Merge branch 'master' of git://git.denx.de/u-boot-spi
[oweals/u-boot.git] / doc / driver-model / README.txt
1 Driver Model
2 ============
3
4 This README contains high-level information about driver model, a unified
5 way of declaring and accessing drivers in U-Boot. The original work was done
6 by:
7
8    Marek Vasut <marex@denx.de>
9    Pavel Herrmann <morpheus.ibis@gmail.com>
10    Viktor Křivák <viktor.krivak@gmail.com>
11    Tomas Hlavacek <tmshlvck@gmail.com>
12
13 This has been both simplified and extended into the current implementation
14 by:
15
16    Simon Glass <sjg@chromium.org>
17
18
19 Terminology
20 -----------
21
22 Uclass - a group of devices which operate in the same way. A uclass provides
23         a way of accessing individual devices within the group, but always
24         using the same interface. For example a GPIO uclass provides
25         operations for get/set value. An I2C uclass may have 10 I2C ports,
26         4 with one driver, and 6 with another.
27
28 Driver - some code which talks to a peripheral and presents a higher-level
29         interface to it.
30
31 Device - an instance of a driver, tied to a particular port or peripheral.
32
33
34 How to try it
35 -------------
36
37 Build U-Boot sandbox and run it:
38
39    make sandbox_defconfig
40    make
41    ./u-boot -d u-boot.dtb
42
43    (type 'reset' to exit U-Boot)
44
45
46 There is a uclass called 'demo'. This uclass handles
47 saying hello, and reporting its status. There are two drivers in this
48 uclass:
49
50    - simple: Just prints a message for hello, doesn't implement status
51    - shape: Prints shapes and reports number of characters printed as status
52
53 The demo class is pretty simple, but not trivial. The intention is that it
54 can be used for testing, so it will implement all driver model features and
55 provide good code coverage of them. It does have multiple drivers, it
56 handles parameter data and platdata (data which tells the driver how
57 to operate on a particular platform) and it uses private driver data.
58
59 To try it, see the example session below:
60
61 =>demo hello 1
62 Hello '@' from 07981110: red 4
63 =>demo status 2
64 Status: 0
65 =>demo hello 2
66 g
67 r@
68 e@@
69 e@@@
70 n@@@@
71 g@@@@@
72 =>demo status 2
73 Status: 21
74 =>demo hello 4 ^
75   y^^^
76  e^^^^^
77 l^^^^^^^
78 l^^^^^^^
79  o^^^^^
80   w^^^
81 =>demo status 4
82 Status: 36
83 =>
84
85
86 Running the tests
87 -----------------
88
89 The intent with driver model is that the core portion has 100% test coverage
90 in sandbox, and every uclass has its own test. As a move towards this, tests
91 are provided in test/dm. To run them, try:
