hwspinlock.txt

   1 Hardware Spinlock Framework
   2
   3 1. Introduction
   4
   5 Hardware spinlock modules provide hardware assistance for synchronization
   6 and mutual exclusion between heterogeneous processors and those not operating
   7 under a single, shared operating system.
   8
   9 For example, OMAP4 has dual Cortex-A9, dual Cortex-M3 and a C64x+ DSP,
  10 each of which is running a different Operating System (the master, A9,
  11 is usually running Linux and the slave processors, the M3 and the DSP,
  12 are running some flavor of RTOS).
  13
  14 A generic hwspinlock framework allows platform-independent drivers to use
  15 the hwspinlock device in order to access data structures that are shared
  16 between remote processors, that otherwise have no alternative mechanism
  17 to accomplish synchronization and mutual exclusion operations.
  18
  19 This is necessary, for example, for Inter-processor communications:
  20 on OMAP4, cpu-intensive multimedia tasks are offloaded by the host to the
  21 remote M3 and/or C64x+ slave processors (by an IPC subsystem called Syslink).
  22
  23 To achieve fast message-based communications, a minimal kernel support
  24 is needed to deliver messages arriving from a remote processor to the
  25 appropriate user process.
  26
  27 This communication is based on simple data structures that is shared between
  28 the remote processors, and access to it is synchronized using the hwspinlock
  29 module (remote processor directly places new messages in this shared data
  30 structure).
  31
  32 A common hwspinlock interface makes it possible to have generic, platform-
  33 independent, drivers.
  34
  35 2. User API
  36
  37   struct hwspinlock *hwspin_lock_request(void);
  38    - dynamically assign an hwspinlock and return its address, or NULL
  39      in case an unused hwspinlock isn't available. Users of this
  40      API will usually want to communicate the lock's id to the remote core
  41      before it can be used to achieve synchronization.
  42      Can be called from an atomic context (this function will not sleep) but
  43      not from within interrupt context.
  44
  45   struct hwspinlock *hwspin_lock_request_specific(unsigned int id);
  46    - assign a specific hwspinlock id and return its address, or NULL
  47      if that hwspinlock is already in use. Usually board code will
  48      be calling this function in order to reserve specific hwspinlock
  49      ids for predefined purposes.
  50      Can be called from an atomic context (this function will not sleep) but
  51      not from within interrupt context.
  52
  53   int hwspin_lock_free(struct hwspinlock *hwlock);
  54    - free a previously-assigned hwspinlock; returns 0 on success, or an
  55      appropriate error code on failure (e.g. -EINVAL if the hwspinlock
  56      is already free).
  57      Can be called from an atomic context (this function will not sleep) but
  58      not from within interrupt context.
  59
  60   int hwspin_lock_timeout(struct hwspinlock *hwlock, unsigned int timeout);
  61    - lock a previously-assigned hwspinlock with a timeout limit (specified in
  62      msecs). If the hwspinlock is already taken, the function will busy loop
  63      waiting for it to be released, but give up when the timeout elapses.
  64      Upon a successful return from this function, preemption is disabled so
  65      the caller must not sleep, and is advised to release the hwspinlock as
  66      soon as possible, in order to minimize remote cores polling on the
  67      hardware interconnect.
  68      Returns 0 when successful and an appropriate error code otherwise (most
  69      notably -ETIMEDOUT if the hwspinlock is still busy after timeout msecs).
  70      The function will never sleep.
  71
  72   int hwspin_lock_timeout_irq(struct hwspinlock *hwlock, unsigned int timeout);
  73    - lock a previously-assigned hwspinlock with a timeout limit (specified in
  74      msecs). If the hwspinlock is already taken, the function will busy loop
  75      waiting for it to be released, but give up when the timeout elapses.
  76      Upon a successful return from this function, preemption and the local
  77      interrupts are disabled, so the caller must not sleep, and is advised to
  78      release the hwspinlock as soon as possible.
  79      Returns 0 when successful and an appropriate error code otherwise (most
  80      notably -ETIMEDOUT if the hwspinlock is still busy after timeout msecs).
  81      The function will never sleep.
  82
  83   int hwspin_lock_timeout_irqsave(struct hwspinlock *hwlock, unsigned int to,
  84                                                         unsigned long *flags);
  85    - lock a previously-assigned hwspinlock with a timeout limit (specified in
  86      msecs). If the hwspinlock is already taken, the function will busy loop
  87      waiting for it to be released, but give up when the timeout elapses.
