Documentation/power/runtime_pm.txt

   1 Run-time Power Management Framework for I/O Devices
   2
   3 (C) 2009 Rafael J. Wysocki <rjw@sisk.pl>, Novell Inc.
   4
   5 1. Introduction
   6
   7 Support for run-time power management (run-time PM) of I/O devices is provided
   8 at the power management core (PM core) level by means of:
   9
  10 * The power management workqueue pm_wq in which bus types and device drivers can
  11   put their PM-related work items.  It is strongly recommended that pm_wq be
  12   used for queuing all work items related to run-time PM, because this allows
  13   them to be synchronized with system-wide power transitions (suspend to RAM,
  14   hibernation and resume from system sleep states).  pm_wq is declared in
  15   include/linux/pm_runtime.h and defined in kernel/power/main.c.
  16
  17 * A number of run-time PM fields in the 'power' member of 'struct device' (which
  18   is of the type 'struct dev_pm_info', defined in include/linux/pm.h) that can
  19   be used for synchronizing run-time PM operations with one another.
  20
  21 * Three device run-time PM callbacks in 'struct dev_pm_ops' (defined in
  22   include/linux/pm.h).
  23
  24 * A set of helper functions defined in drivers/base/power/runtime.c that can be
  25   used for carrying out run-time PM operations in such a way that the
  26   synchronization between them is taken care of by the PM core.  Bus types and
  27   device drivers are encouraged to use these functions.
  28
  29 The run-time PM callbacks present in 'struct dev_pm_ops', the device run-time PM
  30 fields of 'struct dev_pm_info' and the core helper functions provided for
  31 run-time PM are described below.
  32
  33 2. Device Run-time PM Callbacks
  34
  35 There are three device run-time PM callbacks defined in 'struct dev_pm_ops':
  36
  37 struct dev_pm_ops {
  38         ...
  39         int (*runtime_suspend)(struct device *dev);
  40         int (*runtime_resume)(struct device *dev);
  41         int (*runtime_idle)(struct device *dev);
  42         ...
  43 };
  44
  45 The ->runtime_suspend() callback is executed by the PM core for the bus type of
  46 the device being suspended.  The bus type's callback is then _entirely_
  47 _responsible_ for handling the device as appropriate, which may, but need not
  48 include executing the device driver's own ->runtime_suspend() callback (from the
  49 PM core's point of view it is not necessary to implement a ->runtime_suspend()
  50 callback in a device driver as long as the bus type's ->runtime_suspend() knows
  51 what to do to handle the device).
  52
  53   * Once the bus type's ->runtime_suspend() callback has completed successfully
  54     for given device, the PM core regards the device as suspended, which need
  55     not mean that the device has been put into a low power state.  It is
  56     supposed to mean, however, that the device will not process data and will
  57     not communicate with the CPU(s) and RAM until its bus type's
  58     ->runtime_resume() callback is executed for it.  The run-time PM status of
  59     a device after successful execution of its bus type's ->runtime_suspend()
  60     callback is 'suspended'.
  61
  62   * If the bus type's ->runtime_suspend() callback returns -EBUSY or -EAGAIN,
  63     the device's run-time PM status is supposed to be 'active', which means that
  64     the device _must_ be fully operational afterwards.
  65
  66   * If the bus type's ->runtime_suspend() callback returns an error code
  67     different from -EBUSY or -EAGAIN, the PM core regards this as a fatal
  68     error and will refuse to run the helper functions described in Section 4
  69     for the device, until the status of it is directly set either to 'active'
  70     or to 'suspended' (the PM core provides special helper functions for this
  71     purpose).
  72
  73 In particular, if the driver requires remote wakeup capability for proper
  74 functioning and device_run_wake() returns 'false' for the device, then
  75 ->runtime_suspend() should return -EBUSY.  On the other hand, if
  76 device_run_wake() returns 'true' for the device and the device is put
  77 into a low power state during the execution of its bus type's
  78 ->runtime_suspend(), it is expected that remote wake-up (i.e. hardware mechanism
  79 allowing the device to request a change of its power state, such as PCI PME)
  80 will be enabled for the device.  Generally, remote wake-up should be enabled
  81 for all input devices put into a low power state at run time.
  82
  83 The ->runtime_resume() callback is executed by the PM core for the bus type of
  84 the device being woken up.  The bus type's callback is then _entirely_
  85 _responsible_ for handling the device as appropriate, which may, but need not
  86 include executing the device driver's own ->runtime_resume() callback (from the
  87 PM core's point of view it is not necessary to implement a ->runtime_resume()
  88 callback in a device driver as long as the bus type's ->runtime_resume() knows
  89 what to do to handle the device).
