Merge tag 'scsi-fixes' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/jejb/scsi
[cris-mirror.git] / Documentation / PCI / pci-error-recovery.txt
blob0b6bb3ef449ee7a8ee45afe9b4be61a2859ac8e3
2                        PCI Error Recovery
3                        ------------------
4                         February 2, 2006
6                  Current document maintainer:
7              Linas Vepstas <linasvepstas@gmail.com>
8           updated by Richard Lary <rlary@us.ibm.com>
9        and Mike Mason <mmlnx@us.ibm.com> on 27-Jul-2009
12 Many PCI bus controllers are able to detect a variety of hardware
13 PCI errors on the bus, such as parity errors on the data and address
14 buses, as well as SERR and PERR errors.  Some of the more advanced
15 chipsets are able to deal with these errors; these include PCI-E chipsets,
16 and the PCI-host bridges found on IBM Power4, Power5 and Power6-based
17 pSeries boxes. A typical action taken is to disconnect the affected device,
18 halting all I/O to it.  The goal of a disconnection is to avoid system
19 corruption; for example, to halt system memory corruption due to DMA's
20 to "wild" addresses. Typically, a reconnection mechanism is also
21 offered, so that the affected PCI device(s) are reset and put back
22 into working condition. The reset phase requires coordination
23 between the affected device drivers and the PCI controller chip.
24 This document describes a generic API for notifying device drivers
25 of a bus disconnection, and then performing error recovery.
26 This API is currently implemented in the 2.6.16 and later kernels.
28 Reporting and recovery is performed in several steps. First, when
29 a PCI hardware error has resulted in a bus disconnect, that event
30 is reported as soon as possible to all affected device drivers,
31 including multiple instances of a device driver on multi-function
32 cards. This allows device drivers to avoid deadlocking in spinloops,
33 waiting for some i/o-space register to change, when it never will.
34 It also gives the drivers a chance to defer incoming I/O as
35 needed.
37 Next, recovery is performed in several stages. Most of the complexity
38 is forced by the need to handle multi-function devices, that is,
39 devices that have multiple device drivers associated with them.
40 In the first stage, each driver is allowed to indicate what type
41 of reset it desires, the choices being a simple re-enabling of I/O
42 or requesting a slot reset.
44 If any driver requests a slot reset, that is what will be done.
46 After a reset and/or a re-enabling of I/O, all drivers are
47 again notified, so that they may then perform any device setup/config
48 that may be required.  After these have all completed, a final
49 "resume normal operations" event is sent out.
51 The biggest reason for choosing a kernel-based implementation rather
52 than a user-space implementation was the need to deal with bus
53 disconnects of PCI devices attached to storage media, and, in particular,
54 disconnects from devices holding the root file system.  If the root
55 file system is disconnected, a user-space mechanism would have to go
56 through a large number of contortions to complete recovery. Almost all
57 of the current Linux file systems are not tolerant of disconnection
58 from/reconnection to their underlying block device. By contrast,
59 bus errors are easy to manage in the device driver. Indeed, most
60 device drivers already handle very similar recovery procedures;
61 for example, the SCSI-generic layer already provides significant
62 mechanisms for dealing with SCSI bus errors and SCSI bus resets.
65 Detailed Design
66 ---------------
67 Design and implementation details below, based on a chain of
68 public email discussions with Ben Herrenschmidt, circa 5 April 2005.
70 The error recovery API support is exposed to the driver in the form of
71 a structure of function pointers pointed to by a new field in struct
72 pci_driver. A driver that fails to provide the structure is "non-aware",
73 and the actual recovery steps taken are platform dependent.  The
74 arch/powerpc implementation will simulate a PCI hotplug remove/add.
76 This structure has the form:
77 struct pci_error_handlers
79         int (*error_detected)(struct pci_dev *dev, enum pci_channel_state);
80         int (*mmio_enabled)(struct pci_dev *dev);
81         int (*slot_reset)(struct pci_dev *dev);
82         void (*resume)(struct pci_dev *dev);
85 The possible channel states are:
86 enum pci_channel_state {
87         pci_channel_io_normal,  /* I/O channel is in normal state */
88         pci_channel_io_frozen,  /* I/O to channel is blocked */
89         pci_channel_io_perm_failure, /* PCI card is dead */
92 Possible return values are:
93 enum pci_ers_result {
94         PCI_ERS_RESULT_NONE,        /* no result/none/not supported in device driver */
95         PCI_ERS_RESULT_CAN_RECOVER, /* Device driver can recover without slot reset */
96         PCI_ERS_RESULT_NEED_RESET,  /* Device driver wants slot to be reset. */
97         PCI_ERS_RESULT_DISCONNECT,  /* Device has completely failed, is unrecoverable */
98         PCI_ERS_RESULT_RECOVERED,   /* Device driver is fully recovered and operational */
101 A driver does not have to implement all of these callbacks; however,
102 if it implements any, it must implement error_detected(). If a callback
103 is not implemented, the corresponding feature is considered unsupported.
