WIP FPC-III support
[linux/fpc-iii.git] / Documentation / networking / device_drivers / ethernet / stmicro / stmmac.rst
blob5d46e50361294eb57ea9a7fca88aa1504df0acef
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
3 ==============================================================
4 Linux Driver for the Synopsys(R) Ethernet Controllers "stmmac"
5 ==============================================================
7 Authors: Giuseppe Cavallaro <peppe.cavallaro@st.com>,
8 Alexandre Torgue <alexandre.torgue@st.com>, Jose Abreu <joabreu@synopsys.com>
10 Contents
11 ========
13 - In This Release
14 - Feature List
15 - Kernel Configuration
16 - Command Line Parameters
17 - Driver Information and Notes
18 - Debug Information
19 - Support
21 In This Release
22 ===============
24 This file describes the stmmac Linux Driver for all the Synopsys(R) Ethernet
25 Controllers.
27 Currently, this network device driver is for all STi embedded MAC/GMAC
28 (i.e. 7xxx/5xxx SoCs), SPEAr (arm), Loongson1B (mips) and XILINX XC2V3000
29 FF1152AMT0221 D1215994A VIRTEX FPGA board. The Synopsys Ethernet QoS 5.0 IPK
30 is also supported.
32 DesignWare(R) Cores Ethernet MAC 10/100/1000 Universal version 3.70a
33 (and older) and DesignWare(R) Cores Ethernet Quality-of-Service version 4.0
34 (and upper) have been used for developing this driver as well as
35 DesignWare(R) Cores XGMAC - 10G Ethernet MAC and DesignWare(R) Cores
36 Enterprise MAC - 100G Ethernet MAC.
38 This driver supports both the platform bus and PCI.
40 This driver includes support for the following Synopsys(R) DesignWare(R)
41 Cores Ethernet Controllers and corresponding minimum and maximum versions:
43 +-------------------------------+--------------+--------------+--------------+
44 | Controller Name               | Min. Version | Max. Version | Abbrev. Name |
45 +===============================+==============+==============+==============+
46 | Ethernet MAC Universal        | N/A          | 3.73a        | GMAC         |
47 +-------------------------------+--------------+--------------+--------------+
48 | Ethernet Quality-of-Service   | 4.00a        | N/A          | GMAC4+       |
49 +-------------------------------+--------------+--------------+--------------+
50 | XGMAC - 10G Ethernet MAC      | 2.10a        | N/A          | XGMAC2+      |
51 +-------------------------------+--------------+--------------+--------------+
52 | XLGMAC - 100G Ethernet MAC    | 2.00a        | N/A          | XLGMAC2+     |
53 +-------------------------------+--------------+--------------+--------------+
55 For questions related to hardware requirements, refer to the documentation
56 supplied with your Ethernet adapter. All hardware requirements listed apply
57 to use with Linux.
59 Feature List
60 ============
62 The following features are available in this driver:
63  - GMII/MII/RGMII/SGMII/RMII/XGMII/XLGMII Interface
64  - Half-Duplex / Full-Duplex Operation
65  - Energy Efficient Ethernet (EEE)
66  - IEEE 802.3x PAUSE Packets (Flow Control)
67  - RMON/MIB Counters
68  - IEEE 1588 Timestamping (PTP)
69  - Pulse-Per-Second Output (PPS)
70  - MDIO Clause 22 / Clause 45 Interface
71  - MAC Loopback
72  - ARP Offloading
73  - Automatic CRC / PAD Insertion and Checking
74  - Checksum Offload for Received and Transmitted Packets
75  - Standard or Jumbo Ethernet Packets
76  - Source Address Insertion / Replacement
77  - VLAN TAG Insertion / Replacement / Deletion / Filtering (HASH and PERFECT)
78  - Programmable TX and RX Watchdog and Coalesce Settings
79  - Destination Address Filtering (PERFECT)
80  - HASH Filtering (Multicast)
81  - Layer 3 / Layer 4 Filtering
82  - Remote Wake-Up Detection
83  - Receive Side Scaling (RSS)
84  - Frame Preemption for TX and RX
85  - Programmable Burst Length, Threshold, Queue Size
86  - Multiple Queues (up to 8)
87  - Multiple Scheduling Algorithms (TX: WRR, DWRR, WFQ, SP, CBS, EST, TBS;
88    RX: WRR, SP)
89  - Flexible RX Parser
90  - TCP / UDP Segmentation Offload (TSO, USO)
91  - Split Header (SPH)
92  - Safety Features (ECC Protection, Data Parity Protection)
93  - Selftests using Ethtool
95 Kernel Configuration
96 ====================
98 The kernel configuration option is ``CONFIG_STMMAC_ETH``:
99  - ``CONFIG_STMMAC_PLATFORM``: is to enable the platform driver.