92
93    ./test/dm/test-dm.sh
94
95 You should see something like this:
96
97     <...U-Boot banner...>
98     Running 53 driver model tests
99     Test: dm_test_autobind
100     Test: dm_test_autoprobe
101     Test: dm_test_bus_child_post_bind
102     Test: dm_test_bus_child_post_bind_uclass
103     Test: dm_test_bus_child_pre_probe_uclass
104     Test: dm_test_bus_children
105     Device 'c-test@0': seq 0 is in use by 'd-test'
106     Device 'c-test@1': seq 1 is in use by 'f-test'
107     Test: dm_test_bus_children_funcs
108     Test: dm_test_bus_children_iterators
109     Test: dm_test_bus_parent_data
110     Test: dm_test_bus_parent_data_uclass
111     Test: dm_test_bus_parent_ops
112     Test: dm_test_bus_parent_platdata
113     Test: dm_test_bus_parent_platdata_uclass
114     Test: dm_test_children
115     Test: dm_test_device_get_uclass_id
116     Test: dm_test_eth
117     Using eth@10002000 device
118     Using eth@10003000 device
119     Using eth@10004000 device
120     Test: dm_test_eth_alias
121     Using eth@10002000 device
122     Using eth@10004000 device
123     Using eth@10002000 device
124     Using eth@10003000 device
125     Test: dm_test_eth_prime
126     Using eth@10003000 device
127     Using eth@10002000 device
128     Test: dm_test_eth_rotate
129
130     Error: eth@10004000 address not set.
131
132     Error: eth@10004000 address not set.
133     Using eth@10002000 device
134
135     Error: eth@10004000 address not set.
136
137     Error: eth@10004000 address not set.
138     Using eth@10004000 device
139     Test: dm_test_fdt
140     Test: dm_test_fdt_offset
141     Test: dm_test_fdt_pre_reloc
142     Test: dm_test_fdt_uclass_seq
143     Test: dm_test_gpio
144     extra-gpios: get_value: error: gpio b5 not reserved
145     Test: dm_test_gpio_anon
146     Test: dm_test_gpio_copy
147     Test: dm_test_gpio_leak
148     extra-gpios: get_value: error: gpio b5 not reserved
149     Test: dm_test_gpio_phandles
150     Test: dm_test_gpio_requestf
151     Test: dm_test_i2c_bytewise
152     Test: dm_test_i2c_find
153     Test: dm_test_i2c_offset
154     Test: dm_test_i2c_offset_len
155     Test: dm_test_i2c_probe_empty
156     Test: dm_test_i2c_read_write
157     Test: dm_test_i2c_speed
158     Test: dm_test_leak
159     Test: dm_test_lifecycle
160     Test: dm_test_net_retry
161     Using eth@10004000 device
162     Using eth@10002000 device
163     Using eth@10004000 device
164     Test: dm_test_operations
165     Test: dm_test_ordering
166     Test: dm_test_pci_base
167     Test: dm_test_pci_swapcase
168     Test: dm_test_platdata
169     Test: dm_test_pre_reloc
170     Test: dm_test_remove
171     Test: dm_test_spi_find
172     Invalid chip select 0:0 (err=-19)
173     SF: Failed to get idcodes
174     SF: Detected M25P16 with page size 256 Bytes, erase size 64 KiB, total 2 MiB
175     Test: dm_test_spi_flash
176     2097152 bytes written in 0 ms
177     SF: Detected M25P16 with page size 256 Bytes, erase size 64 KiB, total 2 MiB
178     SPI flash test:
179     0 erase: 0 ticks, 65536000 KiB/s 524288.000 Mbps
180     1 check: 0 ticks, 65536000 KiB/s 524288.000 Mbps
181     2 write: 0 ticks, 65536000 KiB/s 524288.000 Mbps
182     3 read: 0 ticks, 65536000 KiB/s 524288.000 Mbps
183     Test passed
184     0 erase: 0 ticks, 65536000 KiB/s 524288.000 Mbps
185     1 check: 0 ticks, 65536000 KiB/s 524288.000 Mbps
186     2 write: 0 ticks, 65536000 KiB/s 524288.000 Mbps
187     3 read: 0 ticks, 65536000 KiB/s 524288.000 Mbps
188     Test: dm_test_spi_xfer
189     SF: Detected M25P16 with page size 256 Bytes, erase size 64 KiB, total 2 MiB
190     Test: dm_test_uclass
191     Test: dm_test_uclass_before_ready
192     Test: dm_test_usb_base
193     Test: dm_test_usb_flash
194     USB-1:   scanning bus 1 for devices... 2 USB Device(s) found
195     Failures: 0
196
197
198 What is going on?
199 -----------------
200
201 Let's start at the top. The demo command is in common/cmd_demo.c. It does
202 the usual command processing and then:
203
204         struct udevice *demo_dev;
205
206         ret = uclass_get_device(UCLASS_DEMO, devnum, &demo_dev);
207
208 UCLASS_DEMO means the class of devices which implement 'demo'. Other
209 classes might be MMC, or GPIO, hashing or serial. The idea is that the
210 devices in the class all share a particular way of working. The class
211 presents a unified view of all these devices to U-Boot.
212
213 This function looks up a device for the demo uclass. Given a device
214 number we can find the device because all devices have registered with
215 the UCLASS_DEMO uclass.
