locking/lockdep: Remove unnecessary unlikely()
[linux-2.6-microblaze.git] / Documentation / driver-api / usb / power-management.rst
1 .. _usb-power-management:
2
3 Power Management for USB
4 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
5
6 :Author: Alan Stern <stern@rowland.harvard.edu>
7 :Date: Last-updated: February 2014
8
9 ..
10         Contents:
11         ---------
12         * What is Power Management?
13         * What is Remote Wakeup?
14         * When is a USB device idle?
15         * Forms of dynamic PM
16         * The user interface for dynamic PM
17         * Changing the default idle-delay time
18         * Warnings
19         * The driver interface for Power Management
20         * The driver interface for autosuspend and autoresume
21         * Other parts of the driver interface
22         * Mutual exclusion
23         * Interaction between dynamic PM and system PM
24         * xHCI hardware link PM
25         * USB Port Power Control
26         * User Interface for Port Power Control
27         * Suggested Userspace Port Power Policy
28
29
30 What is Power Management?
31 -------------------------
32
33 Power Management (PM) is the practice of saving energy by suspending
34 parts of a computer system when they aren't being used.  While a
35 component is ``suspended`` it is in a nonfunctional low-power state; it
36 might even be turned off completely.  A suspended component can be
37 ``resumed`` (returned to a functional full-power state) when the kernel
38 needs to use it.  (There also are forms of PM in which components are
39 placed in a less functional but still usable state instead of being
40 suspended; an example would be reducing the CPU's clock rate.  This
41 document will not discuss those other forms.)
42
43 When the parts being suspended include the CPU and most of the rest of
44 the system, we speak of it as a "system suspend".  When a particular
45 device is turned off while the system as a whole remains running, we
46 call it a "dynamic suspend" (also known as a "runtime suspend" or
47 "selective suspend").  This document concentrates mostly on how
48 dynamic PM is implemented in the USB subsystem, although system PM is
49 covered to some extent (see ``Documentation/power/*.txt`` for more
50 information about system PM).
51
52 System PM support is present only if the kernel was built with
53 ``CONFIG_SUSPEND`` or ``CONFIG_HIBERNATION`` enabled.  Dynamic PM support
54
55 for USB is present whenever
56 the kernel was built with ``CONFIG_PM`` enabled.
57
58 [Historically, dynamic PM support for USB was present only if the
59 kernel had been built with ``CONFIG_USB_SUSPEND`` enabled (which depended on
60 ``CONFIG_PM_RUNTIME``).  Starting with the 3.10 kernel release, dynamic PM
61 support for USB was present whenever the kernel was built with
62 ``CONFIG_PM_RUNTIME`` enabled.  The ``CONFIG_USB_SUSPEND`` option had been
63 eliminated.]
64
65
66 What is Remote Wakeup?
67 ----------------------
68
69 When a device has been suspended, it generally doesn't resume until
70 the computer tells it to.  Likewise, if the entire computer has been
71 suspended, it generally doesn't resume until the user tells it to, say
72 by pressing a power button or opening the cover.
73
74 However some devices have the capability of resuming by themselves, or
75 asking the kernel to resume them, or even telling the entire computer
76 to resume.  This capability goes by several names such as "Wake On
77 LAN"; we will refer to it generically as "remote wakeup".  When a
78 device is enabled for remote wakeup and it is suspended, it may resume
79 itself (or send a request to be resumed) in response to some external
80 event.  Examples include a suspended keyboard resuming when a key is
81 pressed, or a suspended USB hub resuming when a device is plugged in.
82
83
84 When is a USB device idle?
85 --------------------------
86
87 A device is idle whenever the kernel thinks it's not busy doing
88 anything important and thus is a candidate for being suspended.  The
89 exact definition depends on the device's driver; drivers are allowed
90 to declare that a device isn't idle even when there's no actual
91 communication taking place.  (For example, a hub isn't considered idle
92 unless all the devices plugged into that hub are already suspended.)
93 In addition, a device isn't considered idle so long as a program keeps
94 its usbfs file open, whether or not any I/O is going on.
95
96 If a USB device has no driver, its usbfs file isn't open, and it isn't
97 being accessed through sysfs, then it definitely is idle.
98
99
100 Forms of dynamic PM
101 -------------------
102
103 Dynamic suspends occur when the kernel decides to suspend an idle
104 device.  This is called ``autosuspend`` for short.  In general, a device
105 won't be autosuspended unless it has been idle for some minimum period
106 of time, the so-called idle-delay time.