100  - ``CONFIG_STMMAC_PCI``: is to enable the pci driver.
102 Command Line Parameters
103 =======================
105 If the driver is built as a module the following optional parameters are used
106 by entering them on the command line with the modprobe command using this
107 syntax (e.g. for PCI module)::
109     modprobe stmmac_pci [<option>=<VAL1>,<VAL2>,...]
111 Driver parameters can be also passed in command line by using::
113     stmmaceth=watchdog:100,chain_mode=1
115 The default value for each parameter is generally the recommended setting,
116 unless otherwise noted.
118 watchdog
119 --------
120 :Valid Range: 5000-None
121 :Default Value: 5000
123 This parameter overrides the transmit timeout in milliseconds.
125 debug
126 -----
127 :Valid Range: 0-16 (0=none,...,16=all)
128 :Default Value: 0
130 This parameter adjusts the level of debug messages displayed in the system
131 logs.
133 phyaddr
134 -------
135 :Valid Range: 0-31
136 :Default Value: -1
138 This parameter overrides the physical address of the PHY device.
140 flow_ctrl
141 ---------
142 :Valid Range: 0-3 (0=off,1=rx,2=tx,3=rx/tx)
143 :Default Value: 3
145 This parameter changes the default Flow Control ability.
147 pause
148 -----
149 :Valid Range: 0-65535
150 :Default Value: 65535
152 This parameter changes the default Flow Control Pause time.
156 :Valid Range: 64-256
157 :Default Value: 64
159 This parameter changes the default HW FIFO Threshold control value.
161 buf_sz
162 ------
163 :Valid Range: 1536-16384
164 :Default Value: 1536
166 This parameter changes the default RX DMA packet buffer size.
168 eee_timer
169 ---------
170 :Valid Range: 0-None
171 :Default Value: 1000
173 This parameter changes the default LPI TX Expiration time in milliseconds.
175 chain_mode
176 ----------
177 :Valid Range: 0-1 (0=off,1=on)
178 :Default Value: 0
180 This parameter changes the default mode of operation from Ring Mode to
181 Chain Mode.
183 Driver Information and Notes
184 ============================
186 Transmit Process
187 ----------------
189 The xmit method is invoked when the kernel needs to transmit a packet; it sets
190 the descriptors in the ring and informs the DMA engine that there is a packet
191 ready to be transmitted.
193 By default, the driver sets the ``NETIF_F_SG`` bit in the features field of
194 the ``net_device`` structure, enabling the scatter-gather feature. This is
195 true on chips and configurations where the checksum can be done in hardware.
197 Once the controller has finished transmitting the packet, timer will be
198 scheduled to release the transmit resources.
200 Receive Process
201 ---------------
203 When one or more packets are received, an interrupt happens. The interrupts
204 are not queued, so the driver has to scan all the descriptors in the ring
205 during the receive process.
207 This is based on NAPI, so the interrupt handler signals only if there is work
208 to be done, and it exits. Then the poll method will be scheduled at some
209 future point.
211 The incoming packets are stored, by the DMA, in a list of pre-allocated socket
212 buffers in order to avoid the memcpy (zero-copy).
214 Interrupt Mitigation
215 --------------------
217 The driver is able to mitigate the number of its DMA interrupts using NAPI for
218 the reception on chips older than the 3.50. New chips have an HW RX Watchdog
219 used for this mitigation.
221 Mitigation parameters can be tuned by ethtool.
226 Wake up on Lan feature through Magic and Unicast frames are supported for the
227 GMAC, GMAC4/5 and XGMAC core.
229 DMA Descriptors
230 ---------------
232 Driver handles both normal and alternate descriptors. The latter has been only
233 tested on DesignWare(R) Cores Ethernet MAC Universal version 3.41a and later.