216
217 The device is automatically activated ready for use by uclass_get_device().
218
219 Now that we have the device we can do things like:
220
221         return demo_hello(demo_dev, ch);
222
223 This function is in the demo uclass. It takes care of calling the 'hello'
224 method of the relevant driver. Bearing in mind that there are two drivers,
225 this particular device may use one or other of them.
226
227 The code for demo_hello() is in drivers/demo/demo-uclass.c:
228
229 int demo_hello(struct udevice *dev, int ch)
230 {
231         const struct demo_ops *ops = device_get_ops(dev);
232
233         if (!ops->hello)
234                 return -ENOSYS;
235
236         return ops->hello(dev, ch);
237 }
238
239 As you can see it just calls the relevant driver method. One of these is
240 in drivers/demo/demo-simple.c:
241
242 static int simple_hello(struct udevice *dev, int ch)
243 {
244         const struct dm_demo_pdata *pdata = dev_get_platdata(dev);
245
246         printf("Hello from %08x: %s %d\n", map_to_sysmem(dev),
247                pdata->colour, pdata->sides);
248
249         return 0;
250 }
251
252
253 So that is a trip from top (command execution) to bottom (driver action)
254 but it leaves a lot of topics to address.
255
256
257 Declaring Drivers
258 -----------------
259
260 A driver declaration looks something like this (see
261 drivers/demo/demo-shape.c):
262
263 static const struct demo_ops shape_ops = {
264         .hello = shape_hello,
265         .status = shape_status,
266 };
267
268 U_BOOT_DRIVER(demo_shape_drv) = {
269         .name   = "demo_shape_drv",
270         .id     = UCLASS_DEMO,
271         .ops    = &shape_ops,
272         .priv_data_size = sizeof(struct shape_data),
273 };
274
275
276 This driver has two methods (hello and status) and requires a bit of
277 private data (accessible through dev_get_priv(dev) once the driver has
278 been probed). It is a member of UCLASS_DEMO so will register itself
279 there.
280
281 In U_BOOT_DRIVER it is also possible to specify special methods for bind
282 and unbind, and these are called at appropriate times. For many drivers
283 it is hoped that only 'probe' and 'remove' will be needed.
284
285 The U_BOOT_DRIVER macro creates a data structure accessible from C,
286 so driver model can find the drivers that are available.
287
288 The methods a device can provide are documented in the device.h header.
289 Briefly, they are:
290
291     bind - make the driver model aware of a device (bind it to its driver)
292     unbind - make the driver model forget the device
293     ofdata_to_platdata - convert device tree data to platdata - see later
294     probe - make a device ready for use
295     remove - remove a device so it cannot be used until probed again
296
297 The sequence to get a device to work is bind, ofdata_to_platdata (if using
298 device tree) and probe.
299
300
301 Platform Data
302 -------------
303
304 Platform data is like Linux platform data, if you are familiar with that.
305 It provides the board-specific information to start up a device.
306
307 Why is this information not just stored in the device driver itself? The
308 idea is that the device driver is generic, and can in principle operate on
309 any board that has that type of device. For example, with modern
310 highly-complex SoCs it is common for the IP to come from an IP vendor, and
311 therefore (for example) the MMC controller may be the same on chips from
312 different vendors. It makes no sense to write independent drivers for the
313 MMC controller on each vendor's SoC, when they are all almost the same.
314 Similarly, we may have 6 UARTs in an SoC, all of which are mostly the same,
315 but lie at different addresses in the address space.
316
317 Using the UART example, we have a single driver and it is instantiated 6
318 times by supplying 6 lots of platform data. Each lot of platform data
319 gives the driver name and a pointer to a structure containing information
320 about this instance - e.g. the address of the register space. It may be that
321 one of the UARTS supports RS-485 operation - this can be added as a flag in
322 the platform data, which is set for this one port and clear for the rest.
323
324 Think of your driver as a generic piece of code which knows how to talk to
325 a device, but needs to know where it is, any variant/option information and
326 so on. Platform data provides this link between the generic piece of code
327 and the specific way it is bound on a particular board.