104 For example, if mmio_enabled() and resume() aren't there, then it
105 is assumed that the driver is not doing any direct recovery and requires
106 a slot reset.  Typically a driver will want to know about
107 a slot_reset().
109 The actual steps taken by a platform to recover from a PCI error
110 event will be platform-dependent, but will follow the general
111 sequence described below.
113 STEP 0: Error Event
114 -------------------
115 A PCI bus error is detected by the PCI hardware.  On powerpc, the slot
116 is isolated, in that all I/O is blocked: all reads return 0xffffffff,
117 all writes are ignored.
120 STEP 1: Notification
121 --------------------
122 Platform calls the error_detected() callback on every instance of
123 every driver affected by the error.
125 At this point, the device might not be accessible anymore, depending on
126 the platform (the slot will be isolated on powerpc). The driver may
127 already have "noticed" the error because of a failing I/O, but this
128 is the proper "synchronization point", that is, it gives the driver
129 a chance to cleanup, waiting for pending stuff (timers, whatever, etc...)
130 to complete; it can take semaphores, schedule, etc... everything but
131 touch the device. Within this function and after it returns, the driver
132 shouldn't do any new IOs. Called in task context. This is sort of a
133 "quiesce" point. See note about interrupts at the end of this doc.
135 All drivers participating in this system must implement this call.
136 The driver must return one of the following result codes:
137                 - PCI_ERS_RESULT_CAN_RECOVER:
138                   Driver returns this if it thinks it might be able to recover
139                   the HW by just banging IOs or if it wants to be given
140                   a chance to extract some diagnostic information (see
141                   mmio_enable, below).
142                 - PCI_ERS_RESULT_NEED_RESET:
143                   Driver returns this if it can't recover without a
144                   slot reset.
145                 - PCI_ERS_RESULT_DISCONNECT:
146                   Driver returns this if it doesn't want to recover at all.
148 The next step taken will depend on the result codes returned by the
149 drivers.
151 If all drivers on the segment/slot return PCI_ERS_RESULT_CAN_RECOVER,
152 then the platform should re-enable IOs on the slot (or do nothing in
153 particular, if the platform doesn't isolate slots), and recovery
154 proceeds to STEP 2 (MMIO Enable).
156 If any driver requested a slot reset (by returning PCI_ERS_RESULT_NEED_RESET),
157 then recovery proceeds to STEP 4 (Slot Reset).
159 If the platform is unable to recover the slot, the next step
160 is STEP 6 (Permanent Failure).
162 >>> The current powerpc implementation assumes that a device driver will
163 >>> *not* schedule or semaphore in this routine; the current powerpc
164 >>> implementation uses one kernel thread to notify all devices;
165 >>> thus, if one device sleeps/schedules, all devices are affected.
166 >>> Doing better requires complex multi-threaded logic in the error
167 >>> recovery implementation (e.g. waiting for all notification threads
168 >>> to "join" before proceeding with recovery.)  This seems excessively
169 >>> complex and not worth implementing.
171 >>> The current powerpc implementation doesn't much care if the device
172 >>> attempts I/O at this point, or not.  I/O's will fail, returning
173 >>> a value of 0xff on read, and writes will be dropped. If more than
174 >>> EEH_MAX_FAILS I/O's are attempted to a frozen adapter, EEH
175 >>> assumes that the device driver has gone into an infinite loop
176 >>> and prints an error to syslog.  A reboot is then required to
177 >>> get the device working again.
179 STEP 2: MMIO Enabled
180 -------------------
181 The platform re-enables MMIO to the device (but typically not the
182 DMA), and then calls the mmio_enabled() callback on all affected
183 device drivers.
185 This is the "early recovery" call. IOs are allowed again, but DMA is
186 not, with some restrictions. This is NOT a callback for the driver to
187 start operations again, only to peek/poke at the device, extract diagnostic
188 information, if any, and eventually do things like trigger a device local
189 reset or some such, but not restart operations. This callback is made if
190 all drivers on a segment agree that they can try to recover and if no automatic
191 link reset was performed by the HW. If the platform can't just re-enable IOs
192 without a slot reset or a link reset, it will not call this callback, and
193 instead will have gone directly to STEP 3 (Link Reset) or STEP 4 (Slot Reset)
195 >>> The following is proposed; no platform implements this yet:
196 >>> Proposal: All I/O's should be done _synchronously_ from within
197 >>> this callback, errors triggered by them will be returned via
198 >>> the normal pci_check_whatever() API, no new error_detected()
199 >>> callback will be issued due to an error happening here. However,
200 >>> such an error might cause IOs to be re-blocked for the whole
201 >>> segment, and thus invalidate the recovery that other devices
202 >>> on the same segment might have done, forcing the whole segment
203 >>> into one of the next states, that is, link reset or slot reset.
