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