include/linux/lightnvm.h

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
   2 #ifndef NVM_H
   3 #define NVM_H
   4
   5 #include <linux/blkdev.h>
   6 #include <linux/types.h>
   7 #include <uapi/linux/lightnvm.h>
   8
   9 enum {
  10         NVM_IO_OK = 0,
  11         NVM_IO_REQUEUE = 1,
  12         NVM_IO_DONE = 2,
  13         NVM_IO_ERR = 3,
  14
  15         NVM_IOTYPE_NONE = 0,
  16         NVM_IOTYPE_GC = 1,
  17 };
  18
  19 /* common format */
  20 #define NVM_GEN_CH_BITS  (8)
  21 #define NVM_GEN_LUN_BITS (8)
  22 #define NVM_GEN_BLK_BITS (16)
  23 #define NVM_GEN_RESERVED (32)
  24
  25 /* 1.2 format */
  26 #define NVM_12_PG_BITS  (16)
  27 #define NVM_12_PL_BITS  (4)
  28 #define NVM_12_SEC_BITS (4)
  29 #define NVM_12_RESERVED (8)
  30
  31 /* 2.0 format */
  32 #define NVM_20_SEC_BITS (24)
  33 #define NVM_20_RESERVED (8)
  34
  35 enum {
  36         NVM_OCSSD_SPEC_12 = 12,
  37         NVM_OCSSD_SPEC_20 = 20,
  38 };
  39
  40 struct ppa_addr {
  41         /* Generic structure for all addresses */
  42         union {
  43                 /* generic device format */
  44                 struct {
  45                         u64 ch          : NVM_GEN_CH_BITS;
  46                         u64 lun         : NVM_GEN_LUN_BITS;
  47                         u64 blk         : NVM_GEN_BLK_BITS;
  48                         u64 reserved    : NVM_GEN_RESERVED;
  49                 } a;
  50
  51                 /* 1.2 device format */
  52                 struct {
  53                         u64 ch          : NVM_GEN_CH_BITS;
  54                         u64 lun         : NVM_GEN_LUN_BITS;
  55                         u64 blk         : NVM_GEN_BLK_BITS;
  56                         u64 pg          : NVM_12_PG_BITS;
  57                         u64 pl          : NVM_12_PL_BITS;
  58                         u64 sec         : NVM_12_SEC_BITS;
  59                         u64 reserved    : NVM_12_RESERVED;
  60                 } g;
  61
  62                 /* 2.0 device format */
  63                 struct {
  64                         u64 grp         : NVM_GEN_CH_BITS;
  65                         u64 pu          : NVM_GEN_LUN_BITS;
  66                         u64 chk         : NVM_GEN_BLK_BITS;
  67                         u64 sec         : NVM_20_SEC_BITS;
  68                         u64 reserved    : NVM_20_RESERVED;
  69                 } m;
  70
  71                 struct {
  72                         u64 line        : 63;
  73                         u64 is_cached   : 1;
  74                 } c;
  75
  76                 u64 ppa;
  77         };
  78 };
  79
  80 struct nvm_rq;
  81 struct nvm_id;
  82 struct nvm_dev;
  83 struct nvm_tgt_dev;
  84 struct nvm_chk_meta;
  85
  86 typedef int (nvm_id_fn)(struct nvm_dev *);
  87 typedef int (nvm_op_bb_tbl_fn)(struct nvm_dev *, struct ppa_addr, u8 *);
  88 typedef int (nvm_op_set_bb_fn)(struct nvm_dev *, struct ppa_addr *, int, int);
  89 typedef int (nvm_get_chk_meta_fn)(struct nvm_dev *, struct nvm_chk_meta *,
  90                                                                 sector_t, int);
  91 typedef int (nvm_submit_io_fn)(struct nvm_dev *, struct nvm_rq *);
  92 typedef int (nvm_submit_io_sync_fn)(struct nvm_dev *, struct nvm_rq *);
  93 typedef void *(nvm_create_dma_pool_fn)(struct nvm_dev *, char *);
  94 typedef void (nvm_destroy_dma_pool_fn)(void *);
  95 typedef void *(nvm_dev_dma_alloc_fn)(struct nvm_dev *, void *, gfp_t,
  96                                                                 dma_addr_t *);
  97 typedef void (nvm_dev_dma_free_fn)(void *, void*, dma_addr_t);
  98
  99 struct nvm_dev_ops {
 100         nvm_id_fn               *identity;
