Merge tag 'riscv-for-linus-4.15-rc2_cleanups' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux...
[linux/fpc-iii.git] / drivers / staging / fsl-mc / README.txt
blob524eda1de04f46c83187112991ca4f9f4d1e0de7
1 Copyright (C) 2015 Freescale Semiconductor Inc.
3 DPAA2 (Data Path Acceleration Architecture Gen2)
4 ------------------------------------------------
6 This document provides an overview of the Freescale DPAA2 architecture
7 and how it is integrated into the Linux kernel.
9 Contents summary
10    -DPAA2 overview
11    -Overview of DPAA2 objects
12    -DPAA2 Linux driver architecture overview
13         -bus driver
14         -DPRC driver
15         -allocator
16         -DPIO driver
17         -Ethernet
18         -MAC
20 DPAA2 Overview
21 --------------
23 DPAA2 is a hardware architecture designed for high-speeed network
24 packet processing.  DPAA2 consists of sophisticated mechanisms for
25 processing Ethernet packets, queue management, buffer management,
26 autonomous L2 switching, virtual Ethernet bridging, and accelerator
27 (e.g. crypto) sharing.
29 A DPAA2 hardware component called the Management Complex (or MC) manages the
30 DPAA2 hardware resources.  The MC provides an object-based abstraction for
31 software drivers to use the DPAA2 hardware.
33 The MC uses DPAA2 hardware resources such as queues, buffer pools, and
34 network ports to create functional objects/devices such as network
35 interfaces, an L2 switch, or accelerator instances.
37 The MC provides memory-mapped I/O command interfaces (MC portals)
38 which DPAA2 software drivers use to operate on DPAA2 objects:
40 The diagram below shows an overview of the DPAA2 resource management
41 architecture:
43          +--------------------------------------+
44          |                  OS                  |
45          |                        DPAA2 drivers |
46          |                             |        |
47          +-----------------------------|--------+
48                                        |
49                                        | (create,discover,connect
50                                        |  config,use,destroy)
51                                        |
52                          DPAA2         |
53          +------------------------| mc portal |-+
54          |                             |        |
55          |   +- - - - - - - - - - - - -V- - -+  |
56          |   |                               |  |
57          |   |   Management Complex (MC)     |  |
58          |   |                               |  |
59          |   +- - - - - - - - - - - - - - - -+  |
60          |                                      |
61          | Hardware                  Hardware   |
62          | Resources                 Objects    |
63          | ---------                 -------    |
64          | -queues                   -DPRC      |
65          | -buffer pools             -DPMCP     |
66          | -Eth MACs/ports           -DPIO      |
67          | -network interface        -DPNI      |
68          |  profiles                 -DPMAC     |
69          | -queue portals            -DPBP      |
70          | -MC portals                ...       |
71          |  ...                                 |
72          |                                      |
73          +--------------------------------------+
75 The MC mediates operations such as create, discover,
76 connect, configuration, and destroy.  Fast-path operations
77 on data, such as packet transmit/receive, are not mediated by
78 the MC and are done directly using memory mapped regions in
79 DPIO objects.
81 Overview of DPAA2 Objects
82 -------------------------
83 The section provides a brief overview of some key DPAA2 objects.
84 A simple scenario is described illustrating the objects involved
85 in creating a network interfaces.
87 -DPRC (Datapath Resource Container)
89     A DPRC is a container object that holds all the other
90     types of DPAA2 objects.  In the example diagram below there
91     are 8 objects of 5 types (DPMCP, DPIO, DPBP, DPNI, and DPMAC)
92     in the container.
94     +---------------------------------------------------------+
95     | DPRC                                                    |
96     |                                                         |
97     |  +-------+  +-------+  +-------+  +-------+  +-------+  |
98     |  | DPMCP |  | DPIO  |  | DPBP  |  | DPNI  |  | DPMAC |  |
99     |  +-------+  +-------+  +-------+  +---+---+  +---+---+  |
100     |  | DPMCP |  | DPIO  |                                   |
101     |  +-------+  +-------+                                   |
102     |  | DPMCP |                                              |
103     |  +-------+                                              |
104     |                                                         |
105     +---------------------------------------------------------+
107     From the point of view of an OS, a DPRC behaves similar to a plug and
108     play bus, like PCI.  DPRC commands can be used to enumerate the contents
109     of the DPRC, discover the hardware objects present (including mappable
110     regions and interrupts).
112      DPRC.1 (bus)
113        |
114        +--+--------+-------+-------+-------+
115           |        |       |       |       |
116         DPMCP.1  DPIO.1  DPBP.1  DPNI.1  DPMAC.1
117         DPMCP.2  DPIO.2
118         DPMCP.3
120     Hardware objects can be created and destroyed dynamically, providing
121     the ability to hot plug/unplug objects in and out of the DPRC.
123     A DPRC has a mappable MMIO region (an MC portal) that can be used
124     to send MC commands.  It has an interrupt for status events (like
125     hotplug).
