Documentation/locking/hwspinlock.rst

   1 ===========================
   2 Hardware Spinlock Framework
   3 ===========================
   4
   5 Introduction
   6 ============
   7
   8 Hardware spinlock modules provide hardware assistance for synchronization
   9 and mutual exclusion between heterogeneous processors and those not operating
  10 under a single, shared operating system.
  11
  12 For example, OMAP4 has dual Cortex-A9, dual Cortex-M3 and a C64x+ DSP,
  13 each of which is running a different Operating System (the master, A9,
  14 is usually running Linux and the slave processors, the M3 and the DSP,
  15 are running some flavor of RTOS).
  16
  17 A generic hwspinlock framework allows platform-independent drivers to use
  18 the hwspinlock device in order to access data structures that are shared
  19 between remote processors, that otherwise have no alternative mechanism
  20 to accomplish synchronization and mutual exclusion operations.
  21
  22 This is necessary, for example, for Inter-processor communications:
  23 on OMAP4, cpu-intensive multimedia tasks are offloaded by the host to the
  24 remote M3 and/or C64x+ slave processors (by an IPC subsystem called Syslink).
  25
  26 To achieve fast message-based communications, a minimal kernel support
  27 is needed to deliver messages arriving from a remote processor to the
  28 appropriate user process.
  29
  30 This communication is based on simple data structures that is shared between
  31 the remote processors, and access to it is synchronized using the hwspinlock
  32 module (remote processor directly places new messages in this shared data
  33 structure).
  34
  35 A common hwspinlock interface makes it possible to have generic, platform-
  36 independent, drivers.
  37
  38 User API
  39 ========
  40
  41 ::
  42
  43   struct hwspinlock *hwspin_lock_request(void);
  44
  45 Dynamically assign an hwspinlock and return its address, or NULL
  46 in case an unused hwspinlock isn't available. Users of this
  47 API will usually want to communicate the lock's id to the remote core
  48 before it can be used to achieve synchronization.
  49
  50 Should be called from a process context (might sleep).
  51
  52 ::
  53
  54   struct hwspinlock *hwspin_lock_request_specific(unsigned int id);
  55
  56 Assign a specific hwspinlock id and return its address, or NULL
  57 if that hwspinlock is already in use. Usually board code will
  58 be calling this function in order to reserve specific hwspinlock
  59 ids for predefined purposes.
  60
  61 Should be called from a process context (might sleep).
  62
  63 ::
  64
  65   int of_hwspin_lock_get_id(struct device_node *np, int index);
  66
  67 Retrieve the global lock id for an OF phandle-based specific lock.
  68 This function provides a means for DT users of a hwspinlock module
  69 to get the global lock id of a specific hwspinlock, so that it can
  70 be requested using the normal hwspin_lock_request_specific() API.
  71
  72 The function returns a lock id number on success, -EPROBE_DEFER if
  73 the hwspinlock device is not yet registered with the core, or other
  74 error values.
  75
  76 Should be called from a process context (might sleep).
  77
  78 ::
  79
  80   int hwspin_lock_free(struct hwspinlock *hwlock);
  81
  82 Free a previously-assigned hwspinlock; returns 0 on success, or an
  83 appropriate error code on failure (e.g. -EINVAL if the hwspinlock
  84 is already free).
  85
  86 Should be called from a process context (might sleep).
  87
  88 ::
  89
  90   int hwspin_lock_timeout(struct hwspinlock *hwlock, unsigned int timeout);
  91
  92 Lock a previously-assigned hwspinlock with a timeout limit (specified in
  93 msecs). If the hwspinlock is already taken, the function will busy loop
  94 waiting for it to be released, but give up when the timeout elapses.
  95 Upon a successful return from this function, preemption is disabled so
  96 the caller must not sleep, and is advised to release the hwspinlock as
  97 soon as possible, in order to minimize remote cores polling on the
  98 hardware interconnect.
  99
 100 Returns 0 when successful and an appropriate error code otherwise (most
 101 notably -ETIMEDOUT if the hwspinlock is still busy after timeout msecs).
 102 The function will never sleep.
 103
 104 ::
 105
 106   int hwspin_lock_timeout_irq(struct hwspinlock *hwlock, unsigned int timeout);
 107
 108 Lock a previously-assigned hwspinlock with a timeout limit (specified in
 109 msecs). If the hwspinlock is already taken, the function will busy loop
 110 waiting for it to be released, but give up when the timeout elapses.
