OSDN Git Service

c414646a1bb432cadbc222dfb67b03206ae9f40f
[uclinux-h8/linux.git] / Documentation / firmware-guide / acpi / enumeration.rst
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2
3 =============================
4 ACPI Based Device Enumeration
5 =============================
6
7 ACPI 5 introduced a set of new resources (UartTSerialBus, I2cSerialBus,
8 SpiSerialBus, GpioIo and GpioInt) which can be used in enumerating slave
9 devices behind serial bus controllers.
10
11 In addition we are starting to see peripherals integrated in the
12 SoC/Chipset to appear only in ACPI namespace. These are typically devices
13 that are accessed through memory-mapped registers.
14
15 In order to support this and re-use the existing drivers as much as
16 possible we decided to do following:
17
18   - Devices that have no bus connector resource are represented as
19     platform devices.
20
21   - Devices behind real busses where there is a connector resource
22     are represented as struct spi_device or struct i2c_device. Note
23     that standard UARTs are not busses so there is no struct uart_device,
24     although some of them may be represented by sturct serdev_device.
25
26 As both ACPI and Device Tree represent a tree of devices (and their
27 resources) this implementation follows the Device Tree way as much as
28 possible.
29
30 The ACPI implementation enumerates devices behind busses (platform, SPI,
31 I2C, and in some cases UART), creates the physical devices and binds them
32 to their ACPI handle in the ACPI namespace.
33
34 This means that when ACPI_HANDLE(dev) returns non-NULL the device was
35 enumerated from ACPI namespace. This handle can be used to extract other
36 device-specific configuration. There is an example of this below.
37
38 Platform bus support
39 ====================
40
41 Since we are using platform devices to represent devices that are not
42 connected to any physical bus we only need to implement a platform driver
43 for the device and add supported ACPI IDs. If this same IP-block is used on
44 some other non-ACPI platform, the driver might work out of the box or needs
45 some minor changes.
46
47 Adding ACPI support for an existing driver should be pretty
48 straightforward. Here is the simplest example::
49
50         static const struct acpi_device_id mydrv_acpi_match[] = {
51                 /* ACPI IDs here */
52                 { }
53         };
54         MODULE_DEVICE_TABLE(acpi, mydrv_acpi_match);
55
56         static struct platform_driver my_driver = {
57                 ...
58                 .driver = {
59                         .acpi_match_table = mydrv_acpi_match,
60                 },
61         };
62
63 If the driver needs to perform more complex initialization like getting and
64 configuring GPIOs it can get its ACPI handle and extract this information
65 from ACPI tables.
66
67 DMA support
68 ===========
69
70 DMA controllers enumerated via ACPI should be registered in the system to
71 provide generic access to their resources. For example, a driver that would
72 like to be accessible to slave devices via generic API call
73 dma_request_chan() must register itself at the end of the probe function like
74 this::
75
76         err = devm_acpi_dma_controller_register(dev, xlate_func, dw);
77         /* Handle the error if it's not a case of !CONFIG_ACPI */
78
79 and implement custom xlate function if needed (usually acpi_dma_simple_xlate()
80 is enough) which converts the FixedDMA resource provided by struct
81 acpi_dma_spec into the corresponding DMA channel. A piece of code for that case
82 could look like::
83
84         #ifdef CONFIG_ACPI
85         struct filter_args {
86                 /* Provide necessary information for the filter_func */
87                 ...
88         };
89
90         static bool filter_func(struct dma_chan *chan, void *param)
91         {
92                 /* Choose the proper channel */
93                 ...
94         }
95
96         static struct dma_chan *xlate_func(struct acpi_dma_spec *dma_spec,
97                         struct acpi_dma *adma)
98         {
99                 dma_cap_mask_t cap;
100                 struct filter_args args;
101
102                 /* Prepare arguments for filter_func */
103                 ...
104                 return dma_request_channel(cap, filter_func, &args);
105         }
106         #else
107         static struct dma_chan *xlate_func(struct acpi_dma_spec *dma_spec,
108                         struct acpi_dma *adma)
109         {
110                 return NULL;
111         }
112         #endif
113
114 dma_request_chan() will call xlate_func() for each registered DMA controller.
