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[sfrench/cifs-2.6.git] / Documentation / driver-api / pm / devices.rst
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 .. include:: <isonum.txt>
3
4 .. |struct dev_pm_ops| replace:: :c:type:`struct dev_pm_ops <dev_pm_ops>`
5 .. |struct dev_pm_domain| replace:: :c:type:`struct dev_pm_domain <dev_pm_domain>`
6 .. |struct bus_type| replace:: :c:type:`struct bus_type <bus_type>`
7 .. |struct device_type| replace:: :c:type:`struct device_type <device_type>`
8 .. |struct class| replace:: :c:type:`struct class <class>`
9 .. |struct wakeup_source| replace:: :c:type:`struct wakeup_source <wakeup_source>`
10 .. |struct device| replace:: :c:type:`struct device <device>`
11
12 .. _driverapi_pm_devices:
13
14 ==============================
15 Device Power Management Basics
16 ==============================
17
18 :Copyright: |copy| 2010-2011 Rafael J. Wysocki <rjw@sisk.pl>, Novell Inc.
19 :Copyright: |copy| 2010 Alan Stern <stern@rowland.harvard.edu>
20 :Copyright: |copy| 2016 Intel Corporation
21
22 :Author: Rafael J. Wysocki <rafael.j.wysocki@intel.com>
23
24
25 Most of the code in Linux is device drivers, so most of the Linux power
26 management (PM) code is also driver-specific.  Most drivers will do very
27 little; others, especially for platforms with small batteries (like cell
28 phones), will do a lot.
29
30 This writeup gives an overview of how drivers interact with system-wide
31 power management goals, emphasizing the models and interfaces that are
32 shared by everything that hooks up to the driver model core.  Read it as
33 background for the domain-specific work you'd do with any specific driver.
34
35
36 Two Models for Device Power Management
37 ======================================
38
39 Drivers will use one or both of these models to put devices into low-power
40 states:
41
42     System Sleep model:
43
44         Drivers can enter low-power states as part of entering system-wide
45         low-power states like "suspend" (also known as "suspend-to-RAM"), or
46         (mostly for systems with disks) "hibernation" (also known as
47         "suspend-to-disk").
48
49         This is something that device, bus, and class drivers collaborate on
50         by implementing various role-specific suspend and resume methods to
51         cleanly power down hardware and software subsystems, then reactivate
52         them without loss of data.
53
54         Some drivers can manage hardware wakeup events, which make the system
55         leave the low-power state.  This feature may be enabled or disabled
56         using the relevant :file:`/sys/devices/.../power/wakeup` file (for
57         Ethernet drivers the ioctl interface used by ethtool may also be used
58         for this purpose); enabling it may cost some power usage, but let the
59         whole system enter low-power states more often.
60
61     Runtime Power Management model:
62
63         Devices may also be put into low-power states while the system is
64         running, independently of other power management activity in principle.
65         However, devices are not generally independent of each other (for
66         example, a parent device cannot be suspended unless all of its child
67         devices have been suspended).  Moreover, depending on the bus type the
68         device is on, it may be necessary to carry out some bus-specific
69         operations on the device for this purpose.  Devices put into low power
70         states at run time may require special handling during system-wide power
71         transitions (suspend or hibernation).
72
73         For these reasons not only the device driver itself, but also the
74         appropriate subsystem (bus type, device type or device class) driver and
75         the PM core are involved in runtime power management.  As in the system
76         sleep power management case, they need to collaborate by implementing
77         various role-specific suspend and resume methods, so that the hardware
78         is cleanly powered down and reactivated without data or service loss.
79
80 There's not a lot to be said about those low-power states except that they are
81 very system-specific, and often device-specific.  Also, that if enough devices
82 have been put into low-power states (at runtime), the effect may be very similar
83 to entering some system-wide low-power state (system sleep) ... and that
84 synergies exist, so that several drivers using runtime PM might put the system
85 into a state where even deeper power saving options are available.
86
87 Most suspended devices will have quiesced all I/O: no more DMA or IRQs (except
88 for wakeup events), no more data read or written, and requests from upstream
89 drivers are no longer accepted.  A given bus or platform may have different
90 requirements though.
91
92 Examples of hardware wakeup events include an alarm from a real time clock,
93 network wake-on-LAN packets, keyboard or mouse activity, and media insertion
94 or removal (for PCMCIA, MMC/SD, USB, and so on).
95
96 Interfaces for Entering System Sleep States
97 ===========================================
98
99 There are programming interfaces provided for subsystems (bus type, device type,
100 device class) and device drivers to allow them to participate in the power
101 management of devices they are concerned with.  These interfaces cover both
102 system sleep and runtime power management.
103
104
105 Device Power Management Operations
106 ----------------------------------
107
108 Device power management operations, at the subsystem level as well as at the
109 device driver level, are implemented by defining and populating objects of type
110 |struct dev_pm_ops| defined in :file:`include/linux/pm.h`.  The roles of the
111 methods included in it will be explained in what follows.  For now, it should be
112 sufficient to remember that the last three methods are specific to runtime power
113 management while the remaining ones are used during system-wide power
114 transitions.
