x86: apl: Use devicetree for FSP-M configuration
[oweals/u-boot.git] / doc / driver-model / ethernet.rst
1 Ethernet Driver Guide
2 =======================
3
4 The networking stack in Das U-Boot is designed for multiple network devices
5 to be easily added and controlled at runtime.  This guide is meant for people
6 who wish to review the net driver stack with an eye towards implementing your
7 own ethernet device driver.  Here we will describe a new pseudo 'APE' driver.
8
9 Most existing drivers do already - and new network driver MUST - use the
10 U-Boot core driver model. Generic information about this can be found in
11 doc/driver-model/design.rst, this document will thus focus on the network
12 specific code parts.
13 Some drivers are still using the old Ethernet interface, differences between
14 the two and hints about porting will be handled at the end.
15
16 Driver framework
17 ------------------
18
19 A network driver following the driver model must declare itself using
20 the UCLASS_ETH .id field in the U-Boot driver struct:
21
22 .. code-block:: c
23
24         U_BOOT_DRIVER(eth_ape) = {
25                 .name                   = "eth_ape",
26                 .id                     = UCLASS_ETH,
27                 .of_match               = eth_ape_ids,
28                 .ofdata_to_platdata     = eth_ape_ofdata_to_platdata,
29                 .probe                  = eth_ape_probe,
30                 .ops                    = &eth_ape_ops,
31                 .priv_auto_alloc_size   = sizeof(struct eth_ape_priv),
32                 .platdata_auto_alloc_size = sizeof(struct eth_ape_pdata),
33                 .flags                  = DM_FLAG_ALLOC_PRIV_DMA,
34         };
35
36 struct eth_ape_priv contains runtime per-instance data, like buffers, pointers
37 to current descriptors, current speed settings, pointers to PHY related data
38 (like struct mii_dev) and so on. Declaring its size in .priv_auto_alloc_size
39 will let the driver framework allocate it at the right time.
40 It can be retrieved using a dev_get_priv(dev) call.
41
42 struct eth_ape_pdata contains static platform data, like the MMIO base address,
43 a hardware variant, the MAC address. ``struct eth_pdata eth_pdata``
44 as the first member of this struct helps to avoid duplicated code.
45 If you don't need any more platform data beside the standard member,
46 just use sizeof(struct eth_pdata) for the platdata_auto_alloc_size.
47
48 PCI devices add a line pointing to supported vendor/device ID pairs:
49
50 .. code-block:: c
51
52         static struct pci_device_id supported[] = {
53                 { PCI_DEVICE(PCI_VENDOR_ID_APE, 0x4223) },
54                 {}
55         };
56
57         U_BOOT_PCI_DEVICE(eth_ape, supported);
58
59 It is also possible to declare support for a whole class of PCI devices::
60
61         { PCI_DEVICE_CLASS(PCI_CLASS_SYSTEM_SDHCI << 8, 0xffff00) },
62
63 Device probing and instantiation will be handled by the driver model framework,
64 so follow the guidelines there. The probe() function would initialise the
65 platform specific parts of the hardware, like clocks, resets, GPIOs, the MDIO
66 bus. Also it would take care of any special PHY setup (power rails, enable
67 bits for internal PHYs, etc.).
68
69 Driver methods
70 ----------------
71
72 The real work will be done in the driver method functions the driver provides
73 by defining the members of struct eth_ops:
74
75 .. code-block:: c
76
77         struct eth_ops {
78                 int (*start)(struct udevice *dev);
79                 int (*send)(struct udevice *dev, void *packet, int length);
80                 int (*recv)(struct udevice *dev, int flags, uchar **packetp);
81                 int (*free_pkt)(struct udevice *dev, uchar *packet, int length);
82                 void (*stop)(struct udevice *dev);
83                 int (*mcast)(struct udevice *dev, const u8 *enetaddr, int join);
84                 int (*write_hwaddr)(struct udevice *dev);
85                 int (*read_rom_hwaddr)(struct udevice *dev);
86         };
87
88 An up-to-date version of this struct together with more information can be
89 found in include/net.h.
90
91 Only start, stop, send and recv are required, the rest are optional and are
92 handled by generic code or ignored if not provided.
