Merge 'irq/loongarch', 'pci/ctrl/loongson' and 'pci/header-cleanup-immutable'
[linux-2.6-microblaze.git] / Documentation / driver-api / libata.rst
1 ========================
2 libATA Developer's Guide
3 ========================
4
5 :Author: Jeff Garzik
6
7 Introduction
8 ============
9
10 libATA is a library used inside the Linux kernel to support ATA host
11 controllers and devices. libATA provides an ATA driver API, class
12 transports for ATA and ATAPI devices, and SCSI<->ATA translation for ATA
13 devices according to the T10 SAT specification.
14
15 This Guide documents the libATA driver API, library functions, library
16 internals, and a couple sample ATA low-level drivers.
17
18 libata Driver API
19 =================
20
21 :c:type:`struct ata_port_operations <ata_port_operations>`
22 is defined for every low-level libata
23 hardware driver, and it controls how the low-level driver interfaces
24 with the ATA and SCSI layers.
25
26 FIS-based drivers will hook into the system with ``->qc_prep()`` and
27 ``->qc_issue()`` high-level hooks. Hardware which behaves in a manner
28 similar to PCI IDE hardware may utilize several generic helpers,
29 defining at a bare minimum the bus I/O addresses of the ATA shadow
30 register blocks.
31
32 :c:type:`struct ata_port_operations <ata_port_operations>`
33 ----------------------------------------------------------
34
35 Disable ATA port
36 ~~~~~~~~~~~~~~~~
37
38 ::
39
40     void (*port_disable) (struct ata_port *);
41
42
43 Called from :c:func:`ata_bus_probe` error path, as well as when unregistering
44 from the SCSI module (rmmod, hot unplug). This function should do
45 whatever needs to be done to take the port out of use. In most cases,
46 :c:func:`ata_port_disable` can be used as this hook.
47
48 Called from :c:func:`ata_bus_probe` on a failed probe. Called from
49 :c:func:`ata_scsi_release`.
50
51 Post-IDENTIFY device configuration
52 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
53
54 ::
55
56     void (*dev_config) (struct ata_port *, struct ata_device *);
57
58
59 Called after IDENTIFY [PACKET] DEVICE is issued to each device found.
60 Typically used to apply device-specific fixups prior to issue of SET
61 FEATURES - XFER MODE, and prior to operation.
62
63 This entry may be specified as NULL in ata_port_operations.
64
65 Set PIO/DMA mode
66 ~~~~~~~~~~~~~~~~
67
68 ::
69
70     void (*set_piomode) (struct ata_port *, struct ata_device *);
71     void (*set_dmamode) (struct ata_port *, struct ata_device *);
72     void (*post_set_mode) (struct ata_port *);
73     unsigned int (*mode_filter) (struct ata_port *, struct ata_device *, unsigned int);
74
75
76 Hooks called prior to the issue of SET FEATURES - XFER MODE command. The
77 optional ``->mode_filter()`` hook is called when libata has built a mask of
78 the possible modes. This is passed to the ``->mode_filter()`` function
79 which should return a mask of valid modes after filtering those
80 unsuitable due to hardware limits. It is not valid to use this interface
81 to add modes.
82
83 ``dev->pio_mode`` and ``dev->dma_mode`` are guaranteed to be valid when
84 ``->set_piomode()`` and when ``->set_dmamode()`` is called. The timings for
85 any other drive sharing the cable will also be valid at this point. That
86 is the library records the decisions for the modes of each drive on a
87 channel before it attempts to set any of them.
88
89 ``->post_set_mode()`` is called unconditionally, after the SET FEATURES -
90 XFER MODE command completes successfully.
91
92 ``->set_piomode()`` is always called (if present), but ``->set_dma_mode()``
93 is only called if DMA is possible.
94
95 Taskfile read/write
96 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
97
98 ::
99
100     void (*sff_tf_load) (struct ata_port *ap, struct ata_taskfile *tf);
101     void (*sff_tf_read) (struct ata_port *ap, struct ata_taskfile *tf);
102
103
104 ``->tf_load()`` is called to load the given taskfile into hardware
105 registers / DMA buffers. ``->tf_read()`` is called to read the hardware
106 registers / DMA buffers, to obtain the current set of taskfile register
107 values. Most drivers for taskfile-based hardware (PIO or MMIO) use
108 :c:func:`ata_sff_tf_load` and :c:func:`ata_sff_tf_read` for these hooks.
109
110 PIO data read/write
111 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
112
113 ::
114
115     void (*sff_data_xfer) (struct ata_device *, unsigned char *, unsigned int, int);
116
117
118 All bmdma-style drivers must implement this hook. This is the low-level
119 operation that actually copies the data bytes during a PIO data
120 transfer. Typically the driver will choose one of
121 :c:func:`ata_sff_data_xfer`, or :c:func:`ata_sff_data_xfer32`.
122
123 ATA command execute
124 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
125
126 ::
127
128     void (*sff_exec_command)(struct ata_port *ap, struct ata_taskfile *tf);
129
130
131 causes an ATA command, previously loaded with ``->tf_load()``, to be
132 initiated in hardware. Most drivers for taskfile-based hardware use
133 :c:func:`ata_sff_exec_command` for this hook.
