tick variable; however,
+ * in cases where a precision clock counter or external clock is
+ * available, the resolution can be much less than this and depend on
+ * whether the external clock is working or not.
+ *
+ * time_maxerror is initialized by a ntp_adjtime() call and increased by
+ * the kernel once each second to reflect the maximum error
+ * bound growth.
+ *
+ * time_esterror is set and read by the ntp_adjtime() call, but
+ * otherwise not used by the kernel.
+ */
+int time_status = STA_UNSYNC;  /* clock status bits */
+int time_state = TIME_OK;      /* clock state */
+long time_offset = 0;          /* time offset (us) */
+long time_constant = 0;                /* pll time constant */
+long time_tolerance = MAXFREQ; /* frequency tolerance (scaled ppm) */
+long time_precision = 1;       /* clock precision (us) */
+long time_maxerror = MAXPHASE; /* maximum error (us) */
+long time_esterror = MAXPHASE; /* estimated error (us) */
+
+/*
+ * The following variables establish the state of the PLL and the
+ * residual time and frequency offset of the local clock. The scale
+ * factors are defined in the timex.h header file.
+ *
+ * time_phase and time_freq are the phase increment and the frequency
+ * increment, respectively, of the kernel time variable at each tick of
+ * the clock.
+ *
+ * time_freq is set via ntp_adjtime() from a value stored in a file when
+ * the synchronization daemon is first started. Its value is retrieved
+ * via ntp_adjtime() and written to the file about once per hour by the
+ * daemon.
+ *
+ * time_adj is the adjustment added to the value of tick at each timer
+ * interrupt and is recomputed at each timer interrupt.
+ *
+ * time_reftime is the second's portion of the system time on the last
+ * call to ntp_adjtime(). It is used to adjust the time_freq variable
+ * and to increase the time_maxerror as the time since last update
+ * increases.
+ */
+static long time_phase = 0;    /* phase offset (scaled us) */
+long time_freq = 0;            /* frequency offset (scaled ppm) */
+static long time_adj = 0;      /* tick adjust (scaled 1 / hz) */
+static long time_reftime = 0;  /* time at last adjustment (s) */
+
+#ifdef PPS_SYNC
+/*
+ * The following variables are used only if the if the kernel PPS
+ * discipline code is configured (PPS_SYNC). The scale factors are
+ * defined in the timex.h header file.
+ *
+ * pps_time contains the time at each calibration interval, as read by
+ * microtime().
+ *
+ * pps_offset is the time offset produced by the time median filter
+ * pps_tf[], while pps_jitter is the dispersion measured by this
+ * filter.
+ *
+ * pps_freq is the frequency offset produced by the frequency median
+ * filter pps_ff[], while pps_stabil is the dispersion measured by
+ * this filter.
+ *
+ * pps_usec is latched from a high resolution counter or external clock
+ * at pps_time. Here we want the hardware counter contents only, not the
+ * contents plus the time_tv.usec as usual.
+ *
+ * pps_valid counts the number of seconds since the last PPS update. It
+ * is used as a watchdog timer to disable the PPS discipline should the
+ * PPS signal be lost.
+ *
+ * pps_glitch counts the number of seconds since the beginning of an
+ * offset burst more than tick/2 from current nominal offset. It is used
+ * mainly to suppress error bursts due to priority conflicts between the
+ * PPS interrupt and timer interrupt.
+ *
+ * pps_count counts the seconds of the calibration interval, the
+ * duration of which is pps_shift in powers of two.
+ *
+ * pps_intcnt counts the calibration intervals for use in the interval-
+ * adaptation algorithm. It's just too complicated for words.
+ */
+struct timeval pps_time;       /* kernel time at last interval */
+long pps_offset = 0;           /* pps time offset (us) */
+long pps_jitter = MAXTIME;     /* pps time dispersion (jitter) (us) */
+long pps_tf[] = {0, 0, 0};     /* pps time offset median filter (us) */
+long pps_freq = 0;             /* frequency offset (scaled ppm) */
+long pps_stabil = MAXFREQ;     /* frequency dispersion (scaled ppm) */
+long pps_ff[] = {0, 0, 0};     /* frequency offset median filter */
+long pps_usec = 0;             /* microsec counter at last interval */
+long pps_valid = PPS_VALID;    /* pps signal watchdog counter */
+int pps_glitch = 0;            /* pps signal glitch counter */
+int pps_count = 0;             /* calibration interval counter (s) */
+int pps_shift = PPS_SHIFT;     /* interval duration (s) (shift) */
+int pps_intcnt = 0;            /* intervals at current duration */
+
+/*
+ * PPS signal quality monitors
+ *
+ * pps_jitcnt counts the seconds that have been discarded because the
+ * jitter measured by the time median filter exceeds the limit MAXTIME
+ * (100 us).
+ *
+ * pps_calcnt counts the frequency calibration intervals, which are
+ * variable from 4 s to 256 s.
+ *
+ * pps_errcnt counts the calibration intervals which have been discarded
+ * because the wander exceeds the limit MAXFREQ (100 ppm) or where the
+ * calibration interval jitter exceeds two ticks.
+ *
+ * pps_stbcnt counts the calibration intervals that have been discarded
+ * because the frequency wander exceeds the limit MAXFREQ / 4 (25 us).
