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[karo-tx-linux.git] / Documentation / arm64 / arm-acpi.txt
1 ACPI on ARMv8 Servers
2 ---------------------
3 ACPI can be used for ARMv8 general purpose servers designed to follow
4 the ARM SBSA (Server Base System Architecture) [0] and SBBR (Server
5 Base Boot Requirements) [1] specifications.  Please note that the SBBR
6 can be retrieved simply by visiting [1], but the SBSA is currently only
7 available to those with an ARM login due to ARM IP licensing concerns.
8
9 The ARMv8 kernel implements the reduced hardware model of ACPI version
10 5.1 or later.  Links to the specification and all external documents
11 it refers to are managed by the UEFI Forum.  The specification is
12 available at http://www.uefi.org/specifications and documents referenced
13 by the specification can be found via http://www.uefi.org/acpi.
14
15 If an ARMv8 system does not meet the requirements of the SBSA and SBBR,
16 or cannot be described using the mechanisms defined in the required ACPI
17 specifications, then ACPI may not be a good fit for the hardware.
18
19 While the documents mentioned above set out the requirements for building
20 industry-standard ARMv8 servers, they also apply to more than one operating
21 system.  The purpose of this document is to describe the interaction between
22 ACPI and Linux only, on an ARMv8 system -- that is, what Linux expects of
23 ACPI and what ACPI can expect of Linux.
24
25
26 Why ACPI on ARM?
27 ----------------
28 Before examining the details of the interface between ACPI and Linux, it is
29 useful to understand why ACPI is being used.  Several technologies already
30 exist in Linux for describing non-enumerable hardware, after all.  In this
31 section we summarize a blog post [2] from Grant Likely that outlines the
32 reasoning behind ACPI on ARMv8 servers.  Actually, we snitch a good portion
33 of the summary text almost directly, to be honest.
34
35 The short form of the rationale for ACPI on ARM is:
36
37 -- ACPI’s bytecode (AML) allows the platform to encode hardware behavior,
38    while DT explicitly does not support this.  For hardware vendors, being
39    able to encode behavior is a key tool used in supporting operating
40    system releases on new hardware.
41
42 -- ACPI’s OSPM defines a power management model that constrains what the
43    platform is allowed to do into a specific model, while still providing
44    flexibility in hardware design.
45
46 -- In the enterprise server environment, ACPI has established bindings (such
47    as for RAS) which are currently used in production systems.  DT does not.
48    Such bindings could be defined in DT at some point, but doing so means ARM
49    and x86 would end up using completely different code paths in both firmware
50    and the kernel.
51
52 -- Choosing a single interface to describe the abstraction between a platform
53    and an OS is important.  Hardware vendors would not be required to implement
54    both DT and ACPI if they want to support multiple operating systems.  And,
55    agreeing on a single interface instead of being fragmented into per OS
56    interfaces makes for better interoperability overall.
57
58 -- The new ACPI governance process works well and Linux is now at the same
59    table as hardware vendors and other OS vendors.  In fact, there is no
60    longer any reason to feel that ACPI is only belongs to Windows or that
61    Linux is in any way secondary to Microsoft in this arena.  The move of
62    ACPI governance into the UEFI forum has significantly opened up the
63    specification development process, and currently, a large portion of the
64    changes being made to ACPI is being driven by Linux.
65
66 Key to the use of ACPI is the support model.  For servers in general, the
67 responsibility for hardware behaviour cannot solely be the domain of the
68 kernel, but rather must be split between the platform and the kernel, in
69 order to allow for orderly change over time.  ACPI frees the OS from needing
70 to understand all the minute details of the hardware so that the OS doesn’t
71 need to be ported to each and every device individually.  It allows the
72 hardware vendors to take responsibility for power management behaviour without
73 depending on an OS release cycle which is not under their control.
74
75 ACPI is also important because hardware and OS vendors have already worked
76 out the mechanisms for supporting a general purpose computing ecosystem.  The
77 infrastructure is in place, the bindings are in place, and the processes are
78 in place.  DT does exactly what Linux needs it to when working with vertically
79 integrated devices, but there are no good processes for supporting what the
80 server vendors need.  Linux could potentially get there with DT, but doing so
81 really just duplicates something that already works.  ACPI already does what
82 the hardware vendors need, Microsoft won’t collaborate on DT, and hardware
83 vendors would still end up providing two completely separate firmware
84 interfaces -- one for Linux and one for Windows.