134
135 Per-cmd ATAPI DMA capabilities filter
136 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
137
138 ::
139
140     int (*check_atapi_dma) (struct ata_queued_cmd *qc);
141
142
143 Allow low-level driver to filter ATA PACKET commands, returning a status
144 indicating whether or not it is OK to use DMA for the supplied PACKET
145 command.
146
147 This hook may be specified as NULL, in which case libata will assume
148 that atapi dma can be supported.
149
150 Read specific ATA shadow registers
151 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
152
153 ::
154
155     u8   (*sff_check_status)(struct ata_port *ap);
156     u8   (*sff_check_altstatus)(struct ata_port *ap);
157
158
159 Reads the Status/AltStatus ATA shadow register from hardware. On some
160 hardware, reading the Status register has the side effect of clearing
161 the interrupt condition. Most drivers for taskfile-based hardware use
162 :c:func:`ata_sff_check_status` for this hook.
163
164 Write specific ATA shadow register
165 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
166
167 ::
168
169     void (*sff_set_devctl)(struct ata_port *ap, u8 ctl);
170
171
172 Write the device control ATA shadow register to the hardware. Most
173 drivers don't need to define this.
174
175 Select ATA device on bus
176 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
177
178 ::
179
180     void (*sff_dev_select)(struct ata_port *ap, unsigned int device);
181
182
183 Issues the low-level hardware command(s) that causes one of N hardware
184 devices to be considered 'selected' (active and available for use) on
185 the ATA bus. This generally has no meaning on FIS-based devices.
186
187 Most drivers for taskfile-based hardware use :c:func:`ata_sff_dev_select` for
188 this hook.
189
190 Private tuning method
191 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
192
193 ::
194
195     void (*set_mode) (struct ata_port *ap);
196
197
198 By default libata performs drive and controller tuning in accordance
199 with the ATA timing rules and also applies blacklists and cable limits.
200 Some controllers need special handling and have custom tuning rules,
201 typically raid controllers that use ATA commands but do not actually do
202 drive timing.
203
204     **Warning**
205
206     This hook should not be used to replace the standard controller
207     tuning logic when a controller has quirks. Replacing the default
208     tuning logic in that case would bypass handling for drive and bridge
209     quirks that may be important to data reliability. If a controller
210     needs to filter the mode selection it should use the mode_filter
211     hook instead.
212
213 Control PCI IDE BMDMA engine
214 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
215
216 ::
217
218     void (*bmdma_setup) (struct ata_queued_cmd *qc);
219     void (*bmdma_start) (struct ata_queued_cmd *qc);
220     void (*bmdma_stop) (struct ata_port *ap);
221     u8   (*bmdma_status) (struct ata_port *ap);
222
223
224 When setting up an IDE BMDMA transaction, these hooks arm
225 (``->bmdma_setup``), fire (``->bmdma_start``), and halt (``->bmdma_stop``) the
226 hardware's DMA engine. ``->bmdma_status`` is used to read the standard PCI
227 IDE DMA Status register.
228
229 These hooks are typically either no-ops, or simply not implemented, in
230 FIS-based drivers.
231
232 Most legacy IDE drivers use :c:func:`ata_bmdma_setup` for the
233 :c:func:`bmdma_setup` hook. :c:func:`ata_bmdma_setup` will write the pointer
234 to the PRD table to the IDE PRD Table Address register, enable DMA in the DMA
235 Command register, and call :c:func:`exec_command` to begin the transfer.
236
237 Most legacy IDE drivers use :c:func:`ata_bmdma_start` for the
238 :c:func:`bmdma_start` hook. :c:func:`ata_bmdma_start` will write the
239 ATA_DMA_START flag to the DMA Command register.
240
241 Many legacy IDE drivers use :c:func:`ata_bmdma_stop` for the
242 :c:func:`bmdma_stop` hook. :c:func:`ata_bmdma_stop` clears the ATA_DMA_START
243 flag in the DMA command register.
244
245 Many legacy IDE drivers use :c:func:`ata_bmdma_status` as the
246 :c:func:`bmdma_status` hook.
247
248 High-level taskfile hooks
249 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
250
251 ::
252
253     enum ata_completion_errors (*qc_prep) (struct ata_queued_cmd *qc);
254     int (*qc_issue) (struct ata_queued_cmd *qc);
255
256
257 Higher-level hooks, these two hooks can potentially supersede several of
258 the above taskfile/DMA engine hooks. ``->qc_prep`` is called after the
259 buffers have been DMA-mapped, and is typically used to populate the
260 hardware's DMA scatter-gather table. Some drivers use the standard
261 :c:func:`ata_bmdma_qc_prep` and :c:func:`ata_bmdma_dumb_qc_prep` helper
262 functions, but more advanced drivers roll their own.
263
264 ``->qc_issue`` is used to make a command active, once the hardware and S/G
265 tables have been prepared. IDE BMDMA drivers use the helper function
266 :c:func:`ata_sff_qc_issue` for taskfile protocol-based dispatch. More
267 advanced drivers implement their own ``->qc_issue``.
