Documentation/power/runtime_pm.txt

   1 Run-time Power Management Framework for I/O Devices
   2
   3 (C) 2009 Rafael J. Wysocki <rjw@sisk.pl>, Novell Inc.
   4
   5 1. Introduction
   6
   7 Support for run-time power management (run-time PM) of I/O devices is provided
   8 at the power management core (PM core) level by means of:
   9
  10 * The power management workqueue pm_wq in which bus types and device drivers can
  11   put their PM-related work items.  It is strongly recommended that pm_wq be
  12   used for queuing all work items related to run-time PM, because this allows
  13   them to be synchronized with system-wide power transitions (suspend to RAM,
  14   hibernation and resume from system sleep states).  pm_wq is declared in
  15   include/linux/pm_runtime.h and defined in kernel/power/main.c.
  16
  17 * A number of run-time PM fields in the 'power' member of 'struct device' (which
  18   is of the type 'struct dev_pm_info', defined in include/linux/pm.h) that can
  19   be used for synchronizing run-time PM operations with one another.
  20
  21 * Three device run-time PM callbacks in 'struct dev_pm_ops' (defined in
  22   include/linux/pm.h).
  23
  24 * A set of helper functions defined in drivers/base/power/runtime.c that can be
  25   used for carrying out run-time PM operations in such a way that the
  26   synchronization between them is taken care of by the PM core.  Bus types and
  27   device drivers are encouraged to use these functions.
  28
  29 The run-time PM callbacks present in 'struct dev_pm_ops', the device run-time PM
  30 fields of 'struct dev_pm_info' and the core helper functions provided for
  31 run-time PM are described below.
  32
  33 2. Device Run-time PM Callbacks
  34
  35 There are three device run-time PM callbacks defined in 'struct dev_pm_ops':
  36
  37 struct dev_pm_ops {
  38         ...
  39         int (*runtime_suspend)(struct device *dev);
  40         int (*runtime_resume)(struct device *dev);
  41         int (*runtime_idle)(struct device *dev);
  42         ...
  43 };
  44
  45 The ->runtime_suspend(), ->runtime_resume() and ->runtime_idle() callbacks are
  46 executed by the PM core for either the bus type, or device type (if the bus
  47 type's callback is not defined), or device class (if the bus type's and device
  48 type's callbacks are not defined) of given device.  The bus type, device type
  49 and device class callbacks are referred to as subsystem-level callbacks in what
  50 follows.
  51
  52 The subsystem-level suspend callback is _entirely_ _responsible_ for handling
  53 the suspend of the device as appropriate, which may, but need not include
  54 executing the device driver's own ->runtime_suspend() callback (from the
  55 PM core's point of view it is not necessary to implement a ->runtime_suspend()
  56 callback in a device driver as long as the subsystem-level suspend callback
  57 knows what to do to handle the device).
  58
  59   * Once the subsystem-level suspend callback has completed successfully
  60     for given device, the PM core regards the device as suspended, which need
  61     not mean that the device has been put into a low power state.  It is
  62     supposed to mean, however, that the device will not process data and will
  63     not communicate with the CPU(s) and RAM until the subsystem-level resume
  64     callback is executed for it.  The run-time PM status of a device after
  65     successful execution of the subsystem-level suspend callback is 'suspended'.
  66
  67   * If the subsystem-level suspend callback returns -EBUSY or -EAGAIN,
  68     the device's run-time PM status is 'active', which means that the device
  69     _must_ be fully operational afterwards.
  70
  71   * If the subsystem-level suspend callback returns an error code different
  72     from -EBUSY or -EAGAIN, the PM core regards this as a fatal error and will
  73     refuse to run the helper functions described in Section 4 for the device,
  74     until the status of it is directly set either to 'active', or to 'suspended'
  75     (the PM core provides special helper functions for this purpose).
  76
  77 In particular, if the driver requires remote wake-up capability (i.e. hardware
  78 mechanism allowing the device to request a change of its power state, such as
  79 PCI PME) for proper functioning and device_run_wake() returns 'false' for the
  80 device, then ->runtime_suspend() should return -EBUSY.  On the other hand, if
  81 device_run_wake() returns 'true' for the device and the device is put into a low
  82 power state during the execution of the subsystem-level suspend callback, it is
  83 expected that remote wake-up will be enabled for the device.  Generally, remote
  84 wake-up should be enabled for all input devices put into a low power state at
  85 run time.