115 In the xlate function the proper channel must be chosen based on
116 information in struct acpi_dma_spec and the properties of the controller
117 provided by struct acpi_dma.
118
119 Clients must call dma_request_chan() with the string parameter that corresponds
120 to a specific FixedDMA resource. By default "tx" means the first entry of the
121 FixedDMA resource array, "rx" means the second entry. The table below shows a
122 layout::
123
124         Device (I2C0)
125         {
126                 ...
127                 Method (_CRS, 0, NotSerialized)
128                 {
129                         Name (DBUF, ResourceTemplate ()
130                         {
131                                 FixedDMA (0x0018, 0x0004, Width32bit, _Y48)
132                                 FixedDMA (0x0019, 0x0005, Width32bit, )
133                         })
134                 ...
135                 }
136         }
137
138 So, the FixedDMA with request line 0x0018 is "tx" and next one is "rx" in
139 this example.
140
141 In robust cases the client unfortunately needs to call
142 acpi_dma_request_slave_chan_by_index() directly and therefore choose the
143 specific FixedDMA resource by its index.
144
145 SPI serial bus support
146 ======================
147
148 Slave devices behind SPI bus have SpiSerialBus resource attached to them.
149 This is extracted automatically by the SPI core and the slave devices are
150 enumerated once spi_register_master() is called by the bus driver.
151
152 Here is what the ACPI namespace for a SPI slave might look like::
153
154         Device (EEP0)
155         {
156                 Name (_ADR, 1)
157                 Name (_CID, Package () {
158                         "ATML0025",
159                         "AT25",
160                 })
161                 ...
162                 Method (_CRS, 0, NotSerialized)
163                 {
164                         SPISerialBus(1, PolarityLow, FourWireMode, 8,
165                                 ControllerInitiated, 1000000, ClockPolarityLow,
166                                 ClockPhaseFirst, "\\_SB.PCI0.SPI1",)
167                 }
168                 ...
169
170 The SPI device drivers only need to add ACPI IDs in a similar way than with
171 the platform device drivers. Below is an example where we add ACPI support
172 to at25 SPI eeprom driver (this is meant for the above ACPI snippet)::
173
174         static const struct acpi_device_id at25_acpi_match[] = {
175                 { "AT25", 0 },
176                 { }
177         };
178         MODULE_DEVICE_TABLE(acpi, at25_acpi_match);
179
180         static struct spi_driver at25_driver = {
181                 .driver = {
182                         ...
183                         .acpi_match_table = at25_acpi_match,
184                 },
185         };
186
187 Note that this driver actually needs more information like page size of the
188 eeprom, etc. This information can be passed via _DSD method like::
189
190         Device (EEP0)
191         {
192                 ...
193                 Name (_DSD, Package ()
194                 {
195                         ToUUID("daffd814-6eba-4d8c-8a91-bc9bbf4aa301"),
196                         Package ()
197                         {
198                                 Package () { "size", 1024 },
199                                 Package () { "pagesize", 32 },
200                                 Package () { "address-width", 16 },
201                         }
202                 })
203         }
204
205 Then the at25 SPI driver can get this configuration by calling device property
206 APIs during ->probe() phase like::
207
208         err = device_property_read_u32(dev, "size", &size);
209         if (err)
210                 ...error handling...
211
212         err = device_property_read_u32(dev, "pagesize", &page_size);
213         if (err)
214                 ...error handling...
215
216         err = device_property_read_u32(dev, "address-width", &addr_width);
217         if (err)
218                 ...error handling...
219
220 I2C serial bus support
221 ======================
222
223 The slaves behind I2C bus controller only need to add the ACPI IDs like
224 with the platform and SPI drivers. The I2C core automatically enumerates
225 any slave devices behind the controller device once the adapter is
226 registered.
