]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - Documentation/driver-api/libata.rst
Merge tag 'renesas-fixes4-for-v4.13' of https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel...
[karo-tx-linux.git] / Documentation / driver-api / libata.rst
1 ========================
2 libATA Developer's Guide
3 ========================
4
5 :Author: Jeff Garzik
6
7 Introduction
8 ============
9
10 libATA is a library used inside the Linux kernel to support ATA host
11 controllers and devices. libATA provides an ATA driver API, class
12 transports for ATA and ATAPI devices, and SCSI<->ATA translation for ATA
13 devices according to the T10 SAT specification.
14
15 This Guide documents the libATA driver API, library functions, library
16 internals, and a couple sample ATA low-level drivers.
17
18 libata Driver API
19 =================
20
21 :c:type:`struct ata_port_operations <ata_port_operations>`
22 is defined for every low-level libata
23 hardware driver, and it controls how the low-level driver interfaces
24 with the ATA and SCSI layers.
25
26 FIS-based drivers will hook into the system with ``->qc_prep()`` and
27 ``->qc_issue()`` high-level hooks. Hardware which behaves in a manner
28 similar to PCI IDE hardware may utilize several generic helpers,
29 defining at a bare minimum the bus I/O addresses of the ATA shadow
30 register blocks.
31
32 :c:type:`struct ata_port_operations <ata_port_operations>`
33 ----------------------------------------------------------
34
35 Disable ATA port
36 ~~~~~~~~~~~~~~~~
37
38 ::
39
40     void (*port_disable) (struct ata_port *);
41
42
43 Called from :c:func:`ata_bus_probe` error path, as well as when unregistering
44 from the SCSI module (rmmod, hot unplug). This function should do
45 whatever needs to be done to take the port out of use. In most cases,
46 :c:func:`ata_port_disable` can be used as this hook.
47
48 Called from :c:func:`ata_bus_probe` on a failed probe. Called from
49 :c:func:`ata_scsi_release`.
50
51 Post-IDENTIFY device configuration
52 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
53
54 ::
55
56     void (*dev_config) (struct ata_port *, struct ata_device *);
57
58
59 Called after IDENTIFY [PACKET] DEVICE is issued to each device found.
60 Typically used to apply device-specific fixups prior to issue of SET
61 FEATURES - XFER MODE, and prior to operation.
62
63 This entry may be specified as NULL in ata_port_operations.
64
65 Set PIO/DMA mode
66 ~~~~~~~~~~~~~~~~
67
68 ::
69
70     void (*set_piomode) (struct ata_port *, struct ata_device *);
71     void (*set_dmamode) (struct ata_port *, struct ata_device *);
72     void (*post_set_mode) (struct ata_port *);
73     unsigned int (*mode_filter) (struct ata_port *, struct ata_device *, unsigned int);
74
75
76 Hooks called prior to the issue of SET FEATURES - XFER MODE command. The
77 optional ``->mode_filter()`` hook is called when libata has built a mask of
78 the possible modes. This is passed to the ``->mode_filter()`` function
79 which should return a mask of valid modes after filtering those
80 unsuitable due to hardware limits. It is not valid to use this interface
81 to add modes.
82
83 ``dev->pio_mode`` and ``dev->dma_mode`` are guaranteed to be valid when
84 ``->set_piomode()`` and when ``->set_dmamode()`` is called. The timings for
85 any other drive sharing the cable will also be valid at this point. That
86 is the library records the decisions for the modes of each drive on a
87 channel before it attempts to set any of them.
88
89 ``->post_set_mode()`` is called unconditionally, after the SET FEATURES -
90 XFER MODE command completes successfully.
91
92 ``->set_piomode()`` is always called (if present), but ``->set_dma_mode()``
93 is only called if DMA is possible.
94
95 Taskfile read/write
96 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
97
98 ::
99
100     void (*sff_tf_load) (struct ata_port *ap, struct ata_taskfile *tf);
101     void (*sff_tf_read) (struct ata_port *ap, struct ata_taskfile *tf);
102
103
104 ``->tf_load()`` is called to load the given taskfile into hardware
105 registers / DMA buffers. ``->tf_read()`` is called to read the hardware
106 registers / DMA buffers, to obtain the current set of taskfile register
107 values. Most drivers for taskfile-based hardware (PIO or MMIO) use
108 :c:func:`ata_sff_tf_load` and :c:func:`ata_sff_tf_read` for these hooks.
109
110 PIO data read/write
111 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
112
113 ::
114
115     void (*sff_data_xfer) (struct ata_device *, unsigned char *, unsigned int, int);
116
117
118 All bmdma-style drivers must implement this hook. This is the low-level
119 operation that actually copies the data bytes during a PIO data
120 transfer. Typically the driver will choose one of
121 :c:func:`ata_sff_data_xfer_noirq`, :c:func:`ata_sff_data_xfer`, or
122 :c:func:`ata_sff_data_xfer32`.
123
124 ATA command execute
125 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
126
127 ::
128
129     void (*sff_exec_command)(struct ata_port *ap, struct ata_taskfile *tf);
130
131
132 causes an ATA command, previously loaded with ``->tf_load()``, to be
133 initiated in hardware. Most drivers for taskfile-based hardware use
134 :c:func:`ata_sff_exec_command` for this hook.