  86
  87 The subsystem-level resume callback is _entirely_ _responsible_ for handling the
  88 resume of the device as appropriate, which may, but need not include executing
  89 the device driver's own ->runtime_resume() callback (from the PM core's point of
  90 view it is not necessary to implement a ->runtime_resume() callback in a device
  91 driver as long as the subsystem-level resume callback knows what to do to handle
  92 the device).
  93
  94   * Once the subsystem-level resume callback has completed successfully, the PM
  95     core regards the device as fully operational, which means that the device
  96     _must_ be able to complete I/O operations as needed.  The run-time PM status
  97     of the device is then 'active'.
  98
  99   * If the subsystem-level resume callback returns an error code, the PM core
 100     regards this as a fatal error and will refuse to run the helper functions
 101     described in Section 4 for the device, until its status is directly set
 102     either to 'active' or to 'suspended' (the PM core provides special helper
 103     functions for this purpose).
 104
 105 The subsystem-level idle callback is executed by the PM core whenever the device
 106 appears to be idle, which is indicated to the PM core by two counters, the
 107 device's usage counter and the counter of 'active' children of the device.
 108
 109   * If any of these counters is decreased using a helper function provided by
 110     the PM core and it turns out to be equal to zero, the other counter is
 111     checked.  If that counter also is equal to zero, the PM core executes the
 112     subsystem-level idle callback with the device as an argument.
 113
 114 The action performed by a subsystem-level idle callback is totally dependent on
 115 the subsystem in question, but the expected and recommended action is to check
 116 if the device can be suspended (i.e. if all of the conditions necessary for
 117 suspending the device are satisfied) and to queue up a suspend request for the
 118 device in that case.  The value returned by this callback is ignored by the PM
 119 core.
 120
 121 The helper functions provided by the PM core, described in Section 4, guarantee
 122 that the following constraints are met with respect to the bus type's run-time
 123 PM callbacks:
 124
 125 (1) The callbacks are mutually exclusive (e.g. it is forbidden to execute
 126     ->runtime_suspend() in parallel with ->runtime_resume() or with another
 127     instance of ->runtime_suspend() for the same device) with the exception that
 128     ->runtime_suspend() or ->runtime_resume() can be executed in parallel with
 129     ->runtime_idle() (although ->runtime_idle() will not be started while any
 130     of the other callbacks is being executed for the same device).
 131
 132 (2) ->runtime_idle() and ->runtime_suspend() can only be executed for 'active'
 133     devices (i.e. the PM core will only execute ->runtime_idle() or
 134     ->runtime_suspend() for the devices the run-time PM status of which is
 135     'active').
 136
 137 (3) ->runtime_idle() and ->runtime_suspend() can only be executed for a device
 138     the usage counter of which is equal to zero _and_ either the counter of
 139     'active' children of which is equal to zero, or the 'power.ignore_children'
 140     flag of which is set.
 141
 142 (4) ->runtime_resume() can only be executed for 'suspended' devices  (i.e. the
 143     PM core will only execute ->runtime_resume() for the devices the run-time
 144     PM status of which is 'suspended').
 145
 146 Additionally, the helper functions provided by the PM core obey the following
 147 rules:
 148
 149   * If ->runtime_suspend() is about to be executed or there's a pending request
 150     to execute it, ->runtime_idle() will not be executed for the same device.
 151
 152   * A request to execute or to schedule the execution of ->runtime_suspend()
 153     will cancel any pending requests to execute ->runtime_idle() for the same
 154     device.
 155
 156   * If ->runtime_resume() is about to be executed or there's a pending request
 157     to execute it, the other callbacks will not be executed for the same device.
 158
 159   * A request to execute ->runtime_resume() will cancel any pending or
 160     scheduled requests to execute the other callbacks for the same device.
