Merge tag 'for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/mason/linux...
[linux-drm-fsl-dcu.git] / Documentation / networking / stmmac.txt
1        STMicroelectronics 10/100/1000 Synopsys Ethernet driver
2
3 Copyright (C) 2007-2013  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 STM 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 2) Driver parameters list:
26         debug: message level (0: no output, 16: all);
27         phyaddr: to manually provide the physical address to the PHY device;
28         dma_rxsize: DMA rx ring size;
29         dma_txsize: DMA tx ring size;
30         buf_sz: DMA buffer size;
31         tc: control the HW FIFO threshold;
32         watchdog: transmit timeout (in milliseconds);
33         flow_ctrl: Flow control ability [on/off];
34         pause: Flow Control Pause Time;
35         eee_timer: tx EEE timer;
36         chain_mode: select chain mode instead of ring.
37
38 3) Command line options
39 Driver parameters can be also passed in command line by using:
40         stmmaceth=dma_rxsize:128,dma_txsize:512
41
42 4) Driver information and notes
43
44 4.1) Transmit process
45 The xmit method is invoked when the kernel needs to transmit a packet; it sets
46 the descriptors in the ring and informs the DMA engine that there is a packet
47 ready to be transmitted.
48 Once the controller has finished transmitting the packet, an interrupt is
49 triggered; So the driver will be able to release the socket buffers.
50 By default, the driver sets the NETIF_F_SG bit in the features field of the
51 net_device structure enabling the scatter/gather feature.
52
53 4.2) Receive process
54 When one or more packets are received, an interrupt happens. The interrupts
55 are not queued so the driver has to scan all the descriptors in the ring during
56 the receive process.
57 This is based on NAPI so the interrupt handler signals only if there is work
58 to be done, and it exits.
59 Then the poll method will be scheduled at some future point.
60 The incoming packets are stored, by the DMA, in a list of pre-allocated socket
61 buffers in order to avoid the memcpy (Zero-copy).
62
63 4.3) Interrupt Mitigation
64 The driver is able to mitigate the number of its DMA interrupts
65 using NAPI for the reception on chips older than the 3.50.
66 New chips have an HW RX-Watchdog used for this mitigation.
67
68 On Tx-side, the mitigation schema is based on a SW timer that calls the
69 tx function (stmmac_tx) to reclaim the resource after transmitting the
70 frames.
71 Also there is another parameter (like a threshold) used to program
72 the descriptors avoiding to set the interrupt on completion bit in
73 when the frame is sent (xmit).
74
75 Mitigation parameters can be tuned by ethtool.
76
77 4.4) WOL
78 Wake up on Lan feature through Magic and Unicast frames are supported for the
79 GMAC core.
80
81 4.5) DMA descriptors
82 Driver handles both normal and enhanced descriptors. The latter has been only
83 tested on DWC Ether MAC 10/100/1000 Universal version 3.41a and later.
84
85 STMMAC supports DMA descriptor to operate both in dual buffer (RING)
86 and linked-list(CHAINED) mode. In RING each descriptor points to two
87 data buffer pointers whereas in CHAINED mode they point to only one data
88 buffer pointer. RING mode is the default.
89
90 In CHAINED mode each descriptor will have pointer to next descriptor in
91 the list, hence creating the explicit chaining in the descriptor itself,
92 whereas such explicit chaining is not possible in RING mode.
93
94 4.6) Ethtool support
95 Ethtool is supported. Driver statistics and internal errors can be taken using:
96 ethtool -S ethX command. It is possible to dump registers etc.
97
98 4.7) Jumbo and Segmentation Offloading
99 Jumbo frames are supported and tested for the GMAC.
100 The GSO has been also added but it's performed in software.
101 LRO is not supported.
102
103 4.8) Physical
104 The driver is compatible with PAL to work with PHY and GPHY devices.
105
106 4.9) Platform information
107 Several driver's information can be passed through the platform
108 These are included in the include/linux/stmmac.h header file
109 and detailed below as well:
110
111 struct plat_stmmacenet_data {
112         char *phy_bus_name;
113         int bus_id;
114         int phy_addr;
115         int interface;
116         struct stmmac_mdio_bus_data *mdio_bus_data;
117         struct stmmac_dma_cfg *dma_cfg;
118         int clk_csr;
119         int has_gmac;
120         int enh_desc;
121         int tx_coe;
122         int rx_coe;
123         int bugged_jumbo;
124         int pmt;
125         int force_sf_dma_mode;
126         int force_thresh_dma_mode;
127         int riwt_off;
128         void (*fix_mac_speed)(void *priv, unsigned int speed);
129         void (*bus_setup)(void __iomem *ioaddr);
130         int (*init)(struct platform_device *pdev);
131         void (*exit)(struct platform_device *pdev);
132         void *custom_cfg;
133         void *custom_data;
134         void *bsp_priv;
135  };
136
137 Where:
138  o phy_bus_name: phy bus name to attach to the stmmac.
139  o bus_id: bus identifier.