227
228 Below is an example of how to add ACPI support to the existing mpu3050
229 input driver::
230
231         static const struct acpi_device_id mpu3050_acpi_match[] = {
232                 { "MPU3050", 0 },
233                 { }
234         };
235         MODULE_DEVICE_TABLE(acpi, mpu3050_acpi_match);
236
237         static struct i2c_driver mpu3050_i2c_driver = {
238                 .driver = {
239                         .name   = "mpu3050",
240                         .pm     = &mpu3050_pm,
241                         .of_match_table = mpu3050_of_match,
242                         .acpi_match_table = mpu3050_acpi_match,
243                 },
244                 .probe          = mpu3050_probe,
245                 .remove         = mpu3050_remove,
246                 .id_table       = mpu3050_ids,
247         };
248         module_i2c_driver(mpu3050_i2c_driver);
249
250 Reference to PWM device
251 =======================
252
253 Sometimes a device can be a consumer of PWM channel. Obviously OS would like
254 to know which one. To provide this mapping the special property has been
255 introduced, i.e.::
256
257     Device (DEV)
258     {
259         Name (_DSD, Package ()
260         {
261             ToUUID("daffd814-6eba-4d8c-8a91-bc9bbf4aa301"),
262             Package () {
263                 Package () { "compatible", Package () { "pwm-leds" } },
264                 Package () { "label", "alarm-led" },
265                 Package () { "pwms",
266                     Package () {
267                         "\\_SB.PCI0.PWM",  // <PWM device reference>
268                         0,                 // <PWM index>
269                         600000000,         // <PWM period>
270                         0,                 // <PWM flags>
271                     }
272                 }
273             }
274         })
275         ...
276     }
277
278 In the above example the PWM-based LED driver references to the PWM channel 0
279 of \_SB.PCI0.PWM device with initial period setting equal to 600 ms (note that
280 value is given in nanoseconds).
281
282 GPIO support
283 ============
284
285 ACPI 5 introduced two new resources to describe GPIO connections: GpioIo
286 and GpioInt. These resources can be used to pass GPIO numbers used by
287 the device to the driver. ACPI 5.1 extended this with _DSD (Device
288 Specific Data) which made it possible to name the GPIOs among other things.
289
290 For example::
291
292         Device (DEV)
293         {
294                 Method (_CRS, 0, NotSerialized)
295                 {
296                         Name (SBUF, ResourceTemplate()
297                         {
298                                 // Used to power on/off the device
299                                 GpioIo (Exclusive, PullNone, 0, 0, IoRestrictionOutputOnly,
300                                         "\\_SB.PCI0.GPI0", 0, ResourceConsumer) { 85 }
301
302                                 // Interrupt for the device
303                                 GpioInt (Edge, ActiveHigh, ExclusiveAndWake, PullNone, 0,
304                                          "\\_SB.PCI0.GPI0", 0, ResourceConsumer) { 88 }
305                         }
306
307                         Return (SBUF)
308                 }
309
310                 // ACPI 5.1 _DSD used for naming the GPIOs
311                 Name (_DSD, Package ()
312                 {
313                         ToUUID("daffd814-6eba-4d8c-8a91-bc9bbf4aa301"),
314                         Package ()
315                         {
316                                 Package () { "power-gpios", Package () { ^DEV, 0, 0, 0 } },
317                                 Package () { "irq-gpios", Package () { ^DEV, 1, 0, 0 } },
318                         }
319                 })
320                 ...
321         }
322
323 These GPIO numbers are controller relative and path "\\_SB.PCI0.GPI0"
324 specifies the path to the controller. In order to use these GPIOs in Linux
325 we need to translate them to the corresponding Linux GPIO descriptors.
326
327 There is a standard GPIO API for that and is documented in
328 Documentation/admin-guide/gpio/.
329
330 In the above example we can get the corresponding two GPIO descriptors with
331 a code like this::
332
333         #include <linux/gpio/consumer.h>
334         ...
