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[sfrench/cifs-2.6.git] / Documentation / driver-api / pm / devices.rst
1 .. |struct dev_pm_ops| replace:: :c:type:`struct dev_pm_ops <dev_pm_ops>`
2 .. |struct dev_pm_domain| replace:: :c:type:`struct dev_pm_domain <dev_pm_domain>`
3 .. |struct bus_type| replace:: :c:type:`struct bus_type <bus_type>`
4 .. |struct device_type| replace:: :c:type:`struct device_type <device_type>`
5 .. |struct class| replace:: :c:type:`struct class <class>`
6 .. |struct wakeup_source| replace:: :c:type:`struct wakeup_source <wakeup_source>`
7 .. |struct device| replace:: :c:type:`struct device <device>`
8
9 .. _driverapi_pm_devices:
10
11 ==============================
12 Device Power Management Basics
13 ==============================
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15 ::
16
17  Copyright (c) 2010-2011 Rafael J. Wysocki <rjw@sisk.pl>, Novell Inc.
18  Copyright (c) 2010 Alan Stern <stern@rowland.harvard.edu>
19  Copyright (c) 2016 Intel Corp., Rafael J. Wysocki <rafael.j.wysocki@intel.com>
20
21 Most of the code in Linux is device drivers, so most of the Linux power
22 management (PM) code is also driver-specific.  Most drivers will do very
23 little; others, especially for platforms with small batteries (like cell
24 phones), will do a lot.
25
26 This writeup gives an overview of how drivers interact with system-wide
27 power management goals, emphasizing the models and interfaces that are
28 shared by everything that hooks up to the driver model core.  Read it as
29 background for the domain-specific work you'd do with any specific driver.
30
31
32 Two Models for Device Power Management
33 ======================================
34
35 Drivers will use one or both of these models to put devices into low-power
36 states:
37
38     System Sleep model:
39
40         Drivers can enter low-power states as part of entering system-wide
41         low-power states like "suspend" (also known as "suspend-to-RAM"), or
42         (mostly for systems with disks) "hibernation" (also known as
43         "suspend-to-disk").
44
45         This is something that device, bus, and class drivers collaborate on
46         by implementing various role-specific suspend and resume methods to
47         cleanly power down hardware and software subsystems, then reactivate
48         them without loss of data.
49
50         Some drivers can manage hardware wakeup events, which make the system
51         leave the low-power state.  This feature may be enabled or disabled
52         using the relevant :file:`/sys/devices/.../power/wakeup` file (for
53         Ethernet drivers the ioctl interface used by ethtool may also be used
54         for this purpose); enabling it may cost some power usage, but let the
55         whole system enter low-power states more often.
56
57     Runtime Power Management model:
58
59         Devices may also be put into low-power states while the system is
60         running, independently of other power management activity in principle.
61         However, devices are not generally independent of each other (for
62         example, a parent device cannot be suspended unless all of its child
63         devices have been suspended).  Moreover, depending on the bus type the
64         device is on, it may be necessary to carry out some bus-specific
65         operations on the device for this purpose.  Devices put into low power
66         states at run time may require special handling during system-wide power
67         transitions (suspend or hibernation).
68
69         For these reasons not only the device driver itself, but also the
70         appropriate subsystem (bus type, device type or device class) driver and
71         the PM core are involved in runtime power management.  As in the system
72         sleep power management case, they need to collaborate by implementing
73         various role-specific suspend and resume methods, so that the hardware
74         is cleanly powered down and reactivated without data or service loss.
75
76 There's not a lot to be said about those low-power states except that they are
77 very system-specific, and often device-specific.  Also, that if enough devices
78 have been put into low-power states (at runtime), the effect may be very similar
79 to entering some system-wide low-power state (system sleep) ... and that
80 synergies exist, so that several drivers using runtime PM might put the system
81 into a state where even deeper power saving options are available.
82
83 Most suspended devices will have quiesced all I/O: no more DMA or IRQs (except
84 for wakeup events), no more data read or written, and requests from upstream
85 drivers are no longer accepted.  A given bus or platform may have different
86 requirements though.
87
88 Examples of hardware wakeup events include an alarm from a real time clock,
89 network wake-on-LAN packets, keyboard or mouse activity, and media insertion
90 or removal (for PCMCIA, MMC/SD, USB, and so on).
91
92 Interfaces for Entering System Sleep States
93 ===========================================
94
95 There are programming interfaces provided for subsystems (bus type, device type,
96 device class) and device drivers to allow them to participate in the power
97 management of devices they are concerned with.  These interfaces cover both
98 system sleep and runtime power management.
99
100
101 Device Power Management Operations
102 ----------------------------------
103
104 Device power management operations, at the subsystem level as well as at the
105 device driver level, are implemented by defining and populating objects of type
106 |struct dev_pm_ops| defined in :file:`include/linux/pm.h`.  The roles of the
107 methods included in it will be explained in what follows.  For now, it should be
108 sufficient to remember that the last three methods are specific to runtime power
109 management while the remaining ones are used during system-wide power
110 transitions.