328
329 Examples of platform data include:
330
331    - The base address of the IP block's register space
332    - Configuration options, like:
333          - the SPI polarity and maximum speed for a SPI controller
334          - the I2C speed to use for an I2C device
335          - the number of GPIOs available in a GPIO device
336
337 Where does the platform data come from? It is either held in a structure
338 which is compiled into U-Boot, or it can be parsed from the Device Tree
339 (see 'Device Tree' below).
340
341 For an example of how it can be compiled in, see demo-pdata.c which
342 sets up a table of driver names and their associated platform data.
343 The data can be interpreted by the drivers however they like - it is
344 basically a communication scheme between the board-specific code and
345 the generic drivers, which are intended to work on any board.
346
347 Drivers can access their data via dev->info->platdata. Here is
348 the declaration for the platform data, which would normally appear
349 in the board file.
350
351         static const struct dm_demo_cdata red_square = {
352                 .colour = "red",
353                 .sides = 4.
354         };
355         static const struct driver_info info[] = {
356                 {
357                         .name = "demo_shape_drv",
358                         .platdata = &red_square,
359                 },
360         };
361
362         demo1 = driver_bind(root, &info[0]);
363
364
365 Device Tree
366 -----------
367
368 While platdata is useful, a more flexible way of providing device data is
369 by using device tree. With device tree we replace the above code with the
370 following device tree fragment:
371
372         red-square {
373                 compatible = "demo-shape";
374                 colour = "red";
375                 sides = <4>;
376         };
377
378 This means that instead of having lots of U_BOOT_DEVICE() declarations in
379 the board file, we put these in the device tree. This approach allows a lot
380 more generality, since the same board file can support many types of boards
381 (e,g. with the same SoC) just by using different device trees. An added
382 benefit is that the Linux device tree can be used, thus further simplifying
383 the task of board-bring up either for U-Boot or Linux devs (whoever gets to
384 the board first!).
385
386 The easiest way to make this work it to add a few members to the driver:
387
388         .platdata_auto_alloc_size = sizeof(struct dm_test_pdata),
389         .ofdata_to_platdata = testfdt_ofdata_to_platdata,
390
391 The 'auto_alloc' feature allowed space for the platdata to be allocated
392 and zeroed before the driver's ofdata_to_platdata() method is called. The
393 ofdata_to_platdata() method, which the driver write supplies, should parse
394 the device tree node for this device and place it in dev->platdata. Thus
395 when the probe method is called later (to set up the device ready for use)
396 the platform data will be present.
397
398 Note that both methods are optional. If you provide an ofdata_to_platdata
399 method then it will be called first (during activation). If you provide a
400 probe method it will be called next. See Driver Lifecycle below for more
401 details.
402
403 If you don't want to have the platdata automatically allocated then you
404 can leave out platdata_auto_alloc_size. In this case you can use malloc
405 in your ofdata_to_platdata (or probe) method to allocate the required memory,
406 and you should free it in the remove method.
407
408 The driver model tree is intended to mirror that of the device tree. The
409 root driver is at device tree offset 0 (the root node, '/'), and its
410 children are the children of the root node.
411
412
413 Declaring Uclasses
414 ------------------
415
416 The demo uclass is declared like this:
417
418 U_BOOT_CLASS(demo) = {
419         .id             = UCLASS_DEMO,
420 };
421
422 It is also possible to specify special methods for probe, etc. The uclass
423 numbering comes from include/dm/uclass.h. To add a new uclass, add to the
424 end of the enum there, then declare your uclass as above.
425
426
427 Device Sequence Numbers
428 -----------------------
429
430 U-Boot numbers devices from 0 in many situations, such as in the command
431 line for I2C and SPI buses, and the device names for serial ports (serial0,
432 serial1, ...). Driver model supports this numbering and permits devices
433 to be locating by their 'sequence'. This numbering uniquely identifies a
434 device in its uclass, so no two devices within a particular uclass can have
435 the same sequence number.
436
437 Sequence numbers start from 0 but gaps are permitted. For example, a board
438 may have I2C buses 1, 4, 5 but no 0, 2 or 3. The choice of how devices are
439 numbered is up to a particular board, and may be set by the SoC in some
440 cases. While it might be tempting to automatically renumber the devices
441 where there are gaps in the sequence, this can lead to confusion and is
442 not the way that U-Boot works.