+ */
+long pps_jitcnt = 0;           /* jitter limit exceeded */
+long pps_calcnt = 0;           /* calibration intervals */
+long pps_errcnt = 0;           /* calibration errors */
+long pps_stbcnt = 0;           /* stability limit exceeded */
+#endif /* PPS_SYNC */
+
+/*
+ * hardupdate() - local clock update
+ *
+ * This routine is called by ntp_adjtime() to update the local clock
+ * phase and frequency. This is used to implement an adaptive-parameter,
+ * first-order, type-II phase-lock loop. The code computes new time and
+ * frequency offsets each time it is called. The hardclock() routine
+ * amortizes these offsets at each tick interrupt. If the kernel PPS
+ * discipline code is configured (PPS_SYNC), the PPS signal itself
+ * determines the new time offset, instead of the calling argument.
+ * Presumably, calls to ntp_adjtime() occur only when the caller
+ * believes the local clock is valid within some bound (+-128 ms with
+ * NTP). If the caller's time is far different than the PPS time, an
+ * argument will ensue, and it's not clear who will lose.
+ *
+ * For default SHIFT_UPDATE = 12, the offset is limited to +-512 ms, the
+ * maximum interval between updates is 4096 s and the maximum frequency
+ * offset is +-31.25 ms/s.
+ *
+ * Note: splclock() is in effect.
+ */
+void
+hardupdate(offset)
+       long offset;
+{
+       long ltemp, mtemp;
+
+       if (!(time_status & STA_PLL) && !(time_status & STA_PPSTIME))
+               return;
+       ltemp = offset;
+#ifdef PPS_SYNC
+       if (time_status & STA_PPSTIME && time_status & STA_PPSSIGNAL)
+               ltemp = pps_offset;
+#endif /* PPS_SYNC */
+       if (ltemp > MAXPHASE)
+               time_offset = MAXPHASE << SHIFT_UPDATE;
+       else if (ltemp < -MAXPHASE)
+               time_offset = -(MAXPHASE << SHIFT_UPDATE);
+       else
+               time_offset = ltemp << SHIFT_UPDATE;
+       mtemp = time.tv_sec - time_reftime;
+       time_reftime = time.tv_sec;
+       if (mtemp > MAXSEC)
+               mtemp = 0;
+
+       /* ugly multiply should be replaced */
+       if (ltemp < 0)
+               time_freq -= (-ltemp * mtemp) >> (time_constant +
+                   time_constant + SHIFT_KF - SHIFT_USEC);
+       else
+               time_freq += (ltemp * mtemp) >> (time_constant +
+                   time_constant + SHIFT_KF - SHIFT_USEC);
+       if (time_freq > time_tolerance)
+               time_freq = time_tolerance;
+       else if (time_freq < -time_tolerance)
+               time_freq = -time_tolerance;
+}
+
 /*
  * Initialize clock frequencies and start both clocks running.
  */
@@ -142,9 +359,10 @@ hardclock(frame)
 {
        register struct callout *p1;
        register struct proc *p;
-       register int delta, needsoft;
-       extern int tickdelta;
-       extern long timedelta;
+       register int needsoft;
+       int time_update;
+       struct timeval newtime;
+       long ltemp;
 
        /*
         * Update real-time timeout queue.
@@ -189,28 +407,142 @@ hardclock(frame)
                statclock(frame);
 
        /*
-        * Increment the time-of-day.  The increment is normally just
-        * ``tick''.  If the machine is one which has a clock frequency
-        * such that ``hz'' would not divide the second evenly into
-        * milliseconds, a periodic adjustment must be applied.  Finally,
-        * if we are still adjusting the time (see adjtime()),
-        * ``tickdelta'' may also be added in.
+        * Increment the time-of-day
         */
        ticks++;
-       delta = tick;
-       if (tickfix) {
-               tickfixcnt++;
-               if (tickfixcnt >= tickfixinterval) {
-                       delta += tickfix;
-                       tickfixcnt = 0;
-               }
+       newtime = time;
+
+       if (timedelta == 0) {
+               time_update = tick;
        }
-       if (timedelta != 0) {
-               delta = tick + tickdelta;
+       else {
+               time_update = tick + tickdelta;
                timedelta -= tickdelta;
        }
-       BUMPTIME(&time, delta);
-       BUMPTIME(&mono_time, delta);
+       BUMPTIME(&mono_time, time_update);
+
+       /*
+        * Compute the phase adjustment.  If the low-order bits
+        * (time_phase) of the update overflow, bump the high-order
+        * bits (time_update).
+        */
+       time_phase += time_adj;
+       if (time_phase <= -FINEUSEC) {
+               ltemp = -time_phase >> SHIFT_SCALE;
+               time_phase += ltemp << SHIFT_SCALE;
+               time_update -= ltemp;
+       }
+       else if (time_phase >= FINEUSEC) {
+               ltemp = time_phase >> SHIFT_SCALE;
+               time_phase -= ltemp << SHIFT_SCALE;
+               time_update += ltemp;
+       }
+
+       newtime.tv_usec += time_update;
+       /*
+        * On rollover of the second the phase adjustment to be used for
+        * the next second is calculated. Also, the maximum error is
+        * increased by the tolerance. If the PPS frequency discipline
+        * code is present, the phase is increased to compensate for the
+        * CPU clock oscillator frequency error.
+        *
+        * With SHIFT_SCALE = 23, the maximum frequency adjustment is
+        * +-256 us per tick, or 25.6 ms/s at a clock frequency of 100
+        * Hz. The time contribution is shifted right a minimum of two
+        * bits, while the frequency contribution is a right shift.
+        * Thus, overflow is prevented if the frequency contribution is
+        * limited to half the maximum or 15.625 ms/s.