111
112 There also is a deprecated "old" or "legacy" interface for power management
113 operations available at least for some subsystems.  This approach does not use
114 |struct dev_pm_ops| objects and it is suitable only for implementing system
115 sleep power management methods in a limited way.  Therefore it is not described
116 in this document, so please refer directly to the source code for more
117 information about it.
118
119
120 Subsystem-Level Methods
121 -----------------------
122
123 The core methods to suspend and resume devices reside in
124 |struct dev_pm_ops| pointed to by the :c:member:`ops` member of
125 |struct dev_pm_domain|, or by the :c:member:`pm` member of |struct bus_type|,
126 |struct device_type| and |struct class|.  They are mostly of interest to the
127 people writing infrastructure for platforms and buses, like PCI or USB, or
128 device type and device class drivers.  They also are relevant to the writers of
129 device drivers whose subsystems (PM domains, device types, device classes and
130 bus types) don't provide all power management methods.
131
132 Bus drivers implement these methods as appropriate for the hardware and the
133 drivers using it; PCI works differently from USB, and so on.  Not many people
134 write subsystem-level drivers; most driver code is a "device driver" that builds
135 on top of bus-specific framework code.
136
137 For more information on these driver calls, see the description later;
138 they are called in phases for every device, respecting the parent-child
139 sequencing in the driver model tree.
140
141
142 :file:`/sys/devices/.../power/wakeup` files
143 -------------------------------------------
144
145 All device objects in the driver model contain fields that control the handling
146 of system wakeup events (hardware signals that can force the system out of a
147 sleep state).  These fields are initialized by bus or device driver code using
148 :c:func:`device_set_wakeup_capable()` and :c:func:`device_set_wakeup_enable()`,
149 defined in :file:`include/linux/pm_wakeup.h`.
150
151 The :c:member:`power.can_wakeup` flag just records whether the device (and its
152 driver) can physically support wakeup events.  The
153 :c:func:`device_set_wakeup_capable()` routine affects this flag.  The
154 :c:member:`power.wakeup` field is a pointer to an object of type
155 |struct wakeup_source| used for controlling whether or not the device should use
156 its system wakeup mechanism and for notifying the PM core of system wakeup
157 events signaled by the device.  This object is only present for wakeup-capable
158 devices (i.e. devices whose :c:member:`can_wakeup` flags are set) and is created
159 (or removed) by :c:func:`device_set_wakeup_capable()`.
160
161 Whether or not a device is capable of issuing wakeup events is a hardware
162 matter, and the kernel is responsible for keeping track of it.  By contrast,
163 whether or not a wakeup-capable device should issue wakeup events is a policy
164 decision, and it is managed by user space through a sysfs attribute: the
165 :file:`power/wakeup` file.  User space can write the "enabled" or "disabled"
166 strings to it to indicate whether or not, respectively, the device is supposed
167 to signal system wakeup.  This file is only present if the
168 :c:member:`power.wakeup` object exists for the given device and is created (or
169 removed) along with that object, by :c:func:`device_set_wakeup_capable()`.
170 Reads from the file will return the corresponding string.
171
172 The initial value in the :file:`power/wakeup` file is "disabled" for the
173 majority of devices; the major exceptions are power buttons, keyboards, and
174 Ethernet adapters whose WoL (wake-on-LAN) feature has been set up with ethtool.
175 It should also default to "enabled" for devices that don't generate wakeup
176 requests on their own but merely forward wakeup requests from one bus to another
177 (like PCI Express ports).
178
179 The :c:func:`device_may_wakeup()` routine returns true only if the
180 :c:member:`power.wakeup` object exists and the corresponding :file:`power/wakeup`
181 file contains the "enabled" string.  This information is used by subsystems,
182 like the PCI bus type code, to see whether or not to enable the devices' wakeup
183 mechanisms.  If device wakeup mechanisms are enabled or disabled directly by
184 drivers, they also should use :c:func:`device_may_wakeup()` to decide what to do
185 during a system sleep transition.  Device drivers, however, are not expected to
186 call :c:func:`device_set_wakeup_enable()` directly in any case.
187
188 It ought to be noted that system wakeup is conceptually different from "remote
189 wakeup" used by runtime power management, although it may be supported by the
190 same physical mechanism.  Remote wakeup is a feature allowing devices in
191 low-power states to trigger specific interrupts to signal conditions in which
192 they should be put into the full-power state.  Those interrupts may or may not
193 be used to signal system wakeup events, depending on the hardware design.  On
194 some systems it is impossible to trigger them from system sleep states.  In any
195 case, remote wakeup should always be enabled for runtime power management for
196 all devices and drivers that support it.
197
198
199 :file:`/sys/devices/.../power/control` files
200 --------------------------------------------
201
202 Each device in the driver model has a flag to control whether it is subject to
203 runtime power management.  This flag, :c:member:`runtime_auto`, is initialized
204 by the bus type (or generally subsystem) code using :c:func:`pm_runtime_allow()`
205 or :c:func:`pm_runtime_forbid()`; the default is to allow runtime power
206 management.