  88      Upon a successful return from this function, preemption is disabled,
  89      local interrupts are disabled and their previous state is saved at the
  90      given flags placeholder. The caller must not sleep, and is advised to
  91      release the hwspinlock as soon as possible.
  92      Returns 0 when successful and an appropriate error code otherwise (most
  93      notably -ETIMEDOUT if the hwspinlock is still busy after timeout msecs).
  94      The function will never sleep.
  95
  96   int hwspin_trylock(struct hwspinlock *hwlock);
  97    - attempt to lock a previously-assigned hwspinlock, but immediately fail if
  98      it is already taken.
  99      Upon a successful return from this function, preemption is disabled so
 100      caller must not sleep, and is advised to release the hwspinlock as soon as
 101      possible, in order to minimize remote cores polling on the hardware
 102      interconnect.
 103      Returns 0 on success and an appropriate error code otherwise (most
 104      notably -EBUSY if the hwspinlock was already taken).
 105      The function will never sleep.
 106
 107   int hwspin_trylock_irq(struct hwspinlock *hwlock);
 108    - attempt to lock a previously-assigned hwspinlock, but immediately fail if
 109      it is already taken.
 110      Upon a successful return from this function, preemption and the local
 111      interrupts are disabled so caller must not sleep, and is advised to
 112      release the hwspinlock as soon as possible.
 113      Returns 0 on success and an appropriate error code otherwise (most
 114      notably -EBUSY if the hwspinlock was already taken).
 115      The function will never sleep.
 116
 117   int hwspin_trylock_irqsave(struct hwspinlock *hwlock, unsigned long *flags);
 118    - attempt to lock a previously-assigned hwspinlock, but immediately fail if
 119      it is already taken.
 120      Upon a successful return from this function, preemption is disabled,
 121      the local interrupts are disabled and their previous state is saved
 122      at the given flags placeholder. The caller must not sleep, and is advised
 123      to release the hwspinlock as soon as possible.
 124      Returns 0 on success and an appropriate error code otherwise (most
 125      notably -EBUSY if the hwspinlock was already taken).
 126      The function will never sleep.
 127
 128   void hwspin_unlock(struct hwspinlock *hwlock);
 129    - unlock a previously-locked hwspinlock. Always succeed, and can be called
 130      from any context (the function never sleeps). Note: code should _never_
 131      unlock an hwspinlock which is already unlocked (there is no protection
 132      against this).
 133
 134   void hwspin_unlock_irq(struct hwspinlock *hwlock);
 135    - unlock a previously-locked hwspinlock and enable local interrupts.
 136      The caller should _never_ unlock an hwspinlock which is already unlocked.
 137      Doing so is considered a bug (there is no protection against this).
 138      Upon a successful return from this function, preemption and local
 139      interrupts are enabled. This function will never sleep.
 140
 141   void
 142   hwspin_unlock_irqrestore(struct hwspinlock *hwlock, unsigned long *flags);
 143    - unlock a previously-locked hwspinlock.
 144      The caller should _never_ unlock an hwspinlock which is already unlocked.
 145      Doing so is considered a bug (there is no protection against this).
 146      Upon a successful return from this function, preemption is reenabled,
 147      and the state of the local interrupts is restored to the state saved at
 148      the given flags. This function will never sleep.
 149
 150   int hwspin_lock_get_id(struct hwspinlock *hwlock);
 151    - retrieve id number of a given hwspinlock. This is needed when an
 152      hwspinlock is dynamically assigned: before it can be used to achieve
 153      mutual exclusion with a remote cpu, the id number should be communicated
 154      to the remote task with which we want to synchronize.
 155      Returns the hwspinlock id number, or -EINVAL if hwlock is null.
 156
 157 3. Typical usage
 158
 159 #include <linux/hwspinlock.h>
 160 #include <linux/err.h>
 161
 162 int hwspinlock_example1(void)
 163 {
 164         struct hwspinlock *hwlock;
 165         int ret;
 166
 167         /* dynamically assign a hwspinlock */
 168         hwlock = hwspin_lock_request();
 169         if (!hwlock)
 170                 ...