85
86
87 Kernel Compatibility
88 --------------------
89 One of the primary motivations for ACPI is standardization, and using that
90 to provide backward compatibility for Linux kernels.  In the server market,
91 software and hardware are often used for long periods.  ACPI allows the
92 kernel and firmware to agree on a consistent abstraction that can be
93 maintained over time, even as hardware or software change.  As long as the
94 abstraction is supported, systems can be updated without necessarily having
95 to replace the kernel.
96
97 When a Linux driver or subsystem is first implemented using ACPI, it by
98 definition ends up requiring a specific version of the ACPI specification
99 -- it's baseline.  ACPI firmware must continue to work, even though it may
100 not be optimal, with the earliest kernel version that first provides support
101 for that baseline version of ACPI.  There may be a need for additional drivers,
102 but adding new functionality (e.g., CPU power management) should not break
103 older kernel versions.  Further, ACPI firmware must also work with the most
104 recent version of the kernel.
105
106
107 Relationship with Device Tree
108 -----------------------------
109 ACPI support in drivers and subsystems for ARMv8 should never be mutually
110 exclusive with DT support at compile time.
111
112 At boot time the kernel will only use one description method depending on
113 parameters passed from the bootloader (including kernel bootargs).
114
115 Regardless of whether DT or ACPI is used, the kernel must always be capable
116 of booting with either scheme (in kernels with both schemes enabled at compile
117 time).
118
119
120 Booting using ACPI tables
121 -------------------------
122 The only defined method for passing ACPI tables to the kernel on ARMv8
123 is via the UEFI system configuration table.  Just so it is explicit, this
124 means that ACPI is only supported on platforms that boot via UEFI.
125
126 When an ARMv8 system boots, it can either have DT information, ACPI tables,
127 or in some very unusual cases, both.  If no command line parameters are used,
128 the kernel will try to use DT for device enumeration; if there is no DT
129 present, the kernel will try to use ACPI tables, but only if they are present.
130 In neither is available, the kernel will not boot.  If acpi=force is used
131 on the command line, the kernel will attempt to use ACPI tables first, but
132 fall back to DT if there are no ACPI tables present.  The basic idea is that
133 the kernel will not fail to boot unless it absolutely has no other choice.
134
135 Processing of ACPI tables may be disabled by passing acpi=off on the kernel
136 command line; this is the default behavior.
137
138 In order for the kernel to load and use ACPI tables, the UEFI implementation
139 MUST set the ACPI_20_TABLE_GUID to point to the RSDP table (the table with
140 the ACPI signature "RSD PTR ").  If this pointer is incorrect and acpi=force
141 is used, the kernel will disable ACPI and try to use DT to boot instead; the
142 kernel has, in effect, determined that ACPI tables are not present at that
143 point.
144
145 If the pointer to the RSDP table is correct, the table will be mapped into
146 the kernel by the ACPI core, using the address provided by UEFI.
147
148 The ACPI core will then locate and map in all other ACPI tables provided by
149 using the addresses in the RSDP table to find the XSDT (eXtended System
150 Description Table).  The XSDT in turn provides the addresses to all other
151 ACPI tables provided by the system firmware; the ACPI core will then traverse
152 this table and map in the tables listed.
153
154 The ACPI core will ignore any provided RSDT (Root System Description Table).
155 RSDTs have been deprecated and are ignored on arm64 since they only allow
156 for 32-bit addresses.
157
158 Further, the ACPI core will only use the 64-bit address fields in the FADT
159 (Fixed ACPI Description Table).  Any 32-bit address fields in the FADT will
160 be ignored on arm64.
161
162 Hardware reduced mode (see Section 4.1 of the ACPI 5.1 specification) will
163 be enforced by the ACPI core on arm64.  Doing so allows the ACPI core to
164 run less complex code since it no longer has to provide support for legacy
165 hardware from other architectures.  Any fields that are not to be used for
166 hardware reduced mode must be set to zero.
167
168 For the ACPI core to operate properly, and in turn provide the information
169 the kernel needs to configure devices, it expects to find the following
170 tables (all section numbers refer to the ACPI 5.1 specfication):
171
172     -- RSDP (Root System Description Pointer), section 5.2.5
173
174     -- XSDT (eXtended System Description Table), section 5.2.8
175
176     -- FADT (Fixed ACPI Description Table), section 5.2.9
177
178     -- DSDT (Differentiated System Description Table), section
179        5.2.11.1
180
181     -- MADT (Multiple APIC Description Table), section 5.2.12
182
183     -- GTDT (Generic Timer Description Table), section 5.2.24
184
185     -- If PCI is supported, the MCFG (Memory mapped ConFiGuration
186        Table), section 5.2.6, specifically Table 5-31.
187
188 If the above tables are not all present, the kernel may or may not be
189 able to boot properly since it may not be able to configure all of the
190 devices available.