127     All objects in a container share the same hardware "isolation context".
128     This means that with respect to an IOMMU the isolation granularity
129     is at the DPRC (container) level, not at the individual object
130     level.
132     DPRCs can be defined statically and populated with objects
133     via a config file passed to the MC when firmware starts
134     it.
136 -DPAA2 Objects for an Ethernet Network Interface
138     A typical Ethernet NIC is monolithic-- the NIC device contains TX/RX
139     queuing mechanisms, configuration mechanisms, buffer management,
140     physical ports, and interrupts.  DPAA2 uses a more granular approach
141     utilizing multiple hardware objects.  Each object provides specialized
142     functions. Groups of these objects are used by software to provide
143     Ethernet network interface functionality.  This approach provides
144     efficient use of finite hardware resources, flexibility, and
145     performance advantages.
147     The diagram below shows the objects needed for a simple
148     network interface configuration on a system with 2 CPUs.
150               +---+---+ +---+---+
151                  CPU0     CPU1
152               +---+---+ +---+---+
153                   |         |
154               +---+---+ +---+---+
155                  DPIO     DPIO
156               +---+---+ +---+---+
157                     \     /
158                      \   /
159                       \ /
160                    +---+---+
161                       DPNI  --- DPBP,DPMCP
162                    +---+---+
163                        |
164                        |
165                    +---+---+
166                      DPMAC
167                    +---+---+
168                        |
169                     port/PHY
171     Below the objects are described.  For each object a brief description
172     is provided along with a summary of the kinds of operations the object
173     supports and a summary of key resources of the object (MMIO regions
174     and IRQs).
176        -DPMAC (Datapath Ethernet MAC): represents an Ethernet MAC, a
177         hardware device that connects to an Ethernet PHY and allows
178         physical transmission and reception of Ethernet frames.
179            -MMIO regions: none
180            -IRQs: DPNI link change
181            -commands: set link up/down, link config, get stats,
182             IRQ config, enable, reset
184        -DPNI (Datapath Network Interface): contains TX/RX queues,
185         network interface configuration, and RX buffer pool configuration
186         mechanisms.  The TX/RX queues are in memory and are identified by
187         queue number.
188            -MMIO regions: none
189            -IRQs: link state
190            -commands: port config, offload config, queue config,
191             parse/classify config, IRQ config, enable, reset
193        -DPIO (Datapath I/O): provides interfaces to enqueue and dequeue
194         packets and do hardware buffer pool management operations.  The DPAA2
195         architecture separates the mechanism to access queues (the DPIO object)
196         from the queues themselves.  The DPIO provides an MMIO interface to
197         enqueue/dequeue packets.  To enqueue something a descriptor is written
198         to the DPIO MMIO region, which includes the target queue number.
199         There will typically be one DPIO assigned to each CPU.  This allows all
200         CPUs to simultaneously perform enqueue/dequeued operations.  DPIOs are
201         expected to be shared by different DPAA2 drivers.
202            -MMIO regions: queue operations, buffer management
203            -IRQs: data availability, congestion notification, buffer
204                   pool depletion
205            -commands: IRQ config, enable, reset
207        -DPBP (Datapath Buffer Pool): represents a hardware buffer
208         pool.
209            -MMIO regions: none
210            -IRQs: none
211            -commands: enable, reset
213        -DPMCP (Datapath MC Portal): provides an MC command portal.
214         Used by drivers to send commands to the MC to manage
215         objects.
216            -MMIO regions: MC command portal
217            -IRQs: command completion
218            -commands: IRQ config, enable, reset
220     Object Connections
221     ------------------
222     Some objects have explicit relationships that must
223     be configured:
225        -DPNI <--> DPMAC
226        -DPNI <--> DPNI
227        -DPNI <--> L2-switch-port
228           A DPNI must be connected to something such as a DPMAC,
229           another DPNI, or L2 switch port.  The DPNI connection
230           is made via a DPRC command.
232               +-------+  +-------+
233               | DPNI  |  | DPMAC |
234               +---+---+  +---+---+
235                   |          |
236                   +==========+
238        -DPNI <--> DPBP
239           A network interface requires a 'buffer pool' (DPBP
240           object) which provides a list of pointers to memory
241           where received Ethernet data is to be copied.  The
242           Ethernet driver configures the DPBPs associated with
243           the network interface.
245     Interrupts
246     ----------
247     All interrupts generated by DPAA2 objects are message
248     interrupts.  At the hardware level message interrupts
249     generated by devices will normally have 3 components--
250     1) a non-spoofable 'device-id' expressed on the hardware
251     bus, 2) an address, 3) a data value.
253     In the case of DPAA2 devices/objects, all objects in the
254     same container/DPRC share the same 'device-id'.
255     For ARM-based SoC this is the same as the stream ID.
258 DPAA2 Linux Driver Overview
259 ---------------------------
261 This section provides an overview of the Linux kernel drivers for
262 DPAA2-- 1) the bus driver and associated "DPAA2 infrastructure"
263 drivers and 2) functional object drivers (such as Ethernet).