335
336         struct gpio_desc *irq_desc, *power_desc;
337
338         irq_desc = gpiod_get(dev, "irq");
339         if (IS_ERR(irq_desc))
340                 /* handle error */
341
342         power_desc = gpiod_get(dev, "power");
343         if (IS_ERR(power_desc))
344                 /* handle error */
345
346         /* Now we can use the GPIO descriptors */
347
348 There are also devm_* versions of these functions which release the
349 descriptors once the device is released.
350
351 See Documentation/firmware-guide/acpi/gpio-properties.rst for more information
352 about the _DSD binding related to GPIOs.
353
354 MFD devices
355 ===========
356
357 The MFD devices register their children as platform devices. For the child
358 devices there needs to be an ACPI handle that they can use to reference
359 parts of the ACPI namespace that relate to them. In the Linux MFD subsystem
360 we provide two ways:
361
362   - The children share the parent ACPI handle.
363   - The MFD cell can specify the ACPI id of the device.
364
365 For the first case, the MFD drivers do not need to do anything. The
366 resulting child platform device will have its ACPI_COMPANION() set to point
367 to the parent device.
368
369 If the ACPI namespace has a device that we can match using an ACPI id or ACPI
370 adr, the cell should be set like::
371
372         static struct mfd_cell_acpi_match my_subdevice_cell_acpi_match = {
373                 .pnpid = "XYZ0001",
374                 .adr = 0,
375         };
376
377         static struct mfd_cell my_subdevice_cell = {
378                 .name = "my_subdevice",
379                 /* set the resources relative to the parent */
380                 .acpi_match = &my_subdevice_cell_acpi_match,
381         };
382
383 The ACPI id "XYZ0001" is then used to lookup an ACPI device directly under
384 the MFD device and if found, that ACPI companion device is bound to the
385 resulting child platform device.
386
387 Device Tree namespace link device ID
388 ====================================
389
390 The Device Tree protocol uses device identification based on the "compatible"
391 property whose value is a string or an array of strings recognized as device
392 identifiers by drivers and the driver core.  The set of all those strings may be
393 regarded as a device identification namespace analogous to the ACPI/PNP device
394 ID namespace.  Consequently, in principle it should not be necessary to allocate
395 a new (and arguably redundant) ACPI/PNP device ID for a devices with an existing
396 identification string in the Device Tree (DT) namespace, especially if that ID
397 is only needed to indicate that a given device is compatible with another one,
398 presumably having a matching driver in the kernel already.
399
400 In ACPI, the device identification object called _CID (Compatible ID) is used to
401 list the IDs of devices the given one is compatible with, but those IDs must
402 belong to one of the namespaces prescribed by the ACPI specification (see
403 Section 6.1.2 of ACPI 6.0 for details) and the DT namespace is not one of them.
404 Moreover, the specification mandates that either a _HID or an _ADR identification
405 object be present for all ACPI objects representing devices (Section 6.1 of ACPI
406 6.0).  For non-enumerable bus types that object must be _HID and its value must
407 be a device ID from one of the namespaces prescribed by the specification too.
408
409 The special DT namespace link device ID, PRP0001, provides a means to use the
410 existing DT-compatible device identification in ACPI and to satisfy the above
411 requirements following from the ACPI specification at the same time.  Namely,
412 if PRP0001 is returned by _HID, the ACPI subsystem will look for the
413 "compatible" property in the device object's _DSD and will use the value of that
414 property to identify the corresponding device in analogy with the original DT
415 device identification algorithm.  If the "compatible" property is not present
416 or its value is not valid, the device will not be enumerated by the ACPI
417 subsystem.  Otherwise, it will be enumerated automatically as a platform device
418 (except when an I2C or SPI link from the device to its parent is present, in
419 which case the ACPI core will leave the device enumeration to the parent's
420 driver) and the identification strings from the "compatible" property value will
421 be used to find a driver for the device along with the device IDs listed by _CID
422 (if present).
423
424 Analogously, if PRP0001 is present in the list of device IDs returned by _CID,
425 the identification strings listed by the "compatible" property value (if present
426 and valid) will be used to look for a driver matching the device, but in that
427 case their relative priority with respect to the other device IDs listed by
428 _HID and _CID depends on the position of PRP0001 in the _CID return package.
