Merge tag 'ext4_for_linus_stable' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[sfrench/cifs-2.6.git] / Documentation / networking / stmmac.txt
1        STMicroelectronics 10/100/1000 Synopsys Ethernet driver
2
3 Copyright (C) 2007-2015  STMicroelectronics Ltd
4 Author: Giuseppe Cavallaro <peppe.cavallaro@st.com>
5
6 This is the driver for the MAC 10/100/1000 on-chip Ethernet controllers
7 (Synopsys IP blocks).
8
9 Currently this network device driver is for all STi embedded MAC/GMAC
10 (i.e. 7xxx/5xxx SoCs), SPEAr (arm), Loongson1B (mips) and XLINX XC2V3000
11 FF1152AMT0221 D1215994A VIRTEX FPGA board.
12
13 DWC Ether MAC 10/100/1000 Universal version 3.70a (and older) and DWC Ether
14 MAC 10/100 Universal version 4.0 have been used for developing this driver.
15
16 This driver supports both the platform bus and PCI.
17
18 Please, for more information also visit: www.stlinux.com
19
20 1) Kernel Configuration
21 The kernel configuration option is STMMAC_ETH:
22  Device Drivers ---> Network device support ---> Ethernet (1000 Mbit) --->
23  STMicroelectronics 10/100/1000 Ethernet driver (STMMAC_ETH)
24
25 CONFIG_STMMAC_PLATFORM: is to enable the platform driver.
26 CONFIG_STMMAC_PCI: is to enable the pci driver.
27
28 2) Driver parameters list:
29         debug: message level (0: no output, 16: all);
30         phyaddr: to manually provide the physical address to the PHY device;
31         dma_rxsize: DMA rx ring size;
32         dma_txsize: DMA tx ring size;
33         buf_sz: DMA buffer size;
34         tc: control the HW FIFO threshold;
35         watchdog: transmit timeout (in milliseconds);
36         flow_ctrl: Flow control ability [on/off];
37         pause: Flow Control Pause Time;
38         eee_timer: tx EEE timer;
39         chain_mode: select chain mode instead of ring.
40
41 3) Command line options
42 Driver parameters can be also passed in command line by using:
43         stmmaceth=dma_rxsize:128,dma_txsize:512
44
45 4) Driver information and notes
46
47 4.1) Transmit process
48 The xmit method is invoked when the kernel needs to transmit a packet; it sets
49 the descriptors in the ring and informs the DMA engine that there is a packet
50 ready to be transmitted.
51 By default, the driver sets the NETIF_F_SG bit in the features field of the
52 net_device structure enabling the scatter-gather feature. This is true on
53 chips and configurations where the checksum can be done in hardware.
54 Once the controller has finished transmitting the packet, napi will be
55 scheduled to release the transmit resources.
56
57 4.2) Receive process
58 When one or more packets are received, an interrupt happens. The interrupts
59 are not queued so the driver has to scan all the descriptors in the ring during
60 the receive process.
61 This is based on NAPI so the interrupt handler signals only if there is work
62 to be done, and it exits.
63 Then the poll method will be scheduled at some future point.
64 The incoming packets are stored, by the DMA, in a list of pre-allocated socket
65 buffers in order to avoid the memcpy (zero-copy).
66
67 4.3) Interrupt Mitigation
68 The driver is able to mitigate the number of its DMA interrupts
69 using NAPI for the reception on chips older than the 3.50.
70 New chips have an HW RX-Watchdog used for this mitigation.
71 Mitigation parameters can be tuned by ethtool.
72
73 4.4) WOL
74 Wake up on Lan feature through Magic and Unicast frames are supported for the
75 GMAC core.
76
77 4.5) DMA descriptors
78 Driver handles both normal and alternate descriptors. The latter has been only
79 tested on DWC Ether MAC 10/100/1000 Universal version 3.41a and later.
80
81 STMMAC supports DMA descriptor to operate both in dual buffer (RING)
82 and linked-list(CHAINED) mode. In RING each descriptor points to two
83 data buffer pointers whereas in CHAINED mode they point to only one data
84 buffer pointer. RING mode is the default.
85
86 In CHAINED mode each descriptor will have pointer to next descriptor in
87 the list, hence creating the explicit chaining in the descriptor itself,
88 whereas such explicit chaining is not possible in RING mode.
89
90 4.5.1) Extended descriptors
91         The extended descriptors give us information about the Ethernet payload
92         when it is carrying PTP packets or TCP/UDP/ICMP over IP.