268
269 :c:func:`ata_sff_qc_issue` calls ``->sff_tf_load()``, ``->bmdma_setup()``, and
270 ``->bmdma_start()`` as necessary to initiate a transfer.
271
272 Exception and probe handling (EH)
273 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
274
275 ::
276
277     void (*eng_timeout) (struct ata_port *ap);
278     void (*phy_reset) (struct ata_port *ap);
279
280
281 Deprecated. Use ``->error_handler()`` instead.
282
283 ::
284
285     void (*freeze) (struct ata_port *ap);
286     void (*thaw) (struct ata_port *ap);
287
288
289 :c:func:`ata_port_freeze` is called when HSM violations or some other
290 condition disrupts normal operation of the port. A frozen port is not
291 allowed to perform any operation until the port is thawed, which usually
292 follows a successful reset.
293
294 The optional ``->freeze()`` callback can be used for freezing the port
295 hardware-wise (e.g. mask interrupt and stop DMA engine). If a port
296 cannot be frozen hardware-wise, the interrupt handler must ack and clear
297 interrupts unconditionally while the port is frozen.
298
299 The optional ``->thaw()`` callback is called to perform the opposite of
300 ``->freeze()``: prepare the port for normal operation once again. Unmask
301 interrupts, start DMA engine, etc.
302
303 ::
304
305     void (*error_handler) (struct ata_port *ap);
306
307
308 ``->error_handler()`` is a driver's hook into probe, hotplug, and recovery
309 and other exceptional conditions. The primary responsibility of an
310 implementation is to call :c:func:`ata_do_eh` or :c:func:`ata_bmdma_drive_eh`
311 with a set of EH hooks as arguments:
312
313 'prereset' hook (may be NULL) is called during an EH reset, before any
314 other actions are taken.
315
316 'postreset' hook (may be NULL) is called after the EH reset is
317 performed. Based on existing conditions, severity of the problem, and
318 hardware capabilities,
319
320 Either 'softreset' (may be NULL) or 'hardreset' (may be NULL) will be
321 called to perform the low-level EH reset.
322
323 ::
324
325     void (*post_internal_cmd) (struct ata_queued_cmd *qc);
326
327
328 Perform any hardware-specific actions necessary to finish processing
329 after executing a probe-time or EH-time command via
330 :c:func:`ata_exec_internal`.
331
332 Hardware interrupt handling
333 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
334
335 ::
336
337     irqreturn_t (*irq_handler)(int, void *, struct pt_regs *);
338     void (*irq_clear) (struct ata_port *);
339
340
341 ``->irq_handler`` is the interrupt handling routine registered with the
342 system, by libata. ``->irq_clear`` is called during probe just before the
343 interrupt handler is registered, to be sure hardware is quiet.
344
345 The second argument, dev_instance, should be cast to a pointer to
346 :c:type:`struct ata_host_set <ata_host_set>`.
347
348 Most legacy IDE drivers use :c:func:`ata_sff_interrupt` for the irq_handler
349 hook, which scans all ports in the host_set, determines which queued
350 command was active (if any), and calls ata_sff_host_intr(ap,qc).
351
352 Most legacy IDE drivers use :c:func:`ata_sff_irq_clear` for the
353 :c:func:`irq_clear` hook, which simply clears the interrupt and error flags
354 in the DMA status register.
355
356 SATA phy read/write
357 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
358
359 ::
360
361     int (*scr_read) (struct ata_port *ap, unsigned int sc_reg,
362              u32 *val);
363     int (*scr_write) (struct ata_port *ap, unsigned int sc_reg,
364                        u32 val);
365
366
367 Read and write standard SATA phy registers. Currently only used if
368 ``->phy_reset`` hook called the :c:func:`sata_phy_reset` helper function.
369 sc_reg is one of SCR_STATUS, SCR_CONTROL, SCR_ERROR, or SCR_ACTIVE.
370
371 Init and shutdown
372 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
373
374 ::
375
376     int (*port_start) (struct ata_port *ap);
377     void (*port_stop) (struct ata_port *ap);
378     void (*host_stop) (struct ata_host_set *host_set);
379
380
381 ``->port_start()`` is called just after the data structures for each port
382 are initialized. Typically this is used to alloc per-port DMA buffers /
383 tables / rings, enable DMA engines, and similar tasks. Some drivers also
384 use this entry point as a chance to allocate driver-private memory for
385 ``ap->private_data``.
386
387 Many drivers use :c:func:`ata_port_start` as this hook or call it from their
388 own :c:func:`port_start` hooks. :c:func:`ata_port_start` allocates space for
389 a legacy IDE PRD table and returns.
390
391 ``->port_stop()`` is called after ``->host_stop()``. Its sole function is to
392 release DMA/memory resources, now that they are no longer actively being
393 used. Many drivers also free driver-private data from port at this time.
394
395 ``->host_stop()`` is called after all ``->port_stop()`` calls have completed.
396 The hook must finalize hardware shutdown, release DMA and other
397 resources, etc. This hook may be specified as NULL, in which case it is
398 not called.