  90
  91   * Once the bus type's ->runtime_resume() callback has completed successfully,
  92     the PM core regards the device as fully operational, which means that the
  93     device _must_ be able to complete I/O operations as needed.  The run-time
  94     PM status of the device is then 'active'.
  95
  96   * If the bus type's ->runtime_resume() callback returns an error code, the PM
  97     core regards this as a fatal error and will refuse to run the helper
  98     functions described in Section 4 for the device, until its status is
  99     directly set either to 'active' or to 'suspended' (the PM core provides
 100     special helper functions for this purpose).
 101
 102 The ->runtime_idle() callback is executed by the PM core for the bus type of
 103 given device whenever the device appears to be idle, which is indicated to the
 104 PM core by two counters, the device's usage counter and the counter of 'active'
 105 children of the device.
 106
 107   * If any of these counters is decreased using a helper function provided by
 108     the PM core and it turns out to be equal to zero, the other counter is
 109     checked.  If that counter also is equal to zero, the PM core executes the
 110     device bus type's ->runtime_idle() callback (with the device as an
 111     argument).
 112
 113 The action performed by a bus type's ->runtime_idle() callback is totally
 114 dependent on the bus type in question, but the expected and recommended action
 115 is to check if the device can be suspended (i.e. if all of the conditions
 116 necessary for suspending the device are satisfied) and to queue up a suspend
 117 request for the device in that case.  The value returned by this callback is
 118 ignored by the PM core.
 119
 120 The helper functions provided by the PM core, described in Section 4, guarantee
 121 that the following constraints are met with respect to the bus type's run-time
 122 PM callbacks:
 123
 124 (1) The callbacks are mutually exclusive (e.g. it is forbidden to execute
 125     ->runtime_suspend() in parallel with ->runtime_resume() or with another
 126     instance of ->runtime_suspend() for the same device) with the exception that
 127     ->runtime_suspend() or ->runtime_resume() can be executed in parallel with
 128     ->runtime_idle() (although ->runtime_idle() will not be started while any
 129     of the other callbacks is being executed for the same device).
 130
 131 (2) ->runtime_idle() and ->runtime_suspend() can only be executed for 'active'
 132     devices (i.e. the PM core will only execute ->runtime_idle() or
 133     ->runtime_suspend() for the devices the run-time PM status of which is
 134     'active').
 135
 136 (3) ->runtime_idle() and ->runtime_suspend() can only be executed for a device
 137     the usage counter of which is equal to zero _and_ either the counter of
 138     'active' children of which is equal to zero, or the 'power.ignore_children'
 139     flag of which is set.
 140
 141 (4) ->runtime_resume() can only be executed for 'suspended' devices  (i.e. the
 142     PM core will only execute ->runtime_resume() for the devices the run-time
 143     PM status of which is 'suspended').
 144
 145 Additionally, the helper functions provided by the PM core obey the following
 146 rules:
 147
 148   * If ->runtime_suspend() is about to be executed or there's a pending request
 149     to execute it, ->runtime_idle() will not be executed for the same device.
 150
 151   * A request to execute or to schedule the execution of ->runtime_suspend()
 152     will cancel any pending requests to execute ->runtime_idle() for the same
 153     device.
 154
 155   * If ->runtime_resume() is about to be executed or there's a pending request
 156     to execute it, the other callbacks will not be executed for the same device.
 157
 158   * A request to execute ->runtime_resume() will cancel any pending or
 159     scheduled requests to execute the other callbacks for the same device.