207
208 The setting can be adjusted by user space by writing either "on" or "auto" to
209 the device's :file:`power/control` sysfs file.  Writing "auto" calls
210 :c:func:`pm_runtime_allow()`, setting the flag and allowing the device to be
211 runtime power-managed by its driver.  Writing "on" calls
212 :c:func:`pm_runtime_forbid()`, clearing the flag, returning the device to full
213 power if it was in a low-power state, and preventing the
214 device from being runtime power-managed.  User space can check the current value
215 of the :c:member:`runtime_auto` flag by reading that file.
216
217 The device's :c:member:`runtime_auto` flag has no effect on the handling of
218 system-wide power transitions.  In particular, the device can (and in the
219 majority of cases should and will) be put into a low-power state during a
220 system-wide transition to a sleep state even though its :c:member:`runtime_auto`
221 flag is clear.
222
223 For more information about the runtime power management framework, refer to
224 :file:`Documentation/power/runtime_pm.txt`.
225
226
227 Calling Drivers to Enter and Leave System Sleep States
228 ======================================================
229
230 When the system goes into a sleep state, each device's driver is asked to
231 suspend the device by putting it into a state compatible with the target
232 system state.  That's usually some version of "off", but the details are
233 system-specific.  Also, wakeup-enabled devices will usually stay partly
234 functional in order to wake the system.
235
236 When the system leaves that low-power state, the device's driver is asked to
237 resume it by returning it to full power.  The suspend and resume operations
238 always go together, and both are multi-phase operations.
239
240 For simple drivers, suspend might quiesce the device using class code
241 and then turn its hardware as "off" as possible during suspend_noirq.  The
242 matching resume calls would then completely reinitialize the hardware
243 before reactivating its class I/O queues.
244
245 More power-aware drivers might prepare the devices for triggering system wakeup
246 events.
247
248
249 Call Sequence Guarantees
250 ------------------------
251
252 To ensure that bridges and similar links needing to talk to a device are
253 available when the device is suspended or resumed, the device hierarchy is
254 walked in a bottom-up order to suspend devices.  A top-down order is
255 used to resume those devices.
256
257 The ordering of the device hierarchy is defined by the order in which devices
258 get registered:  a child can never be registered, probed or resumed before
259 its parent; and can't be removed or suspended after that parent.
260
261 The policy is that the device hierarchy should match hardware bus topology.
262 [Or at least the control bus, for devices which use multiple busses.]
263 In particular, this means that a device registration may fail if the parent of
264 the device is suspending (i.e. has been chosen by the PM core as the next
265 device to suspend) or has already suspended, as well as after all of the other
266 devices have been suspended.  Device drivers must be prepared to cope with such
267 situations.
268
269
270 System Power Management Phases
271 ------------------------------
272
273 Suspending or resuming the system is done in several phases.  Different phases
274 are used for suspend-to-idle, shallow (standby), and deep ("suspend-to-RAM")
275 sleep states and the hibernation state ("suspend-to-disk").  Each phase involves
276 executing callbacks for every device before the next phase begins.  Not all
277 buses or classes support all these callbacks and not all drivers use all the
278 callbacks.  The various phases always run after tasks have been frozen and
279 before they are unfrozen.  Furthermore, the ``*_noirq`` phases run at a time
280 when IRQ handlers have been disabled (except for those marked with the
281 IRQF_NO_SUSPEND flag).
282
283 All phases use PM domain, bus, type, class or driver callbacks (that is, methods
284 defined in ``dev->pm_domain->ops``, ``dev->bus->pm``, ``dev->type->pm``,
285 ``dev->class->pm`` or ``dev->driver->pm``).  These callbacks are regarded by the
286 PM core as mutually exclusive.  Moreover, PM domain callbacks always take
287 precedence over all of the other callbacks and, for example, type callbacks take
288 precedence over bus, class and driver callbacks.  To be precise, the following
289 rules are used to determine which callback to execute in the given phase:
290
291     1.  If ``dev->pm_domain`` is present, the PM core will choose the callback
292         provided by ``dev->pm_domain->ops`` for execution.
293
294     2.  Otherwise, if both ``dev->type`` and ``dev->type->pm`` are present, the
295         callback provided by ``dev->type->pm`` will be chosen for execution.
296
297     3.  Otherwise, if both ``dev->class`` and ``dev->class->pm`` are present,
298         the callback provided by ``dev->class->pm`` will be chosen for
299         execution.
300
301     4.  Otherwise, if both ``dev->bus`` and ``dev->bus->pm`` are present, the
302         callback provided by ``dev->bus->pm`` will be chosen for execution.
303
304 This allows PM domains and device types to override callbacks provided by bus
305 types or device classes if necessary.
306
307 The PM domain, type, class and bus callbacks may in turn invoke device- or
308 driver-specific methods stored in ``dev->driver->pm``, but they don't have to do
309 that.
310
311 If the subsystem callback chosen for execution is not present, the PM core will
312 execute the corresponding method from the ``dev->driver->pm`` set instead if
313 there is one.
314
315
316 Entering System Suspend
317 -----------------------
318
319 When the system goes into the freeze, standby or memory sleep state,
320 the phases are: ``prepare``, ``suspend``, ``suspend_late``, ``suspend_noirq``.