399
400 Error handling
401 ==============
402
403 This chapter describes how errors are handled under libata. Readers are
404 advised to read SCSI EH (Documentation/scsi/scsi_eh.rst) and ATA
405 exceptions doc first.
406
407 Origins of commands
408 -------------------
409
410 In libata, a command is represented with
411 :c:type:`struct ata_queued_cmd <ata_queued_cmd>` or qc.
412 qc's are preallocated during port initialization and repetitively used
413 for command executions. Currently only one qc is allocated per port but
414 yet-to-be-merged NCQ branch allocates one for each tag and maps each qc
415 to NCQ tag 1-to-1.
416
417 libata commands can originate from two sources - libata itself and SCSI
418 midlayer. libata internal commands are used for initialization and error
419 handling. All normal blk requests and commands for SCSI emulation are
420 passed as SCSI commands through queuecommand callback of SCSI host
421 template.
422
423 How commands are issued
424 -----------------------
425
426 Internal commands
427     Once allocated qc's taskfile is initialized for the command to be
428     executed. qc currently has two mechanisms to notify completion. One
429     is via ``qc->complete_fn()`` callback and the other is completion
430     ``qc->waiting``. ``qc->complete_fn()`` callback is the asynchronous path
431     used by normal SCSI translated commands and ``qc->waiting`` is the
432     synchronous (issuer sleeps in process context) path used by internal
433     commands.
434
435     Once initialization is complete, host_set lock is acquired and the
436     qc is issued.
437
438 SCSI commands
439     All libata drivers use :c:func:`ata_scsi_queuecmd` as
440     ``hostt->queuecommand`` callback. scmds can either be simulated or
441     translated. No qc is involved in processing a simulated scmd. The
442     result is computed right away and the scmd is completed.
443
444     ``qc->complete_fn()`` callback is used for completion notification. ATA
445     commands use :c:func:`ata_scsi_qc_complete` while ATAPI commands use
446     :c:func:`atapi_qc_complete`. Both functions end up calling ``qc->scsidone``
447     to notify upper layer when the qc is finished. After translation is
448     completed, the qc is issued with :c:func:`ata_qc_issue`.
449
450     Note that SCSI midlayer invokes hostt->queuecommand while holding
451     host_set lock, so all above occur while holding host_set lock.
452
453 How commands are processed
454 --------------------------
455
456 Depending on which protocol and which controller are used, commands are
457 processed differently. For the purpose of discussion, a controller which
458 uses taskfile interface and all standard callbacks is assumed.
459
460 Currently 6 ATA command protocols are used. They can be sorted into the
461 following four categories according to how they are processed.
462
463 ATA NO DATA or DMA
464     ATA_PROT_NODATA and ATA_PROT_DMA fall into this category. These
465     types of commands don't require any software intervention once
466     issued. Device will raise interrupt on completion.
467
468 ATA PIO
469     ATA_PROT_PIO is in this category. libata currently implements PIO
470     with polling. ATA_NIEN bit is set to turn off interrupt and
471     pio_task on ata_wq performs polling and IO.
472
473 ATAPI NODATA or DMA
474     ATA_PROT_ATAPI_NODATA and ATA_PROT_ATAPI_DMA are in this
475     category. packet_task is used to poll BSY bit after issuing PACKET
476     command. Once BSY is turned off by the device, packet_task
477     transfers CDB and hands off processing to interrupt handler.
478
479 ATAPI PIO
480     ATA_PROT_ATAPI is in this category. ATA_NIEN bit is set and, as
481     in ATAPI NODATA or DMA, packet_task submits cdb. However, after
482     submitting cdb, further processing (data transfer) is handed off to
483     pio_task.
484
485 How commands are completed
486 --------------------------
487
488 Once issued, all qc's are either completed with :c:func:`ata_qc_complete` or
489 time out. For commands which are handled by interrupts,
490 :c:func:`ata_host_intr` invokes :c:func:`ata_qc_complete`, and, for PIO tasks,
491 pio_task invokes :c:func:`ata_qc_complete`. In error cases, packet_task may
492 also complete commands.
493
494 :c:func:`ata_qc_complete` does the following.
495
496 1. DMA memory is unmapped.
497
498 2. ATA_QCFLAG_ACTIVE is cleared from qc->flags.
499
500 3. :c:expr:`qc->complete_fn` callback is invoked. If the return value of the
501    callback is not zero. Completion is short circuited and
502    :c:func:`ata_qc_complete` returns.
503
504 4. :c:func:`__ata_qc_complete` is called, which does
505
506    1. ``qc->flags`` is cleared to zero.
507
508    2. ``ap->active_tag`` and ``qc->tag`` are poisoned.
509
510    3. ``qc->waiting`` is cleared & completed (in that order).
511
512    4. qc is deallocated by clearing appropriate bit in ``ap->qactive``.
513
514 So, it basically notifies upper layer and deallocates qc. One exception
515 is short-circuit path in #3 which is used by :c:func:`atapi_qc_complete`.
516
517 For all non-ATAPI commands, whether it fails or not, almost the same
518 code path is taken and very little error handling takes place. A qc is
519 completed with success status if it succeeded, with failed status
520 otherwise.