93         These are not available on GMAC Synopsys chips older than the 3.50.
94         At probe time the driver will decide if these can be actually used.
95         This support also is mandatory for PTPv2 because the extra descriptors
96         are used for saving the hardware timestamps and Extended Status.
97
98 4.6) Ethtool support
99 Ethtool is supported.
100
101 For example, driver statistics (including RMON), internal errors can be taken
102 using:
103   # ethtool -S ethX command
104
105 4.7) Jumbo and Segmentation Offloading
106 Jumbo frames are supported and tested for the GMAC.
107 The GSO has been also added but it's performed in software.
108 LRO is not supported.
109
110 4.8) Physical
111 The driver is compatible with Physical Abstraction Layer to be connected with
112 PHY and GPHY devices.
113
114 4.9) Platform information
115 Several information can be passed through the platform and device-tree.
116
117 struct plat_stmmacenet_data {
118         char *phy_bus_name;
119         int bus_id;
120         int phy_addr;
121         int interface;
122         struct stmmac_mdio_bus_data *mdio_bus_data;
123         struct stmmac_dma_cfg *dma_cfg;
124         int clk_csr;
125         int has_gmac;
126         int enh_desc;
127         int tx_coe;
128         int rx_coe;
129         int bugged_jumbo;
130         int pmt;
131         int force_sf_dma_mode;
132         int force_thresh_dma_mode;
133         int riwt_off;
134         int max_speed;
135         int maxmtu;
136         void (*fix_mac_speed)(void *priv, unsigned int speed);
137         void (*bus_setup)(void __iomem *ioaddr);
138         int (*init)(struct platform_device *pdev, void *priv);
139         void (*exit)(struct platform_device *pdev, void *priv);
140         void *bsp_priv;
141         int has_gmac4;
142         bool tso_en;
143 };
144
145 Where:
146  o phy_bus_name: phy bus name to attach to the stmmac.
147  o bus_id: bus identifier.
148  o phy_addr: the physical address can be passed from the platform.
149             If it is set to -1 the driver will automatically
150             detect it at run-time by probing all the 32 addresses.
151  o interface: PHY device's interface.
152  o mdio_bus_data: specific platform fields for the MDIO bus.
153  o dma_cfg: internal DMA parameters
154    o pbl: the Programmable Burst Length is maximum number of beats to
155        be transferred in one DMA transaction.
156        GMAC also enables the 4xPBL by default.
157    o fixed_burst/mixed_burst/burst_len
158  o clk_csr: fixed CSR Clock range selection.
159  o has_gmac: uses the GMAC core.
160  o enh_desc: if sets the MAC will use the enhanced descriptor structure.
161  o tx_coe: core is able to perform the tx csum in HW.
162  o rx_coe: the supports three check sum offloading engine types:
163            type_1, type_2 (full csum) and no RX coe.
164  o bugged_jumbo: some HWs are not able to perform the csum in HW for
165                 over-sized frames due to limited buffer sizes.
166                 Setting this flag the csum will be done in SW on
167                 JUMBO frames.
168  o pmt: core has the embedded power module (optional).
169  o force_sf_dma_mode: force DMA to use the Store and Forward mode
170                      instead of the Threshold.
171  o force_thresh_dma_mode: force DMA to use the Threshold mode other than
172                      the Store and Forward mode.
173  o riwt_off: force to disable the RX watchdog feature and switch to NAPI mode.
174  o fix_mac_speed: this callback is used for modifying some syscfg registers
175                  (on ST SoCs) according to the link speed negotiated by the
176                  physical layer .
177  o bus_setup: perform HW setup of the bus. For example, on some ST platforms
178              this field is used to configure the AMBA  bridge to generate more
179              efficient STBus traffic.
180  o init/exit: callbacks used for calling a custom initialization;
181              this is sometime necessary on some platforms (e.g. ST boxes)
182              where the HW needs to have set some PIO lines or system cfg
183              registers.  init/exit callbacks should not use or modify
184              platform data.
185  o bsp_priv: another private pointer.
186  o has_gmac4: uses GMAC4 core.
187  o tso_en: Enables TSO (TCP Segmentation Offload) feature.
188
189 For MDIO bus The we have:
190
191  struct stmmac_mdio_bus_data {
192         int (*phy_reset)(void *priv);
193         unsigned int phy_mask;
194         int *irqs;
195         int probed_phy_irq;
196  };
197
198 Where:
199  o phy_reset: hook to reset the phy device attached to the bus.