93
94 The **start** function initialises the hardware and gets it ready for send/recv
95 operations.  You often do things here such as resetting the MAC
96 and/or PHY, and waiting for the link to autonegotiate.  You should also take
97 the opportunity to program the device's MAC address with the enetaddr member
98 of the generic struct eth_pdata (which would be the first member of your
99 own platdata struct). This allows the rest of U-Boot to dynamically change
100 the MAC address and have the new settings be respected.
101
102 The **send** function does what you think -- transmit the specified packet
103 whose size is specified by length (in bytes). The packet buffer can (and
104 will!) be reused for subsequent calls to send(), so it must be no longer
105 used when the send() function returns. The easiest way to achieve this is
106 to wait until the transmission is complete. Alternatively, if supported by
107 the hardware, just waiting for the buffer to be consumed (by some DMA engine)
108 might be an option as well.
109 Another way of consuming the buffer could be to copy the data to be send,
110 then just queue the copied packet (for instance handing it over to a DMA
111 engine), and return immediately afterwards.
112 In any case you should leave the state such that the send function can be
113 called multiple times in a row.
114
115 The **recv** function polls for availability of a new packet. If none is
116 available, it must return with -EAGAIN.
117 If a packet has been received, make sure it is accessible to the CPU
118 (invalidate caches if needed), then write its address to the packetp pointer,
119 and return the length. If there is an error (receive error, too short or too
120 long packet), return 0 if you require the packet to be cleaned up normally,
121 or a negative error code otherwise (cleanup not necessary or already done).
122 The U-Boot network stack will then process the packet.
123
124 If **free_pkt** is defined, U-Boot will call it after a received packet has
125 been processed, so the packet buffer can be freed or recycled. Typically you
126 would hand it back to the hardware to acquire another packet. free_pkt() will
127 be called after recv(), for the same packet, so you don't necessarily need
128 to infer the buffer to free from the ``packet`` pointer, but can rely on that
129 being the last packet that recv() handled.
130 The common code sets up packet buffers for you already in the .bss
131 (net_rx_packets), so there should be no need to allocate your own. This doesn't
132 mean you must use the net_rx_packets array however; you're free to use any
133 buffer you wish.
134
135 The **stop** function should turn off / disable the hardware and place it back
136 in its reset state.  It can be called at any time (before any call to the
137 related start() function), so make sure it can handle this sort of thing.
138
139 The (optional) **write_hwaddr** function should program the MAC address stored
140 in pdata->enetaddr into the Ethernet controller.
141
142 So the call graph at this stage would look something like:
143
144 .. code-block:: c
145
146         (some net operation (ping / tftp / whatever...))
147         eth_init()
148                 ops->start()
149         eth_send()
150                 ops->send()
151         eth_rx()
152                 ops->recv()
153                 (process packet)
154                 if (ops->free_pkt)
155                         ops->free_pkt()
156         eth_halt()
157                 ops->stop()
158
159
160 CONFIG_PHYLIB / CONFIG_CMD_MII
161 --------------------------------
162
163 If your device supports banging arbitrary values on the MII bus (pretty much
164 every device does), you should add support for the mii command.  Doing so is
165 fairly trivial and makes debugging mii issues a lot easier at runtime.
166
167 In your driver's ``probe()`` function, add a call to mdio_alloc() and
168 mdio_register() like so:
169
170 .. code-block:: c
171
172         bus = mdio_alloc();
173         if (!bus) {
174                 ...
175                 return -ENOMEM;
176         }
177
178         bus->read = ape_mii_read;
179         bus->write = ape_mii_write;
180         mdio_register(bus);
181
182 And then define the mii_read and mii_write functions if you haven't already.
183 Their syntax is straightforward::
184
185         int mii_read(struct mii_dev *bus, int addr, int devad, int reg);
186         int mii_write(struct mii_dev *bus, int addr, int devad, int reg,
187                       u16 val);
188
189 The read function should read the register 'reg' from the phy at address 'addr'
190 and return the result to its caller.  The implementation for the write function
191 should logically follow.
192
193 ................................................................
194
195 Legacy network drivers
196 ------------------------
197
198 !!! WARNING !!!