+        */
+       if (newtime.tv_usec >= 1000000) {
+               newtime.tv_usec -= 1000000;
+               newtime.tv_sec++;
+               time_maxerror += time_tolerance >> SHIFT_USEC;
+               if (time_offset < 0) {
+                       ltemp = -time_offset >> (SHIFT_KG + time_constant);
+                       time_offset += ltemp;
+                       time_adj = -ltemp << (SHIFT_SCALE - SHIFT_HZ - SHIFT_UPDATE);
+               }
+               else {
+                       ltemp = time_offset >> (SHIFT_KG + time_constant);
+                       time_offset -= ltemp;
+                       time_adj = ltemp << (SHIFT_SCALE - SHIFT_HZ - SHIFT_UPDATE);
+               }
+#ifdef PPS_SYNC
+               /*
+                * Gnaw on the watchdog counter and update the frequency
+                * computed by the pll and the PPS signal
+                */
+               pps_valid++;
+               if (pps_valid == PPS_VALID) {
+                       pps_jitter = MAXTIME;
+                       pps_stabil = MAXFREQ;
+                       time_status &= ~(STA_PPSSIGNAL | STA_PPSJITTER |
+                                        STA_PPSWANDER | STA_PPSERROR);
+               }
+               ltemp = time_freq + pps_freq;
+#else
+               ltemp = time_freq;
+#endif /* PPS_SYNC */
+               if (ltemp < 0)
+                       time_adj -= -ltemp >> (SHIFT_USEC + SHIFT_HZ - SHIFT_SCALE);
+               else
+                       time_adj += ltemp >> (SHIFT_USEC + SHIFT_HZ - SHIFT_SCALE);
+
+               /*
+                * When the CPU clock oscillator frequency is not a
+                * power of two in Hz, the SHIFT_HZ is only an
+                * approximate scale factor. In the following code
+                * the overall gain is increased by a factor of 1.25.
+                */
+               if (hz == 100) {
+                       if (time_adj < 0)
+                               time_adj -= -time_adj >> 2;
+                       else
+                               time_adj += time_adj >> 2;
+               }
+               /*
+                * Leap second processing.  If in leap-insert state at
+                * the end of the day, the system clock is set back one
+                * second; if in leap-delete state, the system clock is
+                * set ahead one second.  The microtime() routine or
+                * external clock driver will insure that reported time
+                * is always monotonic.  The ugly divides should be
+                * replacesd.
+                */
+               switch (time_state) {
+
+               case TIME_OK:
+                       if (time_status & STA_INS)
+                               time_state = TIME_INS;
+                       else if (time_status & STA_DEL)
+                               time_state = TIME_DEL;
+                       break;
+
+               case TIME_INS:
+                       if (newtime.tv_sec % 86400 == 0) {
+                               newtime.tv_sec--;
+                               time_state = TIME_OOP;
+                       }
+                       break;
+
+               case TIME_DEL:
+                       if ((newtime.tv_sec + 1) % 86400 == 0) {
+                               newtime.tv_sec++;
+                               time_state = TIME_WAIT;
+                       }
+                       break;
+
+               case TIME_OOP:
+                       time_state = TIME_WAIT;
+                       break;
+
+               case TIME_WAIT:
+                       if (!(time_status & (STA_INS | STA_DEL)))
+                               time_state = TIME_OK;
+                       break;
+               }
+       }
+       time = newtime;
 
        /*
         * Process callouts at a very low cpu priority, so we don't keep the
@@ -345,33 +677,53 @@ int
 hzto(tv)
        struct timeval *tv;
 {
-       register long ticks, sec;
+       register unsigned long ticks;
+       register long sec, usec;
        int s;
 
        /*
-        * If number of microseconds will fit in 32 bit arithmetic,
-        * then compute number of microseconds to time and scale to
-        * ticks.  Otherwise just compute number of hz in time, rounding
-        * times greater than representible to maximum value.  (We must
-        * compute in microseconds, because hz can be greater than 1000,
-        * and thus tick can be less than one millisecond).
+        * If the number of usecs in the whole seconds part of the time
+        * difference fits in a long, then the total number of usecs will
+        * fit in an unsigned long.  Compute the total and convert it to
+        * ticks, rounding up and adding 1 to allow for the current tick
+        * to expire.  Rounding also depends on unsigned long arithmetic
+        * to avoid overflow.
+        *
+        * Otherwise, if the number of ticks in the whole seconds part of
+        * the time difference fits in a long, then convert the parts to
+        * ticks separately and add, using similar rounding methods and
+        * overflow avoidance.  This method would work in the previous
+        * case but it is slightly slower and assumes that hz is integral.
+        *
+        * Otherwise, round the time difference down to the maximum
+        * representable value.
         *
-        * Delta times less than 14 hours can be computed ``exactly''.
-        * (Note that if hz would yeild a non-integral number of us per
-        * tick, i.e. tickfix is nonzero, timouts can be a tick longer
-        * than they should be.)  Maximum value for any timeout in 10ms
-        * ticks is 250 days.
+        * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
+        * 10ms ticks is 248 days.
