Merge branch 'x86-hyperv-for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel...
[sfrench/cifs-2.6.git] / Documentation / PCI / pci-error-recovery.rst
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2
3 ==================
4 PCI Error Recovery
5 ==================
6
7
8 :Authors: - Linas Vepstas <linasvepstas@gmail.com>
9           - Richard Lary <rlary@us.ibm.com>
10           - Mike Mason <mmlnx@us.ibm.com>
11
12
13 Many PCI bus controllers are able to detect a variety of hardware
14 PCI errors on the bus, such as parity errors on the data and address
15 buses, as well as SERR and PERR errors.  Some of the more advanced
16 chipsets are able to deal with these errors; these include PCI-E chipsets,
17 and the PCI-host bridges found on IBM Power4, Power5 and Power6-based
18 pSeries boxes. A typical action taken is to disconnect the affected device,
19 halting all I/O to it.  The goal of a disconnection is to avoid system
20 corruption; for example, to halt system memory corruption due to DMA's
21 to "wild" addresses. Typically, a reconnection mechanism is also
22 offered, so that the affected PCI device(s) are reset and put back
23 into working condition. The reset phase requires coordination
24 between the affected device drivers and the PCI controller chip.
25 This document describes a generic API for notifying device drivers
26 of a bus disconnection, and then performing error recovery.
27 This API is currently implemented in the 2.6.16 and later kernels.
28
29 Reporting and recovery is performed in several steps. First, when
30 a PCI hardware error has resulted in a bus disconnect, that event
31 is reported as soon as possible to all affected device drivers,
32 including multiple instances of a device driver on multi-function
33 cards. This allows device drivers to avoid deadlocking in spinloops,
34 waiting for some i/o-space register to change, when it never will.
35 It also gives the drivers a chance to defer incoming I/O as
36 needed.
37
38 Next, recovery is performed in several stages. Most of the complexity
39 is forced by the need to handle multi-function devices, that is,
40 devices that have multiple device drivers associated with them.
41 In the first stage, each driver is allowed to indicate what type
42 of reset it desires, the choices being a simple re-enabling of I/O
43 or requesting a slot reset.
44
45 If any driver requests a slot reset, that is what will be done.
46
47 After a reset and/or a re-enabling of I/O, all drivers are
48 again notified, so that they may then perform any device setup/config
49 that may be required.  After these have all completed, a final
50 "resume normal operations" event is sent out.
51
52 The biggest reason for choosing a kernel-based implementation rather
53 than a user-space implementation was the need to deal with bus
54 disconnects of PCI devices attached to storage media, and, in particular,
55 disconnects from devices holding the root file system.  If the root
56 file system is disconnected, a user-space mechanism would have to go
57 through a large number of contortions to complete recovery. Almost all
58 of the current Linux file systems are not tolerant of disconnection
59 from/reconnection to their underlying block device. By contrast,
60 bus errors are easy to manage in the device driver. Indeed, most
61 device drivers already handle very similar recovery procedures;
62 for example, the SCSI-generic layer already provides significant
63 mechanisms for dealing with SCSI bus errors and SCSI bus resets.
64
65
66 Detailed Design
67 ===============
68
69 Design and implementation details below, based on a chain of
70 public email discussions with Ben Herrenschmidt, circa 5 April 2005.
71
72 The error recovery API support is exposed to the driver in the form of
73 a structure of function pointers pointed to by a new field in struct
74 pci_driver. A driver that fails to provide the structure is "non-aware",
75 and the actual recovery steps taken are platform dependent.  The
76 arch/powerpc implementation will simulate a PCI hotplug remove/add.
77
78 This structure has the form::
79
80         struct pci_error_handlers
81         {
82                 int (*error_detected)(struct pci_dev *dev, enum pci_channel_state);
83                 int (*mmio_enabled)(struct pci_dev *dev);
84                 int (*slot_reset)(struct pci_dev *dev);
85                 void (*resume)(struct pci_dev *dev);
86         };
87
88 The possible channel states are::
89
90         enum pci_channel_state {
91                 pci_channel_io_normal,  /* I/O channel is in normal state */
92                 pci_channel_io_frozen,  /* I/O to channel is blocked */
93                 pci_channel_io_perm_failure, /* PCI card is dead */
94         };
95
96 Possible return values are::
97
98         enum pci_ers_result {
99                 PCI_ERS_RESULT_NONE,        /* no result/none/not supported in device driver */
100                 PCI_ERS_RESULT_CAN_RECOVER, /* Device driver can recover without slot reset */
101                 PCI_ERS_RESULT_NEED_RESET,  /* Device driver wants slot to be reset. */
102                 PCI_ERS_RESULT_DISCONNECT,  /* Device has completely failed, is unrecoverable */
103                 PCI_ERS_RESULT_RECOVERED,   /* Device driver is fully recovered and operational */
104         };
105
106 A driver does not have to implement all of these callbacks; however,
107 if it implements any, it must implement error_detected(). If a callback
108 is not implemented, the corresponding feature is considered unsupported.