200  o phy_mask: phy mask passed when register the MDIO bus within the driver.
201  o irqs: list of IRQs, one per PHY.
202  o probed_phy_irq: if irqs is NULL, use this for probed PHY.
203
204 For DMA engine we have the following internal fields that should be
205 tuned according to the HW capabilities.
206
207 struct stmmac_dma_cfg {
208         int pbl;
209         int fixed_burst;
210         int burst_len_supported;
211 };
212
213 Where:
214  o pbl: Programmable Burst Length
215  o fixed_burst: program the DMA to use the fixed burst mode
216  o burst_len: this is the value we put in the register
217               supported values are provided as macros in
218               linux/stmmac.h header file.
219
220 ---
221
222 Below an example how the structures above are using on ST platforms.
223
224  static struct plat_stmmacenet_data stxYYY_ethernet_platform_data = {
225         .has_gmac = 0,
226         .enh_desc = 0,
227         .fix_mac_speed = stxYYY_ethernet_fix_mac_speed,
228                                 |
229                                 |-> to write an internal syscfg
230                                 |   on this platform when the
231                                 |   link speed changes from 10 to
232                                 |   100 and viceversa
233         .init = &stmmac_claim_resource,
234                                 |
235                                 |-> On ST SoC this calls own "PAD"
236                                 |   manager framework to claim
237                                 |   all the resources necessary
238                                 |   (GPIO ...). The .custom_cfg field
239                                 |   is used to pass a custom config.
240 };
241
242 Below the usage of the stmmac_mdio_bus_data: on this SoC, in fact,
243 there are two MAC cores: one MAC is for MDIO Bus/PHY emulation
244 with fixed_link support.
245
246 static struct stmmac_mdio_bus_data stmmac1_mdio_bus = {
247         .phy_reset = phy_reset;
248                 |
249                 |-> function to provide the phy_reset on this board
250         .phy_mask = 0,
251 };
252
253 static struct fixed_phy_status stmmac0_fixed_phy_status = {
254         .link = 1,
255         .speed = 100,
256         .duplex = 1,
257 };
258
259 During the board's device_init we can configure the first
260 MAC for fixed_link by calling:
261   fixed_phy_add(PHY_POLL, 1, &stmmac0_fixed_phy_status, -1);
262 and the second one, with a real PHY device attached to the bus,
263 by using the stmmac_mdio_bus_data structure (to provide the id, the
264 reset procedure etc).
265
266 Note that, starting from new chips, where it is available the HW capability
267 register, many configurations are discovered at run-time for example to
268 understand if EEE, HW csum, PTP, enhanced descriptor etc are actually
269 available. As strategy adopted in this driver, the information from the HW
270 capability register can replace what has been passed from the platform.
271
272 4.10) Device-tree support.
273
274 Please see the following document:
275         Documentation/devicetree/bindings/net/stmmac.txt
276
277 4.11) This is a summary of the content of some relevant files:
278  o stmmac_main.c: to implement the main network device driver;
279  o stmmac_mdio.c: to provide mdio functions;
280  o stmmac_pci: this the PCI driver;
281  o stmmac_platform.c: this the platform driver (OF supported)
282  o stmmac_ethtool.c: to implement the ethtool support;
283  o stmmac.h: private driver structure;
284  o common.h: common definitions and VFTs;
285  o mmc_core.c/mmc.h: Management MAC Counters;
286  o stmmac_hwtstamp.c: HW timestamp support for PTP;
287  o stmmac_ptp.c: PTP 1588 clock;
288  o stmmac_pcs.h: Physical Coding Sublayer common implementation;
289  o dwmac-<XXX>.c: these are for the platform glue-logic file; e.g. dwmac-sti.c
290    for STMicroelectronics SoCs.