235 stmmac supports DMA descriptor to operate both in dual buffer (RING) and
236 linked-list(CHAINED) mode. In RING each descriptor points to two data buffer
237 pointers whereas in CHAINED mode they point to only one data buffer pointer.
238 RING mode is the default.
240 In CHAINED mode each descriptor will have pointer to next descriptor in the
241 list, hence creating the explicit chaining in the descriptor itself, whereas
242 such explicit chaining is not possible in RING mode.
244 Extended Descriptors
245 --------------------
247 The extended descriptors give us information about the Ethernet payload when
248 it is carrying PTP packets or TCP/UDP/ICMP over IP. These are not available on
249 GMAC Synopsys(R) chips older than the 3.50. At probe time the driver will
250 decide if these can be actually used. This support also is mandatory for PTPv2
251 because the extra descriptors are used for saving the hardware timestamps and
252 Extended Status.
254 Ethtool Support
255 ---------------
257 Ethtool is supported. For example, driver statistics (including RMON),
258 internal errors can be taken using::
260     ethtool -S ethX
262 Ethtool selftests are also supported. This allows to do some early sanity
263 checks to the HW using MAC and PHY loopback mechanisms::
265     ethtool -t ethX
267 Jumbo and Segmentation Offloading
268 ---------------------------------
270 Jumbo frames are supported and tested for the GMAC. The GSO has been also
271 added but it's performed in software. LRO is not supported.
273 TSO Support
274 -----------
276 TSO (TCP Segmentation Offload) feature is supported by GMAC > 4.x and XGMAC
277 chip family. When a packet is sent through TCP protocol, the TCP stack ensures
278 that the SKB provided to the low level driver (stmmac in our case) matches
279 with the maximum frame len (IP header + TCP header + payload <= 1500 bytes
280 (for MTU set to 1500)). It means that if an application using TCP want to send
281 a packet which will have a length (after adding headers) > 1514 the packet
282 will be split in several TCP packets: The data payload is split and headers
283 (TCP/IP ..) are added. It is done by software.
285 When TSO is enabled, the TCP stack doesn't care about the maximum frame length
286 and provide SKB packet to stmmac as it is. The GMAC IP will have to perform
287 the segmentation by it self to match with maximum frame length.
289 This feature can be enabled in device tree through ``snps,tso`` entry.
291 Energy Efficient Ethernet
292 -------------------------
294 Energy Efficient Ethernet (EEE) enables IEEE 802.3 MAC sublayer along with a
295 family of Physical layer to operate in the Low Power Idle (LPI) mode. The EEE
296 mode supports the IEEE 802.3 MAC operation at 100Mbps, 1000Mbps and 1Gbps.
298 The LPI mode allows power saving by switching off parts of the communication
299 device functionality when there is no data to be transmitted & received.
300 The system on both the side of the link can disable some functionalities and
301 save power during the period of low-link utilization. The MAC controls whether
302 the system should enter or exit the LPI mode and communicate this to PHY.
304 As soon as the interface is opened, the driver verifies if the EEE can be
305 supported. This is done by looking at both the DMA HW capability register and
306 the PHY devices MCD registers.
308 To enter in TX LPI mode the driver needs to have a software timer that enable
309 and disable the LPI mode when there is nothing to be transmitted.
311 Precision Time Protocol (PTP)
312 -----------------------------
314 The driver supports the IEEE 1588-2002, Precision Time Protocol (PTP), which
315 enables precise synchronization of clocks in measurement and control systems
316 implemented with technologies such as network communication.
318 In addition to the basic timestamp features mentioned in IEEE 1588-2002
319 Timestamps, new GMAC cores support the advanced timestamp features.
320 IEEE 1588-2008 can be enabled when configuring the Kernel.
322 SGMII/RGMII Support
323 -------------------
325 New GMAC devices provide own way to manage RGMII/SGMII. This information is
326 available at run-time by looking at the HW capability register. This means
327 that the stmmac can manage auto-negotiation and link status w/o using the
328 PHYLIB stuff. In fact, the HW provides a subset of extended registers to
329 restart the ANE, verify Full/Half duplex mode and Speed. Thanks to these
330 registers, it is possible to look at the Auto-negotiated Link Parter Ability.
