treewide: remove redundant IS_ERR() before error code check
[linux/fpc-iii.git] / Documentation / driver-api / dmaengine / provider.rst
blob790a15089f1f3d8f47917283a632b5b866f69848
1 ==================================
2 DMAengine controller documentation
3 ==================================
5 Hardware Introduction
6 =====================
8 Most of the Slave DMA controllers have the same general principles of
9 operations.
11 They have a given number of channels to use for the DMA transfers, and
12 a given number of requests lines.
14 Requests and channels are pretty much orthogonal. Channels can be used
15 to serve several to any requests. To simplify, channels are the
16 entities that will be doing the copy, and requests what endpoints are
17 involved.
19 The request lines actually correspond to physical lines going from the
20 DMA-eligible devices to the controller itself. Whenever the device
21 will want to start a transfer, it will assert a DMA request (DRQ) by
22 asserting that request line.
24 A very simple DMA controller would only take into account a single
25 parameter: the transfer size. At each clock cycle, it would transfer a
26 byte of data from one buffer to another, until the transfer size has
27 been reached.
29 That wouldn't work well in the real world, since slave devices might
30 require a specific number of bits to be transferred in a single
31 cycle. For example, we may want to transfer as much data as the
32 physical bus allows to maximize performances when doing a simple
33 memory copy operation, but our audio device could have a narrower FIFO
34 that requires data to be written exactly 16 or 24 bits at a time. This
35 is why most if not all of the DMA controllers can adjust this, using a
36 parameter called the transfer width.
38 Moreover, some DMA controllers, whenever the RAM is used as a source
39 or destination, can group the reads or writes in memory into a buffer,
40 so instead of having a lot of small memory accesses, which is not
41 really efficient, you'll get several bigger transfers. This is done
42 using a parameter called the burst size, that defines how many single
43 reads/writes it's allowed to do without the controller splitting the
44 transfer into smaller sub-transfers.
46 Our theoretical DMA controller would then only be able to do transfers
47 that involve a single contiguous block of data. However, some of the
48 transfers we usually have are not, and want to copy data from
49 non-contiguous buffers to a contiguous buffer, which is called
50 scatter-gather.
52 DMAEngine, at least for mem2dev transfers, require support for
53 scatter-gather. So we're left with two cases here: either we have a
54 quite simple DMA controller that doesn't support it, and we'll have to
55 implement it in software, or we have a more advanced DMA controller,
56 that implements in hardware scatter-gather.
58 The latter are usually programmed using a collection of chunks to
59 transfer, and whenever the transfer is started, the controller will go
60 over that collection, doing whatever we programmed there.
62 This collection is usually either a table or a linked list. You will
63 then push either the address of the table and its number of elements,
64 or the first item of the list to one channel of the DMA controller,
65 and whenever a DRQ will be asserted, it will go through the collection
66 to know where to fetch the data from.
68 Either way, the format of this collection is completely dependent on
69 your hardware. Each DMA controller will require a different structure,
70 but all of them will require, for every chunk, at least the source and
71 destination addresses, whether it should increment these addresses or
72 not and the three parameters we saw earlier: the burst size, the
73 transfer width and the transfer size.
75 The one last thing is that usually, slave devices won't issue DRQ by
76 default, and you have to enable this in your slave device driver first
77 whenever you're willing to use DMA.
79 These were just the general memory-to-memory (also called mem2mem) or
80 memory-to-device (mem2dev) kind of transfers. Most devices often
81 support other kind of transfers or memory operations that dmaengine
82 support and will be detailed later in this document.
84 DMA Support in Linux
85 ====================
87 Historically, DMA controller drivers have been implemented using the
88 async TX API, to offload operations such as memory copy, XOR,
89 cryptography, etc., basically any memory to memory operation.
91 Over time, the need for memory to device transfers arose, and
92 dmaengine was extended. Nowadays, the async TX API is written as a
93 layer on top of dmaengine, and acts as a client. Still, dmaengine
94 accommodates that API in some cases, and made some design choices to
95 ensure that it stayed compatible.
97 For more information on the Async TX API, please look the relevant
98 documentation file in Documentation/crypto/async-tx-api.txt.
100 DMAEngine APIs
101 ==============
103 ``struct dma_device`` Initialization
104 ------------------------------------
106 Just like any other kernel framework, the whole DMAEngine registration
107 relies on the driver filling a structure and registering against the
108 framework. In our case, that structure is dma_device.