140  o phy_addr: the physical address can be passed from the platform.
141             If it is set to -1 the driver will automatically
142             detect it at run-time by probing all the 32 addresses.
143  o interface: PHY device's interface.
144  o mdio_bus_data: specific platform fields for the MDIO bus.
145  o dma_cfg: internal DMA parameters
146    o pbl: the Programmable Burst Length is maximum number of beats to
147        be transferred in one DMA transaction.
148        GMAC also enables the 4xPBL by default.
149    o fixed_burst/mixed_burst/burst_len
150  o clk_csr: fixed CSR Clock range selection.
151  o has_gmac: uses the GMAC core.
152  o enh_desc: if sets the MAC will use the enhanced descriptor structure.
153  o tx_coe: core is able to perform the tx csum in HW.
154  o rx_coe: the supports three check sum offloading engine types:
155            type_1, type_2 (full csum) and no RX coe.
156  o bugged_jumbo: some HWs are not able to perform the csum in HW for
157                 over-sized frames due to limited buffer sizes.
158                 Setting this flag the csum will be done in SW on
159                 JUMBO frames.
160  o pmt: core has the embedded power module (optional).
161  o force_sf_dma_mode: force DMA to use the Store and Forward mode
162                      instead of the Threshold.
163  o force_thresh_dma_mode: force DMA to use the Threshold mode other than
164                      the Store and Forward mode.
165  o riwt_off: force to disable the RX watchdog feature and switch to NAPI mode.
166  o fix_mac_speed: this callback is used for modifying some syscfg registers
167                  (on ST SoCs) according to the link speed negotiated by the
168                  physical layer .
169  o bus_setup: perform HW setup of the bus. For example, on some ST platforms
170              this field is used to configure the AMBA  bridge to generate more
171              efficient STBus traffic.
172  o init/exit: callbacks used for calling a custom initialization;
173              this is sometime necessary on some platforms (e.g. ST boxes)
174              where the HW needs to have set some PIO lines or system cfg
175              registers.
176  o custom_cfg/custom_data: this is a custom configuration that can be passed
177                            while initializing the resources.
178  o bsp_priv: another private pointer.
179
180 For MDIO bus The we have:
181
182  struct stmmac_mdio_bus_data {
183         int (*phy_reset)(void *priv);
184         unsigned int phy_mask;
185         int *irqs;
186         int probed_phy_irq;
187  };
188
189 Where:
190  o phy_reset: hook to reset the phy device attached to the bus.
191  o phy_mask: phy mask passed when register the MDIO bus within the driver.
192  o irqs: list of IRQs, one per PHY.
193  o probed_phy_irq: if irqs is NULL, use this for probed PHY.
194
195 For DMA engine we have the following internal fields that should be
196 tuned according to the HW capabilities.
197
198 struct stmmac_dma_cfg {
199         int pbl;
200         int fixed_burst;
201         int burst_len_supported;
202 };
203
204 Where:
205  o pbl: Programmable Burst Length
206  o fixed_burst: program the DMA to use the fixed burst mode
207  o burst_len: this is the value we put in the register
208               supported values are provided as macros in
209               linux/stmmac.h header file.
210
211 ---
212
213 Below an example how the structures above are using on ST platforms.
214
215  static struct plat_stmmacenet_data stxYYY_ethernet_platform_data = {
216         .has_gmac = 0,
217         .enh_desc = 0,
218         .fix_mac_speed = stxYYY_ethernet_fix_mac_speed,
219                                 |
220                                 |-> to write an internal syscfg
221                                 |   on this platform when the
222                                 |   link speed changes from 10 to
223                                 |   100 and viceversa
224         .init = &stmmac_claim_resource,
225                                 |
226                                 |-> On ST SoC this calls own "PAD"
227                                 |   manager framework to claim
228                                 |   all the resources necessary
229                                 |   (GPIO ...). The .custom_cfg field
230                                 |   is used to pass a custom config.
231 };
232
233 Below the usage of the stmmac_mdio_bus_data: on this SoC, in fact,
234 there are two MAC cores: one MAC is for MDIO Bus/PHY emulation
235 with fixed_link support.
236
237 static struct stmmac_mdio_bus_data stmmac1_mdio_bus = {
238         .phy_reset = phy_reset;
239                 |
240                 |-> function to provide the phy_reset on this board
241         .phy_mask = 0,
242 };
243
244 static struct fixed_phy_status stmmac0_fixed_phy_status = {
245         .link = 1,
246         .speed = 100,
247         .duplex = 1,
248 };
249
250 During the board's device_init we can configure the first
251 MAC for fixed_link by calling:
252   fixed_phy_add(PHY_POLL, 1, &stmmac0_fixed_phy_status));)
253 and the second one, with a real PHY device attached to the bus,
254 by using the stmmac_mdio_bus_data structure (to provide the id, the
255 reset procedure etc).