135
136 Per-cmd ATAPI DMA capabilities filter
137 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
138
139 ::
140
141     int (*check_atapi_dma) (struct ata_queued_cmd *qc);
142
143
144 Allow low-level driver to filter ATA PACKET commands, returning a status
145 indicating whether or not it is OK to use DMA for the supplied PACKET
146 command.
147
148 This hook may be specified as NULL, in which case libata will assume
149 that atapi dma can be supported.
150
151 Read specific ATA shadow registers
152 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
153
154 ::
155
156     u8   (*sff_check_status)(struct ata_port *ap);
157     u8   (*sff_check_altstatus)(struct ata_port *ap);
158
159
160 Reads the Status/AltStatus ATA shadow register from hardware. On some
161 hardware, reading the Status register has the side effect of clearing
162 the interrupt condition. Most drivers for taskfile-based hardware use
163 :c:func:`ata_sff_check_status` for this hook.
164
165 Write specific ATA shadow register
166 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
167
168 ::
169
170     void (*sff_set_devctl)(struct ata_port *ap, u8 ctl);
171
172
173 Write the device control ATA shadow register to the hardware. Most
174 drivers don't need to define this.
175
176 Select ATA device on bus
177 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
178
179 ::
180
181     void (*sff_dev_select)(struct ata_port *ap, unsigned int device);
182
183
184 Issues the low-level hardware command(s) that causes one of N hardware
185 devices to be considered 'selected' (active and available for use) on
186 the ATA bus. This generally has no meaning on FIS-based devices.
187
188 Most drivers for taskfile-based hardware use :c:func:`ata_sff_dev_select` for
189 this hook.
190
191 Private tuning method
192 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
193
194 ::
195
196     void (*set_mode) (struct ata_port *ap);
197
198
199 By default libata performs drive and controller tuning in accordance
200 with the ATA timing rules and also applies blacklists and cable limits.
201 Some controllers need special handling and have custom tuning rules,
202 typically raid controllers that use ATA commands but do not actually do
203 drive timing.
204
205     **Warning**
206
207     This hook should not be used to replace the standard controller
208     tuning logic when a controller has quirks. Replacing the default
209     tuning logic in that case would bypass handling for drive and bridge
210     quirks that may be important to data reliability. If a controller
211     needs to filter the mode selection it should use the mode_filter
212     hook instead.
213
214 Control PCI IDE BMDMA engine
215 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
216
217 ::
218
219     void (*bmdma_setup) (struct ata_queued_cmd *qc);
220     void (*bmdma_start) (struct ata_queued_cmd *qc);
221     void (*bmdma_stop) (struct ata_port *ap);
222     u8   (*bmdma_status) (struct ata_port *ap);
223
224
225 When setting up an IDE BMDMA transaction, these hooks arm
226 (``->bmdma_setup``), fire (``->bmdma_start``), and halt (``->bmdma_stop``) the
227 hardware's DMA engine. ``->bmdma_status`` is used to read the standard PCI
228 IDE DMA Status register.
229
230 These hooks are typically either no-ops, or simply not implemented, in
231 FIS-based drivers.
232
233 Most legacy IDE drivers use :c:func:`ata_bmdma_setup` for the
234 :c:func:`bmdma_setup` hook. :c:func:`ata_bmdma_setup` will write the pointer
235 to the PRD table to the IDE PRD Table Address register, enable DMA in the DMA
236 Command register, and call :c:func:`exec_command` to begin the transfer.
237
238 Most legacy IDE drivers use :c:func:`ata_bmdma_start` for the
239 :c:func:`bmdma_start` hook. :c:func:`ata_bmdma_start` will write the
240 ATA_DMA_START flag to the DMA Command register.
241
242 Many legacy IDE drivers use :c:func:`ata_bmdma_stop` for the
243 :c:func:`bmdma_stop` hook. :c:func:`ata_bmdma_stop` clears the ATA_DMA_START
244 flag in the DMA command register.
245
246 Many legacy IDE drivers use :c:func:`ata_bmdma_status` as the
247 :c:func:`bmdma_status` hook.
248
249 High-level taskfile hooks
250 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
251
252 ::
253
254     void (*qc_prep) (struct ata_queued_cmd *qc);
255     int (*qc_issue) (struct ata_queued_cmd *qc);
256
257
258 Higher-level hooks, these two hooks can potentially supercede several of
259 the above taskfile/DMA engine hooks. ``->qc_prep`` is called after the
260 buffers have been DMA-mapped, and is typically used to populate the
261 hardware's DMA scatter-gather table. Most drivers use the standard
262 :c:func:`ata_qc_prep` helper function, but more advanced drivers roll their
263 own.
264
265 ``->qc_issue`` is used to make a command active, once the hardware and S/G
266 tables have been prepared. IDE BMDMA drivers use the helper function
267 :c:func:`ata_qc_issue_prot` for taskfile protocol-based dispatch. More
268 advanced drivers implement their own ``->qc_issue``.
269
270 :c:func:`ata_qc_issue_prot` calls ``->tf_load()``, ``->bmdma_setup()``, and
271 ``->bmdma_start()`` as necessary to initiate a transfer.