 111 Upon a successful return from this function, preemption and the local
 112 interrupts are disabled, so the caller must not sleep, and is advised to
 113 release the hwspinlock as soon as possible.
 114
 115 Returns 0 when successful and an appropriate error code otherwise (most
 116 notably -ETIMEDOUT if the hwspinlock is still busy after timeout msecs).
 117 The function will never sleep.
 118
 119 ::
 120
 121   int hwspin_lock_timeout_irqsave(struct hwspinlock *hwlock, unsigned int to,
 122                                   unsigned long *flags);
 123
 124 Lock a previously-assigned hwspinlock with a timeout limit (specified in
 125 msecs). If the hwspinlock is already taken, the function will busy loop
 126 waiting for it to be released, but give up when the timeout elapses.
 127 Upon a successful return from this function, preemption is disabled,
 128 local interrupts are disabled and their previous state is saved at the
 129 given flags placeholder. The caller must not sleep, and is advised to
 130 release the hwspinlock as soon as possible.
 131
 132 Returns 0 when successful and an appropriate error code otherwise (most
 133 notably -ETIMEDOUT if the hwspinlock is still busy after timeout msecs).
 134
 135 The function will never sleep.
 136
 137 ::
 138
 139   int hwspin_lock_timeout_raw(struct hwspinlock *hwlock, unsigned int timeout);
 140
 141 Lock a previously-assigned hwspinlock with a timeout limit (specified in
 142 msecs). If the hwspinlock is already taken, the function will busy loop
 143 waiting for it to be released, but give up when the timeout elapses.
 144
 145 Caution: User must protect the routine of getting hardware lock with mutex
 146 or spinlock to avoid dead-lock, that will let user can do some time-consuming
 147 or sleepable operations under the hardware lock.
 148
 149 Returns 0 when successful and an appropriate error code otherwise (most
 150 notably -ETIMEDOUT if the hwspinlock is still busy after timeout msecs).
 151
 152 The function will never sleep.
 153
 154 ::
 155
 156   int hwspin_lock_timeout_in_atomic(struct hwspinlock *hwlock, unsigned int to);
 157
 158 Lock a previously-assigned hwspinlock with a timeout limit (specified in
 159 msecs). If the hwspinlock is already taken, the function will busy loop
 160 waiting for it to be released, but give up when the timeout elapses.
 161
 162 This function shall be called only from an atomic context and the timeout
 163 value shall not exceed a few msecs.
 164
 165 Returns 0 when successful and an appropriate error code otherwise (most
 166 notably -ETIMEDOUT if the hwspinlock is still busy after timeout msecs).
 167
 168 The function will never sleep.
 169
 170 ::
 171
 172   int hwspin_trylock(struct hwspinlock *hwlock);
 173
 174
 175 Attempt to lock a previously-assigned hwspinlock, but immediately fail if
 176 it is already taken.
 177
 178 Upon a successful return from this function, preemption is disabled so
 179 caller must not sleep, and is advised to release the hwspinlock as soon as
 180 possible, in order to minimize remote cores polling on the hardware
 181 interconnect.
 182
 183 Returns 0 on success and an appropriate error code otherwise (most
 184 notably -EBUSY if the hwspinlock was already taken).
 185 The function will never sleep.
 186
 187 ::
 188
 189   int hwspin_trylock_irq(struct hwspinlock *hwlock);
 190
 191
 192 Attempt to lock a previously-assigned hwspinlock, but immediately fail if
 193 it is already taken.
 194
 195 Upon a successful return from this function, preemption and the local
 196 interrupts are disabled so caller must not sleep, and is advised to
 197 release the hwspinlock as soon as possible.
 198
 199 Returns 0 on success and an appropriate error code otherwise (most
 200 notably -EBUSY if the hwspinlock was already taken).
 201
 202 The function will never sleep.
 203
 204 ::
 205
 206   int hwspin_trylock_irqsave(struct hwspinlock *hwlock, unsigned long *flags);
 207
 208 Attempt to lock a previously-assigned hwspinlock, but immediately fail if
 209 it is already taken.
 210
 211 Upon a successful return from this function, preemption is disabled,
 212 the local interrupts are disabled and their previous state is saved
 213 at the given flags placeholder. The caller must not sleep, and is advised
 214 to release the hwspinlock as soon as possible.
 215
 216 Returns 0 on success and an appropriate error code otherwise (most
 217 notably -EBUSY if the hwspinlock was already taken).
 218 The function will never sleep.
 219
 220 ::
 221
 222   int hwspin_trylock_raw(struct hwspinlock *hwlock);
 223
 224 Attempt to lock a previously-assigned hwspinlock, but immediately fail if
 225 it is already taken.