191
192
193 ACPI Detection
194 --------------
195 Drivers should determine their probe() type by checking for a null
196 value for ACPI_HANDLE, or checking .of_node, or other information in
197 the device structure.  This is detailed further in the "Driver
198 Recommendations" section.
199
200 In non-driver code, if the presence of ACPI needs to be detected at
201 runtime, then check the value of acpi_disabled. If CONFIG_ACPI is not
202 set, acpi_disabled will always be 1.
203
204
205 Device Enumeration
206 ------------------
207 Device descriptions in ACPI should use standard recognized ACPI interfaces.
208 These may contain less information than is typically provided via a Device
209 Tree description for the same device.  This is also one of the reasons that
210 ACPI can be useful -- the driver takes into account that it may have less
211 detailed information about the device and uses sensible defaults instead.
212 If done properly in the driver, the hardware can change and improve over
213 time without the driver having to change at all.
214
215 Clocks provide an excellent example.  In DT, clocks need to be specified
216 and the drivers need to take them into account.  In ACPI, the assumption
217 is that UEFI will leave the device in a reasonable default state, including
218 any clock settings.  If for some reason the driver needs to change a clock
219 value, this can be done in an ACPI method; all the driver needs to do is
220 invoke the method and not concern itself with what the method needs to do
221 to change the clock.  Changing the hardware can then take place over time
222 by changing what the ACPI method does, and not the driver.
223
224 In DT, the parameters needed by the driver to set up clocks as in the example
225 above are known as "bindings"; in ACPI, these are known as "Device Properties"
226 and provided to a driver via the _DSD object.
227
228 ACPI tables are described with a formal language called ASL, the ACPI
229 Source Language (section 19 of the specification).  This means that there
230 are always multiple ways to describe the same thing -- including device
231 properties.  For example, device properties could use an ASL construct
232 that looks like this: Name(KEY0, "value0").  An ACPI device driver would
233 then retrieve the value of the property by evaluating the KEY0 object.
234 However, using Name() this way has multiple problems: (1) ACPI limits
235 names ("KEY0") to four characters unlike DT; (2) there is no industry
236 wide registry that maintains a list of names, minimzing re-use; (3)
237 there is also no registry for the definition of property values ("value0"),
238 again making re-use difficult; and (4) how does one maintain backward
239 compatibility as new hardware comes out?  The _DSD method was created
240 to solve precisely these sorts of problems; Linux drivers should ALWAYS
241 use the _DSD method for device properties and nothing else.
242
243 The _DSM object (ACPI Section 9.14.1) could also be used for conveying
244 device properties to a driver.  Linux drivers should only expect it to
245 be used if _DSD cannot represent the data required, and there is no way
246 to create a new UUID for the _DSD object.  Note that there is even less
247 regulation of the use of _DSM than there is of _DSD.  Drivers that depend
248 on the contents of _DSM objects will be more difficult to maintain over
249 time because of this; as of this writing, the use of _DSM is the cause
250 of quite a few firmware problems and is not recommended.
251
252 Drivers should look for device properties in the _DSD object ONLY; the _DSD
253 object is described in the ACPI specification section 6.2.5, but this only
254 describes how to define the structure of an object returned via _DSD, and
255 how specific data structures are defined by specific UUIDs.  Linux should
256 only use the _DSD Device Properties UUID [5]:
257
258    -- UUID: daffd814-6eba-4d8c-8a91-bc9bbf4aa301
259
260    -- http://www.uefi.org/sites/default/files/resources/_DSD-device-properties-UUID.pdf
261
262 The UEFI Forum provides a mechanism for registering device properties [4]
263 so that they may be used across all operating systems supporting ACPI.
264 Device properties that have not been registered with the UEFI Forum should
265 not be used.
266
267 Before creating new device properties, check to be sure that they have not
268 been defined before and either registered in the Linux kernel documentation
269 as DT bindings, or the UEFI Forum as device properties.  While we do not want
270 to simply move all DT bindings into ACPI device properties, we can learn from
271 what has been previously defined.
272
273 If it is necessary to define a new device property, or if it makes sense to
274 synthesize the definition of a binding so it can be used in any firmware,
275 both DT bindings and ACPI device properties for device drivers have review
276 processes.  Use them both.  When the driver itself is submitted for review
277 to the Linux mailing lists, the device property definitions needed must be
278 submitted at the same time.  A driver that supports ACPI and uses device
279 properties will not be considered complete without their definitions.  Once
280 the device property has been accepted by the Linux community, it must be
281 registered with the UEFI Forum [4], which will review it again for consistency
282 within the registry.  This may require iteration.  The UEFI Forum, though,
283 will always be the canonical site for device property definitions.