         */
-       s = splhigh();
+       s = splclock();
        sec = tv->tv_sec - time.tv_sec;
-       if (sec <= 0x7fffffff / 1000000 - 1)
-               ticks = ((tv->tv_sec - time.tv_sec) * 1000000 +
-                       (tv->tv_usec - time.tv_usec)) / tick;
-       else if (sec <= 0x7fffffff / hz)
-               ticks = sec * hz;
-       else
-               ticks = 0x7fffffff;
+       usec = tv->tv_usec - time.tv_usec;
        splx(s);
+       if (usec < 0) {
+               sec--;
+               usec += 1000000;
+       }
+       if (sec < 0) {
+#ifdef DIAGNOSTIC
+               printf("hzto: negative time difference %ld sec %ld usec\n",
+                      sec, usec);
+#endif
+               ticks = 1;
+       }
+       else if (sec <= LONG_MAX / 1000000)
+               ticks = (sec * 1000000 + (unsigned long)usec + (tick - 1)) / tick + 1;
+       else if (sec <= LONG_MAX / hz)
+               ticks = sec * hz + ((unsigned long)usec + (tick - 1)) / tick + 1;
+       else
+               ticks = LONG_MAX;
+       if (ticks > INT_MAX)
+               ticks = INT_MAX;
        return (ticks);
 }
 
@@ -539,9 +891,8 @@ sysctl_clockrate(where, sizep)
        /*
         * Construct clockinfo structure.
         */
-       clkinfo.tick = tick;
-       clkinfo.tickadj = tickadj;
        clkinfo.hz = hz;
+       clkinfo.tick = tick;
        clkinfo.profhz = profhz;
        clkinfo.stathz = stathz ? stathz : hz;
        return (sysctl_rdstruct(where, sizep, NULL, &clkinfo, sizeof(clkinfo)));
diff --git a/sys/kern/kern_ntptime.c b/sys/kern/kern_ntptime.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..3a57500
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,268 @@
+/******************************************************************************
+ *                                                                            *
+ * Copyright (c) David L. Mills 1993, 1994                                    *
+ *                                                                            *
+ * Permission to use, copy, modify, and distribute this software and its      *
+ * documentation for any purpose and without fee is hereby granted, provided  *
+ * that the above copyright notice appears in all copies and that both the    *
+ * copyright notice and this permission notice appear in supporting           *
+ * documentation, and that the name University of Delaware not be used in     *
+ * advertising or publicity pertaining to distribution of the software        *
+ * without specific, written prior permission.  The University of Delaware    *
+ * makes no representations about the suitability this software for any       *
+ * purpose.  It is provided "as is" without express or implied warranty.      *
+ *                                                                            *
+ ******************************************************************************/
+
+/*
+ * Modification history kern_ntptime.c
+ *
+ * 24 Sep 94   David L. Mills
+ *     Tightened code at exits.
+ *
+ * 24 Mar 94   David L. Mills
+ *     Revised syscall interface to include new variables for PPS
+ *     time discipline.
+ *
+ * 14 Feb 94   David L. Mills
+ *     Added code for external clock
+ *
+ * 28 Nov 93   David L. Mills
+ *     Revised frequency scaling to conform with adjusted parameters
+ *
+ * 17 Sep 93   David L. Mills
+ *     Created file
+ */
+/*
+ * ntp_gettime(), ntp_adjtime() - precision time interface for SunOS
+ * V4.1.1 and V4.1.3
+ *
+ * These routines consitute the Network Time Protocol (NTP) interfaces
+ * for user and daemon application programs. The ntp_gettime() routine
+ * provides the time, maximum error (synch distance) and estimated error
+ * (dispersion) to client user application programs. The ntp_adjtime()
+ * routine is used by the NTP daemon to adjust the system clock to an
+ * externally derived time. The time offset and related variables set by
+ * this routine are used by hardclock() to adjust the phase and
+ * frequency of the phase-lock loop which controls the system clock.
+ */
+#include <sys/param.h>
+#include <sys/systm.h>
+#include <sys/kernel.h>
+#include <sys/proc.h>
+#include <sys/timex.h>
+
+#include <sys/mount.h>
+#include <sys/syscallargs.h>
+
+/*
+ * The following variables are used by the hardclock() routine in the
+ * kern_clock.c module and are described in that module. 
+ */
+extern int time_state;         /* clock state */
+extern int time_status;                /* clock status bits */
+extern long time_offset;       /* time adjustment (us) */
+extern long time_freq;         /* frequency offset (scaled ppm) */
+extern long time_maxerror;     /* maximum error (us) */
+extern long time_esterror;     /* estimated error (us) */
+extern long time_constant;     /* pll time constant */
+extern long time_precision;    /* clock precision (us) */
+extern long time_tolerance;    /* frequency tolerance (scaled ppm) */
+
+#ifdef PPS_SYNC
+/*
+ * The following variables are used only if the PPS signal discipline
+ * is configured in the kernel.
+ */
+extern int pps_shift;          /* interval duration (s) (shift) */
+extern long pps_freq;          /* pps frequency offset (scaled ppm) */
+extern long pps_jitter;                /* pps jitter (us) */
+extern long pps_stabil;                /* pps stability (scaled ppm) */
+extern long pps_jitcnt;                /* jitter limit exceeded */
+extern long pps_calcnt;                /* calibration intervals */
+extern long pps_errcnt;                /* calibration errors */
+extern long pps_stbcnt;                /* stability limit exceeded */
+#endif /* PPS_SYNC */
+
+/*
+ * ntp_gettime() - NTP user application interface
+ */
+int
+sys_ntp_gettime(p, v, retval)
+       struct proc *p;
+       void *v;
+       register_t *retval;
+{
+       register struct sys_ntp_gettime_args /* {
+               syscallarg(struct ntptimeval *) tp;
+       } */ *uap = v;
+       struct timeval atv;
+       struct ntptimeval ntv;
+       int error, s;
+
+       if (SCARG(uap, tp)) {
+               s = splclock();
+#ifdef EXT_CLOCK
+               /*
+                * The microtime() external clock routine returns a
+                * status code. If less than zero, we declare an error
+                * in the clock status word and return the kernel
+                * (software) time variable. While there are other
+                * places that call microtime(), this is the only place
+                * that matters from an application point of view.
