Documentation/trace/mmiotrace.txt

   1                 In-kernel memory-mapped I/O tracing
   2
   3
   4 Home page and links to optional user space tools:
   5
   6         http://nouveau.freedesktop.org/wiki/MmioTrace
   7
   8 MMIO tracing was originally developed by Intel around 2003 for their Fault
   9 Injection Test Harness. In Dec 2006 - Jan 2007, using the code from Intel,
  10 Jeff Muizelaar created a tool for tracing MMIO accesses with the Nouveau
  11 project in mind. Since then many people have contributed.
  12
  13 Mmiotrace was built for reverse engineering any memory-mapped IO device with
  14 the Nouveau project as the first real user. Only x86 and x86_64 architectures
  15 are supported.
  16
  17 Out-of-tree mmiotrace was originally modified for mainline inclusion and
  18 ftrace framework by Pekka Paalanen <pq@iki.fi>.
  19
  20
  21 Preparation
  22 -----------
  23
  24 Mmiotrace feature is compiled in by the CONFIG_MMIOTRACE option. Tracing is
  25 disabled by default, so it is safe to have this set to yes. SMP systems are
  26 supported, but tracing is unreliable and may miss events if more than one CPU
  27 is on-line, therefore mmiotrace takes all but one CPU off-line during run-time
  28 activation. You can re-enable CPUs by hand, but you have been warned, there
  29 is no way to automatically detect if you are losing events due to CPUs racing.
  30
  31
  32 Usage Quick Reference
  33 ---------------------
  34
  35 $ mount -t debugfs debugfs /sys/kernel/debug
  36 $ echo mmiotrace > /sys/kernel/debug/tracing/current_tracer
  37 $ cat /sys/kernel/debug/tracing/trace_pipe > mydump.txt &
  38 Start X or whatever.
  39 $ echo "X is up" > /sys/kernel/debug/tracing/trace_marker
  40 $ echo nop > /sys/kernel/debug/tracing/current_tracer
  41 Check for lost events.
  42
  43
  44 Usage
  45 -----
  46
  47 Make sure debugfs is mounted to /sys/kernel/debug. If not, (requires root privileges)
  48 $ mount -t debugfs debugfs /sys/kernel/debug
  49
  50 Check that the driver you are about to trace is not loaded.
  51
  52 Activate mmiotrace (requires root privileges):
  53 $ echo mmiotrace > /sys/kernel/debug/tracing/current_tracer
  54
  55 Start storing the trace:
  56 $ cat /sys/kernel/debug/tracing/trace_pipe > mydump.txt &
  57 The 'cat' process should stay running (sleeping) in the background.
  58
  59 Load the driver you want to trace and use it. Mmiotrace will only catch MMIO
  60 accesses to areas that are ioremapped while mmiotrace is active.
  61
  62 During tracing you can place comments (markers) into the trace by
  63 $ echo "X is up" > /sys/kernel/debug/tracing/trace_marker
  64 This makes it easier to see which part of the (huge) trace corresponds to
  65 which action. It is recommended to place descriptive markers about what you
  66 do.
  67
  68 Shut down mmiotrace (requires root privileges):
  69 $ echo nop > /sys/kernel/debug/tracing/current_tracer
  70 The 'cat' process exits. If it does not, kill it by issuing 'fg' command and
  71 pressing ctrl+c.
  72
  73 Check that mmiotrace did not lose events due to a buffer filling up. Either
  74 $ grep -i lost mydump.txt
  75 which tells you exactly how many events were lost, or use
  76 $ dmesg
  77 to view your kernel log and look for "mmiotrace has lost events" warning. If
  78 events were lost, the trace is incomplete. You should enlarge the buffers and
  79 try again. Buffers are enlarged by first seeing how large the current buffers
  80 are:
  81 $ cat /sys/kernel/debug/tracing/buffer_size_kb
  82 gives you a number. Approximately double this number and write it back, for
  83 instance:
  84 $ echo 128000 > /sys/kernel/debug/tracing/buffer_size_kb
  85 Then start again from the top.
  86
  87 If you are doing a trace for a driver project, e.g. Nouveau, you should also
  88 do the following before sending your results:
  89 $ lspci -vvv > lspci.txt
  90 $ dmesg > dmesg.txt
  91 $ tar zcf pciid-nick-mmiotrace.tar.gz mydump.txt lspci.txt dmesg.txt
  92 and then send the .tar.gz file. The trace compresses considerably. Replace
  93 "pciid" and "nick" with the PCI ID or model name of your piece of hardware
  94 under investigation and your nick name.
  95
  96
  97 How Mmiotrace Works
  98 -------------------
  99
 100 Access to hardware IO-memory is gained by mapping addresses from PCI bus by
 101 calling one of the ioremap_*() functions. Mmiotrace is hooked into the
 102 __ioremap() function and gets called whenever a mapping is created. Mapping is
 103 an event that is recorded into the trace log. Note, that ISA range mappings
 104 are not caught, since the mapping always exists and is returned directly.
 105
 106 MMIO accesses are recorded via page faults. Just before __ioremap() returns,
 107 the mapped pages are marked as not present. Any access to the pages causes a
 108 fault. The page fault handler calls mmiotrace to handle the fault. Mmiotrace
 109 marks the page present, sets TF flag to achieve single stepping and exits the
 110 fault handler. The instruction that faulted is executed and debug trap is
 111 entered. Here mmiotrace again marks the page as not present. The instruction
 112 is decoded to get the type of operation (read/write), data width and the value
 113 read or written. These are stored to the trace log.
 114
 115 Setting the page present in the page fault handler has a race condition on SMP
 116 machines. During the single stepping other CPUs may run freely on that page
 117 and events can be missed without a notice. Re-enabling other CPUs during
 118 tracing is discouraged.
 119
 120
 121 Trace Log Format
 122 ----------------
 123
 124 The raw log is text and easily filtered with e.g. grep and awk. One record is
 125 one line in the log. A record starts with a keyword, followed by keyword
 126 dependant arguments. Arguments are separated by a space, or continue until the
 127 end of line. The format for version 20070824 is as follows:
 128
 129 Explanation     Keyword Space separated arguments
 130 ---------------------------------------------------------------------------
 131
 132 read event      R       width, timestamp, map id, physical, value, PC, PID
 133 write event     W       width, timestamp, map id, physical, value, PC, PID
 134 ioremap event   MAP     timestamp, map id, physical, virtual, length, PC, PID
 135 iounmap event   UNMAP   timestamp, map id, PC, PID
 136 marker          MARK    timestamp, text
 137 version         VERSION the string "20070824"
 138 info for reader LSPCI   one line from lspci -v
 139 PCI address map PCIDEV  space separated /proc/bus/pci/devices data
 140 unk. opcode     UNKNOWN timestamp, map id, physical, data, PC, PID
 141
 142 Timestamp is in seconds with decimals. Physical is a PCI bus address, virtual
 143 is a kernel virtual address. Width is the data width in bytes and value is the
 144 data value. Map id is an arbitrary id number identifying the mapping that was
 145 used in an operation. PC is the program counter and PID is process id. PC is
 146 zero if it is not recorded. PID is always zero as tracing MMIO accesses
 147 originating in user space memory is not yet supported.
 148
 149 For instance, the following awk filter will pass all 32-bit writes that target
 150 physical addresses in the range [0xfb73ce40, 0xfb800000[
 151
 152 $ awk '/W 4 / { adr=strtonum($5); if (adr >= 0xfb73ce40 &&
 153 adr < 0xfb800000) print; }'
 154
 155
 156 Tools for Developers
 157 --------------------
 158
 159 The user space tools include utilities for:
 160 - replacing numeric addresses and values with hardware register names
 161 - replaying MMIO logs, i.e., re-executing the recorded writes
 162
 163