 101         nvm_op_bb_tbl_fn        *get_bb_tbl;
 102         nvm_op_set_bb_fn        *set_bb_tbl;
 103
 104         nvm_get_chk_meta_fn     *get_chk_meta;
 105
 106         nvm_submit_io_fn        *submit_io;
 107         nvm_submit_io_sync_fn   *submit_io_sync;
 108
 109         nvm_create_dma_pool_fn  *create_dma_pool;
 110         nvm_destroy_dma_pool_fn *destroy_dma_pool;
 111         nvm_dev_dma_alloc_fn    *dev_dma_alloc;
 112         nvm_dev_dma_free_fn     *dev_dma_free;
 113 };
 114
 115 #ifdef CONFIG_NVM
 116
 117 #include <linux/blkdev.h>
 118 #include <linux/file.h>
 119 #include <linux/dmapool.h>
 120 #include <uapi/linux/lightnvm.h>
 121
 122 enum {
 123         /* HW Responsibilities */
 124         NVM_RSP_L2P     = 1 << 0,
 125         NVM_RSP_ECC     = 1 << 1,
 126
 127         /* Physical Adressing Mode */
 128         NVM_ADDRMODE_LINEAR     = 0,
 129         NVM_ADDRMODE_CHANNEL    = 1,
 130
 131         /* Plane programming mode for LUN */
 132         NVM_PLANE_SINGLE        = 1,
 133         NVM_PLANE_DOUBLE        = 2,
 134         NVM_PLANE_QUAD          = 4,
 135
 136         /* Status codes */
 137         NVM_RSP_SUCCESS         = 0x0,
 138         NVM_RSP_NOT_CHANGEABLE  = 0x1,
 139         NVM_RSP_ERR_FAILWRITE   = 0x40ff,
 140         NVM_RSP_ERR_EMPTYPAGE   = 0x42ff,
 141         NVM_RSP_ERR_FAILECC     = 0x4281,
 142         NVM_RSP_ERR_FAILCRC     = 0x4004,
 143         NVM_RSP_WARN_HIGHECC    = 0x4700,
 144
 145         /* Device opcodes */
 146         NVM_OP_PWRITE           = 0x91,
 147         NVM_OP_PREAD            = 0x92,
 148         NVM_OP_ERASE            = 0x90,
 149
 150         /* PPA Command Flags */
 151         NVM_IO_SNGL_ACCESS      = 0x0,
 152         NVM_IO_DUAL_ACCESS      = 0x1,
 153         NVM_IO_QUAD_ACCESS      = 0x2,
 154
 155         /* NAND Access Modes */
 156         NVM_IO_SUSPEND          = 0x80,
 157         NVM_IO_SLC_MODE         = 0x100,
 158         NVM_IO_SCRAMBLE_ENABLE  = 0x200,
 159
 160         /* Block Types */
 161         NVM_BLK_T_FREE          = 0x0,
 162         NVM_BLK_T_BAD           = 0x1,
 163         NVM_BLK_T_GRWN_BAD      = 0x2,
 164         NVM_BLK_T_DEV           = 0x4,
 165         NVM_BLK_T_HOST          = 0x8,
 166
 167         /* Memory capabilities */
 168         NVM_ID_CAP_SLC          = 0x1,
 169         NVM_ID_CAP_CMD_SUSPEND  = 0x2,
 170         NVM_ID_CAP_SCRAMBLE     = 0x4,
 171         NVM_ID_CAP_ENCRYPT      = 0x8,
 172
 173         /* Memory types */
 174         NVM_ID_FMTYPE_SLC       = 0,
 175         NVM_ID_FMTYPE_MLC       = 1,
 176
 177         /* Device capabilities */
 178         NVM_ID_DCAP_BBLKMGMT    = 0x1,
 179         NVM_UD_DCAP_ECC         = 0x2,
 180 };
 181
 182 struct nvm_id_lp_mlc {
 183         u16     num_pairs;
 184         u8      pairs[886];
 185 };
 186
 187 struct nvm_id_lp_tbl {
 188         __u8    id[8];
 189         struct nvm_id_lp_mlc mlc;
 190 };
 191
 192 struct nvm_addrf_12 {
 193         u8      ch_len;
 194         u8      lun_len;
 195         u8      blk_len;
 196         u8      pg_len;
 197         u8      pln_len;
 198         u8      sec_len;
 199
 200         u8      ch_offset;
 201         u8      lun_offset;
 202         u8      blk_offset;
 203         u8      pg_offset;
 204         u8      pln_offset;
 205         u8      sec_offset;
 206
 207         u64     ch_mask;
 208         u64     lun_mask;
 209         u64     blk_mask;
 210         u64     pg_mask;
 211         u64     pln_mask;
 212         u64     sec_mask;
 213 };
 214
 215 struct nvm_addrf {
 216         u8      ch_len;
 217         u8      lun_len;
 218         u8      chk_len;
 219         u8      sec_len;