272
273 Exception and probe handling (EH)
274 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
275
276 ::
277
278     void (*eng_timeout) (struct ata_port *ap);
279     void (*phy_reset) (struct ata_port *ap);
280
281
282 Deprecated. Use ``->error_handler()`` instead.
283
284 ::
285
286     void (*freeze) (struct ata_port *ap);
287     void (*thaw) (struct ata_port *ap);
288
289
290 :c:func:`ata_port_freeze` is called when HSM violations or some other
291 condition disrupts normal operation of the port. A frozen port is not
292 allowed to perform any operation until the port is thawed, which usually
293 follows a successful reset.
294
295 The optional ``->freeze()`` callback can be used for freezing the port
296 hardware-wise (e.g. mask interrupt and stop DMA engine). If a port
297 cannot be frozen hardware-wise, the interrupt handler must ack and clear
298 interrupts unconditionally while the port is frozen.
299
300 The optional ``->thaw()`` callback is called to perform the opposite of
301 ``->freeze()``: prepare the port for normal operation once again. Unmask
302 interrupts, start DMA engine, etc.
303
304 ::
305
306     void (*error_handler) (struct ata_port *ap);
307
308
309 ``->error_handler()`` is a driver's hook into probe, hotplug, and recovery
310 and other exceptional conditions. The primary responsibility of an
311 implementation is to call :c:func:`ata_do_eh` or :c:func:`ata_bmdma_drive_eh`
312 with a set of EH hooks as arguments:
313
314 'prereset' hook (may be NULL) is called during an EH reset, before any
315 other actions are taken.
316
317 'postreset' hook (may be NULL) is called after the EH reset is
318 performed. Based on existing conditions, severity of the problem, and
319 hardware capabilities,
320
321 Either 'softreset' (may be NULL) or 'hardreset' (may be NULL) will be
322 called to perform the low-level EH reset.
323
324 ::
325
326     void (*post_internal_cmd) (struct ata_queued_cmd *qc);
327
328
329 Perform any hardware-specific actions necessary to finish processing
330 after executing a probe-time or EH-time command via
331 :c:func:`ata_exec_internal`.
332
333 Hardware interrupt handling
334 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
335
336 ::
337
338     irqreturn_t (*irq_handler)(int, void *, struct pt_regs *);
339     void (*irq_clear) (struct ata_port *);
340
341
342 ``->irq_handler`` is the interrupt handling routine registered with the
343 system, by libata. ``->irq_clear`` is called during probe just before the
344 interrupt handler is registered, to be sure hardware is quiet.
345
346 The second argument, dev_instance, should be cast to a pointer to
347 :c:type:`struct ata_host_set <ata_host_set>`.
348
349 Most legacy IDE drivers use :c:func:`ata_sff_interrupt` for the irq_handler
350 hook, which scans all ports in the host_set, determines which queued
351 command was active (if any), and calls ata_sff_host_intr(ap,qc).
352
353 Most legacy IDE drivers use :c:func:`ata_sff_irq_clear` for the
354 :c:func:`irq_clear` hook, which simply clears the interrupt and error flags
355 in the DMA status register.
356
357 SATA phy read/write
358 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
359
360 ::
361
362     int (*scr_read) (struct ata_port *ap, unsigned int sc_reg,
363              u32 *val);
364     int (*scr_write) (struct ata_port *ap, unsigned int sc_reg,
365                        u32 val);
366
367
368 Read and write standard SATA phy registers. Currently only used if
369 ``->phy_reset`` hook called the :c:func:`sata_phy_reset` helper function.
370 sc_reg is one of SCR_STATUS, SCR_CONTROL, SCR_ERROR, or SCR_ACTIVE.
371
372 Init and shutdown
373 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
374
375 ::
376
377     int (*port_start) (struct ata_port *ap);
378     void (*port_stop) (struct ata_port *ap);
379     void (*host_stop) (struct ata_host_set *host_set);
380
381
382 ``->port_start()`` is called just after the data structures for each port
383 are initialized. Typically this is used to alloc per-port DMA buffers /
384 tables / rings, enable DMA engines, and similar tasks. Some drivers also
385 use this entry point as a chance to allocate driver-private memory for
386 ``ap->private_data``.
387
388 Many drivers use :c:func:`ata_port_start` as this hook or call it from their
389 own :c:func:`port_start` hooks. :c:func:`ata_port_start` allocates space for
390 a legacy IDE PRD table and returns.
391
392 ``->port_stop()`` is called after ``->host_stop()``. Its sole function is to
393 release DMA/memory resources, now that they are no longer actively being
394 used. Many drivers also free driver-private data from port at this time.
395
396 ``->host_stop()`` is called after all ``->port_stop()`` calls have completed.
397 The hook must finalize hardware shutdown, release DMA and other
398 resources, etc. This hook may be specified as NULL, in which case it is
399 not called.
400
401 Error handling
402 ==============
403
404 This chapter describes how errors are handled under libata. Readers are
405 advised to read SCSI EH (Documentation/scsi/scsi_eh.txt) and ATA
406 exceptions doc first.