521
522 However, failed ATAPI commands require more handling as REQUEST SENSE is
523 needed to acquire sense data. If an ATAPI command fails,
524 :c:func:`ata_qc_complete` is invoked with error status, which in turn invokes
525 :c:func:`atapi_qc_complete` via ``qc->complete_fn()`` callback.
526
527 This makes :c:func:`atapi_qc_complete` set ``scmd->result`` to
528 SAM_STAT_CHECK_CONDITION, complete the scmd and return 1. As the
529 sense data is empty but ``scmd->result`` is CHECK CONDITION, SCSI midlayer
530 will invoke EH for the scmd, and returning 1 makes :c:func:`ata_qc_complete`
531 to return without deallocating the qc. This leads us to
532 :c:func:`ata_scsi_error` with partially completed qc.
533
534 :c:func:`ata_scsi_error`
535 ------------------------
536
537 :c:func:`ata_scsi_error` is the current ``transportt->eh_strategy_handler()``
538 for libata. As discussed above, this will be entered in two cases -
539 timeout and ATAPI error completion. This function calls low level libata
540 driver's :c:func:`eng_timeout` callback, the standard callback for which is
541 :c:func:`ata_eng_timeout`. It checks if a qc is active and calls
542 :c:func:`ata_qc_timeout` on the qc if so. Actual error handling occurs in
543 :c:func:`ata_qc_timeout`.
544
545 If EH is invoked for timeout, :c:func:`ata_qc_timeout` stops BMDMA and
546 completes the qc. Note that as we're currently in EH, we cannot call
547 scsi_done. As described in SCSI EH doc, a recovered scmd should be
548 either retried with :c:func:`scsi_queue_insert` or finished with
549 :c:func:`scsi_finish_command`. Here, we override ``qc->scsidone`` with
550 :c:func:`scsi_finish_command` and calls :c:func:`ata_qc_complete`.
551
552 If EH is invoked due to a failed ATAPI qc, the qc here is completed but
553 not deallocated. The purpose of this half-completion is to use the qc as
554 place holder to make EH code reach this place. This is a bit hackish,
555 but it works.
556
557 Once control reaches here, the qc is deallocated by invoking
558 :c:func:`__ata_qc_complete` explicitly. Then, internal qc for REQUEST SENSE
559 is issued. Once sense data is acquired, scmd is finished by directly
560 invoking :c:func:`scsi_finish_command` on the scmd. Note that as we already
561 have completed and deallocated the qc which was associated with the
562 scmd, we don't need to/cannot call :c:func:`ata_qc_complete` again.
563
564 Problems with the current EH
565 ----------------------------
566
567 -  Error representation is too crude. Currently any and all error
568    conditions are represented with ATA STATUS and ERROR registers.
569    Errors which aren't ATA device errors are treated as ATA device
570    errors by setting ATA_ERR bit. Better error descriptor which can
571    properly represent ATA and other errors/exceptions is needed.
572
573 -  When handling timeouts, no action is taken to make device forget
574    about the timed out command and ready for new commands.
575
576 -  EH handling via :c:func:`ata_scsi_error` is not properly protected from
577    usual command processing. On EH entrance, the device is not in
578    quiescent state. Timed out commands may succeed or fail any time.
579    pio_task and atapi_task may still be running.
580
581 -  Too weak error recovery. Devices / controllers causing HSM mismatch
582    errors and other errors quite often require reset to return to known
583    state. Also, advanced error handling is necessary to support features
584    like NCQ and hotplug.
585
586 -  ATA errors are directly handled in the interrupt handler and PIO
587    errors in pio_task. This is problematic for advanced error handling
588    for the following reasons.
589
590    First, advanced error handling often requires context and internal qc
591    execution.
592
593    Second, even a simple failure (say, CRC error) needs information
594    gathering and could trigger complex error handling (say, resetting &
595    reconfiguring). Having multiple code paths to gather information,
596    enter EH and trigger actions makes life painful.
597
598    Third, scattered EH code makes implementing low level drivers
599    difficult. Low level drivers override libata callbacks. If EH is
600    scattered over several places, each affected callbacks should perform
601    its part of error handling. This can be error prone and painful.
602
603 libata Library
604 ==============
605
606 .. kernel-doc:: drivers/ata/libata-core.c
607    :export:
608
609 libata Core Internals
610 =====================
611
612 .. kernel-doc:: drivers/ata/libata-core.c
613    :internal:
614
615 .. kernel-doc:: drivers/ata/libata-eh.c
616
617 libata SCSI translation/emulation
618 =================================
619
620 .. kernel-doc:: drivers/ata/libata-scsi.c
621    :export:
622
623 .. kernel-doc:: drivers/ata/libata-scsi.c
624    :internal:
625
626 ATA errors and exceptions
627 =========================
628
629 This chapter tries to identify what error/exception conditions exist for
630 ATA/ATAPI devices and describe how they should be handled in
631 implementation-neutral way.
632
633 The term 'error' is used to describe conditions where either an explicit
634 error condition is reported from device or a command has timed out.
