Documentation/remoteproc.txt

   1 Remote Processor Framework
   2
   3 1. Introduction
   4
   5 Modern SoCs typically have heterogeneous remote processor devices in asymmetric
   6 multiprocessing (AMP) configurations, which may be running different instances
   7 of operating system, whether it's Linux or any other flavor of real-time OS.
   8
   9 OMAP4, for example, has dual Cortex-A9, dual Cortex-M3 and a C64x+ DSP.
  10 In a typical configuration, the dual cortex-A9 is running Linux in a SMP
  11 configuration, and each of the other three cores (two M3 cores and a DSP)
  12 is running its own instance of RTOS in an AMP configuration.
  13
  14 The remoteproc framework allows different platforms/architectures to
  15 control (power on, load firmware, power off) those remote processors while
  16 abstracting the hardware differences, so the entire driver doesn't need to be
  17 duplicated. In addition, this framework also adds rpmsg virtio devices
  18 for remote processors that supports this kind of communication. This way,
  19 platform-specific remoteproc drivers only need to provide a few low-level
  20 handlers, and then all rpmsg drivers will then just work
  21 (for more information about the virtio-based rpmsg bus and its drivers,
  22 please read Documentation/rpmsg.txt).
  23 Registration of other types of virtio devices is now also possible. Firmwares
  24 just need to publish what kind of virtio devices do they support, and then
  25 remoteproc will add those devices. This makes it possible to reuse the
  26 existing virtio drivers with remote processor backends at a minimal development
  27 cost.
  28
  29 2. User API
  30
  31   int rproc_boot(struct rproc *rproc)
  32     - Boot a remote processor (i.e. load its firmware, power it on, ...).
  33       If the remote processor is already powered on, this function immediately
  34       returns (successfully).
  35       Returns 0 on success, and an appropriate error value otherwise.
  36       Note: to use this function you should already have a valid rproc
  37       handle. There are several ways to achieve that cleanly (devres, pdata,
  38       the way remoteproc_rpmsg.c does this, or, if this becomes prevalent, we
  39       might also consider using dev_archdata for this). See also
  40       rproc_get_by_name() below.
  41
  42   void rproc_shutdown(struct rproc *rproc)
  43     - Power off a remote processor (previously booted with rproc_boot()).
  44       In case @rproc is still being used by an additional user(s), then
  45       this function will just decrement the power refcount and exit,
  46       without really powering off the device.
  47       Every call to rproc_boot() must (eventually) be accompanied by a call
  48       to rproc_shutdown(). Calling rproc_shutdown() redundantly is a bug.
  49       Notes:
  50       - we're not decrementing the rproc's refcount, only the power refcount.
  51         which means that the @rproc handle stays valid even after
  52         rproc_shutdown() returns, and users can still use it with a subsequent
  53         rproc_boot(), if needed.
  54       - don't call rproc_shutdown() to unroll rproc_get_by_name(), exactly
  55         because rproc_shutdown() _does not_ decrement the refcount of @rproc.
  56         To decrement the refcount of @rproc, use rproc_put() (but _only_ if
  57         you acquired @rproc using rproc_get_by_name()).
  58
  59   struct rproc *rproc_get_by_name(const char *name)
  60     - Find an rproc handle using the remote processor's name, and then
  61       boot it. If it's already powered on, then just immediately return
  62       (successfully). Returns the rproc handle on success, and NULL on failure.
  63       This function increments the remote processor's refcount, so always
  64       use rproc_put() to decrement it back once rproc isn't needed anymore.
  65       Note: currently rproc_get_by_name() and rproc_put() are not used anymore
  66       by the rpmsg bus and its drivers. We need to scrutinize the use cases
  67       that still need them, and see if we can migrate them to use the non
  68       name-based boot/shutdown interface.
  69
  70   void rproc_put(struct rproc *rproc)
  71     - Decrement @rproc's power refcount and shut it down if it reaches zero
  72       (essentially by just calling rproc_shutdown), and then decrement @rproc's
  73       validity refcount too.
  74       After this function returns, @rproc may _not_ be used anymore, and its
  75       handle should be considered invalid.
  76       This function should be called _iff_ the @rproc handle was grabbed by
  77       calling rproc_get_by_name().
  78
  79 3. Typical usage
  80
  81 #include <linux/remoteproc.h>
  82
  83 /* in case we were given a valid 'rproc' handle */
  84 int dummy_rproc_example(struct rproc *my_rproc)
  85 {
  86         int ret;
  87
  88         /* let's power on and boot our remote processor */
  89         ret = rproc_boot(my_rproc);
  90         if (ret) {
  91                 /*
  92                  * something went wrong. handle it and leave.