407
408 Origins of commands
409 -------------------
410
411 In libata, a command is represented with
412 :c:type:`struct ata_queued_cmd <ata_queued_cmd>` or qc.
413 qc's are preallocated during port initialization and repetitively used
414 for command executions. Currently only one qc is allocated per port but
415 yet-to-be-merged NCQ branch allocates one for each tag and maps each qc
416 to NCQ tag 1-to-1.
417
418 libata commands can originate from two sources - libata itself and SCSI
419 midlayer. libata internal commands are used for initialization and error
420 handling. All normal blk requests and commands for SCSI emulation are
421 passed as SCSI commands through queuecommand callback of SCSI host
422 template.
423
424 How commands are issued
425 -----------------------
426
427 Internal commands
428     First, qc is allocated and initialized using :c:func:`ata_qc_new_init`.
429     Although :c:func:`ata_qc_new_init` doesn't implement any wait or retry
430     mechanism when qc is not available, internal commands are currently
431     issued only during initialization and error recovery, so no other
432     command is active and allocation is guaranteed to succeed.
433
434     Once allocated qc's taskfile is initialized for the command to be
435     executed. qc currently has two mechanisms to notify completion. One
436     is via ``qc->complete_fn()`` callback and the other is completion
437     ``qc->waiting``. ``qc->complete_fn()`` callback is the asynchronous path
438     used by normal SCSI translated commands and ``qc->waiting`` is the
439     synchronous (issuer sleeps in process context) path used by internal
440     commands.
441
442     Once initialization is complete, host_set lock is acquired and the
443     qc is issued.
444
445 SCSI commands
446     All libata drivers use :c:func:`ata_scsi_queuecmd` as
447     ``hostt->queuecommand`` callback. scmds can either be simulated or
448     translated. No qc is involved in processing a simulated scmd. The
449     result is computed right away and the scmd is completed.
450
451     For a translated scmd, :c:func:`ata_qc_new_init` is invoked to allocate a
452     qc and the scmd is translated into the qc. SCSI midlayer's
453     completion notification function pointer is stored into
454     ``qc->scsidone``.
455
456     ``qc->complete_fn()`` callback is used for completion notification. ATA
457     commands use :c:func:`ata_scsi_qc_complete` while ATAPI commands use
458     :c:func:`atapi_qc_complete`. Both functions end up calling ``qc->scsidone``
459     to notify upper layer when the qc is finished. After translation is
460     completed, the qc is issued with :c:func:`ata_qc_issue`.
461
462     Note that SCSI midlayer invokes hostt->queuecommand while holding
463     host_set lock, so all above occur while holding host_set lock.
464
465 How commands are processed
466 --------------------------
467
468 Depending on which protocol and which controller are used, commands are
469 processed differently. For the purpose of discussion, a controller which
470 uses taskfile interface and all standard callbacks is assumed.
471
472 Currently 6 ATA command protocols are used. They can be sorted into the
473 following four categories according to how they are processed.
474
475 ATA NO DATA or DMA
476     ATA_PROT_NODATA and ATA_PROT_DMA fall into this category. These
477     types of commands don't require any software intervention once
478     issued. Device will raise interrupt on completion.
479
480 ATA PIO
481     ATA_PROT_PIO is in this category. libata currently implements PIO
482     with polling. ATA_NIEN bit is set to turn off interrupt and
483     pio_task on ata_wq performs polling and IO.
484
485 ATAPI NODATA or DMA
486     ATA_PROT_ATAPI_NODATA and ATA_PROT_ATAPI_DMA are in this
487     category. packet_task is used to poll BSY bit after issuing PACKET
488     command. Once BSY is turned off by the device, packet_task
489     transfers CDB and hands off processing to interrupt handler.
490
491 ATAPI PIO
492     ATA_PROT_ATAPI is in this category. ATA_NIEN bit is set and, as
493     in ATAPI NODATA or DMA, packet_task submits cdb. However, after
494     submitting cdb, further processing (data transfer) is handed off to
495     pio_task.
496
497 How commands are completed
498 --------------------------
499
500 Once issued, all qc's are either completed with :c:func:`ata_qc_complete` or
501 time out. For commands which are handled by interrupts,
502 :c:func:`ata_host_intr` invokes :c:func:`ata_qc_complete`, and, for PIO tasks,
503 pio_task invokes :c:func:`ata_qc_complete`. In error cases, packet_task may
504 also complete commands.
505
506 :c:func:`ata_qc_complete` does the following.
507
508 1. DMA memory is unmapped.
509
510 2. ATA_QCFLAG_ACTIVE is cleared from qc->flags.
511
512 3. :c:func:`qc->complete_fn` callback is invoked. If the return value of the
513    callback is not zero. Completion is short circuited and
514    :c:func:`ata_qc_complete` returns.
515
516 4. :c:func:`__ata_qc_complete` is called, which does
517
518    1. ``qc->flags`` is cleared to zero.
519
520    2. ``ap->active_tag`` and ``qc->tag`` are poisoned.
521
522    3. ``qc->waiting`` is cleared & completed (in that order).
523
524    4. qc is deallocated by clearing appropriate bit in ``ap->qactive``.
525
526 So, it basically notifies upper layer and deallocates qc. One exception
527 is short-circuit path in #3 which is used by :c:func:`atapi_qc_complete`.