205 The driver should return one of the following result codes:
206                 - PCI_ERS_RESULT_RECOVERED
207                   Driver returns this if it thinks the device is fully
208                   functional and thinks it is ready to start
209                   normal driver operations again. There is no
210                   guarantee that the driver will actually be
211                   allowed to proceed, as another driver on the
212                   same segment might have failed and thus triggered a
213                   slot reset on platforms that support it.
215                 - PCI_ERS_RESULT_NEED_RESET
216                   Driver returns this if it thinks the device is not
217                   recoverable in its current state and it needs a slot
218                   reset to proceed.
220                 - PCI_ERS_RESULT_DISCONNECT
221                   Same as above. Total failure, no recovery even after
222                   reset driver dead. (To be defined more precisely)
224 The next step taken depends on the results returned by the drivers.
225 If all drivers returned PCI_ERS_RESULT_RECOVERED, then the platform
226 proceeds to either STEP3 (Link Reset) or to STEP 5 (Resume Operations).
228 If any driver returned PCI_ERS_RESULT_NEED_RESET, then the platform
229 proceeds to STEP 4 (Slot Reset)
231 STEP 3: Link Reset
232 ------------------
233 The platform resets the link.  This is a PCI-Express specific step
234 and is done whenever a fatal error has been detected that can be
235 "solved" by resetting the link.
237 STEP 4: Slot Reset
238 ------------------
240 In response to a return value of PCI_ERS_RESULT_NEED_RESET, the
241 the platform will perform a slot reset on the requesting PCI device(s).
242 The actual steps taken by a platform to perform a slot reset
243 will be platform-dependent. Upon completion of slot reset, the
244 platform will call the device slot_reset() callback.
246 Powerpc platforms implement two levels of slot reset:
247 soft reset(default) and fundamental(optional) reset.
249 Powerpc soft reset consists of asserting the adapter #RST line and then
250 restoring the PCI BAR's and PCI configuration header to a state
251 that is equivalent to what it would be after a fresh system
252 power-on followed by power-on BIOS/system firmware initialization.
253 Soft reset is also known as hot-reset.
255 Powerpc fundamental reset is supported by PCI Express cards only
256 and results in device's state machines, hardware logic, port states and
257 configuration registers to initialize to their default conditions.
259 For most PCI devices, a soft reset will be sufficient for recovery.
260 Optional fundamental reset is provided to support a limited number
261 of PCI Express devices for which a soft reset is not sufficient
262 for recovery.
264 If the platform supports PCI hotplug, then the reset might be
265 performed by toggling the slot electrical power off/on.
267 It is important for the platform to restore the PCI config space
268 to the "fresh poweron" state, rather than the "last state". After
269 a slot reset, the device driver will almost always use its standard
270 device initialization routines, and an unusual config space setup
271 may result in hung devices, kernel panics, or silent data corruption.
273 This call gives drivers the chance to re-initialize the hardware
274 (re-download firmware, etc.).  At this point, the driver may assume
275 that the card is in a fresh state and is fully functional. The slot
276 is unfrozen and the driver has full access to PCI config space,
277 memory mapped I/O space and DMA. Interrupts (Legacy, MSI, or MSI-X)
278 will also be available.
280 Drivers should not restart normal I/O processing operations
281 at this point.  If all device drivers report success on this
282 callback, the platform will call resume() to complete the sequence,
283 and let the driver restart normal I/O processing.
285 A driver can still return a critical failure for this function if
286 it can't get the device operational after reset.  If the platform
287 previously tried a soft reset, it might now try a hard reset (power
288 cycle) and then call slot_reset() again.  It the device still can't
289 be recovered, there is nothing more that can be done;  the platform
290 will typically report a "permanent failure" in such a case.  The
291 device will be considered "dead" in this case.
293 Drivers for multi-function cards will need to coordinate among
294 themselves as to which driver instance will perform any "one-shot"
295 or global device initialization. For example, the Symbios sym53cxx2
296 driver performs device init only from PCI function 0:
298 +       if (PCI_FUNC(pdev->devfn) == 0)
299 +               sym_reset_scsi_bus(np, 0);
301         Result codes:
302                 - PCI_ERS_RESULT_DISCONNECT
303                 Same as above.
305 Drivers for PCI Express cards that require a fundamental reset must
306 set the needs_freset bit in the pci_dev structure in their probe function.
