Documentation/power/opp.rst

   1 ==========================================
   2 Operating Performance Points (OPP) Library
   3 ==========================================
   4
   5 (C) 2009-2010 Nishanth Menon <nm@ti.com>, Texas Instruments Incorporated
   6
   7 .. Contents
   8
   9   1. Introduction
  10   2. Initial OPP List Registration
  11   3. OPP Search Functions
  12   4. OPP Availability Control Functions
  13   5. OPP Data Retrieval Functions
  14   6. Data Structures
  15
  16 1. Introduction
  17 ===============
  18
  19 1.1 What is an Operating Performance Point (OPP)?
  20 -------------------------------------------------
  21
  22 Complex SoCs of today consists of a multiple sub-modules working in conjunction.
  23 In an operational system executing varied use cases, not all modules in the SoC
  24 need to function at their highest performing frequency all the time. To
  25 facilitate this, sub-modules in a SoC are grouped into domains, allowing some
  26 domains to run at lower voltage and frequency while other domains run at
  27 voltage/frequency pairs that are higher.
  28
  29 The set of discrete tuples consisting of frequency and voltage pairs that
  30 the device will support per domain are called Operating Performance Points or
  31 OPPs.
  32
  33 As an example:
  34
  35 Let us consider an MPU device which supports the following:
  36 {300MHz at minimum voltage of 1V}, {800MHz at minimum voltage of 1.2V},
  37 {1GHz at minimum voltage of 1.3V}
  38
  39 We can represent these as three OPPs as the following {Hz, uV} tuples:
  40
  41 - {300000000, 1000000}
  42 - {800000000, 1200000}
  43 - {1000000000, 1300000}
  44
  45 1.2 Operating Performance Points Library
  46 ----------------------------------------
  47
  48 OPP library provides a set of helper functions to organize and query the OPP
  49 information. The library is located in drivers/opp/ directory and the header
  50 is located in include/linux/pm_opp.h. OPP library can be enabled by enabling
  51 CONFIG_PM_OPP from power management menuconfig menu. Certain SoCs such as Texas
  52 Instrument's OMAP framework allows to optionally boot at a certain OPP without
  53 needing cpufreq.
  54
  55 Typical usage of the OPP library is as follows::
  56
  57  (users)        -> registers a set of default OPPs              -> (library)
  58  SoC framework  -> modifies on required cases certain OPPs      -> OPP layer
  59                 -> queries to search/retrieve information       ->
  60
  61 OPP layer expects each domain to be represented by a unique device pointer. SoC
  62 framework registers a set of initial OPPs per device with the OPP layer. This
  63 list is expected to be an optimally small number typically around 5 per device.
  64 This initial list contains a set of OPPs that the framework expects to be safely
  65 enabled by default in the system.
  66
  67 Note on OPP Availability
  68 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
  69
  70 As the system proceeds to operate, SoC framework may choose to make certain
  71 OPPs available or not available on each device based on various external
  72 factors. Example usage: Thermal management or other exceptional situations where
  73 SoC framework might choose to disable a higher frequency OPP to safely continue
  74 operations until that OPP could be re-enabled if possible.
  75
  76 OPP library facilitates this concept in its implementation. The following
  77 operational functions operate only on available opps:
  78 dev_pm_opp_find_freq_{ceil, floor}, dev_pm_opp_get_voltage, dev_pm_opp_get_freq,
  79 dev_pm_opp_get_opp_count.
  80
  81 dev_pm_opp_find_freq_exact is meant to be used to find the opp pointer
  82 which can then be used for dev_pm_opp_enable/disable functions to make an
  83 opp available as required.
  84
  85 WARNING: Users of OPP library should refresh their availability count using
  86 get_opp_count if dev_pm_opp_enable/disable functions are invoked for a
  87 device, the exact mechanism to trigger these or the notification mechanism
  88 to other dependent subsystems such as cpufreq are left to the discretion of
  89 the SoC specific framework which uses the OPP library. Similar care needs
  90 to be taken care to refresh the cpufreq table in cases of these operations.