528
529 For all non-ATAPI commands, whether it fails or not, almost the same
530 code path is taken and very little error handling takes place. A qc is
531 completed with success status if it succeeded, with failed status
532 otherwise.
533
534 However, failed ATAPI commands require more handling as REQUEST SENSE is
535 needed to acquire sense data. If an ATAPI command fails,
536 :c:func:`ata_qc_complete` is invoked with error status, which in turn invokes
537 :c:func:`atapi_qc_complete` via ``qc->complete_fn()`` callback.
538
539 This makes :c:func:`atapi_qc_complete` set ``scmd->result`` to
540 SAM_STAT_CHECK_CONDITION, complete the scmd and return 1. As the
541 sense data is empty but ``scmd->result`` is CHECK CONDITION, SCSI midlayer
542 will invoke EH for the scmd, and returning 1 makes :c:func:`ata_qc_complete`
543 to return without deallocating the qc. This leads us to
544 :c:func:`ata_scsi_error` with partially completed qc.
545
546 :c:func:`ata_scsi_error`
547 ------------------------
548
549 :c:func:`ata_scsi_error` is the current ``transportt->eh_strategy_handler()``
550 for libata. As discussed above, this will be entered in two cases -
551 timeout and ATAPI error completion. This function calls low level libata
552 driver's :c:func:`eng_timeout` callback, the standard callback for which is
553 :c:func:`ata_eng_timeout`. It checks if a qc is active and calls
554 :c:func:`ata_qc_timeout` on the qc if so. Actual error handling occurs in
555 :c:func:`ata_qc_timeout`.
556
557 If EH is invoked for timeout, :c:func:`ata_qc_timeout` stops BMDMA and
558 completes the qc. Note that as we're currently in EH, we cannot call
559 scsi_done. As described in SCSI EH doc, a recovered scmd should be
560 either retried with :c:func:`scsi_queue_insert` or finished with
561 :c:func:`scsi_finish_command`. Here, we override ``qc->scsidone`` with
562 :c:func:`scsi_finish_command` and calls :c:func:`ata_qc_complete`.
563
564 If EH is invoked due to a failed ATAPI qc, the qc here is completed but
565 not deallocated. The purpose of this half-completion is to use the qc as
566 place holder to make EH code reach this place. This is a bit hackish,
567 but it works.
568
569 Once control reaches here, the qc is deallocated by invoking
570 :c:func:`__ata_qc_complete` explicitly. Then, internal qc for REQUEST SENSE
571 is issued. Once sense data is acquired, scmd is finished by directly
572 invoking :c:func:`scsi_finish_command` on the scmd. Note that as we already
573 have completed and deallocated the qc which was associated with the
574 scmd, we don't need to/cannot call :c:func:`ata_qc_complete` again.
575
576 Problems with the current EH
577 ----------------------------
578
579 -  Error representation is too crude. Currently any and all error
580    conditions are represented with ATA STATUS and ERROR registers.
581    Errors which aren't ATA device errors are treated as ATA device
582    errors by setting ATA_ERR bit. Better error descriptor which can
583    properly represent ATA and other errors/exceptions is needed.
584
585 -  When handling timeouts, no action is taken to make device forget
586    about the timed out command and ready for new commands.
587
588 -  EH handling via :c:func:`ata_scsi_error` is not properly protected from
589    usual command processing. On EH entrance, the device is not in
590    quiescent state. Timed out commands may succeed or fail any time.
591    pio_task and atapi_task may still be running.
592
593 -  Too weak error recovery. Devices / controllers causing HSM mismatch
594    errors and other errors quite often require reset to return to known
595    state. Also, advanced error handling is necessary to support features
596    like NCQ and hotplug.
597
598 -  ATA errors are directly handled in the interrupt handler and PIO
599    errors in pio_task. This is problematic for advanced error handling
600    for the following reasons.
601
602    First, advanced error handling often requires context and internal qc
603    execution.
604
605    Second, even a simple failure (say, CRC error) needs information
606    gathering and could trigger complex error handling (say, resetting &
607    reconfiguring). Having multiple code paths to gather information,
608    enter EH and trigger actions makes life painful.
609
610    Third, scattered EH code makes implementing low level drivers
611    difficult. Low level drivers override libata callbacks. If EH is
612    scattered over several places, each affected callbacks should perform
613    its part of error handling. This can be error prone and painful.
614
615 libata Library
616 ==============
617
618 .. kernel-doc:: drivers/ata/libata-core.c
619    :export:
620
621 libata Core Internals
622 =====================
623
624 .. kernel-doc:: drivers/ata/libata-core.c
625    :internal:
626
627 .. kernel-doc:: drivers/ata/libata-eh.c
628
629 libata SCSI translation/emulation
630 =================================
631
632 .. kernel-doc:: drivers/ata/libata-scsi.c
633    :export:
634
635 .. kernel-doc:: drivers/ata/libata-scsi.c
636    :internal:
637
638 ATA errors and exceptions
639 =========================
640
641 This chapter tries to identify what error/exception conditions exist for
642 ATA/ATAPI devices and describe how they should be handled in
643 implementation-neutral way.