  93                  */
  94         }
  95
  96         /*
  97          * our remote processor is now powered on... give it some work
  98          */
  99
 100         /* let's shut it down now */
 101         rproc_shutdown(my_rproc);
 102 }
 103
 104 4. API for implementors
 105
 106   struct rproc *rproc_alloc(struct device *dev, const char *name,
 107                                 const struct rproc_ops *ops,
 108                                 const char *firmware, int len)
 109     - Allocate a new remote processor handle, but don't register
 110       it yet. Required parameters are the underlying device, the
 111       name of this remote processor, platform-specific ops handlers,
 112       the name of the firmware to boot this rproc with, and the
 113       length of private data needed by the allocating rproc driver (in bytes).
 114
 115       This function should be used by rproc implementations during
 116       initialization of the remote processor.
 117       After creating an rproc handle using this function, and when ready,
 118       implementations should then call rproc_register() to complete
 119       the registration of the remote processor.
 120       On success, the new rproc is returned, and on failure, NULL.
 121
 122       Note: _never_ directly deallocate @rproc, even if it was not registered
 123       yet. Instead, if you just need to unroll rproc_alloc(), use rproc_free().
 124
 125   void rproc_free(struct rproc *rproc)
 126     - Free an rproc handle that was allocated by rproc_alloc.
 127       This function should _only_ be used if @rproc was only allocated,
 128       but not registered yet.
 129       If @rproc was already successfully registered (by calling
 130       rproc_register()), then use rproc_unregister() instead.
 131
 132   int rproc_register(struct rproc *rproc)
 133     - Register @rproc with the remoteproc framework, after it has been
 134       allocated with rproc_alloc().
 135       This is called by the platform-specific rproc implementation, whenever
 136       a new remote processor device is probed.
 137       Returns 0 on success and an appropriate error code otherwise.
 138       Note: this function initiates an asynchronous firmware loading
 139       context, which will look for virtio devices supported by the rproc's
 140       firmware.
 141       If found, those virtio devices will be created and added, so as a result
 142       of registering this remote processor, additional virtio drivers might get
 143       probed.
 144
 145   int rproc_unregister(struct rproc *rproc)
 146     - Unregister a remote processor, and decrement its refcount.
 147       If its refcount drops to zero, then @rproc will be freed. If not,
 148       it will be freed later once the last reference is dropped.
 149
 150       This function should be called when the platform specific rproc
 151       implementation decides to remove the rproc device. it should
 152       _only_ be called if a previous invocation of rproc_register()
 153       has completed successfully.
 154
 155       After rproc_unregister() returns, @rproc is _not_ valid anymore and
 156       it shouldn't be used. More specifically, don't call rproc_free()
 157       or try to directly free @rproc after rproc_unregister() returns;
 158       none of these are needed, and calling them is a bug.
 159
 160       Returns 0 on success and -EINVAL if @rproc isn't valid.
 161
 162 5. Implementation callbacks
 163
 164 These callbacks should be provided by platform-specific remoteproc
 165 drivers:
 166
 167 /**
 168  * struct rproc_ops - platform-specific device handlers
 169  * @start:      power on the device and boot it
 170  * @stop:       power off the device
 171  * @kick:       kick a virtqueue (virtqueue id given as a parameter)
 172  */
 173 struct rproc_ops {
 174         int (*start)(struct rproc *rproc);
 175         int (*stop)(struct rproc *rproc);
 176         void (*kick)(struct rproc *rproc, int vqid);
 177 };
 178
 179 Every remoteproc implementation should at least provide the ->start and ->stop
 180 handlers. If rpmsg/virtio functionality is also desired, then the ->kick handler
 181 should be provided as well.
 182
 183 The ->start() handler takes an rproc handle and should then power on the
 184 device and boot it (use rproc->priv to access platform-specific private data).
 185 The boot address, in case needed, can be found in rproc->bootaddr (remoteproc
 186 core puts there the ELF entry point).
 187 On success, 0 should be returned, and on failure, an appropriate error code.
 188
 189 The ->stop() handler takes an rproc handle and powers the device down.
 190 On success, 0 is returned, and on failure, an appropriate error code.
 191
 192 The ->kick() handler takes an rproc handle, and an index of a virtqueue
 193 where new message was placed in. Implementations should interrupt the remote
 194 processor and let it know it has pending messages. Notifying remote processors
 195 the exact virtqueue index to look in is optional: it is easy (and not
 196 too expensive) to go through the existing virtqueues and look for new buffers
 197 in the used rings.
 198
 199 6. Binary Firmware Structure
 200
 201 At this point remoteproc only supports ELF32 firmware binaries. However,
 202 it is quite expected that other platforms/devices which we'd want to
 203 support with this framework will be based on different binary formats.
 204
 205 When those use cases show up, we will have to decouple the binary format
 206 from the framework core, so we can support several binary formats without
 207 duplicating common code.