  91
  92 2. Initial OPP List Registration
  93 ================================
  94 The SoC implementation calls dev_pm_opp_add function iteratively to add OPPs per
  95 device. It is expected that the SoC framework will register the OPP entries
  96 optimally- typical numbers range to be less than 5. The list generated by
  97 registering the OPPs is maintained by OPP library throughout the device
  98 operation. The SoC framework can subsequently control the availability of the
  99 OPPs dynamically using the dev_pm_opp_enable / disable functions.
 100
 101 dev_pm_opp_add
 102         Add a new OPP for a specific domain represented by the device pointer.
 103         The OPP is defined using the frequency and voltage. Once added, the OPP
 104         is assumed to be available and control of its availability can be done
 105         with the dev_pm_opp_enable/disable functions. OPP library
 106         internally stores and manages this information in the dev_pm_opp struct.
 107         This function may be used by SoC framework to define a optimal list
 108         as per the demands of SoC usage environment.
 109
 110         WARNING:
 111                 Do not use this function in interrupt context.
 112
 113         Example::
 114
 115          soc_pm_init()
 116          {
 117                 /* Do things */
 118                 r = dev_pm_opp_add(mpu_dev, 1000000, 900000);
 119                 if (!r) {
 120                         pr_err("%s: unable to register mpu opp(%d)\n", r);
 121                         goto no_cpufreq;
 122                 }
 123                 /* Do cpufreq things */
 124          no_cpufreq:
 125                 /* Do remaining things */
 126          }
 127
 128 3. OPP Search Functions
 129 =======================
 130 High level framework such as cpufreq operates on frequencies. To map the
 131 frequency back to the corresponding OPP, OPP library provides handy functions
 132 to search the OPP list that OPP library internally manages. These search
 133 functions return the matching pointer representing the opp if a match is
 134 found, else returns error. These errors are expected to be handled by standard
 135 error checks such as IS_ERR() and appropriate actions taken by the caller.
 136
 137 Callers of these functions shall call dev_pm_opp_put() after they have used the
 138 OPP. Otherwise the memory for the OPP will never get freed and result in
 139 memleak.
 140
 141 dev_pm_opp_find_freq_exact
 142         Search for an OPP based on an *exact* frequency and
 143         availability. This function is especially useful to enable an OPP which
 144         is not available by default.
 145         Example: In a case when SoC framework detects a situation where a
 146         higher frequency could be made available, it can use this function to
 147         find the OPP prior to call the dev_pm_opp_enable to actually make
 148         it available::
 149
 150          opp = dev_pm_opp_find_freq_exact(dev, 1000000000, false);
 151          dev_pm_opp_put(opp);
 152          /* dont operate on the pointer.. just do a sanity check.. */
 153          if (IS_ERR(opp)) {
 154                 pr_err("frequency not disabled!\n");
 155                 /* trigger appropriate actions.. */
 156          } else {
 157                 dev_pm_opp_enable(dev,1000000000);
 158          }
 159
 160         NOTE:
 161           This is the only search function that operates on OPPs which are
 162           not available.
 163
 164 dev_pm_opp_find_freq_floor
 165         Search for an available OPP which is *at most* the
 166         provided frequency. This function is useful while searching for a lesser
 167         match OR operating on OPP information in the order of decreasing
 168         frequency.
 169         Example: To find the highest opp for a device::
 170
 171          freq = ULONG_MAX;
 172          opp = dev_pm_opp_find_freq_floor(dev, &freq);
 173          dev_pm_opp_put(opp);
 174
 175 dev_pm_opp_find_freq_ceil
 176         Search for an available OPP which is *at least* the
 177         provided frequency. This function is useful while searching for a
 178         higher match OR operating on OPP information in the order of increasing
 179         frequency.
 180         Example 1: To find the lowest opp for a device::
 181
 182          freq = 0;
 183          opp = dev_pm_opp_find_freq_ceil(dev, &freq);
 184          dev_pm_opp_put(opp);
 185
 186         Example 2: A simplified implementation of a SoC cpufreq_driver->target::
 187
 188          soc_cpufreq_target(..)