109 For example, if mmio_enabled() and resume() aren't there, then it
110 is assumed that the driver is not doing any direct recovery and requires
111 a slot reset.  Typically a driver will want to know about
112 a slot_reset().
113
114 The actual steps taken by a platform to recover from a PCI error
115 event will be platform-dependent, but will follow the general
116 sequence described below.
117
118 STEP 0: Error Event
119 -------------------
120 A PCI bus error is detected by the PCI hardware.  On powerpc, the slot
121 is isolated, in that all I/O is blocked: all reads return 0xffffffff,
122 all writes are ignored.
123
124
125 STEP 1: Notification
126 --------------------
127 Platform calls the error_detected() callback on every instance of
128 every driver affected by the error.
129
130 At this point, the device might not be accessible anymore, depending on
131 the platform (the slot will be isolated on powerpc). The driver may
132 already have "noticed" the error because of a failing I/O, but this
133 is the proper "synchronization point", that is, it gives the driver
134 a chance to cleanup, waiting for pending stuff (timers, whatever, etc...)
135 to complete; it can take semaphores, schedule, etc... everything but
136 touch the device. Within this function and after it returns, the driver
137 shouldn't do any new IOs. Called in task context. This is sort of a
138 "quiesce" point. See note about interrupts at the end of this doc.
139
140 All drivers participating in this system must implement this call.
141 The driver must return one of the following result codes:
142
143   - PCI_ERS_RESULT_CAN_RECOVER
144       Driver returns this if it thinks it might be able to recover
145       the HW by just banging IOs or if it wants to be given
146       a chance to extract some diagnostic information (see
147       mmio_enable, below).
148   - PCI_ERS_RESULT_NEED_RESET
149       Driver returns this if it can't recover without a
150       slot reset.
151   - PCI_ERS_RESULT_DISCONNECT
152       Driver returns this if it doesn't want to recover at all.
153
154 The next step taken will depend on the result codes returned by the
155 drivers.
156
157 If all drivers on the segment/slot return PCI_ERS_RESULT_CAN_RECOVER,
158 then the platform should re-enable IOs on the slot (or do nothing in
159 particular, if the platform doesn't isolate slots), and recovery
160 proceeds to STEP 2 (MMIO Enable).
161
162 If any driver requested a slot reset (by returning PCI_ERS_RESULT_NEED_RESET),
163 then recovery proceeds to STEP 4 (Slot Reset).
164
165 If the platform is unable to recover the slot, the next step
166 is STEP 6 (Permanent Failure).
167
168 .. note::
169
170    The current powerpc implementation assumes that a device driver will
171    *not* schedule or semaphore in this routine; the current powerpc
172    implementation uses one kernel thread to notify all devices;
173    thus, if one device sleeps/schedules, all devices are affected.
174    Doing better requires complex multi-threaded logic in the error
175    recovery implementation (e.g. waiting for all notification threads
176    to "join" before proceeding with recovery.)  This seems excessively
177    complex and not worth implementing.
178
179    The current powerpc implementation doesn't much care if the device
180    attempts I/O at this point, or not.  I/O's will fail, returning
181    a value of 0xff on read, and writes will be dropped. If more than
182    EEH_MAX_FAILS I/O's are attempted to a frozen adapter, EEH
183    assumes that the device driver has gone into an infinite loop
184    and prints an error to syslog.  A reboot is then required to
185    get the device working again.
186
187 STEP 2: MMIO Enabled
188 --------------------
189 The platform re-enables MMIO to the device (but typically not the
190 DMA), and then calls the mmio_enabled() callback on all affected
191 device drivers.
192
193 This is the "early recovery" call. IOs are allowed again, but DMA is
194 not, with some restrictions. This is NOT a callback for the driver to
195 start operations again, only to peek/poke at the device, extract diagnostic
196 information, if any, and eventually do things like trigger a device local
197 reset or some such, but not restart operations. This callback is made if
198 all drivers on a segment agree that they can try to recover and if no automatic
199 link reset was performed by the HW. If the platform can't just re-enable IOs
200 without a slot reset or a link reset, it will not call this callback, and
201 instead will have gone directly to STEP 3 (Link Reset) or STEP 4 (Slot Reset)
202
203 .. note::
204
205    The following is proposed; no platform implements this yet:
206    Proposal: All I/O's should be done _synchronously_ from within
207    this callback, errors triggered by them will be returned via
208    the normal pci_check_whatever() API, no new error_detected()
209    callback will be issued due to an error happening here. However,
210    such an error might cause IOs to be re-blocked for the whole
211    segment, and thus invalidate the recovery that other devices
212    on the same segment might have done, forcing the whole segment
213    into one of the next states, that is, link reset or slot reset.