443
444 Each device can request a sequence number. If none is required then the
445 device will be automatically allocated the next available sequence number.
446
447 To specify the sequence number in the device tree an alias is typically
448 used. Make sure that the uclass has the DM_UC_FLAG_SEQ_ALIAS flag set.
449
450 aliases {
451         serial2 = "/serial@22230000";
452 };
453
454 This indicates that in the uclass called "serial", the named node
455 ("/serial@22230000") will be given sequence number 2. Any command or driver
456 which requests serial device 2 will obtain this device.
457
458 More commonly you can use node references, which expand to the full path:
459
460 aliases {
461         serial2 = &serial_2;
462 };
463 ...
464 serial_2: serial@22230000 {
465 ...
466 };
467
468 The alias resolves to the same string in this case, but this version is
469 easier to read.
470
471 Device sequence numbers are resolved when a device is probed. Before then
472 the sequence number is only a request which may or may not be honoured,
473 depending on what other devices have been probed. However the numbering is
474 entirely under the control of the board author so a conflict is generally
475 an error.
476
477
478 Bus Drivers
479 -----------
480
481 A common use of driver model is to implement a bus, a device which provides
482 access to other devices. Example of buses include SPI and I2C. Typically
483 the bus provides some sort of transport or translation that makes it
484 possible to talk to the devices on the bus.
485
486 Driver model provides some useful features to help with implementing buses.
487 Firstly, a bus can request that its children store some 'parent data' which
488 can be used to keep track of child state. Secondly, the bus can define
489 methods which are called when a child is probed or removed. This is similar
490 to the methods the uclass driver provides. Thirdly, per-child platform data
491 can be provided to specify things like the child's address on the bus. This
492 persists across child probe()/remove() cycles.
493
494 For consistency and ease of implementation, the bus uclass can specify the
495 per-child platform data, so that it can be the same for all children of buses
496 in that uclass. There are also uclass methods which can be called when
497 children are bound and probed.
498
499 Here an explanation of how a bus fits with a uclass may be useful. Consider
500 a USB bus with several devices attached to it, each from a different (made
501 up) uclass:
502
503    xhci_usb (UCLASS_USB)
504       eth (UCLASS_ETHERNET)
505       camera (UCLASS_CAMERA)
506       flash (UCLASS_FLASH_STORAGE)
507
508 Each of the devices is connected to a different address on the USB bus.
509 The bus device wants to store this address and some other information such
510 as the bus speed for each device.
511
512 To achieve this, the bus device can use dev->parent_platdata in each of its
513 three children. This can be auto-allocated if the bus driver (or bus uclass)
514 has a non-zero value for per_child_platdata_auto_alloc_size. If not, then
515 the bus device or uclass can allocate the space itself before the child
516 device is probed.
517
518 Also the bus driver can define the child_pre_probe() and child_post_remove()
519 methods to allow it to do some processing before the child is activated or
520 after it is deactivated.
521
522 Similarly the bus uclass can define the child_post_bind() method to obtain
523 the per-child platform data from the device tree and set it up for the child.
524 The bus uclass can also provide a child_pre_probe() method. Very often it is
525 the bus uclass that controls these features, since it avoids each driver
526 having to do the same processing. Of course the driver can still tweak and
527 override these activities.
528
529 Note that the information that controls this behaviour is in the bus's
530 driver, not the child's. In fact it is possible that child has no knowledge
531 that it is connected to a bus. The same child device may even be used on two
532 different bus types. As an example. the 'flash' device shown above may also
533 be connected on a SATA bus or standalone with no bus:
534
535    xhci_usb (UCLASS_USB)
536       flash (UCLASS_FLASH_STORAGE)  - parent data/methods defined by USB bus
537
538    sata (UCLASS_SATA)
539       flash (UCLASS_FLASH_STORAGE)  - parent data/methods defined by SATA bus
540
541    flash (UCLASS_FLASH_STORAGE)  - no parent data/methods (not on a bus)
542
543 Above you can see that the driver for xhci_usb/sata controls the child's
544 bus methods. In the third example the device is not on a bus, and therefore
545 will not have these methods at all. Consider the case where the flash
546 device defines child methods. These would be used for *its* children, and
547 would be quite separate from the methods defined by the driver for the bus
548 that the flash device is connetced to. The act of attaching a device to a
549 parent device which is a bus, causes the device to start behaving like a
550 bus device, regardless of its own views on the matter.