 160
 161 3. Run-time PM Device Fields
 162
 163 The following device run-time PM fields are present in 'struct dev_pm_info', as
 164 defined in include/linux/pm.h:
 165
 166   struct timer_list suspend_timer;
 167     - timer used for scheduling (delayed) suspend request
 168
 169   unsigned long timer_expires;
 170     - timer expiration time, in jiffies (if this is different from zero, the
 171       timer is running and will expire at that time, otherwise the timer is not
 172       running)
 173
 174   struct work_struct work;
 175     - work structure used for queuing up requests (i.e. work items in pm_wq)
 176
 177   wait_queue_head_t wait_queue;
 178     - wait queue used if any of the helper functions needs to wait for another
 179       one to complete
 180
 181   spinlock_t lock;
 182     - lock used for synchronisation
 183
 184   atomic_t usage_count;
 185     - the usage counter of the device
 186
 187   atomic_t child_count;
 188     - the count of 'active' children of the device
 189
 190   unsigned int ignore_children;
 191     - if set, the value of child_count is ignored (but still updated)
 192
 193   unsigned int disable_depth;
 194     - used for disabling the helper funcions (they work normally if this is
 195       equal to zero); the initial value of it is 1 (i.e. run-time PM is
 196       initially disabled for all devices)
 197
 198   unsigned int runtime_error;
 199     - if set, there was a fatal error (one of the callbacks returned error code
 200       as described in Section 2), so the helper funtions will not work until
 201       this flag is cleared; this is the error code returned by the failing
 202       callback
 203
 204   unsigned int idle_notification;
 205     - if set, ->runtime_idle() is being executed
 206
 207   unsigned int request_pending;
 208     - if set, there's a pending request (i.e. a work item queued up into pm_wq)
 209
 210   enum rpm_request request;
 211     - type of request that's pending (valid if request_pending is set)
 212
 213   unsigned int deferred_resume;
 214     - set if ->runtime_resume() is about to be run while ->runtime_suspend() is
 215       being executed for that device and it is not practical to wait for the
 216       suspend to complete; means "start a resume as soon as you've suspended"
 217
 218   unsigned int run_wake;
 219     - set if the device is capable of generating run-time wake-up events
 220
 221   enum rpm_status runtime_status;
 222     - the run-time PM status of the device; this field's initial value is
 223       RPM_SUSPENDED, which means that each device is initially regarded by the
 224       PM core as 'suspended', regardless of its real hardware status
 225
 226 All of the above fields are members of the 'power' member of 'struct device'.
 227
 228 4. Run-time PM Device Helper Functions
 229
 230 The following run-time PM helper functions are defined in
 231 drivers/base/power/runtime.c and include/linux/pm_runtime.h:
 232
 233   void pm_runtime_init(struct device *dev);
 234     - initialize the device run-time PM fields in 'struct dev_pm_info'
 235
 236   void pm_runtime_remove(struct device *dev);
 237     - make sure that the run-time PM of the device will be disabled after
 238       removing the device from device hierarchy
 239
 240   int pm_runtime_idle(struct device *dev);
 241     - execute ->runtime_idle() for the device's bus type; returns 0 on success
 242       or error code on failure, where -EINPROGRESS means that ->runtime_idle()
 243       is already being executed
 244
 245   int pm_runtime_suspend(struct device *dev);
 246     - execute ->runtime_suspend() for the device's bus type; returns 0 on
 247       success, 1 if the device's run-time PM status was already 'suspended', or
 248       error code on failure, where -EAGAIN or -EBUSY means it is safe to attempt
 249       to suspend the device again in future
 250
 251   int pm_runtime_resume(struct device *dev);
 252     - execute ->runtime_resume() for the device's bus type; returns 0 on
 253       success, 1 if the device's run-time PM status was already 'active' or
 254       error code on failure, where -EAGAIN means it may be safe to attempt to
 255       resume the device again in future, but 'power.runtime_error' should be
 256       checked additionally
 257
 258   int pm_request_idle(struct device *dev);
 259     - submit a request to execute ->runtime_idle() for the device's bus type
 260       (the request is represented by a work item in pm_wq); returns 0 on success
 261       or error code if the request has not been queued up
 262
 263   int pm_schedule_suspend(struct device *dev, unsigned int delay);
 264     - schedule the execution of ->runtime_suspend() for the device's bus type
 265       in future, where 'delay' is the time to wait before queuing up a suspend
 266       work item in pm_wq, in milliseconds (if 'delay' is zero, the work item is
 267       queued up immediately); returns 0 on success, 1 if the device's PM
 268       run-time status was already 'suspended', or error code if the request
 269       hasn't been scheduled (or queued up if 'delay' is 0); if the execution of
 270       ->runtime_suspend() is already scheduled and not yet expired, the new
 271       value of 'delay' will be used as the time to wait
 272
 273   int pm_request_resume(struct device *dev);
 274     - submit a request to execute ->runtime_resume() for the device's bus type
 275       (the request is represented by a work item in pm_wq); returns 0 on
 276       success, 1 if the device's run-time PM status was already 'active', or