107
108 Of course, nothing the kernel does on its own initiative should
109 prevent the computer or its devices from working properly.  If a
110 device has been autosuspended and a program tries to use it, the
111 kernel will automatically resume the device (autoresume).  For the
112 same reason, an autosuspended device will usually have remote wakeup
113 enabled, if the device supports remote wakeup.
114
115 It is worth mentioning that many USB drivers don't support
116 autosuspend.  In fact, at the time of this writing (Linux 2.6.23) the
117 only drivers which do support it are the hub driver, kaweth, asix,
118 usblp, usblcd, and usb-skeleton (which doesn't count).  If a
119 non-supporting driver is bound to a device, the device won't be
120 autosuspended.  In effect, the kernel pretends the device is never
121 idle.
122
123 We can categorize power management events in two broad classes:
124 external and internal.  External events are those triggered by some
125 agent outside the USB stack: system suspend/resume (triggered by
126 userspace), manual dynamic resume (also triggered by userspace), and
127 remote wakeup (triggered by the device).  Internal events are those
128 triggered within the USB stack: autosuspend and autoresume.  Note that
129 all dynamic suspend events are internal; external agents are not
130 allowed to issue dynamic suspends.
131
132
133 The user interface for dynamic PM
134 ---------------------------------
135
136 The user interface for controlling dynamic PM is located in the ``power/``
137 subdirectory of each USB device's sysfs directory, that is, in
138 ``/sys/bus/usb/devices/.../power/`` where "..." is the device's ID.  The
139 relevant attribute files are: wakeup, control, and
140 ``autosuspend_delay_ms``.  (There may also be a file named ``level``; this
141 file was deprecated as of the 2.6.35 kernel and replaced by the
142 ``control`` file.  In 2.6.38 the ``autosuspend`` file will be deprecated
143 and replaced by the ``autosuspend_delay_ms`` file.  The only difference
144 is that the newer file expresses the delay in milliseconds whereas the
145 older file uses seconds.  Confusingly, both files are present in 2.6.37
146 but only ``autosuspend`` works.)
147
148         ``power/wakeup``
149
150                 This file is empty if the device does not support
151                 remote wakeup.  Otherwise the file contains either the
152                 word ``enabled`` or the word ``disabled``, and you can
153                 write those words to the file.  The setting determines
154                 whether or not remote wakeup will be enabled when the
155                 device is next suspended.  (If the setting is changed
156                 while the device is suspended, the change won't take
157                 effect until the following suspend.)
158
159         ``power/control``
160
161                 This file contains one of two words: ``on`` or ``auto``.
162                 You can write those words to the file to change the
163                 device's setting.
164
165                 - ``on`` means that the device should be resumed and
166                   autosuspend is not allowed.  (Of course, system
167                   suspends are still allowed.)
168
169                 - ``auto`` is the normal state in which the kernel is
170                   allowed to autosuspend and autoresume the device.
171
172                 (In kernels up to 2.6.32, you could also specify
173                 ``suspend``, meaning that the device should remain
174                 suspended and autoresume was not allowed.  This
175                 setting is no longer supported.)
176
177         ``power/autosuspend_delay_ms``
178
179                 This file contains an integer value, which is the
180                 number of milliseconds the device should remain idle
181                 before the kernel will autosuspend it (the idle-delay
182                 time).  The default is 2000.  0 means to autosuspend
183                 as soon as the device becomes idle, and negative
184                 values mean never to autosuspend.  You can write a
185                 number to the file to change the autosuspend
186                 idle-delay time.
187
188 Writing ``-1`` to ``power/autosuspend_delay_ms`` and writing ``on`` to
189 ``power/control`` do essentially the same thing -- they both prevent the
190 device from being autosuspended.  Yes, this is a redundancy in the
191 API.
192
193 (In 2.6.21 writing ``0`` to ``power/autosuspend`` would prevent the device
194 from being autosuspended; the behavior was changed in 2.6.22.  The
195 ``power/autosuspend`` attribute did not exist prior to 2.6.21, and the
196 ``power/level`` attribute did not exist prior to 2.6.22.  ``power/control``
197 was added in 2.6.34, and ``power/autosuspend_delay_ms`` was added in
198 2.6.37 but did not become functional until 2.6.38.)
