drivers/hwspinlock/hwspinlock_core.c

   1 /*
   2  * Hardware spinlock framework
   3  *
   4  * Copyright (C) 2010 Texas Instruments Incorporated - http://www.ti.com
   5  *
   6  * Contact: Ohad Ben-Cohen <ohad@wizery.com>
   7  *
   8  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   9  * under the terms of the GNU General Public License version 2 as published
  10  * by the Free Software Foundation.
  11  *
  12  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15  * GNU General Public License for more details.
  16  */
  17
  18 #define pr_fmt(fmt)    "%s: " fmt, __func__
  19
  20 #include <linux/kernel.h>
  21 #include <linux/module.h>
  22 #include <linux/spinlock.h>
  23 #include <linux/types.h>
  24 #include <linux/err.h>
  25 #include <linux/jiffies.h>
  26 #include <linux/radix-tree.h>
  27 #include <linux/hwspinlock.h>
  28 #include <linux/pm_runtime.h>
  29 #include <linux/mutex.h>
  30
  31 #include "hwspinlock_internal.h"
  32
  33 /* radix tree tags */
  34 #define HWSPINLOCK_UNUSED       (0) /* tags an hwspinlock as unused */
  35
  36 /*
  37  * A radix tree is used to maintain the available hwspinlock instances.
  38  * The tree associates hwspinlock pointers with their integer key id,
  39  * and provides easy-to-use API which makes the hwspinlock core code simple
  40  * and easy to read.
  41  *
  42  * Radix trees are quick on lookups, and reasonably efficient in terms of
  43  * storage, especially with high density usages such as this framework
  44  * requires (a continuous range of integer keys, beginning with zero, is
  45  * used as the ID's of the hwspinlock instances).
  46  *
  47  * The radix tree API supports tagging items in the tree, which this
  48  * framework uses to mark unused hwspinlock instances (see the
  49  * HWSPINLOCK_UNUSED tag above). As a result, the process of querying the
  50  * tree, looking for an unused hwspinlock instance, is now reduced to a
  51  * single radix tree API call.
  52  */
  53 static RADIX_TREE(hwspinlock_tree, GFP_KERNEL);
  54
  55 /*
  56  * Synchronization of access to the tree is achieved using this mutex,
  57  * as the radix-tree API requires that users provide all synchronisation.
  58  * A mutex is needed because we're using non-atomic radix tree allocations.
  59  */
  60 static DEFINE_MUTEX(hwspinlock_tree_lock);
  61
  62
  63 /**
  64  * __hwspin_trylock() - attempt to lock a specific hwspinlock
  65  * @hwlock: an hwspinlock which we want to trylock
  66  * @mode: controls whether local interrupts are disabled or not
  67  * @flags: a pointer where the caller's interrupt state will be saved at (if
  68  *         requested)
  69  *
  70  * This function attempts to lock an hwspinlock, and will immediately
  71  * fail if the hwspinlock is already taken.
  72  *
  73  * Upon a successful return from this function, preemption (and possibly
  74  * interrupts) is disabled, so the caller must not sleep, and is advised to
  75  * release the hwspinlock as soon as possible. This is required in order to
  76  * minimize remote cores polling on the hardware interconnect.
  77  *
  78  * The user decides whether local interrupts are disabled or not, and if yes,
  79  * whether he wants their previous state to be saved. It is up to the user
  80  * to choose the appropriate @mode of operation, exactly the same way users
  81  * should decide between spin_trylock, spin_trylock_irq and
  82  * spin_trylock_irqsave.
  83  *
  84  * Returns 0 if we successfully locked the hwspinlock or -EBUSY if
  85  * the hwspinlock was already taken.
  86  * This function will never sleep.
  87  */
  88 int __hwspin_trylock(struct hwspinlock *hwlock, int mode, unsigned long *flags)
  89 {
  90         int ret;
  91
  92         BUG_ON(!hwlock);
  93         BUG_ON(!flags && mode == HWLOCK_IRQSTATE);
  94
  95         /*
  96          * This spin_lock{_irq, _irqsave} serves three purposes:
  97          *
  98          * 1. Disable preemption, in order to minimize the period of time
  99          *    in which the hwspinlock is taken. This is important in order
 100          *    to minimize the possible polling on the hardware interconnect
 101          *    by a remote user of this lock.
 102          * 2. Make the hwspinlock SMP-safe (so we can take it from
 103          *    additional contexts on the local host).
 104          * 3. Ensure that in_atomic/might_sleep checks catch potential
 105          *    problems with hwspinlock usage (e.g. scheduler checks like
 106          *    'scheduling while atomic' etc.)
 107          */
 108         if (mode == HWLOCK_IRQSTATE)
 109                 ret = spin_trylock_irqsave(&hwlock->lock, *flags);
 110         else if (mode == HWLOCK_IRQ)
 111                 ret = spin_trylock_irq(&hwlock->lock);
 112         else
 113                 ret = spin_trylock(&hwlock->lock);
 114
 115         /* is lock already taken by another context on the local cpu ? */
 116         if (!ret)
 117                 return -EBUSY;
 118
 119         /* try to take the hwspinlock device */
 120         ret = hwlock->bank->ops->trylock(hwlock);
 121
 122         /* if hwlock is already taken, undo spin_trylock_* and exit */
 123         if (!ret) {
 124                 if (mode == HWLOCK_IRQSTATE)
 125                         spin_unlock_irqrestore(&hwlock->lock, *flags);
 126                 else if (mode == HWLOCK_IRQ)
 127                         spin_unlock_irq(&hwlock->lock);
 128                 else
 129                         spin_unlock(&hwlock->lock);
 130
 131                 return -EBUSY;
 132         }
 133
 134         /*
 135          * We can be sure the other core's memory operations
 136          * are observable to us only _after_ we successfully take
 137          * the hwspinlock, and we must make sure that subsequent memory
 138          * operations (both reads and writes) will not be reordered before
 139          * we actually took the hwspinlock.
 140          *
 141          * Note: the implicit memory barrier of the spinlock above is too
 142          * early, so we need this additional explicit memory barrier.
 143          */
 144         mb();
 145
 146         return 0;
 147 }
 148 EXPORT_SYMBOL_GPL(__hwspin_trylock);
 149
 150 /**
 151  * __hwspin_lock_timeout() - lock an hwspinlock with timeout limit
 152  * @hwlock: the hwspinlock to be locked
 153  * @timeout: timeout value in msecs
 154  * @mode: mode which controls whether local interrupts are disabled or not
 155  * @flags: a pointer to where the caller's interrupt state will be saved at (if
 156  *         requested)
 157  *
 158  * This function locks the given @hwlock. If the @hwlock
 159  * is already taken, the function will busy loop waiting for it to
 160  * be released, but give up after @timeout msecs have elapsed.
 161  *
 162  * Upon a successful return from this function, preemption is disabled
 163  * (and possibly local interrupts, too), so the caller must not sleep,
 164  * and is advised to release the hwspinlock as soon as possible.
 165  * This is required in order to minimize remote cores polling on the
 166  * hardware interconnect.
 167  *
 168  * The user decides whether local interrupts are disabled or not, and if yes,
 169  * whether he wants their previous state to be saved. It is up to the user
 170  * to choose the appropriate @mode of operation, exactly the same way users
 171  * should decide between spin_lock, spin_lock_irq and spin_lock_irqsave.
 172  *
 173  * Returns 0 when the @hwlock was successfully taken, and an appropriate
 174  * error code otherwise (most notably -ETIMEDOUT if the @hwlock is still
 175  * busy after @timeout msecs). The function will never sleep.
 176  */
 177 int __hwspin_lock_timeout(struct hwspinlock *hwlock, unsigned int to,
 178                                         int mode, unsigned long *flags)
 179 {
 180         int ret;
 181         unsigned long expire;
 182
 183         expire = msecs_to_jiffies(to) + jiffies;
 184
 185         for (;;) {
 186                 /* Try to take the hwspinlock */
 187                 ret = __hwspin_trylock(hwlock, mode, flags);
 188                 if (ret != -EBUSY)
 189                         break;
 190
 191                 /*
 192                  * The lock is already taken, let's check if the user wants
 193                  * us to try again
 194                  */
 195                 if (time_is_before_eq_jiffies(expire))
 196                         return -ETIMEDOUT;
 197
 198                 /*
 199                  * Allow platform-specific relax handlers to prevent
 200                  * hogging the interconnect (no sleeping, though)
 201                  */
 202                 if (hwlock->bank->ops->relax)
 203                         hwlock->bank->ops->relax(hwlock);
 204         }
 205
 206         return ret;
 207 }
 208 EXPORT_SYMBOL_GPL(__hwspin_lock_timeout);
 209
 210 /**
 211  * __hwspin_unlock() - unlock a specific hwspinlock
 212  * @hwlock: a previously-acquired hwspinlock which we want to unlock
 213  * @mode: controls whether local interrupts needs to be restored or not
 214  * @flags: previous caller's interrupt state to restore (if requested)
 215  *
 216  * This function will unlock a specific hwspinlock, enable preemption and
 217  * (possibly) enable interrupts or restore their previous state.
 218  * @hwlock must be already locked before calling this function: it is a bug
 219  * to call unlock on a @hwlock that is already unlocked.
 220  *
 221  * The user decides whether local interrupts should be enabled or not, and
 222  * if yes, whether he wants their previous state to be restored. It is up
 223  * to the user to choose the appropriate @mode of operation, exactly the
 224  * same way users decide between spin_unlock, spin_unlock_irq and
 225  * spin_unlock_irqrestore.
 226  *
 227  * The function will never sleep.
 228  */
 229 void __hwspin_unlock(struct hwspinlock *hwlock, int mode, unsigned long *flags)
 230 {
 231         BUG_ON(!hwlock);
 232         BUG_ON(!flags && mode == HWLOCK_IRQSTATE);
 233
 234         /*
 235          * We must make sure that memory operations (both reads and writes),
 236          * done before unlocking the hwspinlock, will not be reordered
 237          * after the lock is released.
 238          *
 239          * That's the purpose of this explicit memory barrier.
 240          *
 241          * Note: the memory barrier induced by the spin_unlock below is too
 242          * late; the other core is going to access memory soon after it will
 243          * take the hwspinlock, and by then we want to be sure our memory
 244          * operations are already observable.
 245          */
 246         mb();
 247
 248         hwlock->bank->ops->unlock(hwlock);
 249
 250         /* Undo the spin_trylock{_irq, _irqsave} called while locking */
 251         if (mode == HWLOCK_IRQSTATE)
 252                 spin_unlock_irqrestore(&hwlock->lock, *flags);
 253         else if (mode == HWLOCK_IRQ)
 254                 spin_unlock_irq(&hwlock->lock);
 255         else
 256                 spin_unlock(&hwlock->lock);
 257 }
 258 EXPORT_SYMBOL_GPL(__hwspin_unlock);
 259
 260 static int hwspin_lock_register_single(struct hwspinlock *hwlock, int id)
 261 {
 262         struct hwspinlock *tmp;
 263         int ret;
 264
 265         mutex_lock(&hwspinlock_tree_lock);
 266
 267         ret = radix_tree_insert(&hwspinlock_tree, id, hwlock);
 268         if (ret) {
 269                 if (ret == -EEXIST)
 270                         pr_err("hwspinlock id %d already exists!\n", id);
 271                 goto out;
 272         }
 273
 274         /* mark this hwspinlock as available */
 275         tmp = radix_tree_tag_set(&hwspinlock_tree, id, HWSPINLOCK_UNUSED);
 276
 277         /* self-sanity check which should never fail */
 278         WARN_ON(tmp != hwlock);
 279
 280 out:
 281         mutex_unlock(&hwspinlock_tree_lock);
 282         return 0;
 283 }
 284
 285 static struct hwspinlock *hwspin_lock_unregister_single(unsigned int id)
 286 {
 287         struct hwspinlock *hwlock = NULL;
 288         int ret;
 289
 290         mutex_lock(&hwspinlock_tree_lock);
 291
 292         /* make sure the hwspinlock is not in use (tag is set) */
 293         ret = radix_tree_tag_get(&hwspinlock_tree, id, HWSPINLOCK_UNUSED);
 294         if (ret == 0) {
 295                 pr_err("hwspinlock %d still in use (or not present)\n", id);
 296                 goto out;
 297         }
 298
 299         hwlock = radix_tree_delete(&hwspinlock_tree, id);
 300         if (!hwlock) {
 301                 pr_err("failed to delete hwspinlock %d\n", id);
 302                 goto out;
 303         }
 304
 305 out:
 306         mutex_unlock(&hwspinlock_tree_lock);
 307         return hwlock;
 308 }
 309
 310 /**
 311  * hwspin_lock_register() - register a new hw spinlock device
 312  * @bank: the hwspinlock device, which usually provides numerous hw locks
 313  * @dev: the backing device
 314  * @ops: hwspinlock handlers for this device
 315  * @base_id: id of the first hardware spinlock in this bank
 316  * @num_locks: number of hwspinlocks provided by this device
 317  *
 318  * This function should be called from the underlying platform-specific
 319  * implementation, to register a new hwspinlock device instance.
 320  *
 321  * Should be called from a process context (might sleep)
 322  *
 323  * Returns 0 on success, or an appropriate error code on failure
 324  */
 325 int hwspin_lock_register(struct hwspinlock_device *bank, struct device *dev,
 326                 const struct hwspinlock_ops *ops, int base_id, int num_locks)
 327 {
 328         struct hwspinlock *hwlock;
 329         int ret = 0, i;
 330
 331         if (!bank || !ops || !dev || !num_locks || !ops->trylock ||
 332                                                         !ops->unlock) {
 333                 pr_err("invalid parameters\n");
 334                 return -EINVAL;
 335         }
 336
 337         bank->dev = dev;
 338         bank->ops = ops;
 339         bank->base_id = base_id;
 340         bank->num_locks = num_locks;
 341
 342         for (i = 0; i < num_locks; i++) {
 343                 hwlock = &bank->lock[i];
 344
 345                 spin_lock_init(&hwlock->lock);
 346                 hwlock->bank = bank;
 347
 348                 ret = hwspin_lock_register_single(hwlock, base_id + i);
 349                 if (ret)
 350                         goto reg_failed;
 351         }
 352
 353         return 0;
 354
 355 reg_failed:
 356         while (--i >= 0)
 357                 hwspin_lock_unregister_single(base_id + i);
 358         return ret;
 359 }
 360 EXPORT_SYMBOL_GPL(hwspin_lock_register);
 361
 362 /**
 363  * hwspin_lock_unregister() - unregister an hw spinlock device
 364  * @bank: the hwspinlock device, which usually provides numerous hw locks
 365  *
 366  * This function should be called from the underlying platform-specific
 367  * implementation, to unregister an existing (and unused) hwspinlock.
 368  *
 369  * Should be called from a process context (might sleep)
 370  *
 371  * Returns 0 on success, or an appropriate error code on failure
 372  */
 373 int hwspin_lock_unregister(struct hwspinlock_device *bank)
 374 {
 375         struct hwspinlock *hwlock, *tmp;
 376         int i;
 377
 378         for (i = 0; i < bank->num_locks; i++) {
 379                 hwlock = &bank->lock[i];
 380
 381                 tmp = hwspin_lock_unregister_single(bank->base_id + i);
 382                 if (!tmp)
 383                         return -EBUSY;
 384
 385                 /* self-sanity check that should never fail */
 386                 WARN_ON(tmp != hwlock);
 387         }
 388
 389         return 0;
 390 }
 391 EXPORT_SYMBOL_GPL(hwspin_lock_unregister);
 392
 393 /**
 394  * __hwspin_lock_request() - tag an hwspinlock as used and power it up
 395  *
 396  * This is an internal function that prepares an hwspinlock instance
 397  * before it is given to the user. The function assumes that
 398  * hwspinlock_tree_lock is taken.
 399  *
 400  * Returns 0 or positive to indicate success, and a negative value to
 401  * indicate an error (with the appropriate error code)
 402  */
 403 static int __hwspin_lock_request(struct hwspinlock *hwlock)
 404 {
 405         struct device *dev = hwlock->bank->dev;
 406         struct hwspinlock *tmp;
 407         int ret;
 408
 409         /* prevent underlying implementation from being removed */
 410         if (!try_module_get(dev->driver->owner)) {
 411                 dev_err(dev, "%s: can't get owner\n", __func__);
 412                 return -EINVAL;
 413         }
 414
 415         /* notify PM core that power is now needed */
 416         ret = pm_runtime_get_sync(dev);
 417         if (ret < 0) {
 418                 dev_err(dev, "%s: can't power on device\n", __func__);
 419                 pm_runtime_put_noidle(dev);
 420                 module_put(dev->driver->owner);
 421                 return ret;
 422         }
 423
 424         /* mark hwspinlock as used, should not fail */
 425         tmp = radix_tree_tag_clear(&hwspinlock_tree, hwlock_to_id(hwlock),
 426                                                         HWSPINLOCK_UNUSED);
 427
 428         /* self-sanity check that should never fail */
 429         WARN_ON(tmp != hwlock);
 430
 431         return ret;
 432 }
 433
 434 /**
 435  * hwspin_lock_get_id() - retrieve id number of a given hwspinlock
 436  * @hwlock: a valid hwspinlock instance
 437  *
 438  * Returns the id number of a given @hwlock, or -EINVAL if @hwlock is invalid.
 439  */
 440 int hwspin_lock_get_id(struct hwspinlock *hwlock)
 441 {
 442         if (!hwlock) {
 443                 pr_err("invalid hwlock\n");
 444                 return -EINVAL;
 445         }
 446
 447         return hwlock_to_id(hwlock);
 448 }
 449 EXPORT_SYMBOL_GPL(hwspin_lock_get_id);
 450
 451 /**
 452  * hwspin_lock_request() - request an hwspinlock
 453  *
 454  * This function should be called by users of the hwspinlock device,
 455  * in order to dynamically assign them an unused hwspinlock.
 456  * Usually the user of this lock will then have to communicate the lock's id
 457  * to the remote core before it can be used for synchronization (to get the
 458  * id of a given hwlock, use hwspin_lock_get_id()).
 459  *
 460  * Should be called from a process context (might sleep)
 461  *
 462  * Returns the address of the assigned hwspinlock, or NULL on error
 463  */
 464 struct hwspinlock *hwspin_lock_request(void)
 465 {
 466         struct hwspinlock *hwlock;
 467         int ret;
 468
 469         mutex_lock(&hwspinlock_tree_lock);
 470
 471         /* look for an unused lock */
 472         ret = radix_tree_gang_lookup_tag(&hwspinlock_tree, (void **)&hwlock,
 473                                                 0, 1, HWSPINLOCK_UNUSED);
 474         if (ret == 0) {
 475                 pr_warn("a free hwspinlock is not available\n");
 476                 hwlock = NULL;
 477                 goto out;
 478         }
 479
 480         /* sanity check that should never fail */
 481         WARN_ON(ret > 1);
 482
 483         /* mark as used and power up */
 484         ret = __hwspin_lock_request(hwlock);
 485         if (ret < 0)
 486                 hwlock = NULL;
 487
 488 out:
 489         mutex_unlock(&hwspinlock_tree_lock);
 490         return hwlock;
 491 }
 492 EXPORT_SYMBOL_GPL(hwspin_lock_request);
 493
 494 /**
 495  * hwspin_lock_request_specific() - request for a specific hwspinlock
 496  * @id: index of the specific hwspinlock that is requested
 497  *
 498  * This function should be called by users of the hwspinlock module,
 499  * in order to assign them a specific hwspinlock.
 500  * Usually early board code will be calling this function in order to
 501  * reserve specific hwspinlock ids for predefined purposes.
 502  *
 503  * Should be called from a process context (might sleep)
 504  *
 505  * Returns the address of the assigned hwspinlock, or NULL on error
 506  */
 507 struct hwspinlock *hwspin_lock_request_specific(unsigned int id)
 508 {
 509         struct hwspinlock *hwlock;
 510         int ret;
 511
 512         mutex_lock(&hwspinlock_tree_lock);
 513
 514         /* make sure this hwspinlock exists */
 515         hwlock = radix_tree_lookup(&hwspinlock_tree, id);
 516         if (!hwlock) {
 517                 pr_warn("hwspinlock %u does not exist\n", id);
 518                 goto out;
 519         }
 520
 521         /* sanity check (this shouldn't happen) */
 522         WARN_ON(hwlock_to_id(hwlock) != id);
 523
 524         /* make sure this hwspinlock is unused */
 525         ret = radix_tree_tag_get(&hwspinlock_tree, id, HWSPINLOCK_UNUSED);
 526         if (ret == 0) {
 527                 pr_warn("hwspinlock %u is already in use\n", id);
 528                 hwlock = NULL;
 529                 goto out;
 530         }
 531
 532         /* mark as used and power up */
 533         ret = __hwspin_lock_request(hwlock);
 534         if (ret < 0)
 535                 hwlock = NULL;
 536
 537 out:
 538         mutex_unlock(&hwspinlock_tree_lock);
 539         return hwlock;
 540 }
 541 EXPORT_SYMBOL_GPL(hwspin_lock_request_specific);
 542
 543 /**
 544  * hwspin_lock_free() - free a specific hwspinlock
 545  * @hwlock: the specific hwspinlock to free
 546  *
 547  * This function mark @hwlock as free again.
 548  * Should only be called with an @hwlock that was retrieved from
 549  * an earlier call to omap_hwspin_lock_request{_specific}.
 550  *
 551  * Should be called from a process context (might sleep)
 552  *
 553  * Returns 0 on success, or an appropriate error code on failure
 554  */
 555 int hwspin_lock_free(struct hwspinlock *hwlock)
 556 {
 557         struct device *dev;
 558         struct hwspinlock *tmp;
 559         int ret;
 560
 561         if (!hwlock) {
 562                 pr_err("invalid hwlock\n");
 563                 return -EINVAL;
 564         }
 565
 566         dev = hwlock->bank->dev;
 567         mutex_lock(&hwspinlock_tree_lock);
 568
 569         /* make sure the hwspinlock is used */
 570         ret = radix_tree_tag_get(&hwspinlock_tree, hwlock_to_id(hwlock),
 571                                                         HWSPINLOCK_UNUSED);
 572         if (ret == 1) {
 573                 dev_err(dev, "%s: hwlock is already free\n", __func__);
 574                 dump_stack();
 575                 ret = -EINVAL;
 576                 goto out;
 577         }
 578
 579         /* notify the underlying device that power is not needed */
 580         ret = pm_runtime_put(dev);
 581         if (ret < 0)
 582                 goto out;
 583
 584         /* mark this hwspinlock as available */
 585         tmp = radix_tree_tag_set(&hwspinlock_tree, hwlock_to_id(hwlock),
 586                                                         HWSPINLOCK_UNUSED);
 587
 588         /* sanity check (this shouldn't happen) */
 589         WARN_ON(tmp != hwlock);
 590
 591         module_put(dev->driver->owner);
 592
 593 out:
 594         mutex_unlock(&hwspinlock_tree_lock);
 595         return ret;
 596 }
 597 EXPORT_SYMBOL_GPL(hwspin_lock_free);
 598
 599 MODULE_LICENSE("GPL v2");
 600 MODULE_DESCRIPTION("Hardware spinlock interface");
 601 MODULE_AUTHOR("Ohad Ben-Cohen <ohad@wizery.com>");