265 As described previously, a DPRC is a container that holds the other
266 types of DPAA2 objects.  It is functionally similar to a plug-and-play
267 bus controller.
269 Each object in the DPRC is a Linux "device" and is bound to a driver.
270 The diagram below shows the Linux drivers involved in a networking
271 scenario and the objects bound to each driver.  A brief description
272 of each driver follows.
274                                              +------------+
275                                              | OS Network |
276                                              |   Stack    |
277                  +------------+              +------------+
278                  | Allocator  |. . . . . . . |  Ethernet  |
279                  |(DPMCP,DPBP)|              |   (DPNI)   |
280                  +-.----------+              +---+---+----+
281                   .          .                   ^   |
282                  .            .     <data avail, |   |<enqueue,
283                 .              .     tx confirm> |   | dequeue>
284     +-------------+             .                |   |
285     | DPRC driver |              .           +---+---V----+     +---------+
286     |   (DPRC)    |               . . . . . .| DPIO driver|     |   MAC   |
287     +----------+--+                          |  (DPIO)    |     | (DPMAC) |
288                |                             +------+-----+     +-----+---+
289                |<dev add/remove>                    |                 |
290                |                                    |                 |
291           +----+--------------+                     |              +--+---+
292           |   MC-bus driver   |                     |              | PHY  |
293           |                   |                     |              |driver|
294           | /soc/fsl-mc       |                     |              +--+---+
295           +-------------------+                     |                 |
296                                                     |                 |
297  ================================ HARDWARE =========|=================|======
298                                                   DPIO                |
299                                                     |                 |
300                                                   DPNI---DPBP         |
301                                                     |                 |
302                                                   DPMAC               |
303                                                     |                 |
304                                                    PHY ---------------+
305  ===================================================|========================
307 A brief description of each driver is provided below.
309     MC-bus driver
310     -------------
311     The MC-bus driver is a platform driver and is probed from a
312     node in the device tree (compatible "fsl,qoriq-mc") passed in by boot
313     firmware.  It is responsible for bootstrapping the DPAA2 kernel
314     infrastructure.
315     Key functions include:
316        -registering a new bus type named "fsl-mc" with the kernel,
317         and implementing bus call-backs (e.g. match/uevent/dev_groups)
318        -implementing APIs for DPAA2 driver registration and for device
319         add/remove
320        -creates an MSI IRQ domain
321        -doing a 'device add' to expose the 'root' DPRC, in turn triggering
322         a bind of the root DPRC to the DPRC driver
323     The binding for the MC-bus device-tree node can be consulted here:
324         Documentation/devicetree/bindings/misc/fsl,qoriq-mc.txt
326     DPRC driver
327     -----------
328     The DPRC driver is bound to DPRC objects and does runtime management
329     of a bus instance.  It performs the initial bus scan of the DPRC
330     and handles interrupts for container events such as hot plug by
331     re-scanning the DPRC.
333     Allocator
334     ----------
335     Certain objects such as DPMCP and DPBP are generic and fungible,
336     and are intended to be used by other drivers.  For example,
337     the DPAA2 Ethernet driver needs:
338        -DPMCPs to send MC commands, to configure network interfaces
339        -DPBPs for network buffer pools
341     The allocator driver registers for these allocatable object types
342     and those objects are bound to the allocator when the bus is probed.
343     The allocator maintains a pool of objects that are available for
344     allocation by other DPAA2 drivers.
346     DPIO driver
347     -----------
348     The DPIO driver is bound to DPIO objects and provides services that allow
349     other drivers such as the Ethernet driver to enqueue and dequeue data for
350     their respective objects.
351     Key services include:
352         -data availability notifications
353         -hardware queuing operations (enqueue and dequeue of data)
354         -hardware buffer pool management
356     To transmit a packet the Ethernet driver puts data on a queue and
357     invokes a DPIO API.  For receive, the Ethernet driver registers
358     a data availability notification callback.  To dequeue a packet
359     a DPIO API is used.
361     There is typically one DPIO object per physical CPU for optimum
362     performance, allowing different CPUs to simultaneously enqueue
363     and dequeue data.
365     The DPIO driver operates on behalf of all DPAA2 drivers
366     active in the kernel--  Ethernet, crypto, compression,
367     etc.
369     Ethernet
370     --------
371     The Ethernet driver is bound to a DPNI and implements the kernel
372     interfaces needed to connect the DPAA2 network interface to
373     the network stack.
375     Each DPNI corresponds to a Linux network interface.
377     MAC driver
378     ----------
379     An Ethernet PHY is an off-chip, board specific component and is managed
380     by the appropriate PHY driver via an mdio bus.  The MAC driver
381     plays a role of being a proxy between the PHY driver and the
382     MC.  It does this proxy via the MC commands to a DPMAC object.
383     If the PHY driver signals a link change, the MAC driver notifies
384     the MC via a DPMAC command.  If a network interface is brought
385     up or down, the MC notifies the DPMAC driver via an interrupt and
386     the driver can take appropriate action.