284
285 It may make sense to provide notice to the UEFI Forum that there is the
286 intent to register a previously unused device property name as a means of
287 reserving the name for later use.  Other operating system vendors will
288 also be submitting registration requests and this may help smooth the
289 process.
290
291 Once registration and review have been completed, the kernel provides an
292 interface for looking up device properties in a manner independent of
293 whether DT or ACPI is being used.  This API should be used [6]; it can
294 eliminate some duplication of code paths in driver probing functions and
295 discourage divergence between DT bindings and ACPI device properties.
296
297
298 Programmable Power Control Resources
299 ------------------------------------
300 Programmable power control resources include such resources as voltage/current
301 providers (regulators) and clock sources.
302
303 With ACPI, the kernel clock and regulator framework is not expected to be used
304 at all.
305
306 The kernel assumes that power control of these resources is represented with
307 Power Resource Objects (ACPI section 7.1).  The ACPI core will then handle
308 correctly enabling and disabling resources as they are needed.  In order to
309 get that to work, ACPI assumes each device has defined D-states and that these
310 can be controlled through the optional ACPI methods _PS0, _PS1, _PS2, and _PS3;
311 in ACPI, _PS0 is the method to invoke to turn a device full on, and _PS3 is for
312 turning a device full off.
313
314 There are two options for using those Power Resources.  They can:
315
316    -- be managed in a _PSx method which gets called on entry to power
317       state Dx.
318
319    -- be declared separately as power resources with their own _ON and _OFF
320       methods.  They are then tied back to D-states for a particular device
321       via _PRx which specifies which power resources a device needs to be on
322       while in Dx.  Kernel then tracks number of devices using a power resource
323       and calls _ON/_OFF as needed.
324
325 The kernel ACPI code will also assume that the _PSx methods follow the normal
326 ACPI rules for such methods:
327
328    -- If either _PS0 or _PS3 is implemented, then the other method must also
329       be implemented.
330
331    -- If a device requires usage or setup of a power resource when on, the ASL
332       should organize that it is allocated/enabled using the _PS0 method.
333
334    -- Resources allocated or enabled in the _PS0 method should be disabled
335       or de-allocated in the _PS3 method.
336
337    -- Firmware will leave the resources in a reasonable state before handing
338       over control to the kernel.
339
340 Such code in _PSx methods will of course be very platform specific.  But,
341 this allows the driver to abstract out the interface for operating the device
342 and avoid having to read special non-standard values from ACPI tables. Further,
343 abstracting the use of these resources allows the hardware to change over time
344 without requiring updates to the driver.
345
346
347 Clocks
348 ------
349 ACPI makes the assumption that clocks are initialized by the firmware --
350 UEFI, in this case -- to some working value before control is handed over
351 to the kernel.  This has implications for devices such as UARTs, or SoC-driven
352 LCD displays, for example.
353
354 When the kernel boots, the clocks are assumed to be set to reasonable
355 working values.  If for some reason the frequency needs to change -- e.g.,
356 throttling for power management -- the device driver should expect that
357 process to be abstracted out into some ACPI method that can be invoked
358 (please see the ACPI specification for further recommendations on standard
359 methods to be expected).  The only exceptions to this are CPU clocks where
360 CPPC provides a much richer interface than ACPI methods.  If the clocks
361 are not set, there is no direct way for Linux to control them.
362
363 If an SoC vendor wants to provide fine-grained control of the system clocks,
364 they could do so by providing ACPI methods that could be invoked by Linux
365 drivers.  However, this is NOT recommended and Linux drivers should NOT use
366 such methods, even if they are provided.  Such methods are not currently
367 standardized in the ACPI specification, and using them could tie a kernel
368 to a very specific SoC, or tie an SoC to a very specific version of the
369 kernel, both of which we are trying to avoid.
370
371
372 Driver Recommendations
373 ----------------------
374 DO NOT remove any DT handling when adding ACPI support for a driver.  The
375 same device may be used on many different systems.
376
377 DO try to structure the driver so that it is data-driven.  That is, set up
378 a struct containing internal per-device state based on defaults and whatever
379 else must be discovered by the driver probe function.  Then, have the rest
380 of the driver operate off of the contents of that struct.  Doing so should
381 allow most divergence between ACPI and DT functionality to be kept local to
382 the probe function instead of being scattered throughout the driver.  For
383 example:
384
385 static int device_probe_dt(struct platform_device *pdev)
386 {
387        /* DT specific functionality */
388        ...
