serial: 8250_omap: fix kernel crash in suspend-to-ram
[linux/fpc-iii.git] / Documentation / IRQ-domain.txt
blob3a8e15cba816a4ea16fb0208518046214ebff1e6
1 irq_domain interrupt number mapping library
3 The current design of the Linux kernel uses a single large number
4 space where each separate IRQ source is assigned a different number.
5 This is simple when there is only one interrupt controller, but in
6 systems with multiple interrupt controllers the kernel must ensure
7 that each one gets assigned non-overlapping allocations of Linux
8 IRQ numbers.
10 The number of interrupt controllers registered as unique irqchips
11 show a rising tendency: for example subdrivers of different kinds
12 such as GPIO controllers avoid reimplementing identical callback
13 mechanisms as the IRQ core system by modelling their interrupt
14 handlers as irqchips, i.e. in effect cascading interrupt controllers.
16 Here the interrupt number loose all kind of correspondence to
17 hardware interrupt numbers: whereas in the past, IRQ numbers could
18 be chosen so they matched the hardware IRQ line into the root
19 interrupt controller (i.e. the component actually fireing the
20 interrupt line to the CPU) nowadays this number is just a number.
22 For this reason we need a mechanism to separate controller-local
23 interrupt numbers, called hardware irq's, from Linux IRQ numbers.
25 The irq_alloc_desc*() and irq_free_desc*() APIs provide allocation of
26 irq numbers, but they don't provide any support for reverse mapping of
27 the controller-local IRQ (hwirq) number into the Linux IRQ number
28 space.
30 The irq_domain library adds mapping between hwirq and IRQ numbers on
31 top of the irq_alloc_desc*() API.  An irq_domain to manage mapping is
32 preferred over interrupt controller drivers open coding their own
33 reverse mapping scheme.
35 irq_domain also implements translation from Device Tree interrupt
36 specifiers to hwirq numbers, and can be easily extended to support
37 other IRQ topology data sources.
39 === irq_domain usage ===
40 An interrupt controller driver creates and registers an irq_domain by
41 calling one of the irq_domain_add_*() functions (each mapping method
42 has a different allocator function, more on that later).  The function
43 will return a pointer to the irq_domain on success.  The caller must
44 provide the allocator function with an irq_domain_ops structure.
46 In most cases, the irq_domain will begin empty without any mappings
47 between hwirq and IRQ numbers.  Mappings are added to the irq_domain
48 by calling irq_create_mapping() which accepts the irq_domain and a
49 hwirq number as arguments.  If a mapping for the hwirq doesn't already
50 exist then it will allocate a new Linux irq_desc, associate it with
51 the hwirq, and call the .map() callback so the driver can perform any
52 required hardware setup.
54 When an interrupt is received, irq_find_mapping() function should
55 be used to find the Linux IRQ number from the hwirq number.
57 The irq_create_mapping() function must be called *atleast once*
58 before any call to irq_find_mapping(), lest the descriptor will not
59 be allocated.
61 If the driver has the Linux IRQ number or the irq_data pointer, and
62 needs to know the associated hwirq number (such as in the irq_chip
63 callbacks) then it can be directly obtained from irq_data->hwirq.
65 === Types of irq_domain mappings ===
66 There are several mechanisms available for reverse mapping from hwirq
67 to Linux irq, and each mechanism uses a different allocation function.
68 Which reverse map type should be used depends on the use case.  Each
69 of the reverse map types are described below:
71 ==== Linear ====
72 irq_domain_add_linear()
74 The linear reverse map maintains a fixed size table indexed by the
75 hwirq number.  When a hwirq is mapped, an irq_desc is allocated for
76 the hwirq, and the IRQ number is stored in the table.
78 The Linear map is a good choice when the maximum number of hwirqs is
79 fixed and a relatively small number (~ < 256).  The advantages of this
80 map are fixed time lookup for IRQ numbers, and irq_descs are only
81 allocated for in-use IRQs.  The disadvantage is that the table must be
82 as large as the largest possible hwirq number.
84 The majority of drivers should use the linear map.
86 ==== Tree ====
87 irq_domain_add_tree()
89 The irq_domain maintains a radix tree map from hwirq numbers to Linux
90 IRQs.  When an hwirq is mapped, an irq_desc is allocated and the
91 hwirq is used as the lookup key for the radix tree.
93 The tree map is a good choice if the hwirq number can be very large
94 since it doesn't need to allocate a table as large as the largest
95 hwirq number.  The disadvantage is that hwirq to IRQ number lookup is
96 dependent on how many entries are in the table.
98 Very few drivers should need this mapping.
100 ==== No Map ===-
101 irq_domain_add_nomap()
103 The No Map mapping is to be used when the hwirq number is
104 programmable in the hardware.  In this case it is best to program the
105 Linux IRQ number into the hardware itself so that no mapping is
106 required.  Calling irq_create_direct_mapping() will allocate a Linux
107 IRQ number and call the .map() callback so that driver can program the
108 Linux IRQ number into the hardware.
110 Most drivers cannot use this mapping.
112 ==== Legacy ====
113 irq_domain_add_simple()
114 irq_domain_add_legacy()
115 irq_domain_add_legacy_isa()
117 The Legacy mapping is a special case for drivers that already have a
118 range of irq_descs allocated for the hwirqs.  It is used when the
119 driver cannot be immediately converted to use the linear mapping.  For
120 example, many embedded system board support files use a set of #defines
121 for IRQ numbers that are passed to struct device registrations.  In that
122 case the Linux IRQ numbers cannot be dynamically assigned and the legacy
123 mapping should be used.