+                */
+               if (microtime(&atv) < 0) {
+                       time_status |= STA_CLOCKERR;
+                       ntv.time = time;
+               } else
+                       time_status &= ~STA_CLOCKERR;
+#else /* EXT_CLOCK */
+               microtime(&atv);
+#endif /* EXT_CLOCK */
+               ntv.time = atv;
+               ntv.maxerror = time_maxerror;
+               ntv.esterror = time_esterror;
+               (void) splx(s);
+
+               error = copyout((caddr_t)&ntv, (caddr_t)SCARG(uap, tp),
+                   sizeof (ntv));
+       }
+       if (!error) {
+
+               /*
+                * Status word error decode. If any of these conditions
+                * occur, an error is returned, instead of the status
+                * word. Most applications will care only about the fact
+                * the system clock may not be trusted, not about the
+                * details.
+                *
+                * Hardware or software error
+                */
+               if ((time_status & (STA_UNSYNC | STA_CLOCKERR)) ||
+
+               /*
+                * PPS signal lost when either time or frequency
+                * synchronization requested
+                */
+                   (time_status & (STA_PPSFREQ | STA_PPSTIME) &&
+                   !(time_status & STA_PPSSIGNAL)) ||
+
+               /*
+                * PPS jitter exceeded when time synchronization
+                * requested
+                */
+                   (time_status & STA_PPSTIME &&
+                   time_status & STA_PPSJITTER) ||
+
+               /*
+                * PPS wander exceeded or calibration error when
+                * frequency synchronization requested
+                */
+                   (time_status & STA_PPSFREQ &&
+                   time_status & (STA_PPSWANDER | STA_PPSERROR)))
+                       *retval = TIME_ERROR;
+               else
+                       *retval = time_state;
+       }
+       return (error);
+}
+
+/*
+ * ntp_adjtime() - NTP daemon application interface
+ */
+int
+sys_ntp_adjtime(p, v, retval)
+       struct proc *p;
+       void *v;
+       register_t *retval;
+{
+       register struct sys_ntp_adjtime_args /* {
+               syscallarg(struct timex *) tp;
+       } */ *uap = v;
+       struct timex ntv;
+       int modes;
+       int error, s;
+
+       error = copyin((caddr_t)SCARG(uap, tp), (caddr_t)&ntv, sizeof(ntv));
+       if (error)
+               return (error);
+
+       /*
+        * Update selected clock variables - only the superuser can
+        * change anything. Note that there is no error checking here on
+        * the assumption the superuser should know what it is doing.
+        */
+       modes = ntv.modes;
+       if (!suser(p->p_ucred, &p->p_acflag) && modes != 0)
+               return;
+       s = splclock();
+       if (modes & MOD_FREQUENCY)
+#ifdef PPS_SYNC
+               time_freq = ntv.freq - pps_freq;
+#else /* PPS_SYNC */
+               time_freq = ntv.freq;
+#endif /* PPS_SYNC */
+       if (modes & MOD_MAXERROR)
+               time_maxerror = ntv.maxerror;
+       if (modes & MOD_ESTERROR)
+               time_esterror = ntv.esterror;
+       if (modes & MOD_STATUS) {
+               time_status &= STA_RONLY;
+               time_status |= ntv.status & ~STA_RONLY;
+       }
+       if (modes & MOD_TIMECONST)
+               time_constant = ntv.constant;
+       if (modes & MOD_OFFSET)
+               hardupdate(ntv.offset);
+
+       /*
+        * Retrieve all clock variables
+        */
+       if (time_offset < 0)
+               ntv.offset = -(-time_offset >> SHIFT_UPDATE);
+       else
+               ntv.offset = time_offset >> SHIFT_UPDATE;
+#ifdef PPS_SYNC
+       ntv.freq = time_freq + pps_freq;
+#else /* PPS_SYNC */
+       ntv.freq = time_freq;
+#endif /* PPS_SYNC */
+       ntv.maxerror = time_maxerror;
+       ntv.esterror = time_esterror;
+       ntv.status = time_status;
+       ntv.constant = time_constant;
+       ntv.precision = time_precision;
+       ntv.tolerance = time_tolerance;
+#ifdef PPS_SYNC
+       ntv.shift = pps_shift;
+       ntv.ppsfreq = pps_freq;
+       ntv.jitter = pps_jitter >> PPS_AVG;
+       ntv.stabil = pps_stabil;
+       ntv.calcnt = pps_calcnt;
+       ntv.errcnt = pps_errcnt;
+       ntv.jitcnt = pps_jitcnt;
+       ntv.stbcnt = pps_stbcnt;
+#endif /* PPS_SYNC */
+       (void)splx(s);
+
+       error = copyout((caddr_t)&ntv, (caddr_t)SCARG(uap, tp),
+           sizeof(ntv));
+       if (!error) {
+
+               /*
+                * Status word error decode. See comments in
+                * ntp_gettime() routine.