321
322     1.  The ``prepare`` phase is meant to prevent races by preventing new
323         devices from being registered; the PM core would never know that all the
324         children of a device had been suspended if new children could be
325         registered at will.  [By contrast, from the PM core's perspective,
326         devices may be unregistered at any time.]  Unlike the other
327         suspend-related phases, during the ``prepare`` phase the device
328         hierarchy is traversed top-down.
329
330         After the ``->prepare`` callback method returns, no new children may be
331         registered below the device.  The method may also prepare the device or
332         driver in some way for the upcoming system power transition, but it
333         should not put the device into a low-power state.  Moreover, if the
334         device supports runtime power management, the ``->prepare`` callback
335         method must not update its state in case it is necessary to resume it
336         from runtime suspend later on.
337
338         For devices supporting runtime power management, the return value of the
339         prepare callback can be used to indicate to the PM core that it may
340         safely leave the device in runtime suspend (if runtime-suspended
341         already), provided that all of the device's descendants are also left in
342         runtime suspend.  Namely, if the prepare callback returns a positive
343         number and that happens for all of the descendants of the device too,
344         and all of them (including the device itself) are runtime-suspended, the
345         PM core will skip the ``suspend``, ``suspend_late`` and
346         ``suspend_noirq`` phases as well as all of the corresponding phases of
347         the subsequent device resume for all of these devices.  In that case,
348         the ``->complete`` callback will be invoked directly after the
349         ``->prepare`` callback and is entirely responsible for putting the
350         device into a consistent state as appropriate.
351
352         Note that this direct-complete procedure applies even if the device is
353         disabled for runtime PM; only the runtime-PM status matters.  It follows
354         that if a device has system-sleep callbacks but does not support runtime
355         PM, then its prepare callback must never return a positive value.  This
356         is because all such devices are initially set to runtime-suspended with
357         runtime PM disabled.
358
359         This feature also can be controlled by device drivers by using the
360         ``DPM_FLAG_NEVER_SKIP`` and ``DPM_FLAG_SMART_PREPARE`` driver power
361         management flags.  [Typically, they are set at the time the driver is
362         probed against the device in question by passing them to the
363         :c:func:`dev_pm_set_driver_flags` helper function.]  If the first of
364         these flags is set, the PM core will not apply the direct-complete
365         procedure described above to the given device and, consequenty, to any
366         of its ancestors.  The second flag, when set, informs the middle layer
367         code (bus types, device types, PM domains, classes) that it should take
368         the return value of the ``->prepare`` callback provided by the driver
369         into account and it may only return a positive value from its own
370         ``->prepare`` callback if the driver's one also has returned a positive
371         value.
372
373     2.  The ``->suspend`` methods should quiesce the device to stop it from
374         performing I/O.  They also may save the device registers and put it into
375         the appropriate low-power state, depending on the bus type the device is
376         on, and they may enable wakeup events.
377
378         However, for devices supporting runtime power management, the
379         ``->suspend`` methods provided by subsystems (bus types and PM domains
380         in particular) must follow an additional rule regarding what can be done
381         to the devices before their drivers' ``->suspend`` methods are called.
382         Namely, they can only resume the devices from runtime suspend by
383         calling :c:func:`pm_runtime_resume` for them, if that is necessary, and
384         they must not update the state of the devices in any other way at that
385         time (in case the drivers need to resume the devices from runtime
386         suspend in their ``->suspend`` methods).
387
388     3.  For a number of devices it is convenient to split suspend into the
389         "quiesce device" and "save device state" phases, in which cases
390         ``suspend_late`` is meant to do the latter.  It is always executed after
391         runtime power management has been disabled for the device in question.
392
393     4.  The ``suspend_noirq`` phase occurs after IRQ handlers have been disabled,
394         which means that the driver's interrupt handler will not be called while
395         the callback method is running.  The ``->suspend_noirq`` methods should
396         save the values of the device's registers that weren't saved previously
397         and finally put the device into the appropriate low-power state.
398
399         The majority of subsystems and device drivers need not implement this
400         callback.  However, bus types allowing devices to share interrupt
401         vectors, like PCI, generally need it; otherwise a driver might encounter
402         an error during the suspend phase by fielding a shared interrupt
403         generated by some other device after its own device had been set to low
404         power.
405
406 At the end of these phases, drivers should have stopped all I/O transactions
407 (DMA, IRQs), saved enough state that they can re-initialize or restore previous
408 state (as needed by the hardware), and placed the device into a low-power state.
409 On many platforms they will gate off one or more clock sources; sometimes they
410 will also switch off power supplies or reduce voltages.  [Drivers supporting
411 runtime PM may already have performed some or all of these steps.]
412
413 If :c:func:`device_may_wakeup(dev)` returns ``true``, the device should be
414 prepared for generating hardware wakeup signals to trigger a system wakeup event
415 when the system is in the sleep state.  For example, :c:func:`enable_irq_wake()`
416 might identify GPIO signals hooked up to a switch or other external hardware,
417 and :c:func:`pci_enable_wake()` does something similar for the PCI PME signal.
418
419 If any of these callbacks returns an error, the system won't enter the desired
420 low-power state.  Instead, the PM core will unwind its actions by resuming all
421 the devices that were suspended.