115
116 There also is a deprecated "old" or "legacy" interface for power management
117 operations available at least for some subsystems.  This approach does not use
118 |struct dev_pm_ops| objects and it is suitable only for implementing system
119 sleep power management methods in a limited way.  Therefore it is not described
120 in this document, so please refer directly to the source code for more
121 information about it.
122
123
124 Subsystem-Level Methods
125 -----------------------
126
127 The core methods to suspend and resume devices reside in
128 |struct dev_pm_ops| pointed to by the :c:member:`ops` member of
129 |struct dev_pm_domain|, or by the :c:member:`pm` member of |struct bus_type|,
130 |struct device_type| and |struct class|.  They are mostly of interest to the
131 people writing infrastructure for platforms and buses, like PCI or USB, or
132 device type and device class drivers.  They also are relevant to the writers of
133 device drivers whose subsystems (PM domains, device types, device classes and
134 bus types) don't provide all power management methods.
135
136 Bus drivers implement these methods as appropriate for the hardware and the
137 drivers using it; PCI works differently from USB, and so on.  Not many people
138 write subsystem-level drivers; most driver code is a "device driver" that builds
139 on top of bus-specific framework code.
140
141 For more information on these driver calls, see the description later;
142 they are called in phases for every device, respecting the parent-child
143 sequencing in the driver model tree.
144
145
146 :file:`/sys/devices/.../power/wakeup` files
147 -------------------------------------------
148
149 All device objects in the driver model contain fields that control the handling
150 of system wakeup events (hardware signals that can force the system out of a
151 sleep state).  These fields are initialized by bus or device driver code using
152 :c:func:`device_set_wakeup_capable()` and :c:func:`device_set_wakeup_enable()`,
153 defined in :file:`include/linux/pm_wakeup.h`.
154
155 The :c:member:`power.can_wakeup` flag just records whether the device (and its
156 driver) can physically support wakeup events.  The
157 :c:func:`device_set_wakeup_capable()` routine affects this flag.  The
158 :c:member:`power.wakeup` field is a pointer to an object of type
159 |struct wakeup_source| used for controlling whether or not the device should use
160 its system wakeup mechanism and for notifying the PM core of system wakeup
161 events signaled by the device.  This object is only present for wakeup-capable
162 devices (i.e. devices whose :c:member:`can_wakeup` flags are set) and is created
163 (or removed) by :c:func:`device_set_wakeup_capable()`.
164
165 Whether or not a device is capable of issuing wakeup events is a hardware
166 matter, and the kernel is responsible for keeping track of it.  By contrast,
167 whether or not a wakeup-capable device should issue wakeup events is a policy
168 decision, and it is managed by user space through a sysfs attribute: the
169 :file:`power/wakeup` file.  User space can write the "enabled" or "disabled"
170 strings to it to indicate whether or not, respectively, the device is supposed
171 to signal system wakeup.  This file is only present if the
172 :c:member:`power.wakeup` object exists for the given device and is created (or
173 removed) along with that object, by :c:func:`device_set_wakeup_capable()`.
174 Reads from the file will return the corresponding string.
175
176 The initial value in the :file:`power/wakeup` file is "disabled" for the
177 majority of devices; the major exceptions are power buttons, keyboards, and
178 Ethernet adapters whose WoL (wake-on-LAN) feature has been set up with ethtool.
179 It should also default to "enabled" for devices that don't generate wakeup
180 requests on their own but merely forward wakeup requests from one bus to another
181 (like PCI Express ports).
182
183 The :c:func:`device_may_wakeup()` routine returns true only if the
184 :c:member:`power.wakeup` object exists and the corresponding :file:`power/wakeup`
185 file contains the "enabled" string.  This information is used by subsystems,
186 like the PCI bus type code, to see whether or not to enable the devices' wakeup
187 mechanisms.  If device wakeup mechanisms are enabled or disabled directly by
188 drivers, they also should use :c:func:`device_may_wakeup()` to decide what to do
189 during a system sleep transition.  Device drivers, however, are not expected to
190 call :c:func:`device_set_wakeup_enable()` directly in any case.
191
192 It ought to be noted that system wakeup is conceptually different from "remote
193 wakeup" used by runtime power management, although it may be supported by the
194 same physical mechanism.  Remote wakeup is a feature allowing devices in
195 low-power states to trigger specific interrupts to signal conditions in which
196 they should be put into the full-power state.  Those interrupts may or may not
197 be used to signal system wakeup events, depending on the hardware design.  On
198 some systems it is impossible to trigger them from system sleep states.  In any
199 case, remote wakeup should always be enabled for runtime power management for
200 all devices and drivers that support it.
201
202
203 :file:`/sys/devices/.../power/control` files
204 --------------------------------------------
205
206 Each device in the driver model has a flag to control whether it is subject to
207 runtime power management.  This flag, :c:member:`runtime_auto`, is initialized
208 by the bus type (or generally subsystem) code using :c:func:`pm_runtime_allow()`
209 or :c:func:`pm_runtime_forbid()`; the default is to allow runtime power
210 management.