332 Physical
333 --------
335 The driver is compatible with Physical Abstraction Layer to be connected with
336 PHY and GPHY devices.
338 Platform Information
339 --------------------
341 Several information can be passed through the platform and device-tree.
345     struct plat_stmmacenet_data {
347 1) Bus identifier::
349         int bus_id;
351 2) PHY Physical Address. If set to -1 the driver will pick the first PHY it
352 finds::
354         int phy_addr;
356 3) PHY Device Interface::
358         int interface;
360 4) Specific platform fields for the MDIO bus::
362         struct stmmac_mdio_bus_data *mdio_bus_data;
364 5) Internal DMA parameters::
366         struct stmmac_dma_cfg *dma_cfg;
368 6) Fixed CSR Clock Range selection::
370         int clk_csr;
372 7) HW uses the GMAC core::
374         int has_gmac;
376 8) If set the MAC will use Enhanced Descriptors::
378         int enh_desc;
380 9) Core is able to perform TX Checksum and/or RX Checksum in HW::
382         int tx_coe;
383         int rx_coe;
385 11) Some HWs are not able to perform the csum in HW for over-sized frames due
386 to limited buffer sizes. Setting this flag the csum will be done in SW on
387 JUMBO frames::
389         int bugged_jumbo;
391 12) Core has the embedded power module::
393         int pmt;
395 13) Force DMA to use the Store and Forward mode or Threshold mode::
397         int force_sf_dma_mode;
398         int force_thresh_dma_mode;
400 15) Force to disable the RX Watchdog feature and switch to NAPI mode::
402         int riwt_off;
404 16) Limit the maximum operating speed and MTU::
406         int max_speed;
407         int maxmtu;
409 18) Number of Multicast/Unicast filters::
411         int multicast_filter_bins;
412         int unicast_filter_entries;
414 20) Limit the maximum TX and RX FIFO size::
416         int tx_fifo_size;
417         int rx_fifo_size;
419 21) Use the specified number of TX and RX Queues::
421         u32 rx_queues_to_use;
422         u32 tx_queues_to_use;
424 22) Use the specified TX and RX scheduling algorithm::
426         u8 rx_sched_algorithm;
427         u8 tx_sched_algorithm;
429 23) Internal TX and RX Queue parameters::
431         struct stmmac_rxq_cfg rx_queues_cfg[MTL_MAX_RX_QUEUES];
432         struct stmmac_txq_cfg tx_queues_cfg[MTL_MAX_TX_QUEUES];
434 24) This callback is used for modifying some syscfg registers (on ST SoCs)
435 according to the link speed negotiated by the physical layer::
437         void (*fix_mac_speed)(void *priv, unsigned int speed);
439 25) Callbacks used for calling a custom initialization; This is sometimes
440 necessary on some platforms (e.g. ST boxes) where the HW needs to have set
441 some PIO lines or system cfg registers. init/exit callbacks should not use
442 or modify platform data::
444         int (*init)(struct platform_device *pdev, void *priv);
445         void (*exit)(struct platform_device *pdev, void *priv);
447 26) Perform HW setup of the bus. For example, on some ST platforms this field
448 is used to configure the AMBA bridge to generate more efficient STBus traffic::
450         struct mac_device_info *(*setup)(void *priv);
451         void *bsp_priv;
453 27) Internal clocks and rates::
455         struct clk *stmmac_clk;
456         struct clk *pclk;
457         struct clk *clk_ptp_ref;
458         unsigned int clk_ptp_rate;
459         unsigned int clk_ref_rate;
460         s32 ptp_max_adj;
462 28) Main reset::
464         struct reset_control *stmmac_rst;
466 29) AXI Internal Parameters::
468         struct stmmac_axi *axi;
470 30) HW uses GMAC>4 cores::
472         int has_gmac4;
474 31) HW is sun8i based::
476         bool has_sun8i;
478 32) Enables TSO feature::
480         bool tso_en;
482 33) Enables Receive Side Scaling (RSS) feature::
484         int rss_en;
486 34) MAC Port selection::
488         int mac_port_sel_speed;
490 35) Enables TX LPI Clock Gating::
492         bool en_tx_lpi_clockgating;
494 36) HW uses XGMAC>2.10 cores::