+                */
+               if ((time_status & (STA_UNSYNC | STA_CLOCKERR)) ||
+                   (time_status & (STA_PPSFREQ | STA_PPSTIME) &&
+                   !(time_status & STA_PPSSIGNAL)) ||
+                   (time_status & STA_PPSTIME &&
+                   time_status & STA_PPSJITTER) ||
+                   (time_status & STA_PPSFREQ &&
+                   time_status & (STA_PPSWANDER | STA_PPSERROR)))
+                       *retval = TIME_ERROR;
+               else
+                       *retval = time_state;
+       }
+       return (error);
+}
index 577d9f1..1add2d6 100644 (file)
@@ -210,8 +210,8 @@ char *syscallnames[] = {
        "#173 (unimplemented)",         /* 173 = unimplemented */
        "#174 (unimplemented)",         /* 174 = unimplemented */
        "#175 (unimplemented)",         /* 175 = unimplemented */
-       "#176 (unimplemented)",         /* 176 = unimplemented */
-       "#177 (unimplemented)",         /* 177 = unimplemented */
+       "ntp_adjtime",                  /* 176 = ntp_adjtime */
+       "ntp_gettime",                  /* 177 = ntp_gettime */
        "#178 (unimplemented)",         /* 178 = unimplemented */
        "#179 (unimplemented)",         /* 179 = unimplemented */
        "#180 (unimplemented)",         /* 180 = unimplemented */
index 813c9c5..1cf7b06 100644 (file)
 173    UNIMPL
 174    UNIMPL
 175    UNIMPL
-176    UNIMPL
-177    UNIMPL
+176    STD             { int sys_ntp_adjtime(struct timex *tp); }
+177    STD             { int sys_ntp_gettime(struct ntptimeval *tp); }
 178    UNIMPL
 179    UNIMPL
 180    UNIMPL
index 098fc57..9cbe6ab 100644 (file)
                                /* 169 is compat_10 osemsys */
                                /* 170 is compat_10 omsgsys */
                                /* 171 is compat_10 oshmsys */
+#define        SYS_ntp_adjtime 176
+#define        SYS_ntp_gettime 177
 #define        SYS_setgid      181
 #define        SYS_setegid     182
 #define        SYS_seteuid     183
index 40f7bb2..00f6192 100644 (file)
@@ -741,6 +741,14 @@ struct compat_10_sys_shmsys_args {
        syscallarg(int) a4;
 };
 
+struct sys_ntp_adjtime_args {
+       syscallarg(struct timex *) tp;
+};
+
+struct sys_ntp_gettime_args {
+       syscallarg(struct ntptimeval *) tp;
+};
+
 struct sys_setgid_args {
        syscallarg(gid_t) gid;
 };
@@ -1128,6 +1136,8 @@ int       compat_10_sys_msgsys    __P((struct proc *, void *, register_t *));
 int    compat_10_sys_shmsys    __P((struct proc *, void *, register_t *));
 #else
 #endif
+int    sys_ntp_adjtime __P((struct proc *, void *, register_t *));
+int    sys_ntp_gettime __P((struct proc *, void *, register_t *));
 int    sys_setgid      __P((struct proc *, void *, register_t *));
 int    sys_setegid     __P((struct proc *, void *, register_t *));
 int    sys_seteuid     __P((struct proc *, void *, register_t *));
diff --git a/sys/sys/timex.h b/sys/sys/timex.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..b352b9e
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,293 @@
+/******************************************************************************
+ *                                                                            *
+ * Copyright (c) David L. Mills 1993, 1994                                    *
+ *                                                                            *
+ * Permission to use, copy, modify, and distribute this software and its      *
+ * documentation for any purpose and without fee is hereby granted, provided  *
+ * that the above copyright notice appears in all copies and that both the    *
+ * copyright notice and this permission notice appear in supporting           *
+ * documentation, and that the name University of Delaware not be used in     *
+ * advertising or publicity pertaining to distribution of the software        *
+ * without specific, written prior permission.  The University of Delaware    *
+ * makes no representations about the suitability this software for any       *
+ * purpose.  It is provided "as is" without express or implied warranty.      *
+ *                                                                            *
+ ******************************************************************************/
+
+/*
+ * Modification history timex.h
+ *
+ * 26 Sep 94   David L. Mills
+ *     Added defines for hybrid phase/frequency-lock loop.
+ *
+ * 19 Mar 94   David L. Mills
+ *     Moved defines from kernel routines to header file and added new
+ *     defines for PPS phase-lock loop.
+ *
+ * 20 Feb 94   David L. Mills
+ *     Revised status codes and structures for external clock and PPS
+ *     signal discipline.
+ *
+ * 28 Nov 93   David L. Mills
+ *     Adjusted parameters to improve stability and increase poll
+ *     interval.
+ *
+ * 17 Sep 93    David L. Mills
+ *      Created file
+ */
+/*
+ * This header file defines the Network Time Protocol (NTP) interfaces
+ * for user and daemon application programs. These are implemented using
+ * private syscalls and data structures and require specific kernel
+ * support.
+ *
+ * NAME
+ *     ntp_gettime - NTP user application interface
+ *
+ * SYNOPSIS
+ *     #include <sys/timex.h>
+ *
+ *     int syscall(SYS_ntp_gettime, tptr)
+ *
+ *     int SYS_ntp_gettime             defined in syscall.h header file
+ *     struct ntptimeval *tptr         pointer to ntptimeval structure
+ *
+ * NAME
+ *     ntp_adjtime - NTP daemon application interface
+ *
+ * SYNOPSIS
+ *     #include <sys/timex.h>
+ *
+ *     int syscall(SYS_ntp_adjtime, mode, tptr)
+ *
+ *     int SYS_ntp_adjtime             defined in syscall.h header file
+ *     struct timex *tptr              pointer to timex structure
+ *
+ */
+#ifndef _SYS_TIMEX_H_
+#define _SYS_TIMEX_H_ 1
+
+#include <sys/syscall.h>
+
+/*
+ * The following defines establish the engineering parameters of the
+ * phase-lock loop (PLL) model used in the kernel implementation. These
+ * parameters have been carefully chosen by analysis for good stability
+ * and wide dynamic range.