199
200
201 Changing the default idle-delay time
202 ------------------------------------
203
204 The default autosuspend idle-delay time (in seconds) is controlled by
205 a module parameter in usbcore.  You can specify the value when usbcore
206 is loaded.  For example, to set it to 5 seconds instead of 2 you would
207 do::
208
209         modprobe usbcore autosuspend=5
210
211 Equivalently, you could add to a configuration file in /etc/modprobe.d
212 a line saying::
213
214         options usbcore autosuspend=5
215
216 Some distributions load the usbcore module very early during the boot
217 process, by means of a program or script running from an initramfs
218 image.  To alter the parameter value you would have to rebuild that
219 image.
220
221 If usbcore is compiled into the kernel rather than built as a loadable
222 module, you can add::
223
224         usbcore.autosuspend=5
225
226 to the kernel's boot command line.
227
228 Finally, the parameter value can be changed while the system is
229 running.  If you do::
230
231         echo 5 >/sys/module/usbcore/parameters/autosuspend
232
233 then each new USB device will have its autosuspend idle-delay
234 initialized to 5.  (The idle-delay values for already existing devices
235 will not be affected.)
236
237 Setting the initial default idle-delay to -1 will prevent any
238 autosuspend of any USB device.  This has the benefit of allowing you
239 then to enable autosuspend for selected devices.
240
241
242 Warnings
243 --------
244
245 The USB specification states that all USB devices must support power
246 management.  Nevertheless, the sad fact is that many devices do not
247 support it very well.  You can suspend them all right, but when you
248 try to resume them they disconnect themselves from the USB bus or
249 they stop working entirely.  This seems to be especially prevalent
250 among printers and scanners, but plenty of other types of device have
251 the same deficiency.
252
253 For this reason, by default the kernel disables autosuspend (the
254 ``power/control`` attribute is initialized to ``on``) for all devices other
255 than hubs.  Hubs, at least, appear to be reasonably well-behaved in
256 this regard.
257
258 (In 2.6.21 and 2.6.22 this wasn't the case.  Autosuspend was enabled
259 by default for almost all USB devices.  A number of people experienced
260 problems as a result.)
261
262 This means that non-hub devices won't be autosuspended unless the user
263 or a program explicitly enables it.  As of this writing there aren't
264 any widespread programs which will do this; we hope that in the near
265 future device managers such as HAL will take on this added
266 responsibility.  In the meantime you can always carry out the
267 necessary operations by hand or add them to a udev script.  You can
268 also change the idle-delay time; 2 seconds is not the best choice for
269 every device.
270
271 If a driver knows that its device has proper suspend/resume support,
272 it can enable autosuspend all by itself.  For example, the video
273 driver for a laptop's webcam might do this (in recent kernels they
274 do), since these devices are rarely used and so should normally be
275 autosuspended.
276
277 Sometimes it turns out that even when a device does work okay with
278 autosuspend there are still problems.  For example, the usbhid driver,
279 which manages keyboards and mice, has autosuspend support.  Tests with
280 a number of keyboards show that typing on a suspended keyboard, while
281 causing the keyboard to do a remote wakeup all right, will nonetheless
282 frequently result in lost keystrokes.  Tests with mice show that some
283 of them will issue a remote-wakeup request in response to button
284 presses but not to motion, and some in response to neither.
285
286 The kernel will not prevent you from enabling autosuspend on devices
287 that can't handle it.  It is even possible in theory to damage a
288 device by suspending it at the wrong time.  (Highly unlikely, but
289 possible.)  Take care.
290
291
292 The driver interface for Power Management
293 -----------------------------------------
294
295 The requirements for a USB driver to support external power management
296 are pretty modest; the driver need only define::
297
298         .suspend
299         .resume
300         .reset_resume
301
302 methods in its :c:type:`usb_driver` structure, and the ``reset_resume`` method
303 is optional.  The methods' jobs are quite simple:
304
305       - The ``suspend`` method is called to warn the driver that the
306         device is going to be suspended.  If the driver returns a
307         negative error code, the suspend will be aborted.  Normally
308         the driver will return 0, in which case it must cancel all
309         outstanding URBs (:c:func:`usb_kill_urb`) and not submit any more.
310
311       - The ``resume`` method is called to tell the driver that the
312         device has been resumed and the driver can return to normal
313         operation.  URBs may once more be submitted.
314
315       - The ``reset_resume`` method is called to tell the driver that
316         the device has been resumed and it also has been reset.