110 The first thing you need to do in your driver is to allocate this
111 structure. Any of the usual memory allocators will do, but you'll also
112 need to initialize a few fields in there:
114 - ``channels``: should be initialized as a list using the
115   INIT_LIST_HEAD macro for example
117 - ``src_addr_widths``:
118   should contain a bitmask of the supported source transfer width
120 - ``dst_addr_widths``:
121   should contain a bitmask of the supported destination transfer width
123 - ``directions``:
124   should contain a bitmask of the supported slave directions
125   (i.e. excluding mem2mem transfers)
127 - ``residue_granularity``:
128   granularity of the transfer residue reported to dma_set_residue.
129   This can be either:
131   - Descriptor:
132     your device doesn't support any kind of residue
133     reporting. The framework will only know that a particular
134     transaction descriptor is done.
136   - Segment:
137     your device is able to report which chunks have been transferred
139   - Burst:
140     your device is able to report which burst have been transferred
142 - ``dev``: should hold the pointer to the ``struct device`` associated
143   to your current driver instance.
145 Supported transaction types
146 ---------------------------
148 The next thing you need is to set which transaction types your device
149 (and driver) supports.
151 Our ``dma_device structure`` has a field called cap_mask that holds the
152 various types of transaction supported, and you need to modify this
153 mask using the dma_cap_set function, with various flags depending on
154 transaction types you support as an argument.
156 All those capabilities are defined in the ``dma_transaction_type enum``,
157 in ``include/linux/dmaengine.h``
159 Currently, the types available are:
161 - DMA_MEMCPY
163   - The device is able to do memory to memory copies
165 - DMA_XOR
167   - The device is able to perform XOR operations on memory areas
169   - Used to accelerate XOR intensive tasks, such as RAID5
171 - DMA_XOR_VAL
173   - The device is able to perform parity check using the XOR
174     algorithm against a memory buffer.
176 - DMA_PQ
178   - The device is able to perform RAID6 P+Q computations, P being a
179     simple XOR, and Q being a Reed-Solomon algorithm.
181 - DMA_PQ_VAL
183   - The device is able to perform parity check using RAID6 P+Q
184     algorithm against a memory buffer.
186 - DMA_INTERRUPT
188   - The device is able to trigger a dummy transfer that will
189     generate periodic interrupts
191   - Used by the client drivers to register a callback that will be
192     called on a regular basis through the DMA controller interrupt
194 - DMA_PRIVATE
196   - The devices only supports slave transfers, and as such isn't
197     available for async transfers.
199 - DMA_ASYNC_TX
201   - Must not be set by the device, and will be set by the framework
202     if needed
204   - TODO: What is it about?
206 - DMA_SLAVE
208   - The device can handle device to memory transfers, including
209     scatter-gather transfers.
211   - While in the mem2mem case we were having two distinct types to
212     deal with a single chunk to copy or a collection of them, here,
213     we just have a single transaction type that is supposed to
214     handle both.
216   - If you want to transfer a single contiguous memory buffer,
217     simply build a scatter list with only one item.
219 - DMA_CYCLIC
221   - The device can handle cyclic transfers.
223   - A cyclic transfer is a transfer where the chunk collection will
224     loop over itself, with the last item pointing to the first.
226   - It's usually used for audio transfers, where you want to operate
227     on a single ring buffer that you will fill with your audio data.
229 - DMA_INTERLEAVE
231   - The device supports interleaved transfer.
233   - These transfers can transfer data from a non-contiguous buffer
234     to a non-contiguous buffer, opposed to DMA_SLAVE that can
235     transfer data from a non-contiguous data set to a continuous
236     destination buffer.
238   - It's usually used for 2d content transfers, in which case you
239     want to transfer a portion of uncompressed data directly to the
240     display to print it
242 These various types will also affect how the source and destination
243 addresses change over time.
245 Addresses pointing to RAM are typically incremented (or decremented)
246 after each transfer. In case of a ring buffer, they may loop
247 (DMA_CYCLIC). Addresses pointing to a device's register (e.g. a FIFO)
248 are typically fixed.
250 Per descriptor metadata support
251 -------------------------------
252 Some data movement architecture (DMA controller and peripherals) uses metadata
253 associated with a transaction. The DMA controller role is to transfer the
254 payload and the metadata alongside.
255 The metadata itself is not used by the DMA engine itself, but it contains
256 parameters, keys, vectors, etc for peripheral or from the peripheral.
258 The DMAengine framework provides a generic ways to facilitate the metadata for
259 descriptors. Depending on the architecture the DMA driver can implement either
260 or both of the methods and it is up to the client driver to choose which one
261 to use.