256
257 4.10) List of source files:
258  o Kconfig
259  o Makefile
260  o stmmac_main.c: main network device driver;
261  o stmmac_mdio.c: mdio functions;
262  o stmmac_pci: PCI driver;
263  o stmmac_platform.c: platform driver
264  o stmmac_ethtool.c: ethtool support;
265  o stmmac_timer.[ch]: timer code used for mitigating the driver dma interrupts
266                       (only tested on ST40 platforms based);
267  o stmmac.h: private driver structure;
268  o common.h: common definitions and VFTs;
269  o descs.h: descriptor structure definitions;
270  o dwmac1000_core.c: GMAC core functions;
271  o dwmac1000_dma.c:  dma functions for the GMAC chip;
272  o dwmac1000.h: specific header file for the GMAC;
273  o dwmac100_core: MAC 100 core and dma code;
274  o dwmac100_dma.c: dma functions for the MAC chip;
275  o dwmac1000.h: specific header file for the MAC;
276  o dwmac_lib.c: generic DMA functions shared among chips;
277  o enh_desc.c: functions for handling enhanced descriptors;
278  o norm_desc.c: functions for handling normal descriptors;
279  o chain_mode.c/ring_mode.c:: functions to manage RING/CHAINED modes;
280  o mmc_core.c/mmc.h: Management MAC Counters;
281  o stmmac_hwtstamp.c: HW timestamp support for PTP
282  o stmmac_ptp.c: PTP 1588 clock
283
284 5) Debug Information
285
286 The driver exports many information i.e. internal statistics,
287 debug information, MAC and DMA registers etc.
288
289 These can be read in several ways depending on the
290 type of the information actually needed.
291
292 For example a user can be use the ethtool support
293 to get statistics: e.g. using: ethtool -S ethX
294 (that shows the Management counters (MMC) if supported)
295 or sees the MAC/DMA registers: e.g. using: ethtool -d ethX
296
297 Compiling the Kernel with CONFIG_DEBUG_FS and enabling the
298 STMMAC_DEBUG_FS option the driver will export the following
299 debugfs entries:
300
301 /sys/kernel/debug/stmmaceth/descriptors_status
302   To show the DMA TX/RX descriptor rings
303
304 Developer can also use the "debug" module parameter to get
305 further debug information.
306
307 In the end, there are other macros (that cannot be enabled
308 via menuconfig) to turn-on the RX/TX DMA debugging,
309 specific MAC core debug printk etc. Others to enable the
310 debug in the TX and RX processes.
311 All these are only useful during the developing stage
312 and should never enabled inside the code for general usage.
313 In fact, these can generate an huge amount of debug messages.
314
315 6) Energy Efficient Ethernet
316
317 Energy Efficient Ethernet(EEE) enables IEEE 802.3 MAC sublayer along
318 with a family of Physical layer to operate in the Low power Idle(LPI)
319 mode. The EEE mode supports the IEEE 802.3 MAC operation at 100Mbps,
320 1000Mbps & 10Gbps.
321
322 The LPI mode allows power saving by switching off parts of the
323 communication device functionality when there is no data to be
324 transmitted & received. The system on both the side of the link can
325 disable some functionalities & save power during the period of low-link
326 utilization. The MAC controls whether the system should enter or exit
327 the LPI mode & communicate this to PHY.
328
329 As soon as the interface is opened, the driver verifies if the EEE can
330 be supported. This is done by looking at both the DMA HW capability
331 register and the PHY devices MCD registers.
332 To enter in Tx LPI mode the driver needs to have a software timer
333 that enable and disable the LPI mode when there is nothing to be
334 transmitted.
335
336 7) Extended descriptors
337 The extended descriptors give us information about the receive Ethernet payload
338 when it is carrying PTP packets or TCP/UDP/ICMP over IP.
339 These are not available on GMAC Synopsys chips older than the 3.50.
340 At probe time the driver will decide if these can be actually used.
341 This support also is mandatory for PTPv2 because the extra descriptors 6 and 7
342 are used for saving the hardware timestamps.
343
344 8) Precision Time Protocol (PTP)
345 The driver supports the IEEE 1588-2002, Precision Time Protocol (PTP),
346 which enables precise synchronization of clocks in measurement and
347 control systems implemented with technologies such as network
348 communication.
349
350 In addition to the basic timestamp features mentioned in IEEE 1588-2002
351 Timestamps, new GMAC cores support the advanced timestamp features.
352 IEEE 1588-2008 that can be enabled when configure the Kernel.
353
354 9) SGMII/RGMII supports
355 New GMAC devices provide own way to manage RGMII/SGMII.
356 This information is available at run-time by looking at the
357 HW capability register. This means that the stmmac can manage
358 auto-negotiation and link status w/o using the PHYLIB stuff
359 In fact, the HW provides a subset of extended registers to
360 restart the ANE, verify Full/Half duplex mode and Speed.
361 Also thanks to these registers it is possible to look at the
362 Auto-negotiated Link Parter Ability.
363
364 10) TODO:
365  o XGMAC is not supported.
366  o Complete the TBI & RTBI support.
367  o extend VLAN support for 3.70a SYNP GMAC.