317         The driver should redo any necessary device initialization,
318         since the device has probably lost most or all of its state
319         (although the interfaces will be in the same altsettings as
320         before the suspend).
321
322 If the device is disconnected or powered down while it is suspended,
323 the ``disconnect`` method will be called instead of the ``resume`` or
324 ``reset_resume`` method.  This is also quite likely to happen when
325 waking up from hibernation, as many systems do not maintain suspend
326 current to the USB host controllers during hibernation.  (It's
327 possible to work around the hibernation-forces-disconnect problem by
328 using the USB Persist facility.)
329
330 The ``reset_resume`` method is used by the USB Persist facility (see
331 :ref:`usb-persist`) and it can also be used under certain
332 circumstances when ``CONFIG_USB_PERSIST`` is not enabled.  Currently, if a
333 device is reset during a resume and the driver does not have a
334 ``reset_resume`` method, the driver won't receive any notification about
335 the resume.  Later kernels will call the driver's ``disconnect`` method;
336 2.6.23 doesn't do this.
337
338 USB drivers are bound to interfaces, so their ``suspend`` and ``resume``
339 methods get called when the interfaces are suspended or resumed.  In
340 principle one might want to suspend some interfaces on a device (i.e.,
341 force the drivers for those interface to stop all activity) without
342 suspending the other interfaces.  The USB core doesn't allow this; all
343 interfaces are suspended when the device itself is suspended and all
344 interfaces are resumed when the device is resumed.  It isn't possible
345 to suspend or resume some but not all of a device's interfaces.  The
346 closest you can come is to unbind the interfaces' drivers.
347
348
349 The driver interface for autosuspend and autoresume
350 ---------------------------------------------------
351
352 To support autosuspend and autoresume, a driver should implement all
353 three of the methods listed above.  In addition, a driver indicates
354 that it supports autosuspend by setting the ``.supports_autosuspend`` flag
355 in its usb_driver structure.  It is then responsible for informing the
356 USB core whenever one of its interfaces becomes busy or idle.  The
357 driver does so by calling these six functions::
358
359         int  usb_autopm_get_interface(struct usb_interface *intf);
360         void usb_autopm_put_interface(struct usb_interface *intf);
361         int  usb_autopm_get_interface_async(struct usb_interface *intf);
362         void usb_autopm_put_interface_async(struct usb_interface *intf);
363         void usb_autopm_get_interface_no_resume(struct usb_interface *intf);
364         void usb_autopm_put_interface_no_suspend(struct usb_interface *intf);
365
366 The functions work by maintaining a usage counter in the
367 usb_interface's embedded device structure.  When the counter is > 0
368 then the interface is deemed to be busy, and the kernel will not
369 autosuspend the interface's device.  When the usage counter is = 0
370 then the interface is considered to be idle, and the kernel may
371 autosuspend the device.
372
373 Drivers need not be concerned about balancing changes to the usage
374 counter; the USB core will undo any remaining "get"s when a driver
375 is unbound from its interface.  As a corollary, drivers must not call
376 any of the ``usb_autopm_*`` functions after their ``disconnect``
377 routine has returned.
378
379 Drivers using the async routines are responsible for their own
380 synchronization and mutual exclusion.
381
382         :c:func:`usb_autopm_get_interface` increments the usage counter and
383         does an autoresume if the device is suspended.  If the
384         autoresume fails, the counter is decremented back.
385
386         :c:func:`usb_autopm_put_interface` decrements the usage counter and
387         attempts an autosuspend if the new value is = 0.
388
389         :c:func:`usb_autopm_get_interface_async` and
390         :c:func:`usb_autopm_put_interface_async` do almost the same things as
391         their non-async counterparts.  The big difference is that they
392         use a workqueue to do the resume or suspend part of their
393         jobs.  As a result they can be called in an atomic context,
394         such as an URB's completion handler, but when they return the
395         device will generally not yet be in the desired state.
396
397         :c:func:`usb_autopm_get_interface_no_resume` and
398         :c:func:`usb_autopm_put_interface_no_suspend` merely increment or
399         decrement the usage counter; they do not attempt to carry out
400         an autoresume or an autosuspend.  Hence they can be called in
401         an atomic context.
402
403 The simplest usage pattern is that a driver calls
404 :c:func:`usb_autopm_get_interface` in its open routine and
405 :c:func:`usb_autopm_put_interface` in its close or release routine.  But other
406 patterns are possible.