 189          {
 190                 /* Do stuff like policy checks etc. */
 191                 /* Find the best frequency match for the req */
 192                 opp = dev_pm_opp_find_freq_ceil(dev, &freq);
 193                 dev_pm_opp_put(opp);
 194                 if (!IS_ERR(opp))
 195                         soc_switch_to_freq_voltage(freq);
 196                 else
 197                         /* do something when we can't satisfy the req */
 198                 /* do other stuff */
 199          }
 200
 201 4. OPP Availability Control Functions
 202 =====================================
 203 A default OPP list registered with the OPP library may not cater to all possible
 204 situation. The OPP library provides a set of functions to modify the
 205 availability of a OPP within the OPP list. This allows SoC frameworks to have
 206 fine grained dynamic control of which sets of OPPs are operationally available.
 207 These functions are intended to *temporarily* remove an OPP in conditions such
 208 as thermal considerations (e.g. don't use OPPx until the temperature drops).
 209
 210 WARNING:
 211         Do not use these functions in interrupt context.
 212
 213 dev_pm_opp_enable
 214         Make a OPP available for operation.
 215         Example: Lets say that 1GHz OPP is to be made available only if the
 216         SoC temperature is lower than a certain threshold. The SoC framework
 217         implementation might choose to do something as follows::
 218
 219          if (cur_temp < temp_low_thresh) {
 220                 /* Enable 1GHz if it was disabled */
 221                 opp = dev_pm_opp_find_freq_exact(dev, 1000000000, false);
 222                 dev_pm_opp_put(opp);
 223                 /* just error check */
 224                 if (!IS_ERR(opp))
 225                         ret = dev_pm_opp_enable(dev, 1000000000);
 226                 else
 227                         goto try_something_else;
 228          }
 229
 230 dev_pm_opp_disable
 231         Make an OPP to be not available for operation
 232         Example: Lets say that 1GHz OPP is to be disabled if the temperature
 233         exceeds a threshold value. The SoC framework implementation might
 234         choose to do something as follows::
 235
 236          if (cur_temp > temp_high_thresh) {
 237                 /* Disable 1GHz if it was enabled */
 238                 opp = dev_pm_opp_find_freq_exact(dev, 1000000000, true);
 239                 dev_pm_opp_put(opp);
 240                 /* just error check */
 241                 if (!IS_ERR(opp))
 242                         ret = dev_pm_opp_disable(dev, 1000000000);
 243                 else
 244                         goto try_something_else;
 245          }
 246
 247 5. OPP Data Retrieval Functions
 248 ===============================
 249 Since OPP library abstracts away the OPP information, a set of functions to pull
 250 information from the dev_pm_opp structure is necessary. Once an OPP pointer is
 251 retrieved using the search functions, the following functions can be used by SoC
 252 framework to retrieve the information represented inside the OPP layer.
 253
 254 dev_pm_opp_get_voltage
 255         Retrieve the voltage represented by the opp pointer.
 256         Example: At a cpufreq transition to a different frequency, SoC
 257         framework requires to set the voltage represented by the OPP using
 258         the regulator framework to the Power Management chip providing the
 259         voltage::
 260
 261          soc_switch_to_freq_voltage(freq)
 262          {
 263                 /* do things */
 264                 opp = dev_pm_opp_find_freq_ceil(dev, &freq);
 265                 v = dev_pm_opp_get_voltage(opp);
 266                 dev_pm_opp_put(opp);
 267                 if (v)
 268                         regulator_set_voltage(.., v);
 269                 /* do other things */
 270          }
 271
 272 dev_pm_opp_get_freq
 273         Retrieve the freq represented by the opp pointer.
 274         Example: Lets say the SoC framework uses a couple of helper functions
 275         we could pass opp pointers instead of doing additional parameters to
 276         handle quiet a bit of data parameters::
 277
 278          soc_cpufreq_target(..)
