Update to 3.4-final.
[linux-flexiantxendom0-3.2.10.git] / Documentation / networking / stmmac.txt
1        STMicroelectronics 10/100/1000 Synopsys Ethernet driver
2
3 Copyright (C) 2007-2010  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 3.60a (and older) and DWC Ether MAC 10/100
14 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         tx_coe: Enable/Disable Tx Checksum Offload engine;
33         watchdog: transmit timeout (in milliseconds);
34         flow_ctrl: Flow control ability [on/off];
35         pause: Flow Control Pause Time;
36         tmrate: timer period (only if timer optimisation is configured).
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 to be
58 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) Timer-Driver Interrupt
64 Instead of having the device that asynchronously notifies the frame receptions, the
65 driver configures a timer to generate an interrupt at regular intervals.
66 Based on the granularity of the timer, the frames that are received by the device
67 will experience different levels of latency. Some NICs have dedicated timer
68 device to perform this task. STMMAC can use either the RTC device or the TMU
69 channel 2  on STLinux platforms.
70 The timers frequency can be passed to the driver as parameter; when change it,
71 take care of both hardware capability and network stability/performance impact.
72 Several performance tests on STM platforms showed this optimisation allows to spare
73 the CPU while having the maximum throughput.
74
75 4.4) WOL
76 Wake up on Lan feature through Magic and Unicast frames are supported for the GMAC
77 core.
78
79 4.5) DMA descriptors
80 Driver handles both normal and enhanced descriptors. The latter has been only
81 tested on DWC Ether MAC 10/100/1000 Universal version 3.41a and later.
82
83 STMMAC supports DMA descriptor to operate both in dual buffer (RING)
84 and linked-list(CHAINED) mode. In RING each descriptor points to two
85 data buffer pointers whereas in CHAINED mode they point to only one data
86 buffer pointer. RING mode is the default.
87
88 In CHAINED mode each descriptor will have pointer to next descriptor in
89 the list, hence creating the explicit chaining in the descriptor itself,
90 whereas such explicit chaining is not possible in RING mode.
91
92 4.6) Ethtool support
93 Ethtool is supported. Driver statistics and internal errors can be taken using:
94 ethtool -S ethX command. It is possible to dump registers etc.
95
96 4.7) Jumbo and Segmentation Offloading
97 Jumbo frames are supported and tested for the GMAC.
98 The GSO has been also added but it's performed in software.
99 LRO is not supported.
100
101 4.8) Physical
102 The driver is compatible with PAL to work with PHY and GPHY devices.
103
104 4.9) Platform information
105 Several driver's information can be passed through the platform
106 These are included in the include/linux/stmmac.h header file
107 and detailed below as well:
108
109  struct plat_stmmacenet_data {
110         int bus_id;
111         int phy_addr;
112         int interface;
113         struct stmmac_mdio_bus_data *mdio_bus_data;
114         int pbl;
115         int clk_csr;
116         int has_gmac;
117         int enh_desc;
118         int tx_coe;
119         int bugged_jumbo;
120         int pmt;
121         int force_sf_dma_mode;
122         void (*fix_mac_speed)(void *priv, unsigned int speed);
123         void (*bus_setup)(void __iomem *ioaddr);
124         int (*init)(struct platform_device *pdev);
125         void (*exit)(struct platform_device *pdev);
126         void *bsp_priv;
127  };
128
129 Where:
130  o bus_id: bus identifier.
131  o phy_addr: the physical address can be passed from the platform.
132             If it is set to -1 the driver will automatically
133             detect it at run-time by probing all the 32 addresses.
134  o interface: PHY device's interface.
135  o mdio_bus_data: specific platform fields for the MDIO bus.
136  o pbl: the Programmable Burst Length is maximum number of beats to
137        be transferred in one DMA transaction.
138        GMAC also enables the 4xPBL by default.
139  o clk_csr: CSR Clock range selection.
140  o has_gmac: uses the GMAC core.
141  o enh_desc: if sets the MAC will use the enhanced descriptor structure.
142  o tx_coe: core is able to perform the tx csum in HW.
143  o bugged_jumbo: some HWs are not able to perform the csum in HW for
144                 over-sized frames due to limited buffer sizes.
145                 Setting this flag the csum will be done in SW on
146                 JUMBO frames.
147  o pmt: core has the embedded power module (optional).
148  o force_sf_dma_mode: force DMA to use the Store and Forward mode
149                      instead of the Threshold.
150  o fix_mac_speed: this callback is used for modifying some syscfg registers
151                  (on ST SoCs) according to the link speed negotiated by the
152                  physical layer .
153  o bus_setup: perform HW setup of the bus. For example, on some ST platforms
154              this field is used to configure the AMBA  bridge to generate more
155              efficient STBus traffic.
156  o init/exit: callbacks used for calling a custom initialisation;
157              this is sometime necessary on some platforms (e.g. ST boxes)
158              where the HW needs to have set some PIO lines or system cfg
159              registers.