407
408 The autosuspend attempts mentioned above will often fail for one
409 reason or another.  For example, the ``power/control`` attribute might be
410 set to ``on``, or another interface in the same device might not be
411 idle.  This is perfectly normal.  If the reason for failure was that
412 the device hasn't been idle for long enough, a timer is scheduled to
413 carry out the operation automatically when the autosuspend idle-delay
414 has expired.
415
416 Autoresume attempts also can fail, although failure would mean that
417 the device is no longer present or operating properly.  Unlike
418 autosuspend, there's no idle-delay for an autoresume.
419
420
421 Other parts of the driver interface
422 -----------------------------------
423
424 Drivers can enable autosuspend for their devices by calling::
425
426         usb_enable_autosuspend(struct usb_device *udev);
427
428 in their :c:func:`probe` routine, if they know that the device is capable of
429 suspending and resuming correctly.  This is exactly equivalent to
430 writing ``auto`` to the device's ``power/control`` attribute.  Likewise,
431 drivers can disable autosuspend by calling::
432
433         usb_disable_autosuspend(struct usb_device *udev);
434
435 This is exactly the same as writing ``on`` to the ``power/control`` attribute.
436
437 Sometimes a driver needs to make sure that remote wakeup is enabled
438 during autosuspend.  For example, there's not much point
439 autosuspending a keyboard if the user can't cause the keyboard to do a
440 remote wakeup by typing on it.  If the driver sets
441 ``intf->needs_remote_wakeup`` to 1, the kernel won't autosuspend the
442 device if remote wakeup isn't available.  (If the device is already
443 autosuspended, though, setting this flag won't cause the kernel to
444 autoresume it.  Normally a driver would set this flag in its ``probe``
445 method, at which time the device is guaranteed not to be
446 autosuspended.)
447
448 If a driver does its I/O asynchronously in interrupt context, it
449 should call :c:func:`usb_autopm_get_interface_async` before starting output and
450 :c:func:`usb_autopm_put_interface_async` when the output queue drains.  When
451 it receives an input event, it should call::
452
453         usb_mark_last_busy(struct usb_device *udev);
454
455 in the event handler.  This tells the PM core that the device was just
456 busy and therefore the next autosuspend idle-delay expiration should
457 be pushed back.  Many of the usb_autopm_* routines also make this call,
458 so drivers need to worry only when interrupt-driven input arrives.
459
460 Asynchronous operation is always subject to races.  For example, a
461 driver may call the :c:func:`usb_autopm_get_interface_async` routine at a time
462 when the core has just finished deciding the device has been idle for
463 long enough but not yet gotten around to calling the driver's ``suspend``
464 method.  The ``suspend`` method must be responsible for synchronizing with
465 the I/O request routine and the URB completion handler; it should
466 cause autosuspends to fail with -EBUSY if the driver needs to use the
467 device.
468
469 External suspend calls should never be allowed to fail in this way,
470 only autosuspend calls.  The driver can tell them apart by applying
471 the :c:func:`PMSG_IS_AUTO` macro to the message argument to the ``suspend``
472 method; it will return True for internal PM events (autosuspend) and
473 False for external PM events.
474
475
476 Mutual exclusion
477 ----------------
478
479 For external events -- but not necessarily for autosuspend or
480 autoresume -- the device semaphore (udev->dev.sem) will be held when a
481 ``suspend`` or ``resume`` method is called.  This implies that external
482 suspend/resume events are mutually exclusive with calls to ``probe``,
483 ``disconnect``, ``pre_reset``, and ``post_reset``; the USB core guarantees that
484 this is true of autosuspend/autoresume events as well.
485
486 If a driver wants to block all suspend/resume calls during some
487 critical section, the best way is to lock the device and call
488 :c:func:`usb_autopm_get_interface` (and do the reverse at the end of the
489 critical section).  Holding the device semaphore will block all
490 external PM calls, and the :c:func:`usb_autopm_get_interface` will prevent any
491 internal PM calls, even if it fails.  (Exercise: Why?)
492
493
494 Interaction between dynamic PM and system PM
495 --------------------------------------------
496
497 Dynamic power management and system power management can interact in
498 a couple of ways.
499
500 Firstly, a device may already be autosuspended when a system suspend
501 occurs.  Since system suspends are supposed to be as transparent as
502 possible, the device should remain suspended following the system
503 resume.  But this theory may not work out well in practice; over time
504 the kernel's behavior in this regard has changed.  As of 2.6.37 the
505 policy is to resume all devices during a system resume and let them
506 handle their own runtime suspends afterward.