211
212 The setting can be adjusted by user space by writing either "on" or "auto" to
213 the device's :file:`power/control` sysfs file.  Writing "auto" calls
214 :c:func:`pm_runtime_allow()`, setting the flag and allowing the device to be
215 runtime power-managed by its driver.  Writing "on" calls
216 :c:func:`pm_runtime_forbid()`, clearing the flag, returning the device to full
217 power if it was in a low-power state, and preventing the
218 device from being runtime power-managed.  User space can check the current value
219 of the :c:member:`runtime_auto` flag by reading that file.
220
221 The device's :c:member:`runtime_auto` flag has no effect on the handling of
222 system-wide power transitions.  In particular, the device can (and in the
223 majority of cases should and will) be put into a low-power state during a
224 system-wide transition to a sleep state even though its :c:member:`runtime_auto`
225 flag is clear.
226
227 For more information about the runtime power management framework, refer to
228 :file:`Documentation/power/runtime_pm.rst`.
229
230
231 Calling Drivers to Enter and Leave System Sleep States
232 ======================================================
233
234 When the system goes into a sleep state, each device's driver is asked to
235 suspend the device by putting it into a state compatible with the target
236 system state.  That's usually some version of "off", but the details are
237 system-specific.  Also, wakeup-enabled devices will usually stay partly
238 functional in order to wake the system.
239
240 When the system leaves that low-power state, the device's driver is asked to
241 resume it by returning it to full power.  The suspend and resume operations
242 always go together, and both are multi-phase operations.
243
244 For simple drivers, suspend might quiesce the device using class code
245 and then turn its hardware as "off" as possible during suspend_noirq.  The
246 matching resume calls would then completely reinitialize the hardware
247 before reactivating its class I/O queues.
248
249 More power-aware drivers might prepare the devices for triggering system wakeup
250 events.
251
252
253 Call Sequence Guarantees
254 ------------------------
255
256 To ensure that bridges and similar links needing to talk to a device are
257 available when the device is suspended or resumed, the device hierarchy is
258 walked in a bottom-up order to suspend devices.  A top-down order is
259 used to resume those devices.
260
261 The ordering of the device hierarchy is defined by the order in which devices
262 get registered:  a child can never be registered, probed or resumed before
263 its parent; and can't be removed or suspended after that parent.
264
265 The policy is that the device hierarchy should match hardware bus topology.
266 [Or at least the control bus, for devices which use multiple busses.]
267 In particular, this means that a device registration may fail if the parent of
268 the device is suspending (i.e. has been chosen by the PM core as the next
269 device to suspend) or has already suspended, as well as after all of the other
270 devices have been suspended.  Device drivers must be prepared to cope with such
271 situations.
272
273
274 System Power Management Phases
275 ------------------------------
276
277 Suspending or resuming the system is done in several phases.  Different phases
278 are used for suspend-to-idle, shallow (standby), and deep ("suspend-to-RAM")
279 sleep states and the hibernation state ("suspend-to-disk").  Each phase involves
280 executing callbacks for every device before the next phase begins.  Not all
281 buses or classes support all these callbacks and not all drivers use all the
282 callbacks.  The various phases always run after tasks have been frozen and
283 before they are unfrozen.  Furthermore, the ``*_noirq`` phases run at a time
284 when IRQ handlers have been disabled (except for those marked with the
285 IRQF_NO_SUSPEND flag).
286
287 All phases use PM domain, bus, type, class or driver callbacks (that is, methods
288 defined in ``dev->pm_domain->ops``, ``dev->bus->pm``, ``dev->type->pm``,
289 ``dev->class->pm`` or ``dev->driver->pm``).  These callbacks are regarded by the
290 PM core as mutually exclusive.  Moreover, PM domain callbacks always take
291 precedence over all of the other callbacks and, for example, type callbacks take
292 precedence over bus, class and driver callbacks.  To be precise, the following
293 rules are used to determine which callback to execute in the given phase:
294
295     1.  If ``dev->pm_domain`` is present, the PM core will choose the callback
296         provided by ``dev->pm_domain->ops`` for execution.
297
298     2.  Otherwise, if both ``dev->type`` and ``dev->type->pm`` are present, the
299         callback provided by ``dev->type->pm`` will be chosen for execution.
300
301     3.  Otherwise, if both ``dev->class`` and ``dev->class->pm`` are present,
302         the callback provided by ``dev->class->pm`` will be chosen for
303         execution.
304
305     4.  Otherwise, if both ``dev->bus`` and ``dev->bus->pm`` are present, the
306         callback provided by ``dev->bus->pm`` will be chosen for execution.
307
308 This allows PM domains and device types to override callbacks provided by bus
309 types or device classes if necessary.
310
311 The PM domain, type, class and bus callbacks may in turn invoke device- or
312 driver-specific methods stored in ``dev->driver->pm``, but they don't have to do
313 that.
314
315 If the subsystem callback chosen for execution is not present, the PM core will
316 execute the corresponding method from the ``dev->driver->pm`` set instead if
317 there is one.
318
319
320 Entering System Suspend
321 -----------------------
322
323 When the system goes into the freeze, standby or memory sleep state,
324 the phases are: ``prepare``, ``suspend``, ``suspend_late``, ``suspend_noirq``.