125 The legacy map assumes a contiguous range of IRQ numbers has already
126 been allocated for the controller and that the IRQ number can be
127 calculated by adding a fixed offset to the hwirq number, and
128 visa-versa.  The disadvantage is that it requires the interrupt
129 controller to manage IRQ allocations and it requires an irq_desc to be
130 allocated for every hwirq, even if it is unused.
132 The legacy map should only be used if fixed IRQ mappings must be
133 supported.  For example, ISA controllers would use the legacy map for
134 mapping Linux IRQs 0-15 so that existing ISA drivers get the correct IRQ
135 numbers.
137 Most users of legacy mappings should use irq_domain_add_simple() which
138 will use a legacy domain only if an IRQ range is supplied by the
139 system and will otherwise use a linear domain mapping. The semantics
140 of this call are such that if an IRQ range is specified then
141 descriptors will be allocated on-the-fly for it, and if no range is
142 specified it will fall through to irq_domain_add_linear() which means
143 *no* irq descriptors will be allocated.
145 A typical use case for simple domains is where an irqchip provider
146 is supporting both dynamic and static IRQ assignments.
148 In order to avoid ending up in a situation where a linear domain is
149 used and no descriptor gets allocated it is very important to make sure
150 that the driver using the simple domain call irq_create_mapping()
151 before any irq_find_mapping() since the latter will actually work
152 for the static IRQ assignment case.
154 ==== Hierarchy IRQ domain ====
155 On some architectures, there may be multiple interrupt controllers
156 involved in delivering an interrupt from the device to the target CPU.
157 Let's look at a typical interrupt delivering path on x86 platforms:
159 Device --> IOAPIC -> Interrupt remapping Controller -> Local APIC -> CPU
161 There are three interrupt controllers involved:
162 1) IOAPIC controller
163 2) Interrupt remapping controller
164 3) Local APIC controller
166 To support such a hardware topology and make software architecture match
167 hardware architecture, an irq_domain data structure is built for each
168 interrupt controller and those irq_domains are organized into hierarchy.
169 When building irq_domain hierarchy, the irq_domain near to the device is
170 child and the irq_domain near to CPU is parent. So a hierarchy structure
171 as below will be built for the example above.
172         CPU Vector irq_domain (root irq_domain to manage CPU vectors)
173                 ^
174                 |
175         Interrupt Remapping irq_domain (manage irq_remapping entries)
176                 ^
177                 |
178         IOAPIC irq_domain (manage IOAPIC delivery entries/pins)
180 There are four major interfaces to use hierarchy irq_domain:
181 1) irq_domain_alloc_irqs(): allocate IRQ descriptors and interrupt
182    controller related resources to deliver these interrupts.
183 2) irq_domain_free_irqs(): free IRQ descriptors and interrupt controller
184    related resources associated with these interrupts.
185 3) irq_domain_activate_irq(): activate interrupt controller hardware to
186    deliver the interrupt.
187 3) irq_domain_deactivate_irq(): deactivate interrupt controller hardware
188    to stop delivering the interrupt.
190 Following changes are needed to support hierarchy irq_domain.
191 1) a new field 'parent' is added to struct irq_domain; it's used to
192    maintain irq_domain hierarchy information.
193 2) a new field 'parent_data' is added to struct irq_data; it's used to
194    build hierarchy irq_data to match hierarchy irq_domains. The irq_data
195    is used to store irq_domain pointer and hardware irq number.
196 3) new callbacks are added to struct irq_domain_ops to support hierarchy
197    irq_domain operations.
199 With support of hierarchy irq_domain and hierarchy irq_data ready, an
200 irq_domain structure is built for each interrupt controller, and an
201 irq_data structure is allocated for each irq_domain associated with an
202 IRQ. Now we could go one step further to support stacked(hierarchy)
203 irq_chip. That is, an irq_chip is associated with each irq_data along
204 the hierarchy. A child irq_chip may implement a required action by
205 itself or by cooperating with its parent irq_chip.
207 With stacked irq_chip, interrupt controller driver only needs to deal
208 with the hardware managed by itself and may ask for services from its
209 parent irq_chip when needed. So we could achieve a much cleaner
210 software architecture.
212 For an interrupt controller driver to support hierarchy irq_domain, it
213 needs to:
214 1) Implement irq_domain_ops.alloc and irq_domain_ops.free
215 2) Optionally implement irq_domain_ops.activate and
216    irq_domain_ops.deactivate.
217 3) Optionally implement an irq_chip to manage the interrupt controller
218    hardware.
219 4) No need to implement irq_domain_ops.map and irq_domain_ops.unmap,
220    they are unused with hierarchy irq_domain.
222 Hierarchy irq_domain may also be used to support other architectures,
223 such as ARM, ARM64 etc.