635
636 The term 'exception' is either used to describe exceptional conditions
637 which are not errors (say, power or hotplug events), or to describe both
638 errors and non-error exceptional conditions. Where explicit distinction
639 between error and exception is necessary, the term 'non-error exception'
640 is used.
641
642 Exception categories
643 --------------------
644
645 Exceptions are described primarily with respect to legacy taskfile + bus
646 master IDE interface. If a controller provides other better mechanism
647 for error reporting, mapping those into categories described below
648 shouldn't be difficult.
649
650 In the following sections, two recovery actions - reset and
651 reconfiguring transport - are mentioned. These are described further in
652 `EH recovery actions <#exrec>`__.
653
654 HSM violation
655 ~~~~~~~~~~~~~
656
657 This error is indicated when STATUS value doesn't match HSM requirement
658 during issuing or execution any ATA/ATAPI command.
659
660 -  ATA_STATUS doesn't contain !BSY && DRDY && !DRQ while trying to
661    issue a command.
662
663 -  !BSY && !DRQ during PIO data transfer.
664
665 -  DRQ on command completion.
666
667 -  !BSY && ERR after CDB transfer starts but before the last byte of CDB
668    is transferred. ATA/ATAPI standard states that "The device shall not
669    terminate the PACKET command with an error before the last byte of
670    the command packet has been written" in the error outputs description
671    of PACKET command and the state diagram doesn't include such
672    transitions.
673
674 In these cases, HSM is violated and not much information regarding the
675 error can be acquired from STATUS or ERROR register. IOW, this error can
676 be anything - driver bug, faulty device, controller and/or cable.
677
678 As HSM is violated, reset is necessary to restore known state.
679 Reconfiguring transport for lower speed might be helpful too as
680 transmission errors sometimes cause this kind of errors.
681
682 ATA/ATAPI device error (non-NCQ / non-CHECK CONDITION)
683 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
684
685 These are errors detected and reported by ATA/ATAPI devices indicating
686 device problems. For this type of errors, STATUS and ERROR register
687 values are valid and describe error condition. Note that some of ATA bus
688 errors are detected by ATA/ATAPI devices and reported using the same
689 mechanism as device errors. Those cases are described later in this
690 section.
691
692 For ATA commands, this type of errors are indicated by !BSY && ERR
693 during command execution and on completion.
694
695 For ATAPI commands,
696
697 -  !BSY && ERR && ABRT right after issuing PACKET indicates that PACKET
698    command is not supported and falls in this category.
699
700 -  !BSY && ERR(==CHK) && !ABRT after the last byte of CDB is transferred
701    indicates CHECK CONDITION and doesn't fall in this category.
702
703 -  !BSY && ERR(==CHK) && ABRT after the last byte of CDB is transferred
704    \*probably\* indicates CHECK CONDITION and doesn't fall in this
705    category.
706
707 Of errors detected as above, the following are not ATA/ATAPI device
708 errors but ATA bus errors and should be handled according to
709 `ATA bus error <#excatATAbusErr>`__.
710
711 CRC error during data transfer
712     This is indicated by ICRC bit in the ERROR register and means that
713     corruption occurred during data transfer. Up to ATA/ATAPI-7, the
714     standard specifies that this bit is only applicable to UDMA
715     transfers but ATA/ATAPI-8 draft revision 1f says that the bit may be
716     applicable to multiword DMA and PIO.
717
718 ABRT error during data transfer or on completion
719     Up to ATA/ATAPI-7, the standard specifies that ABRT could be set on
720     ICRC errors and on cases where a device is not able to complete a
721     command. Combined with the fact that MWDMA and PIO transfer errors
722     aren't allowed to use ICRC bit up to ATA/ATAPI-7, it seems to imply
723     that ABRT bit alone could indicate transfer errors.
724
725     However, ATA/ATAPI-8 draft revision 1f removes the part that ICRC
726     errors can turn on ABRT. So, this is kind of gray area. Some
727     heuristics are needed here.
728
729 ATA/ATAPI device errors can be further categorized as follows.
730
731 Media errors
732     This is indicated by UNC bit in the ERROR register. ATA devices
733     reports UNC error only after certain number of retries cannot
734     recover the data, so there's nothing much else to do other than
735     notifying upper layer.
736
737     READ and WRITE commands report CHS or LBA of the first failed sector
738     but ATA/ATAPI standard specifies that the amount of transferred data
739     on error completion is indeterminate, so we cannot assume that
740     sectors preceding the failed sector have been transferred and thus
741     cannot complete those sectors successfully as SCSI does.
742
743 Media changed / media change requested error
744     <<TODO: fill here>>
745
746 Address error
747     This is indicated by IDNF bit in the ERROR register. Report to upper
748     layer.
749
750 Other errors
751     This can be invalid command or parameter indicated by ABRT ERROR bit
752     or some other error condition. Note that ABRT bit can indicate a lot
753     of things including ICRC and Address errors. Heuristics needed.
754
755 Depending on commands, not all STATUS/ERROR bits are applicable. These
756 non-applicable bits are marked with "na" in the output descriptions but
757 up to ATA/ATAPI-7 no definition of "na" can be found. However,
758 ATA/ATAPI-8 draft revision 1f describes "N/A" as follows.
759
760     3.2.3.3a N/A
761         A keyword the indicates a field has no defined value in this
762         standard and should not be checked by the host or device. N/A
763         fields should be cleared to zero.