551
552 The uclass for the device can also contain data private to that uclass.
553 But note that each device on the bus may be a memeber of a different
554 uclass, and this data has nothing to do with the child data for each child
555 on the bus. It is the bus' uclass that controls the child with respect to
556 the bus.
557
558
559 Driver Lifecycle
560 ----------------
561
562 Here are the stages that a device goes through in driver model. Note that all
563 methods mentioned here are optional - e.g. if there is no probe() method for
564 a device then it will not be called. A simple device may have very few
565 methods actually defined.
566
567 1. Bind stage
568
569 A device and its driver are bound using one of these two methods:
570
571    - Scan the U_BOOT_DEVICE() definitions. U-Boot It looks up the
572 name specified by each, to find the appropriate driver. It then calls
573 device_bind() to create a new device and bind' it to its driver. This will
574 call the device's bind() method.
575
576    - Scan through the device tree definitions. U-Boot looks at top-level
577 nodes in the the device tree. It looks at the compatible string in each node
578 and uses the of_match part of the U_BOOT_DRIVER() structure to find the
579 right driver for each node. It then calls device_bind() to bind the
580 newly-created device to its driver (thereby creating a device structure).
581 This will also call the device's bind() method.
582
583 At this point all the devices are known, and bound to their drivers. There
584 is a 'struct udevice' allocated for all devices. However, nothing has been
585 activated (except for the root device). Each bound device that was created
586 from a U_BOOT_DEVICE() declaration will hold the platdata pointer specified
587 in that declaration. For a bound device created from the device tree,
588 platdata will be NULL, but of_offset will be the offset of the device tree
589 node that caused the device to be created. The uclass is set correctly for
590 the device.
591
592 The device's bind() method is permitted to perform simple actions, but
593 should not scan the device tree node, not initialise hardware, nor set up
594 structures or allocate memory. All of these tasks should be left for
595 the probe() method.
596
597 Note that compared to Linux, U-Boot's driver model has a separate step of
598 probe/remove which is independent of bind/unbind. This is partly because in
599 U-Boot it may be expensive to probe devices and we don't want to do it until
600 they are needed, or perhaps until after relocation.
601
602 2. Activation/probe
603
604 When a device needs to be used, U-Boot activates it, by following these
605 steps (see device_probe()):
606
607    a. If priv_auto_alloc_size is non-zero, then the device-private space
608    is allocated for the device and zeroed. It will be accessible as
609    dev->priv. The driver can put anything it likes in there, but should use
610    it for run-time information, not platform data (which should be static
611    and known before the device is probed).
612
613    b. If platdata_auto_alloc_size is non-zero, then the platform data space
614    is allocated. This is only useful for device tree operation, since
615    otherwise you would have to specific the platform data in the
616    U_BOOT_DEVICE() declaration. The space is allocated for the device and
617    zeroed. It will be accessible as dev->platdata.
618
619    c. If the device's uclass specifies a non-zero per_device_auto_alloc_size,
620    then this space is allocated and zeroed also. It is allocated for and
621    stored in the device, but it is uclass data. owned by the uclass driver.
622    It is possible for the device to access it.
623
624    d. If the device's immediate parent specifies a per_child_auto_alloc_size
625    then this space is allocated. This is intended for use by the parent
626    device to keep track of things related to the child. For example a USB
627    flash stick attached to a USB host controller would likely use this
628    space. The controller can hold information about the USB state of each
629    of its children.
630
631    e. All parent devices are probed. It is not possible to activate a device
632    unless its predecessors (all the way up to the root device) are activated.
633    This means (for example) that an I2C driver will require that its bus
634    be activated.
635
636    f. The device's sequence number is assigned, either the requested one
637    (assuming no conflicts) or the next available one if there is a conflict
638    or nothing particular is requested.