644
645 The term 'error' is used to describe conditions where either an explicit
646 error condition is reported from device or a command has timed out.
647
648 The term 'exception' is either used to describe exceptional conditions
649 which are not errors (say, power or hotplug events), or to describe both
650 errors and non-error exceptional conditions. Where explicit distinction
651 between error and exception is necessary, the term 'non-error exception'
652 is used.
653
654 Exception categories
655 --------------------
656
657 Exceptions are described primarily with respect to legacy taskfile + bus
658 master IDE interface. If a controller provides other better mechanism
659 for error reporting, mapping those into categories described below
660 shouldn't be difficult.
661
662 In the following sections, two recovery actions - reset and
663 reconfiguring transport - are mentioned. These are described further in
664 `EH recovery actions <#exrec>`__.
665
666 HSM violation
667 ~~~~~~~~~~~~~
668
669 This error is indicated when STATUS value doesn't match HSM requirement
670 during issuing or execution any ATA/ATAPI command.
671
672 -  ATA_STATUS doesn't contain !BSY && DRDY && !DRQ while trying to
673    issue a command.
674
675 -  !BSY && !DRQ during PIO data transfer.
676
677 -  DRQ on command completion.
678
679 -  !BSY && ERR after CDB transfer starts but before the last byte of CDB
680    is transferred. ATA/ATAPI standard states that "The device shall not
681    terminate the PACKET command with an error before the last byte of
682    the command packet has been written" in the error outputs description
683    of PACKET command and the state diagram doesn't include such
684    transitions.
685
686 In these cases, HSM is violated and not much information regarding the
687 error can be acquired from STATUS or ERROR register. IOW, this error can
688 be anything - driver bug, faulty device, controller and/or cable.
689
690 As HSM is violated, reset is necessary to restore known state.
691 Reconfiguring transport for lower speed might be helpful too as
692 transmission errors sometimes cause this kind of errors.
693
694 ATA/ATAPI device error (non-NCQ / non-CHECK CONDITION)
695 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
696
697 These are errors detected and reported by ATA/ATAPI devices indicating
698 device problems. For this type of errors, STATUS and ERROR register
699 values are valid and describe error condition. Note that some of ATA bus
700 errors are detected by ATA/ATAPI devices and reported using the same
701 mechanism as device errors. Those cases are described later in this
702 section.
703
704 For ATA commands, this type of errors are indicated by !BSY && ERR
705 during command execution and on completion.
706
707 For ATAPI commands,
708
709 -  !BSY && ERR && ABRT right after issuing PACKET indicates that PACKET
710    command is not supported and falls in this category.
711
712 -  !BSY && ERR(==CHK) && !ABRT after the last byte of CDB is transferred
713    indicates CHECK CONDITION and doesn't fall in this category.
714
715 -  !BSY && ERR(==CHK) && ABRT after the last byte of CDB is transferred
716    \*probably\* indicates CHECK CONDITION and doesn't fall in this
717    category.
718
719 Of errors detected as above, the following are not ATA/ATAPI device
720 errors but ATA bus errors and should be handled according to
721 `ATA bus error <#excatATAbusErr>`__.
722
723 CRC error during data transfer
724     This is indicated by ICRC bit in the ERROR register and means that
725     corruption occurred during data transfer. Up to ATA/ATAPI-7, the
726     standard specifies that this bit is only applicable to UDMA
727     transfers but ATA/ATAPI-8 draft revision 1f says that the bit may be
728     applicable to multiword DMA and PIO.
729
730 ABRT error during data transfer or on completion
731     Up to ATA/ATAPI-7, the standard specifies that ABRT could be set on
732     ICRC errors and on cases where a device is not able to complete a
733     command. Combined with the fact that MWDMA and PIO transfer errors
734     aren't allowed to use ICRC bit up to ATA/ATAPI-7, it seems to imply
735     that ABRT bit alone could indicate transfer errors.
736
737     However, ATA/ATAPI-8 draft revision 1f removes the part that ICRC
738     errors can turn on ABRT. So, this is kind of gray area. Some
739     heuristics are needed here.
740
741 ATA/ATAPI device errors can be further categorized as follows.
742
743 Media errors
744     This is indicated by UNC bit in the ERROR register. ATA devices
745     reports UNC error only after certain number of retries cannot
746     recover the data, so there's nothing much else to do other than
747     notifying upper layer.
748
749     READ and WRITE commands report CHS or LBA of the first failed sector
750     but ATA/ATAPI standard specifies that the amount of transferred data
751     on error completion is indeterminate, so we cannot assume that
752     sectors preceding the failed sector have been transferred and thus
753     cannot complete those sectors successfully as SCSI does.
754
755 Media changed / media change requested error
756     <<TODO: fill here>>
757
758 Address error
759     This is indicated by IDNF bit in the ERROR register. Report to upper
760     layer.
761
762 Other errors
763     This can be invalid command or parameter indicated by ABRT ERROR bit
764     or some other error condition. Note that ABRT bit can indicate a lot
765     of things including ICRC and Address errors. Heuristics needed.