422
423
424 Leaving System Suspend
425 ----------------------
426
427 When resuming from freeze, standby or memory sleep, the phases are:
428 ``resume_noirq``, ``resume_early``, ``resume``, ``complete``.
429
430     1.  The ``->resume_noirq`` callback methods should perform any actions
431         needed before the driver's interrupt handlers are invoked.  This
432         generally means undoing the actions of the ``suspend_noirq`` phase.  If
433         the bus type permits devices to share interrupt vectors, like PCI, the
434         method should bring the device and its driver into a state in which the
435         driver can recognize if the device is the source of incoming interrupts,
436         if any, and handle them correctly.
437
438         For example, the PCI bus type's ``->pm.resume_noirq()`` puts the device
439         into the full-power state (D0 in the PCI terminology) and restores the
440         standard configuration registers of the device.  Then it calls the
441         device driver's ``->pm.resume_noirq()`` method to perform device-specific
442         actions.
443
444     2.  The ``->resume_early`` methods should prepare devices for the execution
445         of the resume methods.  This generally involves undoing the actions of
446         the preceding ``suspend_late`` phase.
447
448     3.  The ``->resume`` methods should bring the device back to its operating
449         state, so that it can perform normal I/O.  This generally involves
450         undoing the actions of the ``suspend`` phase.
451
452     4.  The ``complete`` phase should undo the actions of the ``prepare`` phase.
453         For this reason, unlike the other resume-related phases, during the
454         ``complete`` phase the device hierarchy is traversed bottom-up.
455
456         Note, however, that new children may be registered below the device as
457         soon as the ``->resume`` callbacks occur; it's not necessary to wait
458         until the ``complete`` phase with that.
459
460         Moreover, if the preceding ``->prepare`` callback returned a positive
461         number, the device may have been left in runtime suspend throughout the
462         whole system suspend and resume (the ``suspend``, ``suspend_late``,
463         ``suspend_noirq`` phases of system suspend and the ``resume_noirq``,
464         ``resume_early``, ``resume`` phases of system resume may have been
465         skipped for it).  In that case, the ``->complete`` callback is entirely
466         responsible for putting the device into a consistent state after system
467         suspend if necessary.  [For example, it may need to queue up a runtime
468         resume request for the device for this purpose.]  To check if that is
469         the case, the ``->complete`` callback can consult the device's
470         ``power.direct_complete`` flag.  Namely, if that flag is set when the
471         ``->complete`` callback is being run, it has been called directly after
472         the preceding ``->prepare`` and special actions may be required
473         to make the device work correctly afterward.
474
475 At the end of these phases, drivers should be as functional as they were before
476 suspending: I/O can be performed using DMA and IRQs, and the relevant clocks are
477 gated on.
478
479 However, the details here may again be platform-specific.  For example,
480 some systems support multiple "run" states, and the mode in effect at
481 the end of resume might not be the one which preceded suspension.
482 That means availability of certain clocks or power supplies changed,
483 which could easily affect how a driver works.
484
485 Drivers need to be able to handle hardware which has been reset since all of the
486 suspend methods were called, for example by complete reinitialization.
487 This may be the hardest part, and the one most protected by NDA'd documents
488 and chip errata.  It's simplest if the hardware state hasn't changed since
489 the suspend was carried out, but that can only be guaranteed if the target
490 system sleep entered was suspend-to-idle.  For the other system sleep states
491 that may not be the case (and usually isn't for ACPI-defined system sleep
492 states, like S3).
493
494 Drivers must also be prepared to notice that the device has been removed
495 while the system was powered down, whenever that's physically possible.
496 PCMCIA, MMC, USB, Firewire, SCSI, and even IDE are common examples of busses
497 where common Linux platforms will see such removal.  Details of how drivers
498 will notice and handle such removals are currently bus-specific, and often
499 involve a separate thread.
500
501 These callbacks may return an error value, but the PM core will ignore such
502 errors since there's nothing it can do about them other than printing them in
503 the system log.
504
505
506 Entering Hibernation
507 --------------------
508
509 Hibernating the system is more complicated than putting it into sleep states,
510 because it involves creating and saving a system image.  Therefore there are
511 more phases for hibernation, with a different set of callbacks.  These phases
512 always run after tasks have been frozen and enough memory has been freed.
513
514 The general procedure for hibernation is to quiesce all devices ("freeze"),
515 create an image of the system memory while everything is stable, reactivate all
516 devices ("thaw"), write the image to permanent storage, and finally shut down
517 the system ("power off").  The phases used to accomplish this are: ``prepare``,
518 ``freeze``, ``freeze_late``, ``freeze_noirq``, ``thaw_noirq``, ``thaw_early``,
519 ``thaw``, ``complete``, ``prepare``, ``poweroff``, ``poweroff_late``,
520 ``poweroff_noirq``.
521
522     1.  The ``prepare`` phase is discussed in the "Entering System Suspend"
523         section above.
524
525     2.  The ``->freeze`` methods should quiesce the device so that it doesn't
526         generate IRQs or DMA, and they may need to save the values of device
527         registers.  However the device does not have to be put in a low-power
528         state, and to save time it's best not to do so.  Also, the device should
529         not be prepared to generate wakeup events.