429 Specifically, the device IDs returned by _HID and preceding PRP0001 in the _CID
430 return package will be checked first.  Also in that case the bus type the device
431 will be enumerated to depends on the device ID returned by _HID.
432
433 For example, the following ACPI sample might be used to enumerate an lm75-type
434 I2C temperature sensor and match it to the driver using the Device Tree
435 namespace link::
436
437         Device (TMP0)
438         {
439                 Name (_HID, "PRP0001")
440                 Name (_DSD, Package () {
441                         ToUUID("daffd814-6eba-4d8c-8a91-bc9bbf4aa301"),
442                         Package () {
443                                 Package () { "compatible", "ti,tmp75" },
444                         }
445                 })
446                 Method (_CRS, 0, Serialized)
447                 {
448                         Name (SBUF, ResourceTemplate ()
449                         {
450                                 I2cSerialBusV2 (0x48, ControllerInitiated,
451                                         400000, AddressingMode7Bit,
452                                         "\\_SB.PCI0.I2C1", 0x00,
453                                         ResourceConsumer, , Exclusive,)
454                         })
455                         Return (SBUF)
456                 }
457         }
458
459 It is valid to define device objects with a _HID returning PRP0001 and without
460 the "compatible" property in the _DSD or a _CID as long as one of their
461 ancestors provides a _DSD with a valid "compatible" property.  Such device
462 objects are then simply regarded as additional "blocks" providing hierarchical
463 configuration information to the driver of the composite ancestor device.
464
465 However, PRP0001 can only be returned from either _HID or _CID of a device
466 object if all of the properties returned by the _DSD associated with it (either
467 the _DSD of the device object itself or the _DSD of its ancestor in the
468 "composite device" case described above) can be used in the ACPI environment.
469 Otherwise, the _DSD itself is regarded as invalid and therefore the "compatible"
470 property returned by it is meaningless.
471
472 Refer to Documentation/firmware-guide/acpi/DSD-properties-rules.rst for more
473 information.
474
475 PCI hierarchy representation
476 ============================
477
478 Sometimes could be useful to enumerate a PCI device, knowing its position on the
479 PCI bus.
480
481 For example, some systems use PCI devices soldered directly on the mother board,
482 in a fixed position (ethernet, Wi-Fi, serial ports, etc.). In this conditions it
483 is possible to refer to these PCI devices knowing their position on the PCI bus
484 topology.
485
486 To identify a PCI device, a complete hierarchical description is required, from
487 the chipset root port to the final device, through all the intermediate
488 bridges/switches of the board.
489
490 For example, let us assume to have a system with a PCIe serial port, an
491 Exar XR17V3521, soldered on the main board. This UART chip also includes
492 16 GPIOs and we want to add the property ``gpio-line-names`` [1] to these pins.
493 In this case, the ``lspci`` output for this component is::
494
495         07:00.0 Serial controller: Exar Corp. XR17V3521 Dual PCIe UART (rev 03)
496
497 The complete ``lspci`` output (manually reduced in length) is::
498
499         00:00.0 Host bridge: Intel Corp... Host Bridge (rev 0d)
500         ...
501         00:13.0 PCI bridge: Intel Corp... PCI Express Port A #1 (rev fd)
502         00:13.1 PCI bridge: Intel Corp... PCI Express Port A #2 (rev fd)
503         00:13.2 PCI bridge: Intel Corp... PCI Express Port A #3 (rev fd)
504         00:14.0 PCI bridge: Intel Corp... PCI Express Port B #1 (rev fd)
505         00:14.1 PCI bridge: Intel Corp... PCI Express Port B #2 (rev fd)
506         ...
507         05:00.0 PCI bridge: Pericom Semiconductor Device 2404 (rev 05)
508         06:01.0 PCI bridge: Pericom Semiconductor Device 2404 (rev 05)
509         06:02.0 PCI bridge: Pericom Semiconductor Device 2404 (rev 05)
510         06:03.0 PCI bridge: Pericom Semiconductor Device 2404 (rev 05)
511         07:00.0 Serial controller: Exar Corp. XR17V3521 Dual PCIe UART (rev 03) <-- Exar
512         ...