325
326     1.  The ``prepare`` phase is meant to prevent races by preventing new
327         devices from being registered; the PM core would never know that all the
328         children of a device had been suspended if new children could be
329         registered at will.  [By contrast, from the PM core's perspective,
330         devices may be unregistered at any time.]  Unlike the other
331         suspend-related phases, during the ``prepare`` phase the device
332         hierarchy is traversed top-down.
333
334         After the ``->prepare`` callback method returns, no new children may be
335         registered below the device.  The method may also prepare the device or
336         driver in some way for the upcoming system power transition, but it
337         should not put the device into a low-power state.  Moreover, if the
338         device supports runtime power management, the ``->prepare`` callback
339         method must not update its state in case it is necessary to resume it
340         from runtime suspend later on.
341
342         For devices supporting runtime power management, the return value of the
343         prepare callback can be used to indicate to the PM core that it may
344         safely leave the device in runtime suspend (if runtime-suspended
345         already), provided that all of the device's descendants are also left in
346         runtime suspend.  Namely, if the prepare callback returns a positive
347         number and that happens for all of the descendants of the device too,
348         and all of them (including the device itself) are runtime-suspended, the
349         PM core will skip the ``suspend``, ``suspend_late`` and
350         ``suspend_noirq`` phases as well as all of the corresponding phases of
351         the subsequent device resume for all of these devices.  In that case,
352         the ``->complete`` callback will be invoked directly after the
353         ``->prepare`` callback and is entirely responsible for putting the
354         device into a consistent state as appropriate.
355
356         Note that this direct-complete procedure applies even if the device is
357         disabled for runtime PM; only the runtime-PM status matters.  It follows
358         that if a device has system-sleep callbacks but does not support runtime
359         PM, then its prepare callback must never return a positive value.  This
360         is because all such devices are initially set to runtime-suspended with
361         runtime PM disabled.
362
363         This feature also can be controlled by device drivers by using the
364         ``DPM_FLAG_NEVER_SKIP`` and ``DPM_FLAG_SMART_PREPARE`` driver power
365         management flags.  [Typically, they are set at the time the driver is
366         probed against the device in question by passing them to the
367         :c:func:`dev_pm_set_driver_flags` helper function.]  If the first of
368         these flags is set, the PM core will not apply the direct-complete
369         procedure described above to the given device and, consequenty, to any
370         of its ancestors.  The second flag, when set, informs the middle layer
371         code (bus types, device types, PM domains, classes) that it should take
372         the return value of the ``->prepare`` callback provided by the driver
373         into account and it may only return a positive value from its own
374         ``->prepare`` callback if the driver's one also has returned a positive
375         value.
376
377     2.  The ``->suspend`` methods should quiesce the device to stop it from
378         performing I/O.  They also may save the device registers and put it into
379         the appropriate low-power state, depending on the bus type the device is
380         on, and they may enable wakeup events.
381
382         However, for devices supporting runtime power management, the
383         ``->suspend`` methods provided by subsystems (bus types and PM domains
384         in particular) must follow an additional rule regarding what can be done
385         to the devices before their drivers' ``->suspend`` methods are called.
386         Namely, they can only resume the devices from runtime suspend by
387         calling :c:func:`pm_runtime_resume` for them, if that is necessary, and
388         they must not update the state of the devices in any other way at that
389         time (in case the drivers need to resume the devices from runtime
390         suspend in their ``->suspend`` methods).
391
392     3.  For a number of devices it is convenient to split suspend into the
393         "quiesce device" and "save device state" phases, in which cases
394         ``suspend_late`` is meant to do the latter.  It is always executed after
395         runtime power management has been disabled for the device in question.
396
397     4.  The ``suspend_noirq`` phase occurs after IRQ handlers have been disabled,
398         which means that the driver's interrupt handler will not be called while
399         the callback method is running.  The ``->suspend_noirq`` methods should
400         save the values of the device's registers that weren't saved previously
401         and finally put the device into the appropriate low-power state.
402
403         The majority of subsystems and device drivers need not implement this
404         callback.  However, bus types allowing devices to share interrupt
405         vectors, like PCI, generally need it; otherwise a driver might encounter
406         an error during the suspend phase by fielding a shared interrupt
407         generated by some other device after its own device had been set to low
408         power.
409
410 At the end of these phases, drivers should have stopped all I/O transactions
411 (DMA, IRQs), saved enough state that they can re-initialize or restore previous
412 state (as needed by the hardware), and placed the device into a low-power state.
413 On many platforms they will gate off one or more clock sources; sometimes they
414 will also switch off power supplies or reduce voltages.  [Drivers supporting
415 runtime PM may already have performed some or all of these steps.]
416
417 If :c:func:`device_may_wakeup(dev)` returns ``true``, the device should be
418 prepared for generating hardware wakeup signals to trigger a system wakeup event
419 when the system is in the sleep state.  For example, :c:func:`enable_irq_wake()`
420 might identify GPIO signals hooked up to a switch or other external hardware,
421 and :c:func:`pci_enable_wake()` does something similar for the PCI PME signal.
422
423 If any of these callbacks returns an error, the system won't enter the desired
424 low-power state.  Instead, the PM core will unwind its actions by resuming all
425 the devices that were suspended.