530
531     3.  The ``freeze_late`` phase is analogous to the ``suspend_late`` phase
532         described earlier, except that the device should not be put into a
533         low-power state and should not be allowed to generate wakeup events.
534
535     4.  The ``freeze_noirq`` phase is analogous to the ``suspend_noirq`` phase
536         discussed earlier, except again that the device should not be put into
537         a low-power state and should not be allowed to generate wakeup events.
538
539 At this point the system image is created.  All devices should be inactive and
540 the contents of memory should remain undisturbed while this happens, so that the
541 image forms an atomic snapshot of the system state.
542
543     5.  The ``thaw_noirq`` phase is analogous to the ``resume_noirq`` phase
544         discussed earlier.  The main difference is that its methods can assume
545         the device is in the same state as at the end of the ``freeze_noirq``
546         phase.
547
548     6.  The ``thaw_early`` phase is analogous to the ``resume_early`` phase
549         described above.  Its methods should undo the actions of the preceding
550         ``freeze_late``, if necessary.
551
552     7.  The ``thaw`` phase is analogous to the ``resume`` phase discussed
553         earlier.  Its methods should bring the device back to an operating
554         state, so that it can be used for saving the image if necessary.
555
556     8.  The ``complete`` phase is discussed in the "Leaving System Suspend"
557         section above.
558
559 At this point the system image is saved, and the devices then need to be
560 prepared for the upcoming system shutdown.  This is much like suspending them
561 before putting the system into the suspend-to-idle, shallow or deep sleep state,
562 and the phases are similar.
563
564     9.  The ``prepare`` phase is discussed above.
565
566     10. The ``poweroff`` phase is analogous to the ``suspend`` phase.
567
568     11. The ``poweroff_late`` phase is analogous to the ``suspend_late`` phase.
569
570     12. The ``poweroff_noirq`` phase is analogous to the ``suspend_noirq`` phase.
571
572 The ``->poweroff``, ``->poweroff_late`` and ``->poweroff_noirq`` callbacks
573 should do essentially the same things as the ``->suspend``, ``->suspend_late``
574 and ``->suspend_noirq`` callbacks, respectively.  The only notable difference is
575 that they need not store the device register values, because the registers
576 should already have been stored during the ``freeze``, ``freeze_late`` or
577 ``freeze_noirq`` phases.
578
579
580 Leaving Hibernation
581 -------------------
582
583 Resuming from hibernation is, again, more complicated than resuming from a sleep
584 state in which the contents of main memory are preserved, because it requires
585 a system image to be loaded into memory and the pre-hibernation memory contents
586 to be restored before control can be passed back to the image kernel.
587
588 Although in principle the image might be loaded into memory and the
589 pre-hibernation memory contents restored by the boot loader, in practice this
590 can't be done because boot loaders aren't smart enough and there is no
591 established protocol for passing the necessary information.  So instead, the
592 boot loader loads a fresh instance of the kernel, called "the restore kernel",
593 into memory and passes control to it in the usual way.  Then the restore kernel
594 reads the system image, restores the pre-hibernation memory contents, and passes
595 control to the image kernel.  Thus two different kernel instances are involved
596 in resuming from hibernation.  In fact, the restore kernel may be completely
597 different from the image kernel: a different configuration and even a different
598 version.  This has important consequences for device drivers and their
599 subsystems.
600
601 To be able to load the system image into memory, the restore kernel needs to
602 include at least a subset of device drivers allowing it to access the storage
603 medium containing the image, although it doesn't need to include all of the
604 drivers present in the image kernel.  After the image has been loaded, the
605 devices managed by the boot kernel need to be prepared for passing control back
606 to the image kernel.  This is very similar to the initial steps involved in
607 creating a system image, and it is accomplished in the same way, using
608 ``prepare``, ``freeze``, and ``freeze_noirq`` phases.  However, the devices
609 affected by these phases are only those having drivers in the restore kernel;
610 other devices will still be in whatever state the boot loader left them.
611
612 Should the restoration of the pre-hibernation memory contents fail, the restore
613 kernel would go through the "thawing" procedure described above, using the
614 ``thaw_noirq``, ``thaw_early``, ``thaw``, and ``complete`` phases, and then
615 continue running normally.  This happens only rarely.  Most often the
616 pre-hibernation memory contents are restored successfully and control is passed
617 to the image kernel, which then becomes responsible for bringing the system back
618 to the working state.
619
620 To achieve this, the image kernel must restore the devices' pre-hibernation
621 functionality.  The operation is much like waking up from a sleep state (with
622 the memory contents preserved), although it involves different phases:
623 ``restore_noirq``, ``restore_early``, ``restore``, ``complete``.
624
625     1.  The ``restore_noirq`` phase is analogous to the ``resume_noirq`` phase.
626
627     2.  The ``restore_early`` phase is analogous to the ``resume_early`` phase.
628
629     3.  The ``restore`` phase is analogous to the ``resume`` phase.
630
631     4.  The ``complete`` phase is discussed above.