 161
 162 3. Run-time PM Device Fields
 163
 164 The following device run-time PM fields are present in 'struct dev_pm_info', as
 165 defined in include/linux/pm.h:
 166
 167   struct timer_list suspend_timer;
 168     - timer used for scheduling (delayed) suspend request
 169
 170   unsigned long timer_expires;
 171     - timer expiration time, in jiffies (if this is different from zero, the
 172       timer is running and will expire at that time, otherwise the timer is not
 173       running)
 174
 175   struct work_struct work;
 176     - work structure used for queuing up requests (i.e. work items in pm_wq)
 177
 178   wait_queue_head_t wait_queue;
 179     - wait queue used if any of the helper functions needs to wait for another
 180       one to complete
 181
 182   spinlock_t lock;
 183     - lock used for synchronisation
 184
 185   atomic_t usage_count;
 186     - the usage counter of the device
 187
 188   atomic_t child_count;
 189     - the count of 'active' children of the device
 190
 191   unsigned int ignore_children;
 192     - if set, the value of child_count is ignored (but still updated)
 193
 194   unsigned int disable_depth;
 195     - used for disabling the helper funcions (they work normally if this is
 196       equal to zero); the initial value of it is 1 (i.e. run-time PM is
 197       initially disabled for all devices)
 198
 199   unsigned int runtime_error;
 200     - if set, there was a fatal error (one of the callbacks returned error code
 201       as described in Section 2), so the helper funtions will not work until
 202       this flag is cleared; this is the error code returned by the failing
 203       callback
 204
 205   unsigned int idle_notification;
 206     - if set, ->runtime_idle() is being executed
 207
 208   unsigned int request_pending;
 209     - if set, there's a pending request (i.e. a work item queued up into pm_wq)
 210
 211   enum rpm_request request;
 212     - type of request that's pending (valid if request_pending is set)
 213
 214   unsigned int deferred_resume;
 215     - set if ->runtime_resume() is about to be run while ->runtime_suspend() is
 216       being executed for that device and it is not practical to wait for the
 217       suspend to complete; means "start a resume as soon as you've suspended"
 218
 219   unsigned int run_wake;
 220     - set if the device is capable of generating run-time wake-up events
 221
 222   enum rpm_status runtime_status;
 223     - the run-time PM status of the device; this field's initial value is
 224       RPM_SUSPENDED, which means that each device is initially regarded by the
 225       PM core as 'suspended', regardless of its real hardware status
 226
 227   unsigned int runtime_auto;
 228     - if set, indicates that the user space has allowed the device driver to
 229       power manage the device at run time via the /sys/devices/.../power/control
 230       interface; it may only be modified with the help of the pm_runtime_allow()
 231       and pm_runtime_forbid() helper functions
 232
 233 All of the above fields are members of the 'power' member of 'struct device'.
 234
 235 4. Run-time PM Device Helper Functions
 236
 237 The following run-time PM helper functions are defined in
 238 drivers/base/power/runtime.c and include/linux/pm_runtime.h:
 239
 240   void pm_runtime_init(struct device *dev);
 241     - initialize the device run-time PM fields in 'struct dev_pm_info'
 242
 243   void pm_runtime_remove(struct device *dev);
 244     - make sure that the run-time PM of the device will be disabled after
 245       removing the device from device hierarchy
 246
 247   int pm_runtime_idle(struct device *dev);
 248     - execute the subsystem-level idle callback for the device; returns 0 on
 249       success or error code on failure, where -EINPROGRESS means that
 250       ->runtime_idle() is already being executed
 251
 252   int pm_runtime_suspend(struct device *dev);
 253     - execute the subsystem-level suspend callback for the device; returns 0 on
 254       success, 1 if the device's run-time PM status was already 'suspended', or
 255       error code on failure, where -EAGAIN or -EBUSY means it is safe to attempt
 256       to suspend the device again in future
 257
 258   int pm_runtime_resume(struct device *dev);
 259     - execute the subsystem-level resume callback for the device; returns 0 on
 260       success, 1 if the device's run-time PM status was already 'active' or
 261       error code on failure, where -EAGAIN means it may be safe to attempt to
 262       resume the device again in future, but 'power.runtime_error' should be
 263       checked additionally
 264
 265   int pm_request_idle(struct device *dev);
 266     - submit a request to execute the subsystem-level idle callback for the
 267       device (the request is represented by a work item in pm_wq); returns 0 on
 268       success or error code if the request has not been queued up
 269
 270   int pm_schedule_suspend(struct device *dev, unsigned int delay);