389 }
390
391 static int device_probe_acpi(struct platform_device *pdev)
392 {
393        /* ACPI specific functionality */
394        ...
395 }
396
397 static int device_probe(struct platform_device *pdev)
398 {
399        ...
400        struct device_node node = pdev->dev.of_node;
401        ...
402
403        if (node)
404                ret = device_probe_dt(pdev);
405        else if (ACPI_HANDLE(&pdev->dev))
406                ret = device_probe_acpi(pdev);
407        else
408                /* other initialization */
409                ...
410        /* Continue with any generic probe operations */
411        ...
412 }
413
414 DO keep the MODULE_DEVICE_TABLE entries together in the driver to make it
415 clear the different names the driver is probed for, both from DT and from
416 ACPI:
417
418 static struct of_device_id virtio_mmio_match[] = {
419         { .compatible = "virtio,mmio", },
420         { }
421 };
422 MODULE_DEVICE_TABLE(of, virtio_mmio_match);
423
424 static const struct acpi_device_id virtio_mmio_acpi_match[] = {
425         { "LNRO0005", },
426         { }
427 };
428 MODULE_DEVICE_TABLE(acpi, virtio_mmio_acpi_match);
429
430
431 ASWG
432 ----
433 The ACPI specification changes regularly.  During the year 2014, for instance,
434 version 5.1 was released and version 6.0 substantially completed, with most of
435 the changes being driven by ARM-specific requirements.  Proposed changes are
436 presented and discussed in the ASWG (ACPI Specification Working Group) which
437 is a part of the UEFI Forum.
438
439 Participation in this group is open to all UEFI members.  Please see
440 http://www.uefi.org/workinggroup for details on group membership.
441
442 It is the intent of the ARMv8 ACPI kernel code to follow the ACPI specification
443 as closely as possible, and to only implement functionality that complies with
444 the released standards from UEFI ASWG.  As a practical matter, there will be
445 vendors that provide bad ACPI tables or violate the standards in some way.
446 If this is because of errors, quirks and fixups may be necessary, but will
447 be avoided if possible.  If there are features missing from ACPI that preclude
448 it from being used on a platform, ECRs (Engineering Change Requests) should be
449 submitted to ASWG and go through the normal approval process; for those that
450 are not UEFI members, many other members of the Linux community are and would
451 likely be willing to assist in submitting ECRs.
452
453
454 Linux Code
455 ----------
456 Individual items specific to Linux on ARM, contained in the the Linux
457 source code, are in the list that follows:
458
459 ACPI_OS_NAME           This macro defines the string to be returned when
460                        an ACPI method invokes the _OS method.  On ARM64
461                        systems, this macro will be "Linux" by default.
462                        The command line parameter acpi_os=<string>
463                        can be used to set it to some other value.  The
464                        default value for other architectures is "Microsoft
465                        Windows NT", for example.
466
467 ACPI Objects
468 ------------
469 Detailed expectations for ACPI tables and object are listed in the file
470 Documentation/arm64/acpi_object_usage.txt.
471
472
473 References
474 ----------
475 [0] http://silver.arm.com -- document ARM-DEN-0029, or newer
476     "Server Base System Architecture", version 2.3, dated 27 Mar 2014
477
478 [1] http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.den0044a/Server_Base_Boot_Requirements.pdf
479     Document ARM-DEN-0044A, or newer: "Server Base Boot Requirements, System
480     Software on ARM Platforms", dated 16 Aug 2014
481
482 [2] http://www.secretlab.ca/archives/151, 10 Jan 2015, Copyright (c) 2015,
483     Linaro Ltd., written by Grant Likely.  A copy of the verbatim text (apart
484     from formatting) is also in Documentation/arm64/why_use_acpi.txt.
485
486 [3] AMD ACPI for Seattle platform documentation:
487     http://amd-dev.wpengine.netdna-cdn.com/wordpress/media/2012/10/Seattle_ACPI_Guide.pdf
488
489 [4] http://www.uefi.org/acpi -- please see the link for the "ACPI _DSD Device
490     Property Registry Instructions"
491
492 [5] http://www.uefi.org/acpi -- please see the link for the "_DSD (Device
493     Specific Data) Implementation Guide"
494
495 [6] Kernel code for the unified device property interface can be found in
496     include/linux/property.h and drivers/base/property.c.
497
498
499 Authors
500 -------
501 Al Stone <al.stone@linaro.org>
502 Graeme Gregory <graeme.gregory@linaro.org>
503 Hanjun Guo <hanjun.guo@linaro.org>
504
505 Grant Likely <grant.likely@linaro.org>, for the "Why ACPI on ARM?" section