426
427
428 Leaving System Suspend
429 ----------------------
430
431 When resuming from freeze, standby or memory sleep, the phases are:
432 ``resume_noirq``, ``resume_early``, ``resume``, ``complete``.
433
434     1.  The ``->resume_noirq`` callback methods should perform any actions
435         needed before the driver's interrupt handlers are invoked.  This
436         generally means undoing the actions of the ``suspend_noirq`` phase.  If
437         the bus type permits devices to share interrupt vectors, like PCI, the
438         method should bring the device and its driver into a state in which the
439         driver can recognize if the device is the source of incoming interrupts,
440         if any, and handle them correctly.
441
442         For example, the PCI bus type's ``->pm.resume_noirq()`` puts the device
443         into the full-power state (D0 in the PCI terminology) and restores the
444         standard configuration registers of the device.  Then it calls the
445         device driver's ``->pm.resume_noirq()`` method to perform device-specific
446         actions.
447
448     2.  The ``->resume_early`` methods should prepare devices for the execution
449         of the resume methods.  This generally involves undoing the actions of
450         the preceding ``suspend_late`` phase.
451
452     3.  The ``->resume`` methods should bring the device back to its operating
453         state, so that it can perform normal I/O.  This generally involves
454         undoing the actions of the ``suspend`` phase.
455
456     4.  The ``complete`` phase should undo the actions of the ``prepare`` phase.
457         For this reason, unlike the other resume-related phases, during the
458         ``complete`` phase the device hierarchy is traversed bottom-up.
459
460         Note, however, that new children may be registered below the device as
461         soon as the ``->resume`` callbacks occur; it's not necessary to wait
462         until the ``complete`` phase with that.
463
464         Moreover, if the preceding ``->prepare`` callback returned a positive
465         number, the device may have been left in runtime suspend throughout the
466         whole system suspend and resume (the ``suspend``, ``suspend_late``,
467         ``suspend_noirq`` phases of system suspend and the ``resume_noirq``,
468         ``resume_early``, ``resume`` phases of system resume may have been
469         skipped for it).  In that case, the ``->complete`` callback is entirely
470         responsible for putting the device into a consistent state after system
471         suspend if necessary.  [For example, it may need to queue up a runtime
472         resume request for the device for this purpose.]  To check if that is
473         the case, the ``->complete`` callback can consult the device's
474         ``power.direct_complete`` flag.  Namely, if that flag is set when the
475         ``->complete`` callback is being run, it has been called directly after
476         the preceding ``->prepare`` and special actions may be required
477         to make the device work correctly afterward.
478
479 At the end of these phases, drivers should be as functional as they were before
480 suspending: I/O can be performed using DMA and IRQs, and the relevant clocks are
481 gated on.
482
483 However, the details here may again be platform-specific.  For example,
484 some systems support multiple "run" states, and the mode in effect at
485 the end of resume might not be the one which preceded suspension.
486 That means availability of certain clocks or power supplies changed,
487 which could easily affect how a driver works.
488
489 Drivers need to be able to handle hardware which has been reset since all of the
490 suspend methods were called, for example by complete reinitialization.
491 This may be the hardest part, and the one most protected by NDA'd documents
492 and chip errata.  It's simplest if the hardware state hasn't changed since
493 the suspend was carried out, but that can only be guaranteed if the target
494 system sleep entered was suspend-to-idle.  For the other system sleep states
495 that may not be the case (and usually isn't for ACPI-defined system sleep
496 states, like S3).
497
498 Drivers must also be prepared to notice that the device has been removed
499 while the system was powered down, whenever that's physically possible.
500 PCMCIA, MMC, USB, Firewire, SCSI, and even IDE are common examples of busses
501 where common Linux platforms will see such removal.  Details of how drivers
502 will notice and handle such removals are currently bus-specific, and often
503 involve a separate thread.
504
505 These callbacks may return an error value, but the PM core will ignore such
506 errors since there's nothing it can do about them other than printing them in
507 the system log.
508
509
510 Entering Hibernation
511 --------------------
512
513 Hibernating the system is more complicated than putting it into sleep states,
514 because it involves creating and saving a system image.  Therefore there are
515 more phases for hibernation, with a different set of callbacks.  These phases
516 always run after tasks have been frozen and enough memory has been freed.
517
518 The general procedure for hibernation is to quiesce all devices ("freeze"),
519 create an image of the system memory while everything is stable, reactivate all
520 devices ("thaw"), write the image to permanent storage, and finally shut down
521 the system ("power off").  The phases used to accomplish this are: ``prepare``,
522 ``freeze``, ``freeze_late``, ``freeze_noirq``, ``thaw_noirq``, ``thaw_early``,
523 ``thaw``, ``complete``, ``prepare``, ``poweroff``, ``poweroff_late``,
524 ``poweroff_noirq``.
525
526     1.  The ``prepare`` phase is discussed in the "Entering System Suspend"
527         section above.
528
529     2.  The ``->freeze`` methods should quiesce the device so that it doesn't
530         generate IRQs or DMA, and they may need to save the values of device
531         registers.  However the device does not have to be put in a low-power
532         state, and to save time it's best not to do so.  Also, the device should
533         not be prepared to generate wakeup events.