764
765 So, it seems reasonable to assume that "na" bits are cleared to zero by
766 devices and thus need no explicit masking.
767
768 ATAPI device CHECK CONDITION
769 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
770
771 ATAPI device CHECK CONDITION error is indicated by set CHK bit (ERR bit)
772 in the STATUS register after the last byte of CDB is transferred for a
773 PACKET command. For this kind of errors, sense data should be acquired
774 to gather information regarding the errors. REQUEST SENSE packet command
775 should be used to acquire sense data.
776
777 Once sense data is acquired, this type of errors can be handled
778 similarly to other SCSI errors. Note that sense data may indicate ATA
779 bus error (e.g. Sense Key 04h HARDWARE ERROR && ASC/ASCQ 47h/00h SCSI
780 PARITY ERROR). In such cases, the error should be considered as an ATA
781 bus error and handled according to `ATA bus error <#excatATAbusErr>`__.
782
783 ATA device error (NCQ)
784 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
785
786 NCQ command error is indicated by cleared BSY and set ERR bit during NCQ
787 command phase (one or more NCQ commands outstanding). Although STATUS
788 and ERROR registers will contain valid values describing the error, READ
789 LOG EXT is required to clear the error condition, determine which
790 command has failed and acquire more information.
791
792 READ LOG EXT Log Page 10h reports which tag has failed and taskfile
793 register values describing the error. With this information the failed
794 command can be handled as a normal ATA command error as in
795 `ATA/ATAPI device error (non-NCQ / non-CHECK CONDITION) <#excatDevErr>`__
796 and all other in-flight commands must be retried. Note that this retry
797 should not be counted - it's likely that commands retried this way would
798 have completed normally if it were not for the failed command.
799
800 Note that ATA bus errors can be reported as ATA device NCQ errors. This
801 should be handled as described in `ATA bus error <#excatATAbusErr>`__.
802
803 If READ LOG EXT Log Page 10h fails or reports NQ, we're thoroughly
804 screwed. This condition should be treated according to
805 `HSM violation <#excatHSMviolation>`__.
806
807 ATA bus error
808 ~~~~~~~~~~~~~
809
810 ATA bus error means that data corruption occurred during transmission
811 over ATA bus (SATA or PATA). This type of errors can be indicated by
812
813 -  ICRC or ABRT error as described in
814    `ATA/ATAPI device error (non-NCQ / non-CHECK CONDITION) <#excatDevErr>`__.
815
816 -  Controller-specific error completion with error information
817    indicating transmission error.
818
819 -  On some controllers, command timeout. In this case, there may be a
820    mechanism to determine that the timeout is due to transmission error.
821
822 -  Unknown/random errors, timeouts and all sorts of weirdities.
823
824 As described above, transmission errors can cause wide variety of
825 symptoms ranging from device ICRC error to random device lockup, and,
826 for many cases, there is no way to tell if an error condition is due to
827 transmission error or not; therefore, it's necessary to employ some kind
828 of heuristic when dealing with errors and timeouts. For example,
829 encountering repetitive ABRT errors for known supported command is
830 likely to indicate ATA bus error.
831
832 Once it's determined that ATA bus errors have possibly occurred,
833 lowering ATA bus transmission speed is one of actions which may
834 alleviate the problem. See `Reconfigure transport <#exrecReconf>`__ for
835 more information.
836
837 PCI bus error
838 ~~~~~~~~~~~~~
839
840 Data corruption or other failures during transmission over PCI (or other
841 system bus). For standard BMDMA, this is indicated by Error bit in the
842 BMDMA Status register. This type of errors must be logged as it
843 indicates something is very wrong with the system. Resetting host
844 controller is recommended.
845
846 Late completion
847 ~~~~~~~~~~~~~~~
848
849 This occurs when timeout occurs and the timeout handler finds out that
850 the timed out command has completed successfully or with error. This is
851 usually caused by lost interrupts. This type of errors must be logged.
852 Resetting host controller is recommended.
853
854 Unknown error (timeout)
855 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
856
857 This is when timeout occurs and the command is still processing or the
858 host and device are in unknown state. When this occurs, HSM could be in
859 any valid or invalid state. To bring the device to known state and make
860 it forget about the timed out command, resetting is necessary. The timed
861 out command may be retried.
862
863 Timeouts can also be caused by transmission errors. Refer to
864 `ATA bus error <#excatATAbusErr>`__ for more details.
865
866 Hotplug and power management exceptions
867 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
868
869 <<TODO: fill here>>
870
871 EH recovery actions
872 -------------------
873
874 This section discusses several important recovery actions.
875
876 Clearing error condition
877 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
878
879 Many controllers require its error registers to be cleared by error
880 handler. Different controllers may have different requirements.
881
882 For SATA, it's strongly recommended to clear at least SError register
883 during error handling.