 271     - schedule the execution of the subsystem-level suspend callback for the
 272       device in future, where 'delay' is the time to wait before queuing up a
 273       suspend work item in pm_wq, in milliseconds (if 'delay' is zero, the work
 274       item is queued up immediately); returns 0 on success, 1 if the device's PM
 275       run-time status was already 'suspended', or error code if the request
 276       hasn't been scheduled (or queued up if 'delay' is 0); if the execution of
 277       ->runtime_suspend() is already scheduled and not yet expired, the new
 278       value of 'delay' will be used as the time to wait
 279
 280   int pm_request_resume(struct device *dev);
 281     - submit a request to execute the subsystem-level resume callback for the
 282       device (the request is represented by a work item in pm_wq); returns 0 on
 283       success, 1 if the device's run-time PM status was already 'active', or
 284       error code if the request hasn't been queued up
 285
 286   void pm_runtime_get_noresume(struct device *dev);
 287     - increment the device's usage counter
 288
 289   int pm_runtime_get(struct device *dev);
 290     - increment the device's usage counter, run pm_request_resume(dev) and
 291       return its result
 292
 293   int pm_runtime_get_sync(struct device *dev);
 294     - increment the device's usage counter, run pm_runtime_resume(dev) and
 295       return its result
 296
 297   void pm_runtime_put_noidle(struct device *dev);
 298     - decrement the device's usage counter
 299
 300   int pm_runtime_put(struct device *dev);
 301     - decrement the device's usage counter, run pm_request_idle(dev) and return
 302       its result
 303
 304   int pm_runtime_put_sync(struct device *dev);
 305     - decrement the device's usage counter, run pm_runtime_idle(dev) and return
 306       its result
 307
 308   void pm_runtime_enable(struct device *dev);
 309     - enable the run-time PM helper functions to run the device bus type's
 310       run-time PM callbacks described in Section 2
 311
 312   int pm_runtime_disable(struct device *dev);
 313     - prevent the run-time PM helper functions from running subsystem-level
 314       run-time PM callbacks for the device, make sure that all of the pending
 315       run-time PM operations on the device are either completed or canceled;
 316       returns 1 if there was a resume request pending and it was necessary to
 317       execute the subsystem-level resume callback for the device to satisfy that
 318       request, otherwise 0 is returned
 319
 320   void pm_suspend_ignore_children(struct device *dev, bool enable);
 321     - set/unset the power.ignore_children flag of the device
 322
 323   int pm_runtime_set_active(struct device *dev);
 324     - clear the device's 'power.runtime_error' flag, set the device's run-time
 325       PM status to 'active' and update its parent's counter of 'active'
 326       children as appropriate (it is only valid to use this function if
 327       'power.runtime_error' is set or 'power.disable_depth' is greater than
 328       zero); it will fail and return error code if the device has a parent
 329       which is not active and the 'power.ignore_children' flag of which is unset
 330
 331   void pm_runtime_set_suspended(struct device *dev);
 332     - clear the device's 'power.runtime_error' flag, set the device's run-time
 333       PM status to 'suspended' and update its parent's counter of 'active'
 334       children as appropriate (it is only valid to use this function if
 335       'power.runtime_error' is set or 'power.disable_depth' is greater than
 336       zero)
 337
 338   bool pm_runtime_suspended(struct device *dev);
 339     - return true if the device's runtime PM status is 'suspended', or false
 340       otherwise
 341
 342   void pm_runtime_allow(struct device *dev);
 343     - set the power.runtime_auto flag for the device and decrease its usage
 344       counter (used by the /sys/devices/.../power/control interface to
 345       effectively allow the device to be power managed at run time)
 346
 347   void pm_runtime_forbid(struct device *dev);
 348     - unset the power.runtime_auto flag for the device and increase its usage
 349       counter (used by the /sys/devices/.../power/control interface to
 350       effectively prevent the device from being power managed at run time)
 351
 352 It is safe to execute the following helper functions from interrupt context:
 353
 354 pm_request_idle()
 355 pm_schedule_suspend()
 356 pm_request_resume()
 357 pm_runtime_get_noresume()
 358 pm_runtime_get()
 359 pm_runtime_put_noidle()
 360 pm_runtime_put()
 361 pm_suspend_ignore_children()
 362 pm_runtime_set_active()
 363 pm_runtime_set_suspended()
 364 pm_runtime_enable()
 365
 366 5. Run-time PM Initialization, Device Probing and Removal
 367
 368 Initially, the run-time PM is disabled for all devices, which means that the
 369 majority of the run-time PM helper funtions described in Section 4 will return
 370 -EAGAIN until pm_runtime_enable() is called for the device.