 220         u8      rsv_len[2];
 221
 222         u8      ch_offset;
 223         u8      lun_offset;
 224         u8      chk_offset;
 225         u8      sec_offset;
 226         u8      rsv_off[2];
 227
 228         u64     ch_mask;
 229         u64     lun_mask;
 230         u64     chk_mask;
 231         u64     sec_mask;
 232         u64     rsv_mask[2];
 233 };
 234
 235 enum {
 236         /* Chunk states */
 237         NVM_CHK_ST_FREE =       1 << 0,
 238         NVM_CHK_ST_CLOSED =     1 << 1,
 239         NVM_CHK_ST_OPEN =       1 << 2,
 240         NVM_CHK_ST_OFFLINE =    1 << 3,
 241
 242         /* Chunk types */
 243         NVM_CHK_TP_W_SEQ =      1 << 0,
 244         NVM_CHK_TP_W_RAN =      1 << 1,
 245         NVM_CHK_TP_SZ_SPEC =    1 << 4,
 246 };
 247
 248 /*
 249  * Note: The structure size is linked to nvme_nvm_chk_meta such that the same
 250  * buffer can be used when converting from little endian to cpu addressing.
 251  */
 252 struct nvm_chk_meta {
 253         u8      state;
 254         u8      type;
 255         u8      wi;
 256         u8      rsvd[5];
 257         u64     slba;
 258         u64     cnlb;
 259         u64     wp;
 260 };
 261
 262 struct nvm_target {
 263         struct list_head list;
 264         struct nvm_tgt_dev *dev;
 265         struct nvm_tgt_type *type;
 266         struct gendisk *disk;
 267 };
 268
 269 #define ADDR_EMPTY (~0ULL)
 270
 271 #define NVM_TARGET_DEFAULT_OP (101)
 272 #define NVM_TARGET_MIN_OP (3)
 273 #define NVM_TARGET_MAX_OP (80)
 274
 275 #define NVM_VERSION_MAJOR 1
 276 #define NVM_VERSION_MINOR 0
 277 #define NVM_VERSION_PATCH 0
 278
 279 #define NVM_MAX_VLBA (64) /* max logical blocks in a vector command */
 280
 281 struct nvm_rq;
 282 typedef void (nvm_end_io_fn)(struct nvm_rq *);
 283
 284 struct nvm_rq {
 285         struct nvm_tgt_dev *dev;
 286
 287         struct bio *bio;
 288
 289         union {
 290                 struct ppa_addr ppa_addr;
 291                 dma_addr_t dma_ppa_list;
 292         };
 293
 294         struct ppa_addr *ppa_list;
 295
 296         void *meta_list;
 297         dma_addr_t dma_meta_list;
 298
 299         nvm_end_io_fn *end_io;
 300
 301         uint8_t opcode;
 302         uint16_t nr_ppas;
 303         uint16_t flags;
 304
 305         u64 ppa_status; /* ppa media status */
 306         int error;
 307
 308         void *private;
 309 };
 310
 311 static inline struct nvm_rq *nvm_rq_from_pdu(void *pdu)
 312 {
 313         return pdu - sizeof(struct nvm_rq);
 314 }
 315
 316 static inline void *nvm_rq_to_pdu(struct nvm_rq *rqdata)
 317 {
 318         return rqdata + 1;
 319 }
 320
 321 enum {
 322         NVM_BLK_ST_FREE =       0x1,    /* Free block */
 323         NVM_BLK_ST_TGT =        0x2,    /* Block in use by target */
 324         NVM_BLK_ST_BAD =        0x8,    /* Bad block */
 325 };
 326
 327 /* Instance geometry */
 328 struct nvm_geo {
 329         /* device reported version */
 330         u8      major_ver_id;
 331         u8      minor_ver_id;
 332
 333         /* kernel short version */
 334         u8      version;
 335
 336         /* instance specific geometry */
 337         int num_ch;
 338         int num_lun;            /* per channel */
 339
 340         /* calculated values */
 341         int all_luns;           /* across channels */
 342         int all_chunks;         /* across channels */
 343
 344         int op;                 /* over-provision in instance */
 345
 346         sector_t total_secs;    /* across channels */
 347
 348         /* chunk geometry */
 349         u32     num_chk;        /* chunks per lun */
 350         u32     clba;           /* sectors per chunk */