639
640    g. If the driver provides an ofdata_to_platdata() method, then this is
641    called to convert the device tree data into platform data. This should
642    do various calls like fdtdec_get_int(gd->fdt_blob, dev->of_offset, ...)
643    to access the node and store the resulting information into dev->platdata.
644    After this point, the device works the same way whether it was bound
645    using a device tree node or U_BOOT_DEVICE() structure. In either case,
646    the platform data is now stored in the platdata structure. Typically you
647    will use the platdata_auto_alloc_size feature to specify the size of the
648    platform data structure, and U-Boot will automatically allocate and zero
649    it for you before entry to ofdata_to_platdata(). But if not, you can
650    allocate it yourself in ofdata_to_platdata(). Note that it is preferable
651    to do all the device tree decoding in ofdata_to_platdata() rather than
652    in probe(). (Apart from the ugliness of mixing configuration and run-time
653    data, one day it is possible that U-Boot will cache platformat data for
654    devices which are regularly de/activated).
655
656    h. The device's probe() method is called. This should do anything that
657    is required by the device to get it going. This could include checking
658    that the hardware is actually present, setting up clocks for the
659    hardware and setting up hardware registers to initial values. The code
660    in probe() can access:
661
662       - platform data in dev->platdata (for configuration)
663       - private data in dev->priv (for run-time state)
664       - uclass data in dev->uclass_priv (for things the uclass stores
665         about this device)
666
667    Note: If you don't use priv_auto_alloc_size then you will need to
668    allocate the priv space here yourself. The same applies also to
669    platdata_auto_alloc_size. Remember to free them in the remove() method.
670
671    i. The device is marked 'activated'
672
673    j. The uclass's post_probe() method is called, if one exists. This may
674    cause the uclass to do some housekeeping to record the device as
675    activated and 'known' by the uclass.
676
677 3. Running stage
678
679 The device is now activated and can be used. From now until it is removed
680 all of the above structures are accessible. The device appears in the
681 uclass's list of devices (so if the device is in UCLASS_GPIO it will appear
682 as a device in the GPIO uclass). This is the 'running' state of the device.
683
684 4. Removal stage
685
686 When the device is no-longer required, you can call device_remove() to
687 remove it. This performs the probe steps in reverse:
688
689    a. The uclass's pre_remove() method is called, if one exists. This may
690    cause the uclass to do some housekeeping to record the device as
691    deactivated and no-longer 'known' by the uclass.
692
693    b. All the device's children are removed. It is not permitted to have
694    an active child device with a non-active parent. This means that
695    device_remove() is called for all the children recursively at this point.
696
697    c. The device's remove() method is called. At this stage nothing has been
698    deallocated so platform data, private data and the uclass data will all
699    still be present. This is where the hardware can be shut down. It is
700    intended that the device be completely inactive at this point, For U-Boot
701    to be sure that no hardware is running, it should be enough to remove
702    all devices.
703
704    d. The device memory is freed (platform data, private data, uclass data,
705    parent data).
706
707    Note: Because the platform data for a U_BOOT_DEVICE() is defined with a
708    static pointer, it is not de-allocated during the remove() method. For
709    a device instantiated using the device tree data, the platform data will
710    be dynamically allocated, and thus needs to be deallocated during the
711    remove() method, either:
712
713       1. if the platdata_auto_alloc_size is non-zero, the deallocation
714       happens automatically within the driver model core; or
715
716       2. when platdata_auto_alloc_size is 0, both the allocation (in probe()
717       or preferably ofdata_to_platdata()) and the deallocation in remove()
718       are the responsibility of the driver author.
719
720    e. The device sequence number is set to -1, meaning that it no longer
721    has an allocated sequence. If the device is later reactivated and that
722    sequence number is still free, it may well receive the name sequence
723    number again. But from this point, the sequence number previously used
724    by this device will no longer exist (think of SPI bus 2 being removed
725    and bus 2 is no longer available for use).
726
727    f. The device is marked inactive. Note that it is still bound, so the
728    device structure itself is not freed at this point. Should the device be
729    activated again, then the cycle starts again at step 2 above.
