Linux-libre 3.18.13-gnu
[librecmc/linux-libre.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         void *(*setup)(struct platform_device *pdev);
131         int (*init)(struct platform_device *pdev, void *priv);
132         void (*exit)(struct platform_device *pdev, void *priv);
133         void *custom_cfg;
134         void *custom_data;
135         void *bsp_priv;
136  };
137
138 Where:
139  o phy_bus_name: phy bus name to attach to the stmmac.
140  o bus_id: bus identifier.
141  o phy_addr: the physical address can be passed from the platform.
142             If it is set to -1 the driver will automatically
143             detect it at run-time by probing all the 32 addresses.
144  o interface: PHY device's interface.
145  o mdio_bus_data: specific platform fields for the MDIO bus.
146  o dma_cfg: internal DMA parameters
147    o pbl: the Programmable Burst Length is maximum number of beats to
148        be transferred in one DMA transaction.
149        GMAC also enables the 4xPBL by default.
150    o fixed_burst/mixed_burst/burst_len
151  o clk_csr: fixed CSR Clock range selection.
152  o has_gmac: uses the GMAC core.
153  o enh_desc: if sets the MAC will use the enhanced descriptor structure.
154  o tx_coe: core is able to perform the tx csum in HW.
155  o rx_coe: the supports three check sum offloading engine types:
156            type_1, type_2 (full csum) and no RX coe.
157  o bugged_jumbo: some HWs are not able to perform the csum in HW for
158                 over-sized frames due to limited buffer sizes.
159                 Setting this flag the csum will be done in SW on
160                 JUMBO frames.
161  o pmt: core has the embedded power module (optional).
162  o force_sf_dma_mode: force DMA to use the Store and Forward mode
163                      instead of the Threshold.
164  o force_thresh_dma_mode: force DMA to use the Threshold mode other than
165                      the Store and Forward mode.
166  o riwt_off: force to disable the RX watchdog feature and switch to NAPI mode.
167  o fix_mac_speed: this callback is used for modifying some syscfg registers
168                  (on ST SoCs) according to the link speed negotiated by the
169                  physical layer .
170  o bus_setup: perform HW setup of the bus. For example, on some ST platforms
171              this field is used to configure the AMBA  bridge to generate more
172              efficient STBus traffic.
173  o setup/init/exit: callbacks used for calling a custom initialization;
174              this is sometime necessary on some platforms (e.g. ST boxes)
175              where the HW needs to have set some PIO lines or system cfg
176              registers. setup should return a pointer to private data,
177              which will be stored in bsp_priv, and then passed to init and
178              exit callbacks. init/exit callbacks should not use or modify
179              platform data.
180  o custom_cfg/custom_data: this is a custom configuration that can be passed
181                            while initializing the resources.
182  o bsp_priv: another private pointer.
183
184 For MDIO bus The we have:
185
186  struct stmmac_mdio_bus_data {
187         int (*phy_reset)(void *priv);
188         unsigned int phy_mask;
189         int *irqs;
190         int probed_phy_irq;
191  };
192
193 Where:
194  o phy_reset: hook to reset the phy device attached to the bus.
195  o phy_mask: phy mask passed when register the MDIO bus within the driver.
196  o irqs: list of IRQs, one per PHY.
197  o probed_phy_irq: if irqs is NULL, use this for probed PHY.
198
199 For DMA engine we have the following internal fields that should be
200 tuned according to the HW capabilities.
201
202 struct stmmac_dma_cfg {
203         int pbl;
204         int fixed_burst;
205         int burst_len_supported;
206 };
207
208 Where:
209  o pbl: Programmable Burst Length
210  o fixed_burst: program the DMA to use the fixed burst mode
211  o burst_len: this is the value we put in the register
212               supported values are provided as macros in
213               linux/stmmac.h header file.
214
215 ---
216
217 Below an example how the structures above are using on ST platforms.
218
219  static struct plat_stmmacenet_data stxYYY_ethernet_platform_data = {
220         .has_gmac = 0,
221         .enh_desc = 0,
222         .fix_mac_speed = stxYYY_ethernet_fix_mac_speed,
223                                 |
224                                 |-> to write an internal syscfg
225                                 |   on this platform when the
226                                 |   link speed changes from 10 to
227                                 |   100 and viceversa
228         .init = &stmmac_claim_resource,
229                                 |
230                                 |-> On ST SoC this calls own "PAD"
231                                 |   manager framework to claim
232                                 |   all the resources necessary
233                                 |   (GPIO ...). The .custom_cfg field
234                                 |   is used to pass a custom config.
235 };
236
237 Below the usage of the stmmac_mdio_bus_data: on this SoC, in fact,
238 there are two MAC cores: one MAC is for MDIO Bus/PHY emulation
239 with fixed_link support.
240
241 static struct stmmac_mdio_bus_data stmmac1_mdio_bus = {
242         .phy_reset = phy_reset;
243                 |
244                 |-> function to provide the phy_reset on this board
245         .phy_mask = 0,
246 };
247
248 static struct fixed_phy_status stmmac0_fixed_phy_status = {
249         .link = 1,
250         .speed = 100,
251         .duplex = 1,
252 };
253
254 During the board's device_init we can configure the first
255 MAC for fixed_link by calling:
256   fixed_phy_add(PHY_POLL, 1, &stmmac0_fixed_phy_status));)
257 and the second one, with a real PHY device attached to the bus,
258 by using the stmmac_mdio_bus_data structure (to provide the id, the
259 reset procedure etc).