263 - DESC_METADATA_CLIENT
265   The metadata buffer is allocated/provided by the client driver and it is
266   attached (via the dmaengine_desc_attach_metadata() helper to the descriptor.
268   From the DMA driver the following is expected for this mode:
269   - DMA_MEM_TO_DEV / DEV_MEM_TO_MEM
270     The data from the provided metadata buffer should be prepared for the DMA
271     controller to be sent alongside of the payload data. Either by copying to a
272     hardware descriptor, or highly coupled packet.
273   - DMA_DEV_TO_MEM
274     On transfer completion the DMA driver must copy the metadata to the client
275     provided metadata buffer before notifying the client about the completion.
276     After the transfer completion, DMA drivers must not touch the metadata
277     buffer provided by the client.
279 - DESC_METADATA_ENGINE
281   The metadata buffer is allocated/managed by the DMA driver. The client driver
282   can ask for the pointer, maximum size and the currently used size of the
283   metadata and can directly update or read it. dmaengine_desc_get_metadata_ptr()
284   and dmaengine_desc_set_metadata_len() is provided as helper functions.
286   From the DMA driver the following is expected for this mode:
287   - get_metadata_ptr
288     Should return a pointer for the metadata buffer, the maximum size of the
289     metadata buffer and the currently used / valid (if any) bytes in the buffer.
290   - set_metadata_len
291     It is called by the clients after it have placed the metadata to the buffer
292     to let the DMA driver know the number of valid bytes provided.
294   Note: since the client will ask for the metadata pointer in the completion
295   callback (in DMA_DEV_TO_MEM case) the DMA driver must ensure that the
296   descriptor is not freed up prior the callback is called.
298 Device operations
299 -----------------
301 Our dma_device structure also requires a few function pointers in
302 order to implement the actual logic, now that we described what
303 operations we were able to perform.
305 The functions that we have to fill in there, and hence have to
306 implement, obviously depend on the transaction types you reported as
307 supported.
309 - ``device_alloc_chan_resources``
311 - ``device_free_chan_resources``
313   - These functions will be called whenever a driver will call
314     ``dma_request_channel`` or ``dma_release_channel`` for the first/last
315     time on the channel associated to that driver.
317   - They are in charge of allocating/freeing all the needed
318     resources in order for that channel to be useful for your driver.
320   - These functions can sleep.
322 - ``device_prep_dma_*``
324   - These functions are matching the capabilities you registered
325     previously.
327   - These functions all take the buffer or the scatterlist relevant
328     for the transfer being prepared, and should create a hardware
329     descriptor or a list of hardware descriptors from it
331   - These functions can be called from an interrupt context
333   - Any allocation you might do should be using the GFP_NOWAIT
334     flag, in order not to potentially sleep, but without depleting
335     the emergency pool either.
337   - Drivers should try to pre-allocate any memory they might need
338     during the transfer setup at probe time to avoid putting to
339     much pressure on the nowait allocator.
341   - It should return a unique instance of the
342     ``dma_async_tx_descriptor structure``, that further represents this
343     particular transfer.
345   - This structure can be initialized using the function
346     ``dma_async_tx_descriptor_init``.
348   - You'll also need to set two fields in this structure:
350     - flags:
351       TODO: Can it be modified by the driver itself, or
352       should it be always the flags passed in the arguments
354     - tx_submit: A pointer to a function you have to implement,
355       that is supposed to push the current transaction descriptor to a
356       pending queue, waiting for issue_pending to be called.
358   - In this structure the function pointer callback_result can be
359     initialized in order for the submitter to be notified that a
360     transaction has completed. In the earlier code the function pointer
361     callback has been used. However it does not provide any status to the
362     transaction and will be deprecated. The result structure defined as
363     ``dmaengine_result`` that is passed in to callback_result
364     has two fields:
366     - result: This provides the transfer result defined by
367       ``dmaengine_tx_result``. Either success or some error condition.
369     - residue: Provides the residue bytes of the transfer for those that
370       support residue.
372 - ``device_issue_pending``
374   - Takes the first transaction descriptor in the pending queue,
375     and starts the transfer. Whenever that transfer is done, it
376     should move to the next transaction in the list.
378   - This function can be called in an interrupt context
380 - ``device_tx_status``
382   - Should report the bytes left to go over on the given channel
384   - Should only care about the transaction descriptor passed as
385     argument, not the currently active one on a given channel
387   - The tx_state argument might be NULL
389   - Should use dma_set_residue to report it
391   - In the case of a cyclic transfer, it should only take into
392     account the current period.
394   - This function can be called in an interrupt context.