 371
 372 In addition to that, the initial run-time PM status of all devices is
 373 'suspended', but it need not reflect the actual physical state of the device.
 374 Thus, if the device is initially active (i.e. it is able to process I/O), its
 375 run-time PM status must be changed to 'active', with the help of
 376 pm_runtime_set_active(), before pm_runtime_enable() is called for the device.
 377
 378 However, if the device has a parent and the parent's run-time PM is enabled,
 379 calling pm_runtime_set_active() for the device will affect the parent, unless
 380 the parent's 'power.ignore_children' flag is set.  Namely, in that case the
 381 parent won't be able to suspend at run time, using the PM core's helper
 382 functions, as long as the child's status is 'active', even if the child's
 383 run-time PM is still disabled (i.e. pm_runtime_enable() hasn't been called for
 384 the child yet or pm_runtime_disable() has been called for it).  For this reason,
 385 once pm_runtime_set_active() has been called for the device, pm_runtime_enable()
 386 should be called for it too as soon as reasonably possible or its run-time PM
 387 status should be changed back to 'suspended' with the help of
 388 pm_runtime_set_suspended().
 389
 390 If the default initial run-time PM status of the device (i.e. 'suspended')
 391 reflects the actual state of the device, its bus type's or its driver's
 392 ->probe() callback will likely need to wake it up using one of the PM core's
 393 helper functions described in Section 4.  In that case, pm_runtime_resume()
 394 should be used.  Of course, for this purpose the device's run-time PM has to be
 395 enabled earlier by calling pm_runtime_enable().
 396
 397 If the device bus type's or driver's ->probe() or ->remove() callback runs
 398 pm_runtime_suspend() or pm_runtime_idle() or their asynchronous counterparts,
 399 they will fail returning -EAGAIN, because the device's usage counter is
 400 incremented by the core before executing ->probe() and ->remove().  Still, it
 401 may be desirable to suspend the device as soon as ->probe() or ->remove() has
 402 finished, so the PM core uses pm_runtime_idle_sync() to invoke the
 403 subsystem-level idle callback for the device at that time.
 404
 405 The user space can effectively disallow the driver of the device to power manage
 406 it at run time by changing the value of its /sys/devices/.../power/control
 407 attribute to "on", which causes pm_runtime_forbid() to be called.  In principle,
 408 this mechanism may also be used by the driver to effectively turn off the
 409 run-time power management of the device until the user space turns it on.
 410 Namely, during the initialization the driver can make sure that the run-time PM
 411 status of the device is 'active' and call pm_runtime_forbid().  It should be
 412 noted, however, that if the user space has already intentionally changed the
 413 value of /sys/devices/.../power/control to "auto" to allow the driver to power
 414 manage the device at run time, the driver may confuse it by using
 415 pm_runtime_forbid() this way.
 416
 417 6. Run-time PM and System Sleep
 418
 419 Run-time PM and system sleep (i.e., system suspend and hibernation, also known
 420 as suspend-to-RAM and suspend-to-disk) interact with each other in a couple of
 421 ways.  If a device is active when a system sleep starts, everything is
 422 straightforward.  But what should happen if the device is already suspended?
 423
 424 The device may have different wake-up settings for run-time PM and system sleep.
 425 For example, remote wake-up may be enabled for run-time suspend but disallowed
 426 for system sleep (device_may_wakeup(dev) returns 'false').  When this happens,
 427 the subsystem-level system suspend callback is responsible for changing the
 428 device's wake-up setting (it may leave that to the device driver's system
 429 suspend routine).  It may be necessary to resume the device and suspend it again
 430 in order to do so.  The same is true if the driver uses different power levels
 431 or other settings for run-time suspend and system sleep.