534
535     3.  The ``freeze_late`` phase is analogous to the ``suspend_late`` phase
536         described earlier, except that the device should not be put into a
537         low-power state and should not be allowed to generate wakeup events.
538
539     4.  The ``freeze_noirq`` phase is analogous to the ``suspend_noirq`` phase
540         discussed earlier, except again that the device should not be put into
541         a low-power state and should not be allowed to generate wakeup events.
542
543 At this point the system image is created.  All devices should be inactive and
544 the contents of memory should remain undisturbed while this happens, so that the
545 image forms an atomic snapshot of the system state.
546
547     5.  The ``thaw_noirq`` phase is analogous to the ``resume_noirq`` phase
548         discussed earlier.  The main difference is that its methods can assume
549         the device is in the same state as at the end of the ``freeze_noirq``
550         phase.
551
552     6.  The ``thaw_early`` phase is analogous to the ``resume_early`` phase
553         described above.  Its methods should undo the actions of the preceding
554         ``freeze_late``, if necessary.
555
556     7.  The ``thaw`` phase is analogous to the ``resume`` phase discussed
557         earlier.  Its methods should bring the device back to an operating
558         state, so that it can be used for saving the image if necessary.
559
560     8.  The ``complete`` phase is discussed in the "Leaving System Suspend"
561         section above.
562
563 At this point the system image is saved, and the devices then need to be
564 prepared for the upcoming system shutdown.  This is much like suspending them
565 before putting the system into the suspend-to-idle, shallow or deep sleep state,
566 and the phases are similar.
567
568     9.  The ``prepare`` phase is discussed above.
569
570     10. The ``poweroff`` phase is analogous to the ``suspend`` phase.
571
572     11. The ``poweroff_late`` phase is analogous to the ``suspend_late`` phase.
573
574     12. The ``poweroff_noirq`` phase is analogous to the ``suspend_noirq`` phase.
575
576 The ``->poweroff``, ``->poweroff_late`` and ``->poweroff_noirq`` callbacks
577 should do essentially the same things as the ``->suspend``, ``->suspend_late``
578 and ``->suspend_noirq`` callbacks, respectively.  The only notable difference is
579 that they need not store the device register values, because the registers
580 should already have been stored during the ``freeze``, ``freeze_late`` or
581 ``freeze_noirq`` phases.
582
583
584 Leaving Hibernation
585 -------------------
586
587 Resuming from hibernation is, again, more complicated than resuming from a sleep
588 state in which the contents of main memory are preserved, because it requires
589 a system image to be loaded into memory and the pre-hibernation memory contents
590 to be restored before control can be passed back to the image kernel.
591
592 Although in principle the image might be loaded into memory and the
593 pre-hibernation memory contents restored by the boot loader, in practice this
594 can't be done because boot loaders aren't smart enough and there is no
595 established protocol for passing the necessary information.  So instead, the
596 boot loader loads a fresh instance of the kernel, called "the restore kernel",
597 into memory and passes control to it in the usual way.  Then the restore kernel
598 reads the system image, restores the pre-hibernation memory contents, and passes
599 control to the image kernel.  Thus two different kernel instances are involved
600 in resuming from hibernation.  In fact, the restore kernel may be completely
601 different from the image kernel: a different configuration and even a different
602 version.  This has important consequences for device drivers and their
603 subsystems.
604
605 To be able to load the system image into memory, the restore kernel needs to
606 include at least a subset of device drivers allowing it to access the storage
607 medium containing the image, although it doesn't need to include all of the
608 drivers present in the image kernel.  After the image has been loaded, the
609 devices managed by the boot kernel need to be prepared for passing control back
610 to the image kernel.  This is very similar to the initial steps involved in
611 creating a system image, and it is accomplished in the same way, using
612 ``prepare``, ``freeze``, and ``freeze_noirq`` phases.  However, the devices
613 affected by these phases are only those having drivers in the restore kernel;
614 other devices will still be in whatever state the boot loader left them.
615
616 Should the restoration of the pre-hibernation memory contents fail, the restore
617 kernel would go through the "thawing" procedure described above, using the
618 ``thaw_noirq``, ``thaw_early``, ``thaw``, and ``complete`` phases, and then
619 continue running normally.  This happens only rarely.  Most often the
620 pre-hibernation memory contents are restored successfully and control is passed
621 to the image kernel, which then becomes responsible for bringing the system back
622 to the working state.
623
624 To achieve this, the image kernel must restore the devices' pre-hibernation
625 functionality.  The operation is much like waking up from a sleep state (with
626 the memory contents preserved), although it involves different phases:
627 ``restore_noirq``, ``restore_early``, ``restore``, ``complete``.
628
629     1.  The ``restore_noirq`` phase is analogous to the ``resume_noirq`` phase.
630
631     2.  The ``restore_early`` phase is analogous to the ``resume_early`` phase.
632
633     3.  The ``restore`` phase is analogous to the ``resume`` phase.
634
635     4.  The ``complete`` phase is discussed above.