507
508 Secondly, a dynamic power-management event may occur as a system
509 suspend is underway.  The window for this is short, since system
510 suspends don't take long (a few seconds usually), but it can happen.
511 For example, a suspended device may send a remote-wakeup signal while
512 the system is suspending.  The remote wakeup may succeed, which would
513 cause the system suspend to abort.  If the remote wakeup doesn't
514 succeed, it may still remain active and thus cause the system to
515 resume as soon as the system suspend is complete.  Or the remote
516 wakeup may fail and get lost.  Which outcome occurs depends on timing
517 and on the hardware and firmware design.
518
519
520 xHCI hardware link PM
521 ---------------------
522
523 xHCI host controller provides hardware link power management to usb2.0
524 (xHCI 1.0 feature) and usb3.0 devices which support link PM. By
525 enabling hardware LPM, the host can automatically put the device into
526 lower power state(L1 for usb2.0 devices, or U1/U2 for usb3.0 devices),
527 which state device can enter and resume very quickly.
528
529 The user interface for controlling hardware LPM is located in the
530 ``power/`` subdirectory of each USB device's sysfs directory, that is, in
531 ``/sys/bus/usb/devices/.../power/`` where "..." is the device's ID. The
532 relevant attribute files are ``usb2_hardware_lpm`` and ``usb3_hardware_lpm``.
533
534         ``power/usb2_hardware_lpm``
535
536                 When a USB2 device which support LPM is plugged to a
537                 xHCI host root hub which support software LPM, the
538                 host will run a software LPM test for it; if the device
539                 enters L1 state and resume successfully and the host
540                 supports USB2 hardware LPM, this file will show up and
541                 driver will enable hardware LPM for the device. You
542                 can write y/Y/1 or n/N/0 to the file to enable/disable
543                 USB2 hardware LPM manually. This is for test purpose mainly.
544
545         ``power/usb3_hardware_lpm_u1``
546         ``power/usb3_hardware_lpm_u2``
547
548                 When a USB 3.0 lpm-capable device is plugged in to a
549                 xHCI host which supports link PM, it will check if U1
550                 and U2 exit latencies have been set in the BOS
551                 descriptor; if the check is passed and the host
552                 supports USB3 hardware LPM, USB3 hardware LPM will be
553                 enabled for the device and these files will be created.
554                 The files hold a string value (enable or disable)
555                 indicating whether or not USB3 hardware LPM U1 or U2
556                 is enabled for the device.
557
558 USB Port Power Control
559 ----------------------
560
561 In addition to suspending endpoint devices and enabling hardware
562 controlled link power management, the USB subsystem also has the
563 capability to disable power to ports under some conditions.  Power is
564 controlled through ``Set/ClearPortFeature(PORT_POWER)`` requests to a hub.
565 In the case of a root or platform-internal hub the host controller
566 driver translates ``PORT_POWER`` requests into platform firmware (ACPI)
567 method calls to set the port power state. For more background see the
568 Linux Plumbers Conference 2012 slides [#f1]_ and video [#f2]_:
569
570 Upon receiving a ``ClearPortFeature(PORT_POWER)`` request a USB port is
571 logically off, and may trigger the actual loss of VBUS to the port [#f3]_.
572 VBUS may be maintained in the case where a hub gangs multiple ports into
573 a shared power well causing power to remain until all ports in the gang
574 are turned off.  VBUS may also be maintained by hub ports configured for
575 a charging application.  In any event a logically off port will lose
576 connection with its device, not respond to hotplug events, and not
577 respond to remote wakeup events.
578
579 .. warning::
580
581    turning off a port may result in the inability to hot add a device.
582    Please see "User Interface for Port Power Control" for details.
583
584 As far as the effect on the device itself it is similar to what a device
585 goes through during system suspend, i.e. the power session is lost.  Any
586 USB device or driver that misbehaves with system suspend will be
587 similarly affected by a port power cycle event.  For this reason the
588 implementation shares the same device recovery path (and honors the same
589 quirks) as the system resume path for the hub.