 208
 209 When the firmware is parsed, its various segments are loaded to memory
 210 according to the specified device address (might be a physical address
 211 if the remote processor is accessing memory directly).
 212
 213 In addition to the standard ELF segments, most remote processors would
 214 also include a special section which we call "the resource table".
 215
 216 The resource table contains system resources that the remote processor
 217 requires before it should be powered on, such as allocation of physically
 218 contiguous memory, or iommu mapping of certain on-chip peripherals.
 219 Remotecore will only power up the device after all the resource table's
 220 requirement are met.
 221
 222 In addition to system resources, the resource table may also contain
 223 resource entries that publish the existence of supported features
 224 or configurations by the remote processor, such as trace buffers and
 225 supported virtio devices (and their configurations).
 226
 227 The resource table begins with this header:
 228
 229 /**
 230  * struct resource_table - firmware resource table header
 231  * @ver: version number
 232  * @num: number of resource entries
 233  * @reserved: reserved (must be zero)
 234  * @offset: array of offsets pointing at the various resource entries
 235  *
 236  * The header of the resource table, as expressed by this structure,
 237  * contains a version number (should we need to change this format in the
 238  * future), the number of available resource entries, and their offsets
 239  * in the table.
 240  */
 241 struct resource_table {
 242         u32 ver;
 243         u32 num;
 244         u32 reserved[2];
 245         u32 offset[0];
 246 } __packed;
 247
 248 Immediately following this header are the resource entries themselves,
 249 each of which begins with the following resource entry header:
 250
 251 /**
 252  * struct fw_rsc_hdr - firmware resource entry header
 253  * @type: resource type
 254  * @data: resource data
 255  *
 256  * Every resource entry begins with a 'struct fw_rsc_hdr' header providing
 257  * its @type. The content of the entry itself will immediately follow
 258  * this header, and it should be parsed according to the resource type.
 259  */
 260 struct fw_rsc_hdr {
 261         u32 type;
 262         u8 data[0];
 263 } __packed;
 264
 265 Some resources entries are mere announcements, where the host is informed
 266 of specific remoteproc configuration. Other entries require the host to
 267 do something (e.g. allocate a system resource). Sometimes a negotiation
 268 is expected, where the firmware requests a resource, and once allocated,
 269 the host should provide back its details (e.g. address of an allocated
 270 memory region).
 271
 272 Here are the various resource types that are currently supported:
 273
 274 /**
 275  * enum fw_resource_type - types of resource entries
 276  *
 277  * @RSC_CARVEOUT:   request for allocation of a physically contiguous
 278  *                  memory region.
 279  * @RSC_DEVMEM:     request to iommu_map a memory-based peripheral.
 280  * @RSC_TRACE:      announces the availability of a trace buffer into which
 281  *                  the remote processor will be writing logs.
 282  * @RSC_VDEV:       declare support for a virtio device, and serve as its
 283  *                  virtio header.
 284  * @RSC_LAST:       just keep this one at the end
 285  *
 286  * Please note that these values are used as indices to the rproc_handle_rsc
 287  * lookup table, so please keep them sane. Moreover, @RSC_LAST is used to
 288  * check the validity of an index before the lookup table is accessed, so
 289  * please update it as needed.
 290  */
 291 enum fw_resource_type {
 292         RSC_CARVEOUT    = 0,
 293         RSC_DEVMEM      = 1,
 294         RSC_TRACE       = 2,
 295         RSC_VDEV        = 3,
 296         RSC_LAST        = 4,
 297 };
 298
 299 For more details regarding a specific resource type, please see its
 300 dedicated structure in include/linux/remoteproc.h.
 301
 302 We also expect that platform-specific resource entries will show up
 303 at some point. When that happens, we could easily add a new RSC_PLATFORM
 304 type, and hand those resources to the platform-specific rproc driver to handle.
 305
 306 7. Virtio and remoteproc
 307
 308 The firmware should provide remoteproc information about virtio devices
 309 that it supports, and their configurations: a RSC_VDEV resource entry
 310 should specify the virtio device id (as in virtio_ids.h), virtio features,
 311 virtio config space, vrings information, etc.
 312
 313 When a new remote processor is registered, the remoteproc framework
 314 will look for its resource table and will register the virtio devices
 315 it supports. A firmware may support any number of virtio devices, and
 316 of any type (a single remote processor can also easily support several
 317 rpmsg virtio devices this way, if desired).
 318
 319 Of course, RSC_VDEV resource entries are only good enough for static
 320 allocation of virtio devices. Dynamic allocations will also be made possible
 321 using the rpmsg bus (similar to how we already do dynamic allocations of
 322 rpmsg channels; read more about it in rpmsg.txt).