291
292 - GMAC 3.x
293  o descs.h: descriptor structure definitions;
294  o dwmac1000_core.c: dwmac GiGa core functions;
295  o dwmac1000_dma.c: dma functions for the GMAC chip;
296  o dwmac1000.h: specific header file for the dwmac GiGa;
297  o dwmac100_core: dwmac 100 core code;
298  o dwmac100_dma.c: dma functions for the dwmac 100 chip;
299  o dwmac1000.h: specific header file for the MAC;
300  o dwmac_lib.c: generic DMA functions;
301  o enh_desc.c: functions for handling enhanced descriptors;
302  o norm_desc.c: functions for handling normal descriptors;
303  o chain_mode.c/ring_mode.c:: functions to manage RING/CHAINED modes;
304
305 - GMAC4.x generation
306  o dwmac4_core.c: dwmac GMAC4.x core functions;
307  o dwmac4_desc.c: functions for handling GMAC4.x descriptors;
308  o dwmac4_descs.h: descriptor definitions;
309  o dwmac4_dma.c: dma functions for the GMAC4.x chip;
310  o dwmac4_dma.h: dma definitions for the GMAC4.x chip;
311  o dwmac4.h: core definitions for the GMAC4.x chip;
312  o dwmac4_lib.c: generic GMAC4.x functions;
313
314 4.12) TSO support (GMAC4.x)
315
316 TSO (Tcp Segmentation Offload) feature is supported by GMAC 4.x chip family.
317 When a packet is sent through TCP protocol, the TCP stack ensures that
318 the SKB provided to the low level driver (stmmac in our case) matches with
319 the maximum frame len (IP header + TCP header + payload <= 1500 bytes (for
320 MTU set to 1500)). It means that if an application using TCP want to send a
321 packet which will have a length (after adding headers) > 1514 the packet
322 will be split in several TCP packets: The data payload is split and headers
323 (TCP/IP ..) are added. It is done by software.
324
325 When TSO is enabled, the TCP stack doesn't care about the maximum frame
326 length and provide SKB packet to stmmac as it is. The GMAC IP will have to
327 perform the segmentation by it self to match with maximum frame length.
328
329 This feature can be enabled in device tree through "snps,tso" entry.
330
331 5) Debug Information
332
333 The driver exports many information i.e. internal statistics,
334 debug information, MAC and DMA registers etc.
335
336 These can be read in several ways depending on the
337 type of the information actually needed.
338
339 For example a user can be use the ethtool support
340 to get statistics: e.g. using: ethtool -S ethX
341 (that shows the Management counters (MMC) if supported)
342 or sees the MAC/DMA registers: e.g. using: ethtool -d ethX
343
344 Compiling the Kernel with CONFIG_DEBUG_FS the driver will export the following
345 debugfs entries:
346
347 /sys/kernel/debug/stmmaceth/descriptors_status
348   To show the DMA TX/RX descriptor rings
349
350 Developer can also use the "debug" module parameter to get further debug
351 information (please see: NETIF Msg Level).
352
353 6) Energy Efficient Ethernet
354
355 Energy Efficient Ethernet(EEE) enables IEEE 802.3 MAC sublayer along
356 with a family of Physical layer to operate in the Low power Idle(LPI)
357 mode. The EEE mode supports the IEEE 802.3 MAC operation at 100Mbps,
358 1000Mbps & 10Gbps.
359
360 The LPI mode allows power saving by switching off parts of the
361 communication device functionality when there is no data to be
362 transmitted & received. The system on both the side of the link can
363 disable some functionalities & save power during the period of low-link
364 utilization. The MAC controls whether the system should enter or exit
365 the LPI mode & communicate this to PHY.
366
367 As soon as the interface is opened, the driver verifies if the EEE can
368 be supported. This is done by looking at both the DMA HW capability
369 register and the PHY devices MCD registers.
370 To enter in Tx LPI mode the driver needs to have a software timer
371 that enable and disable the LPI mode when there is nothing to be
372 transmitted.
373
374 7) Precision Time Protocol (PTP)
375 The driver supports the IEEE 1588-2002, Precision Time Protocol (PTP),
376 which enables precise synchronization of clocks in measurement and
377 control systems implemented with technologies such as network
378 communication.
379
380 In addition to the basic timestamp features mentioned in IEEE 1588-2002
381 Timestamps, new GMAC cores support the advanced timestamp features.
382 IEEE 1588-2008 that can be enabled when configure the Kernel.
383
384 8) SGMII/RGMII supports
385 New GMAC devices provide own way to manage RGMII/SGMII.
386 This information is available at run-time by looking at the
387 HW capability register. This means that the stmmac can manage
388 auto-negotiation and link status w/o using the PHYLIB stuff
389 In fact, the HW provides a subset of extended registers to
390 restart the ANE, verify Full/Half duplex mode and Speed.
391 Also thanks to these registers it is possible to look at the
392 Auto-negotiated Link Parter Ability.