 226
 227 Caution: User must protect the routine of getting hardware lock with mutex
 228 or spinlock to avoid dead-lock, that will let user can do some time-consuming
 229 or sleepable operations under the hardware lock.
 230
 231 Returns 0 on success and an appropriate error code otherwise (most
 232 notably -EBUSY if the hwspinlock was already taken).
 233 The function will never sleep.
 234
 235 ::
 236
 237   int hwspin_trylock_in_atomic(struct hwspinlock *hwlock);
 238
 239 Attempt to lock a previously-assigned hwspinlock, but immediately fail if
 240 it is already taken.
 241
 242 This function shall be called only from an atomic context.
 243
 244 Returns 0 on success and an appropriate error code otherwise (most
 245 notably -EBUSY if the hwspinlock was already taken).
 246 The function will never sleep.
 247
 248 ::
 249
 250   void hwspin_unlock(struct hwspinlock *hwlock);
 251
 252 Unlock a previously-locked hwspinlock. Always succeed, and can be called
 253 from any context (the function never sleeps).
 254
 255 .. note::
 256
 257   code should **never** unlock an hwspinlock which is already unlocked
 258   (there is no protection against this).
 259
 260 ::
 261
 262   void hwspin_unlock_irq(struct hwspinlock *hwlock);
 263
 264 Unlock a previously-locked hwspinlock and enable local interrupts.
 265 The caller should **never** unlock an hwspinlock which is already unlocked.
 266
 267 Doing so is considered a bug (there is no protection against this).
 268 Upon a successful return from this function, preemption and local
 269 interrupts are enabled. This function will never sleep.
 270
 271 ::
 272
 273   void
 274   hwspin_unlock_irqrestore(struct hwspinlock *hwlock, unsigned long *flags);
 275
 276 Unlock a previously-locked hwspinlock.
 277
 278 The caller should **never** unlock an hwspinlock which is already unlocked.
 279 Doing so is considered a bug (there is no protection against this).
 280 Upon a successful return from this function, preemption is reenabled,
 281 and the state of the local interrupts is restored to the state saved at
 282 the given flags. This function will never sleep.
 283
 284 ::
 285
 286   void hwspin_unlock_raw(struct hwspinlock *hwlock);
 287
 288 Unlock a previously-locked hwspinlock.
 289
 290 The caller should **never** unlock an hwspinlock which is already unlocked.
 291 Doing so is considered a bug (there is no protection against this).
 292 This function will never sleep.
 293
 294 ::
 295
 296   void hwspin_unlock_in_atomic(struct hwspinlock *hwlock);
 297
 298 Unlock a previously-locked hwspinlock.
 299
 300 The caller should **never** unlock an hwspinlock which is already unlocked.
 301 Doing so is considered a bug (there is no protection against this).
 302 This function will never sleep.
 303
 304 ::
 305
 306   int hwspin_lock_get_id(struct hwspinlock *hwlock);
 307
 308 Retrieve id number of a given hwspinlock. This is needed when an
 309 hwspinlock is dynamically assigned: before it can be used to achieve
 310 mutual exclusion with a remote cpu, the id number should be communicated
 311 to the remote task with which we want to synchronize.
 312
 313 Returns the hwspinlock id number, or -EINVAL if hwlock is null.
 314
 315 Typical usage
 316 =============
 317
 318 ::
 319
 320         #include <linux/hwspinlock.h>
 321         #include <linux/err.h>
 322
 323         int hwspinlock_example1(void)
 324         {
 325                 struct hwspinlock *hwlock;
 326                 int ret;
 327
 328                 /* dynamically assign a hwspinlock */
 329                 hwlock = hwspin_lock_request();
 330                 if (!hwlock)
 331                         ...
 332
 333                 id = hwspin_lock_get_id(hwlock);
 334                 /* probably need to communicate id to a remote processor now */
 335
 336                 /* take the lock, spin for 1 sec if it's already taken */
 337                 ret = hwspin_lock_timeout(hwlock, 1000);
 338                 if (ret)
 339                         ...
 340
 341                 /*
 342                 * we took the lock, do our thing now, but do NOT sleep
 343                 */
 344
 345                 /* release the lock */
 346                 hwspin_unlock(hwlock);
 347
 348                 /* free the lock */
 349                 ret = hwspin_lock_free(hwlock);
 350                 if (ret)
 351                         ...