 279          {
 280                 /* do things.. */
 281                  max_freq = ULONG_MAX;
 282                  max_opp = dev_pm_opp_find_freq_floor(dev,&max_freq);
 283                  requested_opp = dev_pm_opp_find_freq_ceil(dev,&freq);
 284                  if (!IS_ERR(max_opp) && !IS_ERR(requested_opp))
 285                         r = soc_test_validity(max_opp, requested_opp);
 286                  dev_pm_opp_put(max_opp);
 287                  dev_pm_opp_put(requested_opp);
 288                 /* do other things */
 289          }
 290          soc_test_validity(..)
 291          {
 292                  if(dev_pm_opp_get_voltage(max_opp) < dev_pm_opp_get_voltage(requested_opp))
 293                          return -EINVAL;
 294                  if(dev_pm_opp_get_freq(max_opp) < dev_pm_opp_get_freq(requested_opp))
 295                          return -EINVAL;
 296                 /* do things.. */
 297          }
 298
 299 dev_pm_opp_get_opp_count
 300         Retrieve the number of available opps for a device
 301         Example: Lets say a co-processor in the SoC needs to know the available
 302         frequencies in a table, the main processor can notify as following::
 303
 304          soc_notify_coproc_available_frequencies()
 305          {
 306                 /* Do things */
 307                 num_available = dev_pm_opp_get_opp_count(dev);
 308                 speeds = kcalloc(num_available, sizeof(u32), GFP_KERNEL);
 309                 /* populate the table in increasing order */
 310                 freq = 0;
 311                 while (!IS_ERR(opp = dev_pm_opp_find_freq_ceil(dev, &freq))) {
 312                         speeds[i] = freq;
 313                         freq++;
 314                         i++;
 315                         dev_pm_opp_put(opp);
 316                 }
 317
 318                 soc_notify_coproc(AVAILABLE_FREQs, speeds, num_available);
 319                 /* Do other things */
 320          }
 321
 322 6. Data Structures
 323 ==================
 324 Typically an SoC contains multiple voltage domains which are variable. Each
 325 domain is represented by a device pointer. The relationship to OPP can be
 326 represented as follows::
 327
 328   SoC
 329    |- device 1
 330    |    |- opp 1 (availability, freq, voltage)
 331    |    |- opp 2 ..
 332    ...  ...
 333    |    `- opp n ..
 334    |- device 2
 335    ...
 336    `- device m
 337
 338 OPP library maintains a internal list that the SoC framework populates and
 339 accessed by various functions as described above. However, the structures
 340 representing the actual OPPs and domains are internal to the OPP library itself
 341 to allow for suitable abstraction reusable across systems.
 342
 343 struct dev_pm_opp
 344         The internal data structure of OPP library which is used to
 345         represent an OPP. In addition to the freq, voltage, availability
 346         information, it also contains internal book keeping information required
 347         for the OPP library to operate on.  Pointer to this structure is
 348         provided back to the users such as SoC framework to be used as a
 349         identifier for OPP in the interactions with OPP layer.
 350
 351         WARNING:
 352           The struct dev_pm_opp pointer should not be parsed or modified by the
 353           users. The defaults of for an instance is populated by
 354           dev_pm_opp_add, but the availability of the OPP can be modified
 355           by dev_pm_opp_enable/disable functions.
 356
 357 struct device
 358         This is used to identify a domain to the OPP layer. The
 359         nature of the device and its implementation is left to the user of
 360         OPP library such as the SoC framework.
 361
 362 Overall, in a simplistic view, the data structure operations is represented as
 363 following::
 364
 365   Initialization / modification:
 366               +-----+        /- dev_pm_opp_enable
 367   dev_pm_opp_add --> | opp | <-------
 368     |         +-----+        \- dev_pm_opp_disable
 369     \-------> domain_info(device)
 370
 371   Search functions:
 372                /-- dev_pm_opp_find_freq_ceil  ---\   +-----+
 373   domain_info<---- dev_pm_opp_find_freq_exact -----> | opp |
 374                \-- dev_pm_opp_find_freq_floor ---/   +-----+
 375
 376   Retrieval functions:
 377   +-----+     /- dev_pm_opp_get_voltage
 378   | opp | <---
 379   +-----+     \- dev_pm_opp_get_freq
 380
 381   domain_info <- dev_pm_opp_get_opp_count