396 - device_config
398   - Reconfigures the channel with the configuration given as argument
400   - This command should NOT perform synchronously, or on any
401     currently queued transfers, but only on subsequent ones
403   - In this case, the function will receive a ``dma_slave_config``
404     structure pointer as an argument, that will detail which
405     configuration to use.
407   - Even though that structure contains a direction field, this
408     field is deprecated in favor of the direction argument given to
409     the prep_* functions
411   - This call is mandatory for slave operations only. This should NOT be
412     set or expected to be set for memcpy operations.
413     If a driver support both, it should use this call for slave
414     operations only and not for memcpy ones.
416 - device_pause
418   - Pauses a transfer on the channel
420   - This command should operate synchronously on the channel,
421     pausing right away the work of the given channel
423 - device_resume
425   - Resumes a transfer on the channel
427   - This command should operate synchronously on the channel,
428     resuming right away the work of the given channel
430 - device_terminate_all
432   - Aborts all the pending and ongoing transfers on the channel
434   - For aborted transfers the complete callback should not be called
436   - Can be called from atomic context or from within a complete
437     callback of a descriptor. Must not sleep. Drivers must be able
438     to handle this correctly.
440   - Termination may be asynchronous. The driver does not have to
441     wait until the currently active transfer has completely stopped.
442     See device_synchronize.
444 - device_synchronize
446   - Must synchronize the termination of a channel to the current
447     context.
449   - Must make sure that memory for previously submitted
450     descriptors is no longer accessed by the DMA controller.
452   - Must make sure that all complete callbacks for previously
453     submitted descriptors have finished running and none are
454     scheduled to run.
456   - May sleep.
459 Misc notes
460 ==========
462 (stuff that should be documented, but don't really know
463 where to put them)
465 ``dma_run_dependencies``
467 - Should be called at the end of an async TX transfer, and can be
468   ignored in the slave transfers case.
470 - Makes sure that dependent operations are run before marking it
471   as complete.
473 dma_cookie_t
475 - it's a DMA transaction ID that will increment over time.
477 - Not really relevant any more since the introduction of ``virt-dma``
478   that abstracts it away.
480 DMA_CTRL_ACK
482 - If clear, the descriptor cannot be reused by provider until the
483   client acknowledges receipt, i.e. has has a chance to establish any
484   dependency chains
486 - This can be acked by invoking async_tx_ack()
488 - If set, does not mean descriptor can be reused
490 DMA_CTRL_REUSE
492 - If set, the descriptor can be reused after being completed. It should
493   not be freed by provider if this flag is set.
495 - The descriptor should be prepared for reuse by invoking
496   ``dmaengine_desc_set_reuse()`` which will set DMA_CTRL_REUSE.
498 - ``dmaengine_desc_set_reuse()`` will succeed only when channel support
499   reusable descriptor as exhibited by capabilities
501 - As a consequence, if a device driver wants to skip the
502   ``dma_map_sg()`` and ``dma_unmap_sg()`` in between 2 transfers,
503   because the DMA'd data wasn't used, it can resubmit the transfer right after
504   its completion.
506 - Descriptor can be freed in few ways
508   - Clearing DMA_CTRL_REUSE by invoking
509     ``dmaengine_desc_clear_reuse()`` and submitting for last txn
511   - Explicitly invoking ``dmaengine_desc_free()``, this can succeed only
512     when DMA_CTRL_REUSE is already set
514   - Terminating the channel
516 - DMA_PREP_CMD
518   - If set, the client driver tells DMA controller that passed data in DMA
519     API is command data.
521   - Interpretation of command data is DMA controller specific. It can be
522     used for issuing commands to other peripherals/register reads/register
523     writes for which the descriptor should be in different format from
524     normal data descriptors.
526 General Design Notes
527 ====================
529 Most of the DMAEngine drivers you'll see are based on a similar design
530 that handles the end of transfer interrupts in the handler, but defer
531 most work to a tasklet, including the start of a new transfer whenever
532 the previous transfer ended.
534 This is a rather inefficient design though, because the inter-transfer
535 latency will be not only the interrupt latency, but also the
536 scheduling latency of the tasklet, which will leave the channel idle
537 in between, which will slow down the global transfer rate.
539 You should avoid this kind of practice, and instead of electing a new
540 transfer in your tasklet, move that part to the interrupt handler in
541 order to have a shorter idle window (that we can't really avoid
542 anyway).
544 Glossary
545 ========
547 - Burst: A number of consecutive read or write operations that
548   can be queued to buffers before being flushed to memory.
550 - Chunk: A contiguous collection of bursts
552 - Transfer: A collection of chunks (be it contiguous or not)