590
591 .. [#f1]
592
593   http://dl.dropbox.com/u/96820575/sarah-sharp-lpt-port-power-off2-mini.pdf
594
595 .. [#f2]
596
597   http://linuxplumbers.ubicast.tv/videos/usb-port-power-off-kerneluserspace-api/
598
599 .. [#f3]
600
601   USB 3.1 Section 10.12
602
603   wakeup note: if a device is configured to send wakeup events the port
604   power control implementation will block poweroff attempts on that
605   port.
606
607
608 User Interface for Port Power Control
609 -------------------------------------
610
611 The port power control mechanism uses the PM runtime system.  Poweroff is
612 requested by clearing the ``power/pm_qos_no_power_off`` flag of the port device
613 (defaults to 1).  If the port is disconnected it will immediately receive a
614 ``ClearPortFeature(PORT_POWER)`` request.  Otherwise, it will honor the pm
615 runtime rules and require the attached child device and all descendants to be
616 suspended. This mechanism is dependent on the hub advertising port power
617 switching in its hub descriptor (wHubCharacteristics logical power switching
618 mode field).
619
620 Note, some interface devices/drivers do not support autosuspend.  Userspace may
621 need to unbind the interface drivers before the :c:type:`usb_device` will
622 suspend.  An unbound interface device is suspended by default.  When unbinding,
623 be careful to unbind interface drivers, not the driver of the parent usb
624 device.  Also, leave hub interface drivers bound.  If the driver for the usb
625 device (not interface) is unbound the kernel is no longer able to resume the
626 device.  If a hub interface driver is unbound, control of its child ports is
627 lost and all attached child-devices will disconnect.  A good rule of thumb is
628 that if the 'driver/module' link for a device points to
629 ``/sys/module/usbcore`` then unbinding it will interfere with port power
630 control.
631
632 Example of the relevant files for port power control.  Note, in this example
633 these files are relative to a usb hub device (prefix)::
634
635      prefix=/sys/devices/pci0000:00/0000:00:14.0/usb3/3-1
636
637                       attached child device +
638                   hub port device +         |
639      hub interface device +       |         |
640                           v       v         v
641                   $prefix/3-1:1.0/3-1-port1/device
642
643      $prefix/3-1:1.0/3-1-port1/power/pm_qos_no_power_off
644      $prefix/3-1:1.0/3-1-port1/device/power/control
645      $prefix/3-1:1.0/3-1-port1/device/3-1.1:<intf0>/driver/unbind
646      $prefix/3-1:1.0/3-1-port1/device/3-1.1:<intf1>/driver/unbind
647      ...
648      $prefix/3-1:1.0/3-1-port1/device/3-1.1:<intfN>/driver/unbind
649
650 In addition to these files some ports may have a 'peer' link to a port on
651 another hub.  The expectation is that all superspeed ports have a
652 hi-speed peer::
653
654   $prefix/3-1:1.0/3-1-port1/peer -> ../../../../usb2/2-1/2-1:1.0/2-1-port1
655   ../../../../usb2/2-1/2-1:1.0/2-1-port1/peer -> ../../../../usb3/3-1/3-1:1.0/3-1-port1
656
657 Distinct from 'companion ports', or 'ehci/xhci shared switchover ports'
658 peer ports are simply the hi-speed and superspeed interface pins that
659 are combined into a single usb3 connector.  Peer ports share the same
660 ancestor XHCI device.
661
662 While a superspeed port is powered off a device may downgrade its
663 connection and attempt to connect to the hi-speed pins.  The
664 implementation takes steps to prevent this:
665
666 1. Port suspend is sequenced to guarantee that hi-speed ports are powered-off
667    before their superspeed peer is permitted to power-off.  The implication is
668    that the setting ``pm_qos_no_power_off`` to zero on a superspeed port may
669    not cause the port to power-off until its highspeed peer has gone to its
670    runtime suspend state.  Userspace must take care to order the suspensions
671    if it wants to guarantee that a superspeed port will power-off.
672
673 2. Port resume is sequenced to force a superspeed port to power-on prior to its
674    highspeed peer.
675
676 3. Port resume always triggers an attached child device to resume.  After a
677    power session is lost the device may have been removed, or need reset.
678    Resuming the child device when the parent port regains power resolves those
679    states and clamps the maximum port power cycle frequency at the rate the
680    child device can suspend (autosuspend-delay) and resume (reset-resume
681    latency).