632
633 The main difference from ``resume[_early|_noirq]`` is that
634 ``restore[_early|_noirq]`` must assume the device has been accessed and
635 reconfigured by the boot loader or the restore kernel.  Consequently, the state
636 of the device may be different from the state remembered from the ``freeze``,
637 ``freeze_late`` and ``freeze_noirq`` phases.  The device may even need to be
638 reset and completely re-initialized.  In many cases this difference doesn't
639 matter, so the ``->resume[_early|_noirq]`` and ``->restore[_early|_norq]``
640 method pointers can be set to the same routines.  Nevertheless, different
641 callback pointers are used in case there is a situation where it actually does
642 matter.
643
644
645 Power Management Notifiers
646 ==========================
647
648 There are some operations that cannot be carried out by the power management
649 callbacks discussed above, because the callbacks occur too late or too early.
650 To handle these cases, subsystems and device drivers may register power
651 management notifiers that are called before tasks are frozen and after they have
652 been thawed.  Generally speaking, the PM notifiers are suitable for performing
653 actions that either require user space to be available, or at least won't
654 interfere with user space.
655
656 For details refer to :doc:`notifiers`.
657
658
659 Device Low-Power (suspend) States
660 =================================
661
662 Device low-power states aren't standard.  One device might only handle
663 "on" and "off", while another might support a dozen different versions of
664 "on" (how many engines are active?), plus a state that gets back to "on"
665 faster than from a full "off".
666
667 Some buses define rules about what different suspend states mean.  PCI
668 gives one example: after the suspend sequence completes, a non-legacy
669 PCI device may not perform DMA or issue IRQs, and any wakeup events it
670 issues would be issued through the PME# bus signal.  Plus, there are
671 several PCI-standard device states, some of which are optional.
672
673 In contrast, integrated system-on-chip processors often use IRQs as the
674 wakeup event sources (so drivers would call :c:func:`enable_irq_wake`) and
675 might be able to treat DMA completion as a wakeup event (sometimes DMA can stay
676 active too, it'd only be the CPU and some peripherals that sleep).
677
678 Some details here may be platform-specific.  Systems may have devices that
679 can be fully active in certain sleep states, such as an LCD display that's
680 refreshed using DMA while most of the system is sleeping lightly ... and
681 its frame buffer might even be updated by a DSP or other non-Linux CPU while
682 the Linux control processor stays idle.
683
684 Moreover, the specific actions taken may depend on the target system state.
685 One target system state might allow a given device to be very operational;
686 another might require a hard shut down with re-initialization on resume.
687 And two different target systems might use the same device in different
688 ways; the aforementioned LCD might be active in one product's "standby",
689 but a different product using the same SOC might work differently.
690
691
692 Device Power Management Domains
693 ===============================
694
695 Sometimes devices share reference clocks or other power resources.  In those
696 cases it generally is not possible to put devices into low-power states
697 individually.  Instead, a set of devices sharing a power resource can be put
698 into a low-power state together at the same time by turning off the shared
699 power resource.  Of course, they also need to be put into the full-power state
700 together, by turning the shared power resource on.  A set of devices with this
701 property is often referred to as a power domain. A power domain may also be
702 nested inside another power domain. The nested domain is referred to as the
703 sub-domain of the parent domain.
704
705 Support for power domains is provided through the :c:member:`pm_domain` field of
706 |struct device|.  This field is a pointer to an object of type
707 |struct dev_pm_domain|, defined in :file:`include/linux/pm.h`, providing a set
708 of power management callbacks analogous to the subsystem-level and device driver
709 callbacks that are executed for the given device during all power transitions,
710 instead of the respective subsystem-level callbacks.  Specifically, if a
711 device's :c:member:`pm_domain` pointer is not NULL, the ``->suspend()`` callback
712 from the object pointed to by it will be executed instead of its subsystem's
713 (e.g. bus type's) ``->suspend()`` callback and analogously for all of the
714 remaining callbacks.  In other words, power management domain callbacks, if
715 defined for the given device, always take precedence over the callbacks provided
716 by the device's subsystem (e.g. bus type).
717
718 The support for device power management domains is only relevant to platforms
719 needing to use the same device driver power management callbacks in many
720 different power domain configurations and wanting to avoid incorporating the
721 support for power domains into subsystem-level callbacks, for example by
722 modifying the platform bus type.  Other platforms need not implement it or take
723 it into account in any way.
724
725 Devices may be defined as IRQ-safe which indicates to the PM core that their
726 runtime PM callbacks may be invoked with disabled interrupts (see
727 :file:`Documentation/power/runtime_pm.txt` for more information).  If an
728 IRQ-safe device belongs to a PM domain, the runtime PM of the domain will be
729 disallowed, unless the domain itself is defined as IRQ-safe. However, it
730 makes sense to define a PM domain as IRQ-safe only if all the devices in it
731 are IRQ-safe. Moreover, if an IRQ-safe domain has a parent domain, the runtime
732 PM of the parent is only allowed if the parent itself is IRQ-safe too with the
733 additional restriction that all child domains of an IRQ-safe parent must also
734 be IRQ-safe.