 352
 353                 return ret;
 354         }
 355
 356         int hwspinlock_example2(void)
 357         {
 358                 struct hwspinlock *hwlock;
 359                 int ret;
 360
 361                 /*
 362                 * assign a specific hwspinlock id - this should be called early
 363                 * by board init code.
 364                 */
 365                 hwlock = hwspin_lock_request_specific(PREDEFINED_LOCK_ID);
 366                 if (!hwlock)
 367                         ...
 368
 369                 /* try to take it, but don't spin on it */
 370                 ret = hwspin_trylock(hwlock);
 371                 if (!ret) {
 372                         pr_info("lock is already taken\n");
 373                         return -EBUSY;
 374                 }
 375
 376                 /*
 377                 * we took the lock, do our thing now, but do NOT sleep
 378                 */
 379
 380                 /* release the lock */
 381                 hwspin_unlock(hwlock);
 382
 383                 /* free the lock */
 384                 ret = hwspin_lock_free(hwlock);
 385                 if (ret)
 386                         ...
 387
 388                 return ret;
 389         }
 390
 391
 392 API for implementors
 393 ====================
 394
 395 ::
 396
 397   int hwspin_lock_register(struct hwspinlock_device *bank, struct device *dev,
 398                 const struct hwspinlock_ops *ops, int base_id, int num_locks);
 399
 400 To be called from the underlying platform-specific implementation, in
 401 order to register a new hwspinlock device (which is usually a bank of
 402 numerous locks). Should be called from a process context (this function
 403 might sleep).
 404
 405 Returns 0 on success, or appropriate error code on failure.
 406
 407 ::
 408
 409   int hwspin_lock_unregister(struct hwspinlock_device *bank);
 410
 411 To be called from the underlying vendor-specific implementation, in order
 412 to unregister an hwspinlock device (which is usually a bank of numerous
 413 locks).
 414
 415 Should be called from a process context (this function might sleep).
 416
 417 Returns the address of hwspinlock on success, or NULL on error (e.g.
 418 if the hwspinlock is still in use).
 419
 420 Important structs
 421 =================
 422
 423 struct hwspinlock_device is a device which usually contains a bank
 424 of hardware locks. It is registered by the underlying hwspinlock
 425 implementation using the hwspin_lock_register() API.
 426
 427 ::
 428
 429         /**
 430         * struct hwspinlock_device - a device which usually spans numerous hwspinlocks
 431         * @dev: underlying device, will be used to invoke runtime PM api
 432         * @ops: platform-specific hwspinlock handlers
 433         * @base_id: id index of the first lock in this device
 434         * @num_locks: number of locks in this device
 435         * @lock: dynamically allocated array of 'struct hwspinlock'
 436         */
 437         struct hwspinlock_device {
 438                 struct device *dev;
 439                 const struct hwspinlock_ops *ops;
 440                 int base_id;
 441                 int num_locks;
 442                 struct hwspinlock lock[0];
 443         };
 444
 445 struct hwspinlock_device contains an array of hwspinlock structs, each
 446 of which represents a single hardware lock::
 447
 448         /**
 449         * struct hwspinlock - this struct represents a single hwspinlock instance
 450         * @bank: the hwspinlock_device structure which owns this lock
 451         * @lock: initialized and used by hwspinlock core
 452         * @priv: private data, owned by the underlying platform-specific hwspinlock drv
 453         */
 454         struct hwspinlock {
 455                 struct hwspinlock_device *bank;
 456                 spinlock_t lock;
 457                 void *priv;
 458         };
 459
 460 When registering a bank of locks, the hwspinlock driver only needs to
 461 set the priv members of the locks. The rest of the members are set and
 462 initialized by the hwspinlock core itself.
 463
 464 Implementation callbacks
 465 ========================
 466
 467 There are three possible callbacks defined in 'struct hwspinlock_ops'::
 468
 469         struct hwspinlock_ops {
 470                 int (*trylock)(struct hwspinlock *lock);
 471                 void (*unlock)(struct hwspinlock *lock);
 472                 void (*relax)(struct hwspinlock *lock);
 473         };
 474
 475 The first two callbacks are mandatory:
 476
 477 The ->trylock() callback should make a single attempt to take the lock, and
 478 return 0 on failure and 1 on success. This callback may **not** sleep.
 479
 480 The ->unlock() callback releases the lock. It always succeed, and it, too,
 481 may **not** sleep.
 482
 483 The ->relax() callback is optional. It is called by hwspinlock core while
 484 spinning on a lock, and can be used by the underlying implementation to force
 485 a delay between two successive invocations of ->trylock(). It may **not** sleep.