+ *
+ * The hz variable is defined in the kernel build environment. It
+ * establishes the timer interrupt frequency, 100 Hz for the SunOS
+ * kernel, 256 Hz for the Ultrix kernel and 1024 Hz for the OSF/1
+ * kernel. SHIFT_HZ expresses the same value as the nearest power of two
+ * in order to avoid hardware multiply operations.
+ *
+ * SHIFT_KG and SHIFT_KF establish the damping of the PLL and are chosen
+ * for a slightly underdamped convergence characteristic. SHIFT_KH
+ * establishes the damping of the FLL and is chosen by wisdom and black
+ * art.
+ *
+ * MAXTC establishes the maximum time constant of the PLL. With the
+ * SHIFT_KG and SHIFT_KF values given and a time constant range from
+ * zero to MAXTC, the PLL will converge in 15 minutes to 16 hours,
+ * respectively.
+ */
+#define SHIFT_HZ 7             /* log2(hz) */
+#define SHIFT_KG 6             /* phase factor (shift) */
+#define SHIFT_KF 16            /* PLL frequency factor (shift) */
+#define SHIFT_KH 2             /* FLL frequency factor (shift) */
+#define MAXTC 6                        /* maximum time constant (shift) */
+
+/*
+ * The following defines establish the scaling of the various variables
+ * used by the PLL. They are chosen to allow the greatest precision
+ * possible without overflow of a 32-bit word.
+ *
+ * SHIFT_SCALE defines the scaling (shift) of the time_phase variable,
+ * which serves as a an extension to the low-order bits of the system
+ * clock variable time.tv_usec.
+ *
+ * SHIFT_UPDATE defines the scaling (shift) of the time_offset variable,
+ * which represents the current time offset with respect to standard
+ * time.
+ *
+ * SHIFT_USEC defines the scaling (shift) of the time_freq and
+ * time_tolerance variables, which represent the current frequency
+ * offset and maximum frequency tolerance.
+ *
+ * FINEUSEC is 1 us in SHIFT_UPDATE units of the time_phase variable.
+ */
+#define SHIFT_SCALE 22         /* phase scale (shift) */
+#define SHIFT_UPDATE (SHIFT_KG + MAXTC) /* time offset scale (shift) */
+#define SHIFT_USEC 16          /* frequency offset scale (shift) */
+#define FINEUSEC (1L << SHIFT_SCALE) /* 1 us in phase units */
+
+/*
+ * The following defines establish the performance envelope of the PLL.
+ * They insure it operates within predefined limits, in order to satisfy
+ * correctness assertions. An excursion which exceeds these bounds is
+ * clamped to the bound and operation proceeds accordingly. In practice,
+ * this can occur only if something has failed or is operating out of
+ * tolerance, but otherwise the PLL continues to operate in a stable
+ * mode.
+ *
+ * MAXPHASE must be set greater than or equal to CLOCK.MAX (128 ms), as
+ * defined in the NTP specification. CLOCK.MAX establishes the maximum
+ * time offset allowed before the system time is reset, rather than
+ * incrementally adjusted. Here, the maximum offset is clamped to
+ * MAXPHASE only in order to prevent overflow errors due to defective
+ * protocol implementations.
+ *
+ * MAXFREQ is the maximum frequency tolerance of the CPU clock
+ * oscillator plus the maximum slew rate allowed by the protocol. It
+ * should be set to at least the frequency tolerance of the oscillator
+ * plus 100 ppm for vernier frequency adjustments. If the kernel
+ * PPS discipline code is configured (PPS_SYNC), the oscillator time and
+ * frequency are disciplined to an external source, presumably with
+ * negligible time and frequency error relative to UTC, and MAXFREQ can
+ * be reduced.
+ *
+ * MAXTIME is the maximum jitter tolerance of the PPS signal if the
+ * kernel PPS discipline code is configured (PPS_SYNC).
+ *
+ * MINSEC and MAXSEC define the lower and upper bounds on the interval
+ * between protocol updates.
+ */
+#define MAXPHASE 512000L       /* max phase error (us) */
+#ifdef PPS_SYNC
+#define MAXFREQ (512L << SHIFT_USEC) /* max freq error (100 ppm) */
+#define MAXTIME (200L << PPS_AVG) /* max PPS error (jitter) (200 us) */
+#else
+#define MAXFREQ (512L << SHIFT_USEC) /* max freq error (200 ppm) */
+#endif /* PPS_SYNC */
+#define MINSEC 16L             /* min interval between updates (s) */
+#define MAXSEC 1200L           /* max interval between updates (s) */
+
+#ifdef PPS_SYNC
+/*
+ * The following defines are used only if a pulse-per-second (PPS)
+ * signal is available and connected via a modem control lead, such as
+ * produced by the optional ppsclock feature incorporated in the Sun
+ * asynch driver. They establish the design parameters of the frequency-
+ * lock loop used to discipline the CPU clock oscillator to the PPS
+ * signal.
+ *
+ * PPS_AVG is the averaging factor for the frequency loop, as well as
+ * the time and frequency dispersion.