160  o custom_cfg: this is a custom configuration that can be passed while
161               initialising the resources.
162
163 The we have:
164
165  struct stmmac_mdio_bus_data {
166         int bus_id;
167         int (*phy_reset)(void *priv);
168         unsigned int phy_mask;
169         int *irqs;
170         int probed_phy_irq;
171  };
172
173 Where:
174  o bus_id: bus identifier;
175  o phy_reset: hook to reset the phy device attached to the bus.
176  o phy_mask: phy mask passed when register the MDIO bus within the driver.
177  o irqs: list of IRQs, one per PHY.
178  o probed_phy_irq: if irqs is NULL, use this for probed PHY.
179
180 Below an example how the structures above are using on ST platforms.
181
182  static struct plat_stmmacenet_data stxYYY_ethernet_platform_data = {
183         .pbl = 32,
184         .has_gmac = 0,
185         .enh_desc = 0,
186         .fix_mac_speed = stxYYY_ethernet_fix_mac_speed,
187                                 |
188                                 |-> to write an internal syscfg
189                                 |   on this platform when the
190                                 |   link speed changes from 10 to
191                                 |   100 and viceversa
192         .init = &stmmac_claim_resource,
193                                 |
194                                 |-> On ST SoC this calls own "PAD"
195                                 |   manager framework to claim
196                                 |   all the resources necessary
197                                 |   (GPIO ...). The .custom_cfg field
198                                 |   is used to pass a custom config.
199 };
200
201 Below the usage of the stmmac_mdio_bus_data: on this SoC, in fact,
202 there are two MAC cores: one MAC is for MDIO Bus/PHY emulation
203 with fixed_link support.
204
205 static struct stmmac_mdio_bus_data stmmac1_mdio_bus = {
206         .bus_id = 1,
207                 |
208                 |-> phy device on the bus_id 1
209         .phy_reset = phy_reset;
210                 |
211                 |-> function to provide the phy_reset on this board
212         .phy_mask = 0,
213 };
214
215 static struct fixed_phy_status stmmac0_fixed_phy_status = {
216         .link = 1,
217         .speed = 100,
218         .duplex = 1,
219 };
220
221 During the board's device_init we can configure the first
222 MAC for fixed_link by calling:
223   fixed_phy_add(PHY_POLL, 1, &stmmac0_fixed_phy_status));)
224 and the second one, with a real PHY device attached to the bus,
225 by using the stmmac_mdio_bus_data structure (to provide the id, the
226 reset procedure etc).
227
228 4.10) List of source files:
229  o Kconfig
230  o Makefile
231  o stmmac_main.c: main network device driver;
232  o stmmac_mdio.c: mdio functions;
233  o stmmac_ethtool.c: ethtool support;
234  o stmmac_timer.[ch]: timer code used for mitigating the driver dma interrupts
235                       Only tested on ST40 platforms based.
236  o stmmac.h: private driver structure;
237  o common.h: common definitions and VFTs;
238  o descs.h: descriptor structure definitions;
239  o dwmac1000_core.c: GMAC core functions;
240  o dwmac1000_dma.c:  dma functions for the GMAC chip;
241  o dwmac1000.h: specific header file for the GMAC;
242  o dwmac100_core: MAC 100 core and dma code;
243  o dwmac100_dma.c: dma funtions for the MAC chip;
244  o dwmac1000.h: specific header file for the MAC;
245  o dwmac_lib.c: generic DMA functions shared among chips
246  o enh_desc.c: functions for handling enhanced descriptors
247  o norm_desc.c: functions for handling normal descriptors
248
249 5) Debug Information
250
251 The driver exports many information i.e. internal statistics,
252 debug information, MAC and DMA registers etc.
253
254 These can be read in several ways depending on the
255 type of the information actually needed.
256
257 For example a user can be use the ethtool support
258 to get statistics: e.g. using: ethtool -S ethX
259 (that shows the Management counters (MMC) if supported)
260 or sees the MAC/DMA registers: e.g. using: ethtool -d ethX
261
262 Compiling the Kernel with CONFIG_DEBUG_FS and enabling the
263 STMMAC_DEBUG_FS option the driver will export the following
264 debugfs entries:
265
266 /sys/kernel/debug/stmmaceth/descriptors_status
267   To show the DMA TX/RX descriptor rings
268
269 Developer can also use the "debug" module parameter to get
270 further debug information.
271
272 In the end, there are other macros (that cannot be enabled
273 via menuconfig) to turn-on the RX/TX DMA debugging,
274 specific MAC core debug printk etc. Others to enable the
275 debug in the TX and RX processes.
276 All these are only useful during the developing stage
277 and should never enabled inside the code for general usage.
278 In fact, these can generate an huge amount of debug messages.
279
280 6) TODO:
281  o XGMAC is not supported.
282  o Add the EEE - Energy Efficient Ethernet
283  o Add the PTP - precision time protocol