884
885 Reset
886 ~~~~~
887
888 During EH, resetting is necessary in the following cases.
889
890 -  HSM is in unknown or invalid state
891
892 -  HBA is in unknown or invalid state
893
894 -  EH needs to make HBA/device forget about in-flight commands
895
896 -  HBA/device behaves weirdly
897
898 Resetting during EH might be a good idea regardless of error condition
899 to improve EH robustness. Whether to reset both or either one of HBA and
900 device depends on situation but the following scheme is recommended.
901
902 -  When it's known that HBA is in ready state but ATA/ATAPI device is in
903    unknown state, reset only device.
904
905 -  If HBA is in unknown state, reset both HBA and device.
906
907 HBA resetting is implementation specific. For a controller complying to
908 taskfile/BMDMA PCI IDE, stopping active DMA transaction may be
909 sufficient iff BMDMA state is the only HBA context. But even mostly
910 taskfile/BMDMA PCI IDE complying controllers may have implementation
911 specific requirements and mechanism to reset themselves. This must be
912 addressed by specific drivers.
913
914 OTOH, ATA/ATAPI standard describes in detail ways to reset ATA/ATAPI
915 devices.
916
917 PATA hardware reset
918     This is hardware initiated device reset signalled with asserted PATA
919     RESET- signal. There is no standard way to initiate hardware reset
920     from software although some hardware provides registers that allow
921     driver to directly tweak the RESET- signal.
922
923 Software reset
924     This is achieved by turning CONTROL SRST bit on for at least 5us.
925     Both PATA and SATA support it but, in case of SATA, this may require
926     controller-specific support as the second Register FIS to clear SRST
927     should be transmitted while BSY bit is still set. Note that on PATA,
928     this resets both master and slave devices on a channel.
929
930 EXECUTE DEVICE DIAGNOSTIC command
931     Although ATA/ATAPI standard doesn't describe exactly, EDD implies
932     some level of resetting, possibly similar level with software reset.
933     Host-side EDD protocol can be handled with normal command processing
934     and most SATA controllers should be able to handle EDD's just like
935     other commands. As in software reset, EDD affects both devices on a
936     PATA bus.
937
938     Although EDD does reset devices, this doesn't suit error handling as
939     EDD cannot be issued while BSY is set and it's unclear how it will
940     act when device is in unknown/weird state.
941
942 ATAPI DEVICE RESET command
943     This is very similar to software reset except that reset can be
944     restricted to the selected device without affecting the other device
945     sharing the cable.
946
947 SATA phy reset
948     This is the preferred way of resetting a SATA device. In effect,
949     it's identical to PATA hardware reset. Note that this can be done
950     with the standard SCR Control register. As such, it's usually easier
951     to implement than software reset.
952
953 One more thing to consider when resetting devices is that resetting
954 clears certain configuration parameters and they need to be set to their
955 previous or newly adjusted values after reset.
956
957 Parameters affected are.
958
959 -  CHS set up with INITIALIZE DEVICE PARAMETERS (seldom used)
960
961 -  Parameters set with SET FEATURES including transfer mode setting
962
963 -  Block count set with SET MULTIPLE MODE
964
965 -  Other parameters (SET MAX, MEDIA LOCK...)
966
967 ATA/ATAPI standard specifies that some parameters must be maintained
968 across hardware or software reset, but doesn't strictly specify all of
969 them. Always reconfiguring needed parameters after reset is required for
970 robustness. Note that this also applies when resuming from deep sleep
971 (power-off).
972
973 Also, ATA/ATAPI standard requires that IDENTIFY DEVICE / IDENTIFY PACKET
974 DEVICE is issued after any configuration parameter is updated or a
975 hardware reset and the result used for further operation. OS driver is
976 required to implement revalidation mechanism to support this.
977
978 Reconfigure transport
979 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
980
981 For both PATA and SATA, a lot of corners are cut for cheap connectors,
982 cables or controllers and it's quite common to see high transmission
983 error rate. This can be mitigated by lowering transmission speed.
984
985 The following is a possible scheme Jeff Garzik suggested.
986
987     If more than $N (3?) transmission errors happen in 15 minutes,
988
989     -  if SATA, decrease SATA PHY speed. if speed cannot be decreased,
990
991     -  decrease UDMA xfer speed. if at UDMA0, switch to PIO4,
992
993     -  decrease PIO xfer speed. if at PIO3, complain, but continue
994
995 ata_piix Internals
996 ===================
997
998 .. kernel-doc:: drivers/ata/ata_piix.c
999    :internal:
1000
1001 sata_sil Internals
1002 ===================
1003
1004 .. kernel-doc:: drivers/ata/sata_sil.c
1005    :internal:
1006
1007 Thanks
1008 ======
1009
1010 The bulk of the ATA knowledge comes thanks to long conversations with
1011 Andre Hedrick (www.linux-ide.org), and long hours pondering the ATA and
1012 SCSI specifications.
1013
1014 Thanks to Alan Cox for pointing out similarities between SATA and SCSI,
1015 and in general for motivation to hack on libata.
1016
1017 libata's device detection method, ata_pio_devchk, and in general all
1018 the early probing was based on extensive study of Hale Landis's
1019 probe/reset code in his ATADRVR driver (www.ata-atapi.com).