+ *
+ * PPS_SHIFT and PPS_SHIFTMAX specify the minimum and maximum
+ * calibration intervals, respectively, in seconds as a power of two.
+ *
+ * PPS_VALID is the maximum interval before the PPS signal is considered
+ * invalid and protocol updates used directly instead.
+ *
+ * MAXGLITCH is the maximum interval before a time offset of more than
+ * MAXTIME is believed.
+ */
+#define PPS_AVG 2              /* pps averaging constant (shift) */
+#define PPS_SHIFT 2            /* min interval duration (s) (shift) */
+#define PPS_SHIFTMAX 8         /* max interval duration (s) (shift) */
+#define PPS_VALID 120          /* pps signal watchdog max (s) */
+#define MAXGLITCH 30           /* pps signal glitch max (s) */
+#endif /* PPS_SYNC */
+
+/*
+ * The following defines and structures define the user interface for
+ * the ntp_gettime() and ntp_adjtime() system calls.
+ *
+ * Control mode codes (timex.modes)
+ */
+#define MOD_OFFSET     0x0001  /* set time offset */
+#define MOD_FREQUENCY  0x0002  /* set frequency offset */
+#define MOD_MAXERROR   0x0004  /* set maximum time error */
+#define MOD_ESTERROR   0x0008  /* set estimated time error */
+#define MOD_STATUS     0x0010  /* set clock status bits */
+#define MOD_TIMECONST  0x0020  /* set pll time constant */
+#define MOD_CLKB       0x4000  /* set clock B */
+#define MOD_CLKA       0x8000  /* set clock A */
+
+/*
+ * Status codes (timex.status)
+ */
+#define STA_PLL                0x0001  /* enable PLL updates (rw) */
+#define STA_PPSFREQ    0x0002  /* enable PPS freq discipline (rw) */
+#define STA_PPSTIME    0x0004  /* enable PPS time discipline (rw) */
+#define STA_FLL                0x0008  /* select frequency-lock mode (rw) */
+
+#define STA_INS                0x0010  /* insert leap (rw) */
+#define STA_DEL                0x0020  /* delete leap (rw) */
+#define STA_UNSYNC     0x0040  /* clock unsynchronized (rw) */
+#define STA_FREQHOLD   0x0080  /* hold frequency (rw) */
+
+#define STA_PPSSIGNAL  0x0100  /* PPS signal present (ro) */
+#define STA_PPSJITTER  0x0200  /* PPS signal jitter exceeded (ro) */
+#define STA_PPSWANDER  0x0400  /* PPS signal wander exceeded (ro) */
+#define STA_PPSERROR   0x0800  /* PPS signal calibration error (ro) */
+
+#define STA_CLOCKERR   0x1000  /* clock hardware fault (ro) */
+
+#define STA_RONLY (STA_PPSSIGNAL | STA_PPSJITTER | STA_PPSWANDER | \
+    STA_PPSERROR | STA_CLOCKERR) /* read-only bits */
+
+/*
+ * Clock states (time_state)
+ */
+#define TIME_OK                0       /* no leap second warning */
+#define TIME_INS       1       /* insert leap second warning */
+#define TIME_DEL       2       /* delete leap second warning */
+#define TIME_OOP       3       /* leap second in progress */
+#define TIME_WAIT      4       /* leap second has occured */
+#define TIME_ERROR     5       /* clock not synchronized */
+
+/*
+ * NTP user interface (ntp_gettime()) - used to read kernel clock values
+ *
+ * Note: maximum error = NTP synch distance = dispersion + delay / 2;
+ * estimated error = NTP dispersion.
+ */
+struct ntptimeval {
+       struct timeval time;    /* current time (ro) */
+       long maxerror;          /* maximum error (us) (ro) */
+       long esterror;          /* estimated error (us) (ro) */
+};
+
+/*
+ * NTP daemon interface - (ntp_adjtime()) used to discipline CPU clock
+ * oscillator
+ */
+struct timex {
+       unsigned int modes;     /* clock mode bits (wo) */
+       long offset;            /* time offset (us) (rw) */
+       long freq;              /* frequency offset (scaled ppm) (rw) */
+       long maxerror;          /* maximum error (us) (rw) */
+       long esterror;          /* estimated error (us) (rw) */
+       int status;             /* clock status bits (rw) */
+       long constant;          /* pll time constant (rw) */
+       long precision;         /* clock precision (us) (ro) */
+       long tolerance;         /* clock frequency tolerance (scaled
+                                * ppm) (ro) */
+       /*
+        * The following read-only structure members are implemented
+        * only if the PPS signal discipline is configured in the
+        * kernel.
+        */
+       long ppsfreq;           /* pps frequency (scaled ppm) (ro) */
+       long jitter;            /* pps jitter (us) (ro) */
+       int shift;              /* interval duration (s) (shift) (ro) */
+       long stabil;            /* pps stability (scaled ppm) (ro) */
+       long jitcnt;            /* jitter limit exceeded (ro) */
+       long calcnt;            /* calibration intervals (ro) */
+       long errcnt;            /* calibration errors (ro) */
+       long stbcnt;            /* stability limit exceeded (ro) */
+
+};
+
+#ifndef _KERNEL
+#include <sys/cdefs.h>
+
+__BEGIN_DECLS
+extern int ntp_gettime        __P((struct ntptimeval *));
+extern int ntp_adjtime        __P((struct timex *));
+__END_DECLS
+
+#endif /* not _KERNEL */
+#endif /* _SYS_TIMEX_H_ */