214
215 The driver should return one of the following result codes:
216   - PCI_ERS_RESULT_RECOVERED
217       Driver returns this if it thinks the device is fully
218       functional and thinks it is ready to start
219       normal driver operations again. There is no
220       guarantee that the driver will actually be
221       allowed to proceed, as another driver on the
222       same segment might have failed and thus triggered a
223       slot reset on platforms that support it.
224
225   - PCI_ERS_RESULT_NEED_RESET
226       Driver returns this if it thinks the device is not
227       recoverable in its current state and it needs a slot
228       reset to proceed.
229
230   - PCI_ERS_RESULT_DISCONNECT
231       Same as above. Total failure, no recovery even after
232       reset driver dead. (To be defined more precisely)
233
234 The next step taken depends on the results returned by the drivers.
235 If all drivers returned PCI_ERS_RESULT_RECOVERED, then the platform
236 proceeds to either STEP3 (Link Reset) or to STEP 5 (Resume Operations).
237
238 If any driver returned PCI_ERS_RESULT_NEED_RESET, then the platform
239 proceeds to STEP 4 (Slot Reset)
240
241 STEP 3: Link Reset
242 ------------------
243 The platform resets the link.  This is a PCI-Express specific step
244 and is done whenever a fatal error has been detected that can be
245 "solved" by resetting the link.
246
247 STEP 4: Slot Reset
248 ------------------
249
250 In response to a return value of PCI_ERS_RESULT_NEED_RESET, the
251 the platform will perform a slot reset on the requesting PCI device(s).
252 The actual steps taken by a platform to perform a slot reset
253 will be platform-dependent. Upon completion of slot reset, the
254 platform will call the device slot_reset() callback.
255
256 Powerpc platforms implement two levels of slot reset:
257 soft reset(default) and fundamental(optional) reset.
258
259 Powerpc soft reset consists of asserting the adapter #RST line and then
260 restoring the PCI BAR's and PCI configuration header to a state
261 that is equivalent to what it would be after a fresh system
262 power-on followed by power-on BIOS/system firmware initialization.
263 Soft reset is also known as hot-reset.
264
265 Powerpc fundamental reset is supported by PCI Express cards only
266 and results in device's state machines, hardware logic, port states and
267 configuration registers to initialize to their default conditions.
268
269 For most PCI devices, a soft reset will be sufficient for recovery.
270 Optional fundamental reset is provided to support a limited number
271 of PCI Express devices for which a soft reset is not sufficient
272 for recovery.
273
274 If the platform supports PCI hotplug, then the reset might be
275 performed by toggling the slot electrical power off/on.
276
277 It is important for the platform to restore the PCI config space
278 to the "fresh poweron" state, rather than the "last state". After
279 a slot reset, the device driver will almost always use its standard
280 device initialization routines, and an unusual config space setup
281 may result in hung devices, kernel panics, or silent data corruption.
282
283 This call gives drivers the chance to re-initialize the hardware
284 (re-download firmware, etc.).  At this point, the driver may assume
285 that the card is in a fresh state and is fully functional. The slot
286 is unfrozen and the driver has full access to PCI config space,
287 memory mapped I/O space and DMA. Interrupts (Legacy, MSI, or MSI-X)
288 will also be available.
289
290 Drivers should not restart normal I/O processing operations
291 at this point.  If all device drivers report success on this
292 callback, the platform will call resume() to complete the sequence,
293 and let the driver restart normal I/O processing.
294
295 A driver can still return a critical failure for this function if
296 it can't get the device operational after reset.  If the platform
297 previously tried a soft reset, it might now try a hard reset (power
298 cycle) and then call slot_reset() again.  It the device still can't
299 be recovered, there is nothing more that can be done;  the platform
300 will typically report a "permanent failure" in such a case.  The
301 device will be considered "dead" in this case.
302
303 Drivers for multi-function cards will need to coordinate among
304 themselves as to which driver instance will perform any "one-shot"
305 or global device initialization. For example, the Symbios sym53cxx2
306 driver performs device init only from PCI function 0::
307
308         +       if (PCI_FUNC(pdev->devfn) == 0)
309         +               sym_reset_scsi_bus(np, 0);
310
311 Result codes:
312         - PCI_ERS_RESULT_DISCONNECT
313           Same as above.
314
315 Drivers for PCI Express cards that require a fundamental reset must
316 set the needs_freset bit in the pci_dev structure in their probe function.