307 For example, the QLogic qla2xxx driver sets the needs_freset bit for certain
308 PCI card types:
310 +       /* Set EEH reset type to fundamental if required by hba  */
311 +       if (IS_QLA24XX(ha) || IS_QLA25XX(ha) || IS_QLA81XX(ha))
312 +               pdev->needs_freset = 1;
315 Platform proceeds either to STEP 5 (Resume Operations) or STEP 6 (Permanent
316 Failure).
318 >>> The current powerpc implementation does not try a power-cycle
319 >>> reset if the driver returned PCI_ERS_RESULT_DISCONNECT.
320 >>> However, it probably should.
323 STEP 5: Resume Operations
324 -------------------------
325 The platform will call the resume() callback on all affected device
326 drivers if all drivers on the segment have returned
327 PCI_ERS_RESULT_RECOVERED from one of the 3 previous callbacks.
328 The goal of this callback is to tell the driver to restart activity,
329 that everything is back and running. This callback does not return
330 a result code.
332 At this point, if a new error happens, the platform will restart
333 a new error recovery sequence.
335 STEP 6: Permanent Failure
336 -------------------------
337 A "permanent failure" has occurred, and the platform cannot recover
338 the device.  The platform will call error_detected() with a
339 pci_channel_state value of pci_channel_io_perm_failure.
341 The device driver should, at this point, assume the worst. It should
342 cancel all pending I/O, refuse all new I/O, returning -EIO to
343 higher layers. The device driver should then clean up all of its
344 memory and remove itself from kernel operations, much as it would
345 during system shutdown.
347 The platform will typically notify the system operator of the
348 permanent failure in some way.  If the device is hotplug-capable,
349 the operator will probably want to remove and replace the device.
350 Note, however, not all failures are truly "permanent". Some are
351 caused by over-heating, some by a poorly seated card. Many
352 PCI error events are caused by software bugs, e.g. DMA's to
353 wild addresses or bogus split transactions due to programming
354 errors. See the discussion in powerpc/eeh-pci-error-recovery.txt
355 for additional detail on real-life experience of the causes of
356 software errors.
359 Conclusion; General Remarks
360 ---------------------------
361 The way the callbacks are called is platform policy. A platform with
362 no slot reset capability may want to just "ignore" drivers that can't
363 recover (disconnect them) and try to let other cards on the same segment
364 recover. Keep in mind that in most real life cases, though, there will
365 be only one driver per segment.
367 Now, a note about interrupts. If you get an interrupt and your
368 device is dead or has been isolated, there is a problem :)
369 The current policy is to turn this into a platform policy.
370 That is, the recovery API only requires that:
372  - There is no guarantee that interrupt delivery can proceed from any
373 device on the segment starting from the error detection and until the
374 slot_reset callback is called, at which point interrupts are expected
375 to be fully operational.
377  - There is no guarantee that interrupt delivery is stopped, that is,
378 a driver that gets an interrupt after detecting an error, or that detects
379 an error within the interrupt handler such that it prevents proper
380 ack'ing of the interrupt (and thus removal of the source) should just
381 return IRQ_NOTHANDLED. It's up to the platform to deal with that
382 condition, typically by masking the IRQ source during the duration of
383 the error handling. It is expected that the platform "knows" which
384 interrupts are routed to error-management capable slots and can deal
385 with temporarily disabling that IRQ number during error processing (this
386 isn't terribly complex). That means some IRQ latency for other devices
387 sharing the interrupt, but there is simply no other way. High end
388 platforms aren't supposed to share interrupts between many devices
389 anyway :)
391 >>> Implementation details for the powerpc platform are discussed in
392 >>> the file Documentation/powerpc/eeh-pci-error-recovery.txt
394 >>> As of this writing, there is a growing list of device drivers with
395 >>> patches implementing error recovery. Not all of these patches are in
396 >>> mainline yet. These may be used as "examples":
398 >>> drivers/scsi/ipr
399 >>> drivers/scsi/sym53c8xx_2
400 >>> drivers/scsi/qla2xxx
401 >>> drivers/scsi/lpfc
402 >>> drivers/next/bnx2.c
403 >>> drivers/next/e100.c
404 >>> drivers/net/e1000
405 >>> drivers/net/e1000e
406 >>> drivers/net/ixgb
407 >>> drivers/net/ixgbe
408 >>> drivers/net/cxgb3
409 >>> drivers/net/s2io.c
410 >>> drivers/net/qlge
412 The End
413 -------