 351         u16     csecs;          /* sector size */
 352         u16     sos;            /* out-of-band area size */
 353
 354         /* device write constrains */
 355         u32     ws_min;         /* minimum write size */
 356         u32     ws_opt;         /* optimal write size */
 357         u32     mw_cunits;      /* distance required for successful read */
 358         u32     maxoc;          /* maximum open chunks */
 359         u32     maxocpu;        /* maximum open chunks per parallel unit */
 360
 361         /* device capabilities */
 362         u32     mccap;
 363
 364         /* device timings */
 365         u32     trdt;           /* Avg. Tread (ns) */
 366         u32     trdm;           /* Max Tread (ns) */
 367         u32     tprt;           /* Avg. Tprog (ns) */
 368         u32     tprm;           /* Max Tprog (ns) */
 369         u32     tbet;           /* Avg. Terase (ns) */
 370         u32     tbem;           /* Max Terase (ns) */
 371
 372         /* generic address format */
 373         struct nvm_addrf addrf;
 374
 375         /* 1.2 compatibility */
 376         u8      vmnt;
 377         u32     cap;
 378         u32     dom;
 379
 380         u8      mtype;
 381         u8      fmtype;
 382
 383         u16     cpar;
 384         u32     mpos;
 385
 386         u8      num_pln;
 387         u8      pln_mode;
 388         u16     num_pg;
 389         u16     fpg_sz;
 390 };
 391
 392 /* sub-device structure */
 393 struct nvm_tgt_dev {
 394         /* Device information */
 395         struct nvm_geo geo;
 396
 397         /* Base ppas for target LUNs */
 398         struct ppa_addr *luns;
 399
 400         struct request_queue *q;
 401
 402         struct nvm_dev *parent;
 403         void *map;
 404 };
 405
 406 struct nvm_dev {
 407         struct nvm_dev_ops *ops;
 408
 409         struct list_head devices;
 410
 411         /* Device information */
 412         struct nvm_geo geo;
 413
 414         unsigned long *lun_map;
 415         void *dma_pool;
 416
 417         /* Backend device */
 418         struct request_queue *q;
 419         char name[DISK_NAME_LEN];
 420         void *private_data;
 421
 422         void *rmap;
 423
 424         struct mutex mlock;
 425         spinlock_t lock;
 426
 427         /* target management */
 428         struct list_head area_list;
 429         struct list_head targets;
 430 };
 431
 432 static inline struct ppa_addr generic_to_dev_addr(struct nvm_dev *dev,
 433                                                   struct ppa_addr r)
 434 {
 435         struct nvm_geo *geo = &dev->geo;
 436         struct ppa_addr l;
 437
 438         if (geo->version == NVM_OCSSD_SPEC_12) {
 439                 struct nvm_addrf_12 *ppaf = (struct nvm_addrf_12 *)&geo->addrf;
 440
 441                 l.ppa = ((u64)r.g.ch) << ppaf->ch_offset;
 442                 l.ppa |= ((u64)r.g.lun) << ppaf->lun_offset;
 443                 l.ppa |= ((u64)r.g.blk) << ppaf->blk_offset;
 444                 l.ppa |= ((u64)r.g.pg) << ppaf->pg_offset;
 445                 l.ppa |= ((u64)r.g.pl) << ppaf->pln_offset;
 446                 l.ppa |= ((u64)r.g.sec) << ppaf->sec_offset;
 447         } else {
 448                 struct nvm_addrf *lbaf = &geo->addrf;
 449
 450                 l.ppa = ((u64)r.m.grp) << lbaf->ch_offset;
 451                 l.ppa |= ((u64)r.m.pu) << lbaf->lun_offset;
 452                 l.ppa |= ((u64)r.m.chk) << lbaf->chk_offset;
 453                 l.ppa |= ((u64)r.m.sec) << lbaf->sec_offset;
 454         }
 455
 456         return l;
 457 }
 458
 459 static inline struct ppa_addr dev_to_generic_addr(struct nvm_dev *dev,
 460                                                   struct ppa_addr r)