682
683 Sysfs files relevant for port power control:
684
685         ``<hubdev-portX>/power/pm_qos_no_power_off``:
686                 This writable flag controls the state of an idle port.
687                 Once all children and descendants have suspended the
688                 port may suspend/poweroff provided that
689                 pm_qos_no_power_off is '0'.  If pm_qos_no_power_off is
690                 '1' the port will remain active/powered regardless of
691                 the stats of descendants.  Defaults to 1.
692
693         ``<hubdev-portX>/power/runtime_status``:
694                 This file reflects whether the port is 'active' (power is on)
695                 or 'suspended' (logically off).  There is no indication to
696                 userspace whether VBUS is still supplied.
697
698         ``<hubdev-portX>/connect_type``:
699                 An advisory read-only flag to userspace indicating the
700                 location and connection type of the port.  It returns
701                 one of four values 'hotplug', 'hardwired', 'not used',
702                 and 'unknown'.  All values, besides unknown, are set by
703                 platform firmware.
704
705                 ``hotplug`` indicates an externally connectable/visible
706                 port on the platform.  Typically userspace would choose
707                 to keep such a port powered to handle new device
708                 connection events.
709
710                 ``hardwired`` refers to a port that is not visible but
711                 connectable. Examples are internal ports for USB
712                 bluetooth that can be disconnected via an external
713                 switch or a port with a hardwired USB camera.  It is
714                 expected to be safe to allow these ports to suspend
715                 provided pm_qos_no_power_off is coordinated with any
716                 switch that gates connections.  Userspace must arrange
717                 for the device to be connected prior to the port
718                 powering off, or to activate the port prior to enabling
719                 connection via a switch.
720
721                 ``not used`` refers to an internal port that is expected
722                 to never have a device connected to it.  These may be
723                 empty internal ports, or ports that are not physically
724                 exposed on a platform.  Considered safe to be
725                 powered-off at all times.
726
727                 ``unknown`` means platform firmware does not provide
728                 information for this port.  Most commonly refers to
729                 external hub ports which should be considered 'hotplug'
730                 for policy decisions.
731
732                 .. note::
733
734                         - since we are relying on the BIOS to get this ACPI
735                           information correct, the USB port descriptions may
736                           be missing or wrong.
737
738                         - Take care in clearing ``pm_qos_no_power_off``. Once
739                           power is off this port will
740                           not respond to new connect events.
741
742         Once a child device is attached additional constraints are
743         applied before the port is allowed to poweroff.
744
745         ``<child>/power/control``:
746                 Must be ``auto``, and the port will not
747                 power down until ``<child>/power/runtime_status``
748                 reflects the 'suspended' state.  Default
749                 value is controlled by child device driver.
750
751         ``<child>/power/persist``:
752                 This defaults to ``1`` for most devices and indicates if
753                 kernel can persist the device's configuration across a
754                 power session loss (suspend / port-power event).  When
755                 this value is ``0`` (quirky devices), port poweroff is
756                 disabled.
757
758         ``<child>/driver/unbind``:
759                 Wakeup capable devices will block port poweroff.  At
760                 this time the only mechanism to clear the usb-internal
761                 wakeup-capability for an interface device is to unbind
762                 its driver.
763
764 Summary of poweroff pre-requisite settings relative to a port device::
765
766         echo 0 > power/pm_qos_no_power_off
767         echo 0 > peer/power/pm_qos_no_power_off # if it exists
768         echo auto > power/control # this is the default value
769         echo auto > <child>/power/control
770         echo 1 > <child>/power/persist # this is the default value
771
772 Suggested Userspace Port Power Policy
773 -------------------------------------
774
775 As noted above userspace needs to be careful and deliberate about what
776 ports are enabled for poweroff.
777
778 The default configuration is that all ports start with
779 ``power/pm_qos_no_power_off`` set to ``1`` causing ports to always remain
780 active.
781
782 Given confidence in the platform firmware's description of the ports
783 (ACPI _PLD record for a port populates 'connect_type') userspace can
784 clear pm_qos_no_power_off for all 'not used' ports.  The same can be
785 done for 'hardwired' ports provided poweroff is coordinated with any
786 connection switch for the port.
787
788 A more aggressive userspace policy is to enable USB port power off for
789 all ports (set ``<hubdev-portX>/power/pm_qos_no_power_off`` to ``0``) when
790 some external factor indicates the user has stopped interacting with the
791 system.  For example, a distro may want to enable power off all USB
792 ports when the screen blanks, and re-power them when the screen becomes
793 active.  Smart phones and tablets may want to power off USB ports when
794 the user pushes the power button.