513
514 The bus topology is::
515
516         -[0000:00]-+-00.0
517                    ...
518                    +-13.0-[01]----00.0
519                    +-13.1-[02]----00.0
520                    +-13.2-[03]--
521                    +-14.0-[04]----00.0
522                    +-14.1-[05-09]----00.0-[06-09]--+-01.0-[07]----00.0 <-- Exar
523                    |                               +-02.0-[08]----00.0
524                    |                               \-03.0-[09]--
525                    ...
526                    \-1f.1
527
528 To describe this Exar device on the PCI bus, we must start from the ACPI name
529 of the chipset bridge (also called "root port") with address::
530
531         Bus: 0 - Device: 14 - Function: 1
532
533 To find this information is necessary disassemble the BIOS ACPI tables, in
534 particular the DSDT (see also [2])::
535
536         mkdir ~/tables/
537         cd ~/tables/
538         acpidump > acpidump
539         acpixtract -a acpidump
540         iasl -e ssdt?.* -d dsdt.dat
541
542 Now, in the dsdt.dsl, we have to search the device whose address is related to
543 0x14 (device) and 0x01 (function). In this case we can find the following
544 device::
545
546         Scope (_SB.PCI0)
547         {
548         ... other definitions follow ...
549                 Device (RP02)
550                 {
551                         Method (_ADR, 0, NotSerialized)  // _ADR: Address
552                         {
553                                 If ((RPA2 != Zero))
554                                 {
555                                         Return (RPA2) /* \RPA2 */
556                                 }
557                                 Else
558                                 {
559                                         Return (0x00140001)
560                                 }
561                         }
562         ... other definitions follow ...
563
564 and the _ADR method [3] returns exactly the device/function couple that
565 we are looking for. With this information and analyzing the above ``lspci``
566 output (both the devices list and the devices tree), we can write the following
567 ACPI description for the Exar PCIe UART, also adding the list of its GPIO line
568 names::
569
570         Scope (_SB.PCI0.RP02)
571         {
572                 Device (BRG1) //Bridge
573                 {
574                         Name (_ADR, 0x0000)
575
576                         Device (BRG2) //Bridge
577                         {
578                                 Name (_ADR, 0x00010000)
579
580                                 Device (EXAR)
581                                 {
582                                         Name (_ADR, 0x0000)
583
584                                         Name (_DSD, Package ()
585                                         {
586                                                 ToUUID("daffd814-6eba-4d8c-8a91-bc9bbf4aa301"),
587                                                 Package ()
588                                                 {
589                                                         Package ()
590                                                         {
591                                                                 "gpio-line-names",
592                                                                 Package ()
593                                                                 {
594                                                                         "mode_232",
595                                                                         "mode_422",
596                                                                         "mode_485",
597                                                                         "misc_1",
598                                                                         "misc_2",
599                                                                         "misc_3",
600                                                                         "",
601                                                                         "",
602                                                                         "aux_1",
603                                                                         "aux_2",
604                                                                         "aux_3",
605                                                                 }
606                                                         }
607                                                 }
608                                         })
609                                 }
610                         }
611                 }
612         }
613
614 The location "_SB.PCI0.RP02" is obtained by the above investigation in the
615 dsdt.dsl table, whereas the device names "BRG1", "BRG2" and "EXAR" are
616 created analyzing the position of the Exar UART in the PCI bus topology.
617
618 References
619 ==========
620
621 [1] Documentation/firmware-guide/acpi/gpio-properties.rst
622
623 [2] Documentation/admin-guide/acpi/initrd_table_override.rst
624
625 [3] ACPI Specifications, Version 6.3 - Paragraph 6.1.1 _ADR Address)
626     https://uefi.org/sites/default/files/resources/ACPI_6_3_May16.pdf,
627     referenced 2020-11-18