 461 {
 462         struct nvm_geo *geo = &dev->geo;
 463         struct ppa_addr l;
 464
 465         l.ppa = 0;
 466
 467         if (geo->version == NVM_OCSSD_SPEC_12) {
 468                 struct nvm_addrf_12 *ppaf = (struct nvm_addrf_12 *)&geo->addrf;
 469
 470                 l.g.ch = (r.ppa & ppaf->ch_mask) >> ppaf->ch_offset;
 471                 l.g.lun = (r.ppa & ppaf->lun_mask) >> ppaf->lun_offset;
 472                 l.g.blk = (r.ppa & ppaf->blk_mask) >> ppaf->blk_offset;
 473                 l.g.pg = (r.ppa & ppaf->pg_mask) >> ppaf->pg_offset;
 474                 l.g.pl = (r.ppa & ppaf->pln_mask) >> ppaf->pln_offset;
 475                 l.g.sec = (r.ppa & ppaf->sec_mask) >> ppaf->sec_offset;
 476         } else {
 477                 struct nvm_addrf *lbaf = &geo->addrf;
 478
 479                 l.m.grp = (r.ppa & lbaf->ch_mask) >> lbaf->ch_offset;
 480                 l.m.pu = (r.ppa & lbaf->lun_mask) >> lbaf->lun_offset;
 481                 l.m.chk = (r.ppa & lbaf->chk_mask) >> lbaf->chk_offset;
 482                 l.m.sec = (r.ppa & lbaf->sec_mask) >> lbaf->sec_offset;
 483         }
 484
 485         return l;
 486 }
 487
 488 typedef blk_qc_t (nvm_tgt_make_rq_fn)(struct request_queue *, struct bio *);
 489 typedef sector_t (nvm_tgt_capacity_fn)(void *);
 490 typedef void *(nvm_tgt_init_fn)(struct nvm_tgt_dev *, struct gendisk *,
 491                                 int flags);
 492 typedef void (nvm_tgt_exit_fn)(void *, bool);
 493 typedef int (nvm_tgt_sysfs_init_fn)(struct gendisk *);
 494 typedef void (nvm_tgt_sysfs_exit_fn)(struct gendisk *);
 495
 496 struct nvm_tgt_type {
 497         const char *name;
 498         unsigned int version[3];
 499
 500         /* target entry points */
 501         nvm_tgt_make_rq_fn *make_rq;
 502         nvm_tgt_capacity_fn *capacity;
 503
 504         /* module-specific init/teardown */
 505         nvm_tgt_init_fn *init;
 506         nvm_tgt_exit_fn *exit;
 507
 508         /* sysfs */
 509         nvm_tgt_sysfs_init_fn *sysfs_init;
 510         nvm_tgt_sysfs_exit_fn *sysfs_exit;
 511
 512         /* For internal use */
 513         struct list_head list;
 514         struct module *owner;
 515 };
 516
 517 extern int nvm_register_tgt_type(struct nvm_tgt_type *);
 518 extern void nvm_unregister_tgt_type(struct nvm_tgt_type *);
 519
 520 extern void *nvm_dev_dma_alloc(struct nvm_dev *, gfp_t, dma_addr_t *);
 521 extern void nvm_dev_dma_free(struct nvm_dev *, void *, dma_addr_t);
 522
 523 extern struct nvm_dev *nvm_alloc_dev(int);
 524 extern int nvm_register(struct nvm_dev *);
 525 extern void nvm_unregister(struct nvm_dev *);
 526
 527
 528 extern int nvm_get_chunk_meta(struct nvm_tgt_dev *tgt_dev,
 529                               struct nvm_chk_meta *meta, struct ppa_addr ppa,
 530                               int nchks);
 531
 532 extern int nvm_set_tgt_bb_tbl(struct nvm_tgt_dev *, struct ppa_addr *,
 533                               int, int);
 534 extern int nvm_submit_io(struct nvm_tgt_dev *, struct nvm_rq *);
 535 extern int nvm_submit_io_sync(struct nvm_tgt_dev *, struct nvm_rq *);
 536 extern void nvm_end_io(struct nvm_rq *);
 537 extern int nvm_bb_tbl_fold(struct nvm_dev *, u8 *, int);
 538 extern int nvm_get_tgt_bb_tbl(struct nvm_tgt_dev *, struct ppa_addr, u8 *);
 539
 540 #else /* CONFIG_NVM */
 541 struct nvm_dev_ops;
 542
 543 static inline struct nvm_dev *nvm_alloc_dev(int node)
 544 {
 545         return ERR_PTR(-EINVAL);
 546 }
 547 static inline int nvm_register(struct nvm_dev *dev)
 548 {
 549         return -EINVAL;
 550 }
 551 static inline void nvm_unregister(struct nvm_dev *dev) {}
 552 #endif /* CONFIG_NVM */
 553 #endif /* LIGHTNVM.H */