766
767 Depending on commands, not all STATUS/ERROR bits are applicable. These
768 non-applicable bits are marked with "na" in the output descriptions but
769 up to ATA/ATAPI-7 no definition of "na" can be found. However,
770 ATA/ATAPI-8 draft revision 1f describes "N/A" as follows.
771
772     3.2.3.3a N/A
773         A keyword the indicates a field has no defined value in this
774         standard and should not be checked by the host or device. N/A
775         fields should be cleared to zero.
776
777 So, it seems reasonable to assume that "na" bits are cleared to zero by
778 devices and thus need no explicit masking.
779
780 ATAPI device CHECK CONDITION
781 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
782
783 ATAPI device CHECK CONDITION error is indicated by set CHK bit (ERR bit)
784 in the STATUS register after the last byte of CDB is transferred for a
785 PACKET command. For this kind of errors, sense data should be acquired
786 to gather information regarding the errors. REQUEST SENSE packet command
787 should be used to acquire sense data.
788
789 Once sense data is acquired, this type of errors can be handled
790 similarly to other SCSI errors. Note that sense data may indicate ATA
791 bus error (e.g. Sense Key 04h HARDWARE ERROR && ASC/ASCQ 47h/00h SCSI
792 PARITY ERROR). In such cases, the error should be considered as an ATA
793 bus error and handled according to `ATA bus error <#excatATAbusErr>`__.
794
795 ATA device error (NCQ)
796 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
797
798 NCQ command error is indicated by cleared BSY and set ERR bit during NCQ
799 command phase (one or more NCQ commands outstanding). Although STATUS
800 and ERROR registers will contain valid values describing the error, READ
801 LOG EXT is required to clear the error condition, determine which
802 command has failed and acquire more information.
803
804 READ LOG EXT Log Page 10h reports which tag has failed and taskfile
805 register values describing the error. With this information the failed
806 command can be handled as a normal ATA command error as in
807 `ATA/ATAPI device error (non-NCQ / non-CHECK CONDITION) <#excatDevErr>`__
808 and all other in-flight commands must be retried. Note that this retry
809 should not be counted - it's likely that commands retried this way would
810 have completed normally if it were not for the failed command.
811
812 Note that ATA bus errors can be reported as ATA device NCQ errors. This
813 should be handled as described in `ATA bus error <#excatATAbusErr>`__.
814
815 If READ LOG EXT Log Page 10h fails or reports NQ, we're thoroughly
816 screwed. This condition should be treated according to
817 `HSM violation <#excatHSMviolation>`__.
818
819 ATA bus error
820 ~~~~~~~~~~~~~
821
822 ATA bus error means that data corruption occurred during transmission
823 over ATA bus (SATA or PATA). This type of errors can be indicated by
824
825 -  ICRC or ABRT error as described in
826    `ATA/ATAPI device error (non-NCQ / non-CHECK CONDITION) <#excatDevErr>`__.
827
828 -  Controller-specific error completion with error information
829    indicating transmission error.
830
831 -  On some controllers, command timeout. In this case, there may be a
832    mechanism to determine that the timeout is due to transmission error.
833
834 -  Unknown/random errors, timeouts and all sorts of weirdities.
835
836 As described above, transmission errors can cause wide variety of
837 symptoms ranging from device ICRC error to random device lockup, and,
838 for many cases, there is no way to tell if an error condition is due to
839 transmission error or not; therefore, it's necessary to employ some kind
840 of heuristic when dealing with errors and timeouts. For example,
841 encountering repetitive ABRT errors for known supported command is
842 likely to indicate ATA bus error.
843
844 Once it's determined that ATA bus errors have possibly occurred,
845 lowering ATA bus transmission speed is one of actions which may
846 alleviate the problem. See `Reconfigure transport <#exrecReconf>`__ for
847 more information.
848
849 PCI bus error
850 ~~~~~~~~~~~~~
851
852 Data corruption or other failures during transmission over PCI (or other
853 system bus). For standard BMDMA, this is indicated by Error bit in the
854 BMDMA Status register. This type of errors must be logged as it
855 indicates something is very wrong with the system. Resetting host
856 controller is recommended.
857
858 Late completion
859 ~~~~~~~~~~~~~~~
860
861 This occurs when timeout occurs and the timeout handler finds out that
862 the timed out command has completed successfully or with error. This is
863 usually caused by lost interrupts. This type of errors must be logged.
864 Resetting host controller is recommended.
865
866 Unknown error (timeout)
867 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
868
869 This is when timeout occurs and the command is still processing or the
870 host and device are in unknown state. When this occurs, HSM could be in
871 any valid or invalid state. To bring the device to known state and make
872 it forget about the timed out command, resetting is necessary. The timed
873 out command may be retried.
874
875 Timeouts can also be caused by transmission errors. Refer to
876 `ATA bus error <#excatATAbusErr>`__ for more details.
877
878 Hotplug and power management exceptions
879 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
880
881 <<TODO: fill here>>
882
883 EH recovery actions
884 -------------------
885
886 This section discusses several important recovery actions.
887
888 Clearing error condition
889 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
890
891 Many controllers require its error registers to be cleared by error
892 handler. Different controllers may have different requirements.
893
894 For SATA, it's strongly recommended to clear at least SError register
895 during error handling.