260
261 4.10) List of source files:
262  o Kconfig
263  o Makefile
264  o stmmac_main.c: main network device driver;
265  o stmmac_mdio.c: mdio functions;
266  o stmmac_pci: PCI driver;
267  o stmmac_platform.c: platform driver
268  o stmmac_ethtool.c: ethtool support;
269  o stmmac_timer.[ch]: timer code used for mitigating the driver dma interrupts
270                       (only tested on ST40 platforms based);
271  o stmmac.h: private driver structure;
272  o common.h: common definitions and VFTs;
273  o descs.h: descriptor structure definitions;
274  o dwmac1000_core.c: GMAC core functions;
275  o dwmac1000_dma.c:  dma functions for the GMAC chip;
276  o dwmac1000.h: specific header file for the GMAC;
277  o dwmac100_core: MAC 100 core and dma code;
278  o dwmac100_dma.c: dma functions for the MAC chip;
279  o dwmac1000.h: specific header file for the MAC;
280  o dwmac_lib.c: generic DMA functions shared among chips;
281  o enh_desc.c: functions for handling enhanced descriptors;
282  o norm_desc.c: functions for handling normal descriptors;
283  o chain_mode.c/ring_mode.c:: functions to manage RING/CHAINED modes;
284  o mmc_core.c/mmc.h: Management MAC Counters;
285  o stmmac_hwtstamp.c: HW timestamp support for PTP
286  o stmmac_ptp.c: PTP 1588 clock
287
288 5) Debug Information
289
290 The driver exports many information i.e. internal statistics,
291 debug information, MAC and DMA registers etc.
292
293 These can be read in several ways depending on the
294 type of the information actually needed.
295
296 For example a user can be use the ethtool support
297 to get statistics: e.g. using: ethtool -S ethX
298 (that shows the Management counters (MMC) if supported)
299 or sees the MAC/DMA registers: e.g. using: ethtool -d ethX
300
301 Compiling the Kernel with CONFIG_DEBUG_FS and enabling the
302 STMMAC_DEBUG_FS option the driver will export the following
303 debugfs entries:
304
305 /sys/kernel/debug/stmmaceth/descriptors_status
306   To show the DMA TX/RX descriptor rings
307
308 Developer can also use the "debug" module parameter to get
309 further debug information.
310
311 In the end, there are other macros (that cannot be enabled
312 via menuconfig) to turn-on the RX/TX DMA debugging,
313 specific MAC core debug printk etc. Others to enable the
314 debug in the TX and RX processes.
315 All these are only useful during the developing stage
316 and should never enabled inside the code for general usage.
317 In fact, these can generate an huge amount of debug messages.
318
319 6) Energy Efficient Ethernet
320
321 Energy Efficient Ethernet(EEE) enables IEEE 802.3 MAC sublayer along
322 with a family of Physical layer to operate in the Low power Idle(LPI)
323 mode. The EEE mode supports the IEEE 802.3 MAC operation at 100Mbps,
324 1000Mbps & 10Gbps.
325
326 The LPI mode allows power saving by switching off parts of the
327 communication device functionality when there is no data to be
328 transmitted & received. The system on both the side of the link can
329 disable some functionalities & save power during the period of low-link
330 utilization. The MAC controls whether the system should enter or exit
331 the LPI mode & communicate this to PHY.
332
333 As soon as the interface is opened, the driver verifies if the EEE can
334 be supported. This is done by looking at both the DMA HW capability
335 register and the PHY devices MCD registers.
336 To enter in Tx LPI mode the driver needs to have a software timer
337 that enable and disable the LPI mode when there is nothing to be
338 transmitted.
339
340 7) Extended descriptors
341 The extended descriptors give us information about the receive Ethernet payload
342 when it is carrying PTP packets or TCP/UDP/ICMP over IP.
343 These are not available on GMAC Synopsys chips older than the 3.50.
344 At probe time the driver will decide if these can be actually used.
345 This support also is mandatory for PTPv2 because the extra descriptors 6 and 7
346 are used for saving the hardware timestamps.
347
348 8) Precision Time Protocol (PTP)
349 The driver supports the IEEE 1588-2002, Precision Time Protocol (PTP),
350 which enables precise synchronization of clocks in measurement and
351 control systems implemented with technologies such as network
352 communication.
353
354 In addition to the basic timestamp features mentioned in IEEE 1588-2002
355 Timestamps, new GMAC cores support the advanced timestamp features.
356 IEEE 1588-2008 that can be enabled when configure the Kernel.
357
358 9) SGMII/RGMII supports
359 New GMAC devices provide own way to manage RGMII/SGMII.
360 This information is available at run-time by looking at the
361 HW capability register. This means that the stmmac can manage
362 auto-negotiation and link status w/o using the PHYLIB stuff
363 In fact, the HW provides a subset of extended registers to
364 restart the ANE, verify Full/Half duplex mode and Speed.
365 Also thanks to these registers it is possible to look at the
366 Auto-negotiated Link Parter Ability.
367
368 10) TODO:
369  o XGMAC is not supported.
370  o Complete the TBI & RTBI support.
371  o extend VLAN support for 3.70a SYNP GMAC.