730
731 5. Unbind stage
732
733 The device is unbound. This is the step that actually destroys the device.
734 If a parent has children these will be destroyed first. After this point
735 the device does not exist and its memory has be deallocated.
736
737
738 Data Structures
739 ---------------
740
741 Driver model uses a doubly-linked list as the basic data structure. Some
742 nodes have several lists running through them. Creating a more efficient
743 data structure might be worthwhile in some rare cases, once we understand
744 what the bottlenecks are.
745
746
747 Changes since v1
748 ----------------
749
750 For the record, this implementation uses a very similar approach to the
751 original patches, but makes at least the following changes:
752
753 - Tried to aggressively remove boilerplate, so that for most drivers there
754 is little or no 'driver model' code to write.
755 - Moved some data from code into data structure - e.g. store a pointer to
756 the driver operations structure in the driver, rather than passing it
757 to the driver bind function.
758 - Rename some structures to make them more similar to Linux (struct udevice
759 instead of struct instance, struct platdata, etc.)
760 - Change the name 'core' to 'uclass', meaning U-Boot class. It seems that
761 this concept relates to a class of drivers (or a subsystem). We shouldn't
762 use 'class' since it is a C++ reserved word, so U-Boot class (uclass) seems
763 better than 'core'.
764 - Remove 'struct driver_instance' and just use a single 'struct udevice'.
765 This removes a level of indirection that doesn't seem necessary.
766 - Built in device tree support, to avoid the need for platdata
767 - Removed the concept of driver relocation, and just make it possible for
768 the new driver (created after relocation) to access the old driver data.
769 I feel that relocation is a very special case and will only apply to a few
770 drivers, many of which can/will just re-init anyway. So the overhead of
771 dealing with this might not be worth it.
772 - Implemented a GPIO system, trying to keep it simple
773
774
775 Pre-Relocation Support
776 ----------------------
777
778 For pre-relocation we simply call the driver model init function. Only
779 drivers marked with DM_FLAG_PRE_RELOC or the device tree
780 'u-boot,dm-pre-reloc' flag are initialised prior to relocation. This helps
781 to reduce the driver model overhead.
782
783 Then post relocation we throw that away and re-init driver model again.
784 For drivers which require some sort of continuity between pre- and
785 post-relocation devices, we can provide access to the pre-relocation
786 device pointers, but this is not currently implemented (the root device
787 pointer is saved but not made available through the driver model API).
788
789
790 SPL Support
791 -----------
792
793 Driver model can operate in SPL. Its efficient implementation and small code
794 size provide for a small overhead which is acceptable for all but the most
795 constrained systems.
796
797 To enable driver model in SPL, define CONFIG_SPL_DM. You might want to
798 consider the following option also. See the main README for more details.
799
800    - CONFIG_SYS_MALLOC_SIMPLE
801    - CONFIG_DM_WARN
802    - CONFIG_DM_DEVICE_REMOVE
803    - CONFIG_DM_STDIO
804
805
806 Enabling Driver Model
807 ---------------------
808
809 Driver model is being brought into U-Boot gradually. As each subsystems gets
810 support, a uclass is created and a CONFIG to enable use of driver model for
811 that subsystem.
812
813 For example CONFIG_DM_SERIAL enables driver model for serial. With that
814 defined, the old serial support is not enabled, and your serial driver must
815 conform to driver model. With that undefined, the old serial support is
816 enabled and driver model is not available for serial. This means that when
817 you convert a driver, you must either convert all its boards, or provide for
818 the driver to be compiled both with and without driver model (generally this
819 is not very hard).
820
821 See the main README for full details of the available driver model CONFIG
822 options.
823
824
825 Things to punt for later
826 ------------------------
827
828 Uclasses are statically numbered at compile time. It would be possible to
829 change this to dynamic numbering, but then we would require some sort of
830 lookup service, perhaps searching by name. This is slightly less efficient
831 so has been left out for now. One small advantage of dynamic numbering might
832 be fewer merge conflicts in uclass-id.h.
833
834
835 Simon Glass
836 sjg@chromium.org
837 April 2013
838 Updated 7-May-13
839 Updated 14-Jun-13
840 Updated 18-Oct-13
841 Updated 5-Nov-13