896
897 Reset
898 ~~~~~
899
900 During EH, resetting is necessary in the following cases.
901
902 -  HSM is in unknown or invalid state
903
904 -  HBA is in unknown or invalid state
905
906 -  EH needs to make HBA/device forget about in-flight commands
907
908 -  HBA/device behaves weirdly
909
910 Resetting during EH might be a good idea regardless of error condition
911 to improve EH robustness. Whether to reset both or either one of HBA and
912 device depends on situation but the following scheme is recommended.
913
914 -  When it's known that HBA is in ready state but ATA/ATAPI device is in
915    unknown state, reset only device.
916
917 -  If HBA is in unknown state, reset both HBA and device.
918
919 HBA resetting is implementation specific. For a controller complying to
920 taskfile/BMDMA PCI IDE, stopping active DMA transaction may be
921 sufficient iff BMDMA state is the only HBA context. But even mostly
922 taskfile/BMDMA PCI IDE complying controllers may have implementation
923 specific requirements and mechanism to reset themselves. This must be
924 addressed by specific drivers.
925
926 OTOH, ATA/ATAPI standard describes in detail ways to reset ATA/ATAPI
927 devices.
928
929 PATA hardware reset
930     This is hardware initiated device reset signalled with asserted PATA
931     RESET- signal. There is no standard way to initiate hardware reset
932     from software although some hardware provides registers that allow
933     driver to directly tweak the RESET- signal.
934
935 Software reset
936     This is achieved by turning CONTROL SRST bit on for at least 5us.
937     Both PATA and SATA support it but, in case of SATA, this may require
938     controller-specific support as the second Register FIS to clear SRST
939     should be transmitted while BSY bit is still set. Note that on PATA,
940     this resets both master and slave devices on a channel.
941
942 EXECUTE DEVICE DIAGNOSTIC command
943     Although ATA/ATAPI standard doesn't describe exactly, EDD implies
944     some level of resetting, possibly similar level with software reset.
945     Host-side EDD protocol can be handled with normal command processing
946     and most SATA controllers should be able to handle EDD's just like
947     other commands. As in software reset, EDD affects both devices on a
948     PATA bus.
949
950     Although EDD does reset devices, this doesn't suit error handling as
951     EDD cannot be issued while BSY is set and it's unclear how it will
952     act when device is in unknown/weird state.
953
954 ATAPI DEVICE RESET command
955     This is very similar to software reset except that reset can be
956     restricted to the selected device without affecting the other device
957     sharing the cable.
958
959 SATA phy reset
960     This is the preferred way of resetting a SATA device. In effect,
961     it's identical to PATA hardware reset. Note that this can be done
962     with the standard SCR Control register. As such, it's usually easier
963     to implement than software reset.
964
965 One more thing to consider when resetting devices is that resetting
966 clears certain configuration parameters and they need to be set to their
967 previous or newly adjusted values after reset.
968
969 Parameters affected are.
970
971 -  CHS set up with INITIALIZE DEVICE PARAMETERS (seldom used)
972
973 -  Parameters set with SET FEATURES including transfer mode setting
974
975 -  Block count set with SET MULTIPLE MODE
976
977 -  Other parameters (SET MAX, MEDIA LOCK...)
978
979 ATA/ATAPI standard specifies that some parameters must be maintained
980 across hardware or software reset, but doesn't strictly specify all of
981 them. Always reconfiguring needed parameters after reset is required for
982 robustness. Note that this also applies when resuming from deep sleep
983 (power-off).
984
985 Also, ATA/ATAPI standard requires that IDENTIFY DEVICE / IDENTIFY PACKET
986 DEVICE is issued after any configuration parameter is updated or a
987 hardware reset and the result used for further operation. OS driver is
988 required to implement revalidation mechanism to support this.
989
990 Reconfigure transport
991 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
992
993 For both PATA and SATA, a lot of corners are cut for cheap connectors,
994 cables or controllers and it's quite common to see high transmission
995 error rate. This can be mitigated by lowering transmission speed.
996
997 The following is a possible scheme Jeff Garzik suggested.
998
999     If more than $N (3?) transmission errors happen in 15 minutes,
1000
1001     -  if SATA, decrease SATA PHY speed. if speed cannot be decreased,
1002
1003     -  decrease UDMA xfer speed. if at UDMA0, switch to PIO4,
1004
1005     -  decrease PIO xfer speed. if at PIO3, complain, but continue
1006
1007 ata_piix Internals
1008 ===================
1009
1010 .. kernel-doc:: drivers/ata/ata_piix.c
1011    :internal:
1012
1013 sata_sil Internals
1014 ===================
1015
1016 .. kernel-doc:: drivers/ata/sata_sil.c
1017    :internal:
1018
1019 Thanks
1020 ======
1021
1022 The bulk of the ATA knowledge comes thanks to long conversations with
1023 Andre Hedrick (www.linux-ide.org), and long hours pondering the ATA and
1024 SCSI specifications.
1025
1026 Thanks to Alan Cox for pointing out similarities between SATA and SCSI,
1027 and in general for motivation to hack on libata.
1028
1029 libata's device detection method, ata_pio_devchk, and in general all
1030 the early probing was based on extensive study of Hale Landis's
1031 probe/reset code in his ATADRVR driver (www.ata-atapi.com).