199
200 This section below describes the old way of doing things. No new Ethernet
201 drivers should be implemented this way. All new drivers should be written
202 against the U-Boot core driver model, as described above.
203
204 The actual callback functions are fairly similar, the differences are:
205
206 - ``start()`` is called ``init()``
207 - ``stop()`` is called ``halt()``
208 - The ``recv()`` function must loop until all packets have been received, for
209   each packet it must call the net_process_received_packet() function,
210   handing it over the pointer and the length. Afterwards it should free
211   the packet, before checking for new data.
212
213 For porting an old driver to the new driver model, split the existing recv()
214 function into the actual new recv() function, just fetching **one** packet,
215 remove the call to net_process_received_packet(), then move the packet
216 cleanup into the ``free_pkt()`` function.
217
218 Registering the driver and probing a device is handled very differently,
219 follow the recommendations in the driver model design documentation for
220 instructions on how to port this over. For the records, the old way of
221 initialising a network driver is as follows:
222
223 Old network driver registration
224 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
225
226 When U-Boot initializes, it will call the common function eth_initialize().
227 This will in turn call the board-specific board_eth_init() (or if that fails,
228 the cpu-specific cpu_eth_init()).  These board-specific functions can do random
229 system handling, but ultimately they will call the driver-specific register
230 function which in turn takes care of initializing that particular instance.
231
232 Keep in mind that you should code the driver to avoid storing state in global
233 data as someone might want to hook up two of the same devices to one board.
234 Any such information that is specific to an interface should be stored in a
235 private, driver-defined data structure and pointed to by eth->priv (see below).
236
237 So the call graph at this stage would look something like:
238
239 .. code-block:: c
240
241         board_init()
242                 eth_initialize()
243                         board_eth_init() / cpu_eth_init()
244                                 driver_register()
245                                         initialize eth_device
246                                         eth_register()
247
248 At this point in time, the only thing you need to worry about is the driver's
249 register function.  The pseudo code would look something like:
250
251 .. code-block:: c
252
253         int ape_register(bd_t *bis, int iobase)
254         {
255                 struct ape_priv *priv;
256                 struct eth_device *dev;
257                 struct mii_dev *bus;
258
259                 priv = malloc(sizeof(*priv));
260                 if (priv == NULL)
261                         return -ENOMEM;
262
263                 dev = malloc(sizeof(*dev));
264                 if (dev == NULL) {
265                         free(priv);
266                         return -ENOMEM;
267                 }
268
269                 /* setup whatever private state you need */
270
271                 memset(dev, 0, sizeof(*dev));
272                 sprintf(dev->name, "APE");
273
274                 /*
275                  * if your device has dedicated hardware storage for the
276                  * MAC, read it and initialize dev->enetaddr with it
277                  */
278                 ape_mac_read(dev->enetaddr);
279
280                 dev->iobase = iobase;
281                 dev->priv = priv;
282                 dev->init = ape_init;
283                 dev->halt = ape_halt;
284                 dev->send = ape_send;
285                 dev->recv = ape_recv;
286                 dev->write_hwaddr = ape_write_hwaddr;
287
288                 eth_register(dev);
289
290         #ifdef CONFIG_PHYLIB
291                 bus = mdio_alloc();
292                 if (!bus) {
293                         free(priv);
294                         free(dev);
295                         return -ENOMEM;
296                 }
297
298                 bus->read = ape_mii_read;
299                 bus->write = ape_mii_write;
300                 mdio_register(bus);
301         #endif
302
303                 return 1;
304         }
305
306 The exact arguments needed to initialize your device are up to you.  If you
307 need to pass more/less arguments, that's fine.  You should also add the
308 prototype for your new register function to include/netdev.h.
309
310 The return value for this function should be as follows:
311 < 0 - failure (hardware failure, not probe failure)
312 >=0 - number of interfaces detected
313
314 You might notice that many drivers seem to use xxx_initialize() rather than
315 xxx_register().  This is the old naming convention and should be avoided as it
316 causes confusion with the driver-specific init function.
317
318 Other than locating the MAC address in dedicated hardware storage, you should
319 not touch the hardware in anyway.  That step is handled in the driver-specific
320 init function.  Remember that we are only registering the device here, we are
321 not checking its state or doing random probing.