496         int has_xgmac;
500     }
502 For MDIO bus data, we have:
506     struct stmmac_mdio_bus_data {
508 1) PHY mask passed when MDIO bus is registered::
510         unsigned int phy_mask;
512 2) List of IRQs, one per PHY::
514         int *irqs;
516 3) If IRQs is NULL, use this for probed PHY::
518         int probed_phy_irq;
520 4) Set to true if PHY needs reset::
522         bool needs_reset;
526     }
528 For DMA engine configuration, we have:
532     struct stmmac_dma_cfg {
534 1) Programmable Burst Length (TX and RX)::
536         int pbl;
538 2) If set, DMA TX / RX will use this value rather than pbl::
540         int txpbl;
541         int rxpbl;
543 3) Enable 8xPBL::
545         bool pblx8;
547 4) Enable Fixed or Mixed burst::
549         int fixed_burst;
550         int mixed_burst;
552 5) Enable Address Aligned Beats::
554         bool aal;
556 6) Enable Enhanced Addressing (> 32 bits)::
558         bool eame;
562     }
564 For DMA AXI parameters, we have:
568     struct stmmac_axi {
570 1) Enable AXI LPI::
572         bool axi_lpi_en;
573         bool axi_xit_frm;
575 2) Set AXI Write / Read maximum outstanding requests::
577         u32 axi_wr_osr_lmt;
578         u32 axi_rd_osr_lmt;
580 3) Set AXI 4KB bursts::
582         bool axi_kbbe;
584 4) Set AXI maximum burst length map::
586         u32 axi_blen[AXI_BLEN];
588 5) Set AXI Fixed burst / mixed burst::
590         bool axi_fb;
591         bool axi_mb;
593 6) Set AXI rebuild incrx mode::
595         bool axi_rb;
599     }
601 For the RX Queues configuration, we have:
605     struct stmmac_rxq_cfg {
607 1) Mode to use (DCB or AVB)::
609         u8 mode_to_use;
611 2) DMA channel to use::
613         u32 chan;
615 3) Packet routing, if applicable::
617         u8 pkt_route;
619 4) Use priority routing, and priority to route::
621         bool use_prio;
622         u32 prio;
626     }
628 For the TX Queues configuration, we have:
632     struct stmmac_txq_cfg {
634 1) Queue weight in scheduler::
636         u32 weight;
638 2) Mode to use (DCB or AVB)::
640         u8 mode_to_use;
642 3) Credit Base Shaper Parameters::
644         u32 send_slope;
645         u32 idle_slope;
646         u32 high_credit;
647         u32 low_credit;
649 4) Use priority scheduling, and priority::
651         bool use_prio;
652         u32 prio;
656     }
658 Device Tree Information
659 -----------------------
661 Please refer to the following document:
662 Documentation/devicetree/bindings/net/snps,dwmac.yaml
664 HW Capabilities
665 ---------------
667 Note that, starting from new chips, where it is available the HW capability
668 register, many configurations are discovered at run-time for example to
669 understand if EEE, HW csum, PTP, enhanced descriptor etc are actually
670 available. As strategy adopted in this driver, the information from the HW
671 capability register can replace what has been passed from the platform.
673 Debug Information
674 =================
676 The driver exports many information i.e. internal statistics, debug
677 information, MAC and DMA registers etc.
679 These can be read in several ways depending on the type of the information
680 actually needed.
682 For example a user can be use the ethtool support to get statistics: e.g.
683 using: ``ethtool -S ethX`` (that shows the Management counters (MMC) if
684 supported) or sees the MAC/DMA registers: e.g. using: ``ethtool -d ethX``
686 Compiling the Kernel with ``CONFIG_DEBUG_FS`` the driver will export the
687 following debugfs entries:
689  - ``descriptors_status``: To show the DMA TX/RX descriptor rings
690  - ``dma_cap``: To show the HW Capabilities
692 Developer can also use the ``debug`` module parameter to get further debug
693 information (please see: NETIF Msg Level).
695 Support
696 =======
698 If an issue is identified with the released source code on a supported kernel
699 with a supported adapter, email the specific information related to the
700 issue to netdev@vger.kernel.org