735
736
737 Runtime Power Management
738 ========================
739
740 Many devices are able to dynamically power down while the system is still
741 running. This feature is useful for devices that are not being used, and
742 can offer significant power savings on a running system.  These devices
743 often support a range of runtime power states, which might use names such
744 as "off", "sleep", "idle", "active", and so on.  Those states will in some
745 cases (like PCI) be partially constrained by the bus the device uses, and will
746 usually include hardware states that are also used in system sleep states.
747
748 A system-wide power transition can be started while some devices are in low
749 power states due to runtime power management.  The system sleep PM callbacks
750 should recognize such situations and react to them appropriately, but the
751 necessary actions are subsystem-specific.
752
753 In some cases the decision may be made at the subsystem level while in other
754 cases the device driver may be left to decide.  In some cases it may be
755 desirable to leave a suspended device in that state during a system-wide power
756 transition, but in other cases the device must be put back into the full-power
757 state temporarily, for example so that its system wakeup capability can be
758 disabled.  This all depends on the hardware and the design of the subsystem and
759 device driver in question.
760
761 If it is necessary to resume a device from runtime suspend during a system-wide
762 transition into a sleep state, that can be done by calling
763 :c:func:`pm_runtime_resume` for it from the ``->suspend`` callback (or its
764 couterpart for transitions related to hibernation) of either the device's driver
765 or a subsystem responsible for it (for example, a bus type or a PM domain).
766 That is guaranteed to work by the requirement that subsystems must not change
767 the state of devices (possibly except for resuming them from runtime suspend)
768 from their ``->prepare`` and ``->suspend`` callbacks (or equivalent) *before*
769 invoking device drivers' ``->suspend`` callbacks (or equivalent).
770
771 Some bus types and PM domains have a policy to resume all devices from runtime
772 suspend upfront in their ``->suspend`` callbacks, but that may not be really
773 necessary if the driver of the device can cope with runtime-suspended devices.
774 The driver can indicate that by setting ``DPM_FLAG_SMART_SUSPEND`` in
775 :c:member:`power.driver_flags` at the probe time, by passing it to the
776 :c:func:`dev_pm_set_driver_flags` helper.  That also may cause middle-layer code
777 (bus types, PM domains etc.) to skip the ``->suspend_late`` and
778 ``->suspend_noirq`` callbacks provided by the driver if the device remains in
779 runtime suspend at the beginning of the ``suspend_late`` phase of system-wide
780 suspend (or in the ``poweroff_late`` phase of hibernation), when runtime PM
781 has been disabled for it, under the assumption that its state should not change
782 after that point until the system-wide transition is over (the PM core itself
783 does that for devices whose "noirq", "late" and "early" system-wide PM callbacks
784 are executed directly by it).  If that happens, the driver's system-wide resume
785 callbacks, if present, may still be invoked during the subsequent system-wide
786 resume transition and the device's runtime power management status may be set
787 to "active" before enabling runtime PM for it, so the driver must be prepared to
788 cope with the invocation of its system-wide resume callbacks back-to-back with
789 its ``->runtime_suspend`` one (without the intervening ``->runtime_resume`` and
790 so on) and the final state of the device must reflect the "active" runtime PM
791 status in that case.
792
793 During system-wide resume from a sleep state it's easiest to put devices into
794 the full-power state, as explained in :file:`Documentation/power/runtime_pm.txt`.
795 [Refer to that document for more information regarding this particular issue as
796 well as for information on the device runtime power management framework in
797 general.]
798
799 However, it often is desirable to leave devices in suspend after system
800 transitions to the working state, especially if those devices had been in
801 runtime suspend before the preceding system-wide suspend (or analogous)
802 transition.  Device drivers can use the ``DPM_FLAG_LEAVE_SUSPENDED`` flag to
803 indicate to the PM core (and middle-layer code) that they prefer the specific
804 devices handled by them to be left suspended and they have no problems with
805 skipping their system-wide resume callbacks for this reason.  Whether or not the
806 devices will actually be left in suspend may depend on their state before the
807 given system suspend-resume cycle and on the type of the system transition under
808 way.  In particular, devices are not left suspended if that transition is a
809 restore from hibernation, as device states are not guaranteed to be reflected
810 by the information stored in the hibernation image in that case.
811
812 The middle-layer code involved in the handling of the device is expected to
813 indicate to the PM core if the device may be left in suspend by setting its
814 :c:member:`power.may_skip_resume` status bit which is checked by the PM core
815 during the "noirq" phase of the preceding system-wide suspend (or analogous)
816 transition.  The middle layer is then responsible for handling the device as
817 appropriate in its "noirq" resume callback, which is executed regardless of
818 whether or not the device is left suspended, but the other resume callbacks
819 (except for ``->complete``) will be skipped automatically by the PM core if the
820 device really can be left in suspend.
821
822 For devices whose "noirq", "late" and "early" driver callbacks are invoked
823 directly by the PM core, all of the system-wide resume callbacks are skipped if
824 ``DPM_FLAG_LEAVE_SUSPENDED`` is set and the device is in runtime suspend during
825 the ``suspend_noirq`` (or analogous) phase or the transition under way is a
826 proper system suspend (rather than anything related to hibernation) and the
827 device's wakeup settings are suitable for runtime PM (that is, it cannot
828 generate wakeup signals at all or it is allowed to wake up the system from
829 sleep).