 432
 433 During system resume, devices generally should be brought back to full power,
 434 even if they were suspended before the system sleep began.  There are several
 435 reasons for this, including:
 436
 437   * The device might need to switch power levels, wake-up settings, etc.
 438
 439   * Remote wake-up events might have been lost by the firmware.
 440
 441   * The device's children may need the device to be at full power in order
 442     to resume themselves.
 443
 444   * The driver's idea of the device state may not agree with the device's
 445     physical state.  This can happen during resume from hibernation.
 446
 447   * The device might need to be reset.
 448
 449   * Even though the device was suspended, if its usage counter was > 0 then most
 450     likely it would need a run-time resume in the near future anyway.
 451
 452   * Always going back to full power is simplest.
 453
 454 If the device was suspended before the sleep began, then its run-time PM status
 455 will have to be updated to reflect the actual post-system sleep status.  The way
 456 to do this is:
 457
 458         pm_runtime_disable(dev);
 459         pm_runtime_set_active(dev);
 460         pm_runtime_enable(dev);
 461
 462 The PM core always increments the run-time usage counter before calling the
 463 ->prepare() callback and decrements it after calling the ->complete() callback.
 464 Hence disabling run-time PM temporarily like this will not cause any run-time
 465 suspend callbacks to be lost.
 466
 467 7. Generic subsystem callbacks
 468
 469 Subsystems may wish to conserve code space by using the set of generic power
 470 management callbacks provided by the PM core, defined in
 471 driver/base/power/generic_ops.c:
 472
 473   int pm_generic_runtime_idle(struct device *dev);
 474     - invoke the ->runtime_idle() callback provided by the driver of this
 475       device, if defined, and call pm_runtime_suspend() for this device if the
 476       return value is 0 or the callback is not defined
 477
 478   int pm_generic_runtime_suspend(struct device *dev);
 479     - invoke the ->runtime_suspend() callback provided by the driver of this
 480       device and return its result, or return -EINVAL if not defined
 481
 482   int pm_generic_runtime_resume(struct device *dev);
 483     - invoke the ->runtime_resume() callback provided by the driver of this
 484       device and return its result, or return -EINVAL if not defined
 485
 486   int pm_generic_suspend(struct device *dev);
 487     - if the device has not been suspended at run time, invoke the ->suspend()
 488       callback provided by its driver and return its result, or return 0 if not
 489       defined
 490
 491   int pm_generic_resume(struct device *dev);
 492     - invoke the ->resume() callback provided by the driver of this device and,
 493       if successful, change the device's runtime PM status to 'active'
 494
 495   int pm_generic_freeze(struct device *dev);
 496     - if the device has not been suspended at run time, invoke the ->freeze()
 497       callback provided by its driver and return its result, or return 0 if not
 498       defined
 499
 500   int pm_generic_thaw(struct device *dev);
 501     - if the device has not been suspended at run time, invoke the ->thaw()
 502       callback provided by its driver and return its result, or return 0 if not
 503       defined
 504
 505   int pm_generic_poweroff(struct device *dev);
 506     - if the device has not been suspended at run time, invoke the ->poweroff()
 507       callback provided by its driver and return its result, or return 0 if not
 508       defined
 509
 510   int pm_generic_restore(struct device *dev);
 511     - invoke the ->restore() callback provided by the driver of this device and,
 512       if successful, change the device's runtime PM status to 'active'
 513
 514 These functions can be assigned to the ->runtime_idle(), ->runtime_suspend(),
 515 ->runtime_resume(), ->suspend(), ->resume(), ->freeze(), ->thaw(), ->poweroff(),
 516 or ->restore() callback pointers in the subsystem-level dev_pm_ops structures.
 517
 518 If a subsystem wishes to use all of them at the same time, it can simply assign
 519 the GENERIC_SUBSYS_PM_OPS macro, defined in include/linux/pm.h, to its
 520 dev_pm_ops structure pointer.
 521
 522 Device drivers that wish to use the same function as a system suspend, freeze,
 523 poweroff and run-time suspend callback, and similarly for system resume, thaw,
 524 restore, and run-time resume, can achieve this with the help of the
 525 UNIVERSAL_DEV_PM_OPS macro defined in include/linux/pm.h (possibly setting its
 526 last argument to NULL).