 277       error code if the request hasn't been queued up
 278
 279   void pm_runtime_get_noresume(struct device *dev);
 280     - increment the device's usage counter
 281
 282   int pm_runtime_get(struct device *dev);
 283     - increment the device's usage counter, run pm_request_resume(dev) and
 284       return its result
 285
 286   int pm_runtime_get_sync(struct device *dev);
 287     - increment the device's usage counter, run pm_runtime_resume(dev) and
 288       return its result
 289
 290   void pm_runtime_put_noidle(struct device *dev);
 291     - decrement the device's usage counter
 292
 293   int pm_runtime_put(struct device *dev);
 294     - decrement the device's usage counter, run pm_request_idle(dev) and return
 295       its result
 296
 297   int pm_runtime_put_sync(struct device *dev);
 298     - decrement the device's usage counter, run pm_runtime_idle(dev) and return
 299       its result
 300
 301   void pm_runtime_enable(struct device *dev);
 302     - enable the run-time PM helper functions to run the device bus type's
 303       run-time PM callbacks described in Section 2
 304
 305   int pm_runtime_disable(struct device *dev);
 306     - prevent the run-time PM helper functions from running the device bus
 307       type's run-time PM callbacks, make sure that all of the pending run-time
 308       PM operations on the device are either completed or canceled; returns
 309       1 if there was a resume request pending and it was necessary to execute
 310       ->runtime_resume() for the device's bus type to satisfy that request,
 311       otherwise 0 is returned
 312
 313   void pm_suspend_ignore_children(struct device *dev, bool enable);
 314     - set/unset the power.ignore_children flag of the device
 315
 316   int pm_runtime_set_active(struct device *dev);
 317     - clear the device's 'power.runtime_error' flag, set the device's run-time
 318       PM status to 'active' and update its parent's counter of 'active'
 319       children as appropriate (it is only valid to use this function if
 320       'power.runtime_error' is set or 'power.disable_depth' is greater than
 321       zero); it will fail and return error code if the device has a parent
 322       which is not active and the 'power.ignore_children' flag of which is unset
 323
 324   void pm_runtime_set_suspended(struct device *dev);
 325     - clear the device's 'power.runtime_error' flag, set the device's run-time
 326       PM status to 'suspended' and update its parent's counter of 'active'
 327       children as appropriate (it is only valid to use this function if
 328       'power.runtime_error' is set or 'power.disable_depth' is greater than
 329       zero)
 330
 331 It is safe to execute the following helper functions from interrupt context:
 332
 333 pm_request_idle()
 334 pm_schedule_suspend()
 335 pm_request_resume()
 336 pm_runtime_get_noresume()
 337 pm_runtime_get()
 338 pm_runtime_put_noidle()
 339 pm_runtime_put()
 340 pm_suspend_ignore_children()
 341 pm_runtime_set_active()
 342 pm_runtime_set_suspended()
 343 pm_runtime_enable()
 344
 345 5. Run-time PM Initialization, Device Probing and Removal
 346
 347 Initially, the run-time PM is disabled for all devices, which means that the
 348 majority of the run-time PM helper funtions described in Section 4 will return
 349 -EAGAIN until pm_runtime_enable() is called for the device.
 350
 351 In addition to that, the initial run-time PM status of all devices is
 352 'suspended', but it need not reflect the actual physical state of the device.
 353 Thus, if the device is initially active (i.e. it is able to process I/O), its
 354 run-time PM status must be changed to 'active', with the help of
 355 pm_runtime_set_active(), before pm_runtime_enable() is called for the device.
 356
 357 However, if the device has a parent and the parent's run-time PM is enabled,
 358 calling pm_runtime_set_active() for the device will affect the parent, unless
 359 the parent's 'power.ignore_children' flag is set.  Namely, in that case the
 360 parent won't be able to suspend at run time, using the PM core's helper
 361 functions, as long as the child's status is 'active', even if the child's
 362 run-time PM is still disabled (i.e. pm_runtime_enable() hasn't been called for
 363 the child yet or pm_runtime_disable() has been called for it).  For this reason,
 364 once pm_runtime_set_active() has been called for the device, pm_runtime_enable()
 365 should be called for it too as soon as reasonably possible or its run-time PM
 366 status should be changed back to 'suspended' with the help of
 367 pm_runtime_set_suspended().
 368
 369 If the default initial run-time PM status of the device (i.e. 'suspended')
 370 reflects the actual state of the device, its bus type's or its driver's
 371 ->probe() callback will likely need to wake it up using one of the PM core's
 372 helper functions described in Section 4.  In that case, pm_runtime_resume()
 373 should be used.  Of course, for this purpose the device's run-time PM has to be
 374 enabled earlier by calling pm_runtime_enable().
 375
 376 If the device bus type's or driver's ->probe() or ->remove() callback runs
 377 pm_runtime_suspend() or pm_runtime_idle() or their asynchronous counterparts,
 378 they will fail returning -EAGAIN, because the device's usage counter is
 379 incremented by the core before executing ->probe() and ->remove().  Still, it
 380 may be desirable to suspend the device as soon as ->probe() or ->remove() has
 381 finished, so the PM core uses pm_runtime_idle_sync() to invoke the device bus
 382 type's ->runtime_idle() callback at that time.