317 For example, the QLogic qla2xxx driver sets the needs_freset bit for certain
318 PCI card types::
319
320         +       /* Set EEH reset type to fundamental if required by hba  */
321         +       if (IS_QLA24XX(ha) || IS_QLA25XX(ha) || IS_QLA81XX(ha))
322         +               pdev->needs_freset = 1;
323         +
324
325 Platform proceeds either to STEP 5 (Resume Operations) or STEP 6 (Permanent
326 Failure).
327
328 .. note::
329
330    The current powerpc implementation does not try a power-cycle
331    reset if the driver returned PCI_ERS_RESULT_DISCONNECT.
332    However, it probably should.
333
334
335 STEP 5: Resume Operations
336 -------------------------
337 The platform will call the resume() callback on all affected device
338 drivers if all drivers on the segment have returned
339 PCI_ERS_RESULT_RECOVERED from one of the 3 previous callbacks.
340 The goal of this callback is to tell the driver to restart activity,
341 that everything is back and running. This callback does not return
342 a result code.
343
344 At this point, if a new error happens, the platform will restart
345 a new error recovery sequence.
346
347 STEP 6: Permanent Failure
348 -------------------------
349 A "permanent failure" has occurred, and the platform cannot recover
350 the device.  The platform will call error_detected() with a
351 pci_channel_state value of pci_channel_io_perm_failure.
352
353 The device driver should, at this point, assume the worst. It should
354 cancel all pending I/O, refuse all new I/O, returning -EIO to
355 higher layers. The device driver should then clean up all of its
356 memory and remove itself from kernel operations, much as it would
357 during system shutdown.
358
359 The platform will typically notify the system operator of the
360 permanent failure in some way.  If the device is hotplug-capable,
361 the operator will probably want to remove and replace the device.
362 Note, however, not all failures are truly "permanent". Some are
363 caused by over-heating, some by a poorly seated card. Many
364 PCI error events are caused by software bugs, e.g. DMA's to
365 wild addresses or bogus split transactions due to programming
366 errors. See the discussion in powerpc/eeh-pci-error-recovery.txt
367 for additional detail on real-life experience of the causes of
368 software errors.
369
370
371 Conclusion; General Remarks
372 ---------------------------
373 The way the callbacks are called is platform policy. A platform with
374 no slot reset capability may want to just "ignore" drivers that can't
375 recover (disconnect them) and try to let other cards on the same segment
376 recover. Keep in mind that in most real life cases, though, there will
377 be only one driver per segment.
378
379 Now, a note about interrupts. If you get an interrupt and your
380 device is dead or has been isolated, there is a problem :)
381 The current policy is to turn this into a platform policy.
382 That is, the recovery API only requires that:
383
384  - There is no guarantee that interrupt delivery can proceed from any
385    device on the segment starting from the error detection and until the
386    slot_reset callback is called, at which point interrupts are expected
387    to be fully operational.
388
389  - There is no guarantee that interrupt delivery is stopped, that is,
390    a driver that gets an interrupt after detecting an error, or that detects
391    an error within the interrupt handler such that it prevents proper
392    ack'ing of the interrupt (and thus removal of the source) should just
393    return IRQ_NOTHANDLED. It's up to the platform to deal with that
394    condition, typically by masking the IRQ source during the duration of
395    the error handling. It is expected that the platform "knows" which
396    interrupts are routed to error-management capable slots and can deal
397    with temporarily disabling that IRQ number during error processing (this
398    isn't terribly complex). That means some IRQ latency for other devices
399    sharing the interrupt, but there is simply no other way. High end
400    platforms aren't supposed to share interrupts between many devices
401    anyway :)
402
403 .. note::
404
405    Implementation details for the powerpc platform are discussed in
406    the file Documentation/powerpc/eeh-pci-error-recovery.rst
407
408    As of this writing, there is a growing list of device drivers with
409    patches implementing error recovery. Not all of these patches are in
410    mainline yet. These may be used as "examples":
411
412    - drivers/scsi/ipr
413    - drivers/scsi/sym53c8xx_2
414    - drivers/scsi/qla2xxx
415    - drivers/scsi/lpfc
416    - drivers/next/bnx2.c
417    - drivers/next/e100.c
418    - drivers/net/e1000
419    - drivers/net/e1000e
420    - drivers/net/ixgb
421    - drivers/net/ixgbe
422    - drivers/net/cxgb3
423    - drivers/net/s2io.c
424    - drivers/net/qlge
425
426 The End
427 -------