636
637 The main difference from ``resume[_early|_noirq]`` is that
638 ``restore[_early|_noirq]`` must assume the device has been accessed and
639 reconfigured by the boot loader or the restore kernel.  Consequently, the state
640 of the device may be different from the state remembered from the ``freeze``,
641 ``freeze_late`` and ``freeze_noirq`` phases.  The device may even need to be
642 reset and completely re-initialized.  In many cases this difference doesn't
643 matter, so the ``->resume[_early|_noirq]`` and ``->restore[_early|_norq]``
644 method pointers can be set to the same routines.  Nevertheless, different
645 callback pointers are used in case there is a situation where it actually does
646 matter.
647
648
649 Power Management Notifiers
650 ==========================
651
652 There are some operations that cannot be carried out by the power management
653 callbacks discussed above, because the callbacks occur too late or too early.
654 To handle these cases, subsystems and device drivers may register power
655 management notifiers that are called before tasks are frozen and after they have
656 been thawed.  Generally speaking, the PM notifiers are suitable for performing
657 actions that either require user space to be available, or at least won't
658 interfere with user space.
659
660 For details refer to :doc:`notifiers`.
661
662
663 Device Low-Power (suspend) States
664 =================================
665
666 Device low-power states aren't standard.  One device might only handle
667 "on" and "off", while another might support a dozen different versions of
668 "on" (how many engines are active?), plus a state that gets back to "on"
669 faster than from a full "off".
670
671 Some buses define rules about what different suspend states mean.  PCI
672 gives one example: after the suspend sequence completes, a non-legacy
673 PCI device may not perform DMA or issue IRQs, and any wakeup events it
674 issues would be issued through the PME# bus signal.  Plus, there are
675 several PCI-standard device states, some of which are optional.
676
677 In contrast, integrated system-on-chip processors often use IRQs as the
678 wakeup event sources (so drivers would call :c:func:`enable_irq_wake`) and
679 might be able to treat DMA completion as a wakeup event (sometimes DMA can stay
680 active too, it'd only be the CPU and some peripherals that sleep).
681
682 Some details here may be platform-specific.  Systems may have devices that
683 can be fully active in certain sleep states, such as an LCD display that's
684 refreshed using DMA while most of the system is sleeping lightly ... and
685 its frame buffer might even be updated by a DSP or other non-Linux CPU while
686 the Linux control processor stays idle.
687
688 Moreover, the specific actions taken may depend on the target system state.
689 One target system state might allow a given device to be very operational;
690 another might require a hard shut down with re-initialization on resume.
691 And two different target systems might use the same device in different
692 ways; the aforementioned LCD might be active in one product's "standby",
693 but a different product using the same SOC might work differently.
694
695
696 Device Power Management Domains
697 ===============================
698
699 Sometimes devices share reference clocks or other power resources.  In those
700 cases it generally is not possible to put devices into low-power states
701 individually.  Instead, a set of devices sharing a power resource can be put
702 into a low-power state together at the same time by turning off the shared
703 power resource.  Of course, they also need to be put into the full-power state
704 together, by turning the shared power resource on.  A set of devices with this
705 property is often referred to as a power domain. A power domain may also be
706 nested inside another power domain. The nested domain is referred to as the
707 sub-domain of the parent domain.
708
709 Support for power domains is provided through the :c:member:`pm_domain` field of
710 |struct device|.  This field is a pointer to an object of type
711 |struct dev_pm_domain|, defined in :file:`include/linux/pm.h`, providing a set
712 of power management callbacks analogous to the subsystem-level and device driver
713 callbacks that are executed for the given device during all power transitions,
714 instead of the respective subsystem-level callbacks.  Specifically, if a
715 device's :c:member:`pm_domain` pointer is not NULL, the ``->suspend()`` callback
716 from the object pointed to by it will be executed instead of its subsystem's
717 (e.g. bus type's) ``->suspend()`` callback and analogously for all of the
718 remaining callbacks.  In other words, power management domain callbacks, if
719 defined for the given device, always take precedence over the callbacks provided
720 by the device's subsystem (e.g. bus type).
721
722 The support for device power management domains is only relevant to platforms
723 needing to use the same device driver power management callbacks in many
724 different power domain configurations and wanting to avoid incorporating the
725 support for power domains into subsystem-level callbacks, for example by
726 modifying the platform bus type.  Other platforms need not implement it or take
727 it into account in any way.
728
729 Devices may be defined as IRQ-safe which indicates to the PM core that their
730 runtime PM callbacks may be invoked with disabled interrupts (see
731 :file:`Documentation/power/runtime_pm.rst` for more information).  If an
732 IRQ-safe device belongs to a PM domain, the runtime PM of the domain will be
733 disallowed, unless the domain itself is defined as IRQ-safe. However, it
734 makes sense to define a PM domain as IRQ-safe only if all the devices in it
735 are IRQ-safe. Moreover, if an IRQ-safe domain has a parent domain, the runtime
736 PM of the parent is only allowed if the parent itself is IRQ-safe too with the
737 additional restriction that all child domains of an IRQ-safe parent must also
738 be IRQ-safe.
739
740
741 Runtime Power Management
742 ========================
743
744 Many devices are able to dynamically power down while the system is still
745 running. This feature is useful for devices that are not being used, and
746 can offer significant power savings on a running system.  These devices
747 often support a range of runtime power states, which might use names such
748 as "off", "sleep", "idle", "active", and so on.  Those states will in some
749 cases (like PCI) be partially constrained by the bus the device uses, and will
750 usually include hardware states that are also used in system sleep states.
751
752 A system-wide power transition can be started while some devices are in low
753 power states due to runtime power management.  The system sleep PM callbacks
754 should recognize such situations and react to them appropriately, but the
755 necessary actions are subsystem-specific.
756
757 In some cases the decision may be made at the subsystem level while in other
758 cases the device driver may be left to decide.  In some cases it may be
759 desirable to leave a suspended device in that state during a system-wide power
760 transition, but in other cases the device must be put back into the full-power
761 state temporarily, for example so that its system wakeup capability can be
762 disabled.  This all depends on the hardware and the design of the subsystem and
763 device driver in question.
764
765 If it is necessary to resume a device from runtime suspend during a system-wide
766 transition into a sleep state, that can be done by calling
767 :c:func:`pm_runtime_resume` for it from the ``->suspend`` callback (or its
768 couterpart for transitions related to hibernation) of either the device's driver
769 or a subsystem responsible for it (for example, a bus type or a PM domain).
770 That is guaranteed to work by the requirement that subsystems must not change
771 the state of devices (possibly except for resuming them from runtime suspend)
772 from their ``->prepare`` and ``->suspend`` callbacks (or equivalent) *before*
773 invoking device drivers' ``->suspend`` callbacks (or equivalent).
774
775 Some bus types and PM domains have a policy to resume all devices from runtime
776 suspend upfront in their ``->suspend`` callbacks, but that may not be really
777 necessary if the driver of the device can cope with runtime-suspended devices.
778 The driver can indicate that by setting ``DPM_FLAG_SMART_SUSPEND`` in
779 :c:member:`power.driver_flags` at the probe time, by passing it to the
780 :c:func:`dev_pm_set_driver_flags` helper.  That also may cause middle-layer code
781 (bus types, PM domains etc.) to skip the ``->suspend_late`` and
782 ``->suspend_noirq`` callbacks provided by the driver if the device remains in
783 runtime suspend at the beginning of the ``suspend_late`` phase of system-wide
784 suspend (or in the ``poweroff_late`` phase of hibernation), when runtime PM
785 has been disabled for it, under the assumption that its state should not change
786 after that point until the system-wide transition is over (the PM core itself
787 does that for devices whose "noirq", "late" and "early" system-wide PM callbacks
788 are executed directly by it).  If that happens, the driver's system-wide resume
789 callbacks, if present, may still be invoked during the subsequent system-wide
790 resume transition and the device's runtime power management status may be set
791 to "active" before enabling runtime PM for it, so the driver must be prepared to
792 cope with the invocation of its system-wide resume callbacks back-to-back with
793 its ``->runtime_suspend`` one (without the intervening ``->runtime_resume`` and
794 so on) and the final state of the device must reflect the "active" runtime PM
795 status in that case.
796
797 During system-wide resume from a sleep state it's easiest to put devices into
798 the full-power state, as explained in :file:`Documentation/power/runtime_pm.rst`.
799 [Refer to that document for more information regarding this particular issue as
800 well as for information on the device runtime power management framework in
801 general.]
802
803 However, it often is desirable to leave devices in suspend after system
804 transitions to the working state, especially if those devices had been in
805 runtime suspend before the preceding system-wide suspend (or analogous)
806 transition.  Device drivers can use the ``DPM_FLAG_LEAVE_SUSPENDED`` flag to
807 indicate to the PM core (and middle-layer code) that they prefer the specific
808 devices handled by them to be left suspended and they have no problems with
809 skipping their system-wide resume callbacks for this reason.  Whether or not the
810 devices will actually be left in suspend may depend on their state before the
811 given system suspend-resume cycle and on the type of the system transition under
812 way.  In particular, devices are not left suspended if that transition is a
813 restore from hibernation, as device states are not guaranteed to be reflected
814 by the information stored in the hibernation image in that case.
815
816 The middle-layer code involved in the handling of the device is expected to
817 indicate to the PM core if the device may be left in suspend by setting its
818 :c:member:`power.may_skip_resume` status bit which is checked by the PM core
819 during the "noirq" phase of the preceding system-wide suspend (or analogous)
820 transition.  The middle layer is then responsible for handling the device as
821 appropriate in its "noirq" resume callback, which is executed regardless of
822 whether or not the device is left suspended, but the other resume callbacks
823 (except for ``->complete``) will be skipped automatically by the PM core if the
824 device really can be left in suspend.
825
826 For devices whose "noirq", "late" and "early" driver callbacks are invoked
827 directly by the PM core, all of the system-wide resume callbacks are skipped if
828 ``DPM_FLAG_LEAVE_SUSPENDED`` is set and the device is in runtime suspend during
829 the ``suspend_noirq`` (or analogous) phase or the transition under way is a
830 proper system suspend (rather than anything related to hibernation) and the
831 device's wakeup settings are suitable for runtime PM (that is, it cannot
832 generate wakeup signals at all or it is allowed to wake up the system from
833 sleep).