 171
 172         id = hwspin_lock_get_id(hwlock);
 173         /* probably need to communicate id to a remote processor now */
 174
 175         /* take the lock, spin for 1 sec if it's already taken */
 176         ret = hwspin_lock_timeout(hwlock, 1000);
 177         if (ret)
 178                 ...
 179
 180         /*
 181          * we took the lock, do our thing now, but do NOT sleep
 182          */
 183
 184         /* release the lock */
 185         hwspin_unlock(hwlock);
 186
 187         /* free the lock */
 188         ret = hwspin_lock_free(hwlock);
 189         if (ret)
 190                 ...
 191
 192         return ret;
 193 }
 194
 195 int hwspinlock_example2(void)
 196 {
 197         struct hwspinlock *hwlock;
 198         int ret;
 199
 200         /*
 201          * assign a specific hwspinlock id - this should be called early
 202          * by board init code.
 203          */
 204         hwlock = hwspin_lock_request_specific(PREDEFINED_LOCK_ID);
 205         if (!hwlock)
 206                 ...
 207
 208         /* try to take it, but don't spin on it */
 209         ret = hwspin_trylock(hwlock);
 210         if (!ret) {
 211                 pr_info("lock is already taken\n");
 212                 return -EBUSY;
 213         }
 214
 215         /*
 216          * we took the lock, do our thing now, but do NOT sleep
 217          */
 218
 219         /* release the lock */
 220         hwspin_unlock(hwlock);
 221
 222         /* free the lock */
 223         ret = hwspin_lock_free(hwlock);
 224         if (ret)
 225                 ...
 226
 227         return ret;
 228 }
 229
 230
 231 4. API for implementors
 232
 233   int hwspin_lock_register(struct hwspinlock *hwlock);
 234    - to be called from the underlying platform-specific implementation, in
 235      order to register a new hwspinlock instance. Can be called from an atomic
 236      context (this function will not sleep) but not from within interrupt
 237      context. Returns 0 on success, or appropriate error code on failure.
 238
 239   struct hwspinlock *hwspin_lock_unregister(unsigned int id);
 240    - to be called from the underlying vendor-specific implementation, in order
 241      to unregister an existing (and unused) hwspinlock instance.
 242      Can be called from an atomic context (will not sleep) but not from
 243      within interrupt context.
 244      Returns the address of hwspinlock on success, or NULL on error (e.g.
 245      if the hwspinlock is sill in use).
 246
 247 5. struct hwspinlock
 248
 249 This struct represents an hwspinlock instance. It is registered by the
 250 underlying hwspinlock implementation using the hwspin_lock_register() API.
 251
 252 /**
 253  * struct hwspinlock - vendor-specific hwspinlock implementation
 254  *
 255  * @dev: underlying device, will be used with runtime PM api
 256  * @ops: vendor-specific hwspinlock handlers
 257  * @id: a global, unique, system-wide, index of the lock.
 258  * @lock: initialized and used by hwspinlock core
 259  * @owner: underlying implementation module, used to maintain module ref count
 260  */
 261 struct hwspinlock {
 262         struct device *dev;
 263         const struct hwspinlock_ops *ops;
 264         int id;
 265         spinlock_t lock;
 266         struct module *owner;
 267 };
 268
 269 The underlying implementation is responsible to assign the dev, ops, id and
 270 owner members. The lock member, OTOH, is initialized and used by the hwspinlock
 271 core.
 272
 273 6. Implementation callbacks
 274
 275 There are three possible callbacks defined in 'struct hwspinlock_ops':
 276
 277 struct hwspinlock_ops {
 278         int (*trylock)(struct hwspinlock *lock);
 279         void (*unlock)(struct hwspinlock *lock);
 280         void (*relax)(struct hwspinlock *lock);
 281 };
 282
 283 The first two callbacks are mandatory:
 284
 285 The ->trylock() callback should make a single attempt to take the lock, and
 286 return 0 on failure and 1 on success. This callback may _not_ sleep.
 287
 288 The ->unlock() callback releases the lock. It always succeed, and it, too,
 289 may _not_ sleep.
 290
 291 The ->relax() callback is optional. It is called by hwspinlock core while
 292 spinning on a lock, and can be used by the underlying implementation to force
 293 